钢筋混凝土结构经典讲义（第一章） .ppt

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1、,第一章 钢筋混凝土结构的基本 概念及材料的物理力学性能,2023/2/28,目录,钢筋混凝土结构的基本概念混凝土结构的发展状况混凝土的强度指标及变形性能钢筋的强度指标及变形性能钢筋和混凝土的粘结性能,2023/2/28,以混凝土材料为主，并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、钢管或纤维等形成的主要承重结构，均可称为混凝土结构（Concrete Structures）。,1.钢筋混凝土结构的基本概念,素混凝土Plain Concrete,纤维增强混凝土Fiber Reinforced Concrete,钢骨混凝土Steel Reinforced Concrete,钢筋混凝土Reinforced

2、Concrete,钢管混凝土Concrete Filled Steel Tube,预应力混凝土Prestressed Concrete,钢混凝土组合结构Composite Structure,1基本概念,2023/2/28,混凝土结构的特点,由上述对比试验可知：钢筋混凝土梁的承载力比素混凝土梁大大提高（14倍）；素混凝土梁破坏突然，没有明显预兆；而钢筋混凝土梁则 表现出较好的延性，破坏前有明显预兆；钢筋混凝土梁最终由于混凝土被压碎而破坏，此时钢筋已 经屈服，钢筋和混凝土的材料强度均得到充分利用。,1基本概念,2023/2/28,抗压强度高，而抗拉强度却很低 通常抗拉强度只有抗压强度的1/81/

3、20 破坏时具有明显的脆性特征,混凝土的材料特性,1基本概念,2023/2/28,抗拉和抗压强度都很高 具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性 细长的钢筋受压时极易压曲,钢筋的材料特性,1基本概念,2023/2/28,将混凝土和钢筋这两种材料有机地结合在一起，可以取长补短，充分发挥各自的材料性能。共同工作的主要原因：*混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形*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：1.010-51.5 10-5，钢筋：1.2 10-5*混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化,1基本概念,2023

4、/2/28,目录,钢筋混凝土结构的基本概念混凝土结构的发展状况混凝土的强度指标及变形性能钢筋的强度指标及变形性能钢筋和混凝土的粘结性能,2023/2/28,2.混凝土结构的发展状况,混凝土结构的发展取决于混凝土材料的发展2.1 钢筋混凝土结构的诞生,*1824年，英国人J.Aspdin 发明了波特兰水泥，有了混凝土；,*1849年，法国人Joseph Louis Lambot 用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成小船-最早的钢筋混凝土结构；,*1861年，法国花匠J.Monier 用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后由申请年了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利-尽管他不懂钢筋混凝土结构的受力原理，甚

5、至将钢筋配置在板的中部，他却被认为是钢筋混凝土结构的发明者；,*1884年，德国人Wayss,Bauschingger和Koenen等提出了钢筋应配置在构件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。,2023/2/28,强度不断提高，性能不断改善 美国60年代混凝土抗压强度平均值：28N/mm2，70年代：42N/mm2，有特殊需要时：40N/mm2100 N/mm2，试验室中：266 N/mm2,轻质混凝土的应用 容重一般为：14kN/m318kN/m3(普通混凝土为24kN/m3)，加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等,无砂混凝土(Non

6、-fines concrete):只有粗骨料，无细骨料 容重小，水的毛细现象不显著，透水性大，水泥用量少，施工简单,FRP筋的应用(强度高，质量轻，抗腐蚀)用FRP筋代替钢筋,2.2 材料方面的发展,2 发展状况,高强，高流动性，自密实，质量轻,2023/2/28,2.3 结构方面的发展,2 发展状况,预应力混凝土结构的应用 在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构的抗裂度，减轻构件的自重,结构体系的丰富 不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：混凝土结构、钢与混凝土的组合结构、FRP混凝土及预应力混凝土结构等,2023/2/28,2.4 理论研究方面的发展,2 发展状况,设计方法,允许

7、应力设计法,破坏阶段设计法,极限状态设计法,半经验半概率法,近似概率法,全概率法,按经验法确定安全系数,材料力学的方法,2023/2/28,结构基本理论-如何设计一个新结构,荷载的确定方法,结构的力学分析：线性和非线性,构件的承载力计算、设计方法和构造措施,计算机的应用与发展，结构整体空间作用分析方法的完善与应用,2.4 理论研究方面的发展,2 发展状况,2023/2/28,2.4 理论研究方面的发展,结构基本理论-旧结构的维护、改造与加固（80年代中期发展起来）,承载力计算,耐久性评估,寿命预测,损伤分析,加固理论,修复理论,灾害评估等,2 发展状况,2023/2/28,2.4 理论研究方面

8、的发展,2 发展状况,结构基本理论-计算机仿真技术的应用Ansys,Abaqus,Femap，PKPM,2023/2/28,2.5 混凝土结构的应用,2 发展状况,房屋工程：我国超过100m高的高层建筑中绝大多数是混凝土结构或为混凝土和钢的组合结构,http:/,台北101大楼：位于中国台北，2004年建成，共101层，楼高1671英尺(509米)，到目前为止，是世界上最高的建筑物。八根巨型的钢管混凝土,2023/2/28,马来西亚首都吉隆坡的双子塔：(Petronas Towers)，高1483英尺(452米)，88层。这两座高楼于1998年完工，也是目前世界上最高的双子楼。钢骨混凝土，C8

9、0,http:/,2 发展状况,2023/2/28,上海环球金融中心（492米）,阿拉伯酋长国迪拜摩天大楼（800米）,国际金融中心（415米）,2023/2/28,交通工程：隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁大都采用混凝土结构。,2 发展状况,2023/2/28,Raftsundet Bridge is a balanced cantilever cast-in-place segmental with the longest span in the world for a prestressed concrete bridge.The main span at Raftsundet

10、Bridges is 298 meters,deck prestressed concrete piers reinforced concrete deck of main span prestressed lightweight concrete,2023/2/28,水利工程,大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等多用混凝土结构,瑞士大狄克桑期坝，1962年，高285m，世界最高的混凝土重力坝,湖北宜昌的三峡大坝，高186m，装机容量1786千瓦,2 发展状况,2023/2/28,http:/,三峡大坝全景图,2023/2/28,特种工程：核电站的安全壳、热电厂的冷却塔、储水池、储气灌、海洋石油平台、

11、电视塔等,多伦多电视塔（549米）预应力混凝土结构,2 发展状况,2023/2/28,http:/,东方明珠电视塔仅次于加拿大多伦多电视塔和前苏联的莫斯科电视塔，名列世界第三，居亚洲第一。其主体结构高350米，全塔总高度为468米50米、45米及14米的巨型钢结构球体，分别重 450吨800吨50吨;最引人瞩目的是长118米、重450吨的钢天线桅杆,2023/2/28,钢 筋,混 凝 土,两者间的粘结,强 度,变 形,粘结破坏的过程和机理,2023/2/28,目录,钢筋混凝土结构的基本概念混凝土结构的发展状况混凝土的强度指标及变形性能钢筋的强度指标及变形性能钢筋和混凝土的粘结性能,2023/2

12、/28,3.混凝土的强度指标及变形性能,Paste,Sand,Mortar,Gravel,Concrete,Cement,Water,混凝土结构的三个层次Micro：水泥石Meso：水泥砂浆Macro：砂浆和粗骨料,混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例组成，经凝结和硬化形成的，属于复合材料。,2023/2/28,3 砼,3.1 混凝土强度(Strength of Concrete),混凝土立方体抗压强度,混凝土轴心抗压强度,混凝土抗拉强度,混凝土复合强度,Cubic Compressive Strength,Compressive Strength,Tensile Strength,Mu

13、lti-Strength,抵抗外力产生的某种应力的能力,2023/2/28,3 砼,2023/2/28,3 砼,混凝土立方体抗压强度fcu,不涂润滑剂,涂润滑剂,混凝土强度等级应按边长为150mm立方体试件的抗压强度标准值确定。抗压强度标准值系指用标准方法制作、养护至28d龄期，以标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度(以MPa计).C15,C20,C25,C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80,Normal-strength concrete,high-strength concrete,?结果,2023/2/28,立方体抗压强度影响因素

14、实验方法：润滑剂试件尺寸：加载速度：C30,0.3-0.5MPa/s；C30,0.5-0.8MPa龄期：随龄期逐渐增长,3 砼,标准试块：150150 150,非标准试块：100100 100 换算系数 0.95 200200 200 换算系数 1.05,混凝土立方体抗压强度fcu,2023/2/28,混凝土轴心抗压强度fc：按照与立方体试件相同条件制作和试验方法 测得的棱柱体试件的极限抗压强度值,3 砼,标准试块:150150 300mm,c1棱柱体强度与立方体强度之比值，对C50及C50以下混凝土取0.76；C55取0.78,对C80砼取0.82,中间按线性规律变化；c1C40以上混凝土脆

15、性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87，中间按线性规律变化。0.88-考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异，对混凝土强度的修正系数。,对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件6*12in(152*305mm),2023/2/28,混凝土抗拉强度ft,3 砼,劈裂强度 Splitting Strength,2023/2/28,f150150mm立方体抗压强度的变异系数。,2023/2/28,复合应力状态下的混凝土强度,双轴应力下的强度(Biaxial Stress State),3 砼,2023/2/28,复合应力状态下的混凝土强度,剪应力和正应力共同作用(shear

16、and normal stress),混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小，随压应力增大而增大 当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大，压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。,3 砼,2023/2/28,复合应力状态下的混凝土强度,三向受压强度(Triaxial compressive strength testing),无侧向约束时圆柱体的单轴抗压强度,有侧向约束时的抗压强度,k侧向效应系数,3 砼,2023/2/28,混凝土的疲劳强度Fatigue Strength,重复荷载下的应力-应变曲线,fcf的确定原则：100100 300或150150 45

17、0 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,3 砼,2023/2/28,受力变形：砼由于荷载作用下的变形单调短期加载：应力-应变关系 荷载长期作用：徐变 多次重复荷载作用下体积变形：砼收缩以及温度变化产生的变形收缩,3.2 混凝土的变形(Deformation of Concrete),3 砼,2023/2/28,混凝土单调短期加载下的变形性能Stress-strain Relationship分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定。采用等应变速度加载，或

18、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，测得应力-应变曲线的下降段。,作用是：峰值应力后，吸收试验机的变形能，测出下降段,3 砼,2023/2/28,混凝土单调短期加载下的变形性能,3 砼,2023/2/28,混凝土单调短期加载下的变形性能,最大应力值fc最大应力值对应的应变c0(1.5-2.5)10-3极限压应变cu(3.0-5.0)10-3,3 砼,2023/2/28,若采用无量纲坐标x=e/e0，y=s/fc，则混凝土应力-应变全曲线的几何特征必须满足:,2023/2/28,影响因素砼的强度：峰值应变，延性应变速率：峰值应变，坡度试验条件：应变加载，标距，约束,

19、混凝土单调短期加载下的变形性能,3 砼,2023/2/28,单轴受压时的应力-应变关系的数学模型混凝土结构设计规范(GB50010-2002),3 砼,2023/2/28,弹性模量(Modulus of Elasticity or Elastic Modulus),混凝土单调短期加载下的变形性能,3 砼,2023/2/28,单向受拉,混凝土单调短期加载下的变形性能,上升段：加载初期，变形与应力线形增长，至极值应力的40-50%达到比例极限；76-83%出现临界点(不稳定扩展开始)；峰值对应的应变随抗拉强度的增加而增大，在50-270范围内波动。当混凝土C15-C40时，极限拉伸值小于受压，计算

20、时取tu=100u。下降段：随着混凝土强度的提高而更为陡峭。从原点的切线斜率看，拉压基本一致，受拉弹模与受压弹模大体相等，其比值约为0.82-1.12，平均值为0.995，故混凝土受拉弹模近似取受压弹模。,3 砼,2023/2/28,混凝土的弹性模量的试验方法（150150 300标准试件）,510次,混凝土单调短期加载下的变形性能,经验公式,(Poissons ratio)：在压力较小时0.15-0.18，接近破坏时0.5以上，一般0.2,混凝土的剪切模量为Shear Modulus,P487,3 砼,2023/2/28,在荷载不变的情况下随时间而增长的变形称为徐变,混凝土长期加载下的变形性

21、能徐变(Creep),100100400mmRH:65%T:20C=0.5fc,随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增长较快，6个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓慢，23年后趋于稳定。,3 砼,2023/2/28,徐变对结构的影响使受弯构件的挠度增大；使柱的偏心矩增大；使预应力混凝土的预应力损失；徐变使预应力混凝土构件缩短，因而引起钢筋中的预拉应力的减小，成为预应力损失。使截面上的应力重分布。以柱为例，任一时刻，外界荷载P=Pc+Ps。当徐变发生后，混凝土似乎变软，受到钢筋的拉力反力，减小了混凝土的承压力，而钢筋的压力增大。,混凝土长期加载下的变形性能徐变,3 砼,2

22、023/2/28,徐变的主要原因水泥凝胶体在荷载作用下发生粘性流动，结晶体内部逐渐滑动，造成变形增大(针对应力不大时的主要原因)。混凝土内部的微裂缝发展的结果(针对应力较大时的主要原因)。,混凝土长期加载下的变形性能徐变,3 砼,2023/2/28,徐变的影响因素持续作用压应力的大小 0.8fc 时，曲线为发散性。可用作为普通混凝土长期抗压强度。加荷时混凝土的龄期龄期越长，混凝土硬化越充分，水泥石晶体所占比例越大，gel粘性流动少，徐变小。,混凝土长期加载下的变形性能徐变,3 砼,2023/2/28,混凝土组成成分和配合比骨料本身没有徐变特性，但作为刚度较大的弹性体，可以限制约束徐变的大小。因

23、此，骨料的刚度越大，在混凝土结构中所占比例越大，则徐变越小。水灰比小，使gel的粘滞度降低，徐变减小。养护及使用条件下的温度和湿度养护时，温度越高，湿度大，则水泥水化作用越充分(晶体多，gel少)，徐变小。使用时，温度高，相对湿度低，徐变大，因为在总徐变还包括由于混凝土内部水分受到外力后向外溢出的徐变。试件体表比小，表面积相对大，徐变大。,混凝土长期加载下的变形性能徐变,徐变与塑性的区别？,3 砼,2023/2/28,体积变形,混凝土的收缩(Shrinkage),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。在水中结硬时，体积膨胀(dilation or swelling),收缩变

24、形与时间的关系,早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。通常，最终收缩应变值约为(25)10-4，而混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4，说明收缩会导致开裂。,3 砼,2023/2/28,收缩对结构的影响 受到制约，在砼中产生拉应力，导致混凝土产生裂缝，影响正常使用；在预应力结构中，可引起预应力损失。措施：浇注时设置施工(伸缩)缝，待混凝土收缩充分收缩后再将缝浇好。收缩的主要原因 凝缩：在水泥水化作用过程中形成的晶体比原材料体积小 干缩：混凝土硬化后期混凝土内部自由水分的蒸发或湿度下降引起,混凝土的收缩(Shr

25、inkage),3 砼,Setting ShrinkageDrying shrinkage,2023/2/28,收缩：钢筋受压，混凝土受拉,P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,2023/2/28,收缩的影响因素混凝土的组成和配比是影响主要因素。水泥用量大(水泥晶体多)，水灰比大(后期失水)，收缩大。骨料对收缩也有制约作用，所以骨料所占体积大，刚度高，制约作用强，收缩小。养护和使用条件下的温度和湿度：蒸汽养护可加快水化作用，减少混凝土中的自由水(游离水)，使以后蒸发用水减少，从而减小收缩。使用环境温度高，湿度低，都容易使自由水蒸发，使收缩增大。另外，体表比小，表面积相

26、对大，加快蒸发，收缩也大。,混凝土的收缩(Shrinkage),3 砼,2023/2/28,公路桥涵受力构件的混凝土强度等级按下列规定采用：钢筋混凝土构件不应低于C20，当用HRB400、KL400级钢筋时，不应低于C25。预应力混凝土构件不应低于C40。严寒区、海水区或使用除冰盐且受影响的桥涵构件，不应低于C30；有气态、液态或固态侵蚀物质的环境不应低于C35。,3.3 混凝土的选用原则,3 砼,2023/2/28,目录,钢筋混凝土结构的基本概念混凝土结构的发展状况混凝土的强度指标及变形性能钢筋的强度指标及变形性能钢筋和混凝土的粘结性能,2023/2/28,4.1 钢筋的分类,碳素钢(Fe,

27、C,Si,Mn,P,S),低碳钢（含碳量0.25%）,中碳钢（含碳量0.250.6%）,高碳钢（含碳量0.61.4%）,普通低合金钢(Ti,V,Mn),硅系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系,按化学成分,Carbon steel,Low alloy-steel,强度高，塑性和低温冲击韧性好,强度高，塑性可焊性低,4 钢筋,2023/2/28,钢筋(4-40mm),热轧钢筋：将钢材(低碳钢，普通低合金钢)在高温状态下用机械方法扎制,冷加工钢筋：由热轧钢筋在常温下用某种工艺加工而成。冷拔，冷拉，冷轧，冷轧扭。提高强度和节约钢材。,热处理钢筋：将HRB400、KL400钢筋通过加热、淬火、回火而成,按加工工艺

28、,碳素钢丝,光面钢丝：一般以钢绞线的形式应用,刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力(indented wire),钢绞线 不同数量钢丝成螺旋状铰绕在一起。其中7股用得较多。强度高柔软，盘弯运输，在大跨桥中用。,螺旋肋钢丝：与刻痕钢丝(4-9mm)，先张法预应力混凝土，粘结性能良好,4.1 钢筋的分类,4 钢筋,碳素钢丝：高强钢丝，强度高，广泛用于预应力混凝土结构,2023/2/28,常用热轧钢筋,R,HPB235(Hot Rolled Plain Steel Bar):强度低，箍筋及构造配筋HRB335(Hot Rolled Ribbed Steel Bar)：广泛使用HRB4

29、00(Hot Rolled Ribbed Steel Bar):我国优先推广使用的品种RRB400(Remained heat treatment Ribbed Steel Bar)：塑性和可焊性好。冷却后作预应力钢筋*直径范围并不表示在此范围内的任何直径都可以生产。厂家提供的钢筋直径为6，6.6，8，8.5,10,12,14,16,18,20,22,25,28,30,32,36,40,50mm。,4 钢筋,2023/2/28,强度指标的确定,强度,随机变量,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,公路桥规：钢筋的

30、抗拉强度标准值应具有不小于95%的保证率。,4 钢筋,2023/2/28,无时效,经时效,特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降,冷拉,冷拉时，钢筋的冷拉应力值，必须超过钢筋的屈服强度。冷拉后,经过一段时间钢筋的屈服点比原来的屈服点有所提高，这种现象称为时效硬化.*温度过高(450度以上)强度有所降低而塑性性能却有所增加,温度超过700度，钢材会恢复到冷拉前的力学性能，不会发生时效硬化。为了避免冷拉钢筋再焊接时高温软化，要先焊好后再进行冷拉！,4 钢筋,2023/2/28,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,将钢筋(HPB235)

31、用强力拔过比本身直径小的硬质合金拔丝模，使钢筋产生塑性变形，同时拉伸力和挤压力。,4 钢筋,2023/2/28,按外形,4.1 钢筋的分类,光圆(round)：表面平整，截面为圆形变形或带肋(deformed,ribbed),螺纹钢筋人字纹月牙纹,4 钢筋,2023/2/28,按供应方式,4.1 钢筋的分类,盘圆或盘条钢筋：直径为6-10mm的钢筋卷成圆盘直条或碾条钢筋：直径大于12mm的钢筋轧成6-12m长一根,4 钢筋,2023/2/28,4.2 钢筋的强度和变形,有明显屈服点的钢筋(软钢),无明显屈服点的钢筋(硬钢),单向拉伸实验,4 钢筋,2023/2/28,比例极限,弹性极限,屈服上

32、限,屈服下限,极限强度,有明显屈服点的钢筋,在结构计算中，通常取作fy为钢筋计算的基本指标.原因：结构构件某一截面屈服后，将在荷载不增加的情况下产生持续的塑性变形，构件可能在钢筋未进入强化段前就产生过大的变形和裂缝，结果不能正常使用或已破坏。在RC构件中，受到混凝土极限应变的限制，截面达到破坏时钢筋不大可能进入这样大的应变状态。,fy/fu屈强比(强屈比):反映出结构可靠性能的大小,小表明结构的可靠储备越大,一般要求0.8。,4 钢筋,2023/2/28,钢筋的双线性理想弹塑性本构模型,Es=fy/y,受拉和受压Es相同,普通钢筋的弹性模量(105MPa),4 钢筋,2023/2/28,有明显

33、屈服点的钢筋,塑性性能：延伸率，冷弯性能,延伸率(Elongation Rate)(ductility rate),l0钢筋拉伸试验试件的应变量侧标距，常采用l0=5d(5)或l0=10d(10)，d为钢筋的直径。?5=10l钢筋拉断或重新拼和后量侧断口两侧的标距，即产生残留伸长后的标距。,断面收缩率(Percentage Reduction of Area),延性好,4 钢筋,2023/2/28,目前多采用均匀延伸率来反映钢筋的变形能力,l0不包含颈缩区拉伸前的量测标距长度l拉伸断裂后不包含颈缩区的量测标距长度最大拉伸应力Es钢筋的弹性模量,一般2.5%?,4 钢筋,2023/2/28,有明

34、显屈服点的钢筋,冷弯性能(Cold Bending Property),伸长率一般不能反映钢材的脆化倾向，为使钢筋在弯折加工时不致断裂和在使用过程中不致脆断，应进行冷弯试验。将钢筋在常温下绕一定直径D(弯心直径)的辊轴弯折一定的角度(冷弯角度)，用放大镜检查试件表面，如无裂缝、分层以及鳞落等现象，认为材料的冷弯性能合格。常用反映冷弯性能，D越小，越大，则钢筋的冷弯性能越好，说明钢筋的塑性好。,4 钢筋,2023/2/28,无明显屈服点的钢筋(硬钢),硬钢(消除应力钢丝，钢绞线):强度高，但低，塑性差，脆性大,加载到拉断，没有明显的屈服段。用其配筋的RC构件，受拉往往突然断裂，没有明显的预兆,曲

35、线特性：在比例极限前(0.75b)前，直线，弹性变化。过此点后，表现出一定的塑性，但应力和应变均持续增长，没有明显的屈服点。到极限强度b后，由于钢筋的颈缩出现下降段，直到拉断。“协定流限”(条件屈服点)作为强度标准，即加载及卸载后，相应于残余应变为0.2%的应力，用表示，一般相当于b的70-85%，条件屈服强度：0。2=0.85 b,4 钢筋,2023/2/28,4.4钢筋的徐变和松弛,徐变(蠕变)Creep,应力不变，随时间的增长应变继续增加,松弛Stress Relaxation,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,4 钢筋,2023

36、/2/28,4.4 混凝土结构对钢筋的要求,强度屈服强度,塑性延伸率和冷弯性能,具有较好的可焊性,有较好的粘结力带肋钢筋,4 钢筋,2023/2/28,4.4 混凝土结构对钢筋的要求,公路桥规：公路混凝土桥涵的钢筋应按下列规定采用 1 钢筋混凝土及预应力混凝土构件中的普通钢筋宜选用热扎R235、HRB335、HRB400和KL400钢筋，预应力混凝土构件中的箍筋选用其中的带肋钢筋，按构造要求配置的钢筋网可采用冷扎带肋钢筋。2 预应力混凝土构件中的预应力钢筋应选用钢绞线、钢丝；中小型构件或竖、横向预应力钢筋，也可选用精扎螺纹钢筋。,4 钢筋,2023/2/28,目录,钢筋混凝土结构的基本概念混凝

37、土结构的发展状况混凝土的强度指标及变形性能钢筋的强度指标及变形性能钢筋和混凝土的粘结性能,2023/2/28,粘结应力(bond stress)：钢筋与砼接触面上产生的沿钢筋纵向的剪应力,5.1 粘结力的作用,轴心受拉构件裂缝出现前的应力分布,轴力N通过钢筋施加在构件两端。端部,随着离开端部距离的增大在距端部lt处，滑移消除。,s减小c增大,取dx体平衡条件可得,5 粘结,2023/2/28,5.2 粘结力的特点,拔出实验Pull-out test,粘结强度:最大平均粘结应力,F拉拔力d钢筋直径l钢筋埋置长度,拔出试验,5 粘结,2023/2/28,5.2 粘结力的特点,5 粘结,2023/2

38、/28,光圆钢筋的粘结破坏 粘结作用,5.3 粘结破坏机理,水泥凝胶体与钢筋表面的化学胶着力 相对滑移前钢筋与混凝土接触面间的摩擦力钢筋表面粗糙不平的机械咬合力,相对滑移后,粘结强度：(1.5-3.5MPa)破坏形态：拔出的剪切破坏,钢筋表面不平、微锈时可显著提高咬合力,避免,5 粘结,2023/2/28,变形钢筋的粘结破坏,变形钢筋,胶着力,摩擦力,机械咬合力,主要作用,粘结强度：(2.5-6.0MPa),5 粘结,2023/2/28,5.4 影响粘结强度的因素,混凝土强度：混凝土强度越高，钢筋与混凝土的粘结力也越高；混凝土浇注时的钢筋位置：水平位置的粘结强度低于竖向位置的钢筋；保护层厚度：

39、混凝土保护层较薄时，其粘结力降低，并在保护层最薄弱 位置容易出现劈裂裂缝，促使粘结力提早破坏；钢筋的净距：净距小，混凝土发生水平劈裂，粘结强度小；钢筋表面形状：带肋钢筋表面凹凸不平，与混凝土之间的机械咬合力较 好，破坏时粘结强度大；光面钢筋的粘结强度则较小，所以要在钢筋端部做成弯钩，可以增加其拔出力；,5 粘结,2023/2/28,重点,钢筋和混凝土共同工作的基础；混凝土的强度：单压(立方体，棱柱体)，单拉(直接拉伸，劈裂)，双向，三向，以及他们之间的联系。单向受压的变形性能，徐变，收缩钢筋的应力-应变关系：有明显流幅和无明显流幅钢筋和混凝土的粘结：粘结强度，破坏机理,规范的相应规定,2023

40、/2/28,1.混凝土立方体抗压强度是采用边长150mm 的立方体标准试件,按标准试验方法测得的抗压强度,是混凝土最基本的力学指标、是评定混凝土强度等级的标准。除此之外，混凝土还有轴心抗压强度，轴心抗拉强度；2.混凝土在多轴应力状态下:双向受压、三向受压时，强度和变形能力提高；一向受拉、一向受压时，强度低于单轴受拉或单轴受压的强度；双向受拉时，强度接近单轴受拉的强度；压、剪应力共同作用时，压应力的存在，使混凝土抗剪能力较纯剪状态有所提高，但压应力过大，反使混凝土抗剪能力降低，拉、剪应力共同作用时，拉应力的存在，使混凝土抗剪能力降低，剪应力的存在，使混凝土抗拉能力降低；3.混凝土一次短期加荷的应

41、力-应变曲线，是反映混凝土力学性能的基本物理关系。曲线分上升段和下降段，可用多种数学模型表示。曲线峰值应力对应的应变通常取0.002，极限应变通常取0.0033。,小结,2023/2/28,4.重复荷载作用下,混凝土会发生疲劳破坏,混凝土疲劳强度较一次短期加荷的强度低。5.混凝土变形模量有三种表达:原点模量、切线模量、割线模量。6.徐变和收缩是混凝土随时间发展的变形，对混凝土结构会产生影响，两者发生的原因不同，影响因素有共同之处，但最明显的区别是徐变与应力状态有关，而收缩与应力无关。随应力加大，混凝土徐变由线性变为非线性，最终可发展成不收敛的变形，导致结构破坏。因此，混凝土结构构件上的长期应力

42、不应超过80%的极限强度。,练习,2023/2/28,7.混凝土结构中使用的钢筋按受力性能可分为两大类：有明显流幅的钢筋和无明显流幅的钢筋，前者塑性较好，后者强度较高，但塑性较差。按钢材的化学成分可分为碳素钢和低合金钢；按加工方法还可分为热轧钢筋、冷加工钢筋和热处理钢筋等。一般普通钢筋混凝土结构中使用的热轧钢筋,预应力混凝土结构中使用消除应力的高强钢丝、钢绞线、热处理钢筋，有时也使用冷加工钢筋。8.混凝土结构对钢筋性能的要求是：强度、塑性、可焊性、耐久性和与混凝土的粘结力。9.钢筋与混凝土之间的粘结力是钢筋与混凝土共同工作的重要保证，粘结强度对钢筋的搭接、锚固及混凝土抗裂性能有重要影响。,20

43、23/2/28,1.钢筋混凝土结构混凝土的强度等级不应低于C15。2.混凝土各项强度指标的基本代表值是轴心抗压强度标准值。3.混凝土在三向受压应力状态下，抗压强度提高较多，延性略有降低。4.混凝土的弹性模量不小于变形模量。5.单向受压的混凝土试件，在达到极限压应变时应力同时达到最大。6.立方体试件尺寸越大，抗压强度越高。7.一般来说，钢材含碳量越高，其强度越高，伸长率也越大。8.热处理钢筋属于有明显流幅的钢筋。9混凝土的劈裂强度大于抗折强度。10混凝土立方体抗压强度标准值的确定有85%的保证率。,练习,2023/2/28,1.钢筋混凝土结构混凝土的强度等级不应低于C15。X C202.混凝土各项强度指标的基本代表值是轴心抗压强度标准值。立方体抗压强度标准值3.混凝土在三向受压应力状态下，抗压强度提高较多，延性略有降低。抗压强度提高较多，延性也相应提高。4.混凝土的弹性模量不小于变形模量。5.单向受压的混凝土试件，在达到极限压应变时应力同时达到最大。峰值应变时应力同时达到最大。6.立方体试件尺寸越大，抗压强度越高。越低。7.一般来说，钢材含碳量越高，其强度越高，伸长率也越大。强度越高，伸长率降低。8.热处理钢筋属于有明显流幅的钢筋。无明显流幅的钢筋。9混凝土的劈裂强度大于抗折强度。小于10混凝土立方体抗压强度标准值的确定有85%的保证率。95%,