1第一章 钢筋混凝土结构的基本概念

第一章
钢筋混凝土梁
Py ≈ 50.0kN Pcr = 9.7kN
fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2
150
300 2f16
sc s c= ft
ft fy
2500
当钢筋应力达到屈服后，钢筋所能承受的拉力不能再继续增加。 梁的承载力比开裂前有很大增加。
第一章
钢筋混凝土梁
素混凝土梁 — 承载力低，一开裂即告破坏，破坏前无预 兆（为脆性破坏） 钢筋混凝土梁—承载力高，混凝土开裂后，其承担的拉应 力转移到钢筋，钢筋屈服后梁才破坏，破 坏前有预兆（为塑性破坏）。 配筋的作用： （1）提高结构的承载力； （2）调整结构的破坏形态。
第一章
◆ 混凝土的基本特性：
◎抗压强度高，而抗拉强度却很低
2）混凝土在重复荷载作用下的应力—应变曲线 混凝土的疲劳强度f /c≈0.5fc 3）混凝土在荷载长期作用下的变形性能 徐变:混凝土在荷载的长期作用下，其变形 随时间而不断增长的现象称为徐变。
徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力 损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。
不过，徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低 结构的受力（如支座不均匀沉降），减小大体积混凝土内的温 度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。 与混凝土的收缩一样，徐变与时间有关。因此，在测定混 凝土的徐变时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环 境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除对 比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形。
150
300 2f16
sc= ft
ft
2500
开裂前，与素混凝土梁受力类似。当梁底应力达到ft时，梁受 拉区将开裂。
第一章
钢筋混凝土梁
Pcr = 9.7kN
fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2
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300 2f16
sc s c= ft
ft
2500
ss
受拉区开裂后，混凝土退出工作，拉力由钢筋承担，荷载可以 继续增加。
缝发展很快，塑性变形显著增大， 体积应变逐渐由压缩转为扩张。
图 1-10 不同强度混凝土的应力 应变关系曲线
2.混凝土在多次重复荷载下的应力-应变关系
(1) 多次重复加荷 : 将混凝土棱柱体试块加荷使其压应 力达到某个数值 , 然后卸荷至零 , 并把这一循环多次重 复下去,就称为多次重复加荷. (2)混凝土的疲劳抗压强度 :通常把能使试件在循环 200 万次或次数稍多时发生破坏的压应力. (3)疲劳破坏:混凝土在重复荷载作用下的这种破坏. 混凝土在重复荷载作用下的应力—应变曲线 混凝土的疲劳强度f/c≈0.5fc
第一章 钢筋混凝土结构的基本概念 及其材料的物理力学性能 第一节 钢筋混凝土结构的基本概念 及其特点
一、 钢筋混凝土结构的基本概念
概念: 钢筋混凝土结构：是由配置受力的普通钢筋或钢筋骨架的 混凝土制成的结构。
由钢筋和混凝土结合在一起共同工作的材料，该材料 可充分利用混凝土的抗压性能和钢筋的抗拉性能。
16
150 500
100
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á Ö Ä Ð Ü Ê ­ À Ô Êé Ñ
3、混凝土强度标准值与设计值
混凝土强度的标准值具有95%的保证率。
混凝土强度设计值约为0.8～0.86倍标准值。
标准值与平均值:
第一组数据:95,90,50,45,平均值=70 第二组数据:85,80,60,55,平均值=70 可见,平均值没有保证率。
第二节 混凝土
一、混凝土强度 水泥混凝土：是以水泥为胶结材料，用普通砂石为集料，并以水为 原材 料，按专门设计的配合比，经搅拌、成型、养 护而得到的复合材料。 混凝土强度：是指混凝土材料达到破坏或开裂极限状态时所能承受 的应力。 1、混凝土的抗压强度 1）立方体抗压强度 立方体抗压强度标准值：采用标准方法制作，养护28天龄期 的边长为150mm立方体试件，以标准试验方法测得的具有95%保 证率的抗压强度 (以MPa计）。用符号f cu，k表示 立方体抗压强度--------------- f cu 它只是抗压强度的算术平均值 立方体抗压强度标准值----- f cu，k 具有95%保证率的抗压强度
影响混凝土应力 - 应变曲线形状的因素很多 , 如混凝土强度、组成材料的性质及配合比、试验 方法及约束情况等.
s (MPa)
C80
60
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
fc
40
C60
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
C40
20
著，下降段越陡。峰值应力fc所对 应的应变ε0约为0.002左右，应力小 于0.3fc时混凝土处于弹性阶段，混
0.3fc
C20
e
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01
凝土内部几乎没有裂缝，0.3～0.8 fc 之间，混凝土内部裂缝发展，但能
ε0
保持稳定，大于0.8 fc混凝土内部裂
2、混凝土的收缩变形
混凝土在水中硬化时体积会膨胀，但其值较小，对混凝土影响 不大。
混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的 收缩。 收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。 当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时， 将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩 会使预应力混凝土构件产生预应力损失。 某些对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也会引 起不利的内力。
◎一般抗拉强度只有抗压强度的1/8~1/20 ◎破坏时具有明显的脆性性质
因此，素混凝土构件在实际
工程的应用很有限，主要用
于以受压为主的基础或基础
垫层、柱墩、室外地坪和一
些非承重结构。
第一章
素混凝土梁
fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2
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2500
第一章
素混凝土梁
Pcr = 9.7kN
ε
卸荷瞬时 恢复应变
徐变应变
残余应 变 加荷瞬时 应 变
卸 荷后 弹性后效
t 图：1-15
在应力（≤0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变，随荷载 作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增长较快，6 个月可达最终徐变的（70~80）%，以后增长逐渐缓慢，2~3 年后趋于稳定。
• 影响徐变得因素 • 内在因素是混凝土的组成和配比。骨料的 刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐 变就越小。水灰比越小，徐变也越小。 • 环境影响包括养护和使用条件。受荷前养 护的温湿度越高，水泥水化作用越充分， 徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少 （20~35）%。受荷后构件所处的环境温度 越高，相对湿度越小，徐变就越大。
300 150
ft
2500
ft
录像
破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到 混凝土的抗压强度。混凝土抗压强度高的特点未得到充分利用。
第一章
◆钢材的基本特点
◎抗拉和抗压强度都很高
◎具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性 ◎但细长比过大使受压钢构件容易失稳，并易生锈
★将混凝土和钢材这两种材料有机地结合在一
③B~C ：第 III 阶段（裂缝快速发展阶段），应力 达到的最高点为fc。 fc 相 对 应 的 应 变 称 为 峰 值 应 变 ε 0 。 一 般 ε 0=0.0015～0.0025，平均取ε 0=0.002。
在 fc以后 ，裂缝迅速发展，结构内部的整体 性受到愈来愈严重的破坏， 试件的平均应力强度 下降，当曲线下降到拐点 D 后，曲线 σ -ε 由凸向 水平方向发展，在拐点 D 之后， σ -ε 曲线中曲率 最大点E称为 “收敛点”、E点以后主裂缝已很宽. 结构 内聚力几乎耗尽对于无侧向约束的混凝土已 失去结构的意义。
一、 混凝土强度
2）混凝土轴心抗压强度 • 实际工程中，一般的受压构件不是立方体而是棱 柱体，即构件的高度要比截面的尺寸大。一般用 h/b=3～4的棱柱体抗压强度来代表混凝土单向均匀 受压时的抗压强度。 • 轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号fC表 示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况，我 国通常取150mm×150mm×450mm的棱柱体试件。 轴心抗压强度标准值：用符号fcK表示
一、 混凝土强度
2、混凝土抗拉强度 混凝土轴心抗拉强度f t 是采用100mm×100mm×500mm的棱 柱体，两端设有螺纹钢筋(图1-7)，在实验机 上受拉来测定的。 当试件拉裂时测得的平均拉应力即为混 凝土的轴心抗拉强度。 实验表明，混凝土的抗拉强度比抗压强 度低得多，混凝土轴心抗拉强度只是混凝土 立方体抗压强度的1/18～1/8倍,而且随混凝 土强度等级的提高而减小。 轴心抗拉强度标准值：用符号ftK表示
配筋的基本原则：使钢筋在结构中处于受拉； 使混凝土在结构中处于受压。
钢筋与混凝土共同工作的原因： （1）混凝土和钢筋有足够的粘结力， （2）混凝土和钢筋的温度线膨胀系数大致相同，不会因温 度变化而破坏粘结力 （3）混凝土对钢筋有防锈作用。
二、钢筋混凝土结构的特点
①钢筋混凝土耐久性好； ②钢筋混凝土可模性好； ③材料易于就地取材，可降低工程造价； ④钢筋混凝土结构抗裂性能较差，在正常使用时 往往是带裂缝工作。 ⑤钢筋混凝土结构的截面尺寸较大，自重也较大。 ⑥钢筋混凝土结构施工受气候条件影响较大；且 施工中需耗用较多的模板。
Pu ≈ 52.5kN Py ≈ 50.0kN Pcr = 9.7kN
fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2
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300 2f16
sc= ft
sc= f s fc ct
ft s fys
ft
2500
综上所述，根据构件受力状况配置钢筋构成钢筋混凝土构 件后，可以充分利用钢筋和混凝土各自材料的特点，把它们有 机结合在一起共同工作，从而提高构件的承载能力，改善构件 的受力性能。
§2.8 二、混凝土的变形性能 荷载作用下混凝土的变形性 能
混凝土的变形分为：受力变形、非受力变形
1.混凝土的应力-应变关系
混凝土在单轴短期单调加载过程中的应力 应变关系 (σ-ε 曲线 ) 是混凝土最基本的力学性能之 一,它是研究钢筋混凝土构件的强度、裂缝、变形、 延性所必需的依据. (1)受压混凝土一次短期加荷的σ-ε曲线
300 150
fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2
sc= ft
ft
2500
跨中受拉边缘应力达到混凝土抗拉强度时，梁底将开裂，梁随 即破坏，表现为脆性断裂，无明显预兆。
第一章
素混凝土梁
Pu ≈ Pcr
fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2
Pcr = 9.7kN
sc= ft
ห้องสมุดไป่ตู้
sc= ft
图1-23是实测的典型混凝土棱柱体的σ-ε
曲线，有上升段和下降段上升段的特点：
①0~A:第I阶段(弹性阶段） (σ=0.3～0.4fc)， 由于试件应力较小，混凝土的变形主要是骨料 和水泥结晶体的弹性变形，应力应变的公关系 接近直线，A点称为比例极限点。 ② A～ B:第 II 阶段 ( 稳定裂缝扩展阶段），临界 点 B相对应的应力可作为长期受压受强度的依 据(一般取0.8 fC)
标准值与平均值:
第一组数据:95,90,50,45,平均值=70 第二组数据:85,80,60,55,平均值=70 如果我们要求要有75%的保证率,标准值就是50和60 规范习惯用立方体抗压强度作为混凝土的抗压 强度的基本指标。 用立方体抗压强度标准值表示混凝土的强度等级, 用C表示。 按照立方体抗压强度标准值将混凝土的强度划分 为14个等级， 从C15 ～ C80级差为5N/mm2 强度标准值=强度平均值- 1.645倍均方差
不同强度混凝土的σ -ε 曲线见图1-24所示。
从混凝土的应力 - 应变曲线可以看出 : 混凝土 的应力 - 应变关系图形是一条曲线 , 这说明混凝土 是一种弹塑性材料 , 只有当压应力很小时 , 才可将 其视为弹性材料。
曲线分为上升段和下降段,说明混凝土在破坏 过程中 , 承载力由一个从增加到减少的过程 , 当混 凝土的压应力达到最大时,并不意味着立即破坏. 因此 , 混凝土最大应变对应的不是最大应力 , 最大应力对应的也不是最大应变.
起协同工作，可以取长补短，充分利用材料
的性能， 从而形成钢筋混凝土结构。
第一章
钢筋混凝土梁
fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2
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300 2f16
2500
在前面素混凝土梁底部配置2根钢筋
第一章
钢筋混凝土梁
Pcr = 9.7kN
fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2