第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能

第一章：钢筋混凝土结构的基本概念和材料的物理力学性能1.1基本概念1)什么是混凝土,为什么把钢筋和混凝土放一起？PPPP素混凝土梁承载力小，破坏突然钢筋混凝土梁承载力大，变形性能好，破坏有预告PP钢筋（加筋）+混凝土钢筋混凝土结构（材料，构件）拉压性能均好抗压性能好利用混凝土抗压，钢筋受拉（亦可受压）----各尽其能，相得益彰*2)钢筋和混凝土能很好的一起工作的原因1混凝土和钢筋之间有良好的粘结力，两者可共同受力，共同变形2、两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：1.0×10-5~1.5×10-5，钢筋：1.2×10-53、混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化3)混凝土结构的优缺点优点：耐久性好耐火性好整体性好可模性好就地取材(价低）缺点：自重大易开裂（耗模板）施工受季节性影响修补拆装困难1.2混凝土1.2.1强度（影响因素：材料、配合比、养护环境、施工方法、试件形状尺寸、实验方法等）1)立方体抗压强度fcu标准试块：150×150×15020℃28天承压板试块摩擦力我国规范的方法：不涂润滑剂不涂润滑剂涂润滑剂强度大于•压力试件裂缝发展扩张整个体系解体，丧失承载力非标准试块：100×100×100换算系数0.95200×200×200换算系数1.05•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），用fc’2)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)圆柱体抗压强度3)抗拉强度直接受拉试验ft100100150150500•试验结果：ft=0.26fcu2/3•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=0.23fcu2/3AFft劈裂试验ftststtsffdlFf9.02ddftsFFFF•规定150mm立方体4）.复合受力状态下混凝土的强度2/fc/fc/fc0.20.1-0.10.00.61.01.01.01.21.2-0.2-0.21/fc拉压单轴抗拉强度单轴抗压强度双轴应力下的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21.4''cccff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5）混凝土的疲劳强度fcf321疲劳强度fc破坏重复荷载下的应力-应变曲线•fcf的确定原则：100×100×300或150×150×450的棱柱体试块承受200万次（或以上）循环荷载时发生破坏的最大压应力值1.2.2混凝土的变形性能1）单调、短期受压时的应力-应变关系记住几个关键点及其值(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810D反弯收敛点2)影响因素(强度、加载速度、设备）3）重复荷载下混凝土的变形性能包罗线与一次性加载时的应力-应变曲线相似pecccddtgE''原点切线模量（弹性模量）：拉压相同变形模量（割线模量、弹塑性模量）4）混凝土的弹性模量0ccccep1ecctgE/0ccctgE/'1切线模量cccecEEE'受压时，为0.4~1.0；受拉破坏时，为1.0混凝土的弹性模量的试验方法（150×150×300标准试件）c/fcc0.55~10次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec)/(74.342.21025mmNfEcuc•混凝土的泊松比μc，在压力较小时为0.15~0.18，接近破坏时可达0.5以上，一般可取0.2•混凝土的剪切模量为混凝土的泊松比和剪切模量)1(2cccEGchr5）长期荷载作用下混凝土的变形性能----徐变0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)c0.5fc，线性徐变c0.8fc，非线性徐变ccicircpP•原因：水分蒸发、胶凝体的粘性流动、结晶体的移动、混凝土内部微裂缝的闭合、发展影响徐变的因素•应力：c0.5fc，徐变变形与应力成正比----线性徐变0.5fcc0.8fc，非线性徐变c0.8fc，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6）混凝土的收缩----结硬过程中混凝土体积缩小的现象•影响因素•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徐变对混凝土结构的影响PAsPAss1c1Ps2As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收缩对混凝土结构的影响AssAss收缩：钢筋受压，混凝土受拉As1.3钢筋(要求强度高、塑性、可焊性、与混凝土粘接性好）1.3.1.钢筋的应力-应变曲线（力学指标强度、变形）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0.2%0.2标距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-应变曲线几乎相同强度指标*明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度（屈服强度）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变形指标*伸长率：钢筋拉断后的伸长量与原长的比值*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裂纹、鳞落、断裂1.3.2.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）硅系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系钢筋钢丝碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成热轧钢筋：热轧光面钢筋R235，热轧带肋钢筋HRB335、HRB400，余热处理钢筋KL400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、KL400钢筋通过加热、淬火、回火而成按加工刻痕钢丝：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：由低碳钢冷拔而成按表面形状光圆钢筋变形钢筋（书）钢筋的应用范围非预应力钢筋：R235，HRB335，HRB400，KL400预应力钢筋：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋，冷拉钢筋无时效经时效BKZZ’K’残余变形冷拉伸长率1.3.3钢筋的冷加工和热处理a:冷拉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b: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1.4钢筋与混凝土之间的粘结粘结力的大小：拔出实验1.5-3.5MP2.5-6MP粘结机理：力来源于三方面（化学胶着、摩擦、机械咬合）影响因素：混凝土的强度、钢筋的位置、钢筋净距、保护层厚度、钢筋表面形状dlF作业一、简答：1、结构按材料分那些类？2、构件按受力状态分那些类？3、什么是混凝土的收缩？它对混凝土结构有什么影响？4、钢筋与混凝土之间的粘结力来源于哪几方面？二、填空：1、在持续应力作用下，混凝土的随而增长的现象，叫混凝土的。2、混凝土的立方体强度指：mm的立方体件，在℃、相对湿度不低于的环境中、养护天，依标准的制作和测试方法测得的极限抗压强度。