第一篇鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)-長安大學(xué)精品課程網(wǎng)站

1、第一篇 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),第一章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念 及材料的物理力學(xué)性能,鋼筋混凝土是由兩種力學(xué)性能不同的材料—鋼筋和混凝土結(jié)合成整體，共同發(fā)揮作用的一種建筑材料。,§第一節(jié) 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念,一：素混凝土構(gòu)件和鋼筋混凝土構(gòu)件受力和破壞形態(tài)比較：,1.梁：,,,,素混凝土梁,鋼筋混凝土梁,Pc即為梁的破壞荷載。P< Pc時，中性軸以上受壓，以下受拉；P=Pc時，出現(xiàn)豎向裂縫并迅速發(fā)展，梁突然

2、斷裂。發(fā)生脆性破壞。在受拉區(qū)內(nèi)配置適量的鋼筋后，梁的破壞為：受拉鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度→受壓區(qū)混凝土被壓壞→梁破壞。以上分析說明：與素混凝土梁相比，鋼筋混凝土梁的承載能力和變形能力都有很大提高，并且鋼筋與混凝土兩種材料強(qiáng)度都能得到較充分的利用。,2.柱：試驗表明，鋼筋混凝土柱與素混凝土柱相比，不僅承載力大為提高，而且受力性能也得到改善（下圖）,,素混凝土和鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件的受力性能比較,二、鋼筋與混凝土能共同工作的原因,混凝土與

3、鋼筋之間有良好的粘結(jié)力。鋼筋和混凝土的溫度線膨脹系數(shù)較為 接近（鋼筋為1.2×10-5，混凝土為1.0×10-5～1.5×10-5）。鋼筋被混凝土包裹，免遭銹蝕。,,耐久性好耐火性好整體性好可模性好取材容易,自重大抗裂性較差施工受季節(jié)環(huán)境影響較大現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模板耗用木材較多,三、鋼筋混凝土優(yōu)缺點,缺點,優(yōu)點,§第二節(jié) 混凝土,一：混凝土強(qiáng)度 1.立方體抗壓強(qiáng)度R（混凝土標(biāo)號）

4、 形狀：邊長為150mm的立方體 1） 試件： 溫度： 20℃±3℃ 相對濕度：90%以 養(yǎng)護(hù)時間：28天. 2）影響因素: ——  實驗方法（套箍作用）(圖1-3). —— 試件尺寸 （尺寸越小,摩阻力影響越大,強(qiáng)度越高）,,2 軸心抗壓強(qiáng)度 Ra0(棱柱體強(qiáng)度),1)試件: 150mm×

5、150mm×300mm,制作方法同立方體試件. 2)影響因素: 試件高度h與邊長b之比,比值越大,軸心抗壓強(qiáng)度越小.(圖1-4) 3)R0a與R的近似關(guān)系 R0a=0.7R,3.   抗拉強(qiáng)度,1)測試方法:采用圓柱體或立方體的劈裂試件來測定.(如下圖）,,,劈裂試驗,2)采用劈裂試驗測抗拉強(qiáng)度的原因 采用兩端預(yù)埋鋼筋的混凝土棱柱體測試軸心抗拉

6、強(qiáng)度時（如下圖），保持試件軸心受拉是很重要的，也是不容易完全做到的?；炷羶?nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，鋼筋的預(yù)埋和試件的安裝都難以對中，而偏心又對抗拉強(qiáng)度測試有很大的干擾。,4.復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度,1)雙向應(yīng)力 兩個垂直平面上作用有法向應(yīng)力,第三個平面上應(yīng)力為零. 強(qiáng)度變化特點,,3) 三向應(yīng)力 混凝土三向受壓時，各個方向上的抗壓強(qiáng)度都有很大的提高（下圖）。軸心抗壓強(qiáng)度與側(cè)壓應(yīng)力?2的關(guān)系有如下

7、線性經(jīng)驗式. 凝土強(qiáng)度提高的原因是由于側(cè)向約束了混凝土受壓后橫向變形，限制了混凝土內(nèi)部裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，從而提高了混凝土在受壓方向上的抗壓強(qiáng)度,,,混凝土圓柱體抗壓強(qiáng)度,三向受壓狀態(tài)下混凝土強(qiáng)度,二.混凝土的變形,1 單調(diào)短期加載作用下 1)混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線 （如圖）,,（1）   上升段 OA 線性段—虎克定理 AB 塑性，裂紋穩(wěn)定發(fā)展階段

8、 BC 塑性，裂紋非穩(wěn)定發(fā)展階段（2）   下降段（3）   收斂段,2)影響混凝土應(yīng)變曲線的主要因素,—混凝土的強(qiáng)度。 上升段影響較小，下降段影響較大。強(qiáng)度越高，延性越差。延性是材料承受變形的能力）—應(yīng)變速率。 應(yīng)變速率小，峰值應(yīng)力R0a降低，?0增大?！獪y試技術(shù)和實驗條件,3）混凝土的彈性模量，變形模量 （如圖）,原點彈性模量：,,切線模量：,變形模量：,式中：,

9、時，,時，,。,根據(jù)試驗統(tǒng)計分析Eh的經(jīng)驗公式為 :,彈性特征系數(shù),2.混凝土在長期荷載作用下的變形—徐變,1 )徐變：混凝土在荷載長期作用下產(chǎn)生隨時間而增長的變形。2 )徐變曲線,3)影響徐變的因素：（1）混凝土長期荷載作用下的應(yīng)力 應(yīng)力?≤0.5R0a時，線性徐變； 0.5R0a≤?≤0.8R0a，時，非線性徐變 ?>0.8R0a，非穩(wěn)定徐變。（2）加載時混凝土的齡期

10、 加載時混凝土的齡期越短，則徐變變形越大（3）混凝土的組成成分和配合比 水泥用量越多，徐變越大；水灰比越大，徐變越大；骨料的彈性模量愈大，骨料體積在混凝土中所占的比重愈高，則徐變愈小。,（4）養(yǎng)護(hù)及使用條件下的溫度與濕度 養(yǎng)護(hù)時溫度高，濕度大，則水泥水化作用充分，徐變減小；受荷后所處環(huán)境的溫度越高，濕度越低，則徐變越大（5）構(gòu)件尺寸、體表比（圖1-17）,尺寸越大，體表比越大，徐變越小,4 )徐變對鋼

11、筋混凝土結(jié)構(gòu)的影響：產(chǎn)生應(yīng)力重分布結(jié)構(gòu)變形增大。在高應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致構(gòu)件破壞。,3.混凝土的收縮,1)混凝土的收縮： 混凝土在空氣中結(jié)硬時其體積會縮小的現(xiàn)象。2 )混凝土收縮的特點： 結(jié)硬初期收縮變形發(fā)展很快，兩周可完成全部收縮的25%，一個月完成50%，三個月后增長緩慢，兩年后趨于穩(wěn)定。最終收縮值約為（2～6）×10-4（圖1-18）。,3)影響因素：—水泥的用量：水泥越多，收縮越大；水灰比越大，收

12、縮也越大。—骨料性質(zhì)：骨料的級配好，密度大，彈性模量高，收縮小?！B(yǎng)護(hù)條件：結(jié)硬過程中，溫、濕度越大，收縮越小?！炷林谱鞣椒ǎ夯炷猎矫軐崳湛s越小?！褂铆h(huán)境：環(huán)境溫、濕度大時，收縮小。—構(gòu)件體表比：體表比大時，收縮小。,4） 混凝土收縮對結(jié)構(gòu)的影響：應(yīng)力裂縫。,§第三節(jié) 鋼筋,一、鋼筋的強(qiáng)度與變形 ?-?關(guān)系曲線分兩大類 1.有明顯流幅的?-?曲線（圖1-19）（軟鋼）,2.無明

13、顯流幅的?-?曲線（圖1-20）（硬鋼）,二、鋼筋的成份、級別、品種 1.成份碳素鋼：以鐵為主，加少量C、Mn等。按含C量又分為低碳鋼（C≤0.22%），中碳鋼（C=0.25～0.6%），高碳鋼（C>0.6%）.普通低合金鋼：在碳素鋼成分中加入少量的合金元素，如Si、Mn等。 2.等級 《公路橋規(guī)》對熱軋鋼筋按照強(qiáng)度分為五個等級，即I、II、III、IV及5號鋼。 3.品種 按外形特征分為：光

14、圓鋼筋和變形鋼筋。變形鋼筋分為螺旋鋼筋、“人”字形鋼筋和月牙形鋼筋(圖1-21。),,三 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能要求 強(qiáng)度高。塑性好?？珊感院谩Ｅc混凝土間粘結(jié)力好。,§第四節(jié) 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié),一 粘結(jié)力 1.粘結(jié)力：構(gòu)件中的鋼筋受到拉或壓后，混凝土與鋼筋之間存在水泥膠結(jié)力、摩擦力、機(jī)械咬合力，這些力統(tǒng)稱為粘結(jié)力。 2.粘結(jié)應(yīng)力：鋼筋與混凝土由于受變形差（相對滑移）沿鋼筋與混凝土接觸面上產(chǎn)生的剪

15、應(yīng)力。,3.平均粘結(jié)應(yīng)力 鋼筋被拔出或者混凝土被劈裂時的最大平均粘結(jié)應(yīng)力。,4.鋼筋錨固長度 確定錨固長度的原則：使鋼筋拉到屈服時，鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力未破壞。,,,二 粘結(jié)機(jī)理分析1．光圓鋼筋與混凝土的粘結(jié) 粘結(jié)力組成： ①混凝土中水泥膠體與鋼筋表面的化學(xué)膠結(jié)力； ②鋼筋與混凝土之間的摩擦力； ③鋼筋表面粗糙不平產(chǎn)生的機(jī)械咬合力。 光圓鋼筋拔出試驗的破壞形態(tài)是剪

16、切破壞，破壞面是二者之間的接觸面。,2．變形鋼筋與混凝土的粘結(jié) 主要是變形鋼筋表面凸出的肋與混凝土之間的機(jī)械咬合作用，如圖1-25。變形鋼筋的肋對混凝土的擠壓如同一個楔，會產(chǎn)生很大的機(jī)械咬合力，從而提高了強(qiáng)變形鋼筋的粘結(jié)力。,光圓鋼筋和變形鋼筋的粘結(jié)機(jī)理的主要區(qū)別： 光圓鋼筋粘結(jié)力主要自來膠結(jié)力和摩阻力 變形鋼筋的粘結(jié)力主要來自機(jī)械咬合作用。,三、影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素 1．混凝土強(qiáng)度 粘結(jié)