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钢筋混凝土论文

关于钢筋混凝土的认识

防灾减灾工程及防护工程曹军伟指导老师:张季超

一基本概念

1,何谓钢筋混凝土结构

(1)混凝土概念

混凝土是由水,细骨料,粗骨料和掺和剂等经搅拌,浇筑成型的一种人工石材.它是土木,建筑工程中应用极为广泛的一种建筑材料.

(2)工程结构的概念

用一定的材料,建造成具有足够抵抗能力的空间骨架,抵御可能发生的各种作用(力或变形),这种骨架就是工程结构.

(3)(素)混凝土结构的概念

由混凝土材料浇筑而成的用来抵御自然界各种作用的空间骨架称为混凝土结构.

(4)钢筋混凝土结构的概念

①素混凝土结构(同上):高抗压抵抗拉,应用范围有限,开裂即破坏(受拉,受弯等).

②钢筋混凝土结构

由钢筋和混凝土材料浇筑而成的用来抵御自然界各种作用的空间骨架称为混凝土结构.

钢筋的存在可抵抗开裂处的拉力,应用广泛,破坏是由于钢筋的屈服.其优缺点很多.

2,钢筋与混凝土两种性质很不相同的材料为什么能共同工作

接触面上存在有粘结强度,能够传递两者之间的相互作用力,共同受力,

温度线膨胀系数很接近,

混凝土可作为钢筋的保护层,防止钢筋的锈蚀,保证构件的耐久性.

3,历史的发展.

19世纪中叶西欧国家出现混凝土结构.

设计方法的发展过程

①容许应力法四十年代以前.

②破损阶段设计法五六七十年代.

③单一安全系数法八十年代.

④极限状态设计法八十年代末.

二混凝土结构的材料的力学性能

本章主要讲述钢筋和混凝土两种材料的力学性能,掌握钢筋,混凝土的抗压,抗拉强度,理解弹性模量,变形模量等概念,掌握徐变等现象,了解粘结强度的产生及保证措施.

1钢筋

1,钢筋分类

(1)按化学成分

①碳素结构钢:低≤0.25%,中0.25%～0.6%,高碳钢0.6%～1.4%.

②普通低合金钢:加入少量的合金元素,以改善材料性能.

材料中碳,硅,锰等为杂质,S,P,O,N等为有害元素.

(2)按生产加工工艺.

①热轧钢筋:Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ级钢筋.

②冷拉钢筋:在常温下将普通热轧钢筋进行强力拉伸至超过屈服点而进入强化阶段,迫使钢筋内部晶体组织发生改变,从而提高钢筋屈服强度的钢筋.

③热处理钢筋:将Ⅳ级热轧钢筋等经过回火和淬火处理后制成的.其强度和硬度都有所提高.但塑性和韧性有所降低.

④钢丝:直径小于6mm的钢筋称为钢丝.我国有碳素钢丝,刻痕钢丝,钢绞线及冷拔低碳钢丝.

(3)按外形

①光面钢筋.

②变形钢筋:有螺纹,人字形,月牙形纹.

(4)按物理性能.

①有明显物理屈服点.

②无明显物理屈服点.

2,钢筋力学性能.

(1)钢筋强度和变形指标.

①对钢筋质量检验的四项指标.

屈服强度,极限强度,伸长率,冷弯性能是有明显物理屈服点钢筋进行检验的四项主要指标,对无明显物理屈服点的钢筋只测定后三项.

②钢筋的设计强度.

钢筋的屈服强度是钢筋强度的设计依据,原因是构件可能在尚未进入强化阶段之前就已破坏或产生过大的变形和裂缝.

③屈强比

屈服强度与极限强度的比值称为屈强比.它表示结构可靠性的潜力.

④伸长率

反映钢筋塑性性能及变形能力的物理量.通常用δ5,δ10表示,其物理含义是表示钢筋试件拉断后的伸长值与原长之比.(),

⑤冷弯性能

在常温下将钢筋绕一定直径的辊轴进行弯曲,而不出现裂纹或断裂的现象,称为冷弯性能符合条件.

其主要参数是:弯心直径和冷弯角度.

3,钢筋的冷加工

(1)冷拉

①概念:在常温下将普通热轧钢筋进行强力拉伸至超过屈服点而进入强化阶段,迫使钢筋内部晶体组织发生改变,从而提高钢筋屈服强度的钢筋.

②冷拉强化与冷拉时效:冷拉强化卸荷后,重新加载,则其屈服强度有所提高,即为冷拉强化(此时应力应变曲线按卸荷线发展),若过一段时间再加载,则屈服强度教冷拉强化的屈服强度还高(其应力应变曲线不再按原先曲线发展).

③冷拉控制应力,冷拉率:应控制在一定的范围之内,不能过大,也不能过小.

原因:过小,屈服强度提高有限,过大,有可能拉断,或者虽不拉断,但其塑性降低太多变脆.

(2)冷拔

将热轧钢筋用强力拔过比其直径小的硬质合金拔丝模,使其产生塑性变形,拔成较细的钢丝.

(3)冷拉与冷拔的区别

冷拉只能提高钢筋的抗拉强度,不能提高其抗压强度,冷拔既能提高钢筋的抗拉强度,又能提高钢筋的抗压强度.它们的塑性都降低.

(4)冷轧(国家建设部推广使用钢材,金华地区几年前采用).

①概念:以普通低碳钢或低合金钢热轧圆盘为母材,在常温下进行轧制而成的表面带有纵肋和月牙纹横肋的钢筋.

②特点:冷轧钢筋的极限强度与冷拔低碳钢丝相近,但伸长率比冷拔低碳钢丝有明显提高.用之取代普通低碳钢和冷拔低碳钢丝,可改善构件在正常使用阶段的受力性能和节约钢材.

2混凝土

混凝土是一种人工石材——砼

混凝土使用水泥,水,细骨料,粗骨料等原料按一定比例搅拌浇筑,并经养护硬化后做成的人工石材.

2,混凝土的强度

(1)立方体抗压强度(由标准值通过可靠度分析所得)

①砼立方体抗压强度标准值如何测试其表示方法及强度等级的划分

a.采用边长为150mm的立方体试块,在温度为17～23℃,相对湿度在90%以上的空气中养护28天,按标准的试验方法加压到破坏,所测得的具有95%保证率的抗压极限强度值,用表示,并以次作为划分混凝土强度的依据.

标准试验方法:0.15～0.3N/mm2s速度加载,不涂润滑油.

b.混凝土可分为12个强度等级,用CX来表示,X为混凝土立方体抗压强度值,单位为N/mm2.C7.5,C10等C50,C55,C60等.

②影响立方体抗压强度的因素.

a.试验方法有关:不涂润滑油.

涂润滑油.

b.试块尺寸与形状:大,小,方,圆.

c.养护条件和龄期:潮湿条件下比干燥条件下养护强度高,随龄期的增长强度逐渐增长.

d.加载速度:快大慢小

③立方体抗压强度的定量关系

欧,美,日等国取尺寸为:d等于150mm,高为300mm的柱体,其强度为:

..

④混凝土的破坏状况.

无润滑油时,垫板对混凝土存在有套箍作用,形成两个对顶的棱锥体,有润滑油时,垫板对混凝土无套箍作用,形成纵向几个小短柱而破坏.

(2)棱柱体抗压强度(轴心抗压强度)

①试块尺寸:棱柱体常用边长为150或100的试块.

②强度及其表示方式:,其强度低于立方体抗压强度.考虑结构构件与试件制作及养护条件的不同,尺寸效应及加荷速度等因素的影响,《规范》规定取.

③破坏情况:中间1/3区段处于单向均匀受力状态,由于产生竖向裂缝而产生压酥破坏.

④与差异区别:抗压强度的大小取决于横向变形的约束条件.因此,在混凝土构件计算时,应根据不同的受力状态采用不同的抗压强度值,如受弯,偏压.

(3)抗拉强度

①试验方法:a:直接测试法.

b:劈拉试验.

②试块:100×100×500,钢筋深入150mm.

③强度:只有抗压强度的5%～10%,,(考虑一些不利因素,原系数是0.26).

④破坏:试件中部产生横向裂缝,或劈成两块.

(4)混凝土的复合受力状态.

①混凝土双轴受力强度:看受力图,四个象限.双向受压可提高混凝土的抗压强度.

②混凝土三轴受力强度:可大大提高混凝土的抗压强度.

3,混凝土的变形.

(1)混凝土一次短期荷载下的变形:

(混凝土的破坏机理,为什么限制混凝土横向变形,快速加荷时可以提高其抗压强度)水泥浆与骨料之间的接触面上存在有微裂缝,它是混凝土中最薄弱的环节,称为结合裂缝.

①混凝土破坏的三阶段:

a.当混凝土中σ≤时,结合裂缝没有明显发展,应力应变成线性关系,

b.随σ↑,产生新的微裂缝,这种新的微裂缝的形成和发展,使应变增长较快,应力应变曲线变化,应力不↑,裂缝不再继续扩大延伸,裂缝发展处于稳定状态,

c.当σ等于时,微裂缝与结合裂缝已连成通缝,此时裂缝发展处于非稳定状态,即使荷载不再增大,裂缝也要持续开展,形成宏观裂缝,最后形成小柱体压酥破坏.

综上所述,混凝土受压破坏是由于内裂缝的发展引起的.因此,如果对横向变形加以约束,限制内裂缝的发展,则可提高混凝土的抗压强度,同理,当快速加荷时,内裂缝来不及开展,固强度有所提高,反之,在荷载长期作用下强度有所降低,当σ等于时,构件也会遭到破坏,固取为混凝土的长期强度.

②混凝土的极限压应变ε(0.002,0.0033)

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混凝土变形由弹性变形与塑性变形两部分组成,塑性越大,表示变形能力越大,延性越好.

混凝土材料的延性是指混凝土耐受变形或后期变形的能力.延性好可防止构件脆性破坏,对抗震也有利.强度低,加载慢,延性增加,配置横向钢筋可提高构件延性.(钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C15,Ⅱ级筋时不宜低于C20,新Ⅲ级HRB400筋及承受重复荷载时不宜低于C20,预应力构件不宜低于C30,钢丝等不宜低于C40).

(2)混凝土横向变形系数:横向应变与纵向应变之比.

(3)约束混凝土的变形:套箍限制作用.

(4)混凝土弹性模量和变形模量.

①弹性模量

a.初始弹性模量E0:原点切线斜率.

b.如何测试(重复荷载下的变形):采用棱柱体试件加载至0.5,然后卸荷至零,如此重复5～10次,每次卸荷至零时都存在残余应变,随重复次数的增加,曲线趋于直线化,其斜率即为弹性模量Ec

若超过0.5值,重复几次后,也呈现直线形,但继续重复加卸荷,则应力应变曲线反向弯曲.

②割线模量:应力-应变曲线上任意点与原点的连线的斜率称为混凝土的割线模量.

③切线模量:应力-应变曲线上任意点的切线的斜率称为该点的切线模量.

④弹性系数(弹性应变与总应变的比

(5)混凝土在长期荷载作用下的变形——徐变

①徐变的概念:混凝土在长期荷载作用下,即使应力维持不变,其应变也会随时间继续增长,这种现象称为混凝土的徐变.

②产生原因(说法纷纭):

a.尚未转化为结晶体的水泥凝胶体的塑性变形,

b.混凝土内部微裂缝在长期荷载下的持续发展.

③徐变过程.

加载瞬间产生了弹性变形,随后伴随有收缩变形和徐变,徐变前快后慢.卸荷后,可立即恢复的变形为,经一段时间可逐渐恢复的为称为弹性后效,剩余的为残余变形

④影响徐变的因素:

a.内在因素:骨料组成配比,水灰比等.骨料弹性模量越大,骨料体积比越大,水灰比越小,徐变越小,

b.环境因素:养护及使用条件.温度,湿度越高(养护),水泥水化作用越充分,徐变越小,在高温干燥环境中徐变越大,

c.应力条件:初应力及加载时的龄期.加载时的龄期越长,混凝土内部结晶体越多,徐变越小,当初应力σ<,0.5时,徐变与初应力呈正比,徐变系数为常数,当σ等于(0.5～0.8)时,徐变增长较应力快,非线性徐变但收敛,当σ>,0.8时,徐变为非收敛的,故以次为混凝土的长期抗压强度.

(6)混凝土收缩和膨胀(次要)

①概念:混凝土在空气中结硬时体积减少的现象称为收缩.

②收缩的原因:

a.凝缩:水泥水化形成水泥晶体,体积较小,

b.干缩:混凝土内自由水分的蒸发.

c.其他原因:高标号水泥,水泥用量,水灰比越大,骨料弹性模量越小,构件体表比越小等都会引起较大的收缩.

③收缩的危害:使构件产生初应力,开裂较早,预应力的损失.

④预防措施:早期养护条件改善,减少水灰比,提高水泥标号减少水泥用量,加强振捣,高温高湿养护,改善骨料级配.

3钢筋与混凝土之间的粘结力

粘结应力的概念及其分类(锚固粘结力与局部粘结力).

在钢筋与混凝土接触面上产生的抵抗钢筋与混凝土相对位移的这种剪应力称为粘结应力.

按其作用性质可分为:锚固粘结应力和局部粘结应力.

2,粘结力产生的原因及其组成.

化学胶合力:混凝土颗粒化学作用产生的混凝土与钢筋间的胶合力,

摩擦力:混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力,

机械咬合力——最大:由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力.

3,粘结力的测试方法,粘结的破坏以及影响粘结强度的因素

(1)拔出试验法:一端埋入混凝土,另一端施力拔出.

破坏:光面钢筋,应力较小时由化学胶结力承受,较大时还有摩擦力,变形钢筋,主要由摩擦力和机械咬合力承受.

(2)影响粘结强度的因素:

①混凝土强度:提高而提高,与劈拉强度呈正比,

②保护层厚度:增加保护层,提高砼劈裂抗力,

③横向配筋:约束微裂缝发展,粘结强度得到提高,

④横向压力:约束微裂缝发展,使钢筋与砼摩擦力增大,

⑤浇筑位置:浇筑深度,顶部筋由于水分,气泡逸出,混凝土泌水下沉影响.

4,保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施.

(1)保证锚固粘结应力和局部粘结应力的可靠传递:

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①锚固长度要求.

②采用直径较小的钢筋和变形钢筋:增加接触面积等.

(2)钢筋周围的混凝土应有足够的厚度(钢筋间距和保护层厚度).

(3)钢筋末端设置弯钩.

(4)混凝土的浇筑:与钢筋位置有关,振捣等.

(5)锚固区的侧向压力.

三受腐蚀钢筋混凝土耐久性能的研究

1引言钢筋混凝土结构是目前应用较广的结构形式之一.随着建筑物的老化和环境污染的加重,钢筋混凝土结构耐久性问题越来越引起国内外广大研究者的关注.在第二届国际混凝土耐久性会议上,Mehta教授指出:"当今世界混凝土破坏原因,按递减顺序是:钢筋腐蚀,冻害,物理化学作用".他明确地将"钢筋腐蚀"排在影响混凝土耐久性因素的首位.而来自海洋环境的氯盐和用于化冰雪的除冰盐,又是造成钢筋腐蚀的主要原因.美国1984年报道,仅就桥梁而言,57.5万座钢筋混凝土桥,一半以上出现钢筋腐蚀破坏,40%承载力不足和必须修复与加固处理,当年的修复费为54亿美元,1988年报道,钢筋混凝土腐蚀破坏的修复费,一年要2500亿美元,其中桥梁修复费为1550亿美元(是这些桥初建费用的4倍).加拿大早期大量使用除冰盐,使钢筋混凝土桥梁等破坏严重.欧洲,澳大利亚,海湾国家等,都有以氯盐为主的钢筋腐蚀破坏问题,其中英国修复费为每年50亿英镑.韩国曾发生一系列建筑物破坏,倒塌事件,其中很多也与"盐害"有关.在我国已经发现许多海港码头的混凝土梁,板使用不到10年已普遍出现顺筋锈胀开裂,剥落.北京,天津的许多立交桥,因为冷天撒盐化冰雪也日益暴露出严重的钢筋腐蚀问题,不得不斥巨资修复.2钢筋的的腐蚀机理钢筋的腐蚀过程是一个电化学反应过程.混凝土孔隙中的水分通常以饱和的氢氧化钙溶液形式存在,其中还含有一些氢氧化钠和氢氧化

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