第一章钢筋混凝土材料的力学性能精选文档.ppt

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1、第一章 钢筋混凝土材料的力学性能本讲稿第一页，共五十九页P1P2(a)P1P2中和轴受拉钢筋(b)钢筋混凝土的一般概念和特点概念：概念：由钢筋和混凝土结合在一由钢筋和混凝土结合在一起共同工作的材料，该材料可充起共同工作的材料，该材料可充分利用混凝土的抗压性能和钢筋分利用混凝土的抗压性能和钢筋的抗拉性能。的抗拉性能。特点：特点：与砖木结构相比强度高；与砖木结构相比强度高；钢材用量少；钢材用量少；耐久性好；耐久性好；耐火性好；耐火性好；可模性好；可模性好；整体性好；整体性好；材料来源广泛材料来源广泛图1.1素混凝土和钢筋混凝土破坏情况对比第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第

2、二页，共五十九页1.1.1钢筋的成分、分类、级别、品种钢筋的成分、分类、级别、品种一、成分：一、成分：钢筋的主要成分为铁、还有少量的碳、锰、硅、钒、钛及一些有害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，但其塑性性能及元素如磷、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、钛等少量合金元素可是钢材的强度、塑可焊性随之降低。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。性等综合性能提高。二、分类：二、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我国建筑工程中采用的钢筋

3、，按化学成分可分为碳素钢和普通低合金钢两大类。低合金钢两大类。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%1.4%1.4%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。1.1钢筋钢筋第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第三页，共五十九页HPB235HRB

4、335HRB400高强钢丝(Mpa)0三、钢筋的级别及品种：三、钢筋的级别及品种：我国建筑工程中采用的钢我国建筑工程中采用的钢筋，国产普通钢筋有以下筋，国产普通钢筋有以下4 4级：级：热轧光面热轧光面HPB235HPB235级级热轧带肋热轧带肋HRB335HRB335级（级（月牙形钢月牙形钢筋）筋）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)HRB

5、335(20MnSi)穿穿水水热热处处理理而成），各级别性能见图而成），各级别性能见图1-41-4 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1.5%1.5%以以下下，k k为为控控制制的的意思。意思。图1-4第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第四页，共五十九页四、钢筋的形式四、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

6、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”。第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第五页，共五十九页表1-2普通钢筋强度标准值及设计值(N/mm2)钢筋种类钢筋种类符号符号d(mm)fykfyfyHPB235(Q235)820235210210HRB335(20MnSi)650335300300HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)650400360360RRB400(K20MnSi)840400360360R注：注：1.1.当当d d大于大于40mm40mm时，应有可靠的工

7、程经验。时，应有可靠的工程经验。2.f2.fykyk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，由屈服以上的保证率，由屈服极限确定。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钢筋的抗压强度设钢筋的抗压强度设计值。计值。第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第六页，共五十九页钢筋的主要力学性能钢筋的主要力学性能种种 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PH1

8、77012504101670118015701110刻刻 痕痕I15701110410热处理钢筋热处理钢筋40Si2MnHT1470104040048Si2Mn45Si2Cr第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第七页，共五十九页钢筋的主要力学性能钢筋的主要力学性能（弹性模量：单位（弹性模量：单位：N/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、刻痕钢丝）消除应力钢丝（光面钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝）2.05钢绞线钢绞线1.92注：必要时钢铰线可采用实测的弹性模量 第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性

9、能本讲稿第八页，共五十九页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钢筋。由上面所述为普通钢筋，而预应力钢筋采用热处理钢筋。由40Si2Mn(d=6)40Si2Mn(d=6)、48Si2Mn(d=8.2)48Si2Mn(d=8.2)和和45Si2Cr(d=10)45Si2Cr(d=10)等通过加热、淬火和回火等通过加热、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。等调质工艺处理制成的。热处理钢筋又称调质钢筋。钢丝钢丝 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。旋肋

10、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，分为两个级别：甲级和乙级。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，新冷拔低碳钢丝的延性较差，新规范规范中也未列入。若在建筑工程中采中也未列入。若在建筑工程中采用时，应遵守专门规程的规定。用时，应遵守专门规程的规定。钢丝钢丝(直径在直径在5mm5mm以内以内)可以是单根的，也可以编成钢绞线或钢丝可以是单根的，也可以编成钢绞线或钢丝束。束。第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第九页，共五十九页 钢钢绞绞线线钢钢绞绞线线是是由由多多根根高高强强钢钢丝丝在在绞绞丝丝机机上

11、上绞绞合合，再再经经低低温温回回火火制制成成。按按其其股股数数可可分分为为3 3股股和和7 7股股两两种种，高高强强钢钢丝丝、钢钢绞线的强度可达绞线的强度可达1700N1700Nmmmm2 2以上。以上。第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第十页，共五十九页五、钢筋的冷拉和冷拔五、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

12、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，自自动动除除锈锈，检检查查焊焊接接质质量的作用。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、

13、乙乙两两级，甲级用作预应力钢筋，乙级用作非预应力钢筋。级，甲级用作预应力钢筋，乙级用作非预应力钢筋。第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第十一页，共五十九页adeo冷拉伸长率图1-5冷拉后的应力应变曲线kklkkdeb5b4b3200o图1-6冷拔钢筋的应力应变曲线 21.96400600(10-2)第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第十二页，共五十九页 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和抗压强度。同时提高抗拉和抗压强度。必须指出，上述冷加工钢筋以大幅度牺牲

14、延性来换取强度的有必须指出，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，终究不是提高结构性能的有效途径，近年来，强度高、性限提高，终究不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）在我国已可充分供应，故冷拉钢筋和能好的钢筋（钢丝、钢绞丝）在我国已可充分供应，故冷拉钢筋和冷拔钢丝不再列入新混凝土规范，但并不是不允许使用这些钢冷拔钢丝不再列入新混凝土规范，但并不是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。筋。当应用这些钢筋时，应符合专门规程的规定。第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第十三页，共五十九页软刚和硬刚钢筋的强度和

15、变形性能主要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由单向拉伸测得的应力 应变曲线来表征。应变曲线来表征。试验表明，钢筋的拉伸应力试验表明，钢筋的拉伸应力 应变曲线可应变曲线可分为两类：有明显的流幅的钢筋（也称为分为两类：有明显的流幅的钢筋（也称为软钢）见图软钢）见图1.21.2，没有明显流幅的钢筋，没有明显流幅的钢筋（也称为硬钢）见图（也称为硬钢）见图1.31.3。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 应变曲应变曲线，轴向拉伸时，在达到比例极限线，轴向拉伸时，在达到比例极限a a点之前，材料处于弹性阶段，软钢应力点之前，材料处于弹性阶段，软钢应力与应变的比

16、值为常数，即为钢筋的弹性与应变的比值为常数，即为钢筋的弹性模量模量Es Es，a a为应力应变成比例的极限状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。态，它所对应的应力称为比例极限。(Mpa)abcde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，应力与应点称屈服的上限点，过点后，应力与应变曲线出现上下波动，形成一个明显的屈变曲线出现上下波动，形成一个明显的屈服台阶，屈服台阶的下限服台阶，屈服台阶的下限c c点所对应的应点所对应的应力称为力称为“屈服强度。屈服强度。1.1.2钢筋的主

17、要力学性能钢筋的主要力学性能一、钢筋的强度和变形一、钢筋的强度和变形极限强度极限强度 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C C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，应应力力随随之之下下降降，直直到到过点时试件被拉

18、断。过点时试件被拉断。图第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第十四页，共五十九页(Mpa)0.85 b 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1.31.3，它没有明显的屈服台阶，塑性变形小，它没有明显的屈服台阶，塑性变形小，延伸率亦小，但极限强度高。通常用残延伸率亦小，但极限强度高。通常用残余应变为余应变为0.2%0.2%的应力，约的应力，约0.85b0.85b作为作为假想屈服点假想屈服点(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 作为条件屈服强度。作为条件屈服强度。

19、b -极限抗拉强度值。极限抗拉强度值。图第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第十五页，共五十九页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伸长值与原长的比率：拉断后的伸长值与原长的比率：1-1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

20、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，构件伸长率越大的钢筋塑性越好，即拉伸前有足够的伸长，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。的破坏有预兆；反之构件的破坏具有突发性而呈现脆性。第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第十六页，共五十九页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。冷弯是将直径为冷弯性能。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的钢辊进的钢辊进行弯曲，在达到规定的冷弯角度（行弯曲，在达到规定的冷弯角

21、度（18001800）时钢筋不发生裂纹、鳞落）时钢筋不发生裂纹、鳞落或断裂，就表示合格。见表或断裂，就表示合格。见表1-11-1表1-1 各种钢筋伸长率及冷弯试验要求钢筋种类HPB235HRB335HRB400伸长率（%）5251614冷弯要求冷弯角度1800180018005 _表示试件长度为5d的钢筋的伸长率第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第十七页，共五十九页1.1.3钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求及选用原则钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求及选用原则要要 求求强度要求、塑性要求、可焊性要求、与混凝土的粘结力强度要求、塑性要求、可焊性要求、与混凝土的粘结力选择的原则选

22、择的原则 在实际工程应用中，基于混凝土对钢筋性能的要求，确定的选用原则为：在实际工程应用中，基于混凝土对钢筋性能的要求，确定的选用原则为：钢筋混凝土结构以钢筋混凝土结构以HRB400级热轧带肋钢筋为主导钢筋；级热轧带肋钢筋为主导钢筋；实实际际工工程程中中，普普通通钢钢筋筋宜宜采采用用HRB400级级和和HRB335级级钢钢筋筋，也也可可采采用用HPB235级及级及RRB400级钢筋。级钢筋。预应力混凝土结构以高强、低松弛钢丝、钢绞线为主导钢筋；预应力混凝土结构以高强、低松弛钢丝、钢绞线为主导钢筋；预应力钢筋宜采用预应力钢丝、钢绞线，也可采用热处理钢筋。预应力钢筋宜采用预应力钢丝、钢绞线，也可采

23、用热处理钢筋。各各种种形形式式的的冷冷加加工工钢钢筋筋应应整整顿顿市市场场、加加强强管管理理、保保证证质质量量、提提高高性性能能，通通过过市场竞争优化或淘汰。市场竞争优化或淘汰。购购买买钢钢筋筋应应要要求求厂厂家家提提供供三三项项力力学学性性能能（抗抗拉拉强强度度、屈屈服服强强度度、伸伸长长率率）、两项化学性能（磷、硫含量）两项化学性能（磷、硫含量）第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第十八页，共五十九页1.2 1.2 混凝土的主要力学性能混凝土的主要力学性能 混凝土是由水泥、石子、砂、水及必要的添加剂（或参和料）按一定的配比组成的人造石混凝土是由水泥、石子、砂、水及必要

24、的添加剂（或参和料）按一定的配比组成的人造石材。材。1.2.11.2.1混凝土的强度混凝土的强度（1）、混凝土的立方体抗压强）、混凝土的立方体抗压强度度（fcu）及强度等级）及强度等级 混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是混凝土力学性能中混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。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。最主要和最基本的指标。混凝土的强度等级是用立方体抗压强度标准值来划分的混凝土的强度等级是用立方体抗压强度标准值来划分的 混凝土强度等级：边长混凝土强度等级：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下（立方体标准试件，在标准条件下（203，90%湿度）湿度）

25、养护养护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）测得的具有，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度，用符号保证率的立方体抗压强度，用符号C表示，表示，C30表示表示fcu,k=30N/mm2，fcu,k混凝土强度标混凝土强度标准值，注意：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 根据规范强度范围，从根据规范强度范围，从C15C80共划分为共划分为14个强度等级，级差为个强度等级，级差为5N/mm2。与原规范与原规范GBJ10-89相比，混凝土强度等级范围由相比

26、，混凝土强度等级范围由C60提高到提高到C80，C50以上为高以上为高强混凝土。强混凝土。第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第十九页，共五十九页 如果采用的是如果采用的是100mm、200mm的非标准试件，应乘以的非标准试件，应乘以0.95、1.05的系数的系数将其折算成标准试件。将其折算成标准试件。规规范范GB500102.24.1.2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RRB40

27、0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力钢钢筋筋时时，混混凝凝土土强强度度等等级级不不宜宜低于低于C40。第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第二十页，共五十九页（2）混凝土轴心抗压强度）混凝土轴心抗压强度fc 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

28、要比截面的尺寸大。一般用的高度要比截面的尺寸大。一般用h/b=34的棱柱体抗压强度来代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。轴心抗压强度采用棱柱体试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，用符号件测定，用符号fc表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况，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。棱柱体抗压强度和立方体抗压强

29、度的换算关系为：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第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第二十一页，共五十九页式中：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等因素确定的实验试件与实际结构的差异等因素确定的 试件混凝土修正系数试件混凝土修正系数 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

30、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第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第二十二页，共五十九页 （3 3）混凝土轴心抗拉强度）混凝土轴心抗拉强度ft 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，两端设有螺纹钢的棱柱体，两端设有螺纹钢筋筋(图图1-7)，在实验机上受拉来测定的。当试件拉裂时，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

31、轴心抗拉强度。实验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压强度低得多，混凝土表明，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立方体抗压强度的轴心抗拉强度只是混凝土立方体抗压强度的1/171/8倍倍,而且随混凝土强度等级的提高而减小。通过实验，而且随混凝土强度等级的提高而减小。通过实验，新规范按下式计算：新规范按下式计算：图：1.7第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第二十三页，共五十九页式中：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

32、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，实测数据偏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来代替。差较大，目前国内普遍采用立方体试件做劈拉试验来代替。第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第二十四页，共五十九页劈拉试验PaP拉压压图：1-8第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能

33、本讲稿第二十五页，共五十九页（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值，混凝土强度标准值按下表采用。计值，混凝土强度标准值按下表采用。表表1-5第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第二十六页，共五十九页 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、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轴

34、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f0cu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%的保的保证率证率 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

35、算得到。值的换算关系，便可按上式计算得到。同时，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，同时，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，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：结构中混凝结构中混凝土强度与混凝土试件强度的比值，取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。第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第二十七页，共五十九页（1）混凝土的受力变形）混凝土

36、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重要力学特应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学特征征 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，也是利用计算机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应变曲线包括两部分：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：上升阶段和上升阶段和下降阶段下降阶段。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。

37、应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定。在普通试验在普通试验机上采用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，试验机中集聚的弹性应变能时，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-应应变曲线的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，以吸收试验机内集加载，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

38、。第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能1.2.2混凝土的变形混凝土的变形 混凝土的变形可分为两类：一类是受力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引起的变形；另一类是收缩和温度变化引起的变形。形。本讲稿第二十八页，共五十九页图：1-9第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第二十九页，共五十九页 强度等级越高，线弹性段越长，强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏实性好，微裂缝很少，最

39、后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。峰值应力著，下降段越陡。峰值应力fc所对应所对应的应变的应变0约为约为0.002左右，应力小于左右，应力小于0.3fc时混凝土处于弹性阶段，混凝土内时混凝土处于弹性阶段，混凝土内部几乎没有裂缝，部几乎没有裂缝，0.30.8 fc之间，之间，混凝土内部裂缝发展，但能保持稳混凝土内部裂缝发展，但能保持稳定，大于定，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，体积应很快，塑性变形显著增大，体积应变逐渐由压缩转为扩张。变逐渐由压缩转为扩张。0图1-10不同强度混凝土的应力-应变关系曲线f

40、c0.3fc第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第三十页，共五十九页规范规范应力应力-应变关系应变关系上升段：下降段：图：1-12第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第三十一页，共五十九页 混凝土的弹性模量和变形模量混凝土的弹性模量和变形模量弹性模量：通过应力应变曲线原点的切线斜率，用弹性模量：通过应力应变曲线原点的切线斜率，用弹性模量：通过应力应变曲线原点的切线斜率，用弹性模量：通过应力应变曲线原点的切线斜率，用E Ec c表示，也叫表示，也叫表示，也叫表示，也叫原点模量。原点模量。原点模量。原点模量。变形模量：在应力应变曲线上取一点，将该点与原点

41、相连得到的直线的斜率，变形模量：在应力应变曲线上取一点，将该点与原点相连得到的直线的斜率，变形模量：在应力应变曲线上取一点，将该点与原点相连得到的直线的斜率，变形模量：在应力应变曲线上取一点，将该点与原点相连得到的直线的斜率，用用用用EEc c来表示，也叫割线模量来表示，也叫割线模量来表示，也叫割线模量来表示，也叫割线模量。割线模量割线模量切线模量切线模量 弹性系数弹性系数n 随应力增大而减小随应力增大而减小 n=10.5原点切线模原点切线模图：1-13第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第三十二页，共五十九页弹性模量测定方法图：1-14第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢

42、筋混凝土的力学性能本讲稿第三十三页，共五十九页混凝土强度等级混凝土强度等级C15C20C25C30C35C40C45EC2.202.552.803.003.153.253.35混凝土强度等级混凝土强度等级C50C55C60C65C70C75C80EC3.453.553.603.653.703.753.80表：表：1-6混凝土弹性模量（混凝土弹性模量（104N/mm2）注释：注释：规范规范 P17 表表4.1.5第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第三十四页，共五十九页混凝土的徐变混凝土的徐变 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。混凝土在荷载的长

43、期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力损失，在长期高应力徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。作用下，甚至会导致破坏。不过，徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力（如支座不均匀沉降）不过，徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力（如支座不均匀沉降），减小大体积混凝土内的温度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。，减小大体积混凝土内的温度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。与混凝土的收缩一样，徐变与时间有关。因此，在测定混凝土的徐变时，应同与混凝土的收缩一

44、样，徐变与时间有关。因此，在测定混凝土的徐变时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形。试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形。第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第三十五页，共五十九页 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，随荷载作用时间的延续，随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前变形不断增长，前4个月徐变增长较快，个月徐变增长较快，6个

45、月可达最终徐变的（个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长，以后增长逐渐缓慢，逐渐缓慢，23年后趋于稳定。年后趋于稳定。t加荷瞬时加荷瞬时应应 变变徐变应变徐变应变残余应残余应 变变卸荷瞬时卸荷瞬时恢复应变恢复应变卸卸 荷荷 后后弹性后效弹性后效图：1-15第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第三十六页，共五十九页影响徐变得因素影响徐变得因素内在因素内在因素是混凝土的组成和配比。骨料的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，是混凝土的组成和配比。骨料的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。环境影响环境影响包括

46、养护和使用条件。受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐包括养护和使用条件。受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（2035）%。受荷后构件所处的环境温度。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。越高，相对湿度越小，徐变就越大。第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第三十七页，共五十九页（2）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，对混凝土影响不大。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。混凝土在空气中硬化时体积会缩小

47、，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，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。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。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），收缩也会引起不利的内力。（如拱结构），收缩也会引

48、起不利的内力。第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第三十八页，共五十九页楼板干燥收缩裂缝与边框架的变形图：1-16第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第三十九页，共五十九页 混凝土的收缩是随时间而增长的变形，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，两周可完早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的成全部收缩的25%，一个月可完成，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，整个，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。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

49、裂应变为混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4图：1-17第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第四十页，共五十九页 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、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。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

50、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。第第1章章 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能本讲稿第四十一页，共五十九页1.3.11.3.1钢筋与混凝土的粘结力及其影响因素钢筋与混凝土的粘结力及其影响因素1.3.1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条件，其在