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混凝土結(jié)構(gòu)原理材料性能,知識(shí)點(diǎn)總結(jié)!

源:筑龍論壇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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混凝土結(jié)構(gòu)用材料的性能

§2.1 鋼筋

§2.2 混凝土

§2.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)


§2.1 鋼筋(steel reinforcement)

2.1.1  鋼筋的品種(reinforcement types)與性能

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※鋼筋的強(qiáng)度與變形

?鋼筋的s-e關(guān)系stress-strain relation 

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sa-比例極限fp    proportional limit

sb-屈服強(qiáng)度fy        loweryield ,是鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)依據(jù)

sd-極限抗拉強(qiáng)度fu    ultimate tensile strength

無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋s-e圖

s0.2-條件屈服強(qiáng)度(equivalent yield strength)殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力《規(guī)范》取s0.2 =0.85 fu

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原應(yīng)力-應(yīng)變圖

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1. 熱軋鋼筋hot rolled steel reinforcing bar

   HPB300級(jí)、HRB335級(jí)、HRB400級(jí)、RRB400級(jí)


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鋼筋的直徑:d=6;6.5;8;8.2;10;12;14;16;18;20;22;25;28;32;36;40;50mm

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熱軋光面鋼筋HPB300(Ⅰ級(jí)),多作為鋼筋混凝土板和小型構(gòu)件的受力鋼筋以及各種構(gòu)件的構(gòu)造鋼筋和箍筋。

熱軋帶肋鋼筋HRB335(Ⅱ級(jí)),多作為大中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力鋼筋和構(gòu)造鋼筋以及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的非預(yù)應(yīng)力鋼筋,尺寸較大的構(gòu)件;也有用Ⅱ級(jí)鋼筋作箍筋的為增強(qiáng)與混凝土的粘結(jié)(Bond),外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋(DeformedBar)。

熱軋帶肋鋼筋HRB400(Ⅲ級(jí))強(qiáng)度較高,用于大中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力鋼筋。

余熱處理鋼筋RRB400Ⅳ級(jí)鋼筋強(qiáng)度太高,不適宜作為鋼筋混凝土構(gòu)件中的配筋,一般冷拉后作預(yù)應(yīng)力筋。

熱軋鋼筋的力學(xué)性能

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屈強(qiáng)比反映鋼筋的強(qiáng)度儲(chǔ)備,fy/ fu=0.6~0.7。

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4  鋼筋的應(yīng)力—應(yīng)變簡(jiǎn)化模型  

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(2)塑性性能:

鋼筋的塑性指標(biāo)主要有兩個(gè):延伸率和冷彎性能。這兩個(gè)指標(biāo)反映了鋼筋的塑性性能和變形能力。 

伸 長(zhǎng)率(Percentageof elongation):鋼筋拉斷時(shí)的應(yīng)變,是指鋼筋試件上標(biāo)距為10d、5d(d為鋼筋的試件直徑)或100mm范圍內(nèi)的極限伸長(zhǎng)率,記為δ10、δ5和δ100。延伸率大的鋼筋,在拉斷前有足夠預(yù)兆,延性較好。含碳量越低的鋼筋,屈服臺(tái)階越長(zhǎng),延伸率也越大,塑性性能越好。

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均勻伸長(zhǎng)率δgt由非頸縮斷口區(qū)域標(biāo)距的殘余應(yīng)變?chǔ)舝與恢復(fù)的彈性應(yīng)變?chǔ)舉 組成。

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2.  中高強(qiáng)鋼絲(wire)和鋼絞線(strandor tendon):

均用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力鋼絲是以優(yōu)質(zhì)高碳鋼盤條經(jīng)等溫淬火再拉拔而成的鋼絲。中強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度為800~1200MPa,高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線的為1470 ~1860MPa;

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鋼絲的直徑3~9mm;外形有光面、刻痕和螺旋肋三種。

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鋼絞線是用一種稍粗的直鋼絲為中心,其余鋼絲圍繞其進(jìn)行螺旋狀絞合,再經(jīng)低溫回火處理,有2股、3股、7股等,常用的是3股、7股鋼絞線。

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硬鋼的應(yīng)力—應(yīng)變曲線  

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 條件屈服強(qiáng)度:

取殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為無明顯流幅鋼筋的強(qiáng)度限值,通常稱為條件屈服強(qiáng)度。

3. 熱處理鋼筋 (heattreatment) :

是將Ⅳ級(jí)鋼筋通過加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理,使強(qiáng)度得到較大幅度的提高,而延伸率降低不多。用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

4. 冷加工鋼筋

是指在常溫下采用冷加工工藝對(duì)熱軋鋼筋進(jìn)行加工得到的鋼筋。

?方法:冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭。

?目的:改變鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu),提高強(qiáng)度,節(jié)約鋼筋。但經(jīng)冷加工后,鋼筋的延伸率降低。

冷拉


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冷拉鋼筋由熱軋鋼筋在常溫下經(jīng)機(jī)械拉伸而成,冷拉應(yīng)力值應(yīng)超過鋼筋的屈服強(qiáng)度。鋼筋經(jīng)冷拉后,抗拉屈服強(qiáng)度提高,但塑性降低,這種現(xiàn)象稱為冷拉強(qiáng)化。冷拉后,經(jīng)過一段時(shí)間鋼筋的屈服點(diǎn)比原來的屈服點(diǎn)有所提高,這種現(xiàn)象稱為時(shí)效硬化。 

冷拔

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冷拔鋼絲是將鋼筋用強(qiáng)力拔過比它本身直徑還小的硬質(zhì)合金拔絲模而成的鋼絲。分為甲級(jí)和乙級(jí)兩個(gè)級(jí)別。

可提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度,但塑性降低很多,冷拔低碳鋼絲的延性較差,且表面光滑,與混凝土粘結(jié)性差。

冷軋帶肋鋼筋

冷軋帶肋鋼筋是以普通低碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼或低合金鋼熱軋圓盤條為母材,在表面冷軋成具有三面或兩面月牙形橫肋的鋼筋,分為五個(gè)級(jí)別(CRB550、CRB650、CRB800、CRB970和CRB1170),極限強(qiáng)度與冷拔低碳鋼絲相近,但伸長(zhǎng)率比冷拔低碳鋼絲有明顯提高。 

冷軋扭鋼筋

冷軋扭鋼筋是以熱軋光面鋼筋 HPB235為原材料,在常溫下按規(guī)定的工藝參數(shù),經(jīng)鋼筋冷軋扭機(jī)一次加工,軋扁扭曲呈連續(xù)螺旋狀的冷強(qiáng)化鋼筋,有矩形、菱形和螺旋肋幾種。

2.1.2  混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求

1.強(qiáng)度:強(qiáng)度是鋼筋質(zhì)量的重要目標(biāo)。

屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、強(qiáng)屈比。

2.塑性:要求鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)為具有明顯預(yù)兆的塑性破壞。                          

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3.可焊性:焊接后不應(yīng)產(chǎn)生裂紋及過大的變形,以保證焊接接頭性能良好。 

4.與混凝土具有良好的粘結(jié)

§2.2 混凝土(concrete)

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混凝土受壓破壞機(jī)理可概括為:隨著應(yīng)力的增大,沿粗骨料界面和砂漿內(nèi)部的微裂縫逐漸延伸和擴(kuò)展,導(dǎo)致砂漿的損傷不斷積累;裂縫貫通后,混凝土的連續(xù)性遭到破壞,逐漸喪失其承載力,破壞的實(shí)質(zhì)是由連續(xù)材料逐步變成不連續(xù)材料的過程。 

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2.2.1  混凝土的強(qiáng)度

1.  抗壓強(qiáng)度

⑴  立方體抗壓強(qiáng)度 fcuk

依此確定我國(guó)混凝土強(qiáng)度等級(jí):

用標(biāo)準(zhǔn)制作方式制成的150mm×150mm×150mm的立方體試塊,在20±3℃的溫度和相對(duì)濕度在90%以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28天,用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度。

fcuk=μf  -1.645σf

常用等級(jí):C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60,C65 ,C70,C75,C80

影響立方體抗壓強(qiáng)度的因素:

?內(nèi)因:如強(qiáng)度與水泥標(biāo)號(hào)、骨料品種、配合比等

?外因:試驗(yàn)方法(箍套)、加荷速率、齡期、溫度、濕度、試件尺寸。

尺寸的影響:

fcu(150) = 0.95 fcu(100)         fcu(150) = 1.05 fcu(200)

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2、軸心抗壓強(qiáng)度fc

(1)軸心抗壓強(qiáng)度的概念:也稱棱柱體抗壓強(qiáng)度(用符號(hào)fc表示),是用高寬比為2~4的棱柱體試件測(cè)得的抗壓強(qiáng)度,我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)以150×150×300mm的棱柱體試件為標(biāo)準(zhǔn)試件,也常用150×150×450的棱柱體試件。

(2)棱柱體抗壓強(qiáng)度和立方體抗壓強(qiáng)度的換算關(guān)系

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二、混凝土破壞機(jī)理

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混凝土的破壞機(jī)

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到達(dá)B點(diǎn)以后,混凝土產(chǎn)生部分塑性變形,應(yīng)力-應(yīng)變逐漸偏離直線。B點(diǎn)時(shí)的裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定,試件的橫向變形突然增大,常取sB作為混凝土的長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度 ;普通強(qiáng)度混凝土sB約為0.8 fc,高強(qiáng)混凝土sB可達(dá)0.95 fc

到達(dá)C點(diǎn)時(shí),內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面,試件承載力開始減小而進(jìn)入下降段。B點(diǎn)時(shí)的應(yīng)力稱為峰值應(yīng)力,即為混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度;相應(yīng)的縱向壓應(yīng)變稱為峰值應(yīng)變,約為0.002。繼續(xù)發(fā)展至D點(diǎn)時(shí),破壞面初步形成。

E點(diǎn)以后,縱向裂縫形成一個(gè)斜向的破壞面,此破壞面在正應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用下形成破壞帶。此時(shí)試件的強(qiáng)度由破壞面上骨料間的摩阻力提供。隨著應(yīng)變進(jìn)一步發(fā)展,摩阻力不斷下降,試件的殘余強(qiáng)度約為0.1~0.4 fc

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約束混凝土可以提高混凝土的強(qiáng)度,但更值得注意的是可以提高混凝土的變形能力,這一點(diǎn)對(duì)于抗震結(jié)構(gòu)非常重要。

軸心抗拉強(qiáng)度ft

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軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

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抗折強(qiáng)度 

《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》選用簡(jiǎn)支梁進(jìn)行試驗(yàn),采用三分點(diǎn)對(duì)稱加載。

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3、混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值

(1)《規(guī)范》規(guī)定材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值fk應(yīng)具有不小于95%的保證率

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(2)立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

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(3)軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

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[例]已知fcu,m=30MPa, d=0.14,求fcu,k和fck

fcu,k=fcu,m×(1-1.645d)=23.09MPa

fc,m=0.76fcu,m

fck=fcu,m(1-1.645d)×0.88×1.0

=0.76fcu,m(1-1.645d)×0.88×1.0 =15.44MPa

3. 混凝土在復(fù)合應(yīng)力作用下的強(qiáng)度

⑴混凝土的雙向受力強(qiáng)度

 雙軸受力試驗(yàn)一般采用正方形試件,試驗(yàn)時(shí)沿板平面內(nèi)的兩對(duì)應(yīng)邊分別作用法向應(yīng)力s1和s2,沿板厚方向的法向應(yīng)力s3=0,板處于平面應(yīng)力狀態(tài)。

s1、s2  (壓-壓) 強(qiáng)度增加

s1、s2  (拉-壓) 強(qiáng)度降低

由于同時(shí)拉壓時(shí),增加了試件另一方向的受拉變形,加速了內(nèi)部微裂縫的發(fā)展,使混凝土強(qiáng)度降低?;炷恋膹?qiáng)度均低于單軸受力(拉或壓)強(qiáng)度。  

s1、s2  (拉-拉)單向受拉強(qiáng)度基本不變

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⑵ 混凝土在法向應(yīng)力和切應(yīng)力作用下的復(fù)合強(qiáng)度

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在有剪應(yīng)力作用時(shí),混凝土的抗壓強(qiáng)度將低于單向抗壓強(qiáng)度。

在剪壓應(yīng)力狀態(tài)下,壓應(yīng)力達(dá)到0.6fc前,混凝土的抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力增大而提高,超過0.6fc后,抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力增大反而減小,當(dāng)壓應(yīng)力達(dá)到混凝土軸心抗壓強(qiáng)度時(shí),抗剪強(qiáng)度為零。  

在剪拉應(yīng)力狀態(tài)下,隨著拉應(yīng)力絕對(duì)值的增加,混凝土抗剪強(qiáng)度降低,當(dāng)拉應(yīng)力約為0.1fc時(shí),混凝土受拉開裂,抗剪強(qiáng)度降低為零。 

⑶ 混凝土的三向受壓強(qiáng)度

三向受壓時(shí),混凝土的抗壓強(qiáng)度和極限變形都有較大提高。

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2.2.2  混凝土的變形

混凝土的變形分為兩類:混凝土的受力變形和非受力變形

一. 混凝土的受力變形  

1. 受壓混凝土一次短期加荷的s- e曲線  

試件:棱柱體

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混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能Stress-strain Relationship

分析混凝土構(gòu)件應(yīng)力、建立承載力和變形計(jì)算理論的必要依據(jù),也是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行非線性分析的基礎(chǔ)。

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軸心受壓混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變曲線

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(3)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

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▲混凝土彈性模量的測(cè)定與計(jì)算

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混凝土的泊松比nc

泊松比是指一次短期加載(受壓)時(shí)試件的橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比。

當(dāng)壓應(yīng)力較小時(shí),約為0.15~0.18;接近破壞時(shí),可達(dá)0.5以上?!兑?guī)范》取nc=0.2。 

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4. 受拉混凝土的變形

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2、荷載長(zhǎng)期作用下混凝土的變形性能--徐變

(1)徐變的概念

混凝土在荷載的長(zhǎng)期作用下,其應(yīng)變或變形隨時(shí)間增長(zhǎng)的現(xiàn)象稱為徐變。

(2)產(chǎn)生徐變的原因

▲凝膠體的塑性流動(dòng)。

▲裂縫的出現(xiàn)與發(fā)展。

(3)徐變與時(shí)間的關(guān)系

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▲ 特點(diǎn):開始快、以后慢;半年完成大部分、一年穩(wěn)定、三年終止

(4)徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的影響

不利影響:

徐變會(huì)使結(jié)構(gòu)(或構(gòu)件)的變形增大(如撓度);

引起預(yù)應(yīng)力損失;

在長(zhǎng)期高應(yīng)力作用下,甚至會(huì)導(dǎo)致破壞。

有利影響:

有利于結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)(應(yīng))力重分布,降低結(jié)構(gòu)的受力;

減小大體積混凝土內(nèi)的溫度應(yīng)力;

受拉徐變可延緩收縮裂縫的出現(xiàn)。

影響徐變的因素:

1)材料組成

在混凝土的組成成分中,水灰比愈大,水泥水化后殘余的游離水愈多,徐變也愈大;水泥用量愈多,凝膠體在混凝土中所占比重也愈大,徐變也愈大;骨料愈堅(jiān)硬,彈性模量愈大以及骨料所占體積比愈大,則由凝膠體流動(dòng)后傳給骨料壓力所引起的變形也愈小,徐變也愈小。

2) 外部環(huán)境 

養(yǎng)護(hù)環(huán)境濕度愈大,溫度愈高,則水泥水化作用愈充分,徐變就愈小,混凝土在使用期間處于高溫、干燥條件下所產(chǎn)生的徐變比低溫、潮濕時(shí)明顯增大。此外,由于混凝土中水分的揮發(fā)逸散與構(gòu)件的體積與表面積之比有關(guān),因而構(gòu)件尺寸愈大,表面積相對(duì)愈小,徐變就愈小。

3) 應(yīng)力大小

l當(dāng)s≤0.5fc時(shí),徐變與應(yīng)力成正比,為線性徐變。 

 l當(dāng)s=(0.5~0.8)fc時(shí),徐變的增長(zhǎng)速度比應(yīng)力的增長(zhǎng)速度快,為非線性徐變。

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l當(dāng)σ>0.8fc時(shí),混凝土內(nèi)部的微裂縫進(jìn)入非穩(wěn)態(tài)發(fā)展,導(dǎo)致混凝土破壞。取σ=0.8fc作為混凝土的長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度。初應(yīng)力越大,徐變也越大。

4)齡期影響

加載時(shí)混凝土的齡期越長(zhǎng),徐變?cè)叫 ?/span>

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為了減少徐變,應(yīng)避免過早地給結(jié)構(gòu)施加長(zhǎng)期荷載,例如在施工期內(nèi)避免過早地撤除構(gòu)件的模板支柱等,也可以采取加快混凝土硬結(jié)的措施來減小齡期對(duì)徐變的影響。 

4、混凝土的收縮

(1)收縮的概念

混凝土在空氣中硬化時(shí)體積會(huì)縮小,這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮(收縮是混凝土在不受外力情況下由于體積變化而產(chǎn)生的變形。)

(2)引起收縮的原因

物理方面:干燥失水。

化學(xué)方面:混凝土的碳化凝膠體中的Ca(OH)2? CaCO3

(3)收縮對(duì)結(jié)構(gòu)的影響

當(dāng)收縮受到約束(如支座、內(nèi)部鋼筋)時(shí),將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力,甚至引起混凝土的開裂。

混凝土收縮會(huì)使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。

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(4)收縮與時(shí)間的關(guān)系

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早期發(fā)展快,兩周可完成全部收縮的25%,一個(gè)月可完成50%;以后發(fā)展逐漸減慢,整個(gè)收縮過程可延續(xù)兩年以上。

一般情況下,最終收縮應(yīng)變值約為(2~5)×10-4混凝土開裂應(yīng)變?yōu)?/span>(0.5~2.7)×10-4

(5)影響收縮的因素

水泥的強(qiáng)度等級(jí)高、用量多、水灰比大,收縮就大;

骨料彈性模量高、級(jí)配好,收縮就??;

養(yǎng)護(hù)時(shí)的濕度大、溫度高,收縮就??;

使用時(shí)的濕度大、溫度低,收縮就?。?/span>

構(gòu)件體表比大,收縮就??;

混凝土越密實(shí),收縮越?。?/span>

(6)膨脹的概念

混凝土在水中硬化時(shí)體積會(huì)增大,這種現(xiàn)象稱為混凝土的膨脹。

(7)膨脹對(duì)結(jié)構(gòu)的影響

但混凝土的膨脹值一般較小,對(duì)結(jié)構(gòu)的影響也較小,所以經(jīng)常不予考慮。

2.2.3  混凝土的選用原則

?建筑工程中,鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20 

?當(dāng)采用HRB400級(jí)鋼筋時(shí),不宜低于C25

?當(dāng)采用HRB400和RRB400級(jí)鋼筋以及承受重復(fù)荷載的構(gòu)件,不得低于C30 

?預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)不應(yīng)低于C30 

?采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí),不宜低于C40

2.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)

一、粘結(jié)的概念

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二、粘結(jié)的作用

通過粘結(jié)可實(shí)現(xiàn)鋼筋與混凝土之間的應(yīng)力傳遞,保證兩種材料結(jié)合在一起共同工作。

三、兩類粘結(jié)

 1、錨固粘結(jié)

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2、局部粘結(jié)

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§2.3  鋼筋與混凝土的粘結(jié)

鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)是這兩種材料共同工作的保證,使之能共同承受外力、共同變形、抵抗相互之間的滑移。 

產(chǎn)生鋼筋和混凝土粘結(jié)力的主要原因:

?混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力;

?混凝土顆料的化學(xué)作用產(chǎn)生的混凝土與鋼筋之間的膠合力;

?鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的局部粘結(jié)應(yīng)力;

?鋼筋端部在混凝土內(nèi)的錨固作用。

2.3.1  粘結(jié)力的定義

若鋼筋和混凝土有相對(duì)變形(滑移),就會(huì)在鋼筋和混凝土交界面上產(chǎn)生沿鋼筋軸線方向的相互作用力,這種力稱為鋼筋與混凝土的粘結(jié)力。

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⑴ 裂縫之間局部粘結(jié)應(yīng)力

是指相鄰兩個(gè)開裂截面之間產(chǎn)生的鋼筋拉力,通過裂縫兩側(cè)的粘結(jié)應(yīng)力部分地向混凝土傳遞,使未開裂的混凝土受拉。

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⑵  鋼筋端部的錨固粘結(jié)應(yīng)力

是指鋼筋伸入支座或支座負(fù)彎矩鋼筋在跨間截?cái)鄷r(shí),必須具有足夠的錨固長(zhǎng)度,通過錨固長(zhǎng)度積累的粘結(jié)力。

按鋼筋所處部位和所起作用不同受壓、受拉、支座、節(jié)點(diǎn)及鋼筋截?cái)鄷r(shí),錨固長(zhǎng)度各異。 

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 以錨固粘結(jié)應(yīng)力為例:

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錨固設(shè)計(jì)的基本原則是必須保證足夠的錨固粘結(jié)強(qiáng)度以使鋼筋強(qiáng)度得以充分利用,即

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2.3.2 粘結(jié)力的組成

1. 粘結(jié)力的組成

⑴化學(xué)膠結(jié)力

混凝土凝結(jié)時(shí),由于水泥的水化作用在鋼筋與混凝土接觸面上產(chǎn)生的化學(xué)吸附作用力;來源于澆筑時(shí)水泥漿體向鋼筋表面氧化層的滲透和養(yǎng)護(hù)過程中水泥晶體的生長(zhǎng)和硬化。取決于水泥的性質(zhì)和鋼筋表面的粗糙程度。這種力一般很小,只在鋼筋和混凝土界面存在,當(dāng)接觸面發(fā)生相對(duì)滑移時(shí)就消失,僅在局部無滑移區(qū)內(nèi)起作用。

⑵  摩擦力

混凝土收縮后將鋼筋緊緊地握裹住,當(dāng)鋼筋和混凝土產(chǎn)生相對(duì)滑移時(shí),在鋼筋和混凝土界面上將產(chǎn)生摩擦力。它取決于混凝土發(fā)生收縮、荷載和反力等對(duì)鋼筋的徑向壓應(yīng)力、鋼筋和混凝土之間的粗糙程度等。鋼筋和混凝土之間的擠壓力越大、接觸面越粗糙,則摩擦力越大。

⑶ 機(jī)械咬合力

鋼筋表面凹凸不平與混凝土產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用而產(chǎn)生的力,即混凝土對(duì)鋼筋表面斜向壓力的縱向分力,取決于混凝土的抗剪強(qiáng)度。

變形鋼筋的橫肋會(huì)產(chǎn)生這種咬合力,它的咬合作用往往很大,是變形鋼筋粘結(jié)力的主要來源。 

⑷ 鋼筋端部的錨固力

采取錨固措施后所造成的機(jī)械錨固力。

2. 光面鋼筋的粘結(jié)性能

光面鋼筋的粘結(jié)力以化學(xué)膠結(jié)力和摩擦力為主。

鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度通常采用拔出試驗(yàn)來測(cè)定。設(shè)拔出力為F,則以粘結(jié)破壞(鋼筋拔出或混凝土劈裂)時(shí)鋼筋與混凝土截面上的最大平均粘結(jié)應(yīng)力作為粘結(jié)強(qiáng)度。

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3.  變形鋼筋的粘結(jié)性能

粘結(jié)強(qiáng)度仍由化學(xué)膠結(jié)力、摩擦力和鋼筋表面凹凸不平的機(jī)械咬合力組成,但主要是鋼筋表面突出肋與混凝土之間的機(jī)械咬合力。變形鋼筋和光圓鋼筋的主要區(qū)別是鋼筋表面具有不同形狀的橫肋或斜肋。

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變形鋼筋外圍混凝土的內(nèi)裂縫

2 影響粘結(jié)強(qiáng)度的主要因素

(1) 混凝土強(qiáng)度:混凝土強(qiáng)度等級(jí)高、粘結(jié)強(qiáng)度大;且與ft成正比。

(2) 鋼筋的外形特征:變形鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度大于光面鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度。

(3)保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距:相對(duì)保護(hù)層厚度c/d越大粘結(jié)強(qiáng)度越高。鋼筋凈距s與鋼筋直徑的比值s/d越大,粘結(jié)強(qiáng)度也越高。

(4)橫向配筋:限制了徑向裂縫的發(fā)展,使粘結(jié)強(qiáng)度得到提高。

(5)受力情況

▲存在側(cè)壓力提高粘結(jié)強(qiáng)度;

▲受反復(fù)荷載作用的鋼筋,肋前后的混凝土均會(huì)被擠碎,導(dǎo)致咬合作用降低。

2.4 鋼筋的錨固與搭接

1、保證粘結(jié)的構(gòu)造措施

(1)規(guī)定鋼筋最小的搭接長(zhǎng)度錨固長(zhǎng)度

(2)規(guī)定鋼筋的最小間距和混凝土保護(hù)層最小厚度。

(3)對(duì)縱筋搭接范圍內(nèi)的箍筋加密進(jìn)行了規(guī)定。

(4)對(duì)鋼筋端部的彎鉤設(shè)置進(jìn)行了規(guī)定。

2、基本錨固長(zhǎng)度的計(jì)算公式

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錨固鋼筋的外形系數(shù)a      GB50010表9.3.1和建工教材P114

鋼筋類型

光面鋼筋

帶肋鋼筋

刻痕鋼絲

螺旋肋鋼絲

三股鋼絞線

七股鋼絞線

a

0.16

0.14

0.19

0.13

0.16

0.17

橋規(guī)直接根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)鋼筋級(jí)別確定鋼筋的最小錨固長(zhǎng)度,見道橋教材P93表4-1。

鋼筋的連接

(1) 鋼筋連接的類型:搭接;機(jī)械連接和焊接。

(2) 鋼筋搭接區(qū)的受力性能

由于搭接區(qū)鋼筋凈間距的減小使得劈裂裂縫更早出現(xiàn),粘結(jié)強(qiáng)度降低。因此《規(guī)范》取搭接長(zhǎng)度錨固長(zhǎng)度乘與一個(gè)大于1的系數(shù)。

(3)縱向受拉鋼筋的搭接長(zhǎng)度ll

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GB50010-2002表9.4.3   縱向受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)z

縱向鋼筋搭接接頭面積百分率(%)

£25

50

100

z

1.2

1.4

1.6

在任何情況下,受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于300mm。

(4)鋼筋搭接接頭連接區(qū)段的長(zhǎng)度:1.3ll

(5) 同一連接區(qū)段內(nèi)的受拉鋼筋搭接接頭面積百分率

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(6) 縱向受壓鋼筋的搭接長(zhǎng)度

  取縱向受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度的0.7倍,即0.7ll,且在任何情況下不應(yīng)小于200mm。

(7) 搭接區(qū)的箍筋要求

直徑3較大縱筋直徑的0.25倍;

間距:£較小縱筋直徑的5倍,且不應(yīng)大于100mm.(受拉搭接

較小縱筋直徑的10倍,且不應(yīng)大于200mm.(受壓搭接

錐螺紋鋼筋連接

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擠壓鋼筋連接

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