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第三章 结构材料的力学性能及选用修第1页，共55页，编辑于2022年，星期二第一节第一节 建筑钢材建筑钢材一、钢材的力学性能一、钢材的力学性能（一）应力（一）应力应变曲线应变曲线（二）强度（二）强度l1.极限抗拉强度极限抗拉强度l2.屈服强度屈服强度l（1）有明显屈服台阶的钢材有明显屈服台阶的钢材l（2）无明显屈服台阶的钢材）无明显屈服台阶的钢材第2页，共55页，编辑于2022年，星期二软刚和硬刚钢筋的强度和变形软刚和硬刚钢筋的强度和变形性能主要由单向拉伸测得的应力性能主要由单向拉伸测得的应力 应变曲线来表征。试验表明，钢应变曲线来表征。试验表明，钢筋的拉伸应力筋的拉伸应力 应变曲线可分为应变曲线可分为两类：有明显的屈服点的钢筋两类：有明显的屈服点的钢筋（也称为软钢）见图（也称为软钢）见图3.13.1，没有，没有明显屈服点的钢筋（也称为硬明显屈服点的钢筋（也称为硬钢）见图钢）见图3.33.3。比例极限比例极限 有明显流幅的钢筋应力有明显流幅的钢筋应力 应变曲线，应变曲线，轴向拉伸时，在达到比例极限轴向拉伸时，在达到比例极限a a点之前，点之前，材料处于弹性阶段，软钢应力与应变材料处于弹性阶段，软钢应力与应变的比值为常数，即为钢筋的弹性模量的比值为常数，即为钢筋的弹性模量Es Es，a a为应力应变成比例的极限状态，为应力应变成比例的极限状态，它所对应的应力称为比例极限。它所对应的应力称为比例极限。(Mpa)abc cde比例极限屈服强度极限强度流幅屈服极限屈服极限 当应力达到当应力达到b b点后，材料开始屈服，点后，材料开始屈服，b b点称屈服的上限点，过点后，应力与点称屈服的上限点，过点后，应力与应变曲线出现上下波动，形成一个明应变曲线出现上下波动，形成一个明显的屈服台阶，屈服台阶的下限显的屈服台阶，屈服台阶的下限c c点所点所对应的应力称为对应的应力称为“屈服强度。屈服强度。抗拉强度抗拉强度当当钢钢筋筋屈屈服服塑塑流流到到一一定定程程度度，即即到到达达点点以以后后，应应力力 应应变变曲曲线线又又开开始始上上升升，抗抗拉拉能能力力有有所所提提高高，随随着着曲曲线线上上升升到到最最高高点点d d，相相应应的的应应力力称称为为钢钢筋筋的的极极限限强强度度，cdcd段段称称为为钢钢筋筋的的强强化化阶阶段段。过过了了d d点点以以后后，钢钢筋筋在在薄薄弱弱处处的的断断面面将将显显着着缩缩小小，发发生生局局部部颈颈缩缩现现象象，变变形形迅迅速速增增加加，应应力力随随之下降，直到过点时试件被拉断之下降，直到过点时试件被拉断 。图3-1第3页，共55页，编辑于2022年，星期二(Mp a)0.85b b 0.2%条件屈服强度（硬刚）条件屈服强度（硬刚）高碳钢与低碳钢不同，见图高碳钢与低碳钢不同，见图3.33.3，它没有明显的屈服台阶，它没有明显的屈服台阶，塑性变形小，延伸率亦小，但极塑性变形小，延伸率亦小，但极限强度高。通常用残余应变为限强度高。通常用残余应变为0.2%0.2%的应力，约的应力，约0.850.85b b作为假想作为假想屈服点屈服点(或称条件屈服点或称条件屈服点)，用，用0.20.2表示，表示，0.850.85b b 作为条件屈服作为条件屈服强度。强度。b b 极限抗拉强度值。极限抗拉强度值。图第4页，共55页，编辑于2022年，星期二（三）塑性（三）塑性1.伸长率伸长率2.冷弯性能冷弯性能第5页，共55页，编辑于2022年，星期二钢筋的伸长率钢筋的伸长率 除强度指标外，钢筋还应具有一定的塑性变形能力。反映钢筋塑除强度指标外，钢筋还应具有一定的塑性变形能力。反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。所谓伸长率即钢筋拉断后的性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。所谓伸长率即钢筋拉断后的伸长值与原长的比率：伸长值与原长的比率：3-1式中：式中：伸长率（伸长率（%）L L-试件受力前的标距长度（有试件受力前的标距长度（有5d5d、10d10d、100d100d）L L1-1-试件拉断后的标距长度试件拉断后的标距长度 伸长率越大的钢筋塑性越好，即拉伸前有足够的伸长，使构伸长率越大的钢筋塑性越好，即拉伸前有足够的伸长，使构件的破坏有预兆；反之构件的破坏具有突发性而呈现脆性。件的破坏有预兆；反之构件的破坏具有突发性而呈现脆性。第6页，共55页，编辑于2022年，星期二钢筋的冷弯性能钢筋的冷弯性能 为了使钢筋在加工成型时不发生断裂，要求钢筋具有一定的冷弯性为了使钢筋在加工成型时不发生断裂，要求钢筋具有一定的冷弯性能。冷弯是将直径为能。冷弯是将直径为d d的钢筋绕某一规定直径为的钢筋绕某一规定直径为D D的钢辊进行弯曲，的钢辊进行弯曲，在达到规定的冷弯角度（在达到规定的冷弯角度（18001800）时钢筋不发生裂纹、鳞落或断裂，）时钢筋不发生裂纹、鳞落或断裂，就表示合格。见表就表示合格。见表3-13-1表表3-1 3-1 各种钢筋伸长率及冷弯试验要求各种钢筋伸长率及冷弯试验要求钢筋种类钢筋种类HPB235HPB235HRB335HRB335HRB400HRB400伸长率伸长率（%）55252516161414冷弯要求冷弯要求冷弯角冷弯角度度1801800 01801800 01801800 05 _表示试件长度为5d的钢筋的伸长率第7页，共55页，编辑于2022年，星期二（四）弹性模量（四）弹性模量l钢材在弹性阶段的应力和相应应变的比值为钢材在弹性阶段的应力和相应应变的比值为常量，该比值为钢材的弹性模量。常量，该比值为钢材的弹性模量。lEs=l钢材的弹性模量可由拉伸试验测定，钢结构采用E=206106N/mm2钢筋的弹性模量见附表7。第8页，共55页，编辑于2022年，星期二 二、钢材的冷加工二、钢材的冷加工（一）钢筋的冷拉（一）钢筋的冷拉 1.加工方法：在常温下将钢筋拉伸至屈服，加工方法：在常温下将钢筋拉伸至屈服，然后卸载；然后卸载；2.力学性质：经过一段时间后，再次拉伸时，其屈服强度将增力学性质：经过一段时间后，再次拉伸时，其屈服强度将增 大，但塑性降低；大，但塑性降低；3.时效硬化：被拉伸至屈服点，经过一段时间后，屈服强度增时效硬化：被拉伸至屈服点，经过一段时间后，屈服强度增 加的现象。加的现象。（二）钢筋的冷拔（二）钢筋的冷拔 1.加工方法：在常温下将钢筋拔过比其自身直径还小的硬质合金拔丝模拉加工方法：在常温下将钢筋拔过比其自身直径还小的硬质合金拔丝模拉伸至屈服；伸至屈服；2.力学性质：经过一段时间后，再次拉伸或压缩时，其屈服强度将增大，力学性质：经过一段时间后，再次拉伸或压缩时，其屈服强度将增大，但塑但塑 性降低。性降低。第9页，共55页，编辑于2022年，星期二三、建筑钢材的品种三、建筑钢材的品种（一）钢筋（一）钢筋第10页，共55页，编辑于2022年，星期二钢筋的成分、分类、级别、品种钢筋的成分、分类、级别、品种成分：成分：钢筋的主要成分为铁、还有少量的碳、锰、硅、钒、钛及一钢筋的主要成分为铁、还有少量的碳、锰、硅、钒、钛及一些有害元素如磷、硫等。刚材的强度随含碳量的增加而增加，但些有害元素如磷、硫等。刚材的强度随含碳量的增加而增加，但其塑性性能及可焊性随之降低。锰、硅、钒、钛等少量合金元素其塑性性能及可焊性随之降低。锰、硅、钒、钛等少量合金元素可是钢材的强度、塑性等综合性能提高。可是钢材的强度、塑性等综合性能提高。分类：分类：我国建筑工程中采用的钢筋，按化学成分可分为碳素钢和普通低合我国建筑工程中采用的钢筋，按化学成分可分为碳素钢和普通低合金钢两大类。金钢两大类。含碳量小于含碳量小于0.25%0.25%的碳素钢称为低碳钢或软钢，含碳量为的碳素钢称为低碳钢或软钢，含碳量为0.6%0.6%3.4%3.4%的碳素钢称为高碳钢或硬钢。的碳素钢称为高碳钢或硬钢。在碳素钢的元素中加入少量的合金元素，就成为普通低合金钢。如在碳素钢的元素中加入少量的合金元素，就成为普通低合金钢。如20MnSi20MnSi、20MnSiV20MnSiV、20MnSiNb20MnSiNb、20MnTi20MnTi等。等。第11页，共55页，编辑于2022年，星期二HPB235HRB335HRB400高强钢丝(Mpa)0级别及品种：级别及品种：我国建筑工程中采用的我国建筑工程中采用的钢筋，国产普通钢筋有以下钢筋，国产普通钢筋有以下4 4级：级：热轧光面热轧光面235235级级 热轧带肋热轧带肋335335级级 HRB400(20MnSiVHRB400(20MnSiV、20MnSiNb20MnSiNb、20MnTi):20MnTi):热轧带肋热轧带肋400400级级 RRB400(K20MnSi):RRB400(K20MnSi):余余热热处处理理钢钢筋筋400400级级（用用HRB335(20MnSi)HRB335(20MnSi)穿穿水热处理而成），各级别水热处理而成），各级别 性能见图性能见图3-43-4 2020表表示示含含碳碳量量为为0.2%0.2%，其其余余合合金金元元素素的的含含量量在在3.5%3.5%以以下下，k k为为控控制制的意思。的意思。图图3-4第12页，共55页，编辑于2022年，星期二表表3-23-2普通钢筋强度标准值及设计值普通钢筋强度标准值及设计值(N/mm2)(N/mm2)钢筋种类钢筋种类符号符号d(mm)fykfyfyHPB235(Q235)820235210 210HRB335(20MnSi)650335300 300HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)650400360 360RRB400(K20MnSi)840400360 360R注：注：1.1.当当d d大于大于40mm40mm时，应有可靠的工程经验。时，应有可靠的工程经验。2.fyk2.fyk钢筋的标准强度，具有钢筋的标准强度，具有95%95%以上的保证率，由屈服极限确定。以上的保证率，由屈服极限确定。3.fy3.fy钢筋的抗拉强度设计值，钢筋的抗拉强度设计值，fyfy钢筋的抗压强度设计值。钢筋的抗压强度设计值。第13页，共55页，编辑于2022年，星期二表表3-33-3预应力钢筋强度标准值及设计值预应力钢筋强度标准值及设计值(N/mm2)(N/mm2)种种 类类符符 号号fptkfpyf py钢绞线钢绞线1*3S1860132039017201220157011101*71860132039017201220消除应消除应力钢丝力钢丝光光 面面螺旋肋螺旋肋PH177012504101670118015701110刻刻 痕痕I15701110410热处理钢热处理钢筋筋40Si2MnHT1470104040048Si2Mn45Si2Cr第14页，共55页，编辑于2022年，星期二表表3-43-4钢筋钢筋 弹性模量（弹性模量（105N/mm2105N/mm2）种种 类类EsHPB2352.1热处理钢筋热处理钢筋 2.0消除应力钢丝（光面钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕消除应力钢丝（光面钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝）钢丝）2.05钢绞线钢绞线3.92注：必要时钢铰线可采用实测的弹性模量注：必要时钢铰线可采用实测的弹性模量 第15页，共55页，编辑于2022年，星期二热处理钢筋热处理钢筋 上面所述为普通钢筋，而预应力钢筋采用热处理上面所述为普通钢筋，而预应力钢筋采用热处理钢筋。由钢筋。由40Si2Mn(d=6)40Si2Mn(d=6)、48Si2Mn(d=9.2)48Si2Mn(d=9.2)和和45Si2Cr(d=10)45Si2Cr(d=10)等通过加热、淬火和回火等调质工艺处理制等通过加热、淬火和回火等调质工艺处理制成的。热处理钢筋又称调质钢筋。成的。热处理钢筋又称调质钢筋。钢丝钢丝主要用于预应力混凝土结构中，有消除应力的光面钢丝钢丝主要用于预应力混凝土结构中，有消除应力的光面钢丝、螺旋肋钢丝和三面刻痕钢丝三种。钢丝、螺旋肋钢丝和三面刻痕钢丝三种。冷拔低碳钢丝由低碳热轧钢筋经冷拔制成，分为冷拔低碳钢丝由低碳热轧钢筋经冷拔制成，分为两个级别：甲级和乙级。冷拔低碳钢丝的延性较差，两个级别：甲级和乙级。冷拔低碳钢丝的延性较差，新新规范规范中也未列入。若在建筑工程中采用时，应遵守专中也未列入。若在建筑工程中采用时，应遵守专门规程的规定。门规程的规定。第16页，共55页，编辑于2022年，星期二l 钢丝钢丝(直径在直径在5mm以内以内)可以是单根的，可以是单根的，也可以编成钢绞线或钢丝束。也可以编成钢绞线或钢丝束。l 钢绞线钢绞线是由多根高强钢丝在钢绞线钢绞线是由多根高强钢丝在绞丝机上绞合，再经低温回火制成。按绞丝机上绞合，再经低温回火制成。按其股数可分为其股数可分为3股和股和7股两种，高强钢丝、股两种，高强钢丝、钢绞线的强度可达钢绞线的强度可达1700Nmm2以上。以上。第17页，共55页，编辑于2022年，星期二钢筋的冷拉和冷拔钢筋的冷拉和冷拔(1)(1)冷拉冷拉 冷冷拉拉是是将将钢钢筋筋拉拉到到超超过过钢钢筋筋屈屈服服强强度度的的某某一一应应力力值值，以以提提高高钢钢筋筋的的抗抗拉拉强强度度，达达到到节节约约钢钢材材的的目目的的。冷冷拉拉能能提提高高钢钢筋筋抗抗拉拉强强度度，但但不不能能提提高高抗抗压压强强度度。冷冷拉拉能能使使钢钢筋筋伸伸长长，能能节节省省钢钢材材，调调直直钢钢筋筋，自动除锈，检查焊接质量的作用。自动除锈，检查焊接质量的作用。(2)(2)冷拔冷拔 冷冷拔拔是是将将6688的的HPB235HPB235级级钢钢筋筋，用用强强力力从从直直径径较较小小的的硬硬质质合合金金拔拔丝丝模模拔拔出出使使它它产产生生塑塑性性变变形形，拔拔成成较较细细直直径径的的钢钢丝丝，以以提提高高其其强强度度的的冷冷加加工工方方法法。冷冷拔拔后后钢钢筋筋的的强强度度得得到到了了较较大大的的提提高高，但但塑塑性性却却有有较较大大的的降降低低。经经过过冷冷拔拔加加工工的的低低碳碳钢钢丝丝，须须逐逐盘盘检检验验，分分为为甲甲、乙两级，甲级用作预应力钢筋，乙级用作非预应力钢筋。乙两级，甲级用作预应力钢筋，乙级用作非预应力钢筋。第18页，共55页，编辑于2022年，星期二adeo冷拉伸长率图图3-5冷拉后的应冷拉后的应力力应变曲线应变曲线kklkkdeb5b4b3200o图图3-6冷拔钢筋的冷拔钢筋的应力应力应变曲线应变曲线 23.96400600(10-2)第19页，共55页，编辑于2022年，星期二l 冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，故不冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，故不宜用作受压钢筋；而冷拔可同时提高抗拉宜用作受压钢筋；而冷拔可同时提高抗拉和抗压强度。和抗压强度。l 必须指出，上述冷加工钢筋以大幅度必须指出，上述冷加工钢筋以大幅度牺牲延性来换取强度的有限提高，终究不牺牲延性来换取强度的有限提高，终究不是提高结构性能的有效途径，近年来，强是提高结构性能的有效途径，近年来，强度高、性能好的钢筋（钢丝、钢绞丝）在度高、性能好的钢筋（钢丝、钢绞丝）在我国已可充分供应，故冷拉钢筋和冷拔钢我国已可充分供应，故冷拉钢筋和冷拔钢丝不在列入新丝不在列入新混凝土规范混凝土规范，但并不是，但并不是不允许使用这些钢筋。当应用这些钢筋时，不允许使用这些钢筋。当应用这些钢筋时，应符合专门规程的规定。应符合专门规程的规定。第20页，共55页，编辑于2022年，星期二钢筋的形式钢筋的形式(b)(a)(c)(d)光面钢筋光面钢筋 (a):HPB235 带肋钢筋带肋钢筋 (b)-(d):(b)螺纹钢筋螺纹钢筋 (c)人字纹钢筋人字纹钢筋 (d)月牙形钢筋月牙形钢筋 我国带肋钢筋的外形目前生产的是月我国带肋钢筋的外形目前生产的是月牙形。牙形。HRB335表面有阿拉伯数字表面有阿拉伯数字“2”，HRB400表面有阿拉伯数字表面有阿拉伯数字“3”。第21页，共55页，编辑于2022年，星期二（二）（二）型钢和钢板型钢和钢板四、钢材的选用四、钢材的选用（一）（一）混凝土结构对钢筋的要求：混凝土结构对钢筋的要求：较高的强度；较高的强度；良好的塑性；良好的可焊性；钢筋与混凝土良良好的塑性；良好的可焊性；钢筋与混凝土良好的粘结力。好的粘结力。（二）（二）钢筋的选用原则钢筋的选用原则1.普通钢筋板普通钢筋板HPB235,梁、柱梁、柱HPB235，HRB335，HRB400；2.预应力钢筋钢铰线、钢丝和热处理钢筋。预应力钢筋钢铰线、钢丝和热处理钢筋。第22页，共55页，编辑于2022年，星期二第二节第二节 混凝土混凝土一、混凝土的强度一、混凝土的强度（一）混凝土的抗压强度（一）混凝土的抗压强度1.立方体抗压强度和立方体抗压强度标准值立方体抗压强度和立方体抗压强度标准值（1）立方体抗压强度的测试方法）立方体抗压强度的测试方法（2）立方体抗压强度标准值和混凝土的强度等级）立方体抗压强度标准值和混凝土的强度等级2.轴心抗压强度轴心抗压强度（二）混凝土的抗拉强度（二）混凝土的抗拉强度第23页，共55页，编辑于2022年，星期二1、混凝土的立方体抗压强（、混凝土的立方体抗压强（fcu）度及强度等级）度及强度等级 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混凝土强度等级：混凝土强度等级：边长边长150mm立方体标准试件，在标准条件立方体标准试件，在标准条件下（下（203，90%湿度）养护湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度天，用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的，两端不涂润滑剂）测得的具有具有95%保证率保证率的的立方体抗压强度，用符号立方体抗压强度，用符号C表示，表示，C30表示表示fcu,k=30N/mm2，fcu,k混凝土强度标准值，注意：混凝土强度标准值，注意：fcu与与fcu,k的区别在于是否具有的区别在于是否具有95%的保证率的保证率根据根据规范规范强度范围，强度范围，从从C15C80共划分为共划分为14个强度等级个强度等级，级，级差为差为5N/mm2。与原。与原规范规范GBJ10-89相比，混凝土强度等级相比，混凝土强度等级由由C60提高到提高到C80，C50以上为以上为高强混凝土高强混凝土。第24页，共55页，编辑于2022年，星期二 如果采用的是如果采用的是100mm、200mm的非标准试件，的非标准试件，应乘以应乘以0.95、1.05的系数将其折算成标准试件。的系数将其折算成标准试件。规规范范GB500102.25.3.2规规定定：在在钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构中中，混混凝凝土土的的强强度度等等级级不不宜宜低低于于C15；当当采采用用HRB335级级钢钢筋筋时时，混混凝凝土土强强度度等等级级不不应应低低于于C20；当当采采用用HRB400和和RRB400级级钢钢筋筋以以及及的的对对承承受受重重复复荷荷载载的的构构件件，混混凝凝土土强强度度等等级级不不得得低低于于C20。预预应应力力混混凝凝土土结结构构的的混混凝凝土土强强度度等等级级不不应应低低于于C30；当当采采用用预预应应力力钢钢丝丝、钢钢绞绞线线、热热处处理理钢钢筋筋作作预预应应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。第25页，共55页，编辑于2022年，星期二2、混凝土轴心抗压强度、混凝土轴心抗压强度 实际工程中，一般的受压构件不是立方体而是棱柱体，即实际工程中，一般的受压构件不是立方体而是棱柱体，即构件的高度要比截面的尺寸大。一般用构件的高度要比截面的尺寸大。一般用h/b=34的棱柱体抗的棱柱体抗压强度来代表混凝土单向均匀受压时的抗压强度。轴心抗压强压强度来代表混凝土单向均匀受压时的抗压强度。轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号度采用棱柱体试件测定，用符号fc表示，它比较接近实际构件表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况，我国通常取中混凝土的受压情况，我国通常取150mm150mm450mm的棱柱体试件，也常用的棱柱体试件，也常用100100300试件。试件。对于同一混凝土，对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为：棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为：混凝土的轴心抗压设计强度：混凝土的轴心抗压设计强度：fc=fck/c第26页，共55页，编辑于2022年，星期二式中：式中：fck混凝土轴心抗压强度标准值混凝土轴心抗压强度标准值 fc混凝土轴心抗压强度设计值混凝土轴心抗压强度设计值 0.88实验试件与实际结构的差异修正系数实验试件与实际结构的差异修正系数 c1棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值，棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值，对对C50以下取以下取0.76，对，对C80取取0.82，其间按，其间按 线性差值计算。线性差值计算。c2C40以上混凝土脆性折减系数，以上混凝土脆性折减系数，C40取取1.0，C80取取0.87，其间按线性差值计算。，其间按线性差值计算。c混凝土材料分项系数，取混凝土材料分项系数，取1.4第27页，共55页，编辑于2022年，星期二 3 3、混凝土轴心抗拉强度、混凝土轴心抗拉强度 混凝土轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度ft是采用是采用100mm100mm500mm的棱柱体，两端设的棱柱体，两端设有螺纹钢筋有螺纹钢筋(图图5-7)，在实验机上受拉来测定的。，在实验机上受拉来测定的。当试件拉裂时测得的平均拉应力即为混凝土的轴当试件拉裂时测得的平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉强度。实验表明，混凝土的抗拉强度比抗心抗拉强度。实验表明，混凝土的抗拉强度比抗压强度低得多，混凝土轴心抗拉强度只是混凝土压强度低得多，混凝土轴心抗拉强度只是混凝土立方体抗压强度的立方体抗压强度的1/171/8倍倍,而且随混凝土强而且随混凝土强度等级的提高而减小。通过实验，新规范按下度等级的提高而减小。通过实验，新规范按下式计算：式计算：图：图：3.7第28页，共55页，编辑于2022年，星期二式中：式中：ftk混凝土轴心抗拉强度标准值混凝土轴心抗拉强度标准值 ft混凝土轴心抗拉强度设计值混凝土轴心抗拉强度设计值 c2C40以上混凝土脆性折减系数，以上混凝土脆性折减系数，C40取取1.0，C80取取0.87，其间按线性差值计算。，其间按线性差值计算。混凝土立方体强度变异系数混凝土立方体强度变异系数 c混凝土材料分项系数，取混凝土材料分项系数，取1.4 轴心受拉试验由于两端所埋设的钢筋不易对中，实测数据轴心受拉试验由于两端所埋设的钢筋不易对中，实测数据偏差较大，目前国内普遍采用立方体试件做劈拉试验偏差较大，目前国内普遍采用立方体试件做劈拉试验来代替。来代替。第29页，共55页，编辑于2022年，星期二（4 4）混凝土强度指标）混凝土强度指标混混凝凝土土强强度度也也有有标标准准值值和和设设计计值值之之分分，混混凝凝土土强强度度的的标标准准值值具具有有95%的的保保证证率率，若若将将其其除除以以材材料料分分项项系系数数c（c=1.4），即即得得混混凝凝土土强强度度设设计计值值，混混凝凝土土强强度度标标准准值值按下表采用。按下表采用。表表3-5第30页，共55页，编辑于2022年，星期二混凝土立方体强度实测值、立方体强度标准值、轴心抗混凝土立方体强度实测值、立方体强度标准值、轴心抗压标准值、轴心抗拉标准值之间的关系压标准值、轴心抗拉标准值之间的关系立方体强度实测值：每个立方体试件实际测得的强度值立方体强度实测值：每个立方体试件实际测得的强度值f 0cu立方体强度标准值：立方体强度标准值：规范规范规定材料强度的标准值规定材料强度的标准值 应具有不小于应具有不小于95%的保证率的保证率，立方体强度标准值，立方体强度标准值fcu,k即为混凝土强度等级即为混凝土强度等级 规范规范在确定混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值时，假在确定混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值时，假定它们的变异系数与立方体强度的变异系数相同，利用与立方体强度定它们的变异系数与立方体强度的变异系数相同，利用与立方体强度平均值的换算关系，便可按上式计算得到。平均值的换算关系，便可按上式计算得到。同时，同时，规范规范考虑到试件与实际结构的差异以及高强混凝土的脆性特征，考虑到试件与实际结构的差异以及高强混凝土的脆性特征，对轴心抗压强度和轴心抗拉强度，还采用了以下两个折减系数：对轴心抗压强度和轴心抗拉强度，还采用了以下两个折减系数：结构中混结构中混凝土强度与混凝土试件强度的比值，取凝土强度与混凝土试件强度的比值，取0.88；脆性折减系数，对脆性折减系数，对C40取取1.0，对，对C80取取0.87，中间按线性规律变化。，中间按线性规律变化。第31页，共55页，编辑于2022年，星期二二、混凝土的变形二、混凝土的变形 混凝土的变形可分为两类：一类是受力引起的变形；另一混凝土的变形可分为两类：一类是受力引起的变形；另一类是收缩和温度变化引起的变形。类是收缩和温度变化引起的变形。（1）混凝土的受力变形）混凝土的受力变形混凝土单向受压时的应力混凝土单向受压时的应力应变曲线应变曲线 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程的应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学特征重要力学特征 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，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的基础。试验表明混凝土完整的应力也是利用计算机进行非线性分析的基础。试验表明混凝土完整的应力应变曲线包括两部分：应变曲线包括两部分：上升阶段和下降阶段上升阶段和下降阶段。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测定。应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定。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，达到轴心抗压强度加载，达到轴心抗压强度fc时，试验时，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，只能测得应力脆性破坏，只能测得应力-应变曲线的应变曲线的上升段上升段。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同受压，加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力-应变曲线的应变曲线的下降段下降段。第32页，共55页，编辑于2022年，星期二图：图：3-9第33页，共55页，编辑于2022年，星期二 强度等级越高，线弹性段越长，峰强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。峰值应力陡。峰值应力fc所对应的应变所对应的应变0约为约为0.002左右，应力小于左右，应力小于0.3fc时混凝土处于时混凝土处于弹性阶段，混凝土内部几乎没有裂缝，弹性阶段，混凝土内部几乎没有裂缝，0.30.8 fc之间，混凝土内部裂缝发展，但能之间，混凝土内部裂缝发展，但能保持稳定，大于保持稳定，大于0.8 fc混凝土内部裂缝发展混凝土内部裂缝发展很快，塑性变形显著增大，体积应变逐渐由很快，塑性变形显著增大，体积应变逐渐由压缩转为扩张。压缩转为扩张。0图图3-10不同强度混凝土的应力不同强度混凝土的应力-应变关系曲线应变关系曲线fc0.3fc第34页，共55页，编辑于2022年，星期二不涂润滑剂涂润滑剂图：图：3-11混凝土破坏机理混凝土破坏机理fc 0.8fc 时，时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，徐变的发展将不收敛，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，徐变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。因此将最终导致混凝土的破坏。因此将0.8fc作为混凝土的作为混凝土的长期抗压强度长期抗压强度。高强混凝土高强混凝土的密实性好，在相同的的密实性好，在相同的s s/fc比值下，徐变比普通混凝土小得比值下，徐变比普通混凝土小得多。但由于高强混凝土承受较高的应力值，初始变形较大，故两者总变形接多。但由于高强混凝土承受较高的应力值，初始变形较大，故两者总变形接近。此外，高强混凝土线性徐变的范围可达近。此外，高强混凝土线性徐变的范围可达0.65fc，长期强度约为，长期强度约为0.85fc，也比普通混凝土大一些。也比普通混凝土大一些。第44页，共55页，编辑于2022年，星期二l（三）混凝土的收缩（三）混凝土的收缩l1、收缩的定义、收缩的定义l2、收缩对结构的影响、收缩对结构的影响l l三、混凝土强度等级的选用原则三、混凝土强度等级的选用原则第45页，共55页，编辑于2022年，星期二混凝土的收缩变形混凝土的收缩变形 混凝土在水中硬化时体积会膨胀，但其值较小，对混凝土影响不混凝土在水中硬化时体积会膨胀，但其值较小，对混凝土影响不大。大。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。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。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）的约束时，将使当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，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。混凝土构件产生预应力损失。某些某些对跨度比较敏感的超静定结构对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也会引起不（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。利的内力。第46页，共55页，编辑于2022年，星期二楼板干燥收缩裂缝与边框架的变形楼板干燥收缩裂缝与边框架的变形图：图：3-16第47页，共55页，编辑于2022年，星期二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可完成全部收缩的25%，一个月可完成，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。慢，整个收缩过程可延续两年以上。一般情况下，最终收缩应变值约为一般情况下，最终收缩应变值约为(25)10-4 混凝土开裂应变为混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4图：图：3-17第48页，共55页，编辑于2022年，星期二 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条件件等等许许多多因素有关。因素有关。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。骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。干燥失水及高温环境，收缩大。干燥失水及高温环境，收缩大。小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。高强混凝土收缩大。高强混凝土收缩大。影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响施工缝。施工缝。第49页，共55页，编辑于2022年，星期二第三节第三节 钢筋遇混凝土的相互作用粘结力钢筋遇混凝土的相互作用粘结力一、粘结力的概念一、粘结力的概念（一）定义（一）定义（二）组成（二）组成第50页，共55页，编辑于2022年，星期二钢筋与混凝土的粘结作用钢筋与混凝土的粘结作用 钢筋与混凝土的粘结力，是保证钢筋和混凝土共同工作的必要钢筋与混凝土的粘结力，是保证钢筋和混凝土共同工作的必要条件，其在混凝土中的粘结锚固力有以下四个方面：条件，其在混凝土中的粘结锚固力有以下四个方面：钢筋和混凝土接触面上的粘结钢筋和混凝土接触面上的粘结化学吸附力，亦称胶结力。这来源于化学吸附力，亦称胶结力。这来源于浇注时水泥浆体向钢筋表面氧化层的渗透和养护过程中水泥晶体的生长和浇注时水泥浆体向钢筋表面氧化层的渗透和养护过程中水泥晶体的生长和硬化，从而使水泥胶体与钢筋表面产生吸附胶着作用。这种化学吸附力只硬化，从而使水泥胶体与钢筋表面产生吸附胶着作用。这种化学吸附力只能在钢筋和混凝土的界面处于原生状态时才存在，能在钢筋和混凝土的界面处于原生状态时才存在，旦发生滑移，它就失旦发生滑移，它就失去作用去作用，其值很小，不起明显作用。，其值很小，不起明显作用。钢筋与混凝土之间的摩阻力。由于混凝土凝固时收缩使钢筋与混凝土接触钢筋与混凝土之间的摩阻力。由于混凝土凝固时收缩使钢筋与混凝土接触面上产生正应力，因此，当钢筋和混凝土产生相对滑移时面上产生正应力，因此，当钢筋和混凝土产生相对滑移时(或有相对滑移的趋或有相对滑移的趋势时势时)，在钢筋和混凝土的界面上将产生摩阻力。光面钢筋与混凝土的粘结力，在钢筋和混凝土的界面上将产生摩阻力。光面钢筋与混凝土的粘结力主要靠摩阻力。主要靠摩阻力。第51页，共55页，编辑于2022年，星期二钢筋与混凝土的咬合力。对于光面钢筋，咬合力是指表面粗糙不平而产生的钢筋与混凝土的咬合力。对于光面钢筋，咬合力是指表面粗糙不平而产生的咬合作用；对于带肋钢筋，咬合力是指带肋钢筋肋间嵌入混凝土而形成的机械咬合作用；对于带肋钢筋，咬合力是指带肋钢筋肋间嵌入混凝土而形成的机械咬合作用，这是带肋钢筋与混凝土粘结力的主要来源。咬合作用，这是带肋钢筋与混凝土粘结力的主要来源。机械锚固力弯钩、弯折及附加锚固措施所提供的粘结锚固作用。机械锚固力弯钩、弯折及附加锚固措施所提供的粘结锚固作用。raad劈裂劈裂裂缝裂缝ftft(a)挤压产生的咬合力挤压产生的咬合力(b)A-A剖面上的力剖面上的力图：图：3-18第52页，共55页，编辑于2022年，星期二光面钢筋与混凝土的粘结强度（光面钢筋与混凝土的粘结强度（光面钢筋与混凝土的粘结强度（光面钢筋与混凝土的粘结强度（）主要取决于胶结力和摩）主要取决于胶结力和摩）主要取决于胶结力和摩）主要取决于胶结力和摩擦阻力。擦阻力。擦阻力。擦阻力。变形钢筋与混凝土的粘结强度（变形钢筋与混凝土的粘结强度（变形钢筋与混凝土的粘结强度（变形钢筋与混凝土的粘结强度（）主要取决于咬合力。）主要取决于咬合力。）主要取决于咬合力。）主要取决于咬合力。通过拔出试验按下式确定：通过拔出试验按下式确定：通过拔出试验按下式确定：通过拔出试验按下式确定：图：图：3-19ldTmax第53页，共55页，编辑于2022年，星期二二、保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施二、保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施 1、足够的锚固长度、足够的锚固长度 2、一定的搭接长度、一定的搭接长度 3、钢筋周围的混凝土应有足够的厚度、钢筋周围的混凝土应有足够的厚度 4、钢筋末端做弯钩、钢筋末端做弯钩 5、配置箍筋、配置箍筋 6、浇注混凝土时钢筋的位置、浇注混凝土时钢筋的位置第54页，共55页，编辑于2022年，星期二第55页，共55页，编辑于2022年，星期二