混凝土结构材料的物理力学性能 页.ppt
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1、2 混凝土结构材料的物理力学性能 2.1 钢筋 2.2 混凝土 2.3 钢筋与混凝土的相互作用粘结力本章目录及内容提要目录目录 2.1 2.2 2.3 Fe C Si、Mn S、P 合金元素2.12.1 钢钢 筋筋2.1.1 钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别1)钢钢 筋筋 的的 成成 分分 目录目录 2.1 2.2 2.32)钢筋的品种)钢筋的品种 碳素钢 (C%)按化学成分 普通低合金钢0.6%(0.61.4%)-高碳钢目录目录 2.1 2.2 2.3软钢 有明显屈服台阶 变形性能好 eg:热轧钢筋 硬钢 无明显屈服台阶 eg:高强钢丝、钢绞线、热处理钢筋、冷加工钢筋 按 s-e曲线 目录目
2、录 2.1 2.2 2.3按钢筋的外形按钢筋的外形 光面钢筋 eg:HPB300级变形钢筋(螺纹 人字形 月牙纹);钢绞线(7股)预应力螺纹钢筋(精轧螺纹钢筋)光面钢筋螺旋肋钢丝月牙纹钢筋目录目录 2.1 2.2 2.3 1 热轧钢筋-低碳钢、普通低合金钢或 细晶粒钢在高温状态下轧制而成 HPB300级()、HRB335级()、HRBF335级()、HRB400级()、HRBF400级()、RRB400级()HRB500级()和HRBF500级()2 中强度预应力钢丝:抗拉强度为8001270MPa,外 形有光面()和螺旋肋()两种 3 消除应力钢丝:抗拉强度为14701860MPa,外形也有
3、光面()和螺旋肋()两种 4 钢绞线():是由多根高强钢丝扭结而成,常用的有17(7股)和13(3股)等,抗拉强度为15701960MPa5 预应力螺纹钢筋():按生产工艺目录目录 2.1 2.2 2.3细晶粒钢筋冷加工钢筋冶金行业近年来研制开发出细粒的金相组织,达到与添加合金元素相同的效果,强度和延性完全满足混凝土结构对钢筋性能的要求。细晶粒钢筋,这种钢筋不需要添加或只需添加很少的合金元素,通过控制轧钢的温度形成细晶。混凝土结构设计规范(GB50010-2010)未列入冷加工钢筋,工程应用时可按相关的冷加工钢筋技术标准执行目录目录 2.1 2.2 2.32.1.2 2.1.2 钢筋强度和变形
4、钢筋强度和变形钢筋的应力-应变曲线1)软钢拉伸时的典型应力-应变曲线目录目录 2.1 2.2 2.3四阶段:cf-屈服阶段 df-强化阶段 de-颈缩阶段三变形:d-断后伸长率(d 5或d 10,d 100)(d 只能反映钢筋残余变形的大小,忽略了钢筋的弹 性变形,不能反映钢筋受力时的总体变形能力;人为误差大。)dgt-均匀伸长率 e y-屈服应变0a弹性阶段四阶段:cf-屈服阶段 df-强化阶段 de-颈缩阶段目录目录 2.1 2.2 2.3 dgt的测定图图2.4 钢筋最大力下的总伸长率钢筋最大力下的总伸长率 dgt既能反映钢筋的残余变形,又能反映钢筋的弹性变形,量测结果受原始标距L0的影
5、响较小,也不产生人为误差。因此GB50010-2010采用dgt来统一评定钢筋的塑性性能。图图2.5 最大力下的总伸长率的量测方法最大力下的总伸长率的量测方法 目录目录 2.1 2.2 2.3二强度屈服强度-混凝土构件计算中钢筋设计强度的依据。极限抗拉强度-材料的实际破坏强度 钢筋的强屈比(极限抗拉强度与屈服强度的比值)表示结构的可靠性潜力,在抗震结构中考虑到受拉钢筋可能进入强化阶段,要求强屈比不小于1.25。钢筋的强屈比目录目录 2.1 2.2 2.3 2)硬钢拉伸s-e曲线 图图2.3 无明显屈服点钢筋的应力应变曲线无明显屈服点钢筋的应力应变曲线 条件屈服强度:条件屈服强度:规范规范规定对
6、无明显屈服点规定对无明显屈服点的钢筋,条件屈服强度的钢筋,条件屈服强度取极限抗拉强度的取极限抗拉强度的0.85倍。倍。目录目录 2.1 2.2 2.33)钢筋受压s-e 曲线 软钢和硬钢受压s-e 曲线与其受拉时s-e曲线基本相同,不同之处在于:钢筋受压时由于试件发生明显的横向塑性变形,截面面积增大,不会发生材料破坏,难以得出明显的极限抗压强度。目录目录 2.1 2.2 2.3概念:概念:钢筋的冷弯性能是将直径为d的钢筋绕直径为 D的弯芯进行弯折(图2.6),在达到规定冷弯 角度a 时,钢筋不发生裂纹、断裂或起层现象。意义:意义:冷弯性能也是评是钢筋塑性的指标,是检验钢筋韧性、内部质量和加工可
7、适性的有效方法,弯芯的直径D越小,弯折角a 越大,说明钢筋的塑性越好。钢筋的冷弯性能目录目录 2.1 2.2 2.3 软钢-屈服强度、极限抗拉强度、伸长率和 冷弯性能 四项。硬钢-极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能三项。对在混凝土结构中应用的热轧钢筋和预应筋的具体性能要求见有关国家标准,如钢筋混凝土用钢GB1499、预应力混凝土用钢丝GB/T5223等。检验指标目录目录 2.1 2.2 2.3概念:钢筋的疲劳是指钢筋在承受重复、周期性 的动荷载作用下,经过一定次数后,从塑性破 坏变成脆性突然断裂的破坏现象。eg吊车梁、桥面板、轨枕。钢筋的疲劳强度钢筋的疲劳强度是指在某一规定的应力幅内,经受是指在某
8、一规定的应力幅内,经受一定次数(我国规定为一定次数(我国规定为200万次)循环荷载后发生万次)循环荷载后发生疲劳破坏的最大应力值。疲劳破坏的最大应力值。2.1.3 2.1.3 钢筋的疲劳钢筋的疲劳目录目录 2.1 2.2 2.3 由于钢筋内部和外表面的缺陷引起应力集中,钢筋中晶粒发生滑移,产生疲劳裂纹,最后断裂。疲劳应力幅、最小应力值的大小,钢筋外表面几何形状,钢筋直径,钢筋强度和试验方法等。我国混凝土结构设计规范规定了不同等级钢筋的疲劳应力幅度限值,并规定该值与截面同一纤维上钢筋最小应力与最大应力的比值有关,r f 称为疲劳应力比。对预应力钢筋,当r f 0.9时,可不进行疲劳强度验算。疲劳
9、破坏的原因影响钢筋疲劳强度的因素目录目录 2.1 2.2 2.32.1.4 2.1.4 混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求钢筋的强度-屈服强度及极限抗拉强度钢筋的塑性-伸长率和冷弯性能合格。GB50010-2010和相关的国家标准中对各种钢筋的伸长率(dgt)和冷弯性能均有明确规定。钢筋的可焊性-在一定的工艺条件下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。钢筋与混凝土的粘结力Back目录目录 2.1 2.2 2.32.2 2.2 混凝土混凝土2.2.1 2.2.1 混凝土的组成结构混凝土的组成结构水泥水泥+水水+砂(细骨料)砂(细骨料)+石材(粗骨料)石材(
10、粗骨料)+外加剂外加剂混凝土内微缝坏情况混凝土内微缝坏情况人工石材人工石材目录目录 2.1 2.2 2.3 按按标准方法标准方法制作的边长为制作的边长为150mm的立方体试件,在标准的立方体试件,在标准条件下养护,用标准试验方法测得的具有条件下养护,用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗保证率的抗压强度值(以压强度值(以N/mm2计)称为混凝土的立方体抗压强度等计)称为混凝土的立方体抗压强度等级。我国规范采用立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级。我国规范采用立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级的标准。级的标准。标准试验方法标准试验方法:不涂润滑油,加载速度为:混凝土强度低:不涂润滑油,加载速
11、度为:混凝土强度低于于C30时,取时,取0.30.5N/mm2/sec;混凝土强度不低;混凝土强度不低于C30时,取0.50.8N/mm2/sec。标准养护条件标准养护条件:温度:温度203、相对湿度在、相对湿度在90%以上的潮湿以上的潮湿空气环境,规定的试验龄期为空气环境,规定的试验龄期为28d。2.2.2混凝土的强度混凝土的强度 1.立方体抗压强度立方体抗压强度fcu 目录目录 2.1 2.2 2.3混凝土强度等级有14级:分别为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80。符号“C”代表混凝土,后面的数字表示混凝土的立方体
12、抗压强度的标准值(以N/mm2计),例如C60表示混凝土立方体抗压强度标准值为60N/mm2。图图2.8 混凝土立方体试件破坏情况混凝土立方体试件破坏情况 涂润滑油无润滑油目录目录 2.1 2.2 2.3用混凝土棱柱体试件测得的抗压强度称为混凝土的轴心抗压强度,也称棱柱体抗压强度。h/b ,测得的强度 ,但当h/b达到一定值后,这种影响就不明显了。试验表明,当h/b由1 2时,抗压强度降低很快;我国规范以150mm150mm300mm的棱柱体为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件。2.轴心抗压强度fc 但当h/b由2 4时,其抗压强度变化不大。目录目录 2.1 2.2 2.3图图2.10 混凝土棱
13、柱体抗压试混凝土棱柱体抗压试验和试件破坏情况验和试件破坏情况 图图2.11 混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系与立方体抗压强度的关系 目录目录 2.1 2.2 2.3混凝土结构设计规范采用的混凝土轴心抗压 强度标准值fck与立方体抗压强度标准值fcu,k之间 的换算关系为:ac1 混凝土轴心抗压强度立方体抗压强度的比值,当混凝土强度等级不大于C50时,ac1=0.76;当混凝土强度等级为C80时,ac1=0.82;当混凝土强度等级为中间值时,按线性变化插值;ac2 混凝土的脆性系数,当混凝土强度等级不大于C40时,ac2=1.0;当混凝土强度等级为C80时,ac2=0.
14、87;当混凝土强度等级为中间值时,按线性变化插值;0.88考虑结构中的混凝土强度与立方体试件混凝土强度差异等因素的修正系数。目录目录 2.1 2.2 2.3轴心抗拉强度ft 直接拉伸试验直接拉伸试验 劈拉强度ft,s ftfc,ft/fc=1/101/20,fcu ,ft/fc3.混凝土的抗拉强度目录目录 2.1 2.2 2.3我国规范采用轴心抗拉强度ft作为混凝土抗拉强度的代表值。据试验结果,规范采用的ftk与fcu,k间的换算关系为:目录目录 2.1 2.2 2.3 (图中第三象限),一向的抗压强度随另一向压应力的增大 (图中第一象限),一个方向的抗拉强度受另一方向拉应力的影响不明显,其抗
15、拉强度接近于单向抗拉强度。(图中第二、四象限),抗压强度随拉应力的增大而降低,同样抗拉强度也随压应力的增大而降低,其抗压或抗拉强度均不超过相应的单轴强度。双向受压时 双向受拉时一向受拉另一向受压时4.混凝土在复合应力作用下的强度(1)混凝土的双向受力强度图2.14 混凝土双向应力强度而增大目录目录 2.1 2.2 2.3 可以看出混凝土的抗剪强度随拉应力的增大当压应力小于0.6fc 时,当压应力大于0.6fc时,由于剪应力的存在,其抗压强度和抗拉强度均低于相应的单轴强度。图图2.15 混凝土在正应力和剪应力共同作用下的强度曲线混凝土在正应力和剪应力共同作用下的强度曲线(2)混凝土在正应力和剪应
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