同济大学顾祥林混凝土结构设计原理课件.ppt

第二章钢筋和混凝土材料力学性能同济大学土木工程学院建筑工程系顾祥林混凝土结构基本原理 一、钢筋的强度和变形1.钢筋的应力-应变曲线AB’BCDE上屈服点不稳定下屈服点出现颈缩拉断BC段为屈服平台CD段为强化段标距有明显流幅的钢筋钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同 一、钢筋的强度和变形1.钢筋的应力-应变曲线0.2%0.2标距无明显流幅的钢筋钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同 一、钢筋的强度和变形1.钢筋的应力-应变曲线AB’BCDE0.2%0.2强度指标*明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度作为设计强度的依据，因为，钢筋屈服后会产生大的塑性变形，钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝，以至不能使用*无明显流幅的钢筋：残余应变为0.2%时所对应的应力作为条件屈服强度,随着冶金系统采用国际标准及质量的提高，在相应的产品标准中明确规定屈服强度σ0.2不得小于极限抗拉强度σb的85%（0.85σb）。因此，实际应用中可取极限抗拉强度σb的85%作为条件屈服点 一、钢筋的强度和变形1.钢筋的应力-应变曲线强度指标的确定强度随机变量强度标准值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率（钢筋为97.73%）的统计特征值：强度标准值=强度平均值-2×均方差概率密度材料强度强度平均值强度标准值 一、钢筋的强度和变形1.钢筋的应力-应变曲线AB’BCDE0.2%0.2变形指标*伸长率：钢筋拉断后的伸长与原长的比值*冷弯要求：将直径为d的钢筋绕直径为D的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂 一、钢筋的强度和变形2.钢筋的成分、级别和品种按化学成分碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）低碳钢（含碳量<0.25%）中碳钢（含碳量0.25~0.6%）高碳钢（含碳量0.6~1.4%）普通低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、铬等）锰系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系 一、钢筋的强度和变形2.钢筋的成分、级别和品种钢筋热轧钢筋：热轧光圆钢筋HPB235，HPB300（HotrolledPlainBars），热轧带肋钢筋HRB335、HRB400，HRB500(HotrolledRibbedBars),细晶粒热轧钢筋HRBF335、HRBF400，HRBF500(HotrolledRibbedBarsofFinegrains),冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成热处理钢筋：将HRB400、HRB500钢筋通过加热、淬火、回火而成按加工钢丝碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力钢绞线：若干根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成 一、钢筋的强度和变形2.钢筋的成分、级别和品种按表面形状光圆钢筋带肋钢筋钢筋的应用范围非预应力钢筋：HPB235，HPB300,HRB335，HRB400，HRB500HRBF335,HRBF400,HRBF500预应力钢筋：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋，冷拉钢筋 一、钢筋的强度和变形3.钢筋的常用直径光圆钢筋：6,8,10,12,14,16,18,20,22带肋钢筋：6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,32,36,40,50 一、钢筋的强度和变形4.钢筋的冷加工和热处理冷拉BKZZ’K’残余变形冷拉伸长率无时效经时效K点的选择：应力控制和应变控制温度的影响：温度达700ºC时恢复到冷拉前的状态，先焊后拉特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降 一、钢筋的强度和变形4.钢筋的冷加工和热处理冷拔经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度 一、钢筋的强度和变形4.钢筋的冷加工和热处理热处理对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理强度提高，塑性降低不降低强度的前提下，消除由淬火产生的内力，改善塑性和韧性 一、钢筋的强度和变形5.钢筋的徐变和松弛徐变应力不变，随时间的增长应变继续增加松弛长度不变，随时间的增长应力降低对结构，尤其是预应力结构，产生不利的影响，需采取必要的措施 一、钢筋的强度和变形6.钢筋的疲劳重复荷载作用下，钢筋的强度<静载作用下的强度规定的应力幅度内，经一定次数的重复荷载后，发生疲劳破坏的最大应力值称为疲劳强度。对钢筋用疲劳应力幅来表示其疲劳强度。试验方法单根钢筋的轴拉疲劳钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯 一、钢筋的强度和变形7.混凝土结构对钢筋的要求强度要求：屈服强度和极限强度，抗震设计时还要求有一定的屈强比塑性要求：伸长率和冷弯要求可焊性与混凝土的粘结性 一、钢筋的强度和变形8.钢筋应力-应变曲线的数学模型sss=Essys,hfysss=Essys,hfyfs,us,us,usss=Essyfys,hfs,u有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋 二、混凝土的强度和变形1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度立方体抗压强度fcu承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂强度大于我国规范的方法：不涂润滑剂压力试件裂缝发展扩张整个体系解体，丧失承载力另影响强度的因素还有：龄期、加载速率、试块尺寸等 二、混凝土的强度和变形1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度标准试块：150×150×150非标准试块：100×100×100换算系数0.95200×200×200换算系数1.05立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等级有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方体抗压强度立方体抗压强度fcu 二、混凝土的强度和变形1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度强度指标的确定强度随机变量强度标准值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率（95%）的统计特征值：强度标准值=强度平均值-1.645×均方差概率密度材料强度强度平均值强度标准值 二、混凝土的强度和变形1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度棱柱体抗压强度fc承压板试块标准试块：150×150×300非标准试块：100×100×300换算系数0.95200×200×400换算系数1.05考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu(试验结果)考虑到构件和试件的区别，取fc=0.67fcu对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150,h=300），有fc’=0.79fcu圆柱体抗压强度 二、混凝土的强度和变形2.单轴受力状态下混凝土的抗拉强度直接受拉试验ft100100150150500试验结果：ft=0.395fcu0.55考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷速度等的影响，取ft=0.348fcu0.55 二、混凝土的强度和变形2.单轴受力状态下混凝土的抗拉强度劈裂试验ftsddftsFFFF我国根据100mm立方体的劈裂与抗压试验结果有：fts=0.19fcu3/4 二、混凝土的强度和变形3.复合受力状态下混凝土的抗拉强度双轴应力下的强度1.01.01.21.2-0.2-0.22/fc1/fc拉压/fc/fc0.20.1-0.10.00.61.0单轴抗拉强度单轴抗压强度双向正应力下的强度曲线法向应力和剪应力下的强度曲线 二、混凝土的强度和变形3.复合受力状态下混凝土的抗拉强度三向受压时的混凝土强度1=fcc’1=fcc’2=3=fLfL----侧向约束压应力（加液压）圆柱体试验有侧向约束时的抗压强度无侧向约束时圆柱体的单轴抗压强度 二、混凝土的强度和变形4.混凝土的疲劳强度破坏重复荷载下的应力-应变曲线fcf321疲劳强度0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大骨料越硬，徐变越小0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)c<0.5fc，线性徐变c<0.8fc，非线性徐变cree’e’’cr’ 二、混凝土的强度和变形4.混凝土的变形性能混凝土的收缩----结硬过程中混凝土体积缩小的性质水泥品种：等级越高，收缩越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大骨料：骨料越硬，收缩越小养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等 二、混凝土的强度和变形4.混凝土的变形性能徐变对混凝土结构的影响PAsPAss1c1Pc2Ass2P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂徐变：s，c 二、混凝土的强度和变形4.混凝土的变形性能收缩对混凝土结构的影响AscAss收缩：钢筋受压，混凝土受拉As