水工钢筋砼结构学：第1章 钢筋混凝土材料的力学性能

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1、钢筋的品种和力学性能钢筋的品种和力学性能混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 第一章第一章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能1-1 钢筋的品种和力学性能钢筋的品种和力学性能1. 钢筋的品种钢筋的品种热轧钢筋热轧钢筋HPB235HRB335、HRB400热处理钢筋热处理钢筋冷加工钢筋冷加工钢筋钢丝钢丝冷拔钢筋冷拔钢筋冷轧钢筋冷轧钢筋冷拉钢筋冷拉钢筋钢筋碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线1.1 按加工工艺分类按加工工艺分类RRB400热轧热轧级1.2 按化学成分分类按化学成分分类碳素钢碳素钢低合金钢（合金含量不超过低合金钢（

2、合金含量不超过3.5%）钢筋由含碳量不同分为由含碳量不同分为高碳钢、中碳钢、低碳钢高碳钢、中碳钢、低碳钢v低碳钢低碳钢：（含碳量：（含碳量0.6%）强度高、塑性差强度高、塑性差v低合金钢：低合金钢：碳素钢基础上加入少量碳素钢基础上加入少量合金元素合金元素而成，而成， 强度高、塑性好强度高、塑性好1.3 按表面形状不同分类按表面形状不同分类光面钢筋光面钢筋:光滑的外表面，多为小直光滑的外表面，多为小直径的径的HPB235钢筋。钢筋。变形钢筋变形钢筋:外表有凹凸不平的纵横肋，外表有凹凸不平的纵横肋，以增加与砼的粘结。以增加与砼的粘结。钢筋月牙肋月牙肋 纹路与肋不相交，不易产生纹路与肋不相交，不易产

3、生应力集中，粘结强度略低于等高肋钢筋。应力集中，粘结强度略低于等高肋钢筋。等高肋等高肋（螺旋纹、人字纹）（螺旋纹、人字纹）与钢筋砼与钢筋砼粘结力好，纹路与肋相交，易产生应力集中。粘结力好，纹路与肋相交，易产生应力集中。钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能常用钢筋形式常用钢筋形式多股钢绞线多股钢绞线钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能1.4 热轧钢筋热轧钢筋 HPB235（Q235） 以符号以符号“ ”表示表示 光圆钢筋，低碳钢，质量稳定，塑性及焊接性能很好，光圆钢筋，低碳钢，质量稳定，塑性及焊接性能很好，但强度稍低。多作为现浇楼板受力钢筋和箍筋。但强度稍

4、低。多作为现浇楼板受力钢筋和箍筋。 HRB335（20Mnsi） 以符号以符号“ ”表示表示， HRB400 以符号以符号“ ”表示表示， RRB400 以符号以符号“ ”表示表示。HRB335、HRB400、RRB400都属于都属于变形带肋变形带肋钢筋，钢筋，强度较强度较高，高，塑性和可焊性能较好，与混凝土之间的粘结性能也较好，塑性和可焊性能较好，与混凝土之间的粘结性能也较好，在工程中应用较广。在工程中应用较广。第一个字母是钢筋的加工工艺的英文缩写，第一个字母是钢筋的加工工艺的英文缩写， H为为热轧热轧、R为为余热处理余热处理；第二个字母是钢筋的表面形状的英文缩写，第二个字母是钢筋的表面形状

5、的英文缩写， P为为光圆光圆、R为为变形带肋变形带肋；第三个字母是第三个字母是钢筋（钢筋（Bar）的英文缩写缩写；的英文缩写缩写；数字表示钢筋的数字表示钢筋的强度标准值强度标准值（单位：（单位：N/mm2）。）。符号及数字的含义：符号及数字的含义：2. 钢筋的力学性能钢筋的力学性能热轧钢筋的 曲线 oa弹性阶段弹性阶段 b屈服强度屈服强度fy（受拉强度限值）（受拉强度限值）bcbc流幅流幅cd强化阶段强化阶段de 颈缩颈缩阶段阶段 a比例极限比例极限 d抗拉强度抗拉强度2.1 软钢的力学性能软钢的力学性能软钢：软钢：有明显屈服点的钢筋，如有明显屈服点的钢筋，如HPB235 、 HRB335、H

6、RB400 。v屈服强度屈服强度：是钢筋强度的设计依据是钢筋强度的设计依据，在混凝土中的钢筋，在混凝土中的钢筋，应力达到屈服强度，荷载不增加，应变继续增大，裂缝开展应力达到屈服强度，荷载不增加，应变继续增大，裂缝开展过宽，构件变形过大，结构不能正常使用。过宽，构件变形过大，结构不能正常使用。v伸伸 长长 率率：钢筋拉断时应变，反映钢筋钢筋拉断时应变，反映钢筋塑性性能塑性性能的指标。伸的指标。伸长率大的钢筋，拉断前有足够预兆，延性较好。长率大的钢筋，拉断前有足够预兆，延性较好。v弯曲试验：弯曲试验：钢筋围绕直径为钢筋围绕直径为D 的钢辊弯转的钢辊弯转角而不发生裂纹，角而不发生裂纹，是反映钢筋是反

7、映钢筋塑性性能塑性性能的另一指标。的另一指标。钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能 含碳量高，含碳量高，屈服强度屈服强度和和抗拉强度抗拉强度高，伸长率小，高，伸长率小，流幅缩短。流幅缩短。钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能硬钢的 曲线硬钢没有明确的屈服台阶（流幅），硬钢没有明确的屈服台阶（流幅），所以计算中以所以计算中以“协定流限协定流限”作为强度标作为强度标准以准以 0.2表示，一般表示，一般 0.2相当于抗拉极限相当于抗拉极限强度强度70%85%。2.2 硬钢的力学性能硬钢的力学性能热处理钢筋热处理钢筋及及高强钢丝等高强钢丝等a点：点：比例极限比例

8、极限协定流限：协定流限：强度设计指标强度设计指标，指经加指经加载及卸载后尚存有载及卸载后尚存有0.2%永久残余变永久残余变形时的应力。形时的应力。对工程的影响。对工程的影响。钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能2.3 曲线形式：曲线形式： 有明显流幅的：分为有明显流幅的：分为弹性、屈服、强化弹性、屈服、强化和和破坏破坏等四个阶等四个阶段。段。 无明显流幅的：没有明显的无明显流幅的：没有明显的屈服阶段屈服阶段。 注：钢筋受压和受拉时的应力注：钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同应变曲线几乎相同 的的曲线简化理想弹塑性曲线：曲线简化理想弹塑性曲线： 屈服前：屈服前：完全弹性

9、的完全弹性的；屈服后：；屈服后：完全塑性的完全塑性的。2.4 强度指标强度指标 A.A.有明显流幅的钢筋：有明显流幅的钢筋：以以下下屈服点屈服点对应的强度对应的强度作为作为设计强度的依据，因为，钢筋屈服后的塑性变形导致设计强度的依据，因为，钢筋屈服后的塑性变形导致构件产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝，以至不构件产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝，以至不能使用。能使用。 B.B.无明显流幅的钢筋：无明显流幅的钢筋：以以残余应变为残余应变为0.2%0.2%时所对应时所对应的应力的应力值值作为作为钢筋钢筋条件屈服强度。条件屈服强度。 钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能2.5

10、冷加工钢筋的力学性能冷加工钢筋的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能2.5.1 2.5.1 冷拉钢筋冷拉钢筋 将钢筋拉伸将钢筋拉伸超过超过其屈服强度，放松，其屈服强度，放松，经一段时间经一段时间之后之后，钢筋会获得比原来屈服强度更，钢筋会获得比原来屈服强度更高高的屈服强的屈服强度值。度值。 冷拉时效：常温需冷拉时效：常温需2020天；天；100100C C时需时需2 2小时；小时；400400C C时强度有所下降；时强度有所下降；700700C C时冷拉时效消失。时冷拉时效消失。故，注意焊接影响。故，注意焊接影响。冷拉加工的目的冷拉加工的目的改变钢材内部结构，改变钢

11、材内部结构，提高钢提高钢材强度，节约钢材材强度，节约钢材。钢筋冷拉后的 曲线冷拉后，冷拉后，屈服强度提高屈服强度提高了，了，流幅缩短，伸长率降低（流幅缩短，伸长率降低（塑塑性下降性下降），钢材性质变硬变），钢材性质变硬变脆。脆。冷拉后，冷拉后，抗拉强度提高抗拉强度提高但但抗抗压强度没有提高压强度没有提高，计算仍取，计算仍取用原来的抗压强度。用原来的抗压强度。p特性：2.5.2 2.5.2 冷拔钢筋冷拔钢筋将钢筋强力拔过将钢筋强力拔过硬合金模硬合金模（直径小于钢筋）。（直径小于钢筋）。特性：特性：冷拔钢筋冷拔钢筋没有没有屈服点和流幅；冷拔可同时屈服点和流幅；冷拔可同时提高抗拉、压强度提高抗拉、压

12、强度（强度提高，塑性降低强度提高，塑性降低）。4.4.钢筋的焊接性能钢筋的焊接性能 工程中常采用焊接方式接长钢筋；钢筋的焊接性能与钢工程中常采用焊接方式接长钢筋；钢筋的焊接性能与钢筋的筋的化学成分化学成分有关，不同品种的钢筋应采用不同的焊接方法。有关，不同品种的钢筋应采用不同的焊接方法。 常用的焊接方法有常用的焊接方法有: :电弧焊电弧焊、闪光对焊闪光对焊、电渣压力焊电渣压力焊。 3.3.钢筋的疲劳强度钢筋的疲劳强度 重复荷载作用下，钢筋在低应力下产生的断裂称为重复荷载作用下，钢筋在低应力下产生的断裂称为钢筋钢筋的疲劳的疲劳；在规定的应力幅度内，经规定次数的重复荷载后，；在规定的应力幅度内，经

13、规定次数的重复荷载后，发生发生疲劳破坏疲劳破坏的的最大应力值最大应力值称为称为疲劳强度疲劳强度。 试验方法试验方法：钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯与钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯与单单根钢根钢筋的轴拉疲劳。筋的轴拉疲劳。 影响因素影响因素：应力特征值：应力特征值 ，荷载重复次数，钢筋强度。，荷载重复次数，钢筋强度。钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能5.5.混凝土结构对钢筋的要求混凝土结构对钢筋的要求 强度：强度：钢筋有足够的钢筋有足够的强度强度和适宜的和适宜的强屈比强屈比( (极限极限强度与屈服强度的比值强度与屈服强度的比值) )； 变形能力：变形能力：钢筋的钢筋的伸长率

14、伸长率和和冷弯性冷弯性能均应达到能均应达到规范要求；规范要求； 可焊性：可焊性：焊接处的强度、变形应能满足规范要焊接处的强度、变形应能满足规范要求；求； 与混凝土的粘结性与混凝土的粘结性 ：钢筋与混凝土之间应有足钢筋与混凝土之间应有足够的够的粘结力粘结力，以保证两者共同工作。，以保证两者共同工作。 低温性能低温性能钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能 1-2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 混凝土是各向不均匀、内部存在混凝土是各向不均匀、内部存在裂缝裂缝和和空隙空隙的多相的多相复合材料；压力主要由其中的骨料传递，水泥凝胶体起复合材料；压力主要由其中的骨料传递，水泥

15、凝胶体起粘结和扩散压力的作用。粘结和扩散压力的作用。1.1.单向受力状态下的混凝土强度单向受力状态下的混凝土强度 1.1 1.1 立方体抗压强度立方体抗压强度 fcu1.1.11.1.1（不很严谨）定义定义 在标准条件下养护在标准条件下养护2828天的天的标准试件（标准试件（150150150150150mm150mm），在压力机按标准加载），在压力机按标准加载方式进行试验，所测得的具有方式进行试验，所测得的具有50%50%保证率的抗压强度为保证率的抗压强度为立方体抗压强度立方体抗压强度 。温度为203、相对湿度不小于95%涂润滑剂涂润滑剂试验情况试验情况: : 压力压力试件试件裂缝发展裂缝发

16、展扩张扩张丧失承载力丧失承载力1.1.2 1.1.2 影响强度的因素（影响强度的因素（及其处理及其处理）：涂不涂刷润滑剂涂不涂刷润滑剂 试块尺寸试块尺寸 加载速率加载速率 龄期。龄期。我国规范的方法：我国规范的方法：不涂润滑剂不涂润滑剂。承压板试试块块摩擦力摩擦力不涂润滑剂不涂润滑剂 强度大于强度大于PP钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能 不涂刷润滑剂不涂刷润滑剂 试块尺寸：不同尺寸的试件，测得的试块尺寸：不同尺寸的试件，测得的立方体抗压强度是不同的，当采用非标准试件进行试验，立方体抗压强度是不同的，当采用非标准试件进行试验，其结果应按下述强度换算方法进行换算。其结果应按

17、下述强度换算方法进行换算。 标准试块标准试块：150150 150mm （强度换算系数为（强度换算系数为1.00 ） 非标试块非标试块：100100 100mm （强度换算系数为（强度换算系数为0.95 ） 200200 200mm （强度换算系数为（强度换算系数为1.05 ） 加载速率：加载速率：0.2-0.3N/mm.mm/s. 龄期龄期,试件的立方体抗试件的立方体抗压强度与其龄期是有关系的，一般而言，龄期长，试件的压强度与其龄期是有关系的，一般而言，龄期长，试件的立方体抗压强度就高；某些工程因建设周期长，混凝土浇立方体抗压强度就高；某些工程因建设周期长，混凝土浇注至其受载的时间远超过注至

18、其受载的时间远超过28天，此时可按混凝土的后期强天，此时可按混凝土的后期强度进行设计。度进行设计。钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能 1.1.3 混凝土强度等级混凝土强度等级 我国规范我国规范混凝土强度等级混凝土强度等级有：定义有：定义P.13 C10， C15，C20，C25，C30，C35，C40，C50，C60，C70，C80 如果实测到的混凝土立方体抗压强度处于两等级之如果实测到的混凝土立方体抗压强度处于两等级之间，则混凝土的强度等级间，则混凝土的强度等级按较低的一级采用按较低的一级采用。表示混凝土表示混凝土Concrete立方体抗压强度立方体抗压强度钢筋混凝土结

19、构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能水利水电工程用砼分水利水电工程用砼分1010个强度等级个强度等级，即，即C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60，级差级差为为5N/mm2。 1.2 1.2 棱柱体抗压强度棱柱体抗压强度 fc轴心抗压强度轴心抗压强度 1.2.1 概述 因构件长度常大于其截面尺寸，立方体强度不因构件长度常大于其截面尺寸，立方体强度不能很好地反映构件中混凝土的受力状态；规范采用能很好地反映构件中混凝土的受力状态；规范采用高宽比高宽比h hb b不同的棱柱体试件的抗压强度来衡量。不同的棱柱体试件的抗压强度来衡量。 h hb b过小过小

20、时，加荷板与时，加荷板与混凝土表面间摩擦力会约束混凝土的变形，但混凝土表面间摩擦力会约束混凝土的变形，但h hb b过大过大则会在则会在试件加载时由于产生较大的附加偏心而引起测量误差，而当棱试件加载时由于产生较大的附加偏心而引起测量误差，而当棱柱体的柱体的h hb b取取2 2时可基本上消除上述两方面的影响。我国标准棱时可基本上消除上述两方面的影响。我国标准棱柱体尺寸为柱体尺寸为150150l50l50300300mm。 标准试块：标准试块：150150300mm （强度换算系数为（强度换算系数为1.00 ） 非标准试块：非标准试块：100100300mm （强度换算系数为（强度换算系数为 1

21、.05 ） 200200400mm （强度换算系数为（强度换算系数为0.95 ）钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能 1.2.2 1.2.2 fc与与fcu关系关系 由于承压板对试件的约束，立由于承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu ，考虑到考虑到构件和试件的区别，取构件和试件的区别，取 fc=0.67fcu（水工规范有（水工规范有0.880.88的系数）。的系数）。 国外一般采用圆柱体试件（国外一般采用圆柱体试件（d=150,h=300d=150,h=300），有），有fc=0.79fcu圆

22、柱体抗压强度圆柱体抗压强度承压板承压板试试块块PP钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能 棱柱体抗拉强度是混凝土的基本强度指标，它远小于混棱柱体抗拉强度是混凝土的基本强度指标，它远小于混凝土的立方体抗压强度。一般条件下，其值相当于棱柱体抗凝土的立方体抗压强度。一般条件下，其值相当于棱柱体抗压强度的压强度的19118。 测量棱柱体抗拉强度：测量棱柱体抗拉强度： (1) 直接受拉法直接受拉法； (2) 劈裂法劈裂法。(1).直接受拉时的棱柱体抗拉强度：直接受拉时的棱柱体抗拉强度：1.3 1.3 轴心抗拉强度轴心抗拉强度ft试验结果：试验结果：ft= 0.26fcu 2/3 考虑到

23、构件和试件的区考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷速度等别，尺寸效应，加荷速度等的影响，取的影响，取 ft= 0.225fcu 2/3 。钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能(2).劈裂受拉时的抗拉强度：劈裂受拉时的抗拉强度： 轴心受拉试验轴心受拉试验对中对中困难，常采用立方体或圆柱体困难，常采用立方体或圆柱体劈裂试劈裂试验验测定砼的抗拉强度。测定砼的抗拉强度。我国根据我国根据100mm立方体的劈立方体的劈裂与抗压试验结果对比有：裂与抗压试验结果对比有： fts=0.19fcu 3/4钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能立方体试件通过垫条施加线载荷立方

24、体试件通过垫条施加线载荷P，垂直截面上除垫条附近外，产生均垂直截面上除垫条附近外，产生均匀拉应力，当匀拉应力，当拉应力达到拉应力达到ft时，试件时，试件对半劈裂。对半劈裂。 实际结构中，砼很少处于单向受力状态。更多的是处于实际结构中，砼很少处于单向受力状态。更多的是处于双双向向或或三向三向受力状态。受力状态。2. 复合应力状态下的混凝土强度复合应力状态下的混凝土强度2.1 2.1 双（向）轴应力状态双（向）轴应力状态 双向双向受压受压强度强度大大于单于单向受压强度，即向受压强度，即一向强一向强度随另一向压应力的增度随另一向压应力的增加而增加加而增加。钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材

25、料的力学性能 在在2 2方向压应力为方向压应力为55556060的混凝土抗压强度时，混的混凝土抗压强度时，混凝土凝土1 1方向抗压强度可达到最大值，方向抗压强度可达到最大值，约提高约提高3030。最大强最大强度发生在度发生在 1 2 约等于约等于2或或0.5时时 在双向在双向受拉受拉区，其强度与区，其强度与单向受拉时单向受拉时差别不大差别不大，即，即一一向抗拉强度基本上与另一向向抗拉强度基本上与另一向拉应力的大小无关。拉应力的大小无关。在一轴受在一轴受压压一轴受一轴受拉拉状态状态下，抗压强度或抗拉强度均下，抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压应力随另一方向拉应力或压应力的增加而减小。的增加

26、而减小。钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能 混凝土两向应力下的强度可按下列公式进行混凝土两向应力下的强度可按下列公式进行近似近似计算：计算：两向受压两向受压两向受拉两向受拉一拉一压一拉一压双向压应力之比注意第注意第4 式式工程应用：工程应用：约束混凝土约束混凝土钢管砼钢管砼密配螺旋箍筋密配螺旋箍筋 目前研究混凝土三向受力目前研究混凝土三向受力状态下的强度，多集中于三状态下的强度，多集中于三向向受压状态受压状态下混凝土的强度下混凝土的强度问题。混凝土一向抗压强度问题。混凝土一向抗压强度随另两向压应力的随另两向压应力的增加而增增加而增加加。2.2 2.2 三向受压时的混凝土强

27、度三向受压时的混凝土强度无侧向约束时的单轴抗压强度有侧向约束时的抗压强度混凝土在三向受压状态下的极限强度可用下式表示混凝土在三向受压状态下的极限强度可用下式表示 1=f*C C 1=f*C r -侧向约束压应力侧向约束压应力 r r 混凝土在三向受压时，不仅混凝土在三向受压时，不仅其强度得到很大的提高，同时其强度得到很大的提高，同时混凝土的变形能力也有较好的混凝土的变形能力也有较好的改善；改善；k为侧压效应系数，通常取4.0。2.3 2.3 压压（拉拉）剪剪构件受剪或受扭时常遇到剪应力构件受剪或受扭时常遇到剪应力t t 和和正应力正应力 共同作用下的复合受力情况。共同作用下的复合受力情况。砼的

28、抗剪强度：随砼的抗剪强度：随拉拉应力增大而减小，应力增大而减小， 随随压压应力增大而增大；应力增大而增大；当压应力在当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大，左右时，抗剪强度达到最大，压应力继续增大，内裂缝发展明显，抗剪强度随压应力的增大压应力继续增大，内裂缝发展明显，抗剪强度随压应力的增大而减小。而减小。v混凝土强度指标：混凝土强度指标： 立方体抗压强度（混凝土强度等级）立方体抗压强度（混凝土强度等级） 棱柱体抗压强度轴心抗压强度棱柱体抗压强度轴心抗压强度 轴心抗拉强度轴心抗拉强度 等等。等等。 各自的符号各自的符号 ？ 三者的大小排序三者的大小排序 ？ 注意：注意： 标准试件有要求！标

29、准试件有要求！v混凝土复合应力下的强度：混凝土复合应力下的强度：双向受压、双向受压、 双向受拉、双向受拉、 一压一拉、一压一拉、 压剪、压剪、 拉剪、拉剪、 三向受三向受压压 等等。等等。 钢筋混凝土结构材料的力学性能钢筋混凝土结构材料的力学性能上次有关混凝土的内容：上次有关混凝土的内容：1. 1. 单向受力状态下的强度单向受力状态下的强度 2.2.复合应力状态下的强度复合应力状态下的强度 3.混凝土的变形性能混凝土的变形性能 混凝土的变形：混凝土的变形：(1) 受力变形受力变形；(2) 环境条件变形环境条件变形。 3.1 混凝土的受力变形混凝土的受力变形 (1) 一次短期加载下的变形；一次短

30、期加载下的变形； (2)重复加载下的变形；重复加载下的变形； (3)长期加载下的变形。长期加载下的变形。 3.1.1 混凝土在一次短期加载下的变形性能混凝土在一次短期加载下的变形性能 混凝土完整的应力应变曲线大致可以下阶段组成。混凝土完整的应力应变曲线大致可以下阶段组成。 近似直线段（近似弹性阶段）近似直线段（近似弹性阶段） 上升曲线段上升曲线段1（稳定的裂缝扩展阶段）（稳定的裂缝扩展阶段） 上升曲线段上升曲线段2（裂缝快速发展的不稳定阶段）（裂缝快速发展的不稳定阶段） 主裂缝贯通；主裂缝贯通； 咬合力、摩擦力残余支撑段意义不大咬合力、摩擦力残余支撑段意义不大 影响应力影响应力应变曲线的因素有

31、混凝土强度、加载速度等应变曲线的因素有混凝土强度、加载速度等。v应力小于应力小于fc的的20% 30%时时（a点）点），应力应变关系接，应力应变关系接近近直线直线。v当应力当应力，呈现，呈现塑性塑性。应。应力增大到力增大到fc 的的80%左右（左右（b点），应变增长更快。点），应变增长更快。v应力达到应力达到fc （c点点）时，试）时，试件表面出现纵向裂缝，试件件表面出现纵向裂缝，试件开始破坏。达到的最大应力开始破坏。达到的最大应力o称为称为砼砼棱柱体抗压强度棱柱体抗压强度fc c，相应的应变为相应的应变为o o 一般一般为为0.0020.002左右。左右。cu最大压应变最大压应变名词：峰值应

32、力名词：峰值应力 峰值应变峰值应变 (MPa)fco 0 (10-3)abcd225201510546810加载速度快加载速度快砼强度提高砼强度提高加载速度慢加载速度慢砼强度降低砼强度降低作用是：加载至作用是：加载至峰值应力后，吸峰值应力后，吸收试验机的变形收试验机的变形能，测出下降段能，测出下降段P PP P影响应力影响应力应变曲线形状因素应变曲线形状因素砼强度砼强度低，曲线平坦；低，曲线平坦；强度高强度高，曲线陡，曲线陡，cu小；小；加载速度加载速度快，最大应力提高，曲线陡；加载速度慢，曲线平缓，快，最大应力提高，曲线陡；加载速度慢，曲线平缓，cu增大。增大。图1-9 不同强度的混凝土的

33、曲线cu越大，表示混凝土的塑性变形能力越大，表示混凝土的塑性变形能力越大越大，也就是延性，也就是延性(指构件最终破坏之前经受非弹性变形的能力指构件最终破坏之前经受非弹性变形的能力) 越好越好。混凝土的强度等级混凝土的强度等级越高越高，上升段上升段长长，峰点越，峰点越高高，峰，峰值应变也有所增值应变也有所增大大；下降；下降段越段越陡陡。cu最大压应变最大压应变 混凝土压力应变曲线的数学表达混凝土压力应变曲线的数学表达上升段：上升段：下降段：下降段：或不考虑下降，而作为水平处理或不考虑下降，而作为水平处理峰值应变约峰值应变约0.002。 或直线下降或直线下降3.1.2 3.1.2 混凝土在重复荷载

34、下的变形性能混凝土在重复荷载下的变形性能 因混凝土是弹塑性材料，当进行加载后再卸载，其部因混凝土是弹塑性材料，当进行加载后再卸载，其部分应变立即或经过一段时间后恢复分应变立即或经过一段时间后恢复（弹性应变），（弹性应变），而另一而另一部分应变则不能恢复部分应变则不能恢复（残余应变），（残余应变），一次加载、卸载循环一次加载、卸载循环中混凝土的应力应变曲线形成一闭合环。中混凝土的应力应变曲线形成一闭合环。 在较高应力水平下对混凝土施加重复荷载，其应力在较高应力水平下对混凝土施加重复荷载，其应力应应变曲线环逐渐靠近，退化成一条直线，再经过数次的重复变曲线环逐渐靠近，退化成一条直线，再经过数次的重复

35、加载，应力加载，应力应变关系曲线由应变关系曲线由“凸凸”向应力轴变为向应力轴变为“凸凸”向应变轴向应变轴且且不再形成闭合环不再形成闭合环；最终混凝土试件因；最终混凝土试件因裂缝过宽裂缝过宽或或变形过大变形过大而破坏。而破坏。 p e 重复荷载下的应力重复荷载下的应力- -应变曲线应变曲线破坏破坏fcf 3 2 1 疲劳强度疲劳强度 fc 因重复荷载因重复荷载作用引起的破坏作用引起的破坏称之为称之为疲劳破坏疲劳破坏,混凝土的疲劳破混凝土的疲劳破坏强度与其承受坏强度与其承受应力应力最小值与最最小值与最大值的比值大值的比值r r和和荷载的重复次数荷载的重复次数有直接关系。有直接关系。0 c0.5fc

36、 ，非线性徐变。，非线性徐变。P弹变弹变徐回徐回t0t1t弹变弹变 e徐变徐变cr永久变形永久变形总变形总变形最终徐变最终徐变3.1.3 3.1.3 混凝土长期荷载作用下的变形性能混凝土长期荷载作用下的变形性能 现象现象：荷载长时间持续作用下，尽管混凝土上的应力不变，荷载长时间持续作用下，尽管混凝土上的应力不变，其变形也会随时间的延长而增大其变形也会随时间的延长而增大-徐变徐变。原因原因： 胶凝体的粘性流动胶凝体的粘性流动； 混凝土内部混凝土内部微裂缝的发展微裂缝的发展。影响因素影响因素： 应力应力： c0.5fc，线性徐变；，线性徐变；0.5fc c0.8fc，混凝土破坏；，混凝土破坏； 龄

37、期龄期：加荷时混凝土的龄期越早，徐变越大；：加荷时混凝土的龄期越早，徐变越大； 环境湿度环境湿度：湿度愈大，徐变愈小；：湿度愈大，徐变愈小； 水泥用量及水灰比水泥用量及水灰比： 徐变与水泥用量及水灰比成正比；徐变与水泥用量及水灰比成正比； 徐变可徐变可部分部分恢复（弹性徐回）；大部分徐变不可恢复（残恢复（弹性徐回）；大部分徐变不可恢复（残余变形）。余变形）。 徐变与塑性变形的不同徐变与塑性变形的不同 P.23 徐变对混凝土结构的影响徐变对混凝土结构的影响 有利：有利： 徐变造成结构内力的重新分布，降低高应力，提高徐变造成结构内力的重新分布，降低高应力，提高 低应力，改善了结构的内力分布；低应力

38、，改善了结构的内力分布；应力集中程度降低应力集中程度降低 徐变改善钢筋与混凝土之间的应力分布，使结构最徐变改善钢筋与混凝土之间的应力分布，使结构最 终内力分布和材料的利用趋向合理。终内力分布和材料的利用趋向合理。 不利：不利： 徐变降低构件的刚度，加大构件的变形；徐变降低构件的刚度，加大构件的变形； 徐变增大预应力混凝土构件中预应力钢筋的应力损徐变增大预应力混凝土构件中预应力钢筋的应力损 失，降低预应力效果；失，降低预应力效果； 徐变对构件中的裂缝有增大作用。徐变对构件中的裂缝有增大作用。PAsPAs s1 c1P c2As s2P P拆去，钢筋受拆去，钢筋受压，混凝土受拉压，混凝土受拉. .

39、徐变：徐变： s ， c 在实际工程中，需在实际工程中，需要通过对结构构件的内要通过对结构构件的内力分析以及对混凝土徐力分析以及对混凝土徐变性质的认识，来利用变性质的认识，来利用或控制徐变对结构的影或控制徐变对结构的影响。响。3.2 混凝土的温度变形和干缩变形混凝土的温度变形和干缩变形 现象现象：因外界：因外界温度温度变化及内部水化热等产生的温度变形；变化及内部水化热等产生的温度变形； 因外界因外界湿度湿度变化及凝固结硬中失水等产生的变形。变化及凝固结硬中失水等产生的变形。 原因原因：1.固体材料的热胀冷缩固体材料的热胀冷缩； 2.水泥凝胶体失水后转换为水泥石的体积缩小水泥凝胶体失水后转换为水

40、泥石的体积缩小。 影响因素影响因素： 1.水泥品种：等级越高，收缩越大水泥品种：等级越高，收缩越大 2.水泥用量：水泥用量与水灰比越大，收缩越大水泥用量：水泥用量与水灰比越大，收缩越大 3.骨料：骨料越硬，收缩越小骨料：骨料越硬，收缩越小 4.其他：养护条件、环境条件、体积与表面积比。其他：养护条件、环境条件、体积与表面积比。 收缩对混凝土结构的影响收缩对混凝土结构的影响： 在结构中产生温度或干缩拉应力；在结构中产生温度或干缩拉应力；As sAs s收缩：收缩： 钢筋受压钢筋受压， 混凝土受拉混凝土受拉As导致混凝土开裂，影响结构承载导致混凝土开裂，影响结构承载能力和耐久性。能力和耐久性。总体

41、讲，总体讲， 干缩湿胀干缩湿胀 c c c e c p 0 1 b. 变形模量变形模量（割线模量割线模量）弹性系数，受压时，为弹性系数，受压时，为0.41.0；受拉破坏时，为受拉破坏时，为1.01.04.4.混凝土的弹性模量、混凝土的弹性模量、泊松泊松比比、剪切模量剪切模量 1 1）. .混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量 a. a. 原点切线模量原点切线模量（弹性模量弹性模量）：拉压相同）：拉压相同混凝土弹性模量的测试方法（混凝土弹性模量的测试方法（150150150150300300标准试件标准试件） c/fc c0.5加、卸加、卸510次载次载P PP P(低应力,无塑变）(高应力，原因）

42、 2 2）混凝土的泊松比混凝土的泊松比 混凝土拉、压应变的比值称为混凝土拉、压应变的比值称为其其泊松比泊松比; 压力较小时泊松比压力较小时泊松比为为0.120.18，接近破坏时达，接近破坏时达0.5以上，一般可取以上，一般可取1/6。 3 3）剪切模量剪切模量 混凝土剪切模量是将混凝土视为弹性材料，按弹性理论求出混凝土剪切模量是将混凝土视为弹性材料，按弹性理论求出(当当n n取为取为1/6时，混凝土剪切模量为时，混凝土剪切模量为0.43Ec)：5.5.混凝土的重力密度混凝土的重力密度 混凝土的重力密度与所采用的骨料的重力密度及混凝土的密混凝土的重力密度与所采用的骨料的重力密度及混凝土的密实度有

43、关，可按下列数值采用：实度有关，可按下列数值采用： 骨料为一般重力密度岩石的混凝土，取骨料为一般重力密度岩石的混凝土，取23kNm3（人工振（人工振捣捣）；）；24kNm3（机械振捣）。（机械振捣）。骨料为大重力密度岩石的混凝骨料为大重力密度岩石的混凝土，在上述数值上再增加土，在上述数值上再增加1.0kNm3。 钢筋混凝土的重力密度一般取为钢筋混凝土的重力密度一般取为25kNm3 。1-3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 1.钢筋与混凝土之间的粘结力钢筋与混凝土之间的粘结力光圆钢筋光圆钢筋粘结力粘结力摩擦力摩擦力机械咬合力机械咬合力有有滑移时粘滑移时粘附力即消失附力即消失钢筋受力较钢筋受

44、力较大时，此二大时，此二部分增大部分增大变形钢筋变形钢筋粘结力粘结力摩擦力摩擦力机械咬合力机械咬合力主要作用主要作用1.1 粘结力组成粘结力组成PP1.2 粘结（应）力试验考虑微分段粘结应力（钢筋表面不平、微锈（钢筋表面不平、微锈时可显著提高咬合力）时可显著提高咬合力）PPS-钢筋内的拉应力AS-钢筋截面积u-钢筋周长1.3 影响粘结力的主要因素影响粘结力的主要因素 砼强度砼强度：粘结强度随砼强度的提高而增加，粘结强度随砼强度的提高而增加，但并不与立方体但并不与立方体强度强度fcu成正比成正比，而与抗拉强度，而与抗拉强度 ft 成正比。成正比。 保护层厚度保护层厚度：变形钢筋，粘结强度主要取决

45、于劈裂破坏。相变形钢筋，粘结强度主要取决于劈裂破坏。相对保护层厚度对保护层厚度c/d 越大，砼抵抗劈裂破坏的能力也越大，粘结强越大，砼抵抗劈裂破坏的能力也越大，粘结强度越高。度越高。 受力情况受力情况：受压钢筋由于直径增大会增加对砼的挤压，从而受压钢筋由于直径增大会增加对砼的挤压，从而使摩擦作用增加。使摩擦作用增加。 钢筋表面和外形特征钢筋表面和外形特征： 光面钢筋表面凹凸较小，机械咬合作用小，粘结强度低。光面钢筋表面凹凸较小，机械咬合作用小，粘结强度低。 月牙肋和螺纹肋变形钢筋，机械咬合作用大，粘结强度高。月牙肋和螺纹肋变形钢筋，机械咬合作用大，粘结强度高。 1.4 粘结应力分布粘结应力分布

46、 v光面钢筋光面钢筋b峰值随峰值随P增加，由加荷端移至自由端，增加，由加荷端移至自由端， b图形长度图形长度（有效埋长）达到自由端。（有效埋长）达到自由端。（从变形角度分析？从变形角度分析？）v变形钢筋变形钢筋b峰值始终在加荷端附近，有效埋长增加峰值始终在加荷端附近，有效埋长增加 缓慢，粘结力大于光面钢筋。缓慢，粘结力大于光面钢筋。粘结力峰值关于机械咬合力关于机械咬合力光圆钢筋光圆钢筋咬合力来自表面的粗糙不平。咬合力来自表面的粗糙不平。变形钢筋变形钢筋变形钢筋的横肋对混凝土的挤压如同一个楔，变形钢筋的横肋对混凝土的挤压如同一个楔，会产生很大的机械咬合力，从而提高了变形钢筋的粘结能力会产生很大的

47、机械咬合力，从而提高了变形钢筋的粘结能力1.5 粘结破坏形式粘结破坏形式 变形钢筋的粘结破坏：变形钢筋的粘结破坏：横肋挤压混凝土使钢筋周围横肋挤压混凝土使钢筋周围混凝土开裂滑移变形加快，混凝土开裂滑移变形加快，肋间混凝土剪切强度不够，肋间混凝土剪切强度不够，发生发生“刮梨式刮梨式” 拔出破坏。拔出破坏。图 钢筋横肋对混凝土的挤压力1-钢筋凸肋上的挤压力；2-内部裂缝p钢筋即将拔出时钢筋即将拔出时的的极限状态极限状态对应的对应的平均粘结应力平均粘结应力，称，称为为粘结强度粘结强度。 p 光面钢筋的粘结破坏光面钢筋的粘结破坏：钢筋从混凝土中拔出时，：钢筋从混凝土中拔出时，表面有明显的纵向摩擦痕迹。

48、表面有明显的纵向摩擦痕迹。2 钢筋的锚固与接头钢筋的锚固与接头2.1 2.1 钢筋的锚固钢筋的锚固 锚固长度锚固长度la a，它可根据钢筋应力达到屈服强度时，钢筋才，它可根据钢筋应力达到屈服强度时，钢筋才被拔动的条件确定，由钢筋的受力平衡条件得被拔动的条件确定，由钢筋的受力平衡条件得fyAs= lab ula= fyAs /（b u）=fyd/（4b ） 可知，可知，钢筋强度越高，直径越粗，混凝土强度越低，则钢筋强度越高，直径越粗，混凝土强度越低，则要求锚固长度越长。要求锚固长度越长。 对于受压钢筋，由于钢筋受压时会侧向鼓胀，对混凝土产对于受压钢筋，由于钢筋受压时会侧向鼓胀，对混凝土产生挤压，

49、增加了粘结力，所以它的锚固长度可以短些。生挤压，增加了粘结力，所以它的锚固长度可以短些。 为了保证发挥钢筋设计强度所需的埋入长度锚固长度la。钢筋弯钩的形式与尺寸钢筋机械锚固的形式 机械锚固的形式可以提高钢筋的锚固力，减少锚固长度。机械锚固的形式可以提高钢筋的锚固力，减少锚固长度。受力的受力的光面钢筋光面钢筋末端必须做成半圆弯钩以保证光面钢筋末端必须做成半圆弯钩以保证光面钢筋粘结锚固的可靠性粘结锚固的可靠性。2.2 钢筋的连接钢筋的连接 钢筋连接的原则钢筋连接的原则（1）接头应尽量设置在受力较小处，以降低接头对钢筋传力的）接头应尽量设置在受力较小处，以降低接头对钢筋传力的影响程度。影响程度。（

50、2）在同一钢筋上宜少设连接接头，以避免过多的削弱钢筋的）在同一钢筋上宜少设连接接头，以避免过多的削弱钢筋的传力性能。传力性能。（3）同一构件相邻纵向受力钢筋的接头宜相互错开。）同一构件相邻纵向受力钢筋的接头宜相互错开。（4）在钢筋连接区域应采取必要构造措施，如适当增加混凝土）在钢筋连接区域应采取必要构造措施，如适当增加混凝土保护层厚度等保护层厚度等钢筋的连接形式：有钢筋的连接形式：有绑扎搭接绑扎搭接、机械连接机械连接和和焊接焊接绑扎搭接绑扎搭接 采用绑扎搭接接头时，钢筋间力的传递是靠钢筋与混凝土之采用绑扎搭接接头时，钢筋间力的传递是靠钢筋与混凝土之间的粘结力，因此必须有足够的搭接长度。间的粘结力，因此必须有足够的搭接长度。应满足相应的应满足相应的构造要构造要求求，以保证力的传递。，以保证力的传递。钢筋绑扎搭接接头（a）对焊 （b）焊搭接（c）帮条焊焊接。焊接。焊接有对焊和搭接焊接，质量有保证时，此法较可靠。焊接有对焊和搭接焊接，质量有保证时，此法较可靠。图1-18 锥螺纹钢筋的连接示意图机械连接机械连接 采用螺旋或挤压套筒连接采用螺旋或挤压套筒连接, ,此法简单、可靠、节省。此法简单、可靠、节省。套筒上钢筋下钢筋学习辅导及习题 1. 学习指导 2. 填充题 3. 单选题