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1、第一篇第一篇 RC结构结构 1 RC1 RC结构的基本概念及材料的结构的基本概念及材料的力学性能力学性能 主要内容主要内容 混凝土和钢筋的最基本力学性能混凝土和钢筋的最基本力学性能 钢筋混凝土梁与素混凝土梁的差别钢筋混凝土梁与素混凝土梁的差别 钢筋与混凝土共同工作的条件钢筋与混凝土共同工作的条件 钢筋混凝土结构的优点与缺点钢筋混凝土结构的优点与缺点 1.1 RC结构的基本概念结构的基本概念主要内容主要内容 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 共同工作的基础共同工作的基础共同工作的基础共同工作的基础 RCRC结构优缺点结构优缺点结构优缺点结构优缺点1.1 RC1.1 RC结
2、构的基本概念结构的基本概念1 1、钢筋混凝土结构、钢筋混凝土结构是一种以混凝土作为主要材料依据须要配置确定量钢是一种以混凝土作为主要材料依据须要配置确定量钢筋的结构筋的结构（1 1）组成及各自特性：钢筋混凝土（）组成及各自特性：钢筋混凝土（Reinforced Reinforced ConcreteConcrete或或RCRC）先分开看先分开看钢筋钢筋 抗拉强度（抗拉强度（）高、抗压强度（）高、抗压强度（）高、易）高、易锈锈混凝土混凝土抗压强度（抗压强度（）高、抗拉强度（）高、抗拉强度（）低、不）低、不易锈易锈 合起来看其共同工作合起来看其共同工作 简支梁试验简支梁试验(1)(2)(1)(2)
3、素砼简支梁素砼简支梁:L L=4m=4m，b bh h=200300mm=200300mm.C20C20混凝土承受集混凝土承受集中荷载，中荷载，p p=8kN=8kN时破坏，无任何征兆。时破坏，无任何征兆。RCRC简支梁简支梁:同样截面尺寸，同标号砼，同样简支长度，但同样截面尺寸，同标号砼，同样简支长度，但受拉区加入受拉区加入3 3根根16mm16mm的的R235R235级级REBARREBAR，记作，记作3 31616，破坏荷，破坏荷载载p p=36KN=36KN试验结果分析试验结果分析承载力有了很大提高承载力有了很大提高8 36kN8 36kN结构的受力特性得到显著的改善，有明显预兆，裂结
4、构的受力特性得到显著的改善，有明显预兆，裂 缝、挠度等变更缝、挠度等变更 问题问题为何受力会有变更为何受力会有变更?物理性质差异很大的状况下，二者能很好地结合在物理性质差异很大的状况下，二者能很好地结合在 一起工作一起工作?2 2、共同工作的基础、共同工作的基础钢筋和混凝土之间有良好的粘结力，能相互坚固地结钢筋和混凝土之间有良好的粘结力，能相互坚固地结成整体，传力合理成整体，传力合理温度膨胀系数大体相同温度膨胀系数大体相同 钢筋：钢筋：=砼砼 ：=温度变更不至于产生大的内应力导致破坏。温度变更不至于产生大的内应力导致破坏。REBARREBAR被砼所包袱，从而防止了钢筋的锈蚀，保证被砼所包袱，从
5、而防止了钢筋的锈蚀，保证 了结构的耐久性。了结构的耐久性。归纳为归纳为4 4句话：句话：各施所长，互补所短，协同工作，形成较好结构各施所长，互补所短，协同工作，形成较好结构3 3、RCRC结构优缺点结构优缺点RCRC结构的优点：结构的优点：耐久性和耐火性较好，维护费用低耐久性和耐火性较好，维护费用低混凝土爱护混凝土爱护层使得钢筋不易锈蚀，耐火时间长层使得钢筋不易锈蚀，耐火时间长 可模性好可模性好适用于各种形态困难的结构，如空间适用于各种形态困难的结构，如空间薄壳、箱型结构薄壳、箱型结构 易于就地取材易于就地取材有利于当地建材的利用和工业废有利于当地建材的利用和工业废料的再利用料的再利用 整体性
6、好（对现浇结构），防振和防辐射性能较好整体性好（对现浇结构），防振和防辐射性能较好适用于抗震抗爆结构和防护结构适用于抗震抗爆结构和防护结构 刚度大、阻尼大刚度大、阻尼大有利于结构的变形限制有利于结构的变形限制 材料利用合理材料利用合理结构承载力与其刚度比例合适结构承载力与其刚度比例合适,基本无局部稳定问题基本无局部稳定问题 RC RC结构的缺点结构的缺点 自重大自重大(25kN/m3(25kN/m3）发展轻质混凝土、高强混凝发展轻质混凝土、高强混凝土和预应力混凝土土和预应力混凝土 抗裂性差，影响结构的耐久性抗裂性差，影响结构的耐久性发展预应力混凝发展预应力混凝土，利用树脂涂层钢筋土，利用树脂涂
7、层钢筋 承载力有限承载力有限发展高强混凝土、钢骨混凝土、钢发展高强混凝土、钢骨混凝土、钢管混凝土管混凝土 施工困难，工序多，工期长，受季节、天气的影响施工困难，工序多，工期长，受季节、天气的影响较大较大利用钢模、飞模、滑模等先进施工技术，接受利用钢模、飞模、滑模等先进施工技术，接受泵送混凝土、早强混凝土、高性能混凝土、免振自密实泵送混凝土、早强混凝土、高性能混凝土、免振自密实混凝土等，提高施工效率混凝土等，提高施工效率 破坏后的修复、加固、补强比较困难破坏后的修复、加固、补强比较困难 发展发展新型的混凝土加固技术，如碳纤维布加固混凝土结构技新型的混凝土加固技术，如碳纤维布加固混凝土结构技术术
8、1.2 砼（砼（cnrt）（1）概念）概念砼是用水泥、砂子和石子三种材料，用水拌和经过凝砼是用水泥、砂子和石子三种材料，用水拌和经过凝固硬化后制成的人工石材。混合凝合，色状如土故名固硬化后制成的人工石材。混合凝合，色状如土故名之之（2）要求）要求 和易性要好和易性要好 强度要高强度要高 耐久性要好耐久性要好 经济上要节约经济上要节约1.2.11.2.1混凝土的强度混凝土的强度1 1、立方体抗压强度（、立方体抗压强度（）(1)(1)概念概念边长边长150mm150mm的立方体在的立方体在202202的温度和相对湿度在的温度和相对湿度在95%95%以上的潮湿空气中养护以上的潮湿空气中养护28d,2
9、8d,依照标准制作方法和依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度极限值，以试验方法测得的抗压强度极限值，以MPaMPa即即 为为单位单位,用符号用符号 表示。表示。一般混凝土力学性能试一般混凝土力学性能试验标准（验标准（GB/T50081-2002GB/T50081-2002）标准试件标准试件边长边长150mm150mm的立方体试件的立方体试件 标准条件标准条件温度为温度为202202，湿度在，湿度在95%95%以上以上 标准试验方法标准试验方法试件两端不涂润滑剂试件两端不涂润滑剂 加载速度加载速度C30C30以下为以下为 0.3 0.30.5MPa/sec0.5MPa/sec，C30C30以
10、以上为上为0.50.50.8/sec 0.8/sec (2)(2)试验方法试验方法 试件上下表面不涂油。由于与上下盘面的摩擦力影试件上下表面不涂油。由于与上下盘面的摩擦力影 响，起到响，起到“套箍套箍”作用，非单纯受压作用，非单纯受压 (3)(3)影响因素影响因素尺寸效应尺寸效应 小试件高，摩擦力对中部的影响随高度的增高降低小试件高，摩擦力对中部的影响随高度的增高降低 换算系数换算系数 边长边长200mm 1.05200mm 1.05 边长边长100mm 0.95100mm 0.95涂油影响涂油影响 不涂油，有约箍力，压强大。涂油则小不涂油，有约箍力，压强大。涂油则小(图示图示)(4)(4)混
11、凝土的强度等级混凝土的强度等级用立方体抗压强度标准值来划分的马路规范依据用立方体抗压强度标准值来划分的马路规范依据度范围，从度范围，从C20C20C80C80共划分为共划分为1313个强度等级，级差个强度等级，级差5 5，C50C50以上为高强混凝土。以上为高强混凝土。砼标号是设计砼标号是设计RCRC结构时选择砼材料的主要指标，应根结构时选择砼材料的主要指标，应根 据结构物的用途、尺寸、运用条件和经济、技术等因据结构物的用途、尺寸、运用条件和经济、技术等因素综合考虑。素综合考虑。等级等级C C：C20 C20 C30 C30 C40 C30 C30 C40、C50 C50、C60C60以以上上
12、 一般一般RC RC 接头、接缝接头、接缝 PC PC结构结构2 2、棱柱体抗压强度、棱柱体抗压强度 (1)(1)概念概念通常钢筋混凝土构件的长度比它的截面边长大得多，通常钢筋混凝土构件的长度比它的截面边长大得多，因此棱柱体试件的受力更接近于实际构件中混凝土的因此棱柱体试件的受力更接近于实际构件中混凝土的受力状况。标准棱柱体试件按标准制作、养护、试验受力状况。标准棱柱体试件按标准制作、养护、试验测得的抗压强度，用测得的抗压强度，用 表示，亦称轴心抗压强度。表示，亦称轴心抗压强度。(2)(2)测试方法及结果测试方法及结果 试件：棱柱体（圆柱体），不涂油试件：棱柱体（圆柱体），不涂油 h/b h/
13、b=2 h/b h/b=24 4稳定稳定 标准试件标准试件:150:150150mm300mm 150mm300mm 一般混凝土力学性能试验标准（一般混凝土力学性能试验标准（GB/T50081-GB/T50081-2002 2002）缘由缘由 试件瘦长，中部箍束力小试件瘦长，中部箍束力小 偏心影响偏心影响 用于受压构件强度计算用于受压构件强度计算 3 3、轴心抗拉强度、轴心抗拉强度 (1)(1)概念概念 在轴心拉伸下的极限拉伸强度，用在轴心拉伸下的极限拉伸强度，用 表示表示 (2)(2)试验方法试验方法 干脆试验法干脆试验法 钢筋、拉断（钢筋、拉断（100100500mm100100500mm
14、棱柱体棱柱体,对中预埋）对中预埋）间接试验法劈裂试验（见图间接试验法劈裂试验（见图1-61-6）劈裂试验可以克服轴心受拉试验中存在的对中问题。劈裂试验可以克服轴心受拉试验中存在的对中问题。试验中接受边长为试验中接受边长为150mm150mm的立方体标准试件，通过弧形的立方体标准试件，通过弧形钢垫条施加压力钢垫条施加压力F F，试件中间截面有着匀整分布的拉应，试件中间截面有着匀整分布的拉应力，当拉应力达到混凝土的抗拉强度时，试件劈裂成两力，当拉应力达到混凝土的抗拉强度时，试件劈裂成两半半 (3)(3)与与 之间关系之间关系 (4)(4)与混凝土构件的开裂、变形，以及受剪、受与混凝土构件的开裂、变
15、形，以及受剪、受 扭、受冲切等承载力有关。扭、受冲切等承载力有关。用于抗裂、冲切、粘结用于抗裂、冲切、粘结 强度计算强度计算 4 4、复合应力状态下的强度、复合应力状态下的强度 取单元体，三个主应力取单元体，三个主应力11、22、33 轴向受力：轴向受力：2=3=0 2=3=0 平面应力状态：平面应力状态：3=0 3=0 三向受力状态：三向受力状态：1 1、22、33均不为均不为0 0 (1)(1)平面应力状态平面应力状态 双向受压：强度高于单轴，双向受压：强度高于单轴，1212 双向受拉：强度无变更，同单轴双向受拉：强度无变更，同单轴 一拉一压：一拉一压：21,1221,12 见图见图1-7
16、1-7 (2)(2)三向受压三向受压 一向强度随其它两向应力一向强度随其它两向应力而而。(3)(3)法向应力和剪应力的组合强度法向应力和剪应力的组合强度 混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低 当当 ,抗剪强度随压应力的增大而增抗剪强度随压应力的增大而增 大大 当当 时，抗剪强度随压应力的增大时，抗剪强度随压应力的增大 而减小而减小见见图图1-81-8小小 结结 重点重点共同工作基础。混凝土强度定义、试验方法、共同工作基础。混凝土强度定义、试验方法、影响因素、用途。复合应力状态关系影响因素、用途。复合应力状态关系作业作业 1 11 1，1 12 2 砼的变
17、形性能砼的变形性能砼的变形性能砼的变形性能 预备学问预备学问预备学问预备学问 志向弹性体材料的变形志向弹性体材料的变形志向弹性体材料的变形志向弹性体材料的变形加载变形卸载复原原状，如钢材之弹性阶段加载变形卸载复原原状，如钢材之弹性阶段加载变形卸载复原原状，如钢材之弹性阶段加载变形卸载复原原状，如钢材之弹性阶段志向弹塑性材料的变形（图志向弹塑性材料的变形（图志向弹塑性材料的变形（图志向弹塑性材料的变形（图1-91-91-91-9）砼为非志向弹塑体材料，变形困难与加载方式，持砼为非志向弹塑体材料，变形困难与加载方式，持砼为非志向弹塑体材料，变形困难与加载方式，持砼为非志向弹塑体材料，变形困难与加载
18、方式，持荷时间，温度、湿度，试件的形态和尺寸等有关荷时间，温度、湿度，试件的形态和尺寸等有关荷时间，温度、湿度，试件的形态和尺寸等有关荷时间，温度、湿度，试件的形态和尺寸等有关受力变形：长、短期，重复荷载受力变形：长、短期，重复荷载受力变形：长、短期，重复荷载受力变形：长、短期，重复荷载体积变形：收缩和徐变变形体积变形：收缩和徐变变形体积变形：收缩和徐变变形体积变形：收缩和徐变变形 1 1 1 1、混凝土在单调、短期加荷下的变形、混凝土在单调、短期加荷下的变形、混凝土在单调、短期加荷下的变形、混凝土在单调、短期加荷下的变形 （1 1 1 1）-关系关系关系关系（图图图图1-101-10）上升段
19、：当上升段：当上升段：当上升段：当0.3 0.3 0.3 0.3 时，时，时，时，-关系为直线弹性变形关系为直线弹性变形关系为直线弹性变形关系为直线弹性变形 时，时，时，时，(取取取取 )，形成贯穿性裂，形成贯穿性裂，形成贯穿性裂，形成贯穿性裂 缝，急剧发展破坏缝，急剧发展破坏缝，急剧发展破坏缝，急剧发展破坏 下降段下降段下降段下降段:精细试验指出，达到精细试验指出，达到精细试验指出，达到精细试验指出，达到 即即即即 ，此时，此时，此时，此时 后，承载力下降，随后，承载力下降，随后，承载力下降，随后，承载力下降，随的增大，的增大，的增大，的增大，渐渐降低，最终渐渐降低，最终渐渐降低，最终渐渐降
20、低，最终破破破破 坏。破坏时，坏。破坏时，坏。破坏时，坏。破坏时，。下降段通过大刚度设备或安。下降段通过大刚度设备或安。下降段通过大刚度设备或安。下降段通过大刚度设备或安置置置置 刚性元件的限制变形量测得。刚性元件的限制变形量测得。刚性元件的限制变形量测得。刚性元件的限制变形量测得。D D D D点极限压应变为点极限压应变为点极限压应变为点极限压应变为 收敛段收敛段收敛段收敛段：稳定的残余应力：稳定的残余应力：稳定的残余应力：稳定的残余应力,小柱小柱小柱小柱,咬合咬合咬合咬合-曲线影响因素曲线影响因素曲线影响因素曲线影响因素:混凝土强度混凝土强度混凝土强度混凝土强度(图图图图1-111-111
21、-111-11)加载速度（加载速度（加载速度（加载速度（图图图图1-121-121-121-12）测试技术和试验条件测试技术和试验条件测试技术和试验条件测试技术和试验条件:等应变加载、试验机刚度、等应变加载、试验机刚度、等应变加载、试验机刚度、等应变加载、试验机刚度、涂油涂油涂油涂油 混凝土应力应变试验混凝土应力应变试验混凝土应力应变试验混凝土应力应变试验（2 2）砼的弹性模量与变形模量）砼的弹性模量与变形模量 用于计算结构之挠度、温度应力、超静定结构内用于计算结构之挠度、温度应力、超静定结构内 力。力。如弹材：如弹材：E=/E=/tgtg=conscons.受压变形模量表示方法（见受压变形模
22、量表示方法（见图图1-131-13）原点弹模原点弹模：或或切线模量切线模量：割线模量割线模量（变形模量或弹塑性模量）：（变形模量或弹塑性模量）：和和 之间关系：之间关系：式中：式中：砼受压弹性特征系数，砼受压弹性特征系数，构件刚开裂时构件刚开裂时:=0.5:=0.5。图图 1-13 (3)(3)的测取（参见图的测取（参见图1-141-14）棱柱体加载棱柱体加载0 00 0，反复，反复5 51010次，次，可可 得：得：依据试验可得阅历公式：依据试验可得阅历公式：(4)(4)剪切模量剪切模量 其中其中 为混凝土的横向变形系数（泊松比），取为混凝土的横向变形系数（泊松比），取 时，可得时，可得 图
23、图 1-14 2 2、砼在重复荷载作用下的变形性能、砼在重复荷载作用下的变形性能 (1)(1)一次加载时和卸载时一次加载时和卸载时-曲线曲线(图图1-15)1-15)，加载，加载 “-”“-”曲线为曲线为OAOA，卸荷，卸荷“-”“-”曲线为曲线为ABAB，为卸为卸载时瞬时复原应变，载时瞬时复原应变，为卸载后弹性后效，为卸载后弹性后效，为残余应变为残余应变 (2)(2)砼在重复荷载作用下的变形性能砼在重复荷载作用下的变形性能 多次荷载重复作用下多次荷载重复作用下-曲线曲线(图图1-16)1-16)若加荷若加荷较小较小()起始为一环状，多次加荷，曲起始为一环状，多次加荷，曲 线越来越闭合，直至成
24、始终线线越来越闭合，直至成始终线CDCD 若加载若加载较大较大()多次重复加荷载卸荷多次重复加荷载卸荷“-”“-”由向应力轴而转为凸向应变轴，导致疲惫破坏由向应力轴而转为凸向应变轴，导致疲惫破坏 (200(200万次以上万次以上)图图1-15图图1-16 3 3、砼在荷载长期作用下的变形性能、砼在荷载长期作用下的变形性能徐变徐变 (1)(1)概念：在长期不变荷载作用下，应变随时间接着增概念：在长期不变荷载作用下，应变随时间接着增 长的现象。（见图长的现象。（见图1-171-17）(2)(2)徐变过程徐变过程 瞬变瞬变 ，徐变变形，徐变变形 ，卸荷后瞬时复原变形，卸荷后瞬时复原变形 ，卸，卸 荷
25、后弹性后效荷后弹性后效 ，残余变形，残余变形 。（见图。（见图1-181-18）图图1-171-17图图1-181-18 (3)(3)产生缘由产生缘由:砼凝合后，水泥浆变结晶体和凝胶体，凝胶体粘性流砼凝合后，水泥浆变结晶体和凝胶体，凝胶体粘性流 动，应力重分布，产生变形动，应力重分布，产生变形 微裂缝在荷载作用下，不断扩展和增长的结果微裂缝在荷载作用下，不断扩展和增长的结果 (4)(4)影响因素影响因素 压应力大，徐变大压应力大，徐变大 当当 ，徐变大致与应力成正比，各条徐变曲，徐变大致与应力成正比，各条徐变曲 线的间距接近相等，称为线形徐变线的间距接近相等，称为线形徐变 当当 介于介于 之间
26、时，为非线性徐变之间时，为非线性徐变 当当 时，混凝土的非线形徐变往往时不收敛时，混凝土的非线形徐变往往时不收敛 的，最终导致构件破坏的，最终导致构件破坏(参见图参见图1-19)1-19)加荷龄期早，徐变大加荷龄期早，徐变大 水泥用量多，水灰比大，徐变大；增加骨料含量，水泥用量多，水灰比大，徐变大；增加骨料含量，弹模大，徐变减小弹模大，徐变减小 养护温湿度高，徐变小；运用温度高、湿度小，大养护温湿度高，徐变小；运用温度高、湿度小，大 图图1-19 4 4、砼的收缩变形、砼的收缩变形 (1)(1)概念概念 砼在空气中的硬结过程中，体积减小的现象叫收砼在空气中的硬结过程中，体积减小的现象叫收 缩。
27、在水中结硬，体积会膨胀。缩。在水中结硬，体积会膨胀。(2)(2)过程：混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早过程：混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早 期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的25%25%，一个月可完成一个月可完成50%50%，以后变形发展渐渐减慢，整个收，以后变形发展渐渐减慢，整个收 缩过程可持续两年以上。缩过程可持续两年以上。(参见图参见图1-20)1-20)一般状况下，最终收缩应变值约为一般状况下，最终收缩应变值约为 混凝混凝 土开裂应变为土开裂应变为图图1-20 混凝土收缩变形与时间的关系混凝土收缩变形与时间的关系 (3)(3)缘由
28、缘由 硬结过程中化学反应产生的凝合收缩和自由水蒸发硬结过程中化学反应产生的凝合收缩和自由水蒸发 产生的收缩产生的收缩 (4)(4)影响因素影响因素 水泥用量大，标号高，水灰比大，收缩大水泥用量大，标号高，水灰比大，收缩大 骨料级配好、密度高、弹模高、粒径大，收缩小骨料级配好、密度高、弹模高、粒径大，收缩小 养护温湿度高，收缩小养护温湿度高，收缩小 运用环境湿度低、温度高，大运用环境湿度低、温度高，大 体表比大，收缩小体表比大，收缩小 5 5、砼三向受压状态时的变形特点、砼三向受压状态时的变形特点 提高强度提高强度3 3倍和延性。实际中螺旋箍筋柱、密排倍和延性。实际中螺旋箍筋柱、密排 箍筋、钢管混凝土。与接受恒值液压约束的方式有箍筋、钢管混凝土。与接受恒值液压约束的方式有 区分。方形箍筋，明显提高延性，但对提高抗压强区分。方形箍筋，明显提高延性，但对提高抗压强 度效果不大度效果不大作业作业 1 13 3