混凝土结构材料的物理力学性能课件.ppt

混凝土结构材料的物理力学性能 内容提要 一、混凝土的物理力学性能 二、钢筋的物理力学性能 三、钢筋与混凝土之间的粘结与锚固 学习目的 一、掌握混凝土强度、变形指标和耐久性规定 二、掌握钢筋品种、规格、力学性能及强度设计指标 三、理解钢筋和混凝土的粘结性能及保证可靠粘结和锚固的构造措施 结构对混凝土强度等级的要求: 钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于Ｃ20； 当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不应低于Ｃ25； 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，不应低于Ｃ30。 4、混凝土的收缩、膨胀和温度变形 收缩：混凝土在空气中结硬时体积缩小 干燥失水，水泥用量，水灰比，骨料级配，弹性模量，体积/表面积 不利影响： (1)收缩变形收外部或内部的约束时，将使混凝土产生拉应力，甚至引起开裂； (2)预应力混凝土构件产生预应力损失； (3)对跨度敏感的超静定结构会引起不利内力。 膨胀：混凝土在水中或处于饱和湿度下结硬时体积增大 温度变形：热胀冷缩 2 钢筋的物理力学性能 一、钢筋的品种（柔性钢筋，劲性钢筋） 强度指标 ?屈服强度 ?有明显流幅的钢材：取屈服点的应力； ?无有明显流幅的钢材：取条件屈服强度。 ?极限强度：材料能承受的最大应力，反映安全储备 ?屈强比：屈服强度/极限强度 ?疲劳破坏：在动荷载反复、周期性作用下，经过一定次数后突然脆性断裂。 ?疲劳破坏特点： ? 包括裂纹形成，缓慢发展和迅速断裂三个过程 ? 没有明显的变形，脆性破坏 ? 疲劳强度低于静荷载作用下的极限强度 一、粘结的意义 ?作用：保证力的相互传递，是共同工作的基本条件 包括裂缝间的局部粘结应力和钢筋端部锚固粘结应力 ?单元分析： 假设：一端力T，另端为T+dT 根据平衡条件： ?分析结果 ?应力变化大，粘结力大；变化小，粘结小；当钢筋应力没有变化时，粘结应力等于零 ?钢筋直径越大，粘结力越大 ?有关的设计问题 ?钢筋端部的锚固 锚固长度过长时靠近钢筋尾部粘结应力 很小，甚至为0 ?裂缝间应力的传递 裂缝截面：混凝土拉力为零 离开一段距离：混凝土有拉力 两条裂缝中间：混凝土拉力最大 二、粘结力的组成 ?化学吸附 ?摩擦 ?机械咬合 ?附加咬合等作用 冷弯性能是判断钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标 * 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 ?冲击韧性(缺口韧性)：评定带有缺口的钢材在冲击荷载作用下抵抗脆性破坏能力的指标。 (3)钢材的塑性指标 ?伸长率（延伸率） ?截面收缩率：拉断后面积缩小率 ?冷弯性能：以冷弯的角度来衡量 ?s ?s ?s=Es?s ?y ?s,h fy ?s ?s ?s=Es?s ?y ?s,h fy fs,u ?s,u ?s,u ?s ?s ?s=Es?s ?y fy ?s,h fs,u 有明显流幅的钢筋 无明显流幅的钢筋 三、钢筋应力-应变曲线的数学模型 1、双直线模型——适用于长流幅软钢 2、三折线模型——适用于短流幅软钢 3、双斜线模型——适用于无明显流幅硬钢 重复荷载作用下，钢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 2.2.5. 钢筋的疲劳 由钢材内部结构不均匀和应力分布不均引起 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：评价钢筋焊接后的接头性能的指标。 与混凝土的粘结性 2.2.6. 混凝土结构对钢筋的要求 提倡高强、高性能钢筋。 2.3 混凝土与钢筋的粘结 P P 裂缝出现后的粘结作用 T 两种粘结作用 锚固粘结 保证钢筋和混凝土共同工作 缝间粘结 改善钢筋混凝土的耗能性能 1. 粘结作用 弯钩 弯折 焊角钢 焊短钢筋 （2）应力-应变关系的影响因素 影响混凝土应力-应变曲线的因素很多，如混凝上强度、实验方法以及组成材料的性质和配合比等等。 强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。 混凝土应力-应变曲线特征还与实验时加载的速度有关，图3-19给出了相同强度混凝土试件在不同的应变速度下得到的应力—应变曲线。可以看出，应变速度愈大，应力峰值愈大，但达到应力峰值的应变降低了，而且曲线下降段也愈陡，延性愈差。 (3)、混凝土单轴受压应力-应变关系曲线的数学模型 美国人Hognestad ?u=0.0