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1、第1章 混凝土结构材料的 性能,混凝土结构基本原理,教师：张茂雨,本章重点,熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能 及其选用原则；,熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变 形性能及其选用原则；,了解钢筋与混凝土的共同工作原理。,1.1 建筑用钢筋的分类,1.钢筋,按机械性能分类,按化学成分分类,按生产工艺及形状分类,按用途分类,按化学成分分类：,普通低合金钢筋,碳素钢钢筋,低 碳：C0.25%,中 碳：C=0.250.6%,高 碳：C0.6%,Mn 锰，Si 硅，V 钒， Nb 铌，Ti 钛， C 碳,20MnSiV,含碳万分数,含碳量,硬度和强度,塑性和韧性,材性变脆，其焊接性也随之变差,脱氧剂
2、,塑性及韧性,含量应控制,1.1 建筑用钢筋的分类,按机械性能分类：,级钢筋：300级 级钢筋：335级 级钢筋 级钢筋,1.1 建筑用钢筋的分类,按生产工艺及形状分类：,钢筋,热轧钢筋：热轧光面钢筋HPB300，热轧带肋钢筋HRB335、 HRB400， 余热处理钢筋RRB400,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、RRB400钢筋通过加热、淬火、回火而成,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：六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,
3、1.1 建筑用钢筋的分类,热轧钢筋,500,650,HRB500 HRBF500,400,650,HRB400 HRBF400 RRB400,335,650,HRB335 HRBF335,300,622,HPB300,fyk/(N/mm2),d/(mm),符号,种 类,1.1 建筑用钢筋的分类,F,F,R,435,360,300,270,fy/(N/mm2),中、高强钢丝、钢绞线,做预应力筋用,1.1 建筑用钢筋的分类,热处理钢筋,冷加工钢筋,经淬火处理得，fptk=1470MPa，无明显屈服点。,工艺：冷拉、冷拔、 冷轧、冷轧扭,冷拉钢筋仍有屈服台阶,目的：提高强度，节约钢材。 但塑性减小。
4、,1.1 建筑用钢筋的分类,(a) 梁,按用途分类：,1.1 建筑用钢筋的分类,按用途分类：,1.1 建筑用钢筋的分类,按用途分类：,1.1 建筑用钢筋的分类,现也用HRB400, 无明显屈服点,按钢筋受拉时应力-应变关系特点不同分为：, 有明显屈服点,预应力钢筋多为无明显屈服点,也叫软钢 如 热轧钢筋 -强度相对较低,也叫硬钢 如热处理钢筋、高强钢丝 -高强且硬,1.2 钢筋的强度与变形, 有明显屈服点,上屈服点(不稳定),下屈服点,有明显流幅的钢筋,a,B,B,C,D,E,A,0,1.2 钢筋的强度与变形,0a段（a点为比例极限），应力-应变关系为线弹性状态，符合胡克定律； aA段（A点为
5、弹性极限），应力-应变不成比例关系，但处于弹性状态； AB段，非弹性状态，B为屈服上限，不稳定； BB段（B为屈服下限），应力不增加应变也增加；, 有明显屈服点,上屈服点(不稳定),下屈服点,出现颈缩,拉断,有明显流幅的钢筋,a,B,B,C,D,E,A,0,1.2 钢筋的强度与变形,BC段，应力不增加应变急剧增加，应力-应变关系接近水平直线； CD段（D为极限强度），应变增加，应力也增加，达到极限强度； DE段,试件薄弱位置产生颈缩现象，变形迅速增加，应力降低，最后拉断。, 无明显屈服点,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,1.2 钢筋的强度与变形,A、强度高,1.3
6、砼结构对钢筋的性能要求,B、塑性好,伸长率,上述伸长率只反映断口附近残留变形大小， 不反映钢筋总伸长率情况。,用伸长率和冷弯性能衡量。,同一根钢筋,1.3 砼结构对钢筋的性能要求,均匀伸长率,钢筋弹 性模量,实测钢筋 拉断强度,残余 伸长,已回复弹性应变,+,=,1.3 砼结构对钢筋的性能要求,钢筋均匀伸长率的测定：,1.3 砼结构对钢筋的性能要求,=90,180 ,反复弯曲要 求：冷弯过程中无裂缝、鳞 落或断裂。 D 愈小，要求愈高。 反复次数愈高，要求愈高。,冷弯,冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。 钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。,1.3 砼结构对钢筋的性能要求,C、可加工性好,D、
7、与混凝土粘结锚固性好,变形钢筋比光面钢筋好,1.3 砼结构对钢筋的性能要求,钢筋的直径,常用： 6mm，6.5mm，8mm，8.2mm，10mm，12mm， 14mm，16mm，18mm，20mm，22mm，25mm， 28mm，32mm，36mm，40mm，50mm。其中， 8.2mm仅适用有纵肋的热处理钢筋。,钢筋的选用,普通钢筋：宜用HRB(F)400、HRB(F)500 可用HPB300、HRB335、RB400 预应力筋：宜用钢铰线、中高强钢丝、预应力螺纹钢筋,d=650mm,1.3 砼结构对钢筋的性能要求,2.1 组成及特点,特点: 1）以固相为主，包含固体、液体、气体的三相体；
8、2）水化过程长，性能要很长时间才稳定； 3）水泥石收缩可形成微裂缝； 4）受制作、养护、使用条件影响大。,2.混凝土,主要材料：水泥、水、砂、石,2.2 混凝土强度,A、立方体抗压强度（强度等级）,1.标准尺寸：150mm150mm150mm 2.养护条件：20 3，湿度90%；28d 3.加荷方法：加荷速度0.30.8MPa/s， 垫板不涂油或垫橡胶板。 4.强度保证率：95% ，f = -1.645,5.非标准试块强度换算系数： 200mm200mm200mm:1.05； 100mm100mm100mm:0.95。 612圆柱体：1.20 （1=2.54cm） 612棱柱体：1.32 6.
9、分级：C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50, C55, C60, C65,C70,C75,C80 (高强混凝土），共14个等级。 CConcrete,单位：N/mm2或MPa。,2.2 混凝土强度,立方体抗压强度,实验强度平均值,实验强度标准差,强度等级编号,2.2 混凝土强度,B、轴心抗压强度,混凝土强度与试 块混凝土强度的 修正系数,脆性影响系数,棱柱体强度与立方体强度之比值,强度标准值,2.2 混凝土强度,c1 和 c2 值,2.2 混凝土强度,C、轴心抗拉强度,轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算系数,试验离散性的影响系数,试验离散性系数,2.2 混凝土强度,D
10、、单轴受压时的应力-应变关系的数学模型,美国Hognestad模型,德国Rsch模型,2.2 混凝土强度,E、单轴受压时的应力-应变关系的数学模型,中国规范采用的模型,2.2 混凝土强度,F、复杂应力下的强度,【双向受力】,压-压：强度提高； 拉-拉：强度不变； 拉-压：抗拉和抗压强度都低。,2.2 混凝土强度,【剪力存在时】,2.2 混凝土强度,【三向受力】,三向受压时，强度增 加，最大增加5倍。,侧向受约束时混凝土的变形特点,2.2 混凝土强度,2.3 混凝土的变形,一次加载时,一次加载时,2.3 混凝土的变形,多次加载：,2.3 混凝土的变形,弹性模量,2.3 混凝土的变形,徐变,定义：
11、在荷载保持不变的情况下，变形随时间推移 继续增大的现象。,特点：早期发展快， 但可以延续数年。,2.3 混凝土的变形,徐变对结构的影响： 使构件变形增大； 在轴压构件中，使钢筋应力增加，混凝土应力减小； 在预应力构件中，使预应力发生损失； 在超静定结构中，使内力发生重分布。,影响因素：加载时的混凝土龄期； 持续压力大小； 混凝土的组成材料及配合比；混凝土的制作养护条件。,2.3 混凝土的变形,收缩,定义：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。 收缩率：310-4。收缩=凝缩+干缩 特点：早期快，可延续12年。,2.3 混凝土的变形,收缩对结构的影响： 当收缩受到约束时，引起构件开裂。,减少收缩的
12、措施： 限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护； 构造钢筋数量加强；设置变形缝；掺膨胀剂。,影响因素： 混凝土的组成及配合比，尤其是水灰比； 养护条件；使用时的温度与湿度。,2.3 混凝土的变形,2.4 混凝土的选用原则,钢筋混凝土结构中 混凝土强度等级不应低于C20。 用HRB400和RRB400级以上钢筋时，不得低于C25。,预应力混凝土结构中 混凝土强度等级不宜低于C40，不应低于C30。,承受重复荷载混凝土结构中 混凝土强度等级不应低于C30。,3.钢筋与混凝土的粘结,授课步骤：,教师提出问题,学生讲解,学生评论,质疑点讨论,教师点评、纠错、补充,两周前,重点、案例,粘结力与哪些因素
13、相关？,粘结力如何提高？,3.钢筋与混凝土的粘结,3.1 粘结力,化学胶合力 摩擦力 机械咬合力 端部锚固力,主要形式,若钢筋和混凝土有相对滑移，在钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力。,定义：,组成：,一旦滑移，滑移区域就消失,微锈可提高咬合力,3.钢筋与混凝土的粘结,3.2 粘结锚固长度,平均粘结应力,普通钢筋锚固长度 ：,钢筋抗拉强度设计值,钢筋外形系数,钢筋直径,混凝土轴心抗拉强度设计值,3.3 增加粘结锚固的措施,1、光面钢筋端部做弯钩,手工弯钩,机械弯钩,2、采用变形钢筋受力； 3、纵向钢筋端部焊横向钢筋； 4、纵向钢筋端部加箍筋； 5、采用高强混凝土； 6、弯起钢筋端部加水平锚固段； 7、在纵向钢筋端部焊锚板； 8、将钢筋焊在预埋件上。,