桥梁结构设计原理第1章.ppt

第一章 钢筋混凝土材料的基本概念及力学性能 §第一节 钢筋混凝土结构的基本概念 定义：钢筋混凝土是由两种力学性能不同的材 料—钢筋和混凝土结合成整体，共同发挥作用 的一种建筑材料。 荷载试验结果表明： §第二节 混凝土 混凝土的变形 如果我们将混凝土棱柱体试块加荷使其压应 力达到某个数值σ，然后卸荷至零，并把这 一循环多次重复下去，就称为多次重复荷载。 （1）徐变与混凝土应力大小有关，应力越大， 徐变越大。 （2）混凝土的徐变与时间参数有关 （3）加荷龄期对混凝土徐变有重要影响。混 凝土加载龄期越短，即混凝土越年轻， 徐变越大； §第三节 钢筋 §第四节 钢筋和混凝土之间的黏结 钢筋力学性能指标： 对于有明显屈服台阶的软钢取屈服强度 fy 作为强度设计依据。 对于无明显屈服台阶的硬钢取条件屈服强度? 0.2作为强度设计依据。 屈服强度、极限强度、伸长率、冷弯性能。 冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷轧。 冷加工的目的：改变钢材内部结构，提高 钢材强度，节约钢筋。 冷加工对钢材性能的影响。 ?热处理是对某些特定型号的热轧钢进行 淬火和回火处理。 钢筋的冷加工和热处理 o 冷拉控制应力 ?(N/mm2) ? 冷拉率 残余变形 o a b c c d d 冷拉无时效 冷拉经时效 (a) (b) d1 d2 P d2 d1 (a) 为冷拉，可采用冷拉控制应力和冷拉率控制。冷拉后可提高钢材的抗拉强度，但其屈服台阶变短。 (b) 为冷拔，可同时提高钢材的抗拉和抗压强度。塑性降低很多。 冷轧后，钢筋表面轧成带肋，强度与冷拔低碳 丝接近，塑性要好一些。 三、钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求： 1、强度：（屈服强度、极限强度） 屈强比是衡量结构可靠性潜力的重要指标，屈 强比小则可靠性高，但过小的屈强比使钢筋的有 效利用率过低，故要适宜。 2、塑性： 防止结构脆性破坏。 3、可焊性： 保证焊接口处不出现裂纹。与碳、锰含量有关。 4、钢筋与混凝土之间的握裹力： 钢筋和混凝土之间粘结力的组成： ? 水泥浆凝结与钢筋表面的化学胶结力； ? 混凝土收缩将钢筋裹紧而产生的摩阻力； ? 钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力。 * * 一、素混凝土构件和钢筋混凝土构件受力和破坏形态比较： 现将素混凝土梁和配置钢筋的梁进行荷载试验： a) 素砼梁 极限荷载 P=8kN 由砼抗拉强度控制 破坏形态：脆性 b) 钢筋砼梁 极限荷载 P=36kN 由钢筋受拉、砼受压而破坏 破坏形态：延性 由此得出钢筋和混凝土结合的有效性： ? 大大提高结构的承载力 ? 结构的受力性能得到改善 例：一跨度为4m，跨中作用集中荷载的简支梁，梁截面尺寸200×300mm，混凝土为C20。如图所示： 4000 A A F a) 200 300 A－A b) 4000 B B B－B 200 300 2?10 3?16 钢筋与混凝土合理的组合原则 钢筋混凝土结构不是钢筋和混凝土之间的任意组合。 其组合的原则：发挥钢筋抗拉、抗压强度高的特点；发挥混凝土抗压强度高，而避免抗拉强度低的弱点。 钢筋与混凝土长期共同工作的原因 1. 混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，传递应力。 2. 二者具有相近的线胀系数，不会由于温度变化产生较大的温度应力和相对变形而破坏粘结力。 钢筋 ?st = 1.2 ? 10–5 混凝土 ?ct = 1.0 ～ 1.5 ? 10–5 3. 呈碱性的混凝土可以保护钢筋，使钢筋混凝土结构具有较好的耐久性。 钢筋混凝土结构的主要优缺点 优点： 1. 就地取材，节约钢筋； 2. 耐久性好，耐火性好； 3. 可模性好，便于结构型式的实现； 4. 现浇或装配整体式结构的整体性好，刚大。 缺点： 1. 自重大 g=25kN/m3 轻骨料砼。 ? 2. 抗裂性差 施加预应力。 ? 混凝土的组份： 水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不同等级的砼。 骨料 水泥结晶体 水泥凝胶体 弹性变形的基础 塑性变形的基础 砼的强度及变形随时间、随环境的变化而变化。 一、 混凝土的强度 1. 立方体抗压强度 fcu 影响立方体强度的因素：试件尺寸、温度、湿度、试验方法。 由于尺寸效应的影响：fcu(150) = 0.95 fcu(100) fcu(150) = 1.05 fcu(200) 混凝土强度等级： 用标准制作方式制成的150×150mm的立方体试块，在标准养护条件