《第1章钢筋和混凝土材料力学性能.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第1章钢筋和混凝土材料力学性能.ppt（56页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第1章钢筋和混凝土材料力学性能,第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能,主要内容：,钢筋的物理力学性能砼的物理力学性能,重点：,钢筋的级别、强度和变形性能混凝土的强度和变形性能粘结破坏机理,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,1.1 钢筋热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,钢筋的应力-应变曲线,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,有明显流幅的钢筋,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,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,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
2、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,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,钢筋,有明显屈服点钢筋应力-应变关系的数学模型 双直线的理想弹塑性模型即规范模型,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,变形指标,* 延伸率：钢筋拉断后的伸长与原长的比值,伸长率越大，钢筋的塑性和变形能力越好。,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,2.2 钢筋,弯芯直径越小，弯转度越大，冷弯性能越好，即塑性越好。,变形指标,* 冷弯性能：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,第1章钢筋和混
3、凝土材料力学性能,钢筋,2 钢筋的品种 热轧钢筋、钢绞线、高强钢丝、热处理钢筋和冷加工钢筋。,热轧钢筋,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,钢筋,预应力钢筋,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级,HPB,HRB,RRB,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,HPB235级(级)钢筋多为光面钢筋（Plain Bar），多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋HRB335级(级)和 HRB400级(级)钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用级钢筋作箍筋的为增
4、强与混凝土的粘结，外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋。RRB400级钢筋为余热处理钢筋,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,屈服强度标准值钢筋屈服标准值=钢材废品限值，保证率97.73% （95%）,普通钢筋强度标准值(N/mm2),第1章钢筋和混凝土材料力学性能,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,预应力钢筋强度标准值（N/mm2）,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土结构对钢筋性能的要求,1 屈服强度2 极限强度3 伸长率4 冷弯性能5 焊接性能6 耐火性能7 粘结性能,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,1.2 混凝土的强度,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,
5、（混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标） （1）立方体抗压强度标准值：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下（203，90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度。 fcu,k= fcu,m(1-1.645)。,1.2 混凝土的强度1、立方体抗压强度fcu，立方体抗压强度标准值fcu,k,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,（2）混凝土的强度等级： 规范是根据混凝土立方体抗压强度标准值来划分的。强度等级用符号“C”表示，从C15C80共划分为14个强度
6、等级（如C30表示fcu,k =30N/mm2），级差为5N/mm2。,（3）非标准试块强度换算系数： 200mm200mm200mm:1.05； 100mm100mm100mm:0.95。,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,C50级以上为高强混凝土,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,未采取减摩措施,采取减摩措施后,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,2、轴心抗压强度fc,轴心抗压强度的概念：也称棱柱体抗压强度（用符号fc表示），是用高宽比为24的棱柱体试件测得的抗压强度，我国标准以150150300mm的棱柱体试件为标准试件，也常用150150450的棱柱体试件。,第1章钢筋和混凝土
7、材料力学性能,棱柱体抗压强度 fc,标准试块：150150 300,非标准试块：100100 300 换算系数 0.95 200200 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 (fcu40N/mm2),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=0.80fcu,圆柱体抗压强度,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,直接受拉试验 ft,3、砼的抗拉强度 ft,轴心受拉试件一般为100100500mm的柱体,第1章钢
8、筋和混凝土材料力学性能,混凝土,轴心抗拉强度试验,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,（由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈裂试验测定混凝土的抗拉强度）,劈拉强度,劈裂试验劈拉强度fts,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,1.2.2 混凝土破坏机理,fc fcu ?,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,A点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强度混凝土sA约为 (0.30.4)fc ，对高强混凝土sA可达(0.50.7)fc。,A点以后，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生部分塑性变形，
9、应变增长开始加快，应力-应变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是稳定的。,混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。,达到B点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导致破坏。取B点的应力作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土sB约为0.8fc，高强强度混凝土sB可达0.95fc以上。,达到C点fc，内部微裂缝连通形成破坏面，应变
10、增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰值应变 e 0，约为0.002。,纵向应变发展达到D点，内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。,随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。E点的应变e = (23) e 0，应力s = (0.40.6) fc。,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,图1-7 纵向应变1 ，横向应变2及体积应变V/V,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,由混凝土的破坏机理可知，微裂缝的发展导致横向变形的增大，并最终导致破坏。,对横向变形加以约束，就可以限制微裂缝的发
11、展，从而提高混凝土的抗压强度。,立方体试件受约束范围大，而棱柱体试件中部未受约束，因此造成了不同受压试件强度的差别和破坏形态的不同。,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,“约束混凝土”的概念在工程中许多地方都有应用，如螺旋箍筋柱、后张法预应力锚具下局部受压区域配置的钢筋网或螺旋筋等。,约束混凝土可以提高混凝土的强度，但更值得注意的是可以提高混凝土的变形能力，这一点对于抗震结构非常重要。,而钢管混凝土对内部混凝土的约束效果更好，因此近年来在我国工程中得到许多应用。,在抗震结构对于可能出现塑性铰的区域，均要求加密箍筋配置来提高构件的变形能力，达到坏而不倒的目的。,第1章
12、钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,1.2.6 复杂应力下混凝土的受力性能,（实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。）,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,任意应力比情况下，其强度均不超过相应的单轴强度。并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小。,（2）一轴受压一轴受拉（第二、四象限）,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,（构件受剪或受扭时常遇到）,2 剪应力t 和正应力s 共同作用下的复合受力强度,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,（ 实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般采用圆柱
13、体在等侧压条件进行。）,3 三轴应力状态,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,一次短期荷载下 受力变形 长期荷载下砼变形 多次重复荷载下 收缩变形 体积变形 膨胀变形 温度变形,1.3 混凝土在荷载短期作用下的变形,混凝土,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,1、一次短期荷载下的变形,在普通试验机上采用等应力速度加载，达到轴心抗压强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得曲线的上升段。,（1）单轴受压时的应力-应变关系 （常采用棱柱体试件来测定）,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,（2）测定混凝土应力-应变全曲线的试验装置,采用等应
14、变速度加载，在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得曲线的下降段。,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,A点以前，混凝土的变形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强度混凝土sA约为 (0.30.4)fc ，对高强混凝土sA可达(0.50.7)fc。,A点以后，应变增长开始加快，应力-应变曲线逐渐偏离直线。,取B点的应力作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土sB约为0.8fc，高强强度混凝土sB可达0.95fc以上。,达到C点fc，应变增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰值应变 e 0，约为0.002。,第1章
15、钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,（3）不同强度等级混凝土的应力-应变曲线,强度越高，峰值应变越大，极限应变越小，下降段越陡峭 延性越差强度越低，峰值应变越小，极限应变越大，下降段越平缓延性越好,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土, Hognestad建议的模型,（4）混凝土单轴受压应力-应变曲线的数学模型,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,我国规范的模型,上升段：,下降段：,混凝土,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,（5）混凝土的弹性模量、变形模量,混凝土,弹性系数n 随应力增大而减小（n =10.5）,混凝土变形模量的概念,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,混凝土弹性模量的测定与计算
16、,510次,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,（6）混凝土受拉的应力-应变曲线（了解）,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。（收缩是混凝土在不受外力情况下由于体积变化而产生的变形。）,1.6.1 混凝土的收缩,物理方面：干燥失水。化学方面：混凝土的碳化（凝胶体中的Ca(OH)2 CaCO3）。,（2）引起收缩的原因,（1）收缩的概念,1.6 混凝土的时随变形收缩和徐变,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,当收缩受到约束（如支座、内部钢筋）时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预
17、应力损失。某些对跨度变化比较敏感的超静定结构（如拱）产生不利的内力。,（3）收缩对结构的影响,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,图a) 钢筋混凝土构件的收缩裂缝,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,早期发展快，两周可完成全部收缩的1/4，一个月可完成1/2；以后发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。一般情况下，最终收缩应变值约为(25)10-4 混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4,（4）收缩与时间的关系,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,水泥的强度等级高、用量多、水灰比大，收缩就大； 骨料弹性模量高、级配好，收缩就小； 养护时的湿度大、温度高，
18、收缩就小；使用时的湿度大、温度低，收缩就小； 构件体表比大，收缩就小； 混凝土越密实，收缩越小； 在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响施工缝,（5）影响收缩的因素,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,（1）徐变的概念,1.6.3 砼的徐变,混凝土在荷载的长期作用下，其应变或变形随时间增长的现象称为徐变。,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,应变与时间的关系曲线（t0 时刻加载， t 时刻卸载）, 特点： 开始快、以后慢；半年完成大部分、23年后趋于稳定。,（3）徐变与时间的关系,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,不利影响： 徐变会使结构（或构件）的变形增大（如挠度） ； 引
19、起预应力损失； 在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。有利影响： 有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力； 减小大体积混凝土内的温度应力； 受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。,（4）徐变对结构的影响,第1章钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土,当初始应力水平si /fc 0.5时，徐变值与初应力基本上成正比，这种徐变称为线性徐变。产生线性徐变的主要原因是凝胶体的塑性流动。 当初应力si 在(0.50.8) fc 范围时，徐变最终虽仍收敛，但最终徐变与初应力si不成比例，这种徐变称为非线性徐变。产生非线性徐变的主要原因是裂缝的出现与发展。,应力条件：是指初应力水平si /fc和加荷时砼的龄期，是影响徐变的非常主要的因素。,当初应力si 0.8fc 时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，徐变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。因此将0.8fc作为混凝土的长期抗压强度。,