钢筋和混凝土材料的力学性能—概要.pptx

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,#,2020/2/9,河南理工大学土木工程学院,2024/12/29 周日,CH2 MECHANICAL PROPERTIES OF MATERIALS,本章重点,(,Emphasis),熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则（,the variety,，,level,，,performance and selection principle of steel reinforcement,）；,熟悉混凝土在各种受力状态下的,强度与变形,性能,（,strength and deformation of concrete under,various loads),及其选用原则；,了解钢筋与混凝土的粘结性能,(bond between,steel bar and concrete),。,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,CH2.Mechanical Properties of Materials,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,小结,混凝土受压破坏的实质？如何提高单向抗压强度？,混凝土强度的影响因素有哪些？,混凝土单轴受压应力,-,应变曲线反映了混凝土哪些性能？,混凝土的弹性模量有哪些？在应力,-,应变图形上画出。,s,=0.85,s,max,s,=0.65,s,max,粘结裂缝,s=s,max,s,=0,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,微裂缝不发展,微裂缝扩展,微裂缝非稳定发展,混凝土破坏,结论：,混凝土受压破坏是由于混凝土,内裂缝的扩展所致,。如果对混凝土的,横向变形加以约束,，,限制裂缝的开展,，则可以,提高,混凝土纵向,抗压强度,。,回顾,混凝土受压破坏的实质？如何提高单向抗压强度？,影响因素一：,润滑剂,(lubricant),套箍效应,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,回顾,混凝土强度的影响因素有哪些？,影响因素二：,尺寸,(Size),尺寸效应,影响因素三：,加载速度,The loading speed,受压应力,-,应变关系,Stress-strain relationship under axial compressive load,骨料和水泥结晶体弹性变形,内部微裂缝稳定扩展,内部微裂缝非稳定扩展,峰值应变,(peak strain),0,取,0.002,裂缝迅速发展，内部整体性严重破坏,极限压应变,(ultimate strain),u,取,0.0033,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,回顾,混凝土单轴受压应力,-,应变曲线反映了混凝土哪些性能？,(MPa),f,c,o,0,(,10,-3,),a,b,c,d,2,25,20,15,10,5,4,6,8,10,混凝土强度提高,加载速度减慢,影响因素,(Factors),Grade of concrete,Loading speed,The condition of lateral constraint,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,三向受压时，混凝土的,随着侧向压力的增加而提高，同时,也明显提高。,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,1,c,c,0,指出下面混凝土应力,-,应变曲线中各斜率的物理意义？,回顾,混凝土的弹性模量有哪些？在应力,-,应变图形上画出。,2.2 Performance of Concrete,2.2.2 Deformation behavior of concrete,混凝土的变形,体积变形,受力变形,一次短期加载下的变形,荷载长期作用下的变形,多次重复荷载作用下的变形,硬化过程中的收缩变形,温湿度变化引起的变形,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,荷载长期作用下的变形,1,、混凝土徐变的定义？,2,、徐变的影响因素？如何减小混凝土的徐变？,3,、混凝土徐变对结构所产生的影响？,4,）长期荷载（,long-term load,）作用下混凝土的变形性能,徐变,Creep,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,徐变,Creep,：,应力不变时，变形随时间增长的现象。,Deformation of concrete increases with time under the same compressive stress,P,原因,之一,，胶凝体的粘性流动,原因,之二,，混凝土内部微裂缝的不断发展,Creep of concrete,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,使钢筋混凝土构件,变形加大,(increasing of deflection),；,使预应力混凝土构件产生,预应力损失,(prestressing lose),；,在高应力作用下还会使,构件破坏,(failure of member),；,在超静定结构中，使钢筋混凝土构件截面产生,应力重分布,(redistribution of internal force),；,有利的,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,徐变对结构设计的影响,(Effect of creep,for structure design),P,影响徐变的因素,(,Factors that affect the creep of concrete,),应力（,Stress,）大小，应力越大，徐变越大,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；构件尺寸越大，徐变越小,养护温度越高、湿度越大，水化越充分，徐变越小,受荷后温度越高、湿度越低，徐变越大,P,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,5,）混凝土的收缩,(,Shrinkage of concrete),-,在空气中,结硬时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；骨料粒径越大，收缩越小,养护条件、制作方法、使用环境等,主要由凝缩,(setting shrinkage),和干缩,(shrinkage),组成,（,干燥失水,是引起收缩的重要因素）,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,收缩对混凝土结构的影响,(,Effect of,shrinkage,for structure),c,A,s,s,A,s,混凝土的收缩对处于,完全自由,状态的构件只会引起构件的缩短而,不开裂,。对于周边,有约束,而不能自由变形的构件，收缩会引起构件内,混凝土产生拉应力，甚至会有裂缝产生,。,Shrinkage,：,steel reinforcement in compression and concrete in tension.,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,收缩对混凝土结构的影响,(,Effect of,shrinkage,for structure),减少收缩的措施,：,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；掺膨胀剂等。,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,当温度变形受到外界的,约束,而不能自由发生时，将在构件内,产生温度应力,。,大体积混凝土中，内部混凝土对试图缩小体积的表面混凝土形成约束，在表面混凝土形成拉应力。,6,）,混凝土的温度变形,(Temperature deformation of concrete),CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,热胀冷缩,一般混凝土结构无须考虑，但对,大体积混凝土、烟囱,等结构，设计时,应考虑温度应力的影响。,混凝土的选用原则（,selection principle,）,钢筋混凝土结构中,素混凝土结构的混凝土强度等级,不应,低于,C15,。,钢筋混凝土结构的混凝土强度等级,不应,低于,C20,。,采用强度等级400,MPa,及以上,钢筋时,不应,低于,C2,5,；,承受重复荷载构件的混凝土，,不应,低于,C30,；,预应力混凝土结构中,混凝土强度等级不应低于,C30,。,当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋时，不宜低于,C40,。,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,小结,徐变与收缩对混凝土结构有何影响？如何减小徐变与收缩？,本章重点,(,Emphasis),熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则（,the variety,，,level,，,performance and selection principle of steel reinforcement,）；,熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能,（,strength and deformation of concrete under,various loads),及其选用原则；,了解钢筋与混凝土的,粘结性能,(bond between,steel bar and concrete),。,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,CH2.Mechanical Properties of Materials,2.3,Bond Between Steel Bar and Concrete,2.3.1,粘结力的定义及分类,（,definition and classification,）,当钢筋与混凝土之间产生相对变形（滑移）（,Relative deformation or slip,）,，在钢筋和混凝土的,交界面,（,interface,）上,产生的,沿钢筋纵向的剪应力（,shear stress along the length of steel bar,）,，即所谓粘结,应力，简称粘结力,（,bond stress,）。,粘结力,bond stress,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3,Bond Between Steel Bar and Concrete,2.3.1,粘结力的定义及分类,（,definition and classification,）,粘结力,bond stress,The mechanical properties of this beam is the,same to plain concrete beam.,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,弯曲粘结应力,(Bending bond stress),Classification of bond stress,局部粘结应力,(Local bond stress),锚固粘结应力,(Anchorage bond stress),粘结应力大小与,M,沿纵向钢筋分布规律有关，和力学中剪应力分布规律相同，此粘结应力称,弯曲粘结应力,。,钢筋两端不存在,拉力差,，就不存在粘结力，即粘结应力存在，钢筋应力沿长度才发生变化。,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,弯曲粘结应力,(Bending bond stress),局部粘结应力,(Local bond stress),钢筋在支座处的锚固粘结应力是构件承载力至关重要的因素。,钢筋的端头应力为零，在经过不长的粘结距离,(,称锚固长度,),后，钢筋的应力应能达到其设计强度。,锚固粘结应力,(Anchorage bond stress),CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,Classification of bond stress,弯曲粘结应力,(Bending bond stress),局部粘结应力,(Local bond stress),梁开裂后，混凝土开裂前承受的,拉力通过粘结应力,传递给钢筋,、从而使裂缝处钢筋应力增大，这种粘结应力称为局部粘结应力，其,作用,是使,裂缝之间的混凝土参与受拉,。,锚固粘结应力,(Anchorage bond stress),CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,Classification of bond stress,钢筋与混凝土界面上的平均粘结应力,F,为,t,F,/(,p,dl,),2.3.2,粘结试验,(Bond Test,）,粘结强度,Bond strength:,粘结失效（,bond failure,）时的最大（平均）粘结应力。,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,拔出试验,(pull-out test),化学胶着力,(Adhesion),钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（一般很小，一旦产生相对滑移即消失）。,粘结力的组成（,composition of bond stress,）,摩擦力,(Inter-surface friction),混凝土收缩后将钢筋紧握产生的摩擦力，钢筋表面越粗糙，摩擦力越大。,(,钢筋表面微锈摩擦力增加,),。,机械咬合力,(Mechanical bearing),钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用（是变形钢筋粘结力的主要组成部分）。,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,2.3.3,粘结破坏机理（,Failure Mechanism of Bond,）,化学胶着力,（,1,）光圆钢筋的粘结破坏：,摩擦力、机械咬合力,破坏,（,2,）变形钢筋的粘结破坏,化学胶着力,摩擦力、挤压力,机械咬合力,破坏,滑移后,滑移后,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,2.3.3,粘结破坏机理（,Failure Mechanism of Bond,）,2.3.4,影响粘结强度的因素,(,Factors that affect the bond strength),（,1,）,混凝土的强度等级,(grades of concrete),：钢筋与混凝土间的粘结强度均随混凝土的强度提高而提高。,（,2,）,混凝土保护层,c,和钢筋之间净距离,越大，外围混凝土的劈裂抗力越大，因而粘结强度越高。,（,4,）,横向钢筋及侧向压力约束,(,Hoops and lateral,constraint),限制内部裂缝的发展，可使粘结强度提高。,（,3,）,钢筋外形,(surface shape of steel),：变形钢筋的大于光圆钢筋。,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,（,6,）,浇筑时钢筋的位置,(location of steel bar),：,深度过大，钢筋底面的混凝土会产生,沉淀收缩和离析泌水,，出现强度较低的,疏松空隙层,，削弱混凝土的粘结强度。,（,5,）,受力状态（,stress state,）：,反复荷载作用下，粘结作用会退化。,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,2.3.4,影响粘结强度的因素,(,Factors that affect the bond strength),保证可靠粘结的措施,1,）混凝土保护层不宜过小,2,）钢筋之间净距离不宜过小,3,）在钢筋端部做弯钩,4,）在钢筋的搭接和锚固区附设横向箍筋,5,）在搭接和支座处保证一定的锚固长度,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,2.3.5,钢筋的锚固与连接（,anchoring and connection,）,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,锚固,：利用钢筋在混凝土中的埋置段或机械措施，将,钢筋所受的力传给混凝土,，使,钢筋锚固于混凝土不致滑出,。,连接,：通过混凝土中两根钢筋的连接接头，,将一根钢筋的力通过混凝土传给另一根钢筋,。,2.3.5,钢筋的锚固与连接（,anchoring and connection,）,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,1,）钢筋的锚固,受拉钢筋的基本锚固长度,为了保证钢筋与混凝土之间有可靠的粘结，构件中的钢筋必须有一定的锚固长度。,确定原则：,钢筋屈服的同时，锚固失效。,F,l,ab,t,2.3.5,钢筋的锚固与连接（,anchoring and connection,）,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,F,l,ab,t,平均粘结强度,t,主要取决于混凝土的抗拉强度,f,t,（近似成正比）和,钢筋外形,，因此,规范,公式为,a,为,锚固钢筋的外形系数,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,当采取不同的埋置方式和构造措施时，受拉钢筋的锚固长度应取：,基本锚固长度,l,a,=,z,a,l,ab,l,a,：受拉钢筋的锚固长度，,不应小于,200mm,；,z,a,：锚固长度修正系数。,机械锚固的形式,依靠钢筋自身的性能无法满足锚固要求，采用,机械锚固,措施。,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,2,）钢筋的连接,纵向受拉钢筋的搭接长度,搭接长度修正系数，与同一连接区域钢筋搭接接头面积百分率有关,受压钢筋,的搭接长度取受拉钢筋搭接长度的,70,，且不小于,200mm,。,接长钢筋的办法：,绑扎搭接；焊接；机械连接。,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,钢筋搭接接头的错开要求,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,钢筋搭接焊接,钢筋对接焊接,钢筋机械连接,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,小结,粘结力的定义与组成？,影响粘结力的因素？,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,