第2章 鋼筋和混凝土的基本性能

1、梁興文梁興文 王社良王社良 李曉文李曉文 等編著等編著科學出版社科學出版社 2003年年8月月混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的 混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的 混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的受彎構(gòu)件受彎構(gòu)件（梁、板）（梁、板） 構(gòu)件截面主要存在彎矩構(gòu)件截面主要存在彎矩M、剪力、剪力V。受壓構(gòu)件受壓構(gòu)件（柱、墻）（柱、墻） 構(gòu)件截面都有軸向壓力構(gòu)件截面都有軸向壓力N，可能存在彎矩，可能存在彎矩M、剪力、剪力V。受拉構(gòu)件受拉構(gòu)件（屋架下弦、拉桿）（屋架下弦、拉桿） 構(gòu)件截面都有軸向拉力構(gòu)件截面都有軸向拉力N，可能存在彎矩，可能存在

2、彎矩M、剪力、剪力V。受扭構(gòu)件受扭構(gòu)件 （曲梁、雨棚梁）（曲梁、雨棚梁） 構(gòu)件截面除產(chǎn)生彎矩構(gòu)件截面除產(chǎn)生彎矩M、剪力、剪力V外，還會產(chǎn)生扭矩外，還會產(chǎn)生扭矩T。按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的主要按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的主要受力特點受力特點，可分為以下幾類：，可分為以下幾類：章章教材作者教材作者課件制作課件制作課件審查課件審查第第1 1章章 材料材料梁興文梁興文鄧明科鄧明科李曉文李曉文第第2 2章章 計算原理計算原理梁興文梁興文謝啟芳謝啟芳李曉文李曉文第第3 3章章 軸心受力軸心受力陳陳 平平馬樂為馬樂為李曉文李曉文第第4 4章章 受彎正截面受彎正截面王社良王社良丁怡潔、黃煒丁怡潔、黃煒李曉文李曉文第第5 5章章 偏心受力

3、偏心受力李曉文李曉文王王 威威李曉文李曉文第第6 6章章 斜截面斜截面梁興文梁興文馬樂為馬樂為梁興文梁興文第第7 7章章 受扭受扭梁興文梁興文黃黃 煒煒周鐵鋼周鐵鋼第第8 8章章 裂縫變形裂縫變形陳陳 平平趙祥、朱麗華趙祥、朱麗華李方圓李方圓第第9 9章章 預應力預應力李方圓李方圓李方圓李方圓李方圓李方圓教材作者：梁興文教材作者：梁興文課件制作：鄧明科課件制作：鄧明科課件審查：李曉文課件審查：李曉文鋼筋的物理力學性能鋼筋的物理力學性能混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能鋼筋與混凝土的粘結(jié)鋼筋與混凝土的粘結(jié)鋼筋的錨固和連接鋼筋的錨固和連接鋼筋的級別、強度和變形性能鋼筋的級別、強度和變形性能混

4、凝土的強度和變形性能混凝土的強度和變形性能粘結(jié)破壞機理粘結(jié)破壞機理1 1 鋼筋的鋼筋的種類種類及及符號符號說明說明 鋼筋的外形鋼筋的外形 熱軋鋼筋熱軋鋼筋1 1 鋼筋的鋼筋的種類種類及及符號符號說明說明 預應力鋼筋預應力鋼筋1 1 鋼筋的鋼筋的種類種類及及符號符號說明說明熱軋鋼筋的熱軋鋼筋的符號說明符號說明HPB235 生產(chǎn)工藝：生產(chǎn)工藝： hot rolled 表面形狀：表面形狀：plain 鋼筋：鋼筋：bar 屈服強度屈服強度1 1 鋼筋的鋼筋的種類種類及及符號符號解釋解釋熱軋鋼筋的熱軋鋼筋的符號說明符號說明HRB335 hot rolledribbed bar RRB400 remain

5、ed heat treatmentribbed bar 1 1 鋼筋的鋼筋的種類種類及及符號符號說明說明熱軋鋼筋的熱軋鋼筋的屈服強度屈服強度種類種類符號符號fyf y熱軋鋼筋HPB 235(Q235)210210HRB 335(20MnSi)300300HRB 400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)360360RRB 400(K20MnSi) R3603601 1 鋼筋的鋼筋的種類種類及及符號符號說明說明預應力鋼筋的預應力鋼筋的符號說明符號說明S鋼絞線鋼絞線 S Strand P光面鋼絲光面鋼絲 P Plain I刻痕鋼絲刻痕鋼絲 I Indented H螺旋肋鋼絲螺旋肋鋼絲

6、 H Helix HT熱處理鋼筋熱處理鋼筋 HT Heat-treated 1 1 鋼筋的鋼筋的種類種類及及符號符號說明說明預應力鋼筋的預應力鋼筋的屈服強度屈服強度種類種類符號符號fptkfpyfpy鋼絞線13S18601320390172012201570111017186013203901720 1220消除應力鋼絲光面螺旋肋PH177012504101670118015701110刻痕處理鋼筋40Si2MnHT1470104040048Si2Mn45Si2Cr2 2 軟鋼的軟鋼的應力應力應變曲線應變曲線 a 比例極限比例極限b 彈性極限彈性極限ob 彈性階段彈性

7、階段d 極限抗拉強度極限抗拉強度bc 屈服階段屈服階段cd 強化階段強化階段de 破壞階段破壞階段e 極限應變極限應變3 3 硬鋼的硬鋼的應力應力應變曲線應變曲線 d 極限抗拉強度極限抗拉強度e 極限應變極限應變 條件屈服強度：條件屈服強度： 取殘余應變?yōu)槿堄鄳優(yōu)?.2%所對應的應力作為無明顯流幅鋼筋所對應的應力作為無明顯流幅鋼筋的強度限值，通常稱為的強度限值，通常稱為條件屈服強度條件屈服強度。4 4 鋼筋的應力鋼筋的應力應變應變簡化模型簡化模型 （1 1）理想彈塑性模型理想彈塑性模型（2 2）三段線性模型三段線性模型5 5 鋼筋的鋼筋的塑性性能塑性性能 （1）延伸率：）延伸率：（2）冷彎

8、性能：）冷彎性能： 延伸率越大，鋼筋的延伸率越大，鋼筋的塑性塑性和和變形能力變形能力越好。越好。100%lll 彎心彎心直徑直徑越小，彎過的越小，彎過的角度角度越大，冷彎性能越好，鋼筋的越大，冷彎性能越好，鋼筋的塑塑性性能性性能越好。越好。6 6 鋼筋的鋼筋的冷加工冷加工冷拉：冷拉： 在常溫下用在常溫下用機械機械方法將有明顯流幅的鋼筋拉到方法將有明顯流幅的鋼筋拉到超過超過屈服強度的某一應力值，然后屈服強度的某一應力值，然后卸載至零卸載至零。6 6 鋼筋的冷加工 鋼筋在冷拉后，未經(jīng)時效前，一般沒有明顯的屈服臺階；鋼筋在冷拉后，未經(jīng)時效前，一般沒有明顯的屈服臺階； 經(jīng)過停放或加熱后進一步提高了屈服

9、強度并恢復了屈服臺經(jīng)過停放或加熱后進一步提高了屈服強度并恢復了屈服臺階，這種現(xiàn)象稱為冷拉階，這種現(xiàn)象稱為冷拉時效硬化時效硬化。6 6 鋼筋的鋼筋的冷加工冷加工 冷拔：冷拔： 將將HPB235級熱軋鋼筋級熱軋鋼筋強行強行拔過小于其直徑的硬質(zhì)合金拔過小于其直徑的硬質(zhì)合金拔拔絲模具絲模具。 經(jīng)過幾次冷拔的鋼絲，抗拉、抗壓經(jīng)過幾次冷拔的鋼絲，抗拉、抗壓強度均強度均大大提高，但大大提高，但塑性塑性降低。降低。7 7 混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求要求 保證構(gòu)件具有一定的保證構(gòu)件具有一定的強度儲備強度儲備。（1）適當?shù)那鼜姳龋┻m當?shù)那鼜姳龋?）足夠的塑性）足夠的塑性 避免發(fā)生避免發(fā)生脆性

10、脆性破壞。破壞。（4）耐久性和耐火性）耐久性和耐火性（3）可焊性）可焊性 要求鋼筋具備良好的要求鋼筋具備良好的焊接焊接性能。性能。 （5）與混凝土具有良好的）與混凝土具有良好的粘結(jié)粘結(jié) 必要的混凝土保護層厚度以滿足對構(gòu)件必要的混凝土保護層厚度以滿足對構(gòu)件耐火極限耐火極限的要求。的要求。 （6）寒冷地區(qū)，防止鋼筋）寒冷地區(qū)，防止鋼筋低溫冷脆低溫冷脆導致破壞。導致破壞。 1 1 立方體抗壓強度立方體抗壓強度 用邊長為用邊長為150mm的的標準標準立方體試塊在立方體試塊在標準標準條件下養(yǎng)護條件下養(yǎng)護28d后，以后，以標準標準試驗方法測得的破壞時的試驗方法測得的破壞時的平均平均壓應力為混凝土的壓應力為

11、混凝土的立方體抗壓強度立方體抗壓強度。 影響因素影響因素： 按上述規(guī)定所測得的具有按上述規(guī)定所測得的具有95%保證率保證率的抗壓強度稱為混的抗壓強度稱為混凝土的凝土的立方體抗壓強度標準值立方體抗壓強度標準值 。 cu,kf 尺寸效應：尺寸越大，內(nèi)部缺陷較多，尺寸效應：尺寸越大，內(nèi)部缺陷較多， 強度較低。強度較低。 加載速度：加載速度越快，強度越低。加載速度：加載速度越快，強度越低。 端部約束：涂潤滑油端部約束：涂潤滑油 ，強度降低。，強度降低。1 1 立方體抗壓強度立方體抗壓強度 混凝土混凝土強度等級強度等級 按立方體抗壓強度標準值確定，按按立方體抗壓強度標準值確定，按 的大小劃分為的大小劃分

12、為14級。級。C15、 C20、 C25、 C30 C80。 cu,kf 混凝土混凝土強度等級強度等級的選用的選用 采用采用HRB335、 HRB400、 RRB400級鋼筋時，級鋼筋時， 不得不得低于低于C20； 預應力混凝土結(jié)構(gòu)，預應力混凝土結(jié)構(gòu)， 不應不應低于低于C30； 采用高強鋼絲作預應力鋼筋時，采用高強鋼絲作預應力鋼筋時，不宜不宜低于低于C40。 承受重復荷載構(gòu)件的混凝土，承受重復荷載構(gòu)件的混凝土， 不得不得低于低于C20；2 2 軸心抗壓強度軸心抗壓強度 120.88ccufccf 棱柱體棱柱體高度高度的取值：的取值： 擺脫端部摩擦力的影響；擺脫端部摩擦力的影響； 試件不致失穩(wěn)。

13、試件不致失穩(wěn)。 與與 的關系：的關系： 試驗目的：采用棱柱體試件，反映混凝土的實際工作狀態(tài)。試驗目的：采用棱柱體試件，反映混凝土的實際工作狀態(tài)。 試件尺寸：我國取試件尺寸：我國取 mm為標準試件。為標準試件。150 150 300scfscuf3 3 軸心抗拉強度軸心抗拉強度 tcu0.550.395ff 與與 的關系：的關系： 直接受拉試驗直接受拉試驗 tsfscuf 劈裂試驗劈裂試驗st22Pfa4 4 復雜受力狀態(tài)下混凝土的強度復雜受力狀態(tài)下混凝土的強度 雙軸應力狀態(tài)雙軸應力狀態(tài) 雙向受拉，接近單軸抗拉強度；雙向受拉，接近單軸抗拉強度； 雙向受壓，混凝土的側(cè)向變形受到約束，強度雙向受壓，

14、混凝土的側(cè)向變形受到約束，強度提高提高 ； 一拉一壓，一拉一壓，加速了混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展加速了混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展 ，抗拉、抗壓強，抗拉、抗壓強度均度均降低降低。 混凝土的三軸抗壓強度混凝土的三軸抗壓強度 4 4 復雜受力狀態(tài)下混凝土的強度復雜受力狀態(tài)下混凝土的強度 cccrff 三軸應力狀態(tài)三軸應力狀態(tài) 試件側(cè)向變形受到限制，其內(nèi)試件側(cè)向變形受到限制，其內(nèi)部微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展受到阻礙，部微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展受到阻礙，當側(cè)壓力增大時，軸向抗壓強度也當側(cè)壓力增大時，軸向抗壓強度也相應增大。相應增大?；炷恋娜S抗壓強度混凝土的三軸抗壓強度 4 復雜受力狀態(tài)下混凝土的強度復雜受力狀態(tài)下混凝土的

15、強度 剪壓或剪拉復合應力狀態(tài)剪壓或剪拉復合應力狀態(tài) 隨著隨著拉應力拉應力的增大的增大 ， 混凝土的抗剪強度混凝土的抗剪強度降低降低。 隨著隨著壓應力壓應力的增大的增大 ， 混凝土的抗剪強度混凝土的抗剪強度逐漸增大逐漸增大；當壓應；當壓應力力超過超過某一數(shù)值后，抗剪強度隨壓應力增大而某一數(shù)值后，抗剪強度隨壓應力增大而減小減小?；炷恋募魤簭秃蠌姸然炷恋募魤簭秃蠌姸?5 一次短期加載下一次短期加載下混凝土受壓的應力混凝土受壓的應力應變曲線應變曲線 當當0.3時，時， 關系接近于關系接近于直線直線； 當當=(0.30.8)時，時， 關系關系偏離直線偏離直線； 當當=(0.81.0)時，內(nèi)部微裂縫進

16、入時，內(nèi)部微裂縫進入非穩(wěn)定發(fā)展非穩(wěn)定發(fā)展階段。階段。 cu0峰值應變峰值應變 極限壓應變極限壓應變 混凝土的應力混凝土的應力應變曲線應變曲線 6 三向三向受壓時混凝土的應力受壓時混凝土的應力應變曲線應變曲線 試件縱向受壓時，混凝土的橫向膨脹受到約束，使核心混凝試件縱向受壓時，混凝土的橫向膨脹受到約束，使核心混凝土處于土處于三向受壓三向受壓狀態(tài)，內(nèi)部狀態(tài)，內(nèi)部微裂縫微裂縫的發(fā)展受到抑制，從而提高了的發(fā)展受到抑制，從而提高了試件的縱向強度和試件的縱向強度和延性延性，特別是延性大為提高。，特別是延性大為提高。 混凝土圓柱體三向受壓時軸向應力混凝土圓柱體三向受壓時軸向應力應變曲線應變曲線 6 三向三向

17、受壓時混凝土的應力受壓時混凝土的應力應變曲線應變曲線 螺旋箍筋圓柱體約束混凝土的應力螺旋箍筋圓柱體約束混凝土的應力應變曲線應變曲線 7 7 混凝土的變形模量混凝土的變形模量 初始彈性模量初始彈性模量 ：過：過原點原點切線的斜率。切線的斜率。切線模量切線模量 ：過某一點：過某一點切線切線的斜率。的斜率。割線模量割線模量 ：某一點與原點：某一點與原點連線連線的斜率。的斜率?；炷恋淖冃文Ａ炕炷恋淖冃文Ａ?7 7 混凝土的變形模量混凝土的變形模量 混凝土混凝土彈性模量彈性模量與與立方體抗壓強度立方體抗壓強度之間的關系：之間的關系：52ccu,k10(N/mm )34.72.2Ef8 8 混凝土的徐

18、變混凝土的徐變 定義定義：在荷載：在荷載長期長期作用下，混凝土的作用下，混凝土的變形變形隨時間而隨時間而徐徐增長徐徐增長 的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。徐變的特點徐變的特點：開始增長較快，以后逐漸減慢，最后趨于穩(wěn)定。：開始增長較快，以后逐漸減慢，最后趨于穩(wěn)定。 混凝土的徐變混凝土的徐變 8 8 混凝土的徐變混凝土的徐變 徐變的原因徐變的原因： 水泥凝膠體的黏性流動，使骨料應力增大。水泥凝膠體的黏性流動，使骨料應力增大。 混凝土中內(nèi)部微裂縫的發(fā)展?；炷林袃?nèi)部微裂縫的發(fā)展。 影響徐變的因素影響徐變的因素： 應力的大?。粦Φ拇笮?；混凝土的齡期；混凝土的齡期； 混凝土的制作、養(yǎng)護環(huán)境；混凝土的制作、養(yǎng)護環(huán)境；

19、水灰比與水泥用量；水灰比與水泥用量；骨料用量及力學性能。骨料用量及力學性能。8 8 混凝土的徐變混凝土的徐變徐變對結(jié)構(gòu)設計的影響：徐變對結(jié)構(gòu)設計的影響： 使鋼筋混凝土構(gòu)件截面產(chǎn)生使鋼筋混凝土構(gòu)件截面產(chǎn)生內(nèi)力重分布內(nèi)力重分布； 使受彎構(gòu)件和偏壓構(gòu)件的使受彎構(gòu)件和偏壓構(gòu)件的變形加大變形加大 ； 使預應力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生使預應力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預應力損失預應力損失 。1 1 粘結(jié)應力的粘結(jié)應力的定義定義鋼筋與混凝土接觸面上產(chǎn)生的沿鋼筋縱向的剪應力鋼筋與混凝土接觸面上產(chǎn)生的沿鋼筋縱向的剪應力 。粘結(jié)強度粘結(jié)強度：粘結(jié)失效時的最大（平均）粘結(jié)應力。：粘結(jié)失效時的最大（平均）粘結(jié)應力。粘結(jié)強度的測試粘結(jié)強度的

20、測試 1 1 粘結(jié)應力的粘結(jié)應力的定義定義拔出試驗拔出試驗2 2 粘結(jié)應力的粘結(jié)應力的組成組成 鋼筋與混凝土表面的鋼筋與混凝土表面的化學膠著力化學膠著力； 鋼筋與混凝土接觸面的鋼筋與混凝土接觸面的摩擦力摩擦力 ； 鋼筋與混凝土表面凹凸不平的鋼筋與混凝土表面凹凸不平的機械咬合力機械咬合力 。3 3 粘結(jié)粘結(jié)破壞機理破壞機理 （1）光圓鋼筋的粘結(jié)破壞：）光圓鋼筋的粘結(jié)破壞： 粘結(jié)作用在鋼筋與混凝土間出現(xiàn)粘結(jié)作用在鋼筋與混凝土間出現(xiàn)相對滑移相對滑移前主要取決于前主要取決于化化學膠著力學膠著力，發(fā)生滑移后則由，發(fā)生滑移后則由摩擦力摩擦力和和機械咬合力機械咬合力提供。提供。（2） 變形鋼筋的粘結(jié)破壞變形

21、鋼筋的粘結(jié)破壞 粘結(jié)強度仍由粘結(jié)強度仍由膠著力膠著力、摩擦力摩擦力和和機械咬合力機械咬合力組成。但主要組成。但主要為為機械咬合力機械咬合力。 鋼筋開始鋼筋開始滑移滑移后，粘結(jié)力主要由鋼筋后，粘結(jié)力主要由鋼筋凸肋凸肋對混凝土的對混凝土的斜向斜向擠壓力擠壓力和界面上的和界面上的摩擦力摩擦力組成。組成。 若鋼筋外圍混凝土很薄且沒有環(huán)向箍筋約束，形成縱向劈若鋼筋外圍混凝土很薄且沒有環(huán)向箍筋約束，形成縱向劈裂裂縫，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂裂縫，沿鋼筋縱向產(chǎn)生劈裂破壞劈裂破壞。3 3 粘結(jié)粘結(jié)破壞機理破壞機理 若有環(huán)向箍筋約束混凝土的變形，縱向劈裂裂縫的發(fā)展受若有環(huán)向箍筋約束混凝土的變形，縱向劈裂裂縫的發(fā)展受到限制，最后鋼筋沿肋外徑的圓柱面出現(xiàn)到限制，最后鋼筋沿肋外徑的圓柱面出現(xiàn)整體滑移整體滑移，發(fā)生，發(fā)生刮犁式破壞刮犁式破壞（剪切破壞）。（剪切破壞）。（3） 影響粘結(jié)強度的影響粘結(jié)強度的因素因素 混凝土的強度；混凝土的強度； 橫向配筋的數(shù)量；橫向配筋的數(shù)量； 鋼筋的外形；鋼筋的外形； 混凝土的保護層厚度及鋼筋間距；混