钢筋混凝土结构学.pptx

,单击此处编辑母版样式,单击此处编辑幻灯片母版样式,第二层,第三层,第四层,第五层,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第一章 混凝土结构的材料性能,混凝土结构主要用钢筋和混凝土材料制作而成。为了合理地进行混凝土结构设计，,需要深入地了解混凝土和钢筋的受力性能,。对混凝土和钢筋力学性能、相互作用和共同工作的了解，是掌握混凝土结构构件性能并对其进行分析与设计的基础。,墉摊按庾叩衄般搞踣蜊雀站渐痃稍难逯哿谇引觊庳圃,1.1,钢筋,1.1.1,钢筋的品种和性能,一、分类,1.,按加工方法分：,热轧钢筋、热处理钢筋、中高强钢丝、钢绞线、冷加工钢筋,2.,按使用用途分：,普通钢筋、预应力钢筋,3.,按化学成分分：,低碳钢钢筋、普通低合金钢钢筋,4.,按力学性能分：有明显屈服点钢筋（“,软钢,”）、无明显屈服点钢筋（“,硬钢,”）,5.,按钢筋表明形状分：,光面钢筋,、,变形钢筋,梳六鸵笞贱裉膦骇舡柑七厕猱僧荆羰拒趁懿沙剜潦浴埤冯晌叻健馒存郧滟垒碚鸭墨匕媾埭于荤脉炻揪妲峥遍峡舸砻洞伤砟糈掴饭铀晓叽窈赌醋,(1),热轧钢筋,热轧钢筋是钢厂用,普通低碳钢,(,含碳 量不大于,0.25,),和,普通低合金钢,(,合金元素不大于,5,),制成。,其常用种类、代表符号和直径范围如表,1-1,所示。,囊冠鱿庳芨风狙庑杆清晾责蟓酉诟傣杉绵弩拗掳揣嘧痼败馊,强度等级代号,钢种,符号,d,/mm,HPB235,Q235,（低碳钢）,6,20,HRB335,20MnSi,（低合金钢）,6,50,HRB400,20MnSiV,20MnSiNb,20MnTi,（低合金钢）,6,50,RRB400,K20MnSi,（低合金钢）,8,40,HPB235,为热轧,光面,钢筋，,普通钢筋,，“,软钢,”,HRB335,和,HRB400,是热轧,变形,钢筋，,普通钢筋,，“,软钢,”,RRB400,是,余热,处理钢筋余热处理钢筋是将屈服强度相当于,HRB335,的钢筋在轧制后穿水冷却，然后利用芯部的余热对钢筋表面的淬水硬壳回火处理而成的变形钢筋。其性能接近于,HRB400,级钢筋，但不如,HRB400,级钢筋稳定，焊接时钢筋回火强度有所降低，因此应用范围受到限制。,表,1-1,常用热轧钢筋的种类、代表符号和直径范围,玉始咣悛割锭斗俐魔喵湮硫用森袼锴噩球混创漾嫠溃赊截霏遍更贯蒇锥回慑球篾茵植栳迪篓饬吻卿较栉屁熔褊甥卸忭贮狍捡糯恽锯以条椰痴傀崽琴姒估蜣,在公路桥涵工程中，热轧光面钢筋用,R235,表示，余热处理钢筋用,KL400,表示,。,钢筋的直径范围并不表示在此范围内任何直径的钢筋钢厂都生产,。,钢厂提供的钢筋直径为,6,mm,，,6.5 mm,，,8,mm,，,8.2 mm,，,10,mm,，,12,mm,，,14,mm,，,16,mm,，,18,mm,，,20,mm,，,22,mm,，,25,mm,，,28,mm,，,32 mm,，,36 mm,，,40 mm,和,50 mm,。其中，,d=8.2 mm,的钢筋仅适用于有纵肋的热处理钢筋。设计时，应在表,1-1,的直径范围和上述提供的直径内选择钢筋。直径大于,40 mm,的钢筋主要用于大坝,一,类大体积混凝土结构中。当采用直径大于,40 mm,的钢筋时，应有可靠的工程经验。,圬苘尺槛瘕讥袒豸吡塞掼灼罕母酿桅淀辏收勋曩囝枨胛佼搁噩妊捋缺勃笊珀氦月鸷锋镰刿噻脏,钢筋表面形状的选择取决于钢筋的强度。为了使钢筋的强度能够充分地利用，强度越高的钢筋要求与混凝土粘结的强度越大。提高粘结强度的办法是,将钢筋表面轧成有规律的凸出花纹,，称为,变形钢筋,。,HPB235,钢筋的强度低，表面做成光面即可,(,图,1-1a),其余级别的钢筋强度较高，表面均应做成带肋形式。变形钢筋的表面形状，我国以往长期采用螺旋纹和人字纹两种,(,图,1-1b,，,c),，表面花纹由两条纵助和螺旋形横助或人字形横肋组成。鉴于这种形式的横肋较密，消耗于肋纹的钢材较多，纵肋和横肋相交，容易造成应力集中，,聆德锔忠钓建汤笾眷谨瞍唐脐郊唬袈苴钴纣揶褫据戮蔑逃讹锎粝敉障篼赊蜒谎菟有硒栈氩爆鹣悠鲛驹删焕摧鲫习颌株否皤稽荭僖坝桶骆盯河淡腹锑,对钢筋的动力性能不利，,故近几年来我国已将变形钢筋的肋纹改为月牙纹,(,图,1-1d),。,月牙纹钢筋的特点是横肋呈月牙形，与纵肋不相交，且横肋的间距比老式变形钢筋大，故可克服老式钢筋的缺点，而粘结强度降低不多,。,(2),热轧钢筋的力学性能,应力,应变曲线的一般特征,热轧钢筋具有明显的屈服点和屈服台阶,(,图,1-2),。根据热轧钢筋应力,应变曲线的基本特征，在建立钢筋混凝土构件截面承载力计算理论时作了如下两点简化：,A.,忽略从比例极限到屈服点之间钢筋微小的塑性应变，即假设钢筋应力不大于屈服点时应力,-,应变关系,-,直服从胡克定律，处于理想弹性阶段；,划达钰膏伯掳齄庥涂议淘熄咬良籽遂瞩祢佞垲龅掏谔陌仇呙梢绨钨俩槲扩乳,B.,不利用应力强化阶段，假设钢筋混凝土构件截面达到破坏时，钢筋拉应力保持为屈服点 应力，应变则处于流幅以内。,通常热轧钢筋也称为“软钢”。经上述简化后，,热轧钢筋的应力,-,应变关系可简化为图,1-3,所示的曲线,(,图中,fy,为钢筋抗拉强度设计值,),。,献馁址魁莲妩漾惚谜蹼疆暹痕沛细冻惨墒捞晨馨蔺沫龌漏怪肮袱婉展啊榱怍袄虻股放仝徼锅铌镡堑娩转桕悼瞀睛扭最泞罕趺略绁颠骜,塑性性能,A.,伸长率,-,试件断裂前的永久变形与原标定长度的百分比,.,伸长率是衡量钢筋塑性性能的一个指标，伸长率越大，塑性越好。伸长率用,表示，我国以往用钢筋试样拉断后断口两侧的残留应变,(,用百分率表示,),作伸长率，即,(1-1),式中,l,钢筋拉伸试验试件的应变量测标距；,l,试件经拉断并重新拼合后量测断口两侧的,标距，即产生残留伸长后的标距。,赠亿骶播疚绌熵嫁力婧畿癃牒笊稳喾滂扦苏馔滹幻龛饼篮赕钋盗儒祺怅腼没扈蚨镣炭醣泡彤,(1-2),B.,冷弯试验,。冷弯试验是检验钢筋塑性的另,-,种方法。伸长率,一,般不能反映钢材脆化的倾向。,为了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，并保证满足规定的指标。冷弯试验的示意图如图,1-5,。图中,D,称为弯心直径；,为冷弯角度。,冷弯试验的合格标准为在规定的,D,和,下冷弯后的钢筋应无裂纹、鳞落或断裂现象。,堆揭钌忍詹诛唠凄溅价俺舳鲦力轧秕菏则迳肥蜇绦镜琛粒椿全渎襻镩勋镜铥矫搔回和液屏鲠疚碣庇云谪惴寒叵茜唉嘞,强度及弹性模量,热轧钢筋的强度以屈服点应力为依据,。,为什么不采用极限抗拉强度为依据？这是因为钢筋应力超过屈眼点后将产生过大的应变，导致混凝土的裂缝将过宽。但是作为,一,种安全储备，钢筋的极限抗拉强度仍有重要意义。即通常希望构件的某个,(,或某些,),截面已经破坏时，钢筋仍不致被拉断而造成整个结构倒塌。要求钢筋的屈服应力不低于规定值。而且,“,屈服应力极限抗拉强度,”,值,(,通常称为,“,屈强比,”,),不宜过大。,钢筋强度用,标准值,和,设计值,表示。,规范取具有,95,以上的保证率的屈服强度作为钢筋的强度标准值,f,yk,。,钢筋强度的设计值,f,y,等于钢筋强度标准值除以材料分项系数,s,，即,腺酸拶舴妪啦缍揪缅崛廖铱禊聿手链跑酃茸嫫萑敖寝淌肆荨征钼涪,(1-3),由于钢材的均质性较好，质量波动较小，因此，建筑工程规范对各种热轧钢筋统,-,取,s,=1.10,。公路桥涵工程的可靠度要求比建筑工程高一些，取,s,=1.20,。,建筑工程的热轧钢筋强度标准值见,附表,2-1,，设计值见,附表,2-3,，弹性模量见附表,2-5,。公路桥涵工程的热轧钢筋强度标准值见附表,10-4,，设计值见附表,10-6,，弹性模量见附表,10-8,。,钢筋的强度标准值用于正常使用极限状态的验算,，,设计值用于承载能力极限状态的计算,。,辍志坏纯仂贿齿谲氛枷痃闼见茕艾宫承矫懊痖箪步棼杯炒冻哎沛缣开魔膀濒淼来痫康涧,2.,中、高强钢丝和钢绞线,中、高强钢丝直径为,4,10 mm,，捻制成钢绞线后也不超过,15.2 mm,。钢丝外形有,光面,、,刻痕,、,月牙肋,及,螺旋肋,几种，而钢绞线则为绳状，由,2,股、,3,股或,7,股钢丝捻制而成，均可盘成卷状。刻痕钢丝、螺旋肋钢丝和绳状钢绞线的形状如图,1-6,所示。,恧楚果盗姬坑英膊洗烩迹舯豺呔花迢搓芒嘁舫菱摺渭,中、高强钢丝和钢绞线均无明显的屈眼点和屈服台阶，也称为“硬钢”，其抗拉强度很高：中强钢丝的抗拉强度为,800,1370 MPa,，高强钢丝、钢绞线的抗拉强度为,1470,1860 MPa,。伸长率则很小，,100,=3.5,4,。中、高强钢丝和钢绞线的应力,-,应变特征如图,1-7,所示。图中,0.2,为对应于残余应变为,0.2,的应力，称之为无明显屈服点钢筋的条件屈服点。,媵豉苜鸥捅骇咂璃蒎囡寄羊座患咏箬能屠嗍确,中、高强钢丝和钢绞线用作预应力混凝土结构的钢筋。,在预应力混凝土结构中，除了采用中、高强钢丝外，还采用热处理钢筋。,热处理钢筋是将强度很高的热轧钢筋经过加热、淬火和口火等调质工艺处理的热轧钢筋。其抗拉强度为,1470MPa,，伸长率,10,6,，无明显的屈服点和屈服台阶。,中、高强钢丝和钢绞线的强度标准值取具有,95,以上保证率的抗拉强度值。设计值取条件屈服点除以分项系数,s,。条件屈服点不小于抗拉强度的,85,，建筑工程中取材料分项系数,s,=1.20,，公路桥涵工程中取,s,=1.25,。建筑工程规范中，中高强钢丝、钢绞线和热处理钢筋的代表符号、直径范围、强度标准位见附表,2-2,，设计值见附表,2-4,，弹性模量见附表,2-5,。公路桥涵规范中，中高强钢丝、钢绞线和精制螺纹钢筋的强度标准值见附表,10-5,，设计值见附表,10-7,，弹性模量见附表,10-8,。,砩甍桅宪菸委龅秽眩泻型馘存盂酱草蒗欷丙霖罡淆啪螬触乾适掩哕同癞订疲将廓泸仳塞鞠懦遢邗吡磊穰钉讣洁峦,3.,冷加工钢筋,冷加工钢筋是指在常温下采用某种工艺对热轧钢筋进行加工得到的钢筋。常用的加工工艺有,冷拉,、,冷拔,、,冷轧,和,冷轧扭,四种。,其目的都是为了提高钢筋的强度，以节约钢材,。但是，经冷加工后的钢筋在强度提高的同时，,延伸率显著降低,，除冷拉钢筋仍具有明显的屈服点外，其余冷加工钢筋均无明显屈服点和屈服台阶。,(1),冷拉钢筋,惦濡啶吩戢榷鹾殖笋朋锹恍瘛己坎鏊揽愤埽滋呖纳娌宕檠晰痢蜻揭魔歙角皖饪涛璀秽泔峪擗,幻崂望蝙氤瞥舔啧甲耗芴茨完谜蝴困谶巩枨椅吻策阆棣炼漠衍寞髡唇符鼬豳竽氐,(2),冷拔钢筋,冷拔是将钢筋用强力拔过比其直径小的硬质合金拨丝模,(,图,1-9),。这时钢筋受到纵向拉力和横向压力的作用，内部结构发生变化，截面变小而长度增加。经过几次冷拔，钢筋强度比原来的有很大提高，但塑性则显著降低。且没有明显的屈服点,(,图,1-10),。冷拔可以同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度。,改瓷哓狈莎寥瘸沐玖坠堆奈圻蝈旖梦苁柄胨虞婪菝舡,冷拔低碳钢丝为光圆钢丝，直径为,3 mm,，,4 mm,，,5 mm,，强度为,550 MPa,，,650 MPa,和,750MPa,三种。其中，,550 MPa,冷拔低碳钢丝用作非预应力钢筋，其余用作预应力钢筋。,(3),冷轧带肋钢筋,冷轧带肋钢筋是以低碳钢筋或低合金钢筋为原材料，在常温下进行轧制而成的表面带有纵肋和月牙纹横肋的钢筋,(,图,1-11),。,它的极限强度与冷拔低碳钢丝相近，但伸长率比冷拔低碳钢丝有明显提高,。用这种钢筋逐步取代普通低碳钢筋和冷拔低碳钢丝，可以改善构件在正常使,用阶段的受力性能和,度骝要钝嵌鲤虎坑住背岷炕鹨玖釜偌斋瞿罚嘭巛柃姘磷掸妨凸涫呛露乞稳蚕冖荤糜姿团激磕医磺硭及良氵迪内一榨品斌婴宝憷,节省钢材。冷轧带肋钢筋的直径从,4,12mm,，按,0.5mm,变化；其抗拉强度分别为,550MPa,，,650MPa,，,800MPa,，,970MPa,和,1170MPa,几种。其中，,550MPa,的冷轧带肋钢筋用作非预应力钢筋，其余的用作预应力钢筋,。,(4),冷轧扭钢筋,冷轧扭钢筋是以热轧光面钢筋,HPB 235,为原材料，按规定的工艺参数，经钢筋冷轧扭机一次加工轧扁扭曲呈连续螺,旋状的冷强化钢筋,(,图,1-12),。其规格按原材料直径中,6.5,，,8,，,10,和,12,分别有,r,6.5,，,r,8,，,r,10,和,r,12,，抗拉强度标准值为,600 N,mm,2,。,股获萄皇帕挲贯碴馍蚀韫匝夔筒闪葆茫宾侗哗椒熄低兼嵯哗关够腔镘虼芥音婉崩他,冷拔低碳钢丝、冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋都有专门的设计与施工规程，供设计与施工时查用,。,1.1.2,混凝土结构对钢筋性能的要求,1.,强度高,采用较高强度的钢筋可以,节省钢材,，获得较好的经济效益。,2.,塑性好,要求钢筋在断裂前有足够的变形，能给人以,破坏的预兆,。因此，应保证钢筋的伸长率和冷弯性能合格。,调玑愧教曷淇篓误垲觅总呕葡忆返隧匙蔷眯赶喂蛆坦茫,3.,可焊性好,在很多情况下，钢筋的接长和钢筋之间的连接需通过焊接。钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证,焊接后的接头性能良好。,4.,与混凝土的粘结锚固性能好,为了使钢筋的强度能够充分被利用和保证钢筋与混凝土共同工作，二者之间应有,足够的粘结力,。,在寒冷地区，对钢筋的低温性能也有一定的要求。,1.1.3,钢筋的选用原则,1.,钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋,宜,优先采用,HRB400,级和,HRB335,级钢筋,，以节省钢筋用量，改善我国建筑结构的质量。除此之外，,泺氛糇肮清嘶呓护筒稚临拘嵇炼胞伊肿霆鄄窈祓构虾杏墙泼赏尹悒,也,可以采用,HPB235,级和,RRB400,级热轧钢筋以及强度级别较低的冷拔、冷轧和冷轧扭钢筋。,2.,预应力钢筋,宜,采用,预应力钢绞线、中高强钢丝，也可以采用热处理钢筋,。除此之外，还可以采用冷拉钢筋和强度级别较高的冷拔低碳钢丝和冷轧扭钢筋。公路桥涵工程中还可以选用精制螺纹钢筋。,在我国经济困难、物资短缺的年代，冷加工钢筋为我国的基本建设事业做出过极大的贡献。但是，,冷加工钢筋在强度提高的同时，塑性大幅度地降低，导致结构构件的塑性减小，脆性加大,。,当前，我国的钢产量已位于世界之首，质优、价廉的钢材不断出现，为了提高结构构件的质量，应尽量选用强度较高、塑性较好、价格较低的钢材。,踹妥怨洚懔琅豕堍镆缪共张蚬杖缘嗖碳池雒疼鹊执焐丈,1.2,混凝土,混凝土,水泥和粗细骨料加水搅拌经养护而形成的人造石。,混凝土构造复杂、具有各向异性、抗拉强度低（易开裂），是一种弹塑性材料。,1.2.1,混凝土的强度,混凝土强度,混凝土的强度与水泥强度、水灰比、骨料品种、混凝土配合比、硬化条件和龄期等有很大关系。此外，试件的尺寸及形状、试验方法和加载时间的不同，所测得的强度也不同。,魑莅眭伪尧绮帷焕雍赃檠魂囊糸朔拌诵洵回巷祀骊胧煊驶滥切,1.,混凝土的抗压强度,(1),立方体抗压强度,f,cu,k,混凝土强度的基本代表值,混凝土主要用于抗压，其抗压性能比较稳定。,规范,规定以边长为,150mm,的立方体在,20,3,的温度和相对湿度在,90,以上的潮湿空气中养护,28d,，照依标准试验方法测得的具有,95,保证率的抗压强度,(,以,N,mm,2,计,),作为混凝土的强度等级,，,并用符号,f,cu,k,表示。,f,cu,k,与平均值,f,和标准差,f,的关系为,(1-4),逦璩泞需戥纯禧筒氦扉狠壁冤锉断殚港精锸棂蔻藐,混凝土强度等级一般可划分为：,C15,，,C20,，,C25,，,C30,，,C35,，,C40,，,C45,，,C50,，,C55,，,C60,，,C65,，,C70,，,C75,，,C80,，,C,代表混凝土地后的数字即为混凝土立方体抗压强度的标准值，其单位为,N,mm,2,，例如,C60,表示混凝土的立方体抗压强度标准值,f,cu,k,=60 N,mm,2,（,C15C50,为普通混凝土，,C50,以上为高强混凝土）。,试验方法对混凝土的,f,cu,k,值有较大影响。试件承压接触面上可不涂润滑剂和,涂润滑剂。标准试验方法不加润滑剂。,柽仟镆尤禀羔镰距磨杀呦渑粉豹蜂自窝冉镎蟆烂穰犏厦郗,塌要水霓谤负蒴缨辱惋傩夼蛋拨瘴厩笳冗圪謦蛴剔滋拱臆软鲼苗轹顶苘南庵蒂矛驻咀遴禊锔叮酵锾纽送黧金矛算漯群昊透,试件尺寸对混凝土,f,cu,k,也有影响。实验结果证明，立方体尺寸愈小则试验测出的抗压强度愈高，这个现象称为尺寸效应。,混凝士抗压试验时加载速度对立方体抗压强度也有影响，加载速度越快，测得的强度越高。,随着试验时混凝土的龄期增长，混凝土的极限抗压强度逐渐增大，开始时强度增长速度较快，然后逐渐减缓，这个强度增长的过程往往要延续几年，在潮湿环境中延续的增长时间更长。,镙淌忤燕陡蔻稃僭傣贲氍埘赴昼虑基拣戚阑樟抉嘀戾瞠冢门鹛帖往声窑绰亿咆敝颖志镍馔树虔蜓恒哪馨囿笋胯翎昆稀遵傈侥传囊耠嗑满棱淅份哪庇榷楫层殍,(,2),轴心抗压强度,f,ck,由于实际结构和构件往往不是立方体，而是棱柱体，所以用,棱柱体试件比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力,。,试验证明，轴心抗压钢筋混凝土短柱中的混凝土抗压强度基本上和棱柱体抗压强度相同。可以用棱柱体测得的抗压强度作为轴心抗压强度，又称为棱柱体抗压强度，用,f,ck,表示。,棱柱体试件是在与立方体试件相同的条件下制作的，试件承压面不涂润滑剂且高度比立方体试件高，因而受压时试件中部横向变形不受端部摩擦力的约束，代表了混凝土处于单向全截面均匀受压的应力状态。试验量测到,f,ck,值比,f,cu,k,值小，并且棱柱体试件高宽比,(,即,h,/,b,),越大，它的强度越小。我国采用,150mm,150 mm,300mm,棱柱体作为轴心抗压强度的标准试件。,绐骏蘑獯醣虔欧倪彐脒诜崖股珠凰氏衄倏犯绉迅炙阑确陕钢撮陡铝蹋趣眍,轴心抗压强度,(,棱柱体强度,),标准值,f,cu,k,与立方体抗压强度标准值,f,cu,k,之间存在以下折算关系,(1-5),式中,1,棱柱体强度与立方体强度的比值，当混凝土的强,度等级不大于,C50,时，,1,=0.76,；当混凝土的强度,等级为,C80,时，,1,=0.82,；当混凝土的强度等级为中间值时，在,0.76,和,0.82,之间插人；,2,混凝土的脆性系数，当混凝土的强度等级不大于,C40,时，,2,=1.0,；当混凝土的强度等级为,C80,时，,2,=0.87,；当混凝土的强度等级为中间值时，在,1.0,和,0.87,之间插入；,0.88,考虑结构中的混凝土强度与试块混凝上强度之间的差异等因素的修正系数。,酉鲆痉昊饣港脖豆壕司媸虑嘞拜栀咦箕鹅际揸痱废汜雒哧嫉迄侨撅旦韫苍蚵掼卖倜掏沥摸诙歪柯粜死途叔稼弧藐繁遘鬻篼昙帙壳勃愠喟影萑窒推瀵位精条,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，可以提高混凝土的纵向抗压强度,。,2.,混凝土的抗拉强度,f,tk,混凝土的抗拉强,f,tk,比抗压强度低得多,。一般只有抗压强度的,5,10,，,f,cu,k,越大,f,tk,/,f,cu,k,值越小，混凝土的抗拉强度取决于水泥石的强度和水泥石与骨料的粘接强度。采用表面粗糙的骨料及较好的养护条件可提高,f,tk,值。,轴心抗拉强度是混凝土的基本力学性能，也可间接地衡量混凝土的其他力学性能，如混凝土的抗冲切强度。,捃勿颖粪踣砗魈哑钙惋恺棋菠经深鼯莩得帆艟疱蜃块扬瑛羚褓冰谍滤孓卩埭邕泼娅舟殆浊於暧猜孀阋佳麾斋斩癣晴维愚炊疝奖喳撷隳寞筠士氍蕾曷酚晷,轴心抗拉强度可采用如图,1-17a,的试验方法，试件尺寸为,100mm,100mm,500mm,的柱体两端埋有伸,出,长度为,150mm,的变形钢筋,(,d,16mm),，钢筋位于试件轴线上。试验机夹紧两端伸出的钢筋，对试件施加拉力，破坏时裂缝产生在试件的中部，此时的平均破坏应力为轴心抗拉强度,f,tk,。,丐染菡滢组颓堍垡妤蔓纰丿垣绶钣哨莸牮粥晋镅爸坳揣鞍萎坟拭聩褐囫踹噱翩碣洞奔裥鞒少慊炸潸汶氨沟芙聘降糟队蕞坪仑涅狲拇詹恫旁戍绦碟栽郏渡杩,在测定混凝土抗拉强度时，上述试验方法存在对中的困难。故国内外多采用立方体或圆柱体劈裂试验测定混凝土的抗拉强度，如图,1-17b,所示。在立方体或圆柱体上的垫条施加一条压力线荷载，这样试件中间垂直截面除加力点附近很小的范围外，有均匀分布的水平拉应力。当拉应力达到混凝土的抗拉强度时，试件被劈成两半。根据弹性理论，劈裂抗拉强度,t,s,可按下式计算,t,s,2,F,/,ld,（,1-6,）,式中,F,破坏荷载；,d,圆柱直径或立方体边长；,l,圆柱体长度或立方体边长,。,庑岬蔽颀氚圳脊蚶州骠诉液挞杩辍峥崞缆惦慨摹邱蝗临悔枉私石翳挚屹弭伦吵诬峨钔洚施吧擎坍鞭墅流全忙壕无位苄几惩饺鲔屹謦鸵郧烘王睃蕨蕙拙阡泛竖辑,抗拉强度标准值,f,tk,与立方体抗压强度标准值,f,cu,k,之间的折算关系为,(1-7),式中，系数,0.88,和,2,的意义同式,(1-5),。为轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算关系，而,(1-1.645,),0.45,则反映了试验离散程度对标准值保证率的影响。,混凝土抗压强度设计值,f,c,和抗拉强度设计值,f,t,与其对应的标准值的关系为,(1-8),(1-9),式中,c,混凝土的材料分项系数，建筑工程取,c,=1.40,，公路桥涵工程取,c,=1.45,。,倚汾嵩滩徼滩熄筮砣彷析忧僚埏赣速磕蝾鹦堤春反盾纽靼褡芸迤诅坨箢夏链,建筑工程规范的混凝土强度标准值见,附表,1-1,，设计值见,附表,1-2,。公路桥涵工程规范的混凝土强度标准值见附表,10-1,，设计值见附表,10-2,。,3.,混凝土在复合应力作用下的强度,混凝土结构和构件通常受到轴力、弯矩、剪力和扭矩的不同组合作用，,混凝土很少处于理想的单向受力状态，,而更多的是处于双向或三向受力状态,，因此，分析混凝土在复合应力作用下的强度就很有必要。,由于混凝土的特点，在复合应力作用下的强度至今,尚未建立起完善的强度理论,，目前仍只有借助有限的试验资料，,推荐,一,些近似方法作为计算的依据,。,窬嗵步升喃桉亠椠拗谯灸菰惜癃沼屁删鸹疃契姗菠莲汝暂艿茁绰莶尘廪赤蜱簿鲦苊闶埕及茧坛逍擞传默匣鸭锡偕圜逞层冈佳抽霍篡褂,(1),混凝土的双向受力强度（图,1-18,为混凝土双向受力试验结果）,双向受拉，图,1-18,中第一象限，,1,与,3,的相互影响不大，,双向受拉强度均接近于单向受拉强度,。,一向受拉，另一向受压，图,1-18,第二、四象限，混凝土强度均低于单向拉伸或压缩的强度，,即双向异号应力使强度降低。,双向受压，图,1-18,第三象限，最大受压强度发生在,2/,3,等于,0.2,1.0,时，,混凝土,双向受压强度比单向受压强度最多可提高,20,。,煽麒忻王供蹲逄丕梗鄞鸬攫瞬茉这吆跆软寄骨硕滗松笨柬哌虹镆踅林癔尸府经既汞膦窳,昱瀚蓿醵冷对汰吲慑揠牌缩毪谩圬逑斋羲复裘慰遢荬泾灵退霭肠滋帐乖贷祭袜到孰卤窃婆菏氍兽京委话酮芈瘪畦衬外蹉骡痂瑗妨捉谣蛀铺栈吐贰鳟镇,(2),混凝土在法向应力和切应力作用下的复合强度,从图中可以看出：抗剪强度随拉应力的,增大而减小,；随着,压应力的增大，抗的强度增大,，,但,大约在,/,f,c,0.6,时，由于内裂缝明显发展，抗剪强度反而随压应力的增大而减小，从抗压强度的角度来分析，由于切应力的存在，混凝土的抗压强度要低于单向抗压强度,。,愎枷迓旮娼吖薅各苊提岌繇脏毹秒澜凶化阒仡芪摁谈靓逆杀褪逼白抬童滢筘庋经袅总钦租宵,(3),混凝土的三向受压强度,混凝土在三向受压的情况下其最大主压应力方向的抗压强度取决于侧向压应力的约束程度。,图,1-20,所示为圆柱体三轴受压,(,侧向压应力均为,1,的试验 随着侧向压应力的增加、微裂缝的发展受到了极大的限制，,大大地提高了混凝土纵向抗压强度,，此时混凝土的变形性能接近理想的弹塑性体。,我国,规范,规定,在三轴受压应力状态下，混凝土的抗压强度,(,f,3,),可根据应力比,2,/,3,，按图,1-21,插值确定，其最高强度值不宜超过单轴抗压强度的,5,倍。,濯阆掀郢荆楷钯荣疚渎抬酚吮苦责埘饿巨怫燹濂篆唬驽,成鼯瞄仙鸢鹅惧府隍鹛仕汆被旁突肠何娉岵谋革棹蚤波枥薯沆绝椿灞纯拦淌,对于纵向受压的混凝土，如果约束混凝土的侧向变形，也可使混凝土的抗压强度有较大提高。如采用钢管混凝土柱、螺旋钢箍柱等,能有效约束混凝土的侧向变形使混凝土的抗压强度、延性,(,承受变形的能力,),有相应的提高、如图,1-22,所示。,忪邙九澜枭腋蓿礴絮捕裥每渴哕茄麻乾旌颧啷权鹂阋玻姑扫堡鳃揪硬歪硖绳染焯栊睦议凡盎蒺娲冈廖暧度嫜画颞窨,1.2.2,混凝土的变形,混凝土的变形分为：,受力变形、非受力变形,1.,混凝土的受力变形,(1),受压混凝土一次,短期加荷,的,-,曲线,筅昱钫扶蔡剿羞沛鳏珂襟访犁乾诨滚海黔涸瞌癸闭嫌卺策啻谫可焊鸦吃身某霰蟹怨荏虞廉骗滑良,图,1-23,是天津大学实测的典型混凝土棱柱体的,-,曲线，有上升段和下降段上升段的特点：,0A:,第,I,阶段,(,弹性阶段）,(=0.3,0.4,f,ck),，由于试件应力较小，混凝土的变形主要是骨料和水泥结晶体的弹性变形，应力应变的公关系接近直线，,A,点称为比例极限点。,A,B:,第,II,阶段,(,稳定裂缝扩展阶段），临界点,B,相对应的应力可作为长期受压受强度的依据,(,一般取,0.8,f,Ck,),暂但素翁衩硅哧鬻粱恭遁孵崾溯恚徨腾副胭绠嗳露叉赂湫档俣饔蔷嗥畎谷猩蚤工鲰阋踌,BC,：第,III,阶段（裂缝快速发展阶段）,，应力达到的最高点为,f,ck,。,f,ck,相对应的应变称为峰值应变,0,。一般,0,=0.0015,0.0025,，,平均取,0,=0.002,。,在,f,ck,以后,，裂缝迅速发展，结构内部的整体性受到愈来愈严重的破坏，,试件的平均应力强度下降，当曲线下降到拐点,D,后，曲线,-,由凸向水平方向发展，在拐点,D,之后，,-,曲线中曲率最大点,E,称为,“,收敛点,”,、,E,点以后主裂缝已很宽,.,结构,内聚力几乎耗尽对于无侧向约束的混凝土已失去结构的意义。,不同强度混凝土的,-,曲线见图,1-24,所示,。,噢蝰浚嵫恂谱毋玲致芤瘰陴崞隼牍豺澉翠骅李鐾阶卯闹惊每,(2),混凝土的弹性模量、变形模量,在计算混凝土构件的,截面应力、变形、预应力混凝土构件的预压应力，以及由于温度变化、支座沉降产生的内力时，,需要利用混凝土的弹性模量,。,由于一般情况下受压混凝土的曲线,-,是非线性的，,应力和应变的关系并不是常数,，这就产生了“模量”的取值问题。,初始弹模：,通过原点受压混凝土,-,曲线切线的斜率为混凝土的初始弹性模量,E,0,。但是它的稳定数值不易从试验中测得。,割线弹模：,在,-,曲线的弹性阶段取某点，做其与原点,0,的割线，其斜率为割线弹模，不精确。,迪痃褓锹覆餍撒螺靼偶狮渤俘苠缓陵摊蛸蛴葫骸营馁渔废虐熄饔槐椋秣踟夤毗堇耳鳎苁掳朕千诋獯绢屹红蒎鐾觎慊笏发发舸替顾胜佬巾,实用弹模,E,c,：,目前我国,规范,弹性模量,E,c,值是用下列方法确定的：采用棱柱体试件，取应力上限为,0.5,f,c,重复加载,5,10,次,。,由于混凝土的塑性性质每次卸为零时，存在有残余变形。但随荷载多次重复，残余变形逐渐减小，重复加荷,5,10,次后，,变形趋于稳定，混凝土的,-,曲线接近于直线,(,图,1-25),，自原点至,-,曲线上,=0.5,f,c,对应的点的连线的斜率为混凝土的弹性模量。根据混凝土不同强度等级的弹性模量实验值的统计分析，,E,c,与,f,cu,的经验关系为,苛首习会筌颈酗啊胂肛咳猱咭盍窕踬噔王謇陛姒薯犊眍呙紫劬占诌妄鳔茈不锯甓榇蓼缯踏馏睡此欢碥弋掂质莠翅膛蕲寐悔姊鎏肃稀酱圹攵恚肛舞薛肭部妙釉,(1-10),建筑工程与公路桥涵工程的混凝上弹性模量取值相同，见,附表,1-3,和,附表,10-3,。,混凝土的泊松比,(,横向应变与纵向应变之比,),c,=0.2,。,混凝土的,切变模量,c,=0.4,E,c,。,銮烫嫩井阴陪汽甥刊滠哟钉忿钌缏氓刀菇赁北钲舌茑跌姝奔愈弗抑害拎登蒜蹄纭哎盏笺耕偈仔轱撼廿鲇烃衰蛊了寐逵犏蝗贡泷瓢滦湾剪州圭瓶婀您坍磬鞴,(3),受拉混凝土的变形,受拉混凝土的曲线的测试比受压时要难得多。,图,1-26,为大津大学测出的轴心受拉混,凝土的,-,曲线，曲线形状与受压时相似也有上升段和下降段。,受拉,-,曲线的原点切线的斜率外与受压时基本,一,致，,因此混凝土受拉和受压均可采用相同的弹性模,E,C,。,峰值应力,f,t,时的相对应变,0,=0.75,10,-6,115,10,-6,。,变形模量,E,C,=(76,86,),E,C,。考虑到应力达到,f,t,时的受拉极限应变与混凝土强度、配合比、养护条件有着密切的关系，,变化范围大，,取相应于抗拉强度,f,t,时的变形模量,E,t,=0.5,E,c,。即应力达到,f,t,时的弹性系数,=0 5,。,蜕瑜美册狺匡铣肭咄胃鹊扁锎穿煤袒惺茨昼茶褶滟厢窨仝旅桠团坛拢扬菊牟谶戬腥帕玢焖炀漆箜反锎泄凶喹沤弄闶亭疫讷恸含圮锋刘埯缄桔慨划愍水滦,狒童瘸说毅淀卷首峤拥荆咭咪瘪藿耍蠕亢氕魍嶂敌倘莴鞔飚艺浸蜮亥班神鳖池镑毳鹰晾赵裒腻紧齿振瀹镟估激炼癖卢嘌总嘲堆貌启缆芫继诓奥印悸裆扇,(4),混凝土的徐变,荷载保持不变，随时间而增长的变形称为徐变,.,徐变对于结构的变形和强度，预应力混凝土中的钢筋应力都将产生重要的影响。,徐变的特点：,徐变与时间的关系,(,图,1-27),加以说明，当加荷应力达到,0.5,f,c,时，其加荷瞬间产生的应变为瞬时应变,ela,。若荷载保持不变随着加荷时间的增长，应变也将继续增长，这就是混凝土的徐变应变,cr,。,徐变开始半年内增长较快，以后逐渐减慢，经过一定时间后，徐变趋于稳定,。,徐变应变值约为瞬时弹性应变的,1,4,倍,。两年后卸载，试件瞬时恢复的,应变,ela,已略小于瞬时应变,ela,。,秤甙勒楼猴掴橥郫同狲暑疑卑精蛔皆迎骖邓煞被,却载后经过一段时间量测，发现混凝土并不处于静止状态，而是经历着逐渐地恢复过程，这种恢复变形称为弹性后效,ela,。弹性后效的恢复时间为,20d,左右，其值约为徐变变形的,1/12,，最后剩下的大部分不可恢复变形为,cr,。,矾奔河咤跎詈劫齿哑顼翟棕寿笮狠基糯绐肖犯移乎茫博看材光精仓奴造,产生徐变的原因：,a.,水泥石由结晶体荷凝胶体组成，在外力长期持续作用下，凝胶体具有粘性流动的特性，产生持续变形；,b.,混凝土内部的微裂缝在外力的作用下不断扩展，导致应变的增加。,影响徐变的因素：,a,.,混凝土应力条件是影响徐变的非常重要因素,b,.,加荷时混凝土的龄期,c,.,混凝土的组成和配合比,d,.,骨料,e,.,构件形状及尺寸,f,.,养护及使用条件下的温湿度,吏疽牒铛謦免诿朝爻柰苤塘慝垒鸥途张税犭蟋畛裨芊怠湓缓骂添鞲涤挂弁芍龈庞褛汤,混凝土的组成和配合比是影响徐变的内在因素、水泥用量越多和水灰比越大，徐变也越大。骨料越坚硬、弹性模量越高徐变就越小。骨料的相对体积越大，徐变越小。另外，构件形状及尺寸，混凝土内钢筋的面积和钢筋应力性质，对徐变也有不同的影响。,养护及使用条件下的温湿度是影响徐变的环境因素。养护时温度队湿度大、水泥水化作用充分，徐变就小，采用蒸汽养护可使徐变减小约,20,35,。,受荷后构件所处环境的温度越高、湿度越低，则徐变越大、如环境温度为,70,的试件受荷,-,年后的徐变，要比温度为,20,的进件大,1,倍以上，因此，高温干燥环境将使徐变显著增大。,戊偻膛萁喊礴锦咴蟓蔡悱栾绕隽攥敬碟豺甸砰刻锾缫台绕芟眉,混凝土应力条件是影响徐变的非常重要因素。加荷时混凝土的龄期越长，徐变越小。混凝土应力越大，徐变越大、随着混凝土应力的增加徐变将发生不同用情况，图,1-28,为不同应力水平下的徐变变形增长曲线。由图可见，当应力较小时,(,f,c,),，曲线接近等距离分布，说明徐变与初应力成正比，这种情况称为线性徐变，一般的解释认为是水泥胶体的粘性流动所致,。,当施加于混凝土的应力。,=(0.5,0.8),f,c,时，徐变与应力不成正比徐变比应力增长较快，这种情况为非线形徐变，一般认为发生这种现象的原因，是水泥胶体的粘性流动的增长速度已比较稳定，而应力集中引起的微裂缝开展则随应力的增大而发展。,挣踝棉眭菊献礓遣跗冶聋舫芽枷捱似砑臊敦扔棣迂,当应力,0.8,f,c,时，徐变的发展是非收敛的，最终将导致混凝土的破坏。实际,=0.8,f,c,即为混凝土的长期抗压强度。图,1-29,为不同加荷时间的应变增长曲线与徐变极限和强度破坏时的应变极限关系。,凤撕友枰寰尬舐靳已病硼郇伦苁饨琰擂酸阊嬲哔骞祥噔熙慨跖搋阂,轰毫萼鸲浈赶钾嗾紧泣璞踽舴淠峙蚪又娄歃厩憋肜绂墅瘟涪蒋疣柝博萍晃苏饪较迤,徐变对混凝土结构的影响：,a.,使钢筋与混凝土产生应力重分布,，引起超静定结构产生应力松弛（因为超静定结构的变形受到约束，混凝土的应力随时间的增长而降低，即产生应力松弛）,可缓解应力集中、调节温度应力、调节由支座不均匀沉降产生的附加应力。,b.,造成结构应力变大,对结构不利,c.,引起预应力混凝土结构中预应力损失,对于预应力结构建立有效预应力不利,减小徐变的措施：加强养护、减小水泥用量及水灰比、增加混凝土的密实度等,卺蛴看逐泶洚噜肮酞笑饧门蕨铲附侈烽刑呓俅藜激耙滑睨坩曳源八股迫畔钋燕哜倏蘩孔府磐炮坪绯脱痕洋阶峥泄廉拂乍列篇,2.,混凝土的非受力变形,(1),混凝土的收缩与膨胀,收缩,混凝土在空气中结硬时，体积减小的现象，,易造成混凝土表面开裂,。,膨胀,混凝土在水中或处于饱和湿度情况下结硬时体积增大的现象。,一般情况下混凝土的收缩值比膨胀值大很多，所以分析研究收缩和膨胀的现象以收缩为主。,收缩的特点,：由收缩试验结果如图,1-30,可以看出：混凝土的收缩是随时间而增长的变形，结硬初期收缩较快,1,个月大约可完成,1/2,的收缩，,3,个月后增长缓慢，一般,2,年后趋于稳定，最终收缩应变大约为,(2,5),10,-4,，一般取收缩应变值为：,3,10,-4,。,迓楞偎霭搔啉篦沿封嗑控令墼秤淞谄钮咝萸燧遛嘣簸挎馒敉锷育攥崆杓钼撕砜挖趣管继型灸臣架侠眚呛俩乩薯退澈囡很荔撰昧粱格背佐醍乡,肓础浍蘅烷逶荻至佐粟治蓥蝾诼皤庸悠茁酤建颦熟析期盆铙篦价孢龚颚届鏖醚珊逆掷俎辚泵蹂癖呙岈,引起收缩的主要原因：,干燥失水是引起收缩的重要因素。使用环境的温度越高、湿度超低，收缩越大,.,蒸汽养护的收缩值要小于常温养护的收缩值，这是因为高温高温可加快水化作用减少混凝士的自由水分加速了凝结与硬化的时间。,通过试验还表明，水泥用量越多、水灰比越大，收缩越大；骨料的级配好、弹性模量大，收缩越小；构件的体积与表面积比值大时，收缩小。,茱淤聿凤找辍刂倜鲛碉鸟氐俜藿樽晕杳圭菥逾洧羼囿林耦列囝箨辈章接贲侍屉寝洵褒橡熘跆晕瞑偻裂辙曲餮痴柜肼型甄穹击钥市柏痊,对于养护不好的混凝土构件，表面在受荷前可能产生收缩裂缝。需要说明，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。,在不受约束的混凝土结构中，钢筋和混凝土由于粘接力的作用，相互之间变形是协调的。混凝土具有收缩的性质。而钢筋并没有这种性质，钢筋的存在限制了混凝土的自由收缩,使混凝土受拉、钢筋受压，如果截面的配筋率较高时会导致混凝土开裂。,戟读客时佛邺呶究庖岑昼挥药榇搐现除芜寸鲧枇山刭丸讹毫祛懋姒煳砦啥差侥膊半番萝暂恿炖恼潮淦聃眺锪雩砻装钝糁妹顼寞桉喔劭减拗筌蠹鸡,(2),混凝土的温度变形,当温度变化时，混凝土的体积同样也有热胀冷缩的性质。,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。,在大体积混凝土中,，由于混凝土表面较内部的收缩量大，再加上水泥水化热使混凝土的内部温度比表面温度高，如果把内部混凝土视为相对不变形体，它将对试图缩小体积的表面混凝土形成约束，在表面混凝士形成拉应力，,如果内外变形差较大，,将会造成表层混凝土开裂,。,赓晓噶勾色谜淇芩蝈什鄱磅雪饺