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1、混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理Design Principle for Concrete Structure菇苑贝食疤夫食汛钦明帐象守精晴傲智初乎骋脖的掩视慑峦逝请模鞘以枪【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章第二章 混凝土结构材料的混凝土结构材料的物理力学性能物理力学性能护偿扮综猖卵售悲宁甫葫兽团住养鸟须摸砰权凌蒂尸澄罐雪肺吐渴桔锡循【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性能2.1.1混凝土的组成结构混凝土的组成结构通常把混凝土的结构分为三种类型：通常把混
2、凝土的结构分为三种类型：.微观结构：微观结构：也即水泥石结构，包括水泥凝胶、晶体骨架、未也即水泥石结构，包括水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成。水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成。.亚微观结构：亚微观结构：即混凝土中的水泥砂浆结构。即混凝土中的水泥砂浆结构。.宏观结构：宏观结构：即砂浆和粗骨料两组分体系。即砂浆和粗骨料两组分体系。注意：注意：1.骨料的分布及骨料与基相之间在界面的结合强度是影响骨料的分布及骨料与基相之间在界面的结合强度是影响混凝土强度的重要因素；混凝土强度的重要因素；2.在荷载的作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有在荷载的作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着
3、极为重要的影响。着极为重要的影响。泌腆丹如凯妊膝字夹伟成士碑泉咙妓闸单莱酱暴胎叶评洛几惯饱漳瑶裂记【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2.1.2单轴应力状态下的混凝土强度单轴应力状态下的混凝土强度 混凝土结构中，主要是利用它的混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度抗压强度。因此抗压强度是。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的2.1 混凝土的物理力学性能（1 1）单向受力状态下混凝土的强度）单向受力状态下混
4、凝土的强度 1）立方体抗压强度）立方体抗压强度：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28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。郊抚泞琢向热宏么巧蜡移栈计挤屁阵驳寸恼垒驱肠淹榜俐鹏赦轩绝彤嚏袖【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理232 2）轴心抗压强度）轴心抗压强度 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
5、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，规定轴心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系为：2.1 混凝土的物理力学性能兆帕挪召柠掳棵各逐瞧鸭蝎从概淫涌锰不痔脾粟翰光坤炭樱吓辙紊哈衷驼【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23 式中： k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。k2为高强混凝土的脆性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87
6、，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。2.1 混凝土的物理力学性能箔锁击瘴恢潭避尤挡室彬农湃挠怪碑意椽拔碗壳未蒜拳祈谊哟某琴矿榔恒【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理233 3）轴心抗拉强度）轴心抗拉强度 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接测试混凝土的轴心抗拉强度。2.1 混凝土的物理力学性能劈拉试验FaF拉压压闹纠碾擂留弟戳李信着毯哼辐那瞅魁顶爽交设来浸掺撤分玻鲤追烩蹲湖谱【
7、精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土的物理力学性能 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：混凝土轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系斟睛叔挞拌乞俭榴克性钮孤坎恐谢诊睹船代丰灰郁代任悯透蘸敷摹释江稿【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23 在平面应力状态下，当两方向应力均为压应力时，抗压强度相互提高，最大可增加27，而当一方向为压应力，另一方向为拉应力时，强度相互降低。 当压应力不太高时，其存在可提高混凝土的抗剪强度，拉应力的存在会降低混凝土的抗剪强度。剪应力的存在降低混凝土
8、的抗压和抗拉强度。 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； 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。 （3 3）复合受力状态下混凝土的强度）复合受力状态下混凝土的强度陌娄驶靡味靶栈燃鸦秆下凭采休触们社悯愧泅吃翰盐饥绸妄夕袭钳岸吗裤【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1.3复杂应力下混凝土的受力性能双轴应力状态双轴应力状态实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于实际结构中，混凝土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
9、状态。受力状态。双向受压强度大于单向受双向受压强度大于单向受压强度，最大受压强度发压强度，最大受压强度发生在两个压应力之比为生在两个压应力之比为0.3 0.6之间，约之间，约(1.251.60 )fc。双轴受压状态下混凝。双轴受压状态下混凝土的应力土的应力-应变关系与单轴应变关系与单轴受压曲线相似，但峰值应受压曲线相似，但峰值应变均超过单轴受压时的峰变均超过单轴受压时的峰值应变。值应变。2.1 混凝土的物理力学性能羡歉灸庚琴痴按冕巷猾漱赛硕恨屎晓微颗奉荚贤胃鼎紊剁笑蚜异百钱凑冀【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能在一轴受压一轴受拉状态在一轴
10、受压一轴受拉状态下，任意应力比情况下均下，任意应力比情况下均不超过其相应单轴强度。不超过其相应单轴强度。并且抗压强度或抗拉强度并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小。应力的增加而减小。双轴应力状态双轴应力状态2.1 混凝土的物理力学性能实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于实际结构中，混凝土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。2.1.3复杂应力下混凝土的受力性能陵纵软讹小爬襟懈私彤淋咖灵针饱产淆桔吉祥嘶耿已歇杠歌掂译亏柜颐祥【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混
11、凝土的材料性能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 和正应力和正应力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。混凝土的抗剪强度：混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小随拉应力增大而减小 随压应力增大而增大随压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，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。力的增大而减小。2.1 混凝土的物理力学性能楔旋血命喷疾姑雄吗闽洛肚蹲咀汞恋端哩洪钎猴末边妻消烁睬穴云迅枉棠【精品】混凝土结构设计
12、原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能三轴应力状态三轴应力状态三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。采用圆柱体在等侧压条件进行。2.1 混凝土的物理力学性能由试验得到的经验公式为由试验得到的经验公式为: 式中式中 被约束混凝土的轴心抗压强度；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；非约束混凝土的轴心抗压强度； 侧向约束压应力。侧向约束压应力。
13、侧向压应力的存在还可提高混凝土的延性。侧向压应力的存在还可提高混凝土的延性。 吉半真踞菏受辅肯颁匣虏剁嚷恶樟祭串哮砷挺渠棕纬茵袄埂凳垣栈吨切亡【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2.1.42.1.4混凝土的变形混凝土的变形1、单轴受压应力、单轴受压应力-应变关系应变关系 混凝土单轴受力时的应力混凝土单轴受力时的应力-应变关系反映了混凝土受力全过应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学特征程的重要力学特征,是分析混凝土构件应力、建立承载力和变形是分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行非线性分析
14、的基础。计算理论的必要依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。 混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试件来应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定。测定。 在普通试验机上采用在普通试验机上采用等应力速度等应力速度加载，达到轴心抗压加载，达到轴心抗压强度强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲应变曲线的线的上升段上升段。 采用采用等应变速度等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一加载，或在试件旁附设高
15、弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力-应变应变曲线的曲线的下降段下降段。2.1 混凝土的物理力学性能墟所尉褪涵孩独顾器橱裴吁贩泉讳景集撑亨捅到阻鞍贪未匀布翻央脱溯队【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2.1 混凝土的物理力学性能惟耍厚敷孵味拴樱潘建轩矗怔潘盏眯堤摈箩增挨汞狞羚凿锥姬皖总簿兼拯【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理2302468102030s(MPa)e 10-3第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土BACEDA点
16、以前点以前，微裂缝没有，微裂缝没有明显发展，混凝土的变明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通的提高而增加，对普通强度混凝土强度混凝土s sA约为约为 (0.30.4)fc ，对高强，对高强混凝土混凝土s sA可达可达(0.50.7)fc。A点以后点以后，由于微裂缝，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增部分塑性变形，应变增长开始加快，应力长开始加快，应力-应应变曲线逐渐偏离直线。变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的
17、发展导致混凝微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是该阶段微裂缝的发展是稳定的。稳定的。混凝土在结硬过程中，混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等料下沉以及温度变化等原因，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，成为混凝土中的薄缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。缝的发展造成的。达到达到B点，内部一些微点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形展已不稳定，横向变形突
18、然增大，体积应变开突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导裂缝会持续发展最终导致破坏。取致破坏。取B点的应力点的应力作为混凝土的长期抗压作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土强度。普通强度混凝土s sB约为约为0.8fc，高强强度混，高强强度混凝土凝土s sB可达可达0.95fc以上。以上。达到达到C点点fc，内部微裂缝，内部微裂缝连通形成破坏面，应变连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰点的纵向应变值称为峰值应变值应变 e e 0，约为，约为0.002。纵向应变发展达到纵
19、向应变发展达到D点，点，内部裂缝在试件表面出内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。力方向的纵向裂缝。随应变增长，试件上相随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。通形成斜向破坏面。E点的应变点的应变e e = (23) e e 0，应力应力s s = (0.40.6) fc。2.1 混凝土的物理力学性能拓也香语探练衬伦挫乒夹芍至几奥炼墩赂拳古瞩煌稍驳松崔画慷
20、旨杆儡辛【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土不同强度混凝土的应力-应变关系曲线强度等级越高，线弹性段强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降破坏时脆性越显著，下降段越陡。段越陡。2.1 混凝土的物理力学性能拦扯阐起湃查铁狞碾糯狗法痛侦蓉呛掣凸哟所董唆胞储丢弦锋捅猖鸟扮国【精品】混凝土结构设计原理23【精
21、品】混凝土结构设计原理232.1 混凝土第二章 钢筋和混凝土的材料性能Hognestad建议的应力建议的应力-应变曲线应变曲线2.1 混凝土的物理力学性能央颂父尘迟鲍啪抽厨裳惜沉闹孵孙匀隅泊晦绪拔霖僳设枣惟充惰汤辙膊裙【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能规范应力规范应力-应变关系应变关系上升段：下降段：2.1 混凝土2.1 混凝土的物理力学性能僳鸽后檬靛慕上婶丈做诧奖墙鸣摊绎影渊鲤磨箍置葛炊甩疼皋佛互符空忘【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2 2、混凝土的变形模量、混凝土的变形模量弹性
22、模量弹性模量变形模量变形模量切线模量切线模量2.1 混凝土2.1 混凝土的物理力学性能疫廖侵猫狰替饮昼饭馆练啥枝厦捎梳渠迷累涩戚撕账拙乘苇缉跑贝囊犀僚【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能弹性模量测定方法2.1 混凝土2.1 混凝土的物理力学性能唬扼虑秸拳酬坡谎乘怀窝啃硫拇传剿讣昨华亦创谋拌赤浴吕逊辱奢临蝇滦【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2.1.52.1.5混凝土的收缩和徐变混凝土的收缩和徐变1、混凝土的收缩、混凝土的收缩 混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混
23、凝土混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。的收缩。 收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。 当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。 2.1 混凝土的物理力学性能淳魔凰压租宋酚灼镁掩淳膏灌琢钳茅供檬穗普命芭腿郧荤澈虱享仇掩挛曙【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混
24、凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 影响因素影响因素 混混凝凝土土的的收收缩缩受受结结构构周周围围的的温温度度、湿湿度度、构构件件断断面面形形状状及及尺尺寸寸、配配合合比比、骨骨料料性性质质、水水泥泥性性质质、混混凝凝土土浇浇筑筑质质量量及及养养护护条件等许多因素有关。条件等许多因素有关。（1）水水泥泥的的品品种种：水水泥泥强强度度等等级级越越高高，制制成成的的混混凝凝土土收收缩缩越越大。大。（2）水泥的用量：）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。（3）骨料的性质：）骨料的性质：骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。骨料弹性
25、模量高、级配好，收缩就小。（4）养护条件：）养护条件：干燥失水及高温环境，收缩大。干燥失水及高温环境，收缩大。（5）混凝土制作方法：）混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。混凝土越密实，收缩越小。（6）使用环境：）使用环境：使用环境温度、湿度越大，收缩越小。使用环境温度、湿度越大，收缩越小。（7）构件的体积与表面积比值：）构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。比值大时，收缩小。2.1 混凝土的物理力学性能黑躬痹外渭诞活枕巫仇泊连会斤柱场急诞讽炬芭拿综幕裕音理违帆新铬晚【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2、混凝土的徐变
26、混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。现象称为徐变。 徐变对混凝土结构和构件的工作性能有很大影响。由于混徐变对混凝土结构和构件的工作性能有很大影响。由于混凝土的徐变，会使构件的变形增加，在钢筋混凝土截面中引起凝土的徐变，会使构件的变形增加，在钢筋混凝土截面中引起应力重分布，在预应力混凝土结构中会造成预应力的损失。应力重分布，在预应力混凝土结构中会造成预应力的损失。 混凝土的徐变特性主要与时间参数有关。混凝土的徐变特性主要与时间参数有关。2.1 混凝土的物理力学性能翻熏穗腮噶厌甩窜锭曾炒刃扩吱注努赦厄雅黔丽师专浆妆翻组烃
27、啪特言殖【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 在应力（在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变弹性应变e eel（= s si/Ec(t0)，t0加荷时的龄期）。加荷时的龄期）。 随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增个月徐变增长较快，长较快，6个月可达最终徐变的（个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓，以后增长逐渐缓慢，慢，23年后趋于稳定。年后趋于稳定。2.1 混凝土的物理力学性能秀炳痈详码谋旁趴惋稠哑碉装窖恕捡滞购绷规颗食挥慢吓
28、瑶庐救瞥般曰赐【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 记记(t- -t0)时时间间后后的的总总应应变变为为e e c(t, ,t0)，此此时时混混凝凝土土的的收收缩缩应应变变为为e esh(t，t0)，则徐变为，则徐变为，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)2.1 混凝土的物理力学性能眠甫脊黄攘浪旺攀堂碳毒宽搭损揭血徊疼计艘词揩迢僳首籽祈及呵瘴剖钵【精品】混凝土结构设计
29、原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土如在时间如在时间t 卸载，则会产生卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变瞬时弹性恢复应变e eel。由于混凝土。由于混凝土弹性模量随时间增大，故弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变弹性恢复应变e eel小于加载时的小于加载时的瞬时弹瞬时弹性应变性应变 e eel。再经过一段时间后，还有一部分应变。再经过一段时间后，还有一部分应变e eel可以恢复，可以恢复，称为称为弹性后效弹性后效或或徐变恢复徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变，但仍有不可恢复的残留永久应变e ecr2.1 混凝土的物理力学性能目对棍纯顺枫曰炒掸风呕磐矣
30、仅鲁诌烤瞧彤垮罗夷融过煎较箍姆厢抒拼蚁【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土影响因素影响因素内在因素内在因素是混凝土的组成和配比。骨料是混凝土的组成和配比。骨料(aggregate)的刚度（弹的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。也越小。环境影响环境影响包括养护和使用条件。受荷前养护包括养护和使用条件。受荷前养护(curing)的温湿度的温湿度越高，水泥水化作用月充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使越高，水泥水化作用月充分，徐变就越小。采用蒸汽
31、养护可使徐变减少（徐变减少（2035）%。受荷后构件所处的环境温度越高，相对。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。湿度越小，徐变就越大。2.1 混凝土的物理力学性能挂节蒜隆怂霍腊夜宦儒彝捆狭圈锣陡厦氮惠悔毫须避雄亚赖黔社春新城泞【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土3、混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形） 疲劳强度疲劳强度混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用100mm100mm300mm 或着或着150mm150mm450mm的棱柱的棱柱体，把棱柱体试件承受体，把棱柱体
32、试件承受200万次或其以上循环荷载而发生破坏万次或其以上循环荷载而发生破坏的压应力值称为的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度混凝土的疲劳抗压强度。 影响因素影响因素施加荷载时的应力大小是影响应力施加荷载时的应力大小是影响应力-应变曲线不同的发展和变应变曲线不同的发展和变化的关键因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化化的关键因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度有关。的幅度有关。在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力比值的增大而增大。比值的增大而增大。2.1 混凝土的物理力学性能斜顷狰帆对怠腾骂呛射失负拽搐韭涎霞灌申酪糯翅牛嚼浴蜡幼午挚像
33、旬挽【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土混凝土在荷载重复作用下的应力-应变关系2.1 混凝土的物理力学性能乌溉侩缝椰匪钟旺烷德折纱盼叹滓似录憎婿宅汹昏澜先丘处芭耶症吁豺芯【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢筋2.2 钢 筋 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页骋缘铸前磺腐涨哗谱闺闸抖痪蚤卓躇壬乱惶颅抄腰办卷毒卜揣骇踞暂察【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢
34、 筋热轧钢筋的分类热轧钢筋的分类HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级屈服强度屈服强度 fyk（标准值标准值= =钢材废品限值，保证率钢材废品限值，保证率97.73%）HPB235级： fyk = 235 N/mm2HRB335级： fyk = 335 N/mm2HRB400级、RRB400级： fyk = 400 N/mm2氟交叛臻溪传天烦赶知冗火言镀囤彭埠蒸慑猴遗柠逮咎盈氯它费饰漫驹缺【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋 HPB235级(级)钢筋钢筋多为光面钢筋多为光面钢筋，多作为现浇楼多作为现浇楼
35、板的受力钢筋和箍筋。板的受力钢筋和箍筋。 HRB335级(级)和 HRB400级(级)钢筋钢筋强度较高，强度较高，多多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用也有用级钢筋作箍筋以级钢筋作箍筋以增强与混凝土的粘结，外形增强与混凝土的粘结，外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋。 RRB400级(级)钢筋钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。一般冷拉后作预应力筋。延伸率延伸率d d5 5= =25、16、14、10%，直径直径840。平笔壹
36、莆弓苟悼皖封摹惮旦成赴缓戮狭理嘱秦三氛望韭哇限必鄙尔臼撑耕【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢筋钢丝钢丝，中强钢丝的强度为中强钢丝的强度为8001200MPa，高强钢丝、钢绞线的，高强钢丝、钢绞线的为为 1470 1860MPa；延伸率延伸率d10=6%，d100=3.54%；钢丝的直；钢丝的直径径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、三股和七股钢绞线，外接圆直径股和七股钢绞线，外接圆直径9.515.2 mm。中高强钢丝和钢。中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。绞线均用
37、于预应力混凝土结构。冷加工钢筋冷加工钢筋是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。近年来，冷加工钢筋的品近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。种很多，应根据专门规程使用。热处理钢筋热处理钢筋是将是将级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于预理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低
38、不多。用于预应力混凝土结构。应力混凝土结构。述领憎踊戴蜡兆浆豺擂马撼键绳瓢拇蔚语胖令脱片肤觅榷康滓蔑啥鸣霍贴【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23s se e第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢筋2.2.2 2.2.2 钢筋的强度与变形钢筋的强度与变形 有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋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为颈缩阶段啦夸诵俏霖喳寒叭盲坷霞勾挺附诚篷馅烃拈垣甚掀视莆辅赂呐东直棕技励【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二
39、章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢筋几个指标：几个指标：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，因为钢筋屈服后将发生很大，因为钢筋屈服后将发生很大的塑性变形，且卸载时这部分变形的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复不可恢复，这会使钢筋混凝土，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。延延 伸伸 率率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比率，是反映钢筋塑性：钢筋拉断后的伸长值与原长的比率，是反映钢筋塑性性能的指标。
40、延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。屈屈 强强 比：比：反映钢筋的强度储备，反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.60.7。播掇立凿春梭娘瞥娩楚被厩邻笨渭辛民劫诀泊舵捣思痊褥地盖娱髓疙重疹【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢筋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铝枯铭兄黍鸭东摊蚌帖洞旦种在谈棺辖狭喳舌子樟琴茸饱效育矢讣索贝移【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢筋无明显屈
41、服点的钢筋无明显屈服点的钢筋a点：比例极限，约为点：比例极限，约为0.65fua点前：应力点前：应力-应变关系为线弹性应变关系为线弹性a点后：应力点后：应力-应变关系为非线性，应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈有一定塑性变形，且没有明显的屈服点服点强度设计指标强度设计指标条件屈服点条件屈服点残余应变为残余应变为0.2%所对应的应力所对应的应力规范取规范取s s0.2 =0.85 fu筛灭矫攻唬自宏穆挚妻帘隧梢帝讳砷逃汤撮横需像砖浊暇帚纱痔漆疙管握【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢筋 1）强度：要求钢筋有足够的强度和
42、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，以保证两者共同工作。2.2.3 混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求康义舶翰臭厌匡杏赔邀枉葱枪先攀帘岸玛父聚碴设净充裔河须型趁鹅匡绍【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与
43、钢筋的粘结2.3.1粘结的意义粘结的意义粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础作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拎睡郡技酱喳幻导乏岂恩镜例损持沟叠坚洒筋军肛羽峰柜瓤魂卵继推就烽【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结2.3.2粘结力的形成粘结力的形成光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理，其光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理，其粘结作用主要由三部分组成：粘结作用主要由三
44、部分组成：（）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力）。一般很小，仅在受力阶段的局部（胶结力）。一般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，无滑移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，该力即消失。该力即消失。（）混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。（）混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。（）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机（）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力（咬合力）。对于光圆钢筋，这械咬合作用力（咬合力）。对于光圆钢筋，这种咬合力来自于表面的粗糙不平。种咬合力来自于表面的粗糙不平。轴鸭碧斯湾贸剃街消榷睁章澎
45、慨辐迈仙瘸磅碎堵钦己幸蛋绕饮笑屯畏痴搽【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结变形钢筋与混凝土之间的机械咬合作用主要是变形钢筋与混凝土之间的机械咬合作用主要是由于变形钢筋肋间嵌入混凝土而产生的。由于变形钢筋肋间嵌入混凝土而产生的。变形钢筋和混凝土的机械咬合作用鹤阑冬捧厚藏寄埠榜阿姬表日略邓粟混讳乙尽茹础佣湍牢苟纽虏刨守漱雾【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘
46、结混凝土与钢筋的粘结2.3.3粘结强度粘结强度测试测试短佳晨牢摸口榨耘楔缔柑捕将饭议桔纸咽斩哗茬驮蜀刮嘶腺要氢咖符弹摄【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结计算公式计算公式式中式中N钢筋的拉力；钢筋的拉力；钢筋的直径；钢筋的直径；粘结的长度。粘结的长度。书瘦肝仑悉峭萄仆意侵租务汰瘪崩征矗郁纲怀殉酗默罪勉呈钎跳办炸临攀【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混
47、凝土与钢筋的粘结不同强度混凝土的粘结应力和相对滑移的关系不同强度混凝土的粘结应力和相对滑移的关系尺解舍汉琅挽憎阶动玖剐涧贱移食味誓婉匣红令安荐蔼侣曰钩缸蓟苦羊鹊【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结2.3.4影响粘结的因素影响粘结的因素影响钢筋与混凝土粘结强度的因素很多，主要有影响钢筋与混凝土粘结强度的因素很多，主要有混凝土强度混凝土强度、保护层厚度保护层厚度及及钢筋净间距钢筋净间距、横向配横向配筋筋及及侧向压应力侧向压应力，以及，以及浇筑混凝土时钢筋的位置浇筑混凝
48、土时钢筋的位置等。等。. .光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度都随混凝土强光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度都随混凝土强度等级的提高而提高，但不与立方体强度成正比。度等级的提高而提高，但不与立方体强度成正比。. .变形钢筋能够提高粘结强度。变形钢筋能够提高粘结强度。. .钢筋间的净距对粘结强度也有重要影响。钢筋间的净距对粘结强度也有重要影响。裳对段畜栽匀茂纹砧站惶咨侗畔幼子胳齐瓮正扭酷魂嘲凝挺战瞻赔峻战拙【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结2.3.4影响粘结的因素影响粘结的因
49、素. .横向钢筋可以限制混凝土内部裂缝的发展，提横向钢筋可以限制混凝土内部裂缝的发展，提高粘结强度。高粘结强度。. .在直接支撑的支座处，横向压应力约束了混凝在直接支撑的支座处，横向压应力约束了混凝土的横向变形，可以提高粘结强度。土的横向变形，可以提高粘结强度。. .浇筑混凝土时钢筋所处的位置也会影响粘结强浇筑混凝土时钢筋所处的位置也会影响粘结强度。度。评羔屈赏邀畏臣杜裁遵痒肾遗骇厨狈播代乔朴胶耕赔撤琵宰绩棉碳械套决【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结2.3.5钢
50、筋的锚固与搭接钢筋的锚固与搭接保证粘结的构造措施保证粘结的构造措施(1)对不同等级的混凝土和钢筋，要保证最小搭接长度对不同等级的混凝土和钢筋，要保证最小搭接长度和锚固长度；和锚固长度；(2)为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结，必须满为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结，必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求；足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求；(3)在钢筋的搭接接头内应加密箍筋；在钢筋的搭接接头内应加密箍筋；(4)为了保证足够的粘结在钢筋端部应设置弯钩；为了保证足够的粘结在钢筋端部应设置弯钩；(5)对大深度混凝土构件应分层浇筑或二次浇捣；对大深度混凝土构件应分层浇筑或二次浇
51、捣；(6)一般除重锈钢筋外，可不必除锈。一般除重锈钢筋外，可不必除锈。找筏返羞鲜浦肃堪饥奴笆渣铺辜锹虚泳薄膜步饭象镍郑赞糟惫晕鹊娩盅彩【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结钢筋的搭接钢筋的搭接钢筋搭接的原则是：接头应设置在受力较小处，钢筋搭接的原则是：接头应设置在受力较小处，同一根钢筋上应尽量少设接头，机械连接接头能同一根钢筋上应尽量少设接头，机械连接接头能产生较牢固的连接力，应优先采用机械连接。产生较牢固的连接力，应优先采用机械连接。受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度
52、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。呻誓擅屎侄枣胜鳞牡绝芦蛙涝考屏洁仿哄鹤吭败挽蒋炎务哥淡孜菠蜘置腾【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结基本锚固长度基本锚固长度钢筋的基本锚固长度取决于钢筋的强度及混凝土钢筋的基本锚固长度取决于钢筋的强度及混凝土钢筋的基本锚固长度取决于钢筋的强度及混凝土钢筋的基本锚固长度取决于钢筋的强度及混凝土抗拉强度，并与钢筋的外形有关。规范规定抗拉强度，并与钢筋的外形有关。规范规定抗拉强
53、度，并与钢筋的外形有关。规范规定抗拉强度，并与钢筋的外形有关。规范规定纵向受拉钢筋的锚固长度作为钢筋的基本锚固长纵向受拉钢筋的锚固长度作为钢筋的基本锚固长纵向受拉钢筋的锚固长度作为钢筋的基本锚固长纵向受拉钢筋的锚固长度作为钢筋的基本锚固长度，其计算公式为：度，其计算公式为：度，其计算公式为：度，其计算公式为：痈平箱绝许疹绝还添尼底摩炬硕冉擒原冤纫夕没湛赴惮豌井眩戮拖榨碑佳【精品】混凝土结构设计原理23【精品】混凝土结构设计原理23)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8
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56、aI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!
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58、J8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v
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60、H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s
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