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鋼筋混凝土論文

關(guān)于鋼筋混凝土的認識

防災(zāi)減災(zāi)工程及防護工程曹軍偉指導老師:張季超

一基本概念

1,何謂鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

(1)混凝土概念

混凝土是由水,細骨料,粗骨料和摻和劑等經(jīng)攪拌,澆筑成型的一種人工石材.它是土木,建筑工程中應(yīng)用極為廣泛的一種建筑材料.

(2)工程結(jié)構(gòu)的概念

用一定的材料,建造成具有足夠抵抗能力的空間骨架,抵御可能發(fā)生的各種作用(力或變形),這種骨架就是工程結(jié)構(gòu).

(3)(素)混凝土結(jié)構(gòu)的概念

由混凝土材料澆筑而成的用來抵御自然界各種作用的空間骨架稱為混凝土結(jié)構(gòu).

(4)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的概念

①素混凝土結(jié)構(gòu)(同上):高抗壓抵抗拉,應(yīng)用范圍有限,開裂即破壞(受拉,受彎等).

②鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

由鋼筋和混凝土材料澆筑而成的用來抵御自然界各種作用的空間骨架稱為混凝土結(jié)構(gòu).

鋼筋的存在可抵抗開裂處的拉力,應(yīng)用廣泛,破壞是由于鋼筋的屈服.其優(yōu)缺點很多.

2,鋼筋與混凝土兩種性質(zhì)很不相同的材料為什么能共同工作

接觸面上存在有粘結(jié)強度,能夠傳遞兩者之間的相互作用力,共同受力,

溫度線膨脹系數(shù)很接近,

混凝土可作为鋼筋的保護層,防止鋼筋的銹蝕,保證構(gòu)件的耐久性.

3,歷史的發(fā)展.

19世紀中葉西歐國家出現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu).

設(shè)計方法的發(fā)展過程

①容許應(yīng)力法四十年代以前.

②破損階段設(shè)計法五六七十年代.

③單一安全系數(shù)法八十年代.

④極限狀態(tài)設(shè)計法八十年代末.

二混凝土結(jié)構(gòu)的材料的力學性能

本章主要講述鋼筋和混凝土兩種材料的力學性能,掌握鋼筋,混凝土的抗壓,抗拉強度,理解彈性模量,變形模量等概念,掌握徐變等現(xiàn)象,了解粘結(jié)強度的产生及保證措施.

1鋼筋

1,鋼筋分類

(1)按化學成分

①碳素結(jié)構(gòu)鋼:低≤0.25%,中0.25%～0.6%,高碳鋼0.6%～1.4%.

②普通低合金鋼:加入少量的合金元素,以改善材料性能.

材料中碳,硅,錳等為雜質(zhì),S,P,O,N等為有害元素.

(2)按生產(chǎn)加工工藝.

①熱軋鋼筋:Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ級鋼筋.

②冷拉鋼筋:在常溫下將普通熱軋鋼筋進行強力拉伸至超過屈服點而進入強化階段,迫使鋼筋內(nèi)部晶體組織發(fā)生改變,从而提高鋼筋屈服強度的鋼筋.

③熱处理鋼筋:將Ⅳ級熱軋鋼筋等經(jīng)過回火和淬火处理后制成的.其強度和硬度都有所提高.但塑性和韌性有所降低.

④鋼絲:直徑小于6mm的鋼筋稱為鋼絲.我國有碳素鋼絲,刻痕鋼絲,鋼絞線及冷拔低碳鋼絲.

(3)按外形

①光面鋼筋.

②變形鋼筋:有螺紋,人字形,月牙形紋.

(4)按物理性能.

①有明顯物理屈服點.

②無明顯物理屈服點.

2,鋼筋力學性能.

(1)鋼筋強度和變形指標.

①對鋼筋質(zhì)量檢驗的四項指標.

屈服強度,極限強度,伸長率,冷彎性能是有明顯物理屈服點鋼筋進行檢驗的四項主要指標,對無明顯物理屈服點的鋼筋只測定后三項.

②鋼筋的設(shè)計強度.

鋼筋的屈服強度是鋼筋強度的設(shè)計依據(jù),原因是構(gòu)件可能在尚未進入強化階段之前就已破壞或产生過大的變形和裂縫.

③屈強比

屈服強度與極限強度的比值稱為屈強比.它表示結(jié)構(gòu)可靠性的潛力.

④伸長率

反映鋼筋塑性性能及變形能力的物理量.通常用δ5,δ10表示,其物理含義是表示鋼筋試件拉斷后的伸長值與原長之比.(),

⑤冷彎性能

在常溫下將鋼筋繞一定直徑的輥軸進行彎曲,而不出現(xiàn)裂紋或斷裂的現(xiàn)象,稱為冷彎性能符合條件.

其主要參數(shù)是:彎心直徑和冷彎角度.

3,鋼筋的冷加工

(1)冷拉

①概念:在常溫下將普通熱軋鋼筋進行強力拉伸至超過屈服點而進入強化階段,迫使鋼筋內(nèi)部晶體組織發(fā)生改變,从而提高鋼筋屈服強度的鋼筋.

②冷拉強化與冷拉時效:冷拉強化卸荷后,重新加載,則其屈服強度有所提高,即為冷拉強化(此时應(yīng)力應(yīng)變曲線按卸荷線發(fā)展),若過一段時間再加載,則屈服強度教冷拉強化的屈服強度還高(其應(yīng)力應(yīng)變曲線不再按原先曲線發(fā)展).

③冷拉控制應(yīng)力,冷拉率:應(yīng)控制在一定的范圍之內(nèi),不能過大,也不能過小.

原因:過小,屈服強度提高有限,過大,有可能拉斷,或者雖不拉斷,但其塑性降低太多變脆.

(2)冷拔

將熱軋鋼筋用強力拔過比其直徑小的硬質(zhì)合金拔絲模,使其产生塑性變形,拔成較細的鋼絲.

(3)冷拉與冷拔的區(qū)別

冷拉只能提高鋼筋的抗拉強度,不能提高其抗壓強度,冷拔既能提高鋼筋的抗拉強度,又能提高鋼筋的抗壓強度.它們的塑性都降低.

(4)冷軋(國家建設(shè)部推廣使用鋼材,金華地區(qū)幾年前采用).

①概念:以普通低碳鋼或低合金鋼熱軋圓盤為母材,在常溫下進行軋制而成的表面帶有縱肋和月牙紋橫肋的鋼筋.

②特點:冷軋鋼筋的極限強度與冷拔低碳鋼絲相近,但伸長率比冷拔低碳鋼絲有明顯提高.用之取代普通低碳鋼和冷拔低碳鋼絲,可改善構(gòu)件在正常使用階段的受力性能和節(jié)約鋼材.

2混凝土

混凝土是一種人工石材——砼

混凝土使用水泥,水,細骨料,粗骨料等原料按一定比例攪拌澆筑,并經(jīng)養(yǎng)護硬化后做成的人工石材.

2,混凝土的強度

(1)立方體抗壓強度(由標準值通過可靠度分析所得)

①砼立方體抗壓強度標準值如何測試其表示方法及強度等級的劃分

a.采用邊長為150mm的立方體試塊,在溫度為17～23℃,相對濕度在90%以上的空氣中養(yǎng)護28天,按標準的試驗方法加壓到破壞,所測得的具有95%保證率的抗壓極限強度值,用表示,并以次作为劃分混凝土強度的依據(jù).

標準試驗方法:0.15～0.3N/mm2s速度加載,不涂潤滑油.

b.混凝土可分為12個強度等級,用CX來表示,X為混凝土立方體抗壓強度值,單位為N/mm2.C7.5,C10等C50,C55,C60等.

②影響立方體抗壓強度的因素.

a.試驗方法有關(guān):不涂潤滑油.

涂潤滑油.

b.試塊尺寸與形狀:大,小,方,圓.

c.養(yǎng)護條件和齡期:潮濕條件下比干燥條件下養(yǎng)護強度高,隨齡期的增長強度逐渐增長.

d.加載速度:快大慢小

③立方體抗壓強度的定量關(guān)系

歐,美,日等國取尺寸為:d等于150mm,高為300mm的柱體,其強度為:

..

④混凝土的破壞狀況.

無潤滑油時,墊板對混凝土存在有套箍作用,形成兩個對頂的棱錐體,有潤滑油時,墊板對混凝土無套箍作用,形成縱向幾個小短柱而破壞.

(2)棱柱體抗壓強度(軸心抗壓強度)

①試塊尺寸:棱柱體常用邊長為150或100的試塊.

②強度及其表示方式:,其強度低于立方體抗壓強度.考虑結(jié)構(gòu)構(gòu)件與試件制作及養(yǎng)護條件的不同,尺寸效應(yīng)及加荷速度等因素的影響,《規(guī)范》規(guī)定取.

③破壞情況:中間1/3區(qū)段處于單向均勻受力狀態(tài),由于产生豎向裂縫而产生壓酥破壞.

④與差異區(qū)別:抗壓強度的大小取決于橫向變形的約束條件.因此,在混凝土構(gòu)件計算時,應(yīng)根據(jù)不同的受力狀態(tài)采用不同的抗壓強度值,如受彎,偏壓.

(3)抗拉強度

①試驗方法:a:直接測試法.

b:劈拉試驗.

②試塊:100×100×500,鋼筋深入150mm.

③強度:只有抗壓強度的5%～10%,,(考虑一些不利因素,原系數(shù)是0.26).

④破壞:試件中部产生橫向裂縫,或劈成兩塊.

(4)混凝土的復合受力狀態(tài).

①混凝土雙軸受力強度:看受力圖,四個象限.雙向受壓可提高混凝土的抗壓強度.

②混凝土三軸受力強度:可大大提高混凝土的抗壓強度.

3,混凝土的變形.

(1)混凝土一次短期荷載下的變形:

(混凝土的破壞機理,為什么限制混凝土橫向變形,快速加荷時可以提高其抗壓強度)水泥漿與骨料之間的接觸面上存在有微裂縫,它是混凝土中最薄弱的環(huán)節(jié),稱為結(jié)合裂縫.

①混凝土破壞的三階段:

a.當混凝土中σ≤時,結(jié)合裂縫沒有明顯發(fā)展,應(yīng)力應(yīng)變成線性關(guān)系,

b.隨σ↑,产生新的微裂縫,這種新的微裂縫的形成和發(fā)展,使應(yīng)變增長較快,應(yīng)力應(yīng)變曲線變化,應(yīng)力不↑,裂縫不再繼續(xù)擴大延伸,裂縫發(fā)展處于穩(wěn)定狀態(tài),

c.當σ等于時,微裂縫與結(jié)合裂縫已連成通縫,此时裂縫發(fā)展處于非穩(wěn)定狀態(tài),即使荷載不再增大,裂縫也要持續(xù)开展,形成宏觀裂縫,最后形成小柱體壓酥破壞.

綜上所述,混凝土受壓破壞是由于內(nèi)裂縫的發(fā)展引起的.因此,如果對橫向變形加以約束,限制內(nèi)裂縫的發(fā)展,則可提高混凝土的抗壓強度,同理,當快速加荷時,內(nèi)裂縫來不及开展,固強度有所提高,反之,在荷載長期作用下強度有所降低,當σ等于時,構(gòu)件也會遭到破壞,固取為混凝土的長期強度.

②混凝土的極限壓應(yīng)變ε(0.002,0.0033)

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混凝土變形由彈性變形與塑性變形兩部分组成,塑性越大,表示變形能力越大,延性越好.

混凝土材料的延性是指混凝土耐受變形或后期變形的能力.延性好可防止構(gòu)件脆性破壞,對抗震也有利.強度低,加載慢,延性增加,配置橫向鋼筋可提高構(gòu)件延性.(鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不宜低于C15,Ⅱ級筋時不宜低于C20,新Ⅲ級HRB400筋及承受重復荷載時不宜低于C20,預(yù)應(yīng)力構(gòu)件不宜低于C30,鋼絲等不宜低于C40).

(2)混凝土橫向變形系數(shù):橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比.

(3)約束混凝土的變形:套箍限制作用.

(4)混凝土彈性模量和變形模量.

①彈性模量

a.初始彈性模量E0:原點切線斜率.

b.如何測試(重復荷載下的變形):采用棱柱體試件加載至0.5,然后卸荷至零,如此重復5～10次,每次卸荷至零時都存在殘余應(yīng)變,隨重復次數(shù)的增加,曲線趨于直線化,其斜率即為彈性模量Ec

若超過0.5值,重復幾次后,也呈現(xiàn)直線形,但繼續(xù)重復加卸荷,則應(yīng)力應(yīng)變曲線反向彎曲.

②割線模量:應(yīng)力-應(yīng)變曲線上任意點與原點的連線的斜率稱為混凝土的割線模量.

③切線模量:應(yīng)力-應(yīng)變曲線上任意點的切線的斜率稱為該點的切線模量.

④彈性系數(shù)(彈性應(yīng)變與總應(yīng)變的比

(5)混凝土在長期荷載作用下的變形——徐變

①徐變的概念:混凝土在長期荷載作用下,即使應(yīng)力維持不变,其應(yīng)變也會隨時間繼續(xù)增長,這種現(xiàn)象稱為混凝土的徐變.

②产生原因(說法紛紜):

a.尚未轉(zhuǎn)化為結(jié)晶體的水泥凝膠體的塑性變形,

b.混凝土內(nèi)部微裂縫在長期荷載下的持續(xù)發(fā)展.

③徐變過程.

加載瞬間产生了彈性變形,隨后伴隨有收縮變形和徐變,徐變前快后慢.卸荷后,可立即恢復的變形為,經(jīng)一段時間可逐渐恢復的為稱為彈性后效,剩余的為殘余變形

④影響徐變的因素:

a.內(nèi)在因素:骨料组成配比,水灰比等.骨料彈性模量越大,骨料體積比越大,水灰比越小,徐變越小,

b.環(huán)境因素:養(yǎng)護及使用條件.溫度,濕度越高(養(yǎng)護),水泥水化作用越充分,徐變越小,在高溫干燥環(huán)境中徐變越大,

c.應(yīng)力條件:初應(yīng)力及加載時的齡期.加載時的齡期越長,混凝土內(nèi)部結(jié)晶體越多,徐變越小,當初應(yīng)力σ<,0.5時,徐變與初應(yīng)力呈正比,徐變系數(shù)為常數(shù),當σ等于(0.5～0.8)時,徐變增長較應(yīng)力快,非線性徐變但收斂,當σ>,0.8時,徐變?yōu)榉鞘諗?#30340;,故以次為混凝土的長期抗壓強度.

(6)混凝土收縮和膨脹(次要)

①概念:混凝土在空氣中結(jié)硬時體積減少的現(xiàn)象稱為收縮.

②收縮的原因:

a.凝縮:水泥水化形成水泥晶體,體積較小,

b.干縮:混凝土內(nèi)自由水分的蒸發(fā).

c.其他原因:高標號水泥,水泥用量,水灰比越大,骨料彈性模量越小,構(gòu)件體表比越小等都會引起較大的收縮.

③收縮的危害:使構(gòu)件产生初應(yīng)力,開裂較早,預(yù)應(yīng)力的損失.

④預(yù)防措施:早期養(yǎng)護條件改善,減少水灰比,提高水泥標號減少水泥用量,加強振搗,高溫高濕養(yǎng)護,改善骨料級配.

3鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力

粘結(jié)應(yīng)力的概念及其分類(錨固粘結(jié)力與局部粘結(jié)力).

在鋼筋與混凝土接觸面上产生的抵抗鋼筋與混凝土相對位移的這種剪應(yīng)力稱為粘結(jié)應(yīng)力.

按其作用性質(zhì)可分為:錨固粘結(jié)應(yīng)力和局部粘結(jié)應(yīng)力.

2,粘結(jié)力产生的原因及其组成.

化學膠合力:混凝土顆�；瘜W作用产生的混凝土與鋼筋間的膠合力,

摩擦力:混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而产生的摩擦力,

機械咬合力——最大:由于鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間产生的機械咬合力.

3,粘結(jié)力的測試方法,粘結(jié)的破壞以及影響粘結(jié)強度的因素

(1)拔出試驗法:一端埋入混凝土,另一端施力拔出.

破壞:光面鋼筋,應(yīng)力較小時由化學膠結(jié)力承受,較大時還有摩擦力,變形鋼筋,主要由摩擦力和機械咬合力承受.

(2)影響粘結(jié)強度的因素:

①混凝土強度:提高而提高,與劈拉強度呈正比,

②保護層厚度:增加保護層,提高砼劈裂抗力,

③橫向配筋:約束微裂縫發(fā)展,粘結(jié)強度得到提高,

④橫向壓力:約束微裂縫發(fā)展,使鋼筋與砼摩擦力增大,

⑤澆筑位置:澆筑深度,頂部筋由于水分,氣泡逸出,混凝土泌水下沉影響.

4,保證鋼筋和混凝土之間粘結(jié)力的措施.

(1)保證錨固粘結(jié)應(yīng)力和局部粘結(jié)應(yīng)力的可靠傳遞:

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①錨固長度要求.

②采用直徑較小的鋼筋和變形鋼筋:增加接觸面積等.

(2)鋼筋周圍的混凝土應(yīng)有足夠的厚度(鋼筋間距和保護層厚度).

(3)鋼筋末端設(shè)置彎鉤.

(4)混凝土的澆筑:與鋼筋位置有關(guān),振搗等.

(5)錨固區(qū)的側(cè)向壓力.

三受腐蝕鋼筋混凝土耐久性能的研究

1引言鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用較廣的結(jié)構(gòu)形式之一.隨著建筑物的老化和環(huán)境污染的加重,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題越來越引起國內(nèi)外廣大研究者的關(guān)注.在第二屆國際混凝土耐久性會議上,Mehta教授指出:"當今世界混凝土破壞原因,按遞減順序是:鋼筋腐蝕,凍害,物理化學作用".他明確地將"鋼筋腐蝕"排在影響混凝土耐久性因素的首位.而來自海洋環(huán)境的氯鹽和用于化冰雪的除冰鹽,又是造成鋼筋腐蝕的主要原因.美國1984年報道,僅就橋梁而言,57.5萬座鋼筋混凝土橋,一半以上出現(xiàn)鋼筋腐蝕破壞,40%承載力不足和必须修復與加固处理,當年的修復費為54億美元,1988年報道,鋼筋混凝土腐蝕破壞的修復費,一年要2500億美元,其中橋梁修復費為1550億美元(是這些橋初建費用的4倍).加拿大早期大量使用除冰鹽,使鋼筋混凝土橋梁等破壞嚴重.歐洲,澳大利亞,海灣國家等,都有以氯鹽為主的鋼筋腐蝕破壞問題,其中英國修復費為每年50億英鎊.韓國曾發(fā)生一系列建筑物破壞,倒塌事件,其中很多也與"鹽害"有關(guān).在我國已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多海港碼頭的混凝土梁,板使用不到10年已普遍出現(xiàn)順筋銹脹開裂,剝落.北京,天津的許多立交橋,因為冷天撒鹽化冰雪也日益暴露出嚴重的鋼筋腐蝕問題,不得不斥巨資修復.2鋼筋的的腐蝕機理鋼筋的腐蝕過程是一個電化學反應(yīng)過程.混凝土孔隙中的水分通常以飽和的氫氧化鈣溶液形式存在,其中還含有一些氫氧化鈉和氫氧化

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