第3章 工程结构.ppt

《第3章 工程结构.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章 工程结构.ppt（37页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、3 结构材料的力学性能及选用结构材料的力学性能及选用3-1 建筑钢材3-2 混凝土3-3 钢筋与混凝土的相互作用本章重点：本章重点：1、掌握钢筋、混凝土的强度、本构关系；2、了解建筑钢材、混凝土的变形性能；3、掌握钢筋与混凝土共同作用的原理3-1 建筑钢材建筑钢材建筑钢材：低碳钢、低合金钢。一、钢材的力学性能应力应变曲线在钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构以及钢结构中所用的钢材可分为两类：有明显屈服点的钢材无明显屈服点的钢材1、有明显屈服点的钢材、有明显屈服点的钢材应力应力-应变曲线特征应变曲线特征：u四个阶段四个阶段1）弹性阶段（OA）胡克定律；弹性极限：p；弹性模量：E=2.02.1*105

2、MPa2）屈服阶段（AB）应力、应变非线性关系（塑性流动）；屈服强度:s,屈服上限SU，屈服下限SL 规范规定：s SL；3）强化阶段（BC）应变增加，应力增大；抗拉强度:b；屈强比：b/s 4）颈缩阶段(CD)应变增大，应力降低；伸长率：n伸长率大的钢材塑性好，拉断前有明显预兆；伸长率小的钢材塑性差，破坏会突然发生，呈脆性特征。有明显屈服点的钢材都有较大的伸长率。设计用钢筋应力应变关系设计用钢筋应力应变关系双直线模型双直线模型三折线模型三折线模型双斜线模型双斜线模型2、无明显屈服点的钢材、无明显屈服点的钢材对于无明显屈服点的钢材其屈服强度不易测定，这类钢材在质量检验时以其抗拉强度作为主要强度

3、指标，并以极限抗拉强度的0.85倍作为条条件屈服强度件屈服强度。3、钢材的主要质量指标、钢材的主要质量指标 钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯性能是检验有明显屈服点钢材的四项主要质量指标；对无明显屈服点的钢筋则只测定后三项。对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，尚应具有常温冲击韧性的合格保证。冷弯性能冷弯性能：钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是钢材的重要工艺性能。质量判定：钢材试件按规定的弯曲角和弯心直径进行试验，若试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层，即认为冷弯性能合格。二、钢材的工艺性能二、钢材的工艺性能三、钢材的冷加工三、钢材的冷加工在钢筋混凝土结构中，有时采用经控制的冷拉或冷拔后的钢筋

4、以节约钢材。(一)钢筋的冷拉 冷拉是将钢筋拉伸至超过其屈服强度的某一应力，然后卸荷，以提高钢筋强度的方法冷拉强化冷拉强化时效处理：将经过冷拉的钢筋于常温下存放1520 d，或加热到100200并保持一段时间，其强度和硬度进一步提高，塑性和韧性进一步降低，这个过程称为时效处理。前者称为自然时效，后者称为人工时效。(二二)钢筋的冷拔钢筋的冷拔冷拔：用强力将钢筋拔过比其直径略小的硬质合金拔丝模，钢筋受到纵向拉力和横向挤压力的作用，截面变小而长度伸长，内部结构发生变化。钢筋强度可提高4090，但塑性显著降低，且没有明显的屈服点(图示)。冷拔可以同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度。四、建筑钢材的品种四、建

5、筑钢材的品种(一)钢筋普通混凝土用热轧钢筋：HPB235,HRB335,HRB400,RRB400。预应力钢筋：钢绞线、刻痕钢丝、消除应力钢丝、螺旋肋钢丝以及热处理钢筋。(二二)型钢和钢板型钢和钢板型钢：角钢(包括等边角钢和不等边角钢)、槽钢、工字钢等(图3-7)；钢板：厚板(4.560mm)和薄板(0.354mm)。五、非预应力钢筋混凝土用钢筋的选用五、非预应力钢筋混凝土用钢筋的选用1混凝土结构对钢筋性能的要求:(1)强度：钢筋的屈服强度屈服强度和极限强度；(2)塑性：普通热扎钢筋在最大力作用下的伸长率不应小于2.5%;(3)可焊性：钢筋焊接后不产生裂纹和过大的变形，保证焊接后的接头性能良好

6、；(4)与混凝土的粘结力：保证钢筋和混凝土共同工作。2钢筋的选用钢筋的选用普通钢筋：HPB235，HRB335，HRB400，RRB400。HPB235钢筋主要用于受荷载较小的板或小型构件的受力主筋，以及各类构件的构造钢筋和箍筋。预应力钢筋：预应力钢绞线、钢丝、热处理钢筋 3-2 混凝土混凝土一、混凝土强度、弹性模量一、混凝土强度、弹性模量二、混凝土的力学性能二、混凝土的力学性能1、混凝土短期加荷下的应力应变关系、混凝土短期加荷下的应力应变关系 峰值应力：fc；峰值应变：c02000 极限应变：cu=30006000，我国规范cu=3300 规范设计用混凝土应力应变关系2混凝土的变形模量混凝土

7、的变形模量弹性模量：Ec过混凝土应力-应变曲线的原点O作切线，该切线的正切割线模量:混凝土应力-应变曲线上任一点A的应力与应变之比。三、混凝土的变形1、徐变定义：在外加荷载不变的情况下，混凝土的应变随时间增长。徐变对结构的影响：增加变形，引起应力重分布，预应力损失。2、收缩定义：混凝土硬化时体积变小的现象收缩对结构的影响：当收缩受到约束时，混凝土产生拉应力，导致开裂。四、混凝土强度等级的选用1.钢筋混凝土结构混凝土强度等级不应低于C10；2.当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20；3.当采用HRB400和RRB400钢筋，以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于C20;

8、4.预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C30；5.当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。3-3 钢筋与混凝土的相互作用粘结力粘结力一、粘结力一、粘结力1、粘结力的作用、粘结力的作用2、粘结力的组成、粘结力的组成混凝土收缩将钢筋握固而产生的摩擦力；混凝土颗粒的化学作用而产生的胶合力；钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力。其中机械咬合力约占总粘结力的一半以上。带肋钢筋的机械咬合力要大大高于光面钢筋的机械咬合力。二、影响粘结强度的因素二、影响粘结强度的因素1、钢筋表面形状、钢筋表面形状钢筋的表面形状对粘结强度有明显影响。变形钢筋的粘结强度比光面钢筋

9、高23倍，故钢筋混凝土结构中宜优先采用变形钢筋。如果采用光面钢筋，其端部应做成弯钩形。新轧制表面未锈蚀光面钢筋的粘结强度比有锈蚀的光面钢筋低，因此表面有轻度锈蚀的钢筋使用时可不必除锈。直径较粗钢筋的粘结强度比直径较细的钢筋低，因直径加大时相对肋的面积增加不多。2、混凝土强度等级、混凝土强度等级 粘结强度随混凝土强度等级的提高而提高，但并非线性关系。变形钢筋的粘结强度与混凝土的抗拉强度大致成正比。3、浇注混凝土时钢筋所处的位置、浇注混凝土时钢筋所处的位置粘结强度与浇注混凝土时钢筋所处的位置有关：对混凝土浇注厚度超过300mm以上的顶部水平钢筋，由于混凝土的泌水和气泡逸出，使顶部水平钢筋（特别是直

10、径较大的粗钢筋）的底面与混凝土之间形成空隙层，从而削弱了粘结作用。4、保护层厚度和钢筋间距、保护层厚度和钢筋间距当混凝土保护层太薄时，径向裂缝可能发展至构件表面出现纵向劈裂裂缝。当钢筋的净间距太小的，其外围混凝土将发生沿钢筋水平处贯穿整个梁宽的水平劈裂裂缝，使整个混凝土保护层崩落。因此，规范规定了各类构件在不同使用环境和不同混凝土强度等级时，混凝土保护层的混凝土保护层的最小厚度以及钢筋之间的最小间距最小厚度以及钢筋之间的最小间距。5、横向钢筋、横向钢筋箍筋箍筋可以延缓劈裂裂缝的发展或限制其宽度，从而提高粘结强度。因此，在较大直径钢筋的锚固区和搭接长度范围内，以及当一排并列的钢筋根数较多时，均应

11、增加一定数量的附加箍筋，以防止混凝土保护层的劈裂崩落。6、侧向压力的作用、侧向压力的作用当钢筋的锚固区有侧向压力作用时(如简支梁的支座反力)，粘结强度将提高。但侧向压力过大，或有侧向拉力时，反而会使混凝土产生沿钢筋的劈裂。三、保证钢筋与混凝土之间粘结力的措施三、保证钢筋与混凝土之间粘结力的措施1、足够的锚固长度足够的锚固长度2、端部附加锚固端部附加锚固3、搭接长度、搭接长度钢筋的连接接头类型：绑扎搭接、机械连接和焊接接头形式规定：GB50010-2002纵向受拉钢筋绑扎搭接长度ll：当同一连接区段内的搭接接头面积25%、50或100时，ll为1.2 la、1.4 la、1.6 la，但均不小于

12、300mm.受压钢筋：位于同一连接范围的受压钢筋搭接接头百分率不宜超过50，其搭接长度ll取0.85 la；当接头面积大于50%时，搭接长度ll应取1.05 la；在任何情况下均不小于200mm.4、钢筋周围混凝土有足够的厚度、钢筋周围混凝土有足够的厚度钢筋周围的混凝土应有足够厚度(包括混凝土保护层厚度和钢筋间的净距)，以保证粘结力的传递；为了减小使用时的裂缝宽度，在同样钢筋截面面积的前提下，应选择直径较小的钢筋以及带肋钢筋。5、配置箍筋配置箍筋锚固长度范围内，箍筋直径不宜小于锚固钢筋直径的1/4，间距不应大于单根锚固钢筋直径的10倍(采用机械锚固时不应大于5倍)，在整个锚固长度范围内箍筋不应少于3个。在受力钢筋搭接长度范围内，箍筋直径不宜小于搭接钢筋直径的1/4；箍筋间距在钢筋受拉时不大于100mm且不大于搭接钢筋较小直径的5倍，在钢筋受压时不大于200mm且不大于搭接钢筋较小直径的10倍。当受压钢筋直径大于25mm时，应在搭接接头两个端面外50mm范围内各设两根箍筋。6、分层浇注、二次振捣分层浇注、二次振捣在浇注深度超过300mm以上的上部水平钢筋底面，由于混凝土的泌水、骨料下沉和气泡的逸出，形成一层强度较低的混凝土层，它将削弱钢筋与混凝土的粘结作用。因此，对高度较大的梁应分层浇注和二次振捣。