1、工程结构工程结构(一一)全册配套最完整全册配套最完整 精品课件精品课件 工程结构（一）工程结构（一） 华侨大学土木工程系华侨大学土木工程系 课程基本信息课程基本信息 课程名称：工程结构课程名称：工程结构( (一一) ) 课程性质：必修课程性质：必修 考试形式：考试考试形式：考试 学分：学分：2.52.5 学时：学时：45(2-1645(2-16周周) ) 专业：工程管理（本科）专业：工程管理（本科） 本课程的主要功能本课程的主要功能 本课程是工程管理专业的主干基础课，其本课程是工程管理专业的主干基础课，其 功能：功能： 一、为后续建筑施工、施工项目管理等课程奠一、为后续建筑施工、施工项目管理等
2、课程奠 定基础；定基础； 二、为将来的工作奠定结构方面的知识和能力，二、为将来的工作奠定结构方面的知识和能力， 如分析和处理实际施工过程中遇到的一般结构如分析和处理实际施工过程中遇到的一般结构 问题的能力、识读建筑结构施工图的能力等。问题的能力、识读建筑结构施工图的能力等。 2013年用教材年用教材 混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理 20112011年年1010月第月第1 1版版 20132013年年8 8月第月第3 3次印刷次印刷 主编主编 梁兴文梁兴文 西安建筑科技大学土木工程学院教授、博导西安建筑科技大学土木工程学院教授、博导 重庆大学出版社重庆大学出版社 本课程主要内容本课程主要内
3、容 1 概概 论论 (2学时）学时） 2 钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能 (3学时学时) 3 结构设计基本原理结构设计基本原理 (5学时学时) 4 受弯构件正截面的性能与设计受弯构件正截面的性能与设计 (8学时学时) 5 受压构件正截面的性能与设计受压构件正截面的性能与设计 (9学时学时) 6 受拉构件正截面的性能与设计受拉构件正截面的性能与设计 (3学时学时) 7 构件斜截面受剪性能与设计构件斜截面受剪性能与设计 (5学时学时) 8 受扭构件扭曲截面性能与设计受扭构件扭曲截面性能与设计 (4学时学时) 9 正常使用极限状态验算及耐久性设计正常使用极限状态验算及耐久性设计
4、 (6学时学时) 10 预应力混凝土构件的性能与设计预应力混凝土构件的性能与设计 (0学时学时) 合计合计 45学时学时 参考书参考书 东南大学，天津大学，同济大学东南大学，天津大学，同济大学 合编合编. 混凝土结构（上）：混混凝土结构（上）：混 凝土结构设计原理凝土结构设计原理. 北京：中国建筑工业出版社，北京：中国建筑工业出版社，2012年年1月月. 中华人民共和国国家标准中华人民共和国国家标准.建筑结构荷载规范（建筑结构荷载规范（GB50009- 2012）. 北京：中国建筑工业出版社，北京：中国建筑工业出版社，2012年年5月月. 中华人民共和国国家标准中华人民共和国国家标准.混凝土结
5、构设计规范（混凝土结构设计规范（GB50010- 2010）. 北京：中国建筑工业出版社，北京：中国建筑工业出版社，2011年年5月月. 本课程的考核方式本课程的考核方式 平时：平时：15分分(作业、出勤作业、出勤15分分) 考试：考试：85分分 混凝土结构混凝土结构 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 混凝土结构设计混凝土结构设计 钢结构钢结构 钢结构设计原理钢结构设计原理 钢结构设计钢结构设计 砌体结构砌体结构 砌体结构砌体结构（包括原理和设计）（包括原理和设计） 钢钢-混凝土组合结构混凝土组合结构 组合结构设计原理组合结构设计原理 土木工程结构土木工程结构 1 概论概论 本章主要内容：
6、本章主要内容： 混凝土结构的基本概念和特点混凝土结构的基本概念和特点 混凝土结构的应用和发展混凝土结构的应用和发展 本课程的主要特点和学习方法本课程的主要特点和学习方法 混凝土结构的定义及类型混凝土结构的定义及类型 n 以以混凝土混凝土为主要为主要材料材料制成的结构制成的结构，并，并可以可以根据需要配置根据需要配置 钢筋、预应力钢筋、预应力钢钢筋、钢骨、钢管等。筋、钢骨、钢管等。 n 混凝土结构的主要类型混凝土结构的主要类型 混凝土结构的主要类型混凝土结构的主要类型 素混凝土素混凝土 钢筋钢筋 混凝土混凝土 预应力预应力 混凝土混凝土 钢管钢管 混凝土混凝土 钢骨钢骨 混凝土混凝土 钢钢-混凝
7、土混凝土 组合结构组合结构 FRP混凝 混凝 土土 1.1 混凝土结构的基本概念和特点混凝土结构的基本概念和特点 n 素混凝土结构素混凝土结构 素混凝土基础素混凝土基础 1.1 混凝土结构的基本概念和特点混凝土结构的基本概念和特点 n 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁 1.1 混凝土结构的基本概念和特点混凝土结构的基本概念和特点 n 预应力混凝土结构预应力混凝土结构 1.1 混凝土结构的基本概念和特点混凝土结构的基本概念和特点 预应力：在构件承受荷载之前，通过张预应力：在构件承受荷载之前，通过张 拉钢筋等方法预先对结构施加压力，从拉钢筋等方法预先对结构施加压力，从 而人为
8、地造成一种与荷载作用下的应力而人为地造成一种与荷载作用下的应力 状态相反的应力，借以抵消结构在使用状态相反的应力，借以抵消结构在使用 时的一部分拉应力。时的一部分拉应力。 n 钢管混凝土结构钢管混凝土结构 建国门地铁建国门地铁 1.1 混凝土结构的基本概念和特点混凝土结构的基本概念和特点 n 钢骨（型钢）混凝土结构钢骨（型钢）混凝土结构 1.1 混凝土结构的基本概念和特点混凝土结构的基本概念和特点 n FRP ( (Fiber Reinforced Polymer) ) 混凝土结构混凝土结构 1.1 混凝土结构的基本概念和特点混凝土结构的基本概念和特点 n 钢混凝土组合结构钢混凝土组合结构 组
9、合楼板组合楼板 1.1 混凝土结构的基本概念和特点混凝土结构的基本概念和特点 2. 为什么会有混凝土结构为什么会有混凝土结构？ 素混凝土梁的破坏特征素混凝土梁的破坏特征 断裂，承载力很低，脆性破坏断裂，承载力很低，脆性破坏 RC混凝土梁的破坏特征混凝土梁的破坏特征 受拉钢筋先屈服，受压区混凝土最后被压坏，承载力较高，延性受拉钢筋先屈服，受压区混凝土最后被压坏，承载力较高，延性 破坏破坏 1.1 混凝土结构的基本概念和特点混凝土结构的基本概念和特点 素混凝土柱的破坏特征素混凝土柱的破坏特征 承载力和变形能力均较低，脆性破坏承载力和变形能力均较低，脆性破坏 RC混凝土柱的破坏特征混凝土柱的破坏特征
10、 承载力和变形能力均较高，延性破坏承载力和变形能力均较高，延性破坏 重要概念重要概念：优良结构应满足两个条件，承载力高，变形能力好（延性好）优良结构应满足两个条件，承载力高，变形能力好（延性好） 1.1 混凝土结构的基本概念和特点混凝土结构的基本概念和特点 钢筋与混凝土两种材料钢筋与混凝土两种材料共同工作的基础共同工作的基础 钢筋与混凝土之间存在着钢筋与混凝土之间存在着粘结力粘结力，使两者能协调变形，共同工作。，使两者能协调变形，共同工作。 粘结力是这两种不同性质的材料能够粘结力是这两种不同性质的材料能够共同工作的基础共同工作的基础。 钢筋与混凝土两种材料的钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数
11、很接近温度线膨胀系数很接近。钢材料为。钢材料为 1.210-5，混凝土为（，混凝土为（1.01.5）10-5。避免两者间的粘结力遭。避免两者间的粘结力遭 到破坏。到破坏。 混凝土对钢筋起到了混凝土对钢筋起到了保护和固定作用保护和固定作用，使钢筋不容易发生锈蚀和，使钢筋不容易发生锈蚀和 直接遭受火烧，提高了结构的耐久性和耐火性。直接遭受火烧，提高了结构的耐久性和耐火性。 1.1 混凝土结构的基本概念和特点混凝土结构的基本概念和特点 n 混凝土结构的优点混凝土结构的优点 n 就地取材就地取材 n 耐久性耐久性 n 耐火性耐火性 n 整体性整体性 n 可模性可模性 n 节约钢材节约钢材 n 混凝土结
12、构的缺点及改进混凝土结构的缺点及改进 n 自重大：自重大： 轻质高强混凝土轻质高强混凝土 n 抗裂性差：抗裂性差：预应力混凝土预应力混凝土 n 需用模板：需用模板：钢模板，预制构件（工业化）钢模板，预制构件（工业化） n 施工复杂：施工复杂：预制装配式结构预制装配式结构 1.1 混凝土结构的基本概念和特点混凝土结构的基本概念和特点 n1824年，英国泥瓦匠年，英国泥瓦匠Joseph Aspdin 发明硅酸盐水泥发明硅酸盐水泥 n 1848年，法国人朗波年，法国人朗波J. J. Lambot 制造了第一只钢筋混凝土小船制造了第一只钢筋混凝土小船 n18711875年，在纽约建造第一所年，在纽约建
13、造第一所 钢筋混凝土房屋钢筋混凝土房屋 n 早期阶段（早期阶段（1850-19201850-1920） 1.2 混凝土结构的应用及发展混凝土结构的应用及发展 n 第二阶段（第二阶段（1920-19501920-1950） n预应力混凝土的应用预应力混凝土的应用 n 第三阶段（第三阶段（1950-19801950-1980） n高强材料的应用，先进施工方法的应用高强材料的应用，先进施工方法的应用 n 第四阶段（第四阶段（1980- 1980- ） n新结构体系在高层建筑中的应用新结构体系在高层建筑中的应用 n近代混凝土力学近代混凝土力学-混凝土结构非线性分析混凝土结构非线性分析 n以以概率理论为
14、基础的极限状态设计方法概率理论为基础的极限状态设计方法 应用范围：应用范围：建筑工程，桥梁工程，隧道与地下工程，水利建筑工程，桥梁工程，隧道与地下工程，水利 工程，特种结构，高耸结构工程，特种结构，高耸结构， 1.2 混凝土结构的应用及发展混凝土结构的应用及发展 n 混凝土结构混凝土结构 1.2 混凝土结构的应用及发展混凝土结构的应用及发展 (1) 迪拜塔迪拜塔(阿联酋迪拜阿联酋迪拜)，高度，高度818米米 钢筋混凝土筒中筒结构钢筋混凝土筒中筒结构 n 混凝土结构混凝土结构 1.2 混凝土结构的应用及发展混凝土结构的应用及发展 (2) 上海中心，高度上海中心，高度632米米 巨型框架巨型框架-
15、核心筒核心筒-伸臂桁架伸臂桁架 结构体系结构体系 钢钢-混凝土组合结构混凝土组合结构 主体结构主体结构580米米 。 上海中心大厦的旋转、不对称的外部立上海中心大厦的旋转、不对称的外部立 面可使风载降低面可使风载降低24%24%，减少大楼结构的，减少大楼结构的 风力负荷。风力负荷。 n 混凝土结构混凝土结构 1.2 混凝土结构的应用及发展混凝土结构的应用及发展 (3)台北台北101大厦大厦(中国台北中国台北)，2003年完工，年完工，508米米 六库怒江桥是当时国内跨度最大的预应力混凝土连续梁桥。六库怒江桥是当时国内跨度最大的预应力混凝土连续梁桥。 n 混凝土桥梁结构混凝土桥梁结构 1.2 混
16、凝土结构的应用及发展混凝土结构的应用及发展 n 高性能混凝土高性能混凝土( (High Performance Concrete) 高强度、高耐久性、高流动性、高抗渗性高强度、高耐久性、高流动性、高抗渗性 n 纤维增强混凝土纤维增强混凝土（Fibre Reinforced Concrete） 在普通混凝土中掺入适当的各种在普通混凝土中掺入适当的各种纤维材料纤维材料而形成而形成, ,其抗拉、抗其抗拉、抗 剪、抗折强度和抗裂、抗冲击、抗疲劳、抗震和抗爆等性能均有较剪、抗折强度和抗裂、抗冲击、抗疲劳、抗震和抗爆等性能均有较 大提高大提高 . . 纤维材料有纤维材料有钢纤维、合成纤维、玻璃纤维和碳纤维
17、钢纤维、合成纤维、玻璃纤维和碳纤维等等, , 碳纤碳纤 维具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，已广泛用于建筑、桥梁结构的维具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，已广泛用于建筑、桥梁结构的 加固补强以及机场飞机跑道工程等。加固补强以及机场飞机跑道工程等。 1.2 混凝土结构的应用及发展混凝土结构的应用及发展 活性粉未混凝土活性粉未混凝土（Reactive Powder Concrete, RPC） 由骨料（级配良好的石英砂）、水泥、硅粉、高效减水剂以及由骨料（级配良好的石英砂）、水泥、硅粉、高效减水剂以及 一定量的纤维（如钢纤维等）等组成一定量的纤维（如钢纤维等）等组成, ,是一种超高强度、超高是一种超高强度
18、、超高 韧性和高耐久性的韧性和高耐久性的超高性能混凝土超高性能混凝土, ,比普通混凝土和现有的高比普通混凝土和现有的高 性能混凝土有质的飞跃。性能混凝土有质的飞跃。 工程化纤维增强水泥基复合材料工程化纤维增强水泥基复合材料 （Engineered Cementitious Composites，ECC） ECC具有类似于具有类似于金属材料的拉伸强化现象金属材料的拉伸强化现象，其极限拉应变可达，其极限拉应变可达 到到56%，与钢材的塑性变形能力几乎相近，是具有像金属一，与钢材的塑性变形能力几乎相近，是具有像金属一 样变形的混凝土材料。样变形的混凝土材料。ECC的抗压强度类似于混凝土，抗压弹的抗压
19、强度类似于混凝土，抗压弹 性模量较低，但受压变形能力比普通混凝土大很多；其耐火性性模量较低，但受压变形能力比普通混凝土大很多；其耐火性 和耐久性也超过普通混凝土。和耐久性也超过普通混凝土。 1.2 混凝土结构的应用及发展混凝土结构的应用及发展 混凝土结构设计步骤 结构方案（构件选型、结构布置等） 计算简图，荷载计算，内力和变形分析 构件截面承载力计算，变形和裂缝宽度控制 构造措施 本课程内容分两部分混凝土结构设计原理 后继课程后继课程 混凝土结构设计混凝土结构设计 1.3 课程特点与学习方法课程特点与学习方法 应注意应注意钢筋钢筋与与混凝土混凝土两种材料自身的特点两种材料自身的特点 材料力学公
20、式不能直接计算混凝土构件的承载力和变形；材料力学公式不能直接计算混凝土构件的承载力和变形； 计算方法是建立在理论研究与计算方法是建立在理论研究与试验研究试验研究基础之上基础之上 根据构件受力性能试验，研究其破坏机理和受力性能，建立根据构件受力性能试验，研究其破坏机理和受力性能，建立 物理和数学模型，并根据试验数据拟合出半理论半经验公式。物理和数学模型，并根据试验数据拟合出半理论半经验公式。 学习时一定要学习时一定要深刻理解构件的破坏机理和受力性能深刻理解构件的破坏机理和受力性能，特别要，特别要 注意构件注意构件计算方法的适用条件计算方法的适用条件。 1.3 课程特点与学习方法课程特点与学习方法
21、 1.3 课程特点与学习方法课程特点与学习方法 构件与结构设计是一个构件与结构设计是一个综合性问题综合性问题 除了进行构件除了进行构件承载力和变形计算外承载力和变形计算外，还需构件的，还需构件的截面形截面形 式、材料选用及配筋构造式、材料选用及配筋构造等。等。 两种材料在两种材料在强度和数量强度和数量上存在一个上存在一个合理的配比合理的配比范范围。围。 如果钢筋和混凝土在面积上的比例及材料强度的搭配超如果钢筋和混凝土在面积上的比例及材料强度的搭配超 过了这个范围，就会引起构件受力性能的改变，从而引起构过了这个范围，就会引起构件受力性能的改变，从而引起构 件截面设计方法的改变，这是学习时必须注意
22、的一个方面。件截面设计方法的改变，这是学习时必须注意的一个方面。 课程的实践性强，应注意对课程的实践性强，应注意对规范规范的理解和运用的理解和运用 1.3 课程特点与学习方法课程特点与学习方法 本章小结 混凝土结构充分发挥了钢筋和混凝土混凝土结构充分发挥了钢筋和混凝土两种材料各自的两种材料各自的 优点优点。 在混凝土中配置适量的钢筋后，可使构件的在混凝土中配置适量的钢筋后，可使构件的承载力大承载力大 大提高，构件的受力性能也得到显著改善大提高，构件的受力性能也得到显著改善。 钢筋和混凝土共同工作的钢筋和混凝土共同工作的三个条件三个条件 钢筋与混凝土之间存在粘结力； 两种材料的温度线膨胀系数很接
23、近； 混凝土对钢筋起保护作用。 混凝土结构混凝土结构优点优点，也存在一些，也存在一些缺点缺点。 本章小结本章小结 钢筋的材料性能钢筋的材料性能 混凝土的材料性能混凝土的材料性能 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 2 钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能 本章主要内容：本章主要内容： 2 钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能 材料性能（物理力学性能）材料性能（物理力学性能） 钢筋的强度、变形性能钢筋的强度、变形性能 混凝土的强度、变形性能混凝土的强度、变形性能 钢筋与混凝土之间的粘结钢筋与混凝土之间的粘结- -滑移性能滑移性能 重点重点 混凝土的强度、变形性能
24、混凝土的强度、变形性能 本章在本课程中的作用本章在本课程中的作用 后续各章的基础后续各章的基础 p 钢筋的成分、级别和种类钢筋的成分、级别和种类 p 钢筋的强度和变形性能（重点）钢筋的强度和变形性能（重点） p 混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求 2 .1 钢筋的基本性能钢筋的基本性能 主要成分：主要成分：铁铁 其他成分：其他成分：碳、锰、硅、磷、硫等碳、锰、硅、磷、硫等 碳素钢：碳素钢：低碳钢低碳钢 （含碳量（含碳量0.25%）；）；中碳钢中碳钢（0.25%0.6%） 高碳钢高碳钢（0.6%1.4%）。）。含碳量高，强度高，延性差含碳量高，强度高，延性差 锰、硅、钛、钒锰、
25、硅、钛、钒：可提高钢材强度，保持一定的塑性可提高钢材强度，保持一定的塑性 2.1.1 钢筋的分类钢筋的分类 普通钢筋普通钢筋 预应力筋预应力筋 热轧钢筋热轧钢筋 钢绞线钢绞线 消除应力钢丝消除应力钢丝 预应力螺纹钢筋预应力螺纹钢筋 低碳钢低碳钢 普通低合金钢普通低合金钢 n 混凝土结构中的钢筋混凝土结构中的钢筋 HRB335 HRB400 RRB400 HPB300 HRB500 HRBF335 HRBF400 HRBF500 2.1.1 钢筋的分类钢筋的分类 n 钢筋的工程符号要记！（重要钢筋的工程符号要记！（重要) ) 普通钢筋一般为普通钢筋一般为软钢软钢；预应力筋一般为；预应力筋一般为硬
26、钢硬钢。 HPB300 A HRB335B HRB400C RRB400CR n 热轧钢筋的符号说明热轧钢筋的符号说明 hot rolled plain bar fyk=300 N/mm2 hot rolled ribbed bar fyk=335 N/mm2 hot rolled ribbed bar fyk=400 N/mm2 remained heat treatment ribbed bar fyk=400 N/mm2 2.1.1 钢筋的分类钢筋的分类 n 热轧钢筋的外形热轧钢筋的外形 光圆钢筋光圆钢筋 螺纹钢筋螺纹钢筋 人字纹钢筋人字纹钢筋 月牙纹钢筋月牙纹钢筋 2.1.1 钢筋的分
27、类钢筋的分类 n 钢筋的应力应变曲线钢筋的应力应变曲线（有明显流幅的钢筋有明显流幅的钢筋, ,软钢软钢） O u f y f 比例极限比例极限 弹性极限弹性极限 屈服上限屈服上限 屈服下限屈服下限 屈服平台屈服平台 强化阶段强化阶段 颈缩阶段颈缩阶段 n 钢筋的两个强度指标钢筋的两个强度指标: : 屈服强度屈服强度和和极限强度极限强度 n 屈服强度屈服强度作为钢筋设计强度取值作为钢筋设计强度取值依据依据 0 弹性模量 2.1.2 钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 n 钢筋的应力应变曲线钢筋的应力应变曲线（无明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋, ,硬钢）硬钢） 比例极限比例极限 a a 极限强度极限
28、强度 b b b c条件屈服强度条件屈服强度0.2 0.75 ab 0.2 0.85 b 0.2% O 条件屈服强度：条件屈服强度： 取残余应变为取残余应变为0.2% 所对应的应力所对应的应力 2.1.2 钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 n 钢筋的塑性性能钢筋的塑性性能 2.1.2 钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 （1）延伸率：）延伸率： （2）冷弯性能：）冷弯性能： 延伸率越大，钢筋的延伸率越大，钢筋的 塑性塑性和和变形能力变形能力越好。越好。 100% ll l 弯心弯心直径直径越小，弯过的越小，弯过的 角度角度越大，冷弯性能越好，越大，冷弯性能越好， 钢筋的钢筋的塑性性能塑性性能越好
29、。越好。 最大力下的总伸长率 普通钢筋及预应力筋在最大力下的总伸长率gt应不小于附表5 的规定的数值。 0b gt 0s () 100% LL LE 0b gt 0s () 100% LL LE 2.1.2 钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 0b gt 0s () 100% LL LE L0至少为至少为100mm。 2.1.2 钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 2.1.2 钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 钢筋的松弛钢筋的松弛： 钢筋在多次重复荷载作用下发生脆性突然断钢筋在多次重复荷载作用下发生脆性突然断 裂的现象，主要影响因素是钢筋的疲劳应力幅。裂的现象，主要影响因素是钢筋的疲劳应力幅。 钢
30、筋受力后在保持长度不变的情况下，钢筋受力后在保持长度不变的情况下， 应力随时间的增长而逐渐降低的现象。应力随时间的增长而逐渐降低的现象。 钢筋的疲劳：钢筋的疲劳： 软钢与硬钢的区别软钢与硬钢的区别 软钢：有明显的屈服平台、屈服强度，极限强度 硬钢：只有极限强度，人为规定 “条件屈服强度” 设计取值依据设计取值依据 屈服强度（软钢）、条件屈服强度（硬钢） 钢筋的屈强比钢筋的屈强比 = = 屈服强度屈服强度/ /极限强度极限强度0.8 钢筋的延性钢筋的延性（ductility） 钢筋在强度无显著降低情况下抵抗变形的能力（屈服后的钢筋在强度无显著降低情况下抵抗变形的能力（屈服后的 变形能力）变形能力
31、）. .软刚延性好，硬钢延性较差。软刚延性好，硬钢延性较差。 弹性模量弹性模量：弹性极限以下应力弹性极限以下应力- -应变曲线的斜率应变曲线的斜率 2.1.2 钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 n 冷拉冷拉 n 冷拉是在常温下用机械方法将有明显流幅的钢筋拉到超过冷拉是在常温下用机械方法将有明显流幅的钢筋拉到超过 屈服强度即强化阶段中的某一应力值，然后卸载至零。屈服强度即强化阶段中的某一应力值，然后卸载至零。 2.1.3 钢筋的冷加工钢筋的冷加工 2.1.3 钢筋的冷加工钢筋的冷加工 钢筋在冷拉后，未经时效前，一般没有明显的屈钢筋在冷拉后，未经时效前，一般没有明显的屈 服台阶。服台阶。 经过停放
32、或加热后进一步提高了屈服强度并恢复经过停放或加热后进一步提高了屈服强度并恢复 了屈服台阶，这种现象称为冷拉了屈服台阶，这种现象称为冷拉时效硬化时效硬化。 冷拉钢筋仅能提高钢筋的抗拉屈服强度，抗压屈冷拉钢筋仅能提高钢筋的抗拉屈服强度，抗压屈 服强度将降低，冷拉钢筋不宜作为受压钢筋。服强度将降低，冷拉钢筋不宜作为受压钢筋。 焊接高温作用下，冷拉钢筋的冷拉强化效应完全焊接高温作用下，冷拉钢筋的冷拉强化效应完全 丧失，故钢筋应先焊接再冷拉。丧失，故钢筋应先焊接再冷拉。 冷拔冷拔 冷拔一般是将小直径的热轧钢筋强行拔过小于其直径的硬冷拔一般是将小直径的热轧钢筋强行拔过小于其直径的硬 质合金拔丝模具。质合金
33、拔丝模具。 可同时提高抗拉和抗压强度可同时提高抗拉和抗压强度。 冷加工目的是节约钢材和扩大钢筋的应用范围。冷加工目的是节约钢材和扩大钢筋的应用范围。 混凝土规范混凝土规范不提倡冷拉钢筋，已取消冷拔钢筋不提倡冷拉钢筋，已取消冷拔钢筋. 2.1.3 钢筋的冷加工钢筋的冷加工 n 适当的屈强比适当的屈强比0.8 n 足够的塑性足够的塑性 HPB300：最大力下总伸长率不小于：最大力下总伸长率不小于10.0%； HRB400HRB500: 不小于不小于7.5% 预应力筋：不小于预应力筋：不小于3.5% n 可焊性可焊性 n 与混凝土具有良好的粘结与混凝土具有良好的粘结 n 耐久性耐久性 n 耐火性耐火
34、性 2.1.4 钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求 简单受力状态下混凝土的强度简单受力状态下混凝土的强度 立方体抗压强度立方体抗压强度(uniaxial compressive cube strength) 轴心抗压强度轴心抗压强度(uniaxial compressive strength) 轴心抗拉强度轴心抗拉强度(uniaxial tensile strength) 复杂受力状态下混凝土的强度复杂受力状态下混凝土的强度 双轴受力强度双轴受力强度 三轴受力强度三轴受力强度 剪压及剪拉强度剪压及剪拉强度 2.2 混凝土的基本性能混凝土的基本性能混凝土的强度混凝土的强
35、度 混凝土立方体抗压强度试验方法混凝土立方体抗压强度试验方法 边长为边长为150mm的标准立方体试块、在标准条件下养护的标准立方体试块、在标准条件下养护28d或或设设 计规定龄期计规定龄期后，以标准试验方法测得的破坏时的后，以标准试验方法测得的破坏时的平均压应力平均压应力为为 混凝土的混凝土的立方体抗压强度立方体抗压强度。 注：对掺加粉煤灰等时，试验龄期可适当延长，如注：对掺加粉煤灰等时，试验龄期可适当延长，如60、90天等。天等。 立方体抗压强度标准值立方体抗压强度标准值 fcu,k 按上述规定所测得的具有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保证率的抗压强度称为混凝土 的的
36、立方体抗压强度标准值立方体抗压强度标准值。 混凝土强度等级混凝土强度等级 混凝土规范混凝土规范规定：规定：混凝土强度等级混凝土强度等级按立方体抗压强度标准按立方体抗压强度标准 值确定值确定 cucucucu cu,kffff 1.6451 1.645f 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 混凝土强度等级的分级混凝土强度等级的分级 按按 fcu,k 划分为划分为14级，级，即即 C15C80，级差，级差5MPa。 符号符号 C35 C： 立方体立方体(Cube) 35：立方体抗压强度标准值，单位立方体抗压强度标准值，单位 N/mm2 当当C50时，时，普通混凝土普通混凝土（normal-str
37、ength concrete） 当当C50时，时，高强混凝土高强混凝土（high-strength concrete） n fcu,k是混凝土各种强度指标的基本代表值 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 n 简单受力状态下混凝土的简单受力状态下混凝土的强度强度 立方体抗压强度立方体抗压强度 n 混凝土受压破坏机理混凝土受压破坏机理 骨料之间的微裂缝是骨料之间的微裂缝是 内因内因 纵向受压破坏是横向纵向受压破坏是横向 拉裂造成的。拉裂造成的。 骨料之间的微裂缝骨料之间的微裂缝 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 影响因素分析影响因素分析 材料组成：材料组成：最主要因素最主要因素，在材料组成一
38、定时，还有下列因素，在材料组成一定时，还有下列因素 加载速度加载速度：加载速度快，微裂缝不能充分扩展，强度高：加载速度快，微裂缝不能充分扩展，强度高 试验条件试验条件：试件上、下表面不涂油，横向变形受到约束，强：试件上、下表面不涂油，横向变形受到约束，强 度高度高 试件尺寸试件尺寸：尺寸大，内部缺陷相对较多，端部摩擦力影响相：尺寸大，内部缺陷相对较多，端部摩擦力影响相 对较小，强度低对较小，强度低 龄期龄期：龄期长，试件强度高：龄期长，试件强度高 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 n轴心（棱柱体）抗压强度轴心（棱柱体）抗压强度 fc 采用棱柱体试件，能够反映混凝土的实际工作状态。采用棱柱体
39、试件，能够反映混凝土的实际工作状态。 我国取我国取150150300mm为标准试件，按与立方体试为标准试件，按与立方体试 验相同的规定所得的平均应力值，为验相同的规定所得的平均应力值，为 fc 。 棱柱体高度取值的原因：棱柱体高度取值的原因： 摆脱端部摩擦力的影响摆脱端部摩擦力的影响 试件不致失稳试件不致失稳 n 立方体抗压强度与轴心抗压强度之间的关系立方体抗压强度与轴心抗压强度之间的关系 12 0.88 ccu fccf 棱柱体强度与立方体强度的比值棱柱体强度与立方体强度的比值 混凝土考虑脆性的折减系数混凝土考虑脆性的折减系数 结构中混凝土与试件混凝土的强度差异修正系数结构中混凝土与试件混凝
40、土的强度差异修正系数 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 棱柱体试件尺寸棱柱体试件尺寸 试件强度不受试件强度不受端部摩擦力端部摩擦力和和 附加偏心距附加偏心距的影响。的影响。 中间处于中间处于均匀受压状态均匀受压状态。 确定方法：确定方法：对比试验对比试验 /0.76 0.82 ccu ff 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 轴心抗压强度 试验值试验值 修正值修正值 :棱柱体强度与立方体强度之比值，棱柱体强度与立方体强度之比值，C50及以下取及以下取 =0.76， 对对C80取取 =0.82，中间按线性规律变化取值；，中间按线性规律变化取值； 为混凝土考虑脆性的折减系数，对为混凝土考虑脆
41、性的折减系数，对C40取取 =1.00，对，对 C80取取 =0.87，中间按线性规律变化取值；，中间按线性规律变化取值； 0.88: 考虑考虑结构中混凝土强度结构中混凝土强度与与试件混凝土强度试件混凝土强度之间的差异之间的差异 而采取的修正系数。而采取的修正系数。 c1c2 0.88 ccu ff c1 ccu ff 1c 1c 1c 2c 2c 2c 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 n轴心抗拉强度轴心抗拉强度 ft 混凝土的抗拉强度远低于抗压强度混凝土的抗拉强度远低于抗压强度 对于普通混凝土，抗拉强度约对于普通混凝土，抗拉强度约 1/17-1/8 的抗压强度的抗压强度 对于高强混凝土
42、，抗拉强度约对于高强混凝土，抗拉强度约 1/24-1/20 的抗压强度的抗压强度 n 轴心抗拉强度的试验方法轴心抗拉强度的试验方法 直接受拉试验直接受拉试验 劈裂试验劈裂试验 弯折试验弯折试验 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 n 轴心抗拉强度试验轴心抗拉强度试验 n 直接受拉试验直接受拉试验 150150 100 100 500 n 直接受拉试验的缺点直接受拉试验的缺点: :容易引起偏拉破坏容易引起偏拉破坏 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 P P 2 2 t P f a 对立方体试件 a 1 2 n 弯折试验弯折试验 150 150 l / 3 500600 P/2 l / 3l
43、/ 3 P/2 u t M f W 假定截面应力 为直线分布 n 轴心抗拉强度试验轴心抗拉强度试验 n 劈裂试验劈裂试验 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 n 轴心抗拉强度试验轴心抗拉强度试验 n 圆柱体劈裂试验圆柱体劈裂试验 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 2P ft dl 对圆柱体试件 n 轴心抗拉强度与立方体抗压强度平均值之间的关系轴心抗拉强度与立方体抗压强度平均值之间的关系 0.55 0.395 tfcu f 直接受拉试验得到的关系式, 0.55 2 0.88 0.395 tfcu fc 规范建议的关系式, 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 n 复杂受力状态下混凝土的强度
44、复杂受力状态下混凝土的强度 双轴应力状态双轴应力状态 n 研究文献来源研究文献来源: : H. Kupfer, H.K. Hilsdorf, H. Rusch, Behaviour of concrete under biaxial stresses, ACI J. 66 (1969) 656-666. n 研究方法研究方法 方形板试件方形板试件 施加法向应力施加法向应力 1 施加法向应力施加法向应力 2 板处于平面应力状态板处于平面应力状态 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 n 复杂受力状态下混凝土的强度复杂受力状态下混凝土的强度 双轴应力状态双轴应力状态 双等拉双等拉 双等压双等压 -
45、1.26 00.20.4-0.6 -0.4 -0.2-1.2 -1.0 -0.8-1.4 0 0.2 0.4 -0.6 -0.4 -0.2 -1.2 -1.0 -0.8 -1.4 2 c f Kupfer的强度包络图 的强度包络图 n 双向受拉的破双向受拉的破 坏强度接近于单轴坏强度接近于单轴 抗拉强度。抗拉强度。 n 双向受压的破双向受压的破 坏强度高于单轴抗坏强度高于单轴抗 压强度。压强度。 n 一拉一压的破一拉一压的破 坏强度低于相应的坏强度低于相应的 单轴受力强度。单轴受力强度。 n 双轴受压的强双轴受压的强 度最大值不是发生度最大值不是发生 在双轴等压的情况在双轴等压的情况 下下 ,
46、 , 而 是 发 生 在而 是 发 生 在 1/ /20.5时。时。 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 n 复杂受力状态下混凝土的强度复杂受力状态下混凝土的强度 三轴受压状态三轴受压状态 n 侧向等压（常规三轴）的情况侧向等压（常规三轴）的情况 r 1 1 通过液体静通过液体静 压力对圆柱压力对圆柱 体试件施压体试件施压 1 4 ccr ff 1 1 1.52 rr cc cc ff ff n 当侧向压力较高时当侧向压力较高时, ,上式不再上式不再 为线性关系为线性关系, ,可采用蔡绍怀经验可采用蔡绍怀经验 公式公式 n 当侧向压力较低时当侧向压力较低时, ,对于普通对于普通 混凝土混凝土
47、 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 n 复杂受力状态下混凝土的强度复杂受力状态下混凝土的强度 剪压或剪拉复合应力状态剪压或剪拉复合应力状态 n 试验结果试验结果 n 试验结论试验结论 随着拉应力的增加，混凝土抗剪强度降低；随着拉应力的增加，混凝土抗剪强度降低； 随着压应力的增加，抗剪强度先增大、后减小；随着压应力的增加，抗剪强度先增大、后减小； 达到轴心抗压强度时，抗剪强度为零；达到轴心抗压强度时，抗剪强度为零； 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 混凝土的变形混凝土的变形 受力变形受力变形 一次短期加载下的变形(重点) 荷载长期作用下的变形（徐变）： 重复荷载作用下的变形（疲劳性能）：
48、 体积变形体积变形 收缩变形：在结硬时体积缩小，是化学收缩，收缩变形：在结硬时体积缩小，是化学收缩，2 2年后稳定；年后稳定； 干湿变形：干缩湿涨；干湿变形：干缩湿涨； 温度变形：温度应力温度变形：温度应力裂缝裂缝 防止温度裂缝的构造措施防止温度裂缝的构造措施 2.2.2 混凝土的变形性能混凝土的变形性能 cu 1. 单调短期加载下的变形性能单调短期加载下的变形性能 轴心受压的应力轴心受压的应力- -应变关系应变关系 O s 0.3fca 0.8fc b fc c d a点前内部裂缝没有发展，点前内部裂缝没有发展， 应力应变近似直线。应力应变近似直线。 b点称为点称为临界应力点临界应力点,内部
49、裂内部裂 缝有发展缝有发展,但处于稳定状态但处于稳定状态 c点的应变称为点的应变称为峰值应变峰值应变, 约为约为0.002,内部裂缝延伸扩内部裂缝延伸扩 展成通缝，展成通缝，c点后出现点后出现应变应变 软化。软化。 d点为点为极限压应变极限压应变,对普通混对普通混 凝土取凝土取0.0033。 0 0 2.2.2 混凝土的变形性能混凝土的变形性能 应力应力- -应变曲线应变曲线特点特点 oa段段：即应力比：即应力比0.3时，时，应力应力-应变应变 关系接近于直线，故关系接近于直线，故a点相当于混凝点相当于混凝 土的弹性极限土的弹性极限。 ab段段 ：当应力比约为（当应力比约为（0.30.8）时，
50、）时， 应力应力-应变关系偏离直线，应变的增应变关系偏离直线，应变的增 长速度比应力增长快，故长速度比应力增长快，故b点称为点称为临临 界应力点界应力点。 bc段段 ：当应力比约为（当应力比约为（0.81.0）时，应变增长速度进一步加快，）时，应变增长速度进一步加快， 应力应力-应变曲线的斜率急剧减小，混凝土内部微裂缝进入应变曲线的斜率急剧减小，混凝土内部微裂缝进入非稳非稳 定发展阶段定发展阶段。当应力到达。当应力到达c点时，混凝土发挥出受压时的最大点时，混凝土发挥出受压时的最大 承载能力，即承载能力，即轴心抗压强度（极限强度）轴心抗压强度（极限强度），相应的应变值称，相应的应变值称 为为峰值
