水工结构总复习

。
也称为割线模量，一变化值
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混凝土弹性模量与立方体抗压强度之间的关系：
105 Ec (N / mm 2 ) 34.7 2.2 f cu,k
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四、混凝土的耐久性要求
结构的耐久性是对结构的功能要求之一，与结构的安全 性和适用性密切相关。设计时应根据环境条件和规定的设 计使用年限采取措施满足耐久性要求。《建筑结构可靠度 设计统一标准》对使用年限做了强制性规定表2-2。
一、混凝土的强度
（一）混凝土的抗压强度 在钢筋混凝土结构中，混凝土主要用于抗压，拉力主要 由抗拉强度很高的钢筋承担，抗压强度是混凝土最重要的 强度指标。 影响混凝土抗压强度的主要因素：水泥强度等级和用量、 骨料的级配、水灰比、龄期、捣制方法、养护温度湿度等。 在测定混凝土抗压强度时，混凝土试块的尺寸和横向变 形的约束条件是影响试验结果的主要因素。因此混凝土有 立方体抗压强度和轴心抗压强度。
度。
设计中将对此模型进行简化！
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2.混凝土在荷载长期作用下的变形性能——徐变
定义：在荷载长期作用下，混凝土的变形随时间而徐徐 增长的现象。 徐变的特点：开 始增长较快，以 后逐渐减慢，最 后趋于稳定。在 应力0.5 f c 作用 下徐变如图1-13 所示。
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中高强钢丝和钢绞线 热处理钢筋 热轧钢筋的分类 HPB235级( )、HRB335级( )、HRB400级( )、RRB400级( R)
图1-1热轧钢筋的外形
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热轧钢筋的屈服强度 如表1-1
种类 符号 fy f 'y
HPB 235(Q235)
HRB 335(20MnSi) 热轧钢筋
3
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第一章 钢筋和混凝土的力学性能
知识要点： 钢筋：品种、力学性能、钢筋的连接、混凝土对
钢筋的要求
混凝土：混凝土的强度、混凝土的变形、混凝土 特性参数、给水排水工程结构对混凝土的特殊 性要求 钢筋和混凝土的共同作用
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一、钢筋的品种和级别
热轧钢筋(低碳钢、普通低合金钢在高温下轧制而成)
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1、混凝土的立方体抗压强度和强度等级
以标准试验方法测得的破坏时的平均压应力为混凝土的立方体
抗压强度。如图 1-8a所示。 按上述规定所测得的具有95%保证率的抗压强度称为混凝土 的立方体抗压强度标准值， fcu,k 。 影响因素： 尺寸效应：尺寸越大，内部缺陷较多， 强度较低。 加载速度：加载速度越快，强度越低。 端部约束：涂润滑油 ，强度降低。
混凝土中引起腐蚀的主要是氯离子，在各类环境中要控
制氯离子的含量；还要控制碱含量（碱骨料反应）。给水 排水工程结构中更应该注意碱骨料反应及氯离子的危害。Leabharlann 2012-2013学期总复习
（一）抗渗性 混凝土抵抗压力水渗透的性能称为混凝土的“抗渗性”
或“不透水性”。
混凝土的抗渗能力通过抗渗等级表示，符号Si。抗渗等 级S4表示混凝土在0.4 N / m m2 水压作用下不渗水。 构筑物所用的混凝土的抗渗等级应根据最大作用水 头（m）与混凝土壁、板厚度（m）之比iw按表1-3选用。
典型的混凝土单轴受压应力-应变全曲线如图1-10所示。
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①当σ≤0.3
接近于直线，弹性（OA）；
关系 f时， c
②当σ=(0.3～0.8) f 时， c 关系偏离直线，表现了材料的塑
性性质（AB）；
③当σ=(0.8～1.0)
fc时，内部
微裂缝进入非稳定发展阶段 （BC），C点即为混凝土达到受 压时最大承压应力即轴心抗压强
用边长为150mm的标准立方体试块在标准条件下养护28d后，
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混凝土的强度等级 按立方体抗压强度标准值确定，按 fcu,k 的大小划分为14级。 C15、 C20、 C25、 C30 ~ C80 C表示混凝土强度等级，C后的数字表示以单位 N / mm2 计 的混凝土立方体抗压强度标准值 混凝土强度等级的选用： 任何情况下，钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15 采用HRB335、 HRB400、 RRB400级钢筋时， 不得低于C20； 承受重复荷载构件的混凝土， 不得低于C20； 预应力混凝土结构， 不应低于C30； 采用高强钢丝作预应力钢筋时，不宜低于C40。 现浇钢筋混凝土中，水池、水塔、渠道以及处于其他地下和水 下结构，应采用不低于C25。
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2.轴心抗压强度
试验目的：采用棱柱体试件，反映混凝土的实际工作状态。 试件尺寸：我国取 150 150 300 mm为标准试件。 棱柱体高度的取值： ①摆脱端部摩擦力的影响；
②试件不致失稳。
根据不同强度混凝土棱柱体试件和立方体试件受压试验 分析，两者平均值之间存在线性关系，比值大致在 0.7~0.92的范围内变化，强度大比值大。
图1-3 有明显流幅的钢筋应力-应变曲线
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钢筋单向拉伸试验中有明显流幅的钢筋称为软钢，反之没
有明显流幅的钢筋称为硬钢。
软钢的应力应变曲线中 oa段斜率为常数，称为弹性阶段； bc称为流幅或屈服台阶，钢筋中的晶粒开始相互滑移错位；b 点称为弹性极限，屈服点；其对应的应力称为屈服应力或屈服 强度。
工程中常见的混凝土条形基础、挡土墙、矩形水池池壁等， 长度较大，易产生收缩裂缝。如图1-18所示。
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2.混凝土的温度和湿度变形
结构在正常使用过程中，已经结硬的混凝土由于温度和湿 度的变化，还会产生体积变化，即热胀冷缩和湿胀干缩，对 结构带来一些不利的影响。 结构中的钢筋会对其周围混凝土的徐变和收缩产生阻遏作
无明显流幅的钢筋也有明显的弹
性阶段，其比例极限约相当于极限 抗拉强度的0.65倍。应力继续增加， 出现明显塑性。
条件屈服强度： 取残余应变为0.2%所对应的 应力σ0.2作为无明显流幅钢筋的强度 限值，通常称为条件屈服强度。
图1-4 没有明显流幅的钢筋 应力-应变曲线
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《混凝土设计规范》（GB50010-2002）：预应力钢筋 抗拉强度设计值以σ0.2，消除应力钢丝及钢绞线等预应力

210
300 360
R
210
300 360 360
HRB 400(20MnSiV、 20MnSiNb、20MnTi)
RRB 400(K20MnSi)
360
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二、钢筋的主要力学性能—单向拉伸试验
（一）、钢筋应力应变曲线 1、软钢的应力—应变曲线
a ——比例极限 b ——弹性极限 d ——极限抗拉强度 e ——极限应变 ob ——弹性阶段 bc ——屈服阶段 cd ——强化阶段 de ——破坏阶段
用，从而使得混凝土构件的徐变和收缩比素混凝土构件小，
因此适当的配筋可以减小徐变和收缩的不利影响。
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三、混凝土的弹性模量和变形模量
混凝土应力应变曲线（三向受力） 如图1-19 混凝土应力应变曲线上任意一
点所对应的应力和应变之比称
为混凝土的变形模量，也称为
' 弹塑性模量，Ec
徐变的原因：
①水泥凝胶体的黏性流动，使骨料应力增大。
②混凝土中内部微裂缝的发展。 影响徐变的因素： ①应力的大小；
②混凝土的龄期；
③混凝土的制作、养护环境； ④水灰比与水泥用量； ⑤骨料用量及力学性能。 所以在工程实际中，构件长期处于不变高应力作用下是不安全
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徐变对结构设计的影响： ①使钢筋混凝土构件截面产生内力重分布；
②使受弯构件和偏压构件的变形加大 ；
③使预应力混凝土构件产生预应力损失 。
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(二)与荷载无关的混凝土体积变形 1.混凝土的收缩和膨胀 混凝土在空气中结硬体积会收缩，在水中结硬体积会膨胀， 但膨胀体积较小忽略不计。 体积收缩原因：水泥水化凝结作用引起体积的凝缩；混凝土 内部游离水分蒸发引起干缩。 混凝土的制作方法和组成是影响收缩重要原因。密实混凝土 收缩小；水泥用量多，水灰比大，收缩大；强度高收缩大； 骨料弹性模量高、粒径大、所占体积比大，收缩就小。
四、混凝土结构对钢筋性能的要求
1、强度 屈服强度和极限抗拉强度
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2、塑性性能 伸长率、冷弯性能 结构设计中通常将结构或材料的变形和耗能能力称为结构或 材料的延性。延性好的材料，破坏前有明显变形和破坏预兆， 比较安全。钢筋伸长率是代表延性好坏的主要指标、 3、锚固性能（钢筋混凝土之间的粘结力） 钢筋表表面形状 4、钢筋的连接性能 可焊性等 特殊情况下还要考虑钢筋的疲劳性能、抗腐蚀性能、热稳定 性、低温性能等 表1－1可以看出热轧钢筋具有良好的延性和冷弯性能。
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第二节 混凝土
混凝土是由骨料（砂和石子）、水泥和水搅拌而成。硅酸盐水泥，
水泥熟料中的硅酸三钙和硅酸二钙在混凝土拌和后经过水化生成一种胶 质钙硅酸盐水化物凝胶体。硅酸盐水泥水化过程如图1-7所示。 水灰比影响混凝土的强度和密实性，施工中应特别控制水量，防止 水灰比过高。
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钢筋取σ0.2 =0.85σb（σb国家标准规定极限抗拉强度）
无论是软钢还是硬钢，弹性阶段的斜率即弹性模量是一 相当稳定的物理常数，不同种类钢筋的弹性模量变化不大， 见附录1-2。
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(二)钢筋的塑性性能 l l 100% （1）延伸率： l
一定标距长度的钢筋试件在拉断后 残留的塑性应变称为钢筋的伸长率；对 如热轧钢筋δ5(l=5d) 延伸率越大，钢筋的塑性和变形能 力越好。 （2）冷弯性能： 弯心直径越小，弯过的角度越大， 冷弯性能越好，钢筋的塑性性能越好。 冷弯试验较受力均匀拉伸试验更能有效
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（二）抗冻性 混凝土的抗冻性是指混凝土在吸水饱和状态下，抵抗 多次冻融循环作用而不破坏、也不严重降低混凝土强度
的性能。
抗冻等级Fi指龄期为28天的混凝土试件，在进行相 应要求冻融循环总次数i作用后，其强度降低不大于25%， 质量损失不超过5%。 不同气温环境对混凝土抗冻等级Fi的规定见表1-4。
给水排水工程结构
主讲教师：陶贵清 讲 师
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绪论
钢筋混凝土结构的优点： ⒈便于就地取材，与钢结构比造价较低； ⒉便于造型:适于给水排水构筑物造型复杂的特点； ⒊耐久性好； ⒋耐火性好； ⒌整体性好，抗震能力强。
缺点：自重大（ 25kN / m ）、抗裂性较差、加固改建比较困难、 低温条件下施工要采取保温防冻措施等。
混凝土的强度混凝土的变形混凝土特性参数给水排水工程结构对混凝土的特殊性要求钢筋和混凝土的共同作用20122013学期总复习一钢筋的品种和级别热轧钢筋低碳钢普通低合金钢在高温下轧制而成中高强钢丝和钢绞线热处理钢筋热轧钢筋的分类hpb235级hrb335级hrb400级rrb400级图11热轧钢筋的外形20122013学期总复习热轧钢筋的屈服强度如表11种类符号热轧钢筋hpb235q235210210hrb33520mnsi300300hrb40020mnsiv20mnsinb20mnti360360rrb400k20mnsi36036020122013学期总复习二钢筋的主要力学性能单向拉伸试验一钢筋应力应变曲线1软钢的应力应变曲线极限应变ob弹性阶段bc屈服阶段cd强化阶段de破坏阶段图13有明显流幅的钢筋应力应变曲线20122013学期总复习钢筋单向拉伸试验中有明显流幅的钢筋称为软钢反之没有明显流幅的钢筋称为硬钢
我们在建筑材料中常用的各种热轧钢筋均有明显的屈服点
和屈服台阶；对于有明显流幅的钢筋，钢筋的变形超过屈服屈 服台阶后，塑性变形增加，构件将出现很大的变形和过宽的裂 缝，一般取屈服强度作为钢筋强度设计的依据。 对于软钢、硬钢弹性阶段的斜率弹性模量是一稳定的物理
常数见附录！
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2、硬钢的应力—应变曲线
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（三）抗腐蚀性 混凝土抗碱（苛性碱除外），不抗酸。盐有一定的腐 蚀作用。 工业废水、储液池都要有防腐措施。 水中溶解氧含量、氯离子、CO2等。
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二、混凝土的变形
混凝土的 变形性能比较复杂，分为两种:
①荷载作用下产生非线性的弹塑性变形; ②与荷载作用无关的徐变
(一)混凝土在荷载作用下的变形 1.混凝土在短期一次加荷时的应力-应变关系 一次短期加载是指荷载从零开始单调增至试件破坏，也称单 调加载。 混凝土单轴受压时的应力应变关系曲线常采用棱柱体试件来 测试。加载试验机加载方式:等应力加速加载和等应变等速加载。
地揭示材质的缺陷
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三、钢筋的连接
热轧钢筋常用的连接方法有绑扎搭接、焊接（c含量<0。 55％）和机械连接三种类型 注意：
在设计和施工中，尽可能将接头布置在结构构件受力较
小处，并将钢筋接头适当错开，以及必要时对钢筋接头比较 集中的区段采取增设构造钢筋以减少接头的不利影响等等。