钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计原理课件.ppt

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1、第一章 钢筋和混凝土材料力学性能,混凝土结构基本原理,一、混凝土的强度和变形 1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度,立方体抗压强度fcu,我国规范的方法：不涂润滑剂,压力试件裂缝发展扩张整个体系解体，丧失承载力,另影响强度的因素还有：龄期、加载速率、试块尺寸等,一、混凝土的强度和变形 1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度,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,立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等级有：C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65

2、，C70，C75，C80,表示混凝土Concrete,立方体抗压强度 （单位MPa）,立方体抗压强度fcu,一、混凝土的强度和变形 1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度,棱柱体抗压强度fc,标准试块：150150 450,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：fck=fcu,k 为0.76（C50以下），0.77-0.82（C55-C80）(试验结果),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），有fck=0.79fcu,k,圆柱体抗压强度,一、混凝土的强度和变形 1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度,在实际工程中，考虑到构件

3、混凝土与试件混凝土因制作工艺、受荷情况和环境条件的不同，按公路工程结构可靠度统一设计标准（GB/T50283-1999）条文建议说明，取用抗压强度平均换算系数为0.88；并假定构件混凝土抗压强度的变异系数与立方体抗压强度的变异系数相同；则构件混凝土柱体抗压强度标准值为（设计值*1.45）：fck=0.88* * fcu,k,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），有fc=0.79fcu,圆柱体抗压强度,脆性折减系数，C40-C80之间按1.0-0.87线性插入（p419）,一、混凝土的强度和变形 2. 单轴受力状态下混凝土的抗拉强度,直接受拉试验ft

4、,试验结果：ft=0.26fcu 2/3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=0.23fcu 2/3,一、混凝土的强度和变形 2. 单轴受力状态下混凝土的抗拉强度,劈裂试验fts,我国根据100mm立方体的劈裂与抗压试验结果有：fts=0.19fcu 3/4,一、混凝土的强度和变形 2. 复合受力状态下混凝土的抗拉强度,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,一、混凝土的强度和变形 2. 复合受力状态下混凝土的抗拉强度,三向受压时的混凝土强度,圆柱体试验,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,一、混凝土的强度和变形 3.

5、 混凝土的疲劳强度,重复荷载下的应力-应变曲线,fcf的确定原则：100100 300或150150 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,一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能,单轴受压时的应力-应变关系,一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能,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,一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能,单轴受压时的应力-应变关系的数学模型-中国规范,一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能,侧向受约束时混凝土的变形特点,一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的

6、变形性能,轴向受拉时混凝土的应力应变关系,理论模型,一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能,重复荷载下混凝土的变形性能,一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能,混凝土的弹性模量,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）,切线模量,受压时，为0.41.0；受拉破坏时，为1.0,一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能,混凝土的弹性模量的试验方法（150150 300标准试件）,510次,一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能,混凝土的泊松比和剪切模量,混凝土的泊松比，在压力较小时为0.150.18，接近破坏时可达0.5以上，一般可取0.2

7、,混凝土的剪切模量为,一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能,长期荷载作用下混凝土的变形性能-徐变,c0.5fc，线性徐变,c0.5fc，非线性徐变,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,一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能,长期荷载作用下混凝土的变形性能-影响徐变的因素,应力： 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,一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能,混凝土的收缩-结硬过程中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

8、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,一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能,徐变对混凝土结构的影响,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,一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能,收缩对混凝土结构的影响,收缩： 钢筋受压， 混凝土受拉,课后思考1:我国规范规定的混凝土立方体抗压强度的定义。(如何由立方体抗压强度到设计强度？) 试阐明徐变的概念及其与收缩概念的不同。,二、钢筋的强度和变形 1. 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

9、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（另加硅、锰、钛、钒、铬等）,硅系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系,二、钢筋的强度和变形 1. 钢筋的成分、级别和品种,钢筋,热轧钢筋：热轧光面钢筋R235（HPB235） ，热轧带肋钢筋HRB335、HRB400，余热处理钢筋KL400（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、KL400钢筋通过加热、淬火、回火而成,按加工,第一个字母H代表热轧(Hot rolled)，R 代表余热处理（Remained heat treatment）；第二个字母表示表面形状，P

10、代表光面（plain）、R代表带肋（Ribbed）；第三个字母B代表钢筋（Bar），尾部数字为强度等级,光圆钢筋强度等级代号,二、钢筋的强度和变形 1. 钢筋的成分、级别和品种,月牙肋,二、钢筋的强度和变形 1. 钢筋的成分、级别和品种,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：七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,二、钢筋的强度和变形 1. 钢筋的成分、级别和品种,按表面形状,光圆钢筋,变形钢筋,钢筋的应用范围,非预应力钢筋：R235，HRB335，HRB400，KL40

11、0,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,二、钢筋的强度和变形 2. 钢筋的应力-应变曲线,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,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,二、钢筋的强度和变形 2. 钢筋的应力-应变曲线,强度指标,* 明显流幅的钢筋：下屈服点对应的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,二、钢筋的强度和变形 7. 钢筋应力-应

12、变曲线的数学模型,有明显流幅的钢筋,无明显流幅的钢筋,二、钢筋的强度和变形 2. 钢筋的应力-应变曲线,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,二、钢筋的强度和变形 2. 钢筋的应力-应变曲线,变形指标,* 伸长率：钢筋拉断后的伸长与原长的比值,* 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断裂,二、钢筋的强度和变形 3. 钢筋的冷加工和热处理,冷拉,无时效,经时效,K点的选择：应力控制和应变控制,温度的影响：温度达700C时恢复到冷拉前的状态，先焊后拉,特性：

13、只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降,二、钢筋的强度和变形 3. 钢筋的冷加工和热处理,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,二、钢筋的强度和变形 3. 钢筋的冷加工和热处理,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,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,二、钢筋的强度和变形 4. 钢筋的徐变和松弛,徐变,应力不变，随时间的增长应变继续增加,松弛,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,二、钢筋的强度和变形 5. 钢筋的疲劳,重复荷载作用下，钢

14、筋的强度静载作用下的强度,规定的应力幅度内，经一定次数的重复荷载后，发生疲劳破坏的最大应力值称为疲劳强度。对钢筋用疲劳应力幅来表示其疲劳强度。,试验方法,单根钢筋的轴拉疲劳,钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯,二、钢筋的强度和变形 6. 混凝土结构对钢筋的要求,强度要求：屈服强度和极限强度，抗震设计时还要求有一定的屈强比,塑性要求：伸长率和冷弯要求,可焊性,与混凝土的粘结性,二、钢筋的强度和变形,自习,注意带思考问题：为什么规定钢筋的焊接长度？,钢筋的接头、弯钩和弯折,二、钢筋的强度和变形,自习,注意思考问题：钢筋与混凝土之间的粘接强度与什么因素相关？,钢筋与混凝土之间的粘接,课后思考2: 钢筋松弛的定义（与混凝土徐变的区别）。,