混凝土结构材料的力学性能PPT40

钢筋混凝土基基本构件主讲：范进进第二章混混凝土结构材材料的力学性性能2.1钢筋2.2混凝土2.3钢筋与混凝土土的黏结2.4钢筋的锚固和连接接2.1钢筋2.1.1钢筋的种类2.1.2钢筋的强度和变形2.1.3钢筋的冷加工2.1.4钢筋筋的疲疲劳劳2.1.5混凝凝土土结构构对对钢钢筋筋性性能能的的要要求求2.1.1钢筋筋的的种种类类钢筋筋的的种种类类元素组成：碳钢钢（（低、中中、高碳碳钢）合金钢（锰、硅硅、钒等等）加工方式式：热轧、冷冷拉、热热处理钢钢筋强度等级级：HPB300、HRB335、HRBF335、HRB400、HRBF400、RRB400、HRB500、HRBF500外形形：光圆钢筋筋、变形形钢筋、、钢丝、钢丝束、钢绞线线2.1.1钢筋的种种类2.1.2钢筋的强度和和变形根据力学学性能不不同分为为：硬钢：无明显流流幅的钢钢筋(钢丝、热热处理钢钢筋)软钢：有明显流流幅的钢钢筋(热轧钢筋筋、冷拉拉钢筋)2.1.2钢筋的强强度和变变形软钢应力力应变关关系硬钢应力力应变关关系比例极限限屈服强度度极限强度度o(N/mm2)fyfted流幅abc0.2%0.2(N/mm2)o2.1.2钢筋的的强度度和变变形钢筋的的力学学性能能指标：：软钢：：屈服服强度度、延延伸伸率率、屈屈强强比比硬钢：：条件件屈服服点残残余应应变为为0.2%所对应应的应力力，《规范》取为0.85fu。2.1.2钢筋的的强度度和变变形钢筋的变形形性能：塑性变变形（（伸长长率、、冷弯弯）最大力力下的的总伸伸长率率量测测方法钢钢筋的冷弯2.1.3钢筋的冷加工钢筋的冷加加工冷拉冷拔冷轧2.1.4钢筋的疲劳劳疲劳破坏是指钢筋在在承受重复复、周期性性的荷载作作用下，经经过一定次次数后，突突然脆性断断裂的现象。与一次单单调加载时时的塑性破破坏不同，，疲劳破坏坏时钢筋的最大应力力明显低于静荷载作用用下钢筋的极限强度。钢筋的疲劳强度是指在某一规规定应力变变化幅度内内，经受一一定次数循循环荷载后发生破坏的的最大应力力值。钢筋疲劳断断裂，一般般认为是由由于钢筋内部和外部部的缺陷引起。影响钢筋疲劳强度最主要的因素是钢钢筋的疲劳应力幅，即。。2.1.5混凝土结构对钢筋筋性能的要要求适当的强度度和屈强比比塑性好可焊性好与混凝土有有良好的黏黏结力2.2混凝土1混凝土的强强度2混凝土的变形由水泥、石石、砂、水水按一定的的配合比制成，经凝结硬硬化形成的的复合材料料。通常把混凝土的的结构分为为三种类型型：Ａ.微观结构：：即水泥石结结构Ｂ.亚微观结构构：即混凝土土中的水泥泥砂浆结构构。Ｃ.宏观结构：即砂浆和和粗骨料两两组分体系系。混凝土的组组成1、混凝土为为多相、多多种材料、、具有初始缺陷；2、骨料的分分布及骨料料与基相之之间在界面的结合强度是是影响混凝凝土强度的重要因素；3、在荷载的的作用下，，微裂缝的的扩展对混凝土的力学性能能有着极为为重要的影影响。注意:混凝土的组组成2.2.1混凝土的强强度混凝土立方方体抗压强强度混凝土轴心心抗压强度度混凝土抗拉拉强度混凝土在复复杂应力下下强度2.2.1混凝土的强强度在混凝土结构构中，主要要是利用它它的抗压强强度。因此此抗压强度度是混凝土土力学性能能中最主要要和最基本本的指标。。（1）立方体的的抗压强度度fcu从C15～C80共划分为14个强度等级级，级差为。。混凝土的强强度等级是是用抗压强度来划分（2）轴心抗压压强度fc150mm×150mm×300mm棱柱体用立方体强强度反映：：考虑虑实实际际情情况况(施工工状状况况、、养养护护条条件件等等)真实实反反映映以以受受压压为为主主的的混混凝凝土土结结构构构构件件的的抗抗压压度度。。2.2.1混凝凝土土的的强强度度混凝凝土土的的轴轴心心抗抗拉拉强强度度可以以采采用用直直接接轴轴心心受受拉拉或或圆圆柱体或或立方方体的的劈裂裂试验验的试验方方法来来测定定。劈拉试验FaF（3）轴心心抗拉拉强度度ft混凝土土构件件开裂裂、裂裂缝、、变形形，以以及受受剪、、受扭扭、受受冲切切等的的承载载力均均与抗拉拉强强度度有关关。。拉压压2.2.1混凝凝土土的的强强度度在平面面（（两两向向））应应力力状状态态下下，，当当两两方方向向应应力力均均为为压压应应力力时时，，抗抗压压强强度度相相互互提提高高，，最最大大可可增增加加27％，，而而当当一一方方向向为为压压应应力力，，另另一一方方向向为为拉拉应应力力时时，，强强度度相相互互降降低低。。复杂杂应应力力状状态态下下的的强强度度2.2.1混凝凝土土的的强强度度2.2.1混凝凝土土的的强强度度同一种种混混凝凝土土的的各各种种强强度度（（立立方方体体抗压强度、轴心抗压强强度、抗拉拉强度、两向强度、三向强度、、局压强度））相互之间都有一定的关系。。2.2.1混凝土的强度度2.2.1混凝土的强度2.2.2混凝土的变形形骨料水泥结晶体水泥凝胶体弹性变形的基基础塑性变形的基基础混凝土变形与与材料组成的的关系混凝土2.2.2混凝土的变形形（1）一次短期荷荷载作用的变变形2.2.2混凝土的变形形CBDEfc00•••Acu••一次短期荷载载作用的应力力—应变关系OA–––弹性阶段A:0.3fcAB–––弹塑性阶段、裂缝稳定阶段段BC–––裂缝不稳定阶阶段:0.8fc～1.0fc:0.3fc～0.8fc2.2.2混凝土的变形形0–––对应于峰值点点应变《规范》0=0.002cu–––混凝土极限压压应变《规范》cu=0.0033fc–––轴心抗压强度度特征点：2.2.2混凝土的变形形变形模量一次短期荷载载作用的变形形模量弹性模量切线模量2.2.2混凝土的变形形（2）长期荷载作作用下的变形形—徐变混凝土在荷载载的长期作用用下，其变形形随时间而不不断增长的现现象称为徐变。2.2.2混凝土的变形形徐变对混凝土结构工作性能有很大影响使构件的变形形增加引起应力重分分布引起预应力的的损失影响徐变的因因素有混凝土土的级配、水水灰比、初始始加载龄期、、初应力大小小，养护使用用条件等。2.2.2混凝土的变形形徐变性质：线性徐变c0.5fc非线性徐变c>0.5fc当c>0.8fc，徐变发展最终终导致破坏，一般取混凝土应力力约作为混凝土的长期抗压强度度。0.75～0.8fc2.2.2混凝土的变形形（3）长期混凝土的的收缩、膨胀胀和温度变形形2.2.3混凝土的疲劳重复荷载作用下的的变形—疲劳2.3钢筋与混凝土土的黏结2.3.1黏结的作用与机理2.3.2黏结的含义2.3.3黏结作用的特点2.3.4黏结作用的机理理2.3.1黏结的作用与机理粘结和锚固是钢钢筋和混凝凝土形成整整体、共同同工作的基础。钢筋与混凝土之之间粘结应应力示意图图（a）锚固粘结结应力（（b）裂缝间的的局部粘结结应力黏结的意义：光圆钢筋与与变形钢筋筋具有不同同的粘结机机理，其粘粘结作用主要由三部部分组成：：（１）胶结：钢筋与混凝凝土接触面面上的化学学吸附作用用力（胶结力）），一般很很小，仅在在受力阶段段的局部无无滑移区域域起作用，当接接触面发生生相对滑移移时，该力力即消失。。（２）摩擦：混凝土收缩缩握裹钢筋筋而产生的的摩阻力。。（３）咬合：钢筋表面凹凹凸不平与与混凝土之之间产生的的机械咬合作用力力（咬合力力）。对于于光圆钢筋筋，这种咬咬合力来自自于表面的粗糙糙不平。黏结作用的机机理：2.3.1黏结的作用与机理2.3.1黏结的作用与机理2.3.2影响黏结强强度的因素素混凝凝土土强强度度：：混凝凝土土强强度度越越高高，，钢钢筋筋与与混混凝凝土土的黏结力力越越高；；保护护层层厚厚度度：：混凝凝土土保保护护层层较较薄薄时时，，其其粘粘结结力力降降低低，，并并在在保保护护层层最最薄弱弱位置置容容易易出出现现劈劈裂裂裂裂缝缝，，促促使使粘粘结结力力提提早早破破坏坏；；钢筋表表面形形状：：带肋钢钢筋表表面凹凹凸不不平，，与混混凝土土之间间的机机械咬合力力较好，，破坏坏时粘粘结强强度大大；光光面钢钢筋的的粘结结强度度则较小，所以以要在在钢筋筋端部部做成成弯钩钩，可可以增增加拔拔力；；横向压压应力力：如支座座处的的反力力作用用在钢钢筋锚锚固端端，增增大了了摩阻力有有利于于黏结锚固。。浇筑混混凝土土时钢钢筋的的位置置：浇筑混混凝土土时钢钢筋的的位置置也会会影响黏结的强度。。保证粘结的的措施：：(1)对不同等等级的的混凝凝土和和钢筋筋，要要保证证最小小搭接接长度度和锚锚固长长度。。(2)为了保证混混凝土土与钢钢筋之之间有有足足够的的粘结结，必必须满满足钢钢筋最最小间间距和和混凝凝土保保护层层最小小厚度度的要要求；；(3)在钢筋筋的搭搭接接接头内内应加加密箍箍筋；；(4)为了保保证足足够的的粘结结在钢钢筋端端部应应设置置弯钩钩；(5)对大深深度混混凝土土构件件应分分层浇浇筑或或二次次浇捣捣；(6)一般除除重锈锈钢筋筋外，，可不不必除除锈。2.4钢筋的锚固固和连连接钢筋的锚固：：通过混凝土土中钢钢筋埋埋置段段或机机械措措施将将钢筋筋所受受的力力传给混凝土土，使使钢筋筋锚固固于混混凝土土而不不滑出出，包包括直直钢筋筋的锚锚固、、带弯弯钩或或弯折折钢筋筋的锚锚固，，以及及采用机械措措施的的锚