混凝土理论1、2-09

CONCRETESTRUCTUREFUNDAMENTALS赵军教授/博士生导师[e-mail]1.绪论砼结构素混凝土结构钢筋混凝土结构（Reinforcedconcretestructure）预应力混凝土结构（Prestressedconcretestructure）纤维混凝土：碳纤维、钢纤维、合成纤维等钢—混凝土组合结构：钢管混凝土结构、钢骨混凝土结构•1.1.钢筋混凝土结构:•1.钢筋混凝土（R.C）：R.C是钢筋和砼按一定方式组成的能共同工作的建筑材料。•2.钢筋混凝土结构：是钢筋混凝土为主要承重骨架的结构。•砼：抗拉强度大约是抗压强度的1/10。300200ftF1）素砼梁F=8KN截面开裂并破坏2)R.C梁：受拉区配316钢筋F316Fcr=8.3KN截面开裂;Fu=36KN截面破坏。3）效果：梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。3.钢筋和砼共同工作原因：1)钢筋和砼之间存在粘结力；2)钢筋和砼线膨胀系数接近；3)砼保护钢筋4.特点：1）材料来源广泛；2）耐久性和耐火性好；3）可模性好；4）现浇砼结构刚度大；5）砼自重大:重力密度：25kN/m³6）砼容易开裂：先天不足、缺陷1.2.砼结构发展简史及展望1824.Portlandcement1.第一阶段：R.C小构件应用，承载力按弹性理论计算。2.第二阶段：R.C空间结构和预应力砼结构，承载力按破坏阶段计算。3.第三阶段：工业化施工方法，承载力按极限状态设计。材料：高强砼和高强钢筋；结构：高层和大跨结构。釜山综合运动场RC框架结构＋开孔索穹顶4.第四阶段:建立在概率理论基础上的可靠度分析——概率极限状态设计法，计算机计算，砼力学1.3.结构设计过程课程特点：1)综合性2)适用性3)发展性TJ10-74,GBJ10-89，GB50010-2002，GB50010-2010研究方法：规范、强制性条文，表格规律适用条件建立模式试验计算公式1.初步设计阶段——方案设计阶段1）选择结构体系2）选择结构材料3）确定施工方法4）确定结构控制截面2.施工图设计阶段1）荷载计算2）内力计算3）截面设计4）画施工图砼结构设计1)材料的力学性能3)受弯构件设计偏心受压构件正截面承载力1).R.C.房屋结构的选型和设计原则2)结构设计准则正截面承载力计算4)受压构件设计8).预应力砼构件砼结构砼结构基本理论2).R.C.梁板结构4).R.C.多高层建筑结构轴心受压构件正截面承载力3).R.C.单层厂房结构斜截面承载力计算5)受拉构件承载力6)受扭构件承载力7)R.C构件变形和裂缝验算参考文献1.刘立新，《混凝土结构基本理论》（按GB50010-2010，2011编写)，武汉理工大学出版社，2010.102.《混凝土结构设计规范》，Codefordesignofconcretestructure(GB50010-2010，2011)3.赵军，《混凝土结构设计原理》，郑州大学出版社，2008.34.东南大学、天津大学、同济大学合编，《混凝土结构设计原理》，中国建筑工业出版社，2001.6.5.沈蒲生，梁兴文.《混凝土结构设计原理》，高等教育出版社，2002.10.6.LiuLixin,WangXinling.《ConcretestructureFundamentals》武汉理工大学出版社，2004.77.杂志：《土木工程学报》、《建筑结构学报》、《建筑结构》、《工业建筑》等。Ch2.R.C材料的力学性能2.1钢筋2.1.1.钢筋的强度及变形——力学性能1.应力-应变曲线(-)1)软钢(有明显流幅的钢筋)d0abce2)硬钢cd00.20.2%•条件屈服点0.2是残余应变为0.2%时的应力.0.2=0.8fsub、c——屈服应力；d——极限应力；de——颈缩2.强度和变形指标•1)强度:•屈服强度fy—设计强度•fsu—极限强度,fy/fsu0.8•2)变形:•a)伸长率:=(L2-L1)/L1×100%•越大,钢筋延性或塑性越好•b)冷弯性能•质量检测指标•软钢:fy,fsu,,冷弯性能•硬钢:fsu,,冷弯性能3.钢筋的松弛和疲劳1)钢筋的松弛钢筋在高应力作用下,应变增加,应力减小的现象2)钢筋的疲劳钢筋的疲劳破坏是指钢筋在承受重复周期、动荷载作用下,经过一定次数后,由塑性破坏变成脆性破坏的现象。2.1.2.钢筋的级别和类型•1)碳素钢:•低碳钢c%0.22%•中碳钢c%=0.22%~0.6%•高碳钢c%0.6%•强度lowhigh变形好差2)普通低合金钢:40Si2MnVb)冷加工钢筋：冷轧扭，螺旋肋热处理钢筋:40Si2Mn强度:high塑性:差low好c)预应力钢筋Diameters:d=6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,30mm~50mm钢绞线消除应力钢丝：光面、螺旋肋、刻痕a)普通热轧钢筋:HPB235HPB300HRB335(HRBF335)HRB(F)400HRB(F)5002.1.3钢筋的冷加工1.冷拉:0’kk’dd’ee’2.冷扎扭:02.1.4.钢筋砼结构对钢筋质量的要求1.强度光面钢筋：Isurface变形钢筋：II、III、IV2.塑性3.机械性能4.与砼的粘结力2.2.混凝土作用:扩散砼应力使砼具有塑性变形能力.2).水泥凝胶体+石子、砂水泥凝胶体弹性骨架作用:抵抗外力使砼产生弹性变形骨料和水泥胶体之间产生微裂缝2.2.1.混凝土强度1.立方体抗压强度（砼强度等级）fcu,k1).定义:2).影响因素a).试件尺寸150×150×150混凝土1).水泥+水Cubicsizeofside(mm)Thecalculatingcoefficient200×200×2001.05150×150×1501.00100×100×1000.95•b).龄期和养护条件:•c)试验方法:•3).强度等级:C20,C25，C30，C35～C802.轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）:fck抗压强度随试件高度增大而降低:试件：h/b=3~4考虑折减系数：0.88试验(P13):3.砼的抗拉强度:ftk直接张拉:劈裂试验:255.0,348.0ckcutkffkcuccckff,21kcuccckff,2188.0400and500MPa钢筋:C25;预应力P.C:C404.砼的抗剪强度:fvk4.复杂受力状态下砼的强度1).双轴应力I.双向受压:抗压强度提高II.一向受压，另一向受拉：抗拉和抗压强度均降低。III.双向受拉：与单向抗拉强度相同。IV.剪压状态：c-0.2-0.2c1.01.01.21.20IIIIIIII0.50.70cc(0.5~0.7)c：抗剪强度随压应力增大而提高；0.7ƒc：抗剪强度随压应力增大而减小。V.剪拉状态：随拉应力而降低.2）三轴受压：抗压强度和塑性均大大提高.5.局部受压强度局部受压强度提高。2.2.2.砼的变形1.砼的应力应变关系——短期单调加载：c~c1)上升段OC:OA:(c0.3c0):弹性,c～c线性。AB:(c=0.3c0~0.8c0):砼内部微裂缝发展。BC(c0.8c0):塑性变形发展，竖向裂缝出现c0=0.0015~0.0025＝0.002cc02)下降段CD:ccu=0.0033~0.004（极限压应变）cc0ABCDfc00cutft0tu=0.0001~0.00015受拉:•I.c~c(受压):cu04).砼的弹性模量Eca)原点弹模Ecb)割线模量Ec’c)切线模量Ec’’c0fcEcEc’Ec’’c规范规定：Ec（P16)'10tantanccccecccecEE•2.重复荷载作用下的变形•疲劳强度:5).剪切模量GcGc=Ec/2(1+c)005.0cfcff005.0cfc—泊松比（横向应变与纵向应变之比）,0.2a)水泥凝胶体的粘性流动Time(m)(×.001)cr5101520250.51.01.5c2)产生徐变的原因b)内部微裂缝的开展3)对构件影响:a)使变形增大b)产生预应力损失c)引起轴压构件及结构的应力重分布Fig.2.13Creep-timeCurveofConcretet(month)3.砼在长期作用下的变形——徐变1）徐变：砼在长期荷载作用下随时间而增长的变形4).影响徐变的因素:a)配合比b)养护条件：温度、湿度c)应力条件：加荷时的龄期加荷时的初始应力cc0.5c0：线性徐变c=（0.5~0.8）c0：非线性徐变c=0.8c0：长期抗压强度4.砼的收缩2)收缩原因:水分蒸发1)收缩：砼在空气中硬化体积减小的现象3)对构件影响:I.使砼产生拉应力II.引起预应力损失4)影响收缩的因素:配合比、养护、体表比Fig.2.12Shrinkage-timecurveCuredunderheat-steamconditionCuredundernormaltemperatureconditiont(month)2.3.钢筋与砼的粘结粘结应力是指钢筋与砼接触面上为抵抗变形差所产生的剪应力。2.3.1粘结性质1.粘结应力:ABCD没有钢筋应力的变化，就不存在粘结应力。dxxxxddxAssxAsxxAddxSSAdxdss1)锚固粘结应力laldp2)裂缝之间的粘结应力2.粘结应力的试验方法及粘结应力分布——拔出试验ulapmax1)为曲线分布2)埋入长度越长，所需的力越大3)粘结强度u=P/dla2.3.2粘结机理1.钢筋和砼之间的胶着力2.砼收缩和钢筋之间的摩阻力3.钢筋表面凸凹不平和砼之间产生的机械咬合力2.3.3.影响粘结强度的主要因素钢筋的表面形状；砼的强度浇筑位置横向压力及横向钢筋钢筋的净距离保护层厚度光面受力钢筋端部加弯钩(P20)2.4钢筋混凝土的一般构造规定1.混凝土保护层c：(P21)c２．钢筋的锚固、连接：(P21)2.3.4粘结锚固长度——la•锚固长度主要取决于钢筋的应力、钢筋与混凝土之间的平均粘结强度sadTdl42asld44sadlinChineseCodetheanchoragelengthcanbeexpressedas:abyt[/]/ldffα:钢筋表面形状系数.Table2.4.aaabll