(3)--第2章钢筋混凝土材料物理力学性能.ppt

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1、LOGO土木第第2 2章章 钢筋混凝土材料钢筋混凝土材料 物理力学性能物理力学性能混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理 Concrete structure混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 v钢筋的化学成钢筋的化学成分、种类、等级分、种类、等级和形式和形式v力学性能指标：力学性能指标：强度与变形强度与变形v混凝土结构对混凝土结构对钢筋性能要求钢筋性能要求v黏结力的组成黏结力的组成:胶着力、摩擦力、机械咬合力胶着力、摩擦力、机械咬合力v影响黏结力的因素影响黏结力的因素v保证黏结力的措施保证黏结力的措施:锚固长度、弯钩、搭接长度锚固长度、弯钩、搭接长度v强度强度：fcuk

2、、fck、ftk、复合应力下的强度v变形变形：单轴受压的曲线、v弹性模量、徐弹性模量、徐变、收缩变、收缩知识知识结构结构混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 学习学习要求要求混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 2.2.1 2.2.1 建筑用的钢筋种类建筑用的钢筋种类钢筋种类普普通通钢钢筋筋预预应应力力钢钢筋筋光圆钢筋螺纹钢筋人字纹钢筋月牙纹钢筋黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋2.1钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 普通钢筋 HPB 热轧光面钢筋热轧光面钢筋HRB 热轧带肋钢筋热轧

3、带肋钢筋注：牌号中的字母注：牌号中的字母H H表示热轧；表示热轧；P P表示光圆；表示光圆；B B表示钢筋，表示钢筋，F F表示细晶粒。表示细晶粒。F FF F HRBF细晶粒热轧带肋钢筋细晶粒热轧带肋钢筋R RRRB 余热处理钢筋余热处理钢筋黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 预应力钢丝预应力钢丝钢绞线钢绞线预应力钢筋预应力螺纹钢筋预应力螺纹钢筋黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 特特点点：它它的的极极限限强强度度与与冷冷拔拔低低碳碳钢钢丝丝相相近近，但但伸伸长长率

4、率比比冷冷拔拔低低碳碳钢钢丝丝有有明明显显提提高高。用用这这种种钢钢筋筋逐逐步步取取代代普普通通低低碳碳钢钢筋筋和和冷冷拔拔低低碳碳钢钢丝丝，可可以以改改善善构构件件在在正正常常使使用用阶段的受力性能。阶段的受力性能。冷轧带肋钢筋外形冷轧带肋钢筋外形冷轧带肋钢筋AR黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋定义：以低碳钢筋或低合金钢筋以低碳钢筋或低合金钢筋为原材料，在常温下进行轧制而为原材料，在常温下进行轧制而成的表面带有纵肋和月牙纹横肋成的表面带有纵肋和月牙纹横肋的钢筋。的钢筋。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 2.2.2 2.2.2 混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土

5、结构对钢筋性能的要求黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构混凝土结构对钢筋性能对钢筋性能的要求的要求塑性塑性可焊可焊性性与混凝与混凝土的黏土的黏结力结力高强高强度度混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 比例极限比例极限屈服强度屈服强度极限强度极限强度o o(N/mm(N/mm2 2)f fykykf fstkstke ed d流幅流幅a ab bc c a a：比例极限比例极限oa弹性阶段弹性阶段bc屈服屈服阶段阶段cd强化阶段强化阶段de颈缩阶段颈缩阶段（1）有明显流幅的钢筋（普通钢筋软钢）：屈服强屈服强度标准值度标准值（作为设计强度（作为设计强度的依据）的

6、依据）：极限强度极限强度标准值标准值黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋热轧钢筋的热轧钢筋的 曲线曲线1.1.强度强度 反映钢材的承载能力反映钢材的承载能力含屈服强度和极限强度含屈服强度和极限强度 混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 条件屈服点作设计强度的依条件屈服点作设计强度的依据据，条件屈服点，条件屈服点fpyk指取指取0.2%0.2%残余应变所对应的应力作为残余应变所对应的应力作为假定屈服点。或取极限强度假定屈服点。或取极限强度的的0.850.85倍。倍。黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋无明显流无明显流幅幅钢筋的钢筋的 曲线曲线（2）没有明显流幅的钢筋

7、（预应力钢筋硬钢）弹性阶段强化阶段颈缩阶段混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 钢筋选用钢筋选用钢筋选用钢筋选用黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋1)1)纵向受力普通钢筋可采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500、HRB335、RRB400、HPB300钢筋，梁、柱和斜撑构件的纵向受力普通钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋。2)箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HRB335、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋。3)预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。注：注：1 1）HRBHR

8、B级指热轧带肋钢筋，级指热轧带肋钢筋，HPBHPB级钢筋指热轧光圆钢筋，级钢筋指热轧光圆钢筋，HRBFHRBF级钢筋指具有延性级钢筋指具有延性的细晶粒热轧带肋钢筋的细晶粒热轧带肋钢筋 ，RRBRRB级钢筋指余热处理钢筋。级钢筋指余热处理钢筋。2）RRB系列余热处理钢筋由轧制的钢筋经高温淬水，余热处理后系列余热处理钢筋由轧制的钢筋经高温淬水，余热处理后提高强度，其提高强度，其延性、可焊性、机械连接性能及施工适应性降低。延性、可焊性、机械连接性能及施工适应性降低。一般可用于对变形性能及加工一般可用于对变形性能及加工性能要求不高的构件中，如基础、大体积混凝土、楼板、墙体以及次要的中小结性能要求不高的

9、构件中，如基础、大体积混凝土、楼板、墙体以及次要的中小结构构件等构构件等混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 普通钢筋强度标准值普通钢筋强度标准值（）（）)(mmd公称直径ykf屈服强度标准stkf630500650DDFHRB500HRBF500540400650CCFCRHRB400HRBF400RRB400455335614420300614AHPB300)(mmdykfstkf极限强度标准值630500650DDHRB500HRBF500540400650CCCHRB400HRBF400RRB4004553356BHRB3354203006AHPB300符 号牌牌

10、 号号黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 注：当构件中配有不同种类的钢筋时，每种钢筋应采用各自的强度设计值。注：当构件中配有不同种类的钢筋时，每种钢筋应采用各自的强度设计值。对轴心受压构件，当采用对轴心受压构件，当采用HRB500HRB500、HRBF500HRBF500钢筋时，钢筋的抗压强度设计值应钢筋时，钢筋的抗压强度设计值应取取400 N/mm400 N/mm2 2。横向钢筋的抗拉强度设计值应按表中的数值采用；但用作受剪、横向钢筋的抗拉强度设计值应按表中的数值采用；但用作受剪、受扭、受冲切承载力计算时，其数值大于受扭、受冲切

11、承载力计算时，其数值大于360N/mm360N/mm2 2时应取时应取360N/mm360N/mm2 2。抗拉强度设计值抗拉强度设计值435435FHRB500HRBF500360C CHRB400HRBF400RRB400300300B BHRB335270270A AHPB300抗压强度设计值抗压强度设计值4435D DD D360C CC CFRB BA A符符 号号牌牌 号号黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋普通钢筋强度设计值普通钢筋强度设计值（）（）混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋钢筋的并筋钢筋的并筋1 1）制

12、订依据制订依据：为解决粗钢筋及配筋密集引起设计、施工的困难，为解决粗钢筋及配筋密集引起设计、施工的困难，构件中的钢筋可采用并筋的配置形式。构件中的钢筋可采用并筋的配置形式。2 2）规规 范范：规定直径规定直径28mm28mm及以下的钢筋并筋数量不应超过及以下的钢筋并筋数量不应超过3 3根；根；直径直径32mm32mm的钢筋并筋数量不应超过的钢筋并筋数量不应超过2 2根；直径根；直径36mm36mm及以上钢筋不应及以上钢筋不应采用并筋。并筋应按单根等效钢筋进行计算，等效钢筋的等效直径采用并筋。并筋应按单根等效钢筋进行计算，等效钢筋的等效直径应按截面面积相等的原则换算确定应按截面面积相等的原则换算

13、确定。3 3）适用范围适用范围：并筋等效直径的概念用于并筋等效直径的概念用于钢筋间距、保护层厚度、钢筋间距、保护层厚度、裂缝宽度验算、钢筋锚固长度、搭接接头面积百分率及搭接长度裂缝宽度验算、钢筋锚固长度、搭接接头面积百分率及搭接长度。4 4）原原 则则：相同直径的二并筋等效直径可取为相同直径的二并筋等效直径可取为1.411.41倍单根钢倍单根钢筋直径；三并筋等效直径可取为筋直径；三并筋等效直径可取为1.731.73倍单根钢筋直径。二并筋可按倍单根钢筋直径。二并筋可按纵向或横向的方式布置，三并筋宜按品字形布置。并均按并筋的重纵向或横向的方式布置，三并筋宜按品字形布置。并均按并筋的重心作为等效钢筋

14、的重心。心作为等效钢筋的重心。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 2 2塑性塑性:反映钢材的变形能力反映钢材的变形能力，包括，包括伸长率、冷弯试验伸长率、冷弯试验（1 1 1 1）伸长率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比值）伸长率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比值）伸长率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比值）伸长率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比值黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋结论：伸长率越大，说明材料的塑性越好。热轧钢筋的伸长率较大，拉断前有明显的预兆，延性较好。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 钢筋钢筋品种品种普通钢筋普通钢筋预应力筋预应力筋

15、HPB300HRB335、HRB400、HRBF400、HRB500、HRBF500RRB400107.55.03.5普通钢筋及预应力筋在最大力下的总伸长率限值（%）伸长率仅能反映钢筋拉断时残余变形的大小（包含了断口颈缩区域的局部变形），忽略了钢筋的弹性变形，不能反映钢筋受力时的总体变形能力。因此，规范采用最大力下总伸长率 来评定钢筋的塑性性能。黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能（2 2 2 2）冷弯试验）冷弯试验）冷弯试验）冷弯试验-钢筋钢筋钢筋钢筋黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋=90、180,反复弯曲反复弯曲要求：要

16、求：1）冷弯过程中无裂缝、鳞落或断裂；）冷弯过程中无裂缝、鳞落或断裂；2）D 愈小，要求愈高；愈小，要求愈高；3）反复次数愈高，要求愈高。）反复次数愈高，要求愈高。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能（2 2 2 2）冷弯试验钢板）冷弯试验钢板）冷弯试验钢板）冷弯试验钢板黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 3.3.3.3.可焊性可焊性可焊性可焊性 保证焊接接头的性能良好保证焊接接头的性能良好4.4.4.4.与混凝土的黏结力与混凝土的黏结力与

17、混凝土的黏结力与混凝土的黏结力 保证钢筋与混凝土共同工作保证钢筋与混凝土共同工作 黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋结论结论 带肋钢筋黏结力比光面钢筋带肋钢筋黏结力比光面钢筋黏结力黏结力好好。光圆钢筋带肋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋钢筋在结构施工图中的应用钢筋在结构施工图中的应用钢筋在结构施工图中的应用钢筋在结构施工图中的应用结构用钢材应具有抗拉强度、屈服强度、伸长率和硫、磷含量的合格保证，对焊接钢结构用钢材，尚应具有碳含量、冷弯试验的合格保证。结构材料的强度标准值应具有不低于95%的保证率，其结构用钢材应符合抗

18、震性能要求。钢筋混凝土构件纵向受力钢筋采用普通钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25，且钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.3。钢结构用的钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值不应大于0.85；钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率应大于20%；钢材应具有良好的可焊性和合格的冲击韧性。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 2.2混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能主要材料主要材料：水泥、水、砂、石：水泥、水、砂、石特特 点点:1）以固相为主，包含固体、液体、气体的三相体；）以固相为主，包含固体、液体、气体的三相体；2）水化过程长，性能

19、要很长时间才稳定；）水化过程长，性能要很长时间才稳定；3）水泥石收缩可形成微裂缝；）水泥石收缩可形成微裂缝；4）受制作、养护、使用条件影响大。）受制作、养护、使用条件影响大。2.2.1 2.2.1 组成及特点组成及特点黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 一、一、立方体抗压强度（砼强度的基本指标、评定砼强度等级的标准）承压板承压板试块试块摩擦力摩擦力不涂润滑剂不涂润滑剂涂润滑剂涂润滑剂前者强度大于后者前者强度大于后者1.1.标准尺寸：标准尺寸：150150mmmm150150mmmm150150mmmm2.2.养护条件：养护条件：2

20、020 3 3，湿度，湿度95%95%；28d28d3.3.加荷方法：加荷速度加荷方法：加荷速度0.150.150.250.25MPa/sMPa/s，垫板不涂油或垫橡胶板。垫板不涂油或垫橡胶板。2.1.2 2.1.2 混凝土强度混凝土强度黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 5.5.非标准试块强度换算系数：非标准试块强度换算系数：200mm200mm200mm200mm200mm:200mm:1.051.05 100mm 100mm100mm100mm100mm:100mm:0.950.95 为何换算系为何换算系数小于数小于1 1？

21、4.4.强度保证率强度保证率95%95%：fcuk=-1.6456.6.分级：分级：C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80 C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80 高强混凝土高强混凝土共共1414个等级。个等级。C CC Concrete,oncrete,单位：单位：N/mmN/mm2 2或或MPaMPa。黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 影响混凝土立方体抗压强度的影响混凝土立方体抗压强

22、度的因素因素加载速度越快，加载速度越快，测得强度越高测得强度越高试块边长越短，试块边长越短，测得强度越高测得强度越高加载速度加载速度尺寸效应尺寸效应套箍作用套箍作用试块的龄期试块的龄期和养护条件和养护条件fcu(150)=0.95 fcu(100)=1.05 fcu(200)对于相同条件的对于相同条件的试块，试块和垫试块，试块和垫板之间加润滑剂板之间加润滑剂后测得强度比不后测得强度比不加润滑剂时小，加润滑剂时小，主要是因为加了主要是因为加了润滑剂后垫板和润滑剂后垫板和试块之间的摩擦试块之间的摩擦力产生的套箍作力产生的套箍作用变小用变小 在一定温度和湿在一定温度和湿度条件下，开始度条件下，开始时

23、混凝土的强度时混凝土的强度增长较快，以后增长较快，以后逐渐减慢。总体逐渐减慢。总体趋势增大。在干趋势增大。在干燥环境下养护时，燥环境下养护时，早期强度较高，早期强度较高，后期强度比早期后期强度比早期强度低强度低 黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 预应力混凝土结构预应力混凝土结构v预应力混凝土结构的混凝土预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜强度等级不宜低于低于C40C40，且不，且不应低于应低于C30C30。钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构v素混凝土结构的强度等级不应低素混凝土结构的强度等级不应低于于C15C15；v钢筋混凝土结构的混

24、凝土强度等钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于级不应低于C20C20；v采用强度等级采用强度等级400MPa400MPa及以上的钢及以上的钢筋时混凝土强度等级不应低于筋时混凝土强度等级不应低于C25C25。v承受重复荷载的钢筋混凝土构件，承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于混凝土强度等级不应低于C30C30。规范规范对混凝土的选用原则对混凝土的选用原则黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 二、轴心抗压强度二、轴心抗压强度标准试块：150150300 bbhfckfcu,kh b1.00.5012345黏结力黏结力混

25、凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋0.88：结构中混凝土的实体强度与立方体试件混凝土强度之间的差异，取的修正系数；：结构中混凝土的实体强度与立方体试件混凝土强度之间的差异，取的修正系数；：棱柱体强度与立方体强度之比值。：棱柱体强度与立方体强度之比值。C50取取0.76，C80取取0.82，中间线性插值；，中间线性插值；：C40以上的混凝土考虑脆性折减系数以上的混凝土考虑脆性折减系数，C40取取1.0，C80取取0.87，中间线性插值。，中间线性插值。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 三、轴心抗拉强度三、轴心抗拉强度l l劈裂试验劈裂试验劈裂试验劈裂试验 f fts tsfts

26、dFFdFF劈裂试验劈裂试验试验方法直接受拉试验直接受拉试验黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 l l直接受拉试验直接受拉试验黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋式中：系数式中：系数0.395和指数和指数0.55为轴心抗拉强度与为轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算关系立方体抗压强度的折算关系，为统计分析结果；，为统计分析结果；：试验离散性的变异系数：试验离散性的变异系数。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 四、复杂应力下的强度四、复杂应力下的强度1 1 1 1、双向受力、双向受力、双向受力、双向受力1.

27、01.01.21.2-0.2-0.2 2/fc 1/fc拉拉压压结论结论结论结论v双向受压：强度提高；双向受压：强度提高；v双向受拉：强度不变；双向受拉：强度不变；v一侧受拉一侧受压：一侧受拉一侧受压：抗拉和抗压强度都降低抗拉和抗压强度都降低黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 2 2、剪力存在、剪力存在黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋结论结论结论结论：拉剪构件：拉剪构件：拉剪构件：拉剪构件：抗拉、抗剪强度都降低抗拉、抗剪强度都降低。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 结论：压剪构件结论：压剪构件结论

28、：压剪构件结论：压剪构件当当 时，抗剪强度随压应力提高而增大；时，抗剪强度随压应力提高而增大；当当 时，内部裂缝增加，抗剪强度随压应力提高而降低。时，内部裂缝增加，抗剪强度随压应力提高而降低。黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能【1 1】、柱受轴向压力的同时又受水平剪力，此时受压混凝土的抗剪、柱受轴向压力的同时又受水平剪力，此时受压混凝土的抗剪强度（）强度（）A A、随轴压力增大而增大、随轴压力增大而增大B B、轴压力超过某值后减小，当达、轴压力超过某值后减小，当达fcfc时，抗剪强度为零时，抗剪强度为零C C、随轴压力增大，抗剪强

29、度减小，但混凝土抗压强度不变、随轴压力增大，抗剪强度减小，但混凝土抗压强度不变C C【2 2】、当截面上同时作用有剪应力和正压力时（）、当截面上同时作用有剪应力和正压力时（）A A、剪应力降低了混凝土的抗拉强度，但提高了其抗压强度、剪应力降低了混凝土的抗拉强度，但提高了其抗压强度B B、剪应力提高了混凝土的抗拉强度和抗压强度、剪应力提高了混凝土的抗拉强度和抗压强度C C、不太高的压应力可提高混凝土的抗剪强度、不太高的压应力可提高混凝土的抗剪强度D D、不太高的拉应力可提高混凝土的抗剪强度、不太高的拉应力可提高混凝土的抗剪强度C C黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土

30、结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 3 3、三向受力、三向受力黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋2003=50N/mm235N/mm213310N/mm215010050051015202512(N/mm2)1()受液压作用的圆柱体试件混凝土的三轴抗压强度混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 1 1=f fcccc 1 1=f fcccc 2 2=3 3=f fL Lf fL L-侧向约束侧向约束压应力（加液压应力（加液压）压）圆柱体试验圆柱体试验圆柱体试验圆柱体试验有侧向约束有侧向约束时的抗压强时的抗压强度度无侧向约束时无侧向约束时圆柱体的单轴圆柱体的单轴抗压强度

31、抗压强度钢管砼钢管砼密配螺旋箍筋密配螺旋箍筋黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋工程应用工程应用：约束混凝土：约束混凝土结论：三向受压时，强度增加结论：三向受压时，强度增加混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 02468102030(MPa)10-3BACEDOA 弹性阶段A:0.3fcAB裂缝稳定阶段s:0.3fc 0.8fc BC 裂缝不稳定阶段:0.8 fc 1.0 fc0 对应于峰值点应变 规范规范0=0.002cu 混凝土极限压应变规范规范cu=0.0033一、单调短期加载一、单调短期加载2.2.3 2.2.3 混凝土的变形混凝土的变形混凝土结构基本原理混凝

32、土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 结论结论1、混凝土的、混凝土的关系为一条曲线，关系为一条曲线，说明混凝土是一种弹塑性材料；说明混凝土是一种弹塑性材料；2、混凝土的强度越高，下降段越陡、混凝土的强度越高，下降段越陡峭，延性越差；强度越低，下降段峭，延性越差；强度越低，下降段越平缓，延性越好；越平缓，延性越好；3、横向钢筋的约束作用对混凝土的、横向钢筋的约束作用对混凝土的曲线影响显著。（试验表明）曲线影响显著。（试验表明）(主要是提高了构件的抗压强度和延主要是提高了构件的抗压强度和延性性)黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋高强混凝土高强混凝土：，混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋

33、混凝土物理力学性能 二、多次加载pe包络线与一次性加载时包络线与一次性加载时的应力的应力-应变曲线相似应变曲线相似黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 kcc0cecp0h原点弹性模量：原点弹性模量：三、混凝土模量割线模量：割线模量：切线模量：切线模量：思考：思考：v在压应力压应变曲在压应力压应变曲线的上升段线的上升段1 1，1 1，1 1v当应力增大时，当应力增大时，减减小小或增大或不变或增大或不变黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋弹性系数弹性系数：变形模量与弹性模量的比值。：变形模量与弹性模量的比值。混凝土结构基本原理混凝

34、土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 l l混凝土的弹性模量的试验方法混凝土的弹性模量的试验方法（150mm150mm150mm150mm300mm300mm标准试件）标准试件）c c/f fc c c c0.50.55 51010次次此线和原点切此线和原点切线基本平行，线基本平行，取其斜率作为取其斜率作为E Ec cl l 混凝土的泊松比混凝土的泊松比0.20.20.20.2l l混凝土的剪切模量混凝土的剪切模量黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 四、徐变四、徐变 定义定义：在荷载保持不变的情况下，变形随时间推移继续增大的现象。

35、在荷载保持不变的情况下，变形随时间推移继续增大的现象。特点特点：早期发展快，但可以延续数年。早期发展快，但可以延续数年。P P0.50.51.01.01.51.52.02.02.52.50 05 5101015152020252530303535(1010-3-3)(月月)c c0.50.5f fc c，线性徐变，线性徐变 c c0.80.8f fc c，造成混凝土破坏，不稳定造成混凝土破坏，不稳定 crcr e e e e e e crcr0.50.5f fc c c c0.80.8f fc c，非线性徐变，非线性徐变黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原

36、理钢筋混凝土物理力学性能 徐变产生的原因徐变产生的原因当荷载较小时，混凝土中结硬的水泥凝胶体，在持续外力作用下，产当荷载较小时，混凝土中结硬的水泥凝胶体，在持续外力作用下，产生黏性蠕动，压应力逐渐传给骨料和水泥结晶体，二者形成应力重分生黏性蠕动，压应力逐渐传给骨料和水泥结晶体，二者形成应力重分布而产生变形。布而产生变形。当荷载较大时，混凝土内部微裂缝发展使应变不断加大当荷载较大时，混凝土内部微裂缝发展使应变不断加大。徐变分类徐变分类线性徐变：持续应力线性徐变：持续应力 ，徐变变形与应力成正比，曲线接近等间距，徐变变形与应力成正比，曲线接近等间距分布。分布。非线性徐变：持续应力，徐变变形与应力不

37、成正比，徐变比应力增非线性徐变：持续应力，徐变变形与应力不成正比，徐变比应力增加得快。加得快。黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 影响混凝土徐变的因素影响混凝土徐变的因素加载龄期加载龄期外部环境外部环境构件尺寸构件尺寸v加载时加载时的混凝的混凝土龄期土龄期越早，越早，徐变越徐变越大。大。v持续应持续应力越大，力越大，徐变越徐变越大。大。v尺寸愈尺寸愈大，比大，比表面积表面积愈小，愈小，徐变越徐变越小小v养护时温养护时温度高，湿度高，湿度大，徐度大，徐变小；变小；v受荷后所受荷后所处的环境处的环境温度越高，温度越高，徐变越大。徐变越

38、大。v水泥越多，徐水泥越多，徐变越大；变越大；v水灰比越大，水灰比越大，徐变越大；徐变越大；v骨料越坚硬，骨料越坚硬，弹性模量越高，弹性模量越高，骨料所占体积骨料所占体积比越大，徐变比越大，徐变越小。越小。应力应力材料材料黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 徐变对结构的影响：徐变对结构的影响：使构件变形增大；使构件变形增大；在预应力构件中，使预应力发生损失；在预应力构件中，使预应力发生损失；使大偏心受压构件的附加偏心距加大，导致构件承载力降低；使大偏心受压构件的附加偏心距加大，导致构件承载力降低；在超静定结构中，使内力发生重分布，

39、缓和应力集中、降低温度在超静定结构中，使内力发生重分布，缓和应力集中、降低温度应力，对结构有利。应力，对结构有利。PAsPAs s1c1Ps2As s2徐变：徐变：s，c P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 五、收缩五、收缩定义：定义：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。收缩率：收缩率：310-4。收缩。收缩=凝缩凝缩+干缩干缩特点：特点：早期快，可延续早期快，可延续12年。年。黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基

40、本原理钢筋混凝土物理力学性能 收缩原因收缩原因收缩原因收缩原因结硬初期，水泥水化作用引起混凝土体积凝结；结硬初期，水泥水化作用引起混凝土体积凝结；结硬后，混凝土内游离水分蒸发散引起混凝土干缩结硬后，混凝土内游离水分蒸发散引起混凝土干缩。影响因素影响因素影响因素影响因素材料：水泥强度越高，收缩越大；水泥用量越多，收缩越大；水灰材料：水泥强度越高，收缩越大；水泥用量越多，收缩越大；水灰比越大，收缩越大，骨料弹性模量越大，收缩越小；混凝土越密实，比越大，收缩越大，骨料弹性模量越大，收缩越小；混凝土越密实，收缩越小。收缩越小。外部环境：养护时、使用时周围湿度越大，收缩越小。外部环境：养护时、使用时周围

41、湿度越大，收缩越小。体表比：体表比越大，收缩越小。体表比：体表比越大，收缩越小。黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 收缩对结构的影响收缩对结构的影响收缩对结构的影响收缩对结构的影响收缩使构件产生拉应力，甚至导致混凝土产生裂缝；收缩使构件产生拉应力，甚至导致混凝土产生裂缝；在预应力混凝土结构中产生预应力损失；在预应力混凝土结构中产生预应力损失；在在钢钢筋筋和和混混凝凝土土之之间间引引起起应应力力重重分分布布，钢钢筋筋受受压压应应力力，混混凝凝土土受受拉拉应应力。力。当收缩受到约束时，引起构件开裂。自由收缩对结构不会产生不利影响。当收

42、缩受到约束时，引起构件开裂。自由收缩对结构不会产生不利影响。As sAs s收缩：钢筋受压，混凝土受拉As黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 加强振捣和养护加强振捣和养护减小水灰比减小水灰比限制水泥用量限制水泥用量掺膨胀剂掺膨胀剂设置变形缝设置变形缝减少收缩的措施构造钢筋构造钢筋数量加强数量加强黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 2.32.3.1 1 黏黏结的概念结的概念 钢筋与混凝土间具有足够的钢筋与混凝土间具有足够的黏黏结是保证钢筋与混凝土共结是保证钢筋与混凝土共

43、同受力变形的基本前提。同受力变形的基本前提。通过钢筋与混凝土界面的粘通过钢筋与混凝土界面的粘黏黏结应力结应力(bond stress)，可，可以实现钢筋与混凝土之间的应力传递，从而使两种材料可以以实现钢筋与混凝土之间的应力传递，从而使两种材料可以结合在一起共同工作。结合在一起共同工作。黏黏结应力结应力通常是指通常是指钢筋与混凝土界面间的剪应力钢筋与混凝土界面间的剪应力。2.3混凝土与钢筋的黏结性能混凝土与钢筋的黏结性能黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 scc+dcs-dsss-dst2.3.22.3.2粘结的原理粘结的原理t黏结

44、力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 PPT两种两种黏结作用结作用锚固锚固黏黏结结裂缝附近的局部裂缝附近的局部黏黏结结锚固粘结：锚固粘结：为保证构件内纵向为保证构件内纵向钢筋的受力，纵向钢筋必须在钢筋的受力，纵向钢筋必须在支座处具有足够的锚固长度支座处具有足够的锚固长度。这类粘结考虑的部位是在钢筋这类粘结考虑的部位是在钢筋端头附近。端头附近。裂缝附近的局部粘结：裂缝附近的局部粘结：这种粘这种粘结指在开裂构件两侧，钢筋和结指在开裂构件两侧，钢筋和混凝土接触面上的与钢筋拉应混凝土接触面上的与钢筋拉应力方向产生相反的粘结应力力方向产生相反的粘

45、结应力。黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋2.3.32.3.3粘结分类粘结分类混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 胶结力胶结力：钢筋与混凝土接触面上的：钢筋与混凝土接触面上的化学吸附力化学吸附力。当钢筋与混凝土产生相当钢筋与混凝土产生相对滑动后，胶结作用即丧失。对滑动后，胶结作用即丧失。摩阻力摩阻力：混凝土收缩握裹钢筋而对钢筋产生的垂直于：混凝土收缩握裹钢筋而对钢筋产生的垂直于摩擦面的压应力。摩擦面的压应力。接触接触面粗糙程度越大，其值越大；面粗糙程度越大，其值越大；摩擦力的大小取决于握裹力和钢筋与混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凝土表面的摩

46、擦系数机械咬合力机械咬合力：钢筋表面凹凸不平钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的。与混凝土之间产生的。胶结胶结力力摩擦力摩擦力机械咬合力机械咬合力黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋2.3.42.3.4黏结力组成黏结力组成黏结力组成黏结力组成光圆钢筋光圆钢筋光圆钢筋光圆钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 对于光面钢筋，表面轻度锈蚀有利于增加摩擦力，但摩擦作用也很对于光面钢筋，表面轻度锈蚀有利于增加摩擦力，但摩擦作用也很有限。有限。由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合作用也不大。因由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合作

47、用也不大。因此，光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的。此，光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的。为保证光面钢筋的锚固，通常需在钢筋端部弯钩、弯折或加焊短钢为保证光面钢筋的锚固，通常需在钢筋端部弯钩、弯折或加焊短钢筋以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动。筋以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动。黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋光面钢筋黏结力光面钢筋黏结力光面钢筋黏结力光面钢筋黏结力混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 将钢筋表面轧制出肋形成带肋钢筋，即变形钢筋，可显著增加钢筋与混凝土的机械咬合作用，从而大大增加了粘结强度。对与强度较高的钢筋，均需作成变形钢筋，以保证钢

48、筋与混凝土间具有足够的粘结强度使钢筋的强度得以充分发挥。黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋变形钢筋黏结力变形钢筋黏结力变形钢筋黏结力变形钢筋黏结力螺纹钢筋螺纹钢筋人字纹钢筋人字纹钢筋月牙纹钢筋月牙纹钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力，其水平分力使钢筋周围的混凝土轴向受拉、受剪，径向分力使混凝土产生环向拉力。轴向拉力和剪力使混凝土产生内部斜向锥形裂缝，环向拉力使混凝土产生内部径向裂缝。黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 混凝土保护层和钢筋间距较小时，

49、径向裂缝可发展达到构件表面，产生劈裂裂缝，机械咬合作用将很快丧失，产生劈裂式粘结破坏。在钢筋周围配置横向钢筋（箍筋或螺旋钢筋）或增加混凝土的保护层厚度（c/d），可提高粘结强度。黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋 混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 如果钢筋周围的横向钢筋较多或混凝土的保护层（c/d）较大，径向裂缝很难发展达到构件表面，则肋前部的混凝土在水平分力和剪力作用下最终将被挤碎，发生沿肋外径圆柱面的剪切破坏，形成所谓的“刮梨式”破坏，“刮梨式”破坏是变形钢筋

50、与混凝土粘结强度的上限。黏结力黏结力混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理钢筋混凝土物理力学性能 影响粘结强度的因素钢筋钢筋种类种类钢筋钢筋净距净距横向横向钢筋钢筋v变形变形钢筋钢筋粘结粘结强度强度大于大于光面光面钢筋钢筋的粘的粘结强结强度度。v粘结粘结强度强度随混随混凝土凝土的强的强度的度的提高提高而而提提高高，但不但不成正成正比比。v梁中的梁中的箍筋能箍筋能提高粘提高粘结强度结强度v太小，太小，出现水出现水平劈裂平劈裂裂缝使裂缝使整个保整个保护层脱护层脱落，使落，使粘结强粘结强度降低度降低。v太薄，太薄，使钢筋使钢筋与混凝与混凝土因产土因产生径向生径向劈裂裂劈裂裂