《材料性能》PPT课件.ppt

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1、第一章第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋和混凝土材料的力学性能主要内容一、钢筋的品种二、钢筋的应力-应变关系（力学性能）三、钢筋的塑性性能指标四、钢筋的冷加工五、钢筋的连接六、混凝土结构对钢筋性能的要求2.1 钢 筋1.1 钢 筋 Steel Reinforcement2.1 钢筋1.1 钢 筋 Steel Reinforcement一、钢筋的品种(P10)钢筋原材钢材碳素钢和合金钢（改善改善性能)(高碳钢、中碳钢和低碳钢，碳高强度高、塑性、韧性、可焊性降低碳高强度高、塑性、韧性、可焊性降低)普通低合金钢(合金量3%5%,加入加入合金元素锰、硅钛锰、硅钛等）。钢筋 按外形分为：钢筋 按加工

2、工艺分为：热轧钢筋、热处理钢筋、钢丝、钢绞线四种，冷加工钢筋2.1 钢 筋1 1、热轧钢筋、热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRolledBarRRBRemained heat treatement RibbedBar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7.73%）P11表表1-1HPB235级：fyk=235 N/mm2HRB335级：fyk=335 N/mm2HRB400级、RR

3、B400级：fyk=400 N/mm2P410 附表附表12.1 钢 筋HPB235级(级)钢筋多为光面钢筋（Plain Bar），低碳钢，多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。HRB335级(级)和 HRB400级(级)外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（Deformed Bar），低合金。钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用级钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘结（Bond）。RRB400级与HRB335成分相同，但强度高，性能不稳定，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。直径直径640mm。热轧钢筋属软钢。热轧钢筋属软钢。(20MnSi)2.1 钢筋

4、2、钢丝、钢丝 根据母材不同分为：根据母材不同分为：1）冷拔低碳钢丝）冷拔低碳钢丝：b HPB235加工而成（中强钢丝）加工而成（中强钢丝）直径直径3、4、5mm，强度为，强度为8001200MPa。2）高强钢丝：）高强钢丝：高碳钢线材加工而成，直径高碳钢线材加工而成，直径39mm，外形有光面外形有光面p、刻痕、刻痕I和螺旋肋和螺旋肋H三种，质量稳定。三种，质量稳定。3、钢绞线、钢绞线s有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.515.2 mm。强度为强度为 1470 1860MPa.4、热处理钢筋、热处理钢筋HT是将热扎钢筋牌号为是将热扎钢筋牌号为40Si2

5、Mn和和 48Si2Mn通过通过加热、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，而高，而延伸率降低不多延伸率降低不多。热处理钢筋热处理钢筋、高强钢丝和钢绞线高强钢丝和钢绞线属硬钢，属硬钢，只能用于预应力混凝土结构只能用于预应力混凝土结构。5、冷拉钢筋、冷拉钢筋是由热轧钢筋和盘条在常温下经冷拉，超过其屈服强是由热轧钢筋和盘条在常温下经冷拉，超过其屈服强度，然后卸载从而提高钢筋的抗拉强度，节约钢材。度，然后卸载从而提高钢筋的抗拉强度，节约钢材。但经冷拉后，钢筋的延伸率降低。但经冷拉后，钢筋的延伸率降低。s se e2.1 钢筋二、钢筋

6、的应力二、钢筋的应力-应变关系（力学性能应变关系（力学性能-强度强度和和变形，变形，单向拉伸试验）单向拉伸试验）1 1、有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋 Steel bar with yield point（软钢）（软钢）a为比例极限proportional limit s=Eseaa为弹性极限elastic limitade为强化段strain hardening stagebb为屈服上限upper yield strengthc为屈服下限，即屈服强度 fylower yield strengthcdcd为屈服台阶yield plateauefue为极限抗拉强度 fu ultimate

7、tensile strengthfyf强屈比反映钢筋的强度储备，fu/fy大于.25，但也不宜过大。应力-应变曲线记住2个强度指标2.1 钢筋2 2、无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋Steel bar without yield point（硬钢）a点：比例极限，约为点：比例极限，约为0.65 s sba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，有一定塑性变形，且没有明显的屈且没有明显的屈服点，服点，峰值（最大应力）称为极限峰值（最大应力）称为极限强度强度s sb 强度设计指标强度设计指标条件屈服点条件

8、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 s sb 应力-应变曲线 s sb e es s2.1 钢筋三、钢筋的塑性性能指标三、钢筋的塑性性能指标延伸率（伸长率）延伸率（伸长率）elongation rate：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。冷弯性能冷弯性能Cold bending performanceCold bending performance：常温下的冷弯性能试验来决定，是将常温下的

9、冷弯性能试验来决定，是将直径为直径为d d的钢筋绕直径为的钢筋绕直径为D D的钢辊，弯成一定的角度而不发生断裂，就表示合格。的钢辊，弯成一定的角度而不发生断裂，就表示合格。钢辊的直径钢辊的直径D D越小、弯转角越大，说明钢筋的塑性越好。越小、弯转角越大，说明钢筋的塑性越好。冷弯角度冷弯角度。各级热轧钢筋的性能见下各级热轧钢筋的性能见下表表1-1D热轧钢筋等级、品种及主要力学性能指标2.1 钢筋四、钢筋的冷加工四、钢筋的冷加工将热轧钢筋和盘条在常温下进行冷拉、冷拔、冷轧、冷扭等加工。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。冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使

10、用（桥梁工程中不用）。热轧钢筋通过冷拉或冷拔提高其热轧钢筋通过冷拉或冷拔提高其屈服强度屈服强度，从而节约钢材。，从而节约钢材。2.1 钢筋1、冷拉：将钢筋拉伸超过它的屈服强度，然后放松，经过一段时间后，钢筋会获得比原来的屈服强度更高的新屈服强度值。称为“冷拉强化”冷拉时效硬化：如在k点卸载，过一段时间（人工加热后），再张拉钢筋，则屈服强度又进一步提高的现象。常温时，时效硬化HPB235需20d；100C时，2小时；冷拉时效后的钢筋，如再次加温，钢筋会恢复到前的力学性能。为何要先焊后拉的原因2.1 钢筋2、冷拔将钢筋用强力拔过比其直径还小的硬质合金拔丝模具，钢筋除受拉还要受到很大侧向挤压力。被拔

11、成长度增加直径变细的钢丝。经多次冷拔后，钢筋的强度比原来提高很多，但塑性降低。图为一根6钢筋经三次冷拔到3钢丝应力应变曲线。冷拉只提高钢筋的抗拉强度，不能作为受压钢筋。冷拔则同时提高钢筋的抗拉和抗压强度。2.1 钢筋3、冷轧 冷轧带肋钢筋是以低碳钢或低合金钢为原料，在常温下进行扎制而成的，表面具有纵肋和月牙横肋的钢筋，其强度提高幅度接近冷拔低碳钢丝，而塑性性能优于冷拔低碳钢丝。2.1 钢筋五、钢筋的连接热扎钢筋主要有、绑扎连接：是目前仍为钢筋连接的主要手段之一。钢筋的绑扎接头是采用2022号火烧丝或镀锌丝，按规范规定的最小搭接钢筋长度，绑扎在一起而成的钢筋接头。采用绑扎连接时其位置和搭接长度必

12、须满足混凝土结构设计规范规定，轴心受拉及小偏心受拉构件的纵向受力钢筋不得采用绑扎接头。当钢筋直径过大时不能采用绑扎连接，因为这样会产生偏心作用的不良效果。、焊接连接：混凝土结构设计规范规定，钢筋的接头宜优先采用焊接接头。焊接接头的焊接质量与钢材的焊接性、焊接工艺有关。焊接又分为闪光对焊、电弧焊、电渣压力、气压焊焊。其中闪光对焊以及电渣压力焊在工程上使用较为频繁。、机械连接：钢筋机械连接是通过机械手段将两钢筋端头连接连接在一起（套筒连接）。挤压套筒连接、锥螺纹套筒连接、辊轧直螺纹连接、镦粗直螺纹连接。（钢筋的应用向大直径、密集布置、高强度方向发展）机械连接质量上会优于焊接，但成本较高。其他高强度

13、钢筋其他高强度钢筋用专门连接器。用专门连接器。2.1 钢筋六、混凝土结构对钢筋性能的要求1、强度2、塑性性能3、连接性（可焊性）4、锚固性（与混凝土的粘结力-握裹力）5、其他性能（疲劳、防腐等）疲劳破坏：钢筋在多次重复加载时，会出现疲劳特性，即钢筋在承受重复周期荷载作用下，会出现从塑性破坏变成脆性突然断裂的破坏现象。钢筋在疲劳破坏时强度低于钢筋在静荷载下的极限强度值。吊车梁、桥面板、轨枕等均属承受重复荷载。见规范要求。热轧钢筋等级、品种及主要力学性能指标主要内容：主要内容：一、混凝土的强度一、混凝土的强度二、混凝土的变形二、混凝土的变形 一）混凝土在一）混凝土在单调荷载单调荷载作用下混凝土的变

14、形作用下混凝土的变形 二二）混凝土在混凝土在多次重复多次重复荷载作用下混凝土的变形荷载作用下混凝土的变形 三）混凝土在三）混凝土在长期荷载长期荷载作用下混凝土的变形作用下混凝土的变形 四）混凝土体积变形（收缩四）混凝土体积变形（收缩和膨胀等和膨胀等）三、混凝土的三、混凝土的弹性模量弹性模量 四、混凝土特殊性能要求四、混凝土特殊性能要求1.2 1.2 混凝土混凝土混凝土结构中，混凝土结构中，主要是利用它的主要是利用它的抗压强度抗压强度。抗压强度是混凝土。抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土的强度等级是用立方体抗压强度来划分的。混凝土强度等级：边长150mm立方体标准试件，在标准

15、条件下（203，90%湿度）养护28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95%保证率的立方体抗压强度，用符号C表示，C30表示fcu,k=30N/mm2 规范根据强度范围，从C15、C20、C25、C30、C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。C50以上为高强混凝土。混凝土等级选定要求？（P16）1.2 混凝土混凝土一、混凝土的强度一、混凝土的强度（混凝土的强度指标）混凝土的强度指标）分为分为抗压强度抗压强度和和抗拉强度抗拉强度1、混凝土强度等级、混凝土强度等级-（立方体抗压强度立方体抗压强度划分）用符号划分）用符号fcu表示表示

16、立方体强度影响因素？立方体强度影响因素？内因内因（水泥等级和用量、骨料级配、水灰比等）（水泥等级和用量、骨料级配、水灰比等）外因外因（龄期、养护条件、试验方法、试件尺寸等）。（龄期、养护条件、试验方法、试件尺寸等）。尺寸效应：尺寸效应：尺寸小，测值偏大尺寸小，测值偏大横向约束横向约束：横向约束大，测值偏大横向约束大，测值偏大2 2、轴心抗压强度、轴心抗压强度-棱柱体抗压强度棱柱体抗压强度 轴心抗压强度采用轴心抗压强度采用棱柱体棱柱体试件测定，用符号试件测定，用符号fc表示。表示。棱柱体试件高宽比一般为棱柱体试件高宽比一般为h/b=34，我国取，我国取150mm150mm450mm或，或，100

17、100300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，棱柱棱柱体抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系体抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系c1轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值；轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值；c2对对C40以上混凝土的脆性折减系数；以上混凝土的脆性折减系数；fck混凝土轴心抗压强度标准混凝土轴心抗压强度标准值；值；fcu,k混凝土立方体抗压强度标准值。混凝土立方体抗压强度标准值。规范对小于C50级的混凝土取 =0.76，C80取 =0.82，其间按线性插值。对小于C40级的混凝土取

18、=1，对C80取 =0.87，其间按线性插值。0.88修正系数2.2 混凝土3、轴心抗拉强度、轴心抗拉强度用符号用符号 ft 表示。混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、表示。混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等承载力均与抗拉强度有关。受冲切等承载力均与抗拉强度有关。截面尺寸截面尺寸100X100mm 0.88的意义和c2的取值同上。直接式试验直接式试验劈拉试验PaP拉压压由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度试验测定混凝土的抗拉强度间接式试验间接式试验二、二、混凝土的变形混凝土

19、的变形一）一）在短期一次加荷时的变形在短期一次加荷时的变形（应力应力-应变关系）应变关系）介绍介绍4 4个问题：个问题：1、单调、单调受压受压应力应力-应变关系应变关系Stress-strain Relationship（P14）混凝土单轴受压时的应力-应变关系反映了混凝土受压力全过程的重要力学特征。常采用棱柱体试件来测定。得到受荷时应力-应变关系：02468102030s(MPa)e 10-32.2 混凝土BACED混凝土受压破坏分析混凝土受压破坏分析混凝土在结硬过程中，由混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨料下于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等原因，沉以及温度变化等原因，在骨料和水

20、泥石的界面上在骨料和水泥石的界面上形成很多形成很多微裂缝微裂缝，成为混，成为混凝土中的薄弱部位。凝土中的薄弱部位。混凝土的最终破坏就是由混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝发展造成的于这些微裂缝发展造成的。02468102030s(MPa)e 10-3BACEDA点以前点以前，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.

21、50.7)fc。A点以后点以后，微裂缝处的，微裂缝处的应力集中，裂缝开始有应力集中，裂缝开始有所延伸发展，所延伸发展，产生部分产生部分塑性变形塑性变形，微裂缝的发，微裂缝的发展导致混凝土的横向变展导致混凝土的横向变形增加。微裂缝的发展形增加。微裂缝的发展是稳定的。是稳定的。达到达到B点，内部一些微点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝相互连通，裂缝发裂缝发展已不稳定，展已不稳定，横向变形横向变形突然增大，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

22、的长期抗压作为混凝土的长期抗压强度。强度。普通强度混凝土普通强度混凝土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，内部微裂缝连通连通形成破坏面，应变形成破坏面，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点的纵向应变值称为峰峰值应变值应变 e e 0，约为，约为0.002。纵向应变发展达到纵向应变发展达到D点，点，内部裂缝在内部裂缝在试件表面试件表面出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，随应变增长，试件上试件上相相继出现多条不连续的纵继出现多

23、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，结不断遭到破，裂缝连裂缝连通形成斜向破坏面通形成斜向破坏面。E点应变点应变e e=(23)e e 0，应，应力力s s=(0.40.6)fc。2 2、不同强度等级曲线之区别、不同强度等级曲线之区别：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，凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏

24、时脆破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。性越显著，下降段越陡。二）多次重复荷载下应力应力-应变关系应变关系Stress-strain Relationship因混凝土是弹塑性材料，卸载至应力为零时，应变不能全部恢复，可恢复的那部分称为弹性应变ce，不可恢复的称塑性应变cp。卸载至零后，若停一段时间再量测试件的变形，发现还能恢复一部分变形而达到B点，则的恢复变形称为弹性后效。残余变形保留在试件中不再恢复。一次加载卸载过程一次加载卸载过程，混凝土的应力应变曲线形成了一个环状。O B B c二）多次重复荷载下应力应力-应变关系应变关系Stress-strain Relationship

25、应力应变曲线如图当 fcf，最终由凸向应力轴转为应变轴,变形越来越大。疲劳强度由疲劳试验测试。采用100mm100mm300mm或150mm150mm450mm的棱柱体，把能使棱柱体试件承受200万次或其以上循环荷载而发生破坏的压力值称为混凝土的疲劳抗压强度fcf。fcf 1、定义：混凝土在混凝土在荷载的长期荷载的长期作用下，其应变随时间而不作用下，其应变随时间而不断增长的现象称为断增长的现象称为徐变徐变。2 2、徐变对结构的影响（P18）：徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力徐变会使结构（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。损失，在长期

26、高应力作用下，甚至会导致破坏。不过，徐变不过，徐变有利于有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构构件产生内（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。度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。混凝土的徐变 Creep(P16)三）三）在在长期长期荷载荷载下混凝土的变形下混凝土的变形cr3 3、徐变量：（、徐变量：（e ecr cr)在应力（在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变瞬时弹性应变e e0,随荷载作随荷载作用时间的延续，变形不断增长，

27、前用时间的延续，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个月可个月可达最终徐变的（达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓慢，以后增长逐渐缓慢，23年后趋于稳年后趋于稳定。定。如在t1时刻把荷载卸去，变形会立即恢复一部分，属弹性变形。在卸载一段时间后，应变还可逐渐恢复一部分，称为徐回（弹性后效），剩下的变形不再恢复，成为永久变形。若以后再重行加载，则瞬时应变和徐变又会发生。4 4、影响徐变因素影响徐变因素（1）内在因素）内在因素是混凝土的是混凝土的组成组成和和配比配比。骨料。骨料(aggregate)的刚的刚度（弹性模量）越大，级配越好，徐变就越小。水灰比越小，度（弹性模量）

28、越大，级配越好，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。徐变也越小。（2）环境影响）环境影响包括持续的包括持续的应力大小（？）应力大小（？）、受荷时的、受荷时的龄期龄期、养养护护和和使用条件等使用条件等。受荷前养护受荷前养护(curing)的温湿度越高，水泥水化作用月充分，的温湿度越高，水泥水化作用月充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（2035）%。受荷后。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。构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。当当初始应力初始应力水平水平s si/fc 0.5时时，徐变值与初应力基本上成正比，徐变值与

29、初应力基本上成正比，这种徐变称为这种徐变称为线性徐变线性徐变。水泥凝胶体流动水泥凝胶体流动结果结果当当初应力初应力s si 在在(0.50.8)fc 范围时，徐变最终虽仍收敛，但最终范围时，徐变最终虽仍收敛，但最终徐变与初应力徐变与初应力s si不成比例，随不成比例，随s si的增大而增大，这种徐变称为的增大而增大，这种徐变称为非非线性徐变线性徐变。内部微裂缝发展结果。内部微裂缝发展结果当当初应力初应力s si 0.8fc 时时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，徐变的发展将状态，徐变的发展将不收敛不收敛，最终导致混凝土破坏。因此将，最终导致混凝土破

30、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。构件长期处于高压状态是不安全的构件长期处于高压状态是不安全的 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，故两者总变形接近。大，故两者总变形接近。高强混凝土高强混凝土线性徐变的范围可达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，也比普通混凝土大一些。比普通混凝土大一些。徐变具有收敛性徐变具有收敛性四）混凝土的体积

31、四）混凝土的体积变形 （收缩与膨胀、温度与湿度变形）膨胀、温度与湿度变形）1.1.体积变形体积变形 混凝土在空气中混凝土在空气中硬化时硬化时体积会缩小，体积会缩小，混凝土在水中混凝土在水中硬化时硬化时体体积会膨胀积会膨胀;混凝土结构在混凝土结构在使用过程中使用过程中，随温度湿度变化，而出现，随温度湿度变化，而出现 。收缩和膨胀收缩和膨胀是混凝土在是混凝土在不受外力不受外力情况下体积变化产生的变形。情况下体积变化产生的变形。2 2、收缩对结构的影响、收缩对结构的影响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，将使混凝土中产生拉应

32、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。某些对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩会引起不利的内力。在钢筋混凝土中钢筋不产生收缩,则混凝土受到附加拉应力.热胀冷缩和湿胀干缩3、收缩量：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，早期收缩变早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的形发展较快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。以后变形发展逐渐减慢，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

33、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混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、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。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。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。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。在实际工程中，一般常采取一定措施减小不利影响避免盲目提高水灰比和水泥量、设置伸缩缝、预留施工缝。水池设计中，必要时应进行设计计算。4 4、影响因素影响因素三、混凝土的三、混凝土的

34、弹性模量弹性模量 Elastic Modulus）应力-应变曲线上任一点对应的应力和应变之比称为“变形模量”或“割线模量”原点切线模量原点切线模量Elastic Modulus弹性模量弹性模量割线模量割线模量Secant Modulus切线模量切线模量Tangent Modulus弹性系数弹性系数n n (coefficient of elasticity)随应力增大而减小随应力增大而减小.n n =10.5弹性模量测定方法混凝土的泊松比混凝土的泊松比一）耐久性结构的耐久性是对结构的功能要求之一。规范将混凝土结构所处的环境分为五类（表1-1）。四、给水排水构筑物对混凝土的特殊要求四、给水排水构

35、筑物对混凝土的特殊要求表1-1在一、二、三类环境中、设计年限为50年的结构混凝土其耐久性基本要求应符合表1-2。给水排水工程结构由于其使用功能和所处环境的特殊性，对混凝土的抗渗性能、抗冻性能及抗化学腐蚀性能要求较高。二）抗渗性定义：混凝土抵抗压力水渗透的性能。钢筋混凝土构筑物的抗渗宜以混凝土本身的密实性来满足要求。表示方法：混凝土的抗渗能力用抗渗等级表示，符号：Si 抗渗等级是指对龄期为28d天的混凝土抗渗试件,施加 的水压后能满足不渗水指标。例如抗渗等级是 S6的混凝土能在0.6MPa水压作用下满足不渗水。按照给水排水工程构筑物结构设计规范，给水排水构筑物所用混凝土的抗渗等级应按下表1-3采

36、用。-确定最大作用水头与混凝土厚度之比。表1-3 混凝土抗渗等级Si的规定三）抗冻性定义：指混凝土在吸水饱和状态下，抵抗多次冻融循环作用下而不破坏、也不严重降低强度的性能，称为混凝土的抗冻性。在寒冷地区（最冷月平均气温低于-3），外露的钢筋混凝土构筑物的混凝土应具有良好的抗冻性能，混凝土的抗冻性能一般用抗冻等级来衡量。表示方法：用抗冻等级符号Fi-确定混凝土标号抗冻等级系指对龄期为28d天的混凝土试件,在进行相应要求冻融循环总次数i次作用后，其强度降低不大于25%，重量损失不超过5%。按规范，给水排水构筑物所用混凝土的抗冻等级应符合下表1-4要求采用。混凝土抗冻等级应进行实验确定。表1-4 混

37、凝土抗冻等级Fi的规定冻融循环总次数系指一年内气温从+3以上降至-3以下，然后回升到+3以上的交替次数；对于地表水取水头部，尚应考虑一年中月平均气温低于-3期间，因水位涨落而产生的冻融交替次数，此时水位每涨落一次按一次冻融计算；气温应根据连续5年以上的实测资料，统计其平均值确定。四）抗腐蚀性指混凝土抵抗酸碱盐腐蚀的性能。贮水或水处理构筑物、地下构筑物的混凝土当满足抗渗要求时，一般可不作防腐处理。对接触侵蚀性介质的混凝土，应按现行的有关规范或进行专门试验确定防腐措施。措施：如对于工业污水处理池，一般大量处理池仍采用钢筋混凝土结构。1）当介质腐蚀性很弱时-增加混凝土密实的方法来提高抗腐蚀能力；2）

38、当介质腐蚀性很强时-需在池壁内侧、池底采取专门防腐措施（如涂刷沥青、涂刷耐酸漆等、玻璃钢面层等方法）来提高抗腐蚀能力。3）当地下水含有侵蚀介质时，埋入地下水以下的构筑物部分（池壁外和池底）的外表面也应采取防腐措施。酸性特别强的少量污水可用耐腐蚀材料建造专门用小型容池。五）其他混凝土耐热性、耐火性等。在实际使用环境中，有时混凝土结构还要经受高温状态，虽然一般混凝土结构具有较好的耐热性和耐火性，但如果结构长期处于高温状态，其性能会受到相当大的损害，应采取提高混凝土结构耐热性、耐火性的措施。1.3 1.3 钢筋与混凝土共同工作钢筋与混凝土共同工作一一、钢筋与混凝土共同工作的条件、钢筋与混凝土共同工作

39、的条件二、钢筋与混凝土的粘结二、钢筋与混凝土的粘结三、粘结强度三、粘结强度四、锚固长度四、锚固长度五、钢筋搭接长度五、钢筋搭接长度六、保证粘接性能的构造措施六、保证粘接性能的构造措施钢筋（材）和混凝土两种材料的物理力学性能很不相同，它们可以结合在一起共同工作，是因为：钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力；钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数（钢材为1.210-5，混凝土为(1.01.5)10-5），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏。混凝土保护钢筋.？粘结力粘结力Bond一、钢筋与混凝土共同工作的条件二、钢

40、筋与混凝土粘结Bond of Reinforcement（P28）钢筋与混凝土间具有足够的粘结是保证钢筋与混凝土共同钢筋与混凝土间具有足够的粘结是保证钢筋与混凝土共同受力变形的基本前提。受力变形的基本前提。粘粘结结应应力力通通常常是是指指钢钢筋筋与与混混凝凝土土界界面面间间的的沿沿钢钢筋筋轴轴向向的的剪剪应应力力。通通过过钢钢筋筋与与混混凝凝土土界界面面的的粘粘结结应应力力(bond(bond stress)stress)，可可实实现现钢钢筋筋与与混混凝凝土土之之间间的的应应力力传传递递，使使两两种种材料结合在一起共同工作。材料结合在一起共同工作。粘结应力的类型有：粘结应力的类型有：锚固粘结应

41、力 局部粘结应力钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成（P30）：混凝土中水泥胶体与钢筋表面的胶结力；混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的钢筋与混凝土间的摩擦力；钢筋表面与混凝土间的机械咬合力。当钢筋与混凝土产生相对滑动后，胶结作用即丧失。摩擦力的大小取决于握裹力和钢筋与混凝土表面的摩擦系数。光圆钢筋和变形钢筋的粘结性能特点？三、粘结强度三、粘结强度 Bond Strength（P25）拔出试验拔出试验 Pull out test粘结强度粘结强度t tu ：粘结破坏（钢筋拔出或混凝土劈裂）时钢筋与混凝土界面上的最大平均粘结应力。设计应保证粘结应力小于粘结强度.影响粘结强度的主要因素影响粘结强度的主要因素

42、 Influence factors混凝土强度、保护层厚度和钢筋净间距、横向配筋、钢筋表面和外形特征、受力情况及锚固长度等。钢筋应力及粘结应力图(a)光圆钢筋；(b)变形钢筋四、钢筋的锚固长度（四、钢筋的锚固长度（P30）1、基本锚固长度规范是以拔出试验为基础确定规范是以拔出试验为基础确定基本锚固长度基本锚固长度的。取粘结强的。取粘结强度度t tu与混凝土抗拉强度与混凝土抗拉强度 ft 成正比，并根据试验结果，成正比，并根据试验结果，取钢筋取钢筋受拉受拉时的时的基本锚固长度基本锚固长度为：为：2 2、实际锚固长度、实际锚固长度构件中钢筋的实际锚固长度，应根据钢筋的受力情况、保护层厚度、钢筋形式

43、等的影响，采用基本锚固长度la乘以以下修正系数，并不小于最小锚固长度0.7，也不小于250mm。五、钢筋的搭接接头长度五、钢筋的搭接接头长度1、纵向受拉钢筋的搭接长度按下式计算，并不小于锚固长度，不小于300mm。规范规定：P322、纵向受压钢筋的搭接长度不小于0.7ll,并不小于锚固长度，不小于200mm.3、搭接区间的箍筋要求直径：间距：受拉钢筋，不应大于5d，且不应大于 100mm；受压钢筋，不应大于10d，且不应大于 200mm；ll=zyla d箍筋 0.25d纵筋 六、保证六、保证可靠可靠粘结的主要构造措施粘结的主要构造措施1、保证钢筋在混凝土中的锚固长度和搭接长度2、满足钢筋最小

44、间距和混凝土保护层最小厚度(关于)的要求3、粘结强度与浇筑混凝土时钢筋的位置有关。浇筑深度超过300mm以上时，钢筋底面的混凝土会出现沉淀收缩和离析泌水，气泡逸出，使混凝土与水平放置的钢筋之间形成一层强度较低的空隙层，它将削弱钢筋与混凝土的粘结作用。因此，对高度较大的混凝土构件应分层浇筑和采用二次振捣。4、光圆钢筋的粘结性能较差，除直径12mm以下的受压钢筋及焊接网或焊接骨架中的光面钢筋外，其余光面钢筋的末端均应做成半圆弯钩。(图1-28)此外，钢筋的表面粗糙程度也影响到粘结强度。轻度锈蚀的钢筋的粘结强度比无锈及除锈处理的钢筋要高。所以，除锈蚀严重的钢筋外，钢筋一般可不必进行除锈处理。关于保护层厚度问题关于保护层厚度问题1、保证可靠粘、保证可靠粘结；结；2、满足耐久性要求。、满足耐久性要求。按表按表1-7、表表1-8给排水工程构筑物结构设计规范，Cd纵筋纵筋表表1-7给排水工程构筑物结构设计规范表1-8构 件 类 型工 作 条 件保护层最小厚度（mm）墙、板、壳与水土接触或高湿度30与污水接触或受水气影响35梁、柱与水土接触或高湿度35与污水接触或受水气影响40基础、底版与水土接触或高湿度40与污水接触或受水气影响70注：本表是按混凝土等级不小于C25，当低于C25时应增加5mm.其他见书。