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《材料性能》PPT課件.ppt

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第一章 鋼筋和混凝土材料的力學性能,主要內(nèi)容 一、鋼筋的品種 二、鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系(力學性能) 三、鋼筋的塑性性能指標 四、鋼筋的冷加工 五、鋼筋的連接 六、混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求,2.1 鋼 筋,1.1 鋼 筋 Steel Reinforcement,2.1 鋼筋,1.1 鋼 筋 Steel Reinforcement 一、鋼筋的品種(P10) 鋼筋原材鋼材碳素鋼和合金鋼(改善性能) (高碳鋼、中碳鋼和低碳鋼,碳高強度高、塑性、韌性、可焊性降低) 普通低合金鋼(合金量3%5%,加入合金元素錳、硅鈦等) 。 鋼筋 按外形分為: 鋼筋 按加工工藝分為:熱軋鋼筋、熱處理鋼筋、鋼絲、鋼絞線四種, 冷加工鋼筋,2.1 鋼 筋,1、熱軋鋼筋 Hot Rolled Steel Reinforcing Bar HPB235級、HRB335級、HRB400級、RRB400級,HPB,HRB,RRB,屈服強度 fyk(標準值=鋼材廢品限值,保證率7.73%)P11表1-1 HPB235級: fyk = 235 N/mm2 HRB335級: fyk = 335 N/mm2 HRB400級、RRB400級: fyk = 400 N/mm2,P410 附表1,2.1 鋼 筋,HPB235級(級)鋼筋多為光面鋼筋(Plain Bar),低碳鋼,多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋。 HRB335級(級) 和 HRB400級(級)外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋(Deformed Bar),低合金。鋼筋強度較高,多作為鋼筋混凝土構(gòu)件的受力鋼筋,尺寸較大的構(gòu)件,也有用級鋼筋作箍筋的為增強與混凝土的粘結(jié)(Bond)。 RRB400級與HRB335成分相同,但強度高,性能不穩(wěn)定,不適宜作為鋼筋混凝土構(gòu)件中的配筋,一般冷拉后作預應(yīng)力筋。 直徑640mm。 熱軋鋼筋屬軟鋼。,(20MnSi),2.1 鋼筋,2、鋼絲 根據(jù)母材不同分為: 1)冷拔低碳鋼絲: b HPB235加工而成(中強鋼絲) 直徑3、4、5mm,強度為8001200MPa。 2)高強鋼絲:高碳鋼線材加工而成,直徑39mm , 外形有光面p 、刻痕I和螺旋肋H三種,質(zhì)量穩(wěn)定。 3、鋼絞線s有二股、三股和七股鋼絞線,外接圓直徑9.515.2 mm。強度為 1470 1860MPa. 4、熱處理鋼筋HT是將熱扎鋼筋牌號為40Si2Mn和 48Si2Mn通過 加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理,使強度得到較大幅度的提 高,而延伸率降低不多。 熱處理鋼筋、高強鋼絲和鋼絞線屬硬鋼,只能用于預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。 5、冷拉鋼筋是由熱軋鋼筋和盤條在常溫下經(jīng)冷拉,超過其屈服強度,然后卸載從而提高鋼筋的抗拉強度,節(jié)約鋼材。 但經(jīng)冷拉后,鋼筋的延伸率降低。,2.1 鋼筋,二、鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系(力學性能-強度和變形,單向拉伸試驗) 1、 有明顯屈服點的鋼筋 Steel bar with yield point(軟鋼),a為比例極限proportional limit s =Ese,a為彈性極限elastic limit,de為強化段strain hardening stage,b為屈服上限upper yield strength,c為屈服下限,即屈服強度 fy lower yield strength,cd為屈服臺階yield plateau,e為極限抗拉強度 fu ultimate tensile strength,強屈比反映鋼筋的強度儲備,fu/fy大于.25,但也不宜過大。,應(yīng)力-應(yīng)變曲線,記住2個強度指標,2.1 鋼筋,2、無明顯屈服點的鋼筋Steel bar without yield point(硬鋼),a點:比例極限,約為0.65 sb a點前:應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線彈性 a點后:應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為非線性,有一定塑性變形,且沒有明顯的屈服點,峰值(最大應(yīng)力)稱為極限強度sb 強度設(shè)計指標條件屈服點: 殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對應(yīng)的應(yīng)力 規(guī)范取s0.2 =0.85 sb,應(yīng)力-應(yīng)變曲線,sb,e,s,2.1 鋼筋,三、鋼筋的塑性性能指標 延伸率(伸長率)elongation rate:鋼筋拉斷時的應(yīng)變,是反映鋼筋塑性性能的指標。延伸率大的鋼筋,在拉斷前有足夠預兆,延性較好。 冷彎性能Cold bending performance :常溫下的冷彎性能試驗來決定,是將直徑為d的鋼筋繞直徑為D的鋼輥,彎成一定的角度而不發(fā)生斷裂,就表示合格。鋼輥的直徑D越小、彎轉(zhuǎn)角越大,說明鋼筋的塑性越好。冷彎角度。 各級熱軋鋼筋的性能見下表1-1,D,熱軋鋼筋等級、品種及主要力學性能指標,2.1 鋼筋,四、鋼筋的冷加工 將熱軋鋼筋和盤條在常溫下進行冷拉、冷拔、冷軋、冷扭等加工。冷加工的目的是為了提高鋼筋的強度,節(jié)約鋼材。但經(jīng)冷加工后,鋼筋的延伸率降低。冷加工鋼筋的品種很多,應(yīng)根據(jù)專門規(guī)程使用(橋梁工程中不用)。 熱軋鋼筋通過冷拉或冷拔提高其屈服強度,從而節(jié)約鋼材。,2.1 鋼筋,1、冷拉:將鋼筋拉伸超過它的屈服強度,然后放松,經(jīng)過一段時間后,鋼筋會獲得比原來的屈服強度更高的新屈服強度值。 稱為“冷拉強化” 冷拉時效硬化:如在k點卸載, 過一段時間(人工加熱后), 再張拉鋼筋,則屈服強度又 進一步提高的現(xiàn)象。 常溫時,時效硬化HPB235 需20d; 100C時,2小時; 冷拉時效后的鋼筋,如再 次加溫,鋼筋會恢復到前 的力學性能。為何要先焊后拉的原因,2.1 鋼筋,2、冷拔 將鋼筋用強力拔過比其 直徑還小的硬質(zhì)合金拔 絲模具,鋼筋除受拉還 要受到很大側(cè)向擠壓力。 被拔成長度增加直徑變 細的鋼絲。經(jīng)多次冷拔 后,鋼筋的強度比原來 提高很多,但塑性降低。 圖為一根6鋼筋經(jīng)三次冷拔到3鋼絲應(yīng)力應(yīng)變曲線。 冷拉只提高鋼筋的抗拉強度,不能作為受壓鋼筋。 冷拔則同時提高鋼筋的抗拉和抗壓強度。,2.1 鋼筋,3、冷軋 冷軋帶肋鋼筋是以低碳鋼或低合金鋼為原料,在常溫下進行扎制而成的,表面具有縱肋和月牙橫肋的鋼筋,其強度提高幅度接近冷拔低碳鋼絲,而塑性性能優(yōu)于冷拔低碳鋼絲。,2.1 鋼筋,五、鋼筋的連接 熱扎鋼筋主要有 、綁扎連接:是目前仍為鋼筋連接的主要手段之一。鋼筋的綁扎接頭是采用2022號火燒絲或鍍鋅絲,按規(guī)范規(guī)定的最小搭接鋼筋長度,綁扎在一起而成的鋼筋接頭。 采用綁扎連接時其位置和搭接長度必須滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定,軸心受拉及小偏心受拉構(gòu)件的縱向受力鋼筋不得采用綁扎接頭。 當鋼筋直徑過大時不能采用綁扎連接,因為這樣會產(chǎn)生偏心作用的不良效果。 、焊接連接:混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定,鋼筋的接頭宜優(yōu)先采用焊接接頭。焊接接頭的焊接質(zhì)量與鋼材的焊接性、焊接工藝有關(guān)。 焊接又分為閃光對焊、電弧焊、電渣壓力、氣壓焊焊。其中閃光對焊以及電渣壓力焊在工程上使用較為頻繁。 、機械連接:鋼筋機械連接是通過機械手段將兩鋼筋端頭連接連接在一起(套筒連接)。擠壓套筒連接、錐螺紋套筒連接、輥軋直螺紋連接、鐓粗直螺紋連接。(鋼筋的應(yīng)用向大直徑、密集布置、高強度方向發(fā)展 ) 機械連接質(zhì)量上會優(yōu)于焊接,但成本較高。,其他高強度鋼筋用專門連接器。,2.1 鋼筋,六、混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求 1、強度 2、塑性性能 3、連接性(可焊性) 4、錨固性(與混凝土的粘結(jié)力-握裹力) 5、其他性能(疲勞、防腐等) 疲勞破壞:鋼筋在多次重復加載時,會出現(xiàn)疲勞特性,即鋼筋在承受重復周期荷載作用下,會出現(xiàn)從塑性破壞變成脆性突然斷裂的破壞現(xiàn)象。鋼筋在疲勞破壞時強度低于鋼筋在靜荷載下的極限強度值。 吊車梁、橋面板、軌枕等均屬承受重復荷載。見規(guī)范要求。,熱軋鋼筋等級、品種及主要力學性能指標,主要內(nèi)容: 一、混凝土的強度 二、混凝土的變形 一)混凝土在單調(diào)荷載作用下混凝土的變形 二)混凝土在多次重復荷載作用下混凝土的變形 三)混凝土在長期荷載作用下混凝土的變形 四)混凝土體積變形(收縮和膨脹等) 三、混凝土的彈性模量 四、混凝土特殊性能要求,1.2 混凝土,混凝土結(jié)構(gòu)中,主要是利用它的抗壓強度??箟簭姸仁腔炷亮W性能中最主要和最基本的指標。 混凝土的強度等級是用立方體抗壓強度來劃分的。 混凝土強度等級:邊長150mm立方體標準試件,在標準條件下(203,90%濕度)養(yǎng)護28天,用標準試驗方法(加載速度0.150.3N/mm2/sec,兩端不涂潤滑劑)測得的具有95%保證率的立方體抗壓強度,用符號C表示,C30表示fcu,k=30N/mm2 規(guī)范根據(jù)強度范圍,從C15、 C20、 C25 、C30、 C80共劃分為14個強度等級,級差為5N/mm2。C50以上為高強混凝土。 混凝土等級選定要求 ?(P16),1.2 混凝土 一、混凝土的強度,(混凝土的強度指標),分為抗壓強度和抗拉強度,1、混凝土強度等級-(立方體抗壓強度劃分)用符號fcu表示,立方體強度影響因素? 內(nèi)因(水泥等級和用量、骨料級配、水灰比等) 外因(齡期、養(yǎng)護條件、試驗方法、試件尺寸等)。 尺寸效應(yīng):尺寸小,測值偏大 橫向約束:橫向約束大,測值偏大,2、軸心抗壓強度-棱柱體抗壓強度,軸心抗壓強度采用棱柱體試件測定,用符號fc表示。 棱柱體試件高寬比一般為h/b=34,我國取150mm150mm450mm或,100100300試件。 對于同一混凝土,棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度,棱柱體抗壓強度標準值和立方體抗壓強度標準值的換算關(guān)系,c1軸心抗壓強度與立方體抗壓強度的比值;c2對C40以上混凝土的脆性折減系數(shù);fck混凝土軸心抗壓強度標準值;fcu,k混凝土立方體抗壓強度標準值。 規(guī)范對小于C50級的混凝土取 =0.76,C80取 =0.82,其間按線性插值。對小于C40級的混凝土取 =1,對C80取 =0.87,其間按線性插值。0.88修正系數(shù),2.2 混凝土,3、軸心抗拉強度,用符號 ft 表示?;炷翗?gòu)件開裂、裂縫、變形,以及受剪、受扭、受沖切等承載力均與抗拉強度有關(guān)。,截面尺寸100X100mm,0.88的意義和c2的取值同上 。,直接式試驗,由于軸心受拉試驗對中困難,也常常采用立方體或圓柱體劈拉試驗測定混凝土的抗拉強度,間接式試驗,二、混凝土的變形 一)在短期一次加荷時的變形(應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系)介紹4個問題: 1、單調(diào)受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系Stress- strain Relationship(P14),混凝土單軸受壓時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系反映了混凝土受壓力全過程的重要力學特征。,常采用棱柱體試件來測定。得到受荷時應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 :,2.2 混凝土,混凝土受壓破壞分析 混凝土在結(jié)硬過程中,由于水泥石的收縮、骨料下沉以及溫度變化等原因,在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂縫,成為混凝土中的薄弱部位。 混凝土的最終破壞就是由于這些微裂縫發(fā)展造成的。,A點以前,微裂縫沒有明顯發(fā)展,混凝土的變形主要彈性變形,應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似直線。A點應(yīng)力隨混凝土強度的提高而增加,對普通強度混凝土sA約為 (0.30.4)fc ,對高強混凝土sA可達(0.50.7)fc。 A點以后,微裂縫處的應(yīng)力集中,裂縫開始有所延伸發(fā)展,產(chǎn)生部分塑性變形,微裂縫的發(fā)展導致混凝土的橫向變形增加。微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的。,達到B點,內(nèi)部一些微裂縫相互連通,裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定,橫向變形突然增大,體積應(yīng)變開始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長期作用下,裂縫會持續(xù)發(fā)展最終導致破壞。取B點的應(yīng)力作為混凝土的長期抗壓強度。普通強度混凝土sB約為0.8fc,高強強度混凝土sB可達0.95fc以上。,達到C點fc,內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面,應(yīng)變增長速度明顯加快,C點的縱向應(yīng)變值稱為峰值應(yīng)變 e 0,約為0.002。,縱向應(yīng)變發(fā)展達到D點,內(nèi)部裂縫在試件表面出現(xiàn)第一條可見平行于受力方向的縱向裂縫。,隨應(yīng)變增長,試件上相繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向裂縫,橫向變形急劇發(fā)展,承載力明顯下降,混凝土骨料與砂漿的粘結(jié)不斷遭到破,裂縫連通形成斜向破壞面。E點應(yīng)變e = (23) e 0,應(yīng)力s = (0.40.6) fc。,2、不同強度等級曲線之區(qū)別: 強度等級越高,線彈性段越長,峰值應(yīng)變也有所增大。但高強混凝土中,砂漿與骨料的粘結(jié)很強,密實性好,微裂縫很少,最后的破壞往往是骨料破壞,破壞時脆性越顯著,下降段越陡。,二)多次重復荷載下應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系Stress- strain Relationship,因混凝土是彈塑性材料,卸載至應(yīng)力為零時,應(yīng)變不能全部恢復,可恢復的那部分稱為彈性應(yīng)變ce,不可恢復的稱塑性應(yīng)變cp。 卸載至零后,若停一段時間再量測試件的變形,發(fā)現(xiàn)還能恢復一部分變形而達到B點,則的恢復變形稱為彈性后效。殘余變形保留在試件中不再恢復。 一次加載卸載過程,混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線形成了一個環(huán)狀。,O B B,c,二)多次重復荷載下應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系Stress- strain Relationship,應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖 當 fcf,最終由凸向應(yīng)力軸轉(zhuǎn)為應(yīng)變軸,變形越來越大。 疲勞強度由疲勞試驗測試。采用100mm100mm300mm或150mm150mm450mm的棱柱體,把能使棱柱體試件承受200萬次或其以上循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓力值稱為混凝土的疲勞抗壓強度fcf。,fcf,1、定義:混凝土在荷載的長期作用下,其應(yīng)變隨時間而不斷增長的現(xiàn)象稱為徐變。 2、徐變對結(jié)構(gòu)的影響(P18): 徐變會使結(jié)構(gòu)(構(gòu)件)的(撓度)變形增大,引起預應(yīng)力損失,在長期高應(yīng)力作用下,甚至會導致破壞。 不過,徐變有利于結(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(如支座不均勻沉降),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)。,混凝土的徐變 Creep(P16),三)在長期荷載下混凝土的變形,cr,3、徐變量:( ecr ) 在應(yīng)力(0.5fc)作用瞬間,首先產(chǎn)生瞬時彈性應(yīng)變e0,隨荷載作用時間的延續(xù),變形不斷增長,前4個月徐變增長較快,6個月可達最終徐變的(7080)%,以后增長逐漸緩慢,23年后趨于穩(wěn)定。,如在t1時刻把荷載卸去,變形會立即恢復一部分,屬彈性變形。在卸載一段時間后,應(yīng)變還可逐漸恢復一部分,稱為徐回(彈性后效),剩下的變形不再恢復,成為永久變形。 若以后再重行加載,則瞬時應(yīng)變和徐變又會發(fā)生。,4、影響徐變因素 (1)內(nèi)在因素是混凝土的組成和配比。骨料(aggregate)的剛度(彈性模量)越大,級配越好,徐變就越小。水灰比越小,徐變也越小。 (2)環(huán)境影響包括持續(xù)的應(yīng)力大?。ǎ浚?、受荷時的齡期、養(yǎng)護和使用條件等。 受荷前養(yǎng)護(curing)的溫濕度越高,水泥水化作用月充分,徐變就越小。采用蒸汽養(yǎng)護可使徐變減少(2035)%。受荷后構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高,相對濕度越小,徐變就越大。,當初始應(yīng)力水平si /fc 0.5時,徐變值與初應(yīng)力基本上成正比,這種徐變稱為線性徐變。水泥凝膠體流動結(jié)果 當初應(yīng)力si 在(0.50.8) fc 范圍時,徐變最終雖仍收斂,但最終徐變與初應(yīng)力si不成比例,隨si的增大而增大,這種徐變稱為非線性徐變。內(nèi)部微裂縫發(fā)展結(jié)果 當初應(yīng)力si 0.8fc 時,混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展已處于不穩(wěn)定的狀態(tài),徐變的發(fā)展將不收斂,最終導致混凝土破壞。因此將0.8fc作為混凝土的長期抗壓強度。構(gòu)件長期處于高壓狀態(tài)是不安全的 高強混凝土的密實性好,在相同的s /fc比值下,徐變比普通混凝土小得多。但由于高強混凝土承受較高的應(yīng)力值,初始變形較大,故兩者總變形接近。 高強混凝土線性徐變的范圍可達0.65fc,長期強度約為0.85fc,也比普通混凝土大一些。,徐變具有收斂性,四)混凝土的體積變形 (收縮與膨脹、溫度與濕度變形) 1. 體積變形 混凝土在空氣中硬化時體積會縮小,混凝土在水中硬化時體積會膨脹;混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中,隨溫度濕度變化,而出現(xiàn) 。 收縮和膨脹是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形。 2、收縮對結(jié)構(gòu)的影響 當這種自發(fā)的變形受到外部(支座)或內(nèi)部(鋼筋)的約束時,將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力,甚至引起混凝土的開裂。 混凝土收縮會使預應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預應(yīng)力損失。 某些對跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)(如拱結(jié)構(gòu)),收縮會引起不利的內(nèi)力。在鋼筋混凝土中鋼筋不產(chǎn)生收縮,則混凝土受到附加拉應(yīng)力.,熱脹冷縮和濕脹干縮,3、收縮量:混凝土的收縮是隨時間而增長的變形,早期收縮變形發(fā)展較快,兩周可完成全部收縮的25%,一個月可完成50%,以后變形發(fā)展逐漸減慢,整個收縮過程可延續(xù)兩年以上。 一般情況下,最終收縮應(yīng)變值約為(25)10-4 混凝土開裂應(yīng)變?yōu)?0.52.7)10-4,混凝土的收縮受結(jié)構(gòu)周圍的溫度、濕度、構(gòu)件斷面形狀及尺寸、配合比、骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護條件等許多因素有關(guān)。 水泥用量多、水灰比越大,收縮越大。 骨料彈性模量高、級配好,收縮就小。 干燥失水及高溫環(huán)境,收縮大。 小尺寸構(gòu)件收縮大,大尺寸構(gòu)件收縮小。 高強混凝土收縮大。 影響收縮的因素多且復雜,要精確計算尚有一定的困難。在實際工程中,一般常采取一定措施減小不利影響避免盲目提高水灰比和水泥量、設(shè)置伸縮縫、預留施工縫。 水池設(shè)計中,必要時應(yīng)進行設(shè)計計算。,4、 影響因素,三、混凝土的彈性模量 Elastic Modulus) 應(yīng)力-應(yīng)變曲線上任一點對應(yīng)的應(yīng)力和應(yīng)變之比稱為“變形模量”或“割線模量”,原點切線模量 Elastic Modulus 彈性模量,割線模量 Secant Modulus,切線模量 Tangent Modulus,彈性系數(shù)n (coefficient of elasticity) 隨應(yīng)力增大而減小.n =10.5,彈性模量測定方法,混凝土的泊松比,一)耐久性 結(jié)構(gòu)的耐久性是對結(jié)構(gòu)的功能要求之一。規(guī)范將混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境分為五類(表1-1)。,四、給水排水構(gòu)筑物對混凝土的特殊要求,表1-1,在一、二、三類環(huán)境中、設(shè)計年限為50年的結(jié)構(gòu)混凝土其耐久性基本要求應(yīng)符合表1-2。,給水排水工程結(jié)構(gòu)由于其使用功能和所處環(huán)境的特殊性, 對混凝土的抗?jié)B性能、抗凍性能及抗化學腐蝕性能要求較高。,二)抗?jié)B性 定義:混凝土抵抗壓力水滲透的性能。鋼筋混凝土構(gòu)筑物的抗?jié)B宜以混凝土本身的密實性來滿足要求。 表示方法:混凝土的抗?jié)B能力用抗?jié)B等級表示,符號:Si 抗?jié)B等級是指對齡期為28d天的混凝土抗?jié)B試件,施加 的水壓后能滿足不滲水指標。例如抗?jié)B等級是 S6的混凝土能在0.6MPa水壓作用下滿足不滲水。 按照給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范,給水排水構(gòu)筑物所用混凝土的抗?jié)B等級應(yīng)按下表1-3采用。 -確定最大作用水頭與混凝土厚度之比。,表1-3 混凝土抗?jié)B等級Si的規(guī)定,三)抗凍性 定義:指混凝土在吸水飽和狀態(tài)下,抵抗多次凍融循環(huán)作用下而不破壞、也不嚴重降低強度的性能,稱為混凝土的抗凍性。 在寒冷地區(qū)(最冷月平均氣溫低于-3),外露的鋼筋混凝土構(gòu)筑物的混凝土應(yīng)具有良好的抗凍性能,混凝土的抗凍性能一般用抗凍等級來衡量。 表示方法:用抗凍等級符號Fi -確定混凝土標號 抗凍等級系指對齡期為28d天的混凝土試件,在進行相應(yīng)要求凍融循環(huán)總次數(shù)i次作用后,其強度降低不大于25%,重量損失不超過5%。按規(guī)范,給水排水構(gòu)筑物所用混凝土的抗凍等級應(yīng)符合下表1-4要求采用。 混凝土抗凍等級應(yīng)進行實驗確定。,表1-4 混凝土抗凍等級Fi的規(guī)定,凍融循環(huán)總次數(shù)系指一年內(nèi)氣溫從+3以上降至-3以下,然后回升到+3以上的交替次數(shù);對于地表水取水頭部,尚應(yīng)考慮一年中月平均氣溫低于-3期間,因水位漲落而產(chǎn)生的凍融交替次數(shù),此時水位每漲落一次按一次凍融計算;氣溫應(yīng)根據(jù)連續(xù)5年以上的實測資料,統(tǒng)計其平均值確定。,四)抗腐蝕性 指混凝土抵抗酸堿鹽腐蝕的性能。 貯水或水處理構(gòu)筑物、地下構(gòu)筑物的混凝土當滿足抗?jié)B要求時,一般可不作防腐處理。對接觸侵蝕性介質(zhì)的混凝土,應(yīng)按現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范或進行專門試驗確定防腐措施。 措施: 如對于工業(yè)污水處理池,一般大量處理池仍采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 1)當介質(zhì)腐蝕性很弱時-增加混凝土密實的方法來提高抗腐蝕能力; 2)當介質(zhì)腐蝕性很強時-需在池壁內(nèi)側(cè)、池底采取專門防腐措施(如涂刷瀝青、涂刷耐酸漆等、 玻璃鋼面層等方法)來提高抗腐蝕能力。 3)當?shù)叵滤星治g介質(zhì)時,埋入地下水以下的構(gòu)筑物部分(池壁外和池底)的外表面也應(yīng)采取防腐措施。 酸性特別強的少量污水可用耐腐蝕材料建造專門用小型容池。,五)其他 混凝土耐熱性、耐火性等。 在實際使用環(huán)境中,有時混凝土結(jié)構(gòu)還要經(jīng)受高溫狀態(tài),雖然一般混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的耐熱性和耐火性,但如果結(jié)構(gòu)長期處于高溫狀態(tài),其性能會受到相當大的損害,應(yīng)采取提高混凝土結(jié)構(gòu)耐熱性、耐火性的措施。,1.3 鋼筋與混凝土共同工作 一、鋼筋與混凝土共同工作的條件 二、鋼筋與混凝土的粘結(jié) 三、粘結(jié)強度 四、錨固長度 五、鋼筋搭接長度 六、保證粘接性能的構(gòu)造措施,鋼筋(材)和混凝土兩種材料的物理力學性能很不相同,它們可以結(jié)合在一起共同工作,是因為: 鋼筋和混凝土之間存在有良好的粘結(jié)力,在荷載作用下,可以保證兩種材料協(xié)調(diào)變形,共同受力; 鋼材與混凝土具有基本相同的溫度線膨脹系數(shù)(鋼材為1.210-5,混凝土為(1.01.5)10-5),因此當溫度變化時,兩種材料不會產(chǎn)生過大的變形差而導致兩者間的粘結(jié)力破壞。 混凝土保護鋼筋 .?,粘結(jié)力Bond,一、鋼筋與混凝土共同工作的條件,二、鋼筋與混凝土粘結(jié)Bond of Reinforcement(P28) 鋼筋與混凝土間具有足夠的粘結(jié)是保證鋼筋與混凝土共同 受力變形的基本前提。 粘結(jié)應(yīng)力通常是指鋼筋與混凝土界面間的沿鋼筋軸向的剪應(yīng)力。通過鋼筋與混凝土界面的粘結(jié)應(yīng)力(bond stress),可實現(xiàn)鋼筋與混凝土之間的應(yīng)力傳遞,使兩種材料結(jié)合在一起共同工作。 粘結(jié)應(yīng)力的類型有: 錨固粘結(jié)應(yīng)力 局部粘結(jié)應(yīng)力,鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用由三部分組成(P30): 混凝土中水泥膠體與鋼筋表面的膠結(jié)力; 混凝土因收縮將鋼筋握緊而產(chǎn)生的鋼筋與混凝土間的摩擦力; 鋼筋表面與混凝土間的機械咬合力。 當鋼筋與混凝土產(chǎn)生相對滑動后,膠結(jié)作用即喪失。 摩擦力的大小取決于握裹力和鋼筋與混凝土表面的摩擦系數(shù)。 光圓鋼筋和變形鋼筋的粘結(jié)性能特點?,三、粘結(jié)強度 Bond Strength(P25),拔出試驗 Pull out test,粘結(jié)強度tu :粘結(jié)破壞(鋼筋拔出或混凝土劈裂)時鋼筋與混凝土界面上的最大平均粘結(jié)應(yīng)力。設(shè)計應(yīng)保證粘結(jié)應(yīng)力小于粘結(jié)強度.,影響粘結(jié)強度的主要因素 Influence factors 混凝土強度、保護層厚度和鋼筋凈間距、橫向配筋、鋼筋表面和外形特征、受力情況及錨固長度等。,鋼筋應(yīng)力及粘結(jié)應(yīng)力圖 (a)光圓鋼筋;(b)變形鋼筋,四、鋼筋的錨固長度(P30) 1、基本錨固長度 規(guī)范是以拔出試驗為基礎(chǔ)確定基本錨固長度的。取粘結(jié)強度tu與混凝土抗拉強度 ft 成正比,并根據(jù)試驗結(jié)果, 取鋼筋受拉時的基本錨固長度為:,2、實際錨固長度 構(gòu)件中鋼筋的實際錨固長度,應(yīng)根據(jù)鋼筋的受力情況、保護層厚度、鋼筋形式等的影響, 采用基本錨固長度la乘以以下修正系數(shù), 并不小于最小錨固長度0.7,也不小于250mm。,五、鋼筋的搭接接頭長度,1、縱向受拉鋼筋的搭接長度按下式計算,并不小于錨固長度,不小于300mm。 規(guī)范規(guī)定:P32 2、縱向受壓鋼筋的搭接長度不小于0.7ll,并不小于錨固長度,不小于200mm. 3、搭接區(qū)間的箍筋要求 直徑: 間距:受拉鋼筋,不應(yīng)大于5d,且不應(yīng)大于 100mm; 受壓鋼筋,不應(yīng)大于10d,且不應(yīng)大于 200mm;,ll =zyla,d箍筋 0.25d縱筋,六、保證可靠粘結(jié)的主要構(gòu)造措施 1、保證鋼筋在混凝土中的錨固長度和搭接長度 2、滿足鋼筋最小間距和混凝土保護層最小厚度(關(guān)于)的要求 3、粘結(jié)強度與澆筑混凝土時鋼筋的位置有關(guān)。澆筑深度超過300mm以上時,鋼筋底面的混凝土會出現(xiàn)沉淀收縮和離析泌水,氣泡逸出,使混凝土與水平放置的鋼筋之間形成一層強度較低的空隙層,它將削弱鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用。因此,對高度較大的混凝土構(gòu)件應(yīng)分層澆筑和采用二次振搗。 4、光圓鋼筋的粘結(jié)性能較差,除直徑12mm以下的受壓鋼筋及焊接網(wǎng)或焊接骨架中的光面鋼筋外,其余光面鋼筋的末端均應(yīng)做成半圓彎鉤。(圖1-28) 此外,鋼筋的表面粗糙程度也影響到粘結(jié)強度。輕度銹蝕的鋼筋的粘結(jié)強度比無銹及除銹處理的鋼筋要高。所以,除銹蝕嚴重的鋼筋外,鋼筋一般可不必進行除銹處理。,關(guān)于保護層厚度問題 1、保證可靠粘結(jié); 2、滿足耐久性要求。 按表1-7、表1-8給排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范,Cd縱筋,表1-7,給排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范,表1-8,注:本表是按混凝土等級不小于C25,當?shù)陀贑25時應(yīng)增加5mm. 其他見書。,
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