西南科技大学结构力学剖析

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1、第二章第二章 混凝土混凝土结构材料的物理构材料的物理力学性能力学性能西南科技大学结构力学剖析本章主要内容：l掌握混凝土的主要强度指标及其收缩、徐变；l深刻理解混凝土的应力应变关系；l掌握钢筋强度指标和变形性能；l掌握钢筋、混凝土的粘结及其构造要求。 西南科技大学结构力学剖析2.1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.1.1混凝土的混凝土的组成成结构构通常把混凝土的通常把混凝土的结构分构分为三种三种类型：型：.微微观结构：也即水泥石构：也即水泥石结构，包括水泥凝胶、晶体骨架、未构，包括水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥水化完的水泥颗粒和凝胶孔粒和凝胶孔组成。成。.亚微微观结构：即

2、混凝土中的水泥砂构：即混凝土中的水泥砂浆结构。构。.宏宏观结构：即砂构：即砂浆和粗骨料两和粗骨料两组分体系。分体系。西南科技大学结构力学剖析2.1.2单轴应力状力状态下的混凝土下的混凝土强度度 混凝土混凝土结构中，主要是利用它的抗构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗度。因此抗压强度是度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土的混凝土的强度等度等级是用抗是用抗压强度来划分的度来划分的1.1.混凝土抗混凝土抗压强度度 1）混凝土立方体抗）混凝土立方体抗压强度和度和强度等度等级：边长为150mm的混凝土立方体试件，在标准条件下（温度为203，湿度90%）养护2

3、8天，用标准试验方法（加载速度 0.150.3N/mm2/s，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的抗压强度，用符号C表示。 规范根据强度范围，从C15C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。西南科技大学结构力学剖析2 2）混凝土）混凝土轴心抗心抗压强度度 按标准方法制作的150mml50mm 300mm的棱柱体试件，在温度为20土3和相对湿度为90以上的条件下养护28d，用标准试验方法测得的具有95保证率的抗压强度 。对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。 考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况，实际构件强度与试件强度之间存在差异，规范基于安全取偏低值，规定轴心抗压强

4、度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系为：西南科技大学结构力学剖析 式中： 为棱柱体强度与立方体强度之比，对不大于C50级的混凝土取0.76，对C80取0.82，其间按线性插值。2为高强混凝土的脆性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87，中间按直线规律变化取值。0.88为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。 fcu,k立方体强度标准值即为混凝土强度等级fcu。西南科技大学结构力学剖析劈拉试验FdF2.2.混凝土的混凝土的轴心抗拉心抗拉强度度 混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验方法来测定，但由于试验比较困难，目前国内外主要采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间

5、接测试混凝土的轴心抗拉强度。拉压压西南科技大学结构力学剖析 混凝土结构设计规范规定轴心抗拉强度标准值与立方体抗压强度标准值的换算关系为：0102030405060708090100123456 西南科技大学结构力学剖析双双轴应力状力状态实际结构中，混凝土很少构中，混凝土很少处于于单向受力状向受力状态。更多的是。更多的是处于双于双向或三向受力状向或三向受力状态。双向受双向受压强度大于度大于单向受向受压强度，最大受度，最大受压强度度发生在两个生在两个压应力之比力之比为0.3 0.6之之间，约(1.251.60 )fc。双双轴受受压状状态下混凝土的下混凝土的应力力-应变关系与关系与单轴受受压曲曲线相

6、似，但峰相似，但峰值应变均均超超过单轴受受压时的峰的峰值应变。在一在一轴受受压一一轴受拉状受拉状态下，任意下，任意应力比情况下均力比情况下均不超不超过其相其相应单轴强度。度。并且抗并且抗压强度或抗拉度或抗拉强度度均随另一方向拉均随另一方向拉应力或力或压应力的增加而减小。力的增加而减小。2.1.3 2.1.3 复合受力状复合受力状态下混凝土的下混凝土的强度度西南科技大学结构力学剖析构件受剪或受扭构件受剪或受扭时常遇到剪常遇到剪应力力t t 和正和正应力力s s 共同作用下的复共同作用下的复合受力情况。合受力情况。混凝土的抗剪混凝土的抗剪强度：随拉度：随拉应力增大而减小力增大而减小 随随压应力增大

7、而增大力增大而增大当当压应力在力在0.6fc左右左右时，抗剪，抗剪强度达到最大，度达到最大，压应力力继续增大，增大，则由于内裂由于内裂缝发展明展明显，抗剪，抗剪强度将随度将随压应力的增大而减小。力的增大而减小。西南科技大学结构力学剖析三三轴应力状力状态三三轴应力状力状态有多种有多种组合，合，实际工程遇到工程遇到较多的螺旋箍筋柱和多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土管混凝土柱中的混凝土为三向受三向受压状状态。三向受。三向受压试验一般一般采用采用圆柱体在等柱体在等侧压条件条件进行。行。侧向压应力的存在可提高混凝土的抗压强度，关系为: 式中 被约束混凝土的轴心抗压强度； 非约束混凝土的轴心抗压强度

8、； 侧向约束压应力。 侧向压应力的存在还可提高混凝土的延性。 西南科技大学结构力学剖析2.1.42.1.4混凝土的混凝土的变形形 1、一次短期加、一次短期加载下混凝土下混凝土变形性能形性能（1）单轴受受压应力力-应变 混凝土混凝土单轴受力受力时的的应力力-应变关系反映了混凝土受力全关系反映了混凝土受力全过程的重要力学程的重要力学特征特征,是分析混凝土构件是分析混凝土构件应力、建立承力、建立承载力和力和变形形计算理算理论的必要依据，也的必要依据，也是利用是利用计算机算机进行非行非线性分析的基性分析的基础。 混凝土混凝土单轴受受压应力力-应变关系曲关系曲线，常采用棱柱体，常采用棱柱体试件来件来测定

9、。定。 在普在普通通试验机上采用等机上采用等应力速度加力速度加载，达到，达到轴心抗心抗压强度度fc时，试验机中集聚机中集聚的的弹性性应变能大于能大于试件所能吸收的件所能吸收的应变能，会能，会导致致试件件产生突然脆性破坏，生突然脆性破坏，只能只能测得得应力力-应变曲曲线的上升段。的上升段。 采用等采用等应变速度加速度加载，或在，或在试件旁附件旁附设高高弹性元件与性元件与试件一同受件一同受压，以，以吸收吸收试验机内集聚的机内集聚的应变能，可以能，可以测得得应力力-应变曲曲线的下降段。的下降段。西南科技大学结构力学剖析02468102030s(MPa)e 10-3BACEDA点以前，微裂点以前，微裂

10、缝没有没有明明显发展，混凝土的展，混凝土的变形主要形主要弹性性变形，形，应力力-应变关系近似直关系近似直线。A点点应力随混凝土力随混凝土强度的度的提高而增加，提高而增加，对普通普通强度混凝土度混凝土s sA约为 (0.30.4)fc ，对高高强混混凝土凝土s sA可达可达(0.50.7)fc。A点以后，由于微裂点以后，由于微裂缝处的的应力集中，裂力集中，裂缝开开始有所延伸始有所延伸发展，展，产生生部分塑性部分塑性变形，形，应变增增长开始加快，开始加快，应力力-应变曲曲线逐逐渐偏离直偏离直线。微裂微裂缝的的发展展导致混凝致混凝土的横向土的横向变形增加。但形增加。但该阶段微裂段微裂缝的的发展是展是

11、稳定的。定的。混凝土在混凝土在结硬硬过程中，程中，由于水泥石的收由于水泥石的收缩、骨、骨料下沉以及温度料下沉以及温度变化等化等原因，在骨料和水泥石原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂的界面上形成很多微裂缝，成，成为混凝土中的薄混凝土中的薄弱部位。混凝土的最弱部位。混凝土的最终破坏就是由于破坏就是由于这些微裂些微裂缝的的发展造成的。展造成的。达到达到B点，内部一些微裂点，内部一些微裂缝相互相互连通，裂通，裂缝发展展已不已不稳定，横向定，横向变形突形突然增大，体然增大，体积应变开始开始由由压缩转为增加。在此增加。在此应力的力的长期作用下，裂期作用下，裂缝会持会持续发展最展最终导致致破坏。取破坏

12、。取B点的点的应力作力作为混凝土的混凝土的长期抗期抗压强度。度。普通普通强度混凝土度混凝土s sB约为0.8fc，高，高强强度混凝土度混凝土s sB可达可达0.95fc以上。以上。达到达到C点点fc，内部微裂，内部微裂缝连通形成破坏面，通形成破坏面，应变增增长速度明速度明显加快，加快，C点的点的纵向向应变值称称为峰峰值应变 e e 0，约为0.002。纵向向应变发展达到展达到D点，点，内部裂内部裂缝在在试件表面出件表面出现第一条可第一条可见平行于受平行于受力方向的力方向的纵向裂向裂缝。随随应变增增长，试件上相件上相继出出现多条不多条不连续的的纵向裂向裂缝，横向，横向变形急形急剧发展，承展，承载

13、力明力明显下降，下降，混凝土骨料与砂混凝土骨料与砂浆的粘的粘结不断遭到破，裂不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。通形成斜向破坏面。E点的点的应变e e = (23) e e 0，应力力s s = (0.40.6) fc。西南科技大学结构力学剖析不同强度混凝土的应力-应变关系曲线强度等度等级越高，越高，线弹性段性段越越长，峰，峰值应变也有所增也有所增大。但高大。但高强混凝土中，砂混凝土中，砂浆与骨料的粘与骨料的粘结很很强，密，密实性好，微裂性好，微裂缝很少，最很少，最后的破坏往往是骨料破坏，后的破坏往往是骨料破坏，破坏破坏时脆性越脆性越显著，下降著，下降段越陡。段越陡。西南科技大学结构力学剖析H

14、ognestad建建议的的应力力-应变曲曲线西南科技大学结构力学剖析规范范应力力-应变关系关系上升段：下降段：规范混凝土应力-应变曲线参数fcuC50C60C70C80n21.831.671.5e00.0020.002050.00210.00215eu0.00330.00320.00310.0030 0.001 0.002 0.003 0.004 fcfc西南科技大学结构力学剖析（2 2）混凝土的）混凝土的变形模量形模量弹性模量性模量变形模量形模量切切线模量模量西南科技大学结构力学剖析混凝土弹性模量可按下式计算西南科技大学结构力学剖析2、荷载在长期作用下的变形性能 混凝土在荷混凝土在荷载的的长

15、期作用下，其期作用下，其变形随形随时间而不断增而不断增长的的现象称象称为徐徐变。 徐徐变对混凝土混凝土结构和构件的工作性能有很大影响。由于混构和构件的工作性能有很大影响。由于混凝土的徐凝土的徐变，会使构件的，会使构件的变形增加，在形增加，在钢筋混凝土截面中引起筋混凝土截面中引起应力重分布，在力重分布，在预应力混凝土力混凝土结构中会造成构中会造成预应力的力的损失。失。 混凝土的徐混凝土的徐变特性主要与特性主要与时间参数有关。参数有关。西南科技大学结构力学剖析 在在应力（力（0.5fc）作用瞬）作用瞬间，首先，首先产生瞬生瞬时弹性性应变e eel（= s si/Ec(t0)，t0加荷加荷时的的龄期

16、）。期）。 随荷随荷载作用作用时间的延的延续，变形不断增形不断增长，前，前4个月徐个月徐变增增长较快，快，6个月可达最个月可达最终徐徐变的（的（7080）%，以后增，以后增长逐逐渐缓慢，慢，23年后年后趋于于稳定。定。西南科技大学结构力学剖析 记(t- -t0)时间后后的的总应变为e e c(t, ,t0)，此此时混混凝凝土土的的收收缩应变为e esh(t，t0)，则徐徐变为，e ecr (t, ,t0) = e ec(t, ,t0)- - e e c(t0)- - e esh(t, ,t0)= e ec(t, ,t0)- - e eel- - e esh(t, ,t0)西南科技大学结构力学剖

17、析如在如在时间t 卸卸载，则会会产生瞬生瞬时弹性恢复性恢复应变e eel。由于混凝土。由于混凝土弹性模量随性模量随时间增大，故增大，故弹性恢复性恢复应变e eel小于加小于加载时的瞬的瞬时弹性性应变 e eel。再。再经过一段一段时间后，后，还有一部分有一部分应变e eel可以恢复，可以恢复，称称为弹性后效或徐性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变e ecr西南科技大学结构力学剖析影响因素影响因素内在因素内在因素是混凝土的是混凝土的组成和配比。骨料的成和配比。骨料的刚度（度（弹性模量）越性模量）越大，体大，体积比越大，徐比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐就

18、越小。水灰比越小，徐变也越小。也越小。环境影响境影响包括养包括养护和使用条件。受荷前养和使用条件。受荷前养护的温湿度越高，水的温湿度越高，水泥水化作用月充分，徐泥水化作用月充分，徐变就越小。采用蒸汽养就越小。采用蒸汽养护可使徐可使徐变减少减少（2035）%。受荷后构件所。受荷后构件所处的的环境温度越高，相境温度越高，相对湿度越湿度越小，徐小，徐变就越大。就越大。西南科技大学结构力学剖析3、混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形） 疲疲劳强度度混凝土的疲混凝土的疲劳强度由疲度由疲劳试验测定。采用定。采用100mm100mm300mm 或着或着150mm150mm450mm的棱柱的棱柱体，把棱柱体

19、体，把棱柱体试件承受件承受200万次或其以上循万次或其以上循环荷荷载而而发生破坏生破坏的的压应力力值称称为混凝土的疲混凝土的疲劳抗抗压强度。度。 影响因素影响因素施加荷施加荷载时的的应力大小是影响力大小是影响应力力-应变曲曲线不同的不同的发展和展和变化的关化的关键因素，即混凝土的疲因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用度与重复作用时应力力变化化的幅度有关。在相同的重复次数下，疲的幅度有关。在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲度随着疲劳应力力比比值的增大而增大。的增大而增大。西南科技大学结构力学剖析混凝土在荷载重复作用下的应力-应变关系西南科技大学结构力学剖析4、混凝土的收、混凝土的收缩 混凝土在空气

20、中硬化混凝土在空气中硬化时体体积会会缩小，小，这种种现象称象称为混凝土混凝土的收的收缩。 收收缩是混凝土在不受外力情况下体是混凝土在不受外力情况下体积变化化产生的生的变形。形。 当当这种自种自发的的变形受到外部（支座）或内部（形受到外部（支座）或内部（钢筋）的筋）的约束束时，将使混凝土中，将使混凝土中产生拉生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收混凝土收缩会使会使预应力混凝土构件力混凝土构件产生生预应力力损失。失。 西南科技大学结构力学剖析 影响因素影响因素 混混凝凝土土的的收收缩受受结构构周周围的的温温度度、湿湿度度、构构件件断断面面形形状状及及尺尺寸寸、配配合合比

21、比、骨骨料料性性质、水水泥泥性性质、混混凝凝土土浇筑筑质量量及及养养护条件等条件等许多因素有关。多因素有关。（1）水水泥泥的的品品种种：水水泥泥强度度等等级越越高高，制制成成的的混混凝凝土土收收缩越越大。大。（2）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。越大。（3）骨料的性）骨料的性质：骨料：骨料弹性模量大，收性模量大，收缩就小。就小。（4）养）养护条件：在条件：在结硬硬过程中周程中周围温、湿度越大，收温、湿度越大，收缩越小。越小。（5）混凝土制作方法：混凝土越密）混凝土制作方法：混凝土越密实，收，收缩越小。越小。（6）使用）使用环境：使用境：使用

22、环境温度、湿度越大，收境温度、湿度越大，收缩越小。越小。（7）构件的体）构件的体积与表面与表面积比比值：比：比值大大时，收，收缩小。小。西南科技大学结构力学剖析2.2 钢筋的物理力学性能 2.2.1钢筋的品种和级别 热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋3D A公称直径股钢绞线量测尺寸钢绞线图2-1 常用钢筋形式刻痕钢丝螺旋肋钢丝西南科技大学结构力学剖析热轧钢筋的分筋的分类HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级屈服屈服强度度 fyk（标准准值= =钢材材废品限品限值，保，保证率率97.73%）HPB235级： fyk = 235 N/mm2HRB335级：

23、 fyk = 335 N/mm2HRB400级、RRB400级： fyk = 400 N/mm2西南科技大学结构力学剖析 HPB235级(级)钢筋多筋多为光面光面钢筋筋，多作多作为现浇楼楼板的受力板的受力钢筋和箍筋。筋和箍筋。 HRB335级(级)和 HRB400级(级)钢筋筋强度度较高，高，多多作作为钢筋混凝土构件的受力筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸筋，尺寸较大的构件，大的构件，也有用也有用级钢筋作箍筋以筋作箍筋以增增强与混凝土的粘与混凝土的粘结，外形，外形制作成月牙肋或等高肋的制作成月牙肋或等高肋的变形形钢筋筋。 RRB400级(级)钢筋筋强度太高，不适宜作度太高，不适宜作为钢筋混筋混凝土构

24、件中的配筋，一般冷拉后作凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。力筋。延伸率延伸率d d5 5=25=25、1616、1414、10%10%，直径，直径840840。西南科技大学结构力学剖析钢丝，中，中强钢丝的的强度度为8001200MPa，高，高强钢丝、钢绞线的的为 1470 1860MPa；延伸率；延伸率d10=6%，d100=3.54%；钢丝的直的直径径39mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股股和七股钢绞线，外接，外接圆直径直径9.515.2 mm。中高。中高强钢丝和和钢绞线均用于均用于预应力混凝土力混凝土结构。构。冷加工冷

25、加工钢筋筋是由是由热轧钢筋和筋和盘条条经冷拉、冷拔、冷冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加、冷扭加工后而成。冷加工的目的是工后而成。冷加工的目的是为了提高了提高钢筋的筋的强度，度，节约钢材。材。但但经冷加工后，冷加工后，钢筋的延伸率降低。近年来，冷加工筋的延伸率降低。近年来，冷加工钢筋的品筋的品种很多，种很多，应根据根据专门规程使用。程使用。热处理理钢筋筋是将是将级钢筋通筋通过加加热、淬火和回火等、淬火和回火等调质工工艺处理，使理，使强度得到度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于预应力混凝土力混凝土结构。构。西南科技大学结构力学剖析钢筋的外形筋的外形 热轧钢筋筋西

26、南科技大学结构力学剖析 预应力力钢筋筋西南科技大学结构力学剖析热轧钢筋的符号筋的符号说明明HPB235 生生产工工艺： hot rolled 表面形状：表面形状：plain 钢筋：筋：bar 屈服屈服强度度西南科技大学结构力学剖析热轧钢筋的符号筋的符号说明明HRB335 hot rolledribbed bar RRB400 remained heat treatmentribbed bar 西南科技大学结构力学剖析热轧钢筋的屈服筋的屈服强度度种种类符号符号fyf y热轧钢筋HPB 235(Q235)210210HRB 335(20MnSi)300300HRB 400(20MnSiV、20Mn

27、SiNb、20MnTi)360360RRB 400(K20MnSi) R360360西南科技大学结构力学剖析预应力力钢筋的符号筋的符号说明明钢绞线 S Strand 光面光面钢丝 P Plain 刻痕刻痕钢丝 I Indented 螺旋肋螺旋肋钢丝 H Helix 热处理理钢筋筋 HT Heat-treated 西南科技大学结构力学剖析预应力力钢筋的屈服筋的屈服强度度种种类符号符号fptkfpyfpy钢绞线13S18601320390172012201570111017186013203901720 1220消除应力钢丝光面螺旋肋PH177012504101670118015701110刻痕I

28、15701110410热处理钢筋40Si2MnHT1470104040048Si2Mn45Si2Cr西南科技大学结构力学剖析 混凝土结构设计规范2010 钢筋的物理力学性能筋的物理力学性能钢筋的种类混凝土结构中采用的钢筋有柔性柔性钢筋筋和劲性性钢筋筋两种。1 柔性钢筋图2-20 钢筋的外形（a)光圆钢筋；(b)螺旋纹钢筋；(c)人字纹钢筋；(d)月牙纹钢筋线形的普通钢筋统称为柔性钢筋，其外形有光圆和带肋两类。西南科技大学结构力学剖析2 劲性钢筋 劲性钢筋是指配置在混凝土中的各种型型钢、钢轨或者用或者用钢板板焊成的成的钢骨架骨架。劲性钢筋本身刚度很大，施工时模板及混凝土的重力可以由劲性钢筋本身来

29、承担，因此能加速并简化支模工作。配置了劲性钢筋的混凝土结构具有较大的承载能力和变形能力，常用于高层建筑的框架梁、柱以及剪力墙和筒体结构中。西南科技大学结构力学剖析国产普通钢筋 混凝土结构设计规范2010规定，用于钢筋混凝土结构的国产普通钢筋为热轧钢筋筋。热轧钢筋是低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成的软钢，其应力-应变曲线有明显的屈服点和流幅，断裂时有颈缩现象，伸长率比较大。1强度等级和牌号 国产普通钢筋按其屈服强度标准值的高低，分为4个强度等级：300MPa、335MPa、400MPa和和500MPa。西南科技大学结构力学剖析2 工程应用 混凝土结构设计规范提出了推广高强度、高性能钢筋H

30、RB400和HRB500的要求。因此，本教材的例题中，对梁、柱的纵向受力钢筋将主要采用这两种钢筋，特别是HRB400。 箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HRB335和HPB300。 光圆钢筋HPB300虽然也可用作纵向受力钢筋，因其强度较低，故主要用作箍筋。 当HRB500和HRBF500用作箍筋时，只能用于约束混凝土的间接钢筋，即螺旋箍筋或焊接环筋，见5.2.2节。 细晶粒系列HRBF钢筋、HRB500和热处理钢筋RRB400都不能用作承受疲劳作用的钢筋，这时宜采用HRB400钢筋。 工地上常把上述4个强度等级的钢筋俗称为级、级、级和级钢筋，但在施工图和正式文件中，都不应采用此俗称。

31、西南科技大学结构力学剖析s se e2.2.2 2.2.2 钢筋的筋的强度与度与变形形 有明有明显屈服点的屈服点的钢筋筋aabcdefua为比例极限oa为弹性阶段de为强化阶段b为屈服上限c为屈服下限，即屈服强度 fycd为屈服台阶e为极限抗拉强度 fu fyfef为颈缩阶段西南科技大学结构力学剖析几个指几个指标：屈服屈服强度：是度：是钢筋筋强度的度的设计依据，因依据，因为钢筋屈服后将筋屈服后将发生很大生很大的塑性的塑性变形，且卸形，且卸载时这部分部分变形不可恢复，形不可恢复，这会使会使钢筋混凝土筋混凝土构件构件产生很大的生很大的变形和不可形和不可闭合的裂合的裂缝。屈服上限与加。屈服上限与加载

32、速度有速度有关，不太关，不太稳定，一般取屈服下限作定，一般取屈服下限作为屈服屈服强度。度。延延 伸伸 率：率：钢筋拉断后的伸筋拉断后的伸长值与原与原长的比率，是反映的比率，是反映钢筋塑性筋塑性性能的指性能的指标。延伸率大的。延伸率大的钢筋，在拉断前有足筋，在拉断前有足够预兆，延性兆，延性较好。好。屈屈 强 比：反映比：反映钢筋的筋的强度度储备，fy/fu=0.60.7。西南科技大学结构力学剖析有明显屈服点钢筋的应力-应变关系一般可采用双线性的理想弹塑性关系1Es西南科技大学结构力学剖析无明无明显屈服点的屈服点的钢筋筋a点：比例极限，点：比例极限，约为0.65fua点前：点前：应力力-应变关系关

33、系为线弹性性a点后：点后：应力力-应变关系关系为非非线性，性，有一定塑性有一定塑性变形，且没有明形，且没有明显的屈的屈服点服点强度度设计指指标条件屈服点条件屈服点残余残余应变为0.2%所所对应的的应力力规范范取取s s0.2 =0.85 fu西南科技大学结构力学剖析 1）强度：要求钢筋有足够的强度和适宜的强屈比(极限强度与屈服强度的比值)。例如，对抗震等级为一、二级的框架结构，其纵向受力钢筋的实际强屈比不应小于1.25。 2）塑性：要求钢筋应有足够的变形能力。 3）可焊性：要求钢筋焊接后不产生裂缝和过大的变形，焊接接头性能良好。 4）与混凝土的粘结力：要求钢筋与混凝土之间有足够的粘结力，以保证

34、两者共同工作。2.2.3 混凝土混凝土结构构对钢筋性能的要求筋性能的要求西南科技大学结构力学剖析 钢筋的疲劳 钢筋的疲劳是指钢筋在承受重复、周期性的动荷载作用下，经过一定次数后，突然脆性断裂脆性断裂的现象。吊车梁、桥面板、轨枕等承受重复荷载的钢筋混凝土构件在正常使用期间会由于疲劳发生破坏。 钢筋疲劳断裂的原因，一般认为是由于钢筋内部和外部的缺陷，在这些薄弱处容易引起应力集中。应力过高，钢材晶粒滑移，产生疲劳裂纹，应力重复作用次数增加，裂纹扩展，从而造成断裂。因此钢筋的疲筋的疲劳强度低于其在静荷度低于其在静荷载作用下的极限作用下的极限强度度。原状钢筋的疲劳强度最低。埋置在混凝土中的钢筋的疲劳断裂

35、通常发生在纯弯段内裂缝截面附近，疲劳强度稍高。 钢筋的疲劳试验有两种方法：一种是直接进行单根原状钢筋轴拉试验；另一种是将钢筋埋入混凝土中使其重复受拉或受弯的试验。由于影响钢筋疲劳强度的因素很多，钢筋疲劳强度试验结果是很分散的。我国采用直接做单根钢筋轴拉试验的方法。西南科技大学结构力学剖析 混凝土结构对钢筋性能的要求 钢钢筋的筋的筋的筋的强强度度度度 钢钢筋的延性筋的延性筋的延性筋的延性 钢钢筋的可筋的可筋的可筋的可焊焊性性性性 机械机械机械机械连连接性能接性能接性能接性能 施工适施工适施工适施工适应应性性性性 钢钢筋与混凝土的粘筋与混凝土的粘筋与混凝土的粘筋与混凝土的粘结结力力力力西南科技大学

36、结构力学剖析2.3 2.3 混凝土与混凝土与钢筋的粘筋的粘结2.3.1粘粘结的意的意义粘粘结和和锚固是固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作筋和混凝土形成整体、共同工作的基的基础钢筋与混凝土之间粘结应力示意图（a）锚固粘结应力 （b）裂缝间的局部粘结应力(a)(b)西南科技大学结构力学剖析2.3.2粘粘结力的力的组成成光光圆钢筋与筋与变形形钢筋具有不同的粘筋具有不同的粘结机理，其粘机理，其粘结作用主要由三部分作用主要由三部分组成：成：（）（）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力）力）（）混凝土收（）混凝土收缩握裹握裹钢筋而筋而产生的摩阻力。（摩阻生的摩

37、阻力。（摩阻力）力）（）（）钢筋表面凹凸不平与混凝土之筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬生的机械咬合作用力（咬合力）。合作用力（咬合力）。西南科技大学结构力学剖析变形形钢筋与混凝土之筋与混凝土之间的机械咬合作用主要是的机械咬合作用主要是由于由于变形形钢筋肋筋肋间嵌入混凝土而嵌入混凝土而产生的。生的。变形钢筋和混凝土的机械咬合作用西南科技大学结构力学剖析 带肋肋钢筋的横肋筋的横肋对混凝土的混凝土的挤压如同一个楔，会如同一个楔，会产生很生很大的机械咬合力。大的机械咬合力。带肋肋钢筋与混凝土之筋与混凝土之间的的这种机械咬合作种机械咬合作用，改用，改变了了钢筋与混凝土筋与混凝土间相互作用的方式，相

38、互作用的方式，显著提高了粘著提高了粘结强度。度。图2-25给出了出了带肋肋钢筋筋对周周围混凝土的斜向混凝土的斜向挤压力力从而使得周从而使得周围混凝土混凝土产生内裂生内裂缝的示意的示意图。图2-25 带肋钢筋周围混凝土的内裂缝 光光圆钢筋的粘筋的粘结机理与机理与带肋肋钢筋的主要差筋的主要差别是，光是，光圆钢筋的粘筋的粘结力主要来自胶力主要来自胶结力和摩阻力，而力和摩阻力，而带肋肋钢筋的粘筋的粘结力主要来自机械力主要来自机械咬合作用。咬合作用。西南科技大学结构力学剖析2.3.3粘粘结强度度测试测试西南科技大学结构力学剖析计计算公式算公式式中式中N钢筋的拉力；筋的拉力；钢筋的直径；筋的直径；粘粘结的

39、的长度。度。西南科技大学结构力学剖析2.3.4影响粘影响粘结的因素的因素影响影响钢筋与混凝土粘筋与混凝土粘结强度的因素很多，主要有度的因素很多，主要有混凝土混凝土强度、保度、保护层厚度及厚度及钢筋筋净间距、横向配距、横向配筋及筋及侧向向压应力，以及力，以及浇筑混凝土筑混凝土时钢筋的位置筋的位置等。等。. .光光圆钢筋及筋及变形形钢筋的粘筋的粘结强度都随混凝土度都随混凝土强度等度等级的提高而提高，但不与立方体的提高而提高，但不与立方体强度成正比。度成正比。. .变形形钢筋能筋能够提高粘提高粘结强度。度。. .钢筋筋间的的净距距对粘粘结强度也有重要影响。度也有重要影响。西南科技大学结构力学剖析.

40、.横向横向钢筋可以限制混凝土内部裂筋可以限制混凝土内部裂缝的的发展，提展，提高粘高粘结强度。度。. .在直接支撑的支座在直接支撑的支座处，横向，横向压应力力约束了混凝束了混凝土的横向土的横向变形，可以提高粘形，可以提高粘结强度。度。. .浇筑混凝土筑混凝土时钢筋所筋所处的位置也会影响粘的位置也会影响粘结强度。度。西南科技大学结构力学剖析2.3.5钢筋的筋的锚固与搭接固与搭接保保证证粘粘结结的构造措施的构造措施(1)对不同等不同等级的混凝土和的混凝土和钢筋，要保筋，要保证最小搭接最小搭接长度度和和锚固固长度；度；(2)为了保了保证混凝土与混凝土与钢筋之筋之间有足有足够的粘的粘结，必，必须满足足钢

41、筋最小筋最小间距和混凝土保距和混凝土保护层最小厚度的要求；最小厚度的要求；(3)在在钢筋的搭接接筋的搭接接头内内应加密箍筋；加密箍筋；(4)为了保了保证足足够的粘的粘结在在钢筋端部筋端部应设置弯置弯钩；(5)对大深度混凝土构件大深度混凝土构件应分分层浇筑或二次筑或二次浇捣；(6)一般除重一般除重锈钢筋外，可不必除筋外，可不必除锈。西南科技大学结构力学剖析基本基本锚锚固固长长度度钢钢筋的基本筋的基本筋的基本筋的基本锚锚固固固固长长度取决于度取决于度取决于度取决于钢钢筋的筋的筋的筋的强强度及混凝土度及混凝土度及混凝土度及混凝土抗拉抗拉抗拉抗拉强强度，并与度，并与度，并与度，并与钢钢筋的外形有关。筋

42、的外形有关。筋的外形有关。筋的外形有关。规规范范范范规规定定定定纵纵向受拉向受拉向受拉向受拉钢钢筋的筋的筋的筋的锚锚固固固固长长度作度作度作度作为钢为钢筋的基本筋的基本筋的基本筋的基本锚锚固固固固长长度，其度，其度，其度，其计计算公式算公式算公式算公式为为：西南科技大学结构力学剖析钢钢筋的搭接筋的搭接钢钢筋搭接的原筋搭接的原则则是：接是：接头应设头应设置在受力置在受力较较小小处处，同一根同一根钢钢筋上筋上应应尽量少尽量少设设接接头头，机械，机械连连接接接接头头能能产产生生较较牢固的牢固的连连接力，接力，应优应优先采用机械先采用机械连连接。接。受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度计算公式：式中，为受拉钢筋搭接长度修正系数，它与同一连接区内搭接钢筋的截面面积有关，详见规范。西南科技大学结构力学剖析