混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理(新規(guī)范)第2章_鋼筋和混凝土材料的基本性能

1、p本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容鋼筋的材料性能鋼筋的材料性能 混凝土的材料性能混凝土的材料性能 混凝土與鋼筋的粘結(jié)混凝土與鋼筋的粘結(jié) 本章提要材料性能（物理力學(xué)性能） 鋼筋鋼筋的強(qiáng)度、變形性能的強(qiáng)度、變形性能 混凝土混凝土的強(qiáng)度、變形性能的強(qiáng)度、變形性能 鋼筋與混凝土之間鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)的粘結(jié)- -滑移性能滑移性能重點(diǎn) 混凝土混凝土的強(qiáng)度、變形性能的強(qiáng)度、變形性能本章在本課程中的本章在本課程中的作用作用 后續(xù)各章的后續(xù)各章的基礎(chǔ)基礎(chǔ)p 鋼筋的成分、級別和種類鋼筋的成分、級別和種類p 鋼筋的強(qiáng)度和變形性能（鋼筋的強(qiáng)度和變形性能（重點(diǎn)重點(diǎn)）p 混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求2

2、.1.1鋼筋的品種和級別混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋普通鋼筋普通鋼筋預(yù)應(yīng)力筋預(yù)應(yīng)力筋熱軋鋼筋熱軋鋼筋鋼絞線鋼絞線消除應(yīng)力鋼絲消除應(yīng)力鋼絲預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋低碳鋼低碳鋼普通低合金鋼普通低合金鋼n 混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋HRB335HRB400RRB400HPB300HRB500HRBF335HRBF400HRBF500HPB300 HRB335HRB400RRB400n 熱軋鋼筋的符號說明熱軋鋼筋的符號說明hot rolled plain bar fyk=300 N/mm2hot rolled ribbed bar fyk=335 N/mm2hot rolled

3、ribbed barfyk=400 N/mm2remained heat treatment ribbed bar fyk=400 N/mm22.1.1鋼筋的品種和級別2.1.1 鋼筋的品種和級別 普通鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（普通鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）HPB300 d = 820 fyk=300HRB335 , HRBF335 d = 650 f yk = 335HRB400, HRBF400, RRB400 d = 650 f yk = 400HRB500， HRBF500 d = 840 f yk = 500主要成分主要成分：鐵鐵其他成分其他成分：碳、錳、硅、磷、硫等：碳、錳、硅、磷、硫等碳

4、素鋼碳素鋼：低碳鋼：低碳鋼 （含碳量（含碳量0.25%）；）；中碳鋼中碳鋼（0.25%0.6%） 高碳鋼高碳鋼（0.6%1.4%）。）。含碳量高，強(qiáng)度高，延性差含碳量高，強(qiáng)度高，延性差錳、硅錳、硅：可提高鋼材強(qiáng)度，保持一定的塑性：可提高鋼材強(qiáng)度，保持一定的塑性ykfn 熱軋鋼筋的外形熱軋鋼筋的外形光圓鋼筋光圓鋼筋 螺紋鋼筋螺紋鋼筋 人字紋鋼筋人字紋鋼筋 月牙紋鋼筋月牙紋鋼筋 2.1.1鋼筋的品種和級別2.1.1鋼筋的品種和級別n預(yù)應(yīng)力鋼筋外形預(yù)應(yīng)力鋼筋外形普通鋼筋一般為普通鋼筋一般為軟鋼軟鋼；預(yù)應(yīng)力筋一般為；預(yù)應(yīng)力筋一般為硬鋼。硬鋼。從受力性能分從受力性能分：軟鋼；硬鋼：軟鋼；硬鋼2.1.2

5、鋼筋的強(qiáng)度和變形性能n 鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線（有明顯流幅的鋼筋（有明顯流幅的鋼筋, ,軟鋼軟鋼）Oufyf比例極限比例極限彈性極限彈性極限屈服上限屈服上限屈服下限屈服下限屈服平臺屈服平臺強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段頸縮階段頸縮階段n 鋼筋的兩個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)鋼筋的兩個(gè)強(qiáng)度指標(biāo): : 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度和和極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度n 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度作為鋼筋設(shè)計(jì)強(qiáng)度取值作為鋼筋設(shè)計(jì)強(qiáng)度取值依據(jù)依據(jù)0 彈性模量n 鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線（無明顯流幅的鋼筋（無明顯流幅的鋼筋, ,硬鋼硬鋼）比例極限比例極限 aa極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度b bbc條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度0.20.75ab0.20.85b0.

6、2%O2.1.2 鋼筋的強(qiáng)度和變形性能條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度：取殘余應(yīng)變?yōu)槿堄鄳?yīng)變?yōu)?.2%所對應(yīng)的應(yīng)力所對應(yīng)的應(yīng)力n 鋼筋的塑性性能鋼筋的塑性性能n 鋼筋的兩個(gè)塑性指標(biāo)鋼筋的兩個(gè)塑性指標(biāo): :延伸率延伸率和和冷彎性能冷彎性能dl0= 5,10dl05,100100%llln 延延伸伸率率試試驗(yàn)驗(yàn)n 冷冷彎彎試試驗(yàn)驗(yàn)doo90 ,1801 ,2 ,3ddDd2.1.2 鋼筋的強(qiáng)度和變形性能最大力下的總伸長率0bgt0s() 100%LLLE0bgt0s() 100%LLLE0bgt0s() 100%LLLE2.1.2 鋼筋的強(qiáng)度和變形性能鋼筋的強(qiáng)度和變形性能軟鋼與硬鋼的區(qū)別軟鋼與硬鋼的區(qū)別

7、 軟鋼：有明顯的屈服平臺、屈服強(qiáng)度，極限強(qiáng)度 硬鋼：只有極限強(qiáng)度，人為規(guī)定 “條件屈服強(qiáng)度”設(shè)計(jì)取值依據(jù)設(shè)計(jì)取值依據(jù) 屈服強(qiáng)度（軟鋼）、條件屈服強(qiáng)度（硬鋼）鋼筋的屈強(qiáng)比鋼筋的屈強(qiáng)比 = = 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度/ /極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度0.8鋼筋的延性鋼筋的延性（ductility） 鋼筋在強(qiáng)度無顯著降低情況下抵抗變形的能力（屈服后鋼筋在強(qiáng)度無顯著降低情況下抵抗變形的能力（屈服后的變形能力）的變形能力）. .軟鋼延性好，硬鋼延性較差。軟鋼延性好，硬鋼延性較差。彈性模量彈性模量：彈性極限以下應(yīng)力彈性極限以下應(yīng)力- -應(yīng)變曲線的斜率應(yīng)變曲線的斜率2.1.2 鋼筋的強(qiáng)度和變形性能鋼筋的強(qiáng)度和變形性能鋼筋的疲

8、勞性能鋼筋的疲勞性能 鋼筋的疲勞鋼筋的疲勞是鋼筋在承受重復(fù)、周期性的動荷是鋼筋在承受重復(fù)、周期性的動荷載作用下，經(jīng)過一定次數(shù)后突然脆性斷裂的現(xiàn)象。載作用下，經(jīng)過一定次數(shù)后突然脆性斷裂的現(xiàn)象。鋼筋疲勞斷裂的主要原因是應(yīng)力集中。鋼筋疲勞斷裂的主要原因是應(yīng)力集中。 鋼筋的疲勞強(qiáng)度鋼筋的疲勞強(qiáng)度是指在一定規(guī)定應(yīng)力幅度內(nèi)，是指在一定規(guī)定應(yīng)力幅度內(nèi)，經(jīng)受一定次數(shù)的循環(huán)荷載后發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)經(jīng)受一定次數(shù)的循環(huán)荷載后發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。與應(yīng)力變化的幅值、最小應(yīng)力值、鋼筋外表力值。與應(yīng)力變化的幅值、最小應(yīng)力值、鋼筋外表面幾何尺寸及形狀等因素有關(guān)。面幾何尺寸及形狀等因素有關(guān)。 鋼筋疲勞斷裂試驗(yàn)鋼筋疲勞斷

9、裂試驗(yàn)有兩種方法：一種是直接進(jìn)有兩種方法：一種是直接進(jìn)行單根原狀鋼筋拉試驗(yàn)；一種是將鋼筋埋入混凝土行單根原狀鋼筋拉試驗(yàn)；一種是將鋼筋埋入混凝土中使其重復(fù)受拉或受彎試驗(yàn)。中使其重復(fù)受拉或受彎試驗(yàn)。 2.1.3 鋼筋的冷加工n 冷拉冷拉n 冷拉是在常溫下用機(jī)械方法將有明顯流幅的鋼筋拉到超過冷拉是在常溫下用機(jī)械方法將有明顯流幅的鋼筋拉到超過屈服強(qiáng)度即強(qiáng)化階段中的某一應(yīng)力值，然后卸載至零。屈服強(qiáng)度即強(qiáng)化階段中的某一應(yīng)力值，然后卸載至零。n冷拉強(qiáng)化冷拉強(qiáng)化：冷拉控制應(yīng)力必須超過屈服點(diǎn)，進(jìn)入強(qiáng)化階段。：冷拉控制應(yīng)力必須超過屈服點(diǎn)，進(jìn)入強(qiáng)化階段。屈服強(qiáng)度提高，屈服平臺消失，極限強(qiáng)度未提高，延性降低屈服強(qiáng)度提

10、高，屈服平臺消失，極限強(qiáng)度未提高，延性降低n冷拉時(shí)效冷拉時(shí)效：鋼筋經(jīng)首次冷拉后，在自然條件下一段時(shí)間后進(jìn)：鋼筋經(jīng)首次冷拉后，在自然條件下一段時(shí)間后進(jìn)行第二次張拉，屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度均提高，且恢復(fù)屈服臺行第二次張拉，屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度均提高，且恢復(fù)屈服臺階。階。n 只能提高抗拉強(qiáng)度，只能提高抗拉強(qiáng)度，抗壓屈服強(qiáng)度將降低抗壓屈服強(qiáng)度將降低。2.1.3 鋼筋的冷加工的冷加工2.1.3 鋼筋的冷加工鋼筋的冷加工n冷拔冷拔 冷拔一般是將冷拔一般是將 6的的HPB235熱軋鋼筋強(qiáng)行拔過小于其直徑熱軋鋼筋強(qiáng)行拔過小于其直徑的硬質(zhì)合金拔絲模具。的硬質(zhì)合金拔絲模具。 可同時(shí)提高抗拉和抗壓強(qiáng)度可同時(shí)提高抗拉和抗壓

11、強(qiáng)度。 冷加工目的冷加工目的是節(jié)約鋼材和擴(kuò)大鋼筋的應(yīng)用范圍。是節(jié)約鋼材和擴(kuò)大鋼筋的應(yīng)用范圍。n混凝土規(guī)范混凝土規(guī)范不提倡冷拉鋼筋，已取消冷拉鋼筋不提倡冷拉鋼筋，已取消冷拉鋼筋.2.1.4 混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求n 適當(dāng)?shù)那鼜?qiáng)比適當(dāng)?shù)那鼜?qiáng)比0.8n 足夠的塑性足夠的塑性 HPB300：不小于不小于10.0%；HRB400HRB500: 不小于不小于7.5% 預(yù)應(yīng)力筋：不小于預(yù)應(yīng)力筋：不小于3.5%n 可焊性可焊性n 耐久性耐久性n 耐火性耐火性n 與混凝土具有良好的粘結(jié)與混凝土具有良好的粘結(jié)n 抗低溫性能抗低溫性能p 混凝土的強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度p 混凝土的變形性能混凝土的變形性能2.2.1 2

12、.2.1 混凝土的強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度簡單受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度簡單受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度 立方體抗壓強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度(uniaxial compressive cube strength) 軸心抗壓強(qiáng)度軸心抗壓強(qiáng)度(uniaxial compressive strength) 軸心抗拉強(qiáng)度軸心抗拉強(qiáng)度(uniaxial tensile strength)復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度 雙軸受力強(qiáng)度雙軸受力強(qiáng)度 三軸受力強(qiáng)度三軸受力強(qiáng)度 剪壓及剪拉強(qiáng)度剪壓及剪拉強(qiáng)度2.2.12.2.1混凝土的強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度n簡單受力狀態(tài)下混凝土的簡單受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度強(qiáng)度 立方體抗壓

13、強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度n混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法 邊長為邊長為150mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊、在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊、在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28d或或設(shè)計(jì)規(guī)定設(shè)計(jì)規(guī)定齡期齡期后，以標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的破壞時(shí)的后，以標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的破壞時(shí)的平均壓應(yīng)力平均壓應(yīng)力為混凝土的為混凝土的立方體抗立方體抗壓強(qiáng)度壓強(qiáng)度。 注：對摻加粉煤灰等時(shí)，規(guī)定齡期為注：對摻加粉煤灰等時(shí)，規(guī)定齡期為60、90天等。天等。n立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fcu,k 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%保證率的抗壓強(qiáng)度稱為混凝土的保證率的抗壓強(qiáng)度稱為混凝土的立方體立方體抗

14、壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。 n混凝土強(qiáng)度等級混凝土強(qiáng)度等級 混凝土規(guī)范混凝土規(guī)范規(guī)定：規(guī)定：混凝土強(qiáng)度等級混凝土強(qiáng)度等級按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定cucucucucu,kffff1.6451 1.645f2.2.12.2.1混凝土的強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度n混凝土強(qiáng)度等級的分級混凝土強(qiáng)度等級的分級 按按 fcu,k 劃分為劃分為14級，即級，即 C15C80，級差，級差5MPa。 符號符號 C35 C： 立方體立方體(Cube) 35：立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，單位立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，單位 N/mm2 當(dāng)當(dāng)C50時(shí)，時(shí)，普通混凝土普通混凝土（normal-strength c

15、oncrete） 當(dāng)當(dāng)C50時(shí)，時(shí)，高強(qiáng)混凝土高強(qiáng)混凝土（high-strength concrete） n fcu,k是混凝土各種強(qiáng)度指標(biāo)的基本代表值n 混凝土受壓破壞機(jī)理混凝土受壓破壞機(jī)理 骨料之間的微裂縫是骨料之間的微裂縫是內(nèi)因內(nèi)因 縱向受壓破壞是橫向縱向受壓破壞是橫向拉裂造成的。拉裂造成的。n影響立方體抗壓強(qiáng)度的因素影響立方體抗壓強(qiáng)度的因素 材料組成材料組成 尺寸效應(yīng)尺寸效應(yīng) 加載速度加載速度 端部約束，環(huán)箍效應(yīng)端部約束，環(huán)箍效應(yīng) 混凝土的齡期混凝土的齡期骨料之間的微裂縫骨料之間的微裂縫2.2.1混凝土的強(qiáng)度2.2.1混凝土的強(qiáng)度n影響因素分析影響因素分析 材料組成：材料組成：最主要因

16、素最主要因素，在材料組成一定時(shí)，還有，在材料組成一定時(shí)，還有下列因素下列因素n加載速度加載速度：加載速度快，微裂縫不能充分?jǐn)U展，強(qiáng)：加載速度快，微裂縫不能充分?jǐn)U展，強(qiáng)度高度高n試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件：試件上、下表面不涂油，橫向變形受到：試件上、下表面不涂油，橫向變形受到約束，強(qiáng)度高（約束，強(qiáng)度高（“套箍套箍”效應(yīng)你）效應(yīng)你）n試件尺寸試件尺寸：尺寸大，內(nèi)部缺陷相對較多，端部摩擦：尺寸大，內(nèi)部缺陷相對較多，端部摩擦力影響相對較大，強(qiáng)度低力影響相對較大，強(qiáng)度低 n齡期齡期：齡期長，試件強(qiáng)度高：齡期長，試件強(qiáng)度高 n 簡單受力狀態(tài)下混凝土的簡單受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度強(qiáng)度 軸心抗壓強(qiáng)度軸心抗壓強(qiáng)度 n 軸心

17、（棱柱體）抗壓強(qiáng)度軸心（棱柱體）抗壓強(qiáng)度 fc采用棱柱體試件，能夠反映混凝土的實(shí)際工作狀態(tài)。采用棱柱體試件，能夠反映混凝土的實(shí)際工作狀態(tài)。我國取我國取150150300mm為標(biāo)準(zhǔn)試件，按與立方體試為標(biāo)準(zhǔn)試件，按與立方體試驗(yàn)相同的規(guī)定所得的平均應(yīng)力值，為驗(yàn)相同的規(guī)定所得的平均應(yīng)力值，為 fc 。棱柱體高度取值的原因：棱柱體高度取值的原因：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)試件不致失穩(wěn)n 立方體抗壓強(qiáng)度與軸心抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系立方體抗壓強(qiáng)度與軸心抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度的比值棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度的比值混凝土考慮脆性的折減系數(shù)混凝土考慮脆性的折減系數(shù)結(jié)構(gòu)中混凝土

18、與試件混凝土的強(qiáng)度差異修正系數(shù)結(jié)構(gòu)中混凝土與試件混凝土的強(qiáng)度差異修正系數(shù)2.2.1混凝土的強(qiáng)度mcuccmcff,21,88. 02.2.1混凝土的強(qiáng)度n棱柱體試件尺寸棱柱體試件尺寸 試件強(qiáng)度不受試件強(qiáng)度不受端部摩擦力端部摩擦力和和附加偏心距附加偏心距的影響。的影響。 中間處于中間處于均勻受壓狀態(tài)。均勻受壓狀態(tài)。 解決問題的思路解決問題的思路 由已知求未知，由簡單由已知求未知，由簡單方法解決復(fù)雜問題方法解決復(fù)雜問題確定方法：確定方法：對比試驗(yàn)對比試驗(yàn)82. 076. 0,mcumcff2.2.1混凝土的強(qiáng)度n軸心抗壓強(qiáng)度 試驗(yàn)值試驗(yàn)值 修正值修正值 :棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比值，棱柱體強(qiáng)度與

19、立方體強(qiáng)度之比值，C50及以下取及以下取 =0.76，對，對C80取取 =0.82，中間按線性規(guī)律變化取值；，中間按線性規(guī)律變化取值； 為混凝土考慮脆性的折減系數(shù)，對為混凝土考慮脆性的折減系數(shù)，對C40取取 =1.00，對，對C80取取 =0.87，中間按線性規(guī)律變化取值；，中間按線性規(guī)律變化取值； 0.88: 考慮考慮結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度與與試件混凝土強(qiáng)度試件混凝土強(qiáng)度之間的差異之間的差異而采取的修正系數(shù)。而采取的修正系數(shù)。 1c1c1c2c2c2cmcucmcff,1,mcuccmcff,21,88. 0n 簡單受力狀態(tài)下混凝土的簡單受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度強(qiáng)度 軸心抗拉強(qiáng)度軸心

20、抗拉強(qiáng)度 n 軸心抗拉強(qiáng)度軸心抗拉強(qiáng)度 ft混凝土的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度混凝土的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度對于普通混凝土，抗拉強(qiáng)度約對于普通混凝土，抗拉強(qiáng)度約 1/17-1/8 的抗壓強(qiáng)度的抗壓強(qiáng)度 對于高強(qiáng)混凝土，抗拉強(qiáng)度約對于高強(qiáng)混凝土，抗拉強(qiáng)度約 1/24-1/20 的抗壓強(qiáng)度的抗壓強(qiáng)度n 軸心抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法軸心抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法直接受拉試驗(yàn)直接受拉試驗(yàn)劈裂試驗(yàn)劈裂試驗(yàn) 彎折試驗(yàn)彎折試驗(yàn)2.2.1 混凝土的強(qiáng)度n 簡單受力狀態(tài)下混凝土的簡單受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度強(qiáng)度 軸心抗拉強(qiáng)度軸心抗拉強(qiáng)度 n 直接受拉試驗(yàn)直接受拉試驗(yàn)150150500100100n 軸心抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度平均

21、值之間的關(guān)系軸心抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度平均值之間的關(guān)系0.550.395tfcuf直接受拉試驗(yàn)得到的關(guān)系式,0.5520.880.395tfcufc 規(guī)范建議的關(guān)系式,n 軸直接受拉試驗(yàn)的缺點(diǎn)軸直接受拉試驗(yàn)的缺點(diǎn): :容易引起偏拉破壞容易引起偏拉破壞2.2.1混凝土的強(qiáng)度2.2.1混凝土的強(qiáng)度n對比試驗(yàn)結(jié)果對比試驗(yàn)結(jié)果0.550.395tcuff0.55c20.88 0.395tcuff n 簡單受力狀態(tài)下混凝土的簡單受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度強(qiáng)度 軸心抗拉強(qiáng)度軸心抗拉強(qiáng)度 n 劈裂試驗(yàn)劈裂試驗(yàn)PP222ttPfaPfdl對立方體試件對圓柱體試件a12n 彎折試驗(yàn)彎折試驗(yàn)l / 35006001

22、50150P/2l / 3l / 3P/2utMfW假定截面應(yīng)力 為直線分布2.2.1混凝土的強(qiáng)度2.2.1混凝土的強(qiáng)度n圓柱體劈裂試驗(yàn)n 復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度 雙軸應(yīng)力狀態(tài)雙軸應(yīng)力狀態(tài)n 研究文獻(xiàn)來源研究文獻(xiàn)來源: : H. Kupfer, H.K. Hilsdorf, H. Rusch, Behaviour of concrete under biaxial stresses, ACI J. 66 (1969) 656-666. n 研究方法研究方法 方形板試件方形板試件施加法向應(yīng)力施加法向應(yīng)力 1施加法向應(yīng)力施加法向應(yīng)力 2板處于平面應(yīng)力狀態(tài)板處于平面應(yīng)力

23、狀態(tài)2.2.1混凝土的強(qiáng)度n 復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度 雙軸應(yīng)力狀態(tài)雙軸應(yīng)力狀態(tài)雙等拉雙等拉雙等壓雙等壓-1.2600.20.4-0.6 -0.4 -0.2-1.2 -1.0 -0.8-1.400.20.4-0.6-0.4-0.2-1.2-1.0-0.8-1.42cfKupfer的強(qiáng)度包絡(luò)圖的強(qiáng)度包絡(luò)圖n 雙向受拉的破雙向受拉的破壞強(qiáng)度接近于單軸壞強(qiáng)度接近于單軸抗拉強(qiáng)度。抗拉強(qiáng)度。n 雙向受壓的破雙向受壓的破壞強(qiáng)度高于單軸抗壞強(qiáng)度高于單軸抗壓強(qiáng)度。壓強(qiáng)度。n 一拉一壓的破一拉一壓的破壞強(qiáng)度低于相應(yīng)的壞強(qiáng)度低于相應(yīng)的單軸受力強(qiáng)度。單軸受力強(qiáng)度。n 雙軸受壓的強(qiáng)雙軸受壓

24、的強(qiáng)度最大值不是發(fā)生度最大值不是發(fā)生在雙軸等壓的情況在雙軸等壓的情況下下 , , 而 是 發(fā) 生 在而 是 發(fā) 生 在1/ /20.5時(shí)。時(shí)。2.2.1混凝土的強(qiáng)度n 復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度 雙軸應(yīng)力狀態(tài)雙軸應(yīng)力狀態(tài)n 雙向受拉的破雙向受拉的破壞強(qiáng)度接近于單軸壞強(qiáng)度接近于單軸抗拉強(qiáng)度。抗拉強(qiáng)度。n 雙向受壓的破雙向受壓的破壞強(qiáng)度高于單軸抗壞強(qiáng)度高于單軸抗壓強(qiáng)度。壓強(qiáng)度。n 一拉一壓的破一拉一壓的破壞強(qiáng)度低于相應(yīng)的壞強(qiáng)度低于相應(yīng)的單軸受力強(qiáng)度。單軸受力強(qiáng)度。n 雙軸受壓的強(qiáng)雙軸受壓的強(qiáng)度最大值不是發(fā)生度最大值不是發(fā)生在雙軸等壓的情況在雙軸等壓的情況下下 , , 而

25、是 發(fā) 生 在而 是 發(fā) 生 在1/ /20.5時(shí)。時(shí)。2.2.1混凝土的強(qiáng)度n 復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度 三軸受壓狀態(tài)三軸受壓狀態(tài)n 側(cè)向等壓（常規(guī)三軸）的情況側(cè)向等壓（常規(guī)三軸）的情況23r11通過液體靜通過液體靜壓力對圓柱壓力對圓柱體試件施壓體試件施壓14ccrff11 1.52rrccccffffn 當(dāng)側(cè)向壓力較較高低時(shí)當(dāng)側(cè)向壓力較較高低時(shí), ,上式上式不再為線性關(guān)系不再為線性關(guān)系, ,可采用蔡紹懷可采用蔡紹懷經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式n 當(dāng)側(cè)向壓力較低時(shí)當(dāng)側(cè)向壓力較低時(shí), ,對于普通對于普通混凝土混凝土2.2.1混凝土的強(qiáng)度0/n 復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度復(fù)雜受力

26、狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度 剪壓或剪拉復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)剪壓或剪拉復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)n 試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果崗島達(dá)雄的試驗(yàn)結(jié)果崗島達(dá)雄的試驗(yàn)結(jié)果2000/0.009810.112/0.122/ n 試驗(yàn)結(jié)論試驗(yàn)結(jié)論 隨著拉應(yīng)力的增加，混凝土抗剪強(qiáng)度降低；隨著拉應(yīng)力的增加，混凝土抗剪強(qiáng)度降低； 隨著壓應(yīng)力的增加，抗剪強(qiáng)度先增大、后減?。浑S著壓應(yīng)力的增加，抗剪強(qiáng)度先增大、后減小； 達(dá)到軸心抗壓強(qiáng)度時(shí)，抗剪強(qiáng)度為零；達(dá)到軸心抗壓強(qiáng)度時(shí)，抗剪強(qiáng)度為零； 當(dāng)拉應(yīng)力約為當(dāng)拉應(yīng)力約為 0.1fc時(shí)，抗剪強(qiáng)度為零。時(shí)，抗剪強(qiáng)度為零。2.2.1混凝土的強(qiáng)度2.2.2 混凝土的變形性能n混凝土的變形混凝土的變形受力變形受力變形 一次短期

27、加載下的變形(重點(diǎn))：軸壓、軸拉、復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下 承載力計(jì)算；非線性分析 荷載長期作用下的變形（徐變）： 變形和裂縫寬度計(jì)算；預(yù)應(yīng)力損失 重復(fù)荷載作用下的變形（疲勞性能）： 確定彈性模量；疲勞驗(yàn)算體積變形體積變形 收縮變形：收縮裂縫；預(yù)應(yīng)力損失收縮變形：收縮裂縫；預(yù)應(yīng)力損失 溫度變形：溫度應(yīng)力溫度變形：溫度應(yīng)力裂縫裂縫 防止溫度、收縮裂縫的構(gòu)造措施防止溫度、收縮裂縫的構(gòu)造措施02468102030(MPa) 10-3BACEDA點(diǎn)以前點(diǎn)以前，微裂縫沒有，微裂縫沒有明顯發(fā)展，混凝土的變明顯發(fā)展，混凝土的變形主要彈性變形，應(yīng)力形主要彈性變形，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似直線。應(yīng)變關(guān)系近似直線。A點(diǎn)應(yīng)力隨混凝

28、土強(qiáng)度的點(diǎn)應(yīng)力隨混凝土強(qiáng)度的提高而增加，對普通強(qiáng)提高而增加，對普通強(qiáng)度混凝土度混凝土 A約為約為 (0.30.4)fc ，對高強(qiáng)混對高強(qiáng)混凝土凝土 A可達(dá)可達(dá)(0.50.7)fc。A點(diǎn)以后點(diǎn)以后，由于微裂縫，由于微裂縫處的應(yīng)力集中，裂縫開處的應(yīng)力集中，裂縫開始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生部分塑性變形，應(yīng)變增部分塑性變形，應(yīng)變增長開始加快，應(yīng)力長開始加快，應(yīng)力-應(yīng)應(yīng)變曲線逐漸偏離直線。變曲線逐漸偏離直線。微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致混凝微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致混凝土的橫向變形增加。但土的橫向變形增加。但該階段微裂縫的發(fā)展是該階段微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的。穩(wěn)定的。混凝土在結(jié)硬過程中，混凝土在結(jié)硬過程中，由于水泥

29、石的收縮、骨由于水泥石的收縮、骨料下沉以及溫度變化等料下沉以及溫度變化等原因，在骨料和水泥石原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂的界面上形成很多微裂縫，成為混凝土中的薄縫，成為混凝土中的薄弱部位?；炷恋淖罱K弱部位?；炷恋淖罱K破壞就是由于這些微裂破壞就是由于這些微裂縫的發(fā)展造成的?？p的發(fā)展造成的。達(dá)到達(dá)到B點(diǎn)，內(nèi)部一些微點(diǎn)，內(nèi)部一些微裂縫相互連通，裂縫發(fā)裂縫相互連通，裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，橫向變形展已不穩(wěn)定，橫向變形突然增大，體積應(yīng)變開突然增大，體積應(yīng)變開始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長期作用下，此應(yīng)力的長期作用下，裂縫會持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)裂縫會持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。取致破壞。

30、取B點(diǎn)的應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力作為混凝土的長期抗壓作為混凝土的長期抗壓強(qiáng)度。普通強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度。普通強(qiáng)度混凝土 B約為約為0.8fc，高強(qiáng)強(qiáng)度高強(qiáng)強(qiáng)度混凝土混凝土 B可達(dá)可達(dá)0.95fc以上。以上。達(dá)到達(dá)到C點(diǎn)點(diǎn)fc，內(nèi)部微裂縫內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，應(yīng)變連通形成破壞面，應(yīng)變增長速度明顯加快，增長速度明顯加快，C點(diǎn)的縱向應(yīng)變值稱為峰點(diǎn)的縱向應(yīng)變值稱為峰值應(yīng)變值應(yīng)變 0，約為約為0.002。縱向應(yīng)變發(fā)展達(dá)到縱向應(yīng)變發(fā)展達(dá)到D點(diǎn)，點(diǎn)，內(nèi)部裂縫在試件表面出內(nèi)部裂縫在試件表面出現(xiàn)第一條可見平行于受現(xiàn)第一條可見平行于受力方向的縱向裂縫。力方向的縱向裂縫。隨應(yīng)變增長，試件上相隨應(yīng)變增長，試件上相繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的

31、縱繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向裂縫，橫向變形急劇向裂縫，橫向變形急劇發(fā)展，承載力明顯下降，發(fā)展，承載力明顯下降，混凝土骨料與砂漿的粘混凝土骨料與砂漿的粘結(jié)不斷遭到破，裂縫連結(jié)不斷遭到破，裂縫連通形成斜向破壞面。通形成斜向破壞面。E點(diǎn)的應(yīng)變點(diǎn)的應(yīng)變 = (23) 0，應(yīng)力應(yīng)力 = (0.40.6) fc。2.2.2混凝土的變形性能1. 單調(diào)短期加載下的變形性能單調(diào)短期加載下的變形性能 軸心受壓的應(yīng)力軸心受壓的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系 4 48 82 2 Os 0.3fca0.8fcbfcc6 6d a點(diǎn)前內(nèi)部裂縫沒有發(fā)展，點(diǎn)前內(nèi)部裂縫沒有發(fā)展，應(yīng)力應(yīng)變近似直線。應(yīng)力應(yīng)變近似直線。b點(diǎn)稱為點(diǎn)稱為臨界應(yīng)

32、力點(diǎn)臨界應(yīng)力點(diǎn),內(nèi)部裂內(nèi)部裂縫有發(fā)展縫有發(fā)展,但處于穩(wěn)定狀態(tài)但處于穩(wěn)定狀態(tài)c點(diǎn)的應(yīng)變稱為點(diǎn)的應(yīng)變稱為峰值應(yīng)變峰值應(yīng)變, 約為約為0.002,內(nèi)部裂縫延伸到內(nèi)部裂縫延伸到表面，表面， c點(diǎn)后出現(xiàn)點(diǎn)后出現(xiàn)應(yīng)變軟化應(yīng)變軟化d點(diǎn)為點(diǎn)為極限壓應(yīng)變極限壓應(yīng)變,對普通混對普通混凝土取凝土取0.0033。0cu02.2.2 混凝土的變形性能n應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線特點(diǎn)特點(diǎn) oa段段：即應(yīng)力比：即應(yīng)力比0.3時(shí)，時(shí)，應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變應(yīng)變關(guān)系接近于直線，故關(guān)系接近于直線，故a點(diǎn)相當(dāng)于混凝點(diǎn)相當(dāng)于混凝土的彈性極限土的彈性極限。ab段段 ：當(dāng)應(yīng)力比約為（當(dāng)應(yīng)力比約為（0.30.8）時(shí)，）時(shí)，應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系偏

33、離直線，應(yīng)變的增應(yīng)變關(guān)系偏離直線，應(yīng)變的增長速度比應(yīng)力增長快，故長速度比應(yīng)力增長快，故b點(diǎn)稱為點(diǎn)稱為臨臨界應(yīng)力點(diǎn)界應(yīng)力點(diǎn)。 bc段段 ：當(dāng)應(yīng)力比約為（當(dāng)應(yīng)力比約為（0.81.0）時(shí)，應(yīng)變增長速度進(jìn)一步加快）時(shí)，應(yīng)變增長速度進(jìn)一步加快，應(yīng)力，應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜率急劇減小，混凝土內(nèi)部微裂縫進(jìn)入應(yīng)變曲線的斜率急劇減小，混凝土內(nèi)部微裂縫進(jìn)入非非穩(wěn)定發(fā)展階段穩(wěn)定發(fā)展階段。當(dāng)應(yīng)力到達(dá)。當(dāng)應(yīng)力到達(dá)c點(diǎn)時(shí)，混凝土發(fā)揮出受壓時(shí)的最點(diǎn)時(shí)，混凝土發(fā)揮出受壓時(shí)的最大承載能力，即大承載能力，即軸心抗壓強(qiáng)度（極限強(qiáng)度軸心抗壓強(qiáng)度（極限強(qiáng)度），相應(yīng)的應(yīng)變值），相應(yīng)的應(yīng)變值稱為稱為峰值應(yīng)變峰值應(yīng)變。cd 段段：下降段，由滑移

34、面上的摩擦咬合力和混凝土柱體的殘余：下降段，由滑移面上的摩擦咬合力和混凝土柱體的殘余強(qiáng)度提供強(qiáng)度提供2.2.2 混凝土的變形性能n應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線上應(yīng)變曲線上三個(gè)特征點(diǎn)三個(gè)特征點(diǎn) 峰值應(yīng)力峰值應(yīng)力 ：材料的最大承載力：材料的最大承載力 峰值應(yīng)變峰值應(yīng)變 ：與峰值應(yīng)力相應(yīng)的應(yīng)變：與峰值應(yīng)力相應(yīng)的應(yīng)變 極限壓應(yīng)變極限壓應(yīng)變 ：試件破壞時(shí)的：試件破壞時(shí)的最大應(yīng)變值最大應(yīng)變值n混凝土材料的混凝土材料的延性延性 混凝土試件在強(qiáng)度沒有顯著降低情混凝土試件在強(qiáng)度沒有顯著降低情況下況下承受變形的能力承受變形的能力n混凝土強(qiáng)度越高混凝土強(qiáng)度越高， 越大；越大； 越??；越??；材料的脆性越明顯材料的脆性越明顯

35、n問題問題：混凝土應(yīng)力：混凝土應(yīng)力- -應(yīng)變曲線如何表達(dá)？應(yīng)變曲線如何表達(dá)？數(shù)學(xué)表達(dá)式00cucu02.2.2 混凝土的變形性能n混凝土混凝土單軸受壓應(yīng)力單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型（本構(gòu)模型）應(yīng)變關(guān)系模型（本構(gòu)模型） 應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型是應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系模型是應(yīng)力-應(yīng)變曲線的應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式，可，可根據(jù)某一應(yīng)變值求出相應(yīng)的應(yīng)力值。根據(jù)某一應(yīng)變值求出相應(yīng)的應(yīng)力值。 應(yīng)用應(yīng)用：承載力計(jì)算；混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析：承載力計(jì)算；混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析n本節(jié)給出的兩個(gè)應(yīng)力本節(jié)給出的兩個(gè)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型，一般應(yīng)變關(guān)系模型，一般用于結(jié)構(gòu)的非線性用于結(jié)構(gòu)的非線性分析分析。nHognestad模型（

36、早期）模型（早期） 上升段上升段下降段下降段2002scf001 0.15sccufn 混凝土規(guī)范混凝土規(guī)范規(guī)定的規(guī)定的單軸受壓應(yīng)力單軸受壓應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系模型應(yīng)變關(guān)系模型482 0 0 O scf cu sc0 5 . f23saaac000322fs0c2d001f公式根據(jù)公式根據(jù)清華大學(xué)清華大學(xué)19791979年年的的受壓全曲線所得受壓全曲線所得。2.2.2 混凝土的變形性能n 混凝土混凝土軸心受拉的應(yīng)力軸心受拉的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系n 軸心受拉的應(yīng)力軸心受拉的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系n 混凝土規(guī)范混凝土規(guī)范建議的單軸建議的單軸受拉應(yīng)力受拉應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系模型應(yīng)變關(guān)系模型O

37、6s1.20.2tttfst1.71ttttf 公式來源：公式來源：過過鎮(zhèn)海，張秀琴鎮(zhèn)海，張秀琴. .混混凝土受拉應(yīng)力應(yīng)變凝土受拉應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€的試驗(yàn)研究全曲線的試驗(yàn)研究. . 建 筑 結(jié) 構(gòu) 學(xué) 報(bào) ，建 筑 結(jié) 構(gòu) 學(xué) 報(bào) ，1988(4).45-531988(4).45-532 t stf2.2.2 混凝土的變形性能2.2.2 混凝土的變形性能n混凝土在混凝土在復(fù)合應(yīng)力下復(fù)合應(yīng)力下的應(yīng)力的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系 三軸受壓三軸受壓：隨側(cè)向壓應(yīng)力增加，縱向強(qiáng)度和變形能力均提高。側(cè)向壓力約束了混凝土橫向變形，限制了橫向膨脹和內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展。（約束混凝土）2.2.2 混凝土的變形性能n螺旋

38、箍筋螺旋箍筋圓柱體約束混凝土圓柱體約束混凝土 在接近混凝土單軸抗壓強(qiáng)度之前，在接近混凝土單軸抗壓強(qiáng)度之前，橫向鋼筋幾乎不受力，混凝土基本不橫向鋼筋幾乎不受力，混凝土基本不受約束。受約束。 軸向壓力大于單軸抗壓強(qiáng)度時(shí)，軸向壓力大于單軸抗壓強(qiáng)度時(shí)，軸向強(qiáng)度和變形能力均提高，軸向強(qiáng)度和變形能力均提高，橫向鋼橫向鋼筋越密，提高幅值越大。筋越密，提高幅值越大。 螺旋筋螺旋筋能使核心混凝土在側(cè)向受能使核心混凝土在側(cè)向受到均勻連續(xù)的約束力，其效果較普通到均勻連續(xù)的約束力，其效果較普通箍筋好，因而強(qiáng)度和延性的提高更為箍筋好，因而強(qiáng)度和延性的提高更為顯著。顯著。n普通箍筋普通箍筋約束混凝土柱約束混凝土柱2.2.

39、2 混凝土的變形性能2. 混凝土在混凝土在重復(fù)荷載作用下重復(fù)荷載作用下的變形性能的變形性能 一次加載、卸載下的應(yīng)力一次加載、卸載下的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 總應(yīng)變總應(yīng)變 = = 彈性應(yīng)變彈性應(yīng)變 + + 彈性后效彈性后效 + + 殘余應(yīng)變殘余應(yīng)變 加載、卸載形成環(huán)狀，其面積為加載、卸載過程中加載、卸載形成環(huán)狀，其面積為加載、卸載過程中消耗的能量消耗的能量 卸載曲線在卸載曲線在A A點(diǎn)的切線與加載曲線在原點(diǎn)的點(diǎn)的切線與加載曲線在原點(diǎn)的切線平行切線平行2.2.2 混凝土的變形性能n多次重復(fù)荷載作用下多次重復(fù)荷載作用下的應(yīng)力的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 當(dāng)加載、卸載的最大壓應(yīng)力值不超過當(dāng)加載、卸

40、載的最大壓應(yīng)力值不超過某個(gè)限值某個(gè)限值時(shí)，每次加時(shí)，每次加載、卸載過程都將形成塑性變形。經(jīng)多次重復(fù)后，塑性變形載、卸載過程都將形成塑性變形。經(jīng)多次重復(fù)后，塑性變形將不再增長，混凝土加、卸載的應(yīng)力將不再增長，混凝土加、卸載的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線呈直線變化，應(yīng)變曲線呈直線變化，且且此直線大致與第一次加載時(shí)的原點(diǎn)切線平行。此直線大致與第一次加載時(shí)的原點(diǎn)切線平行。 當(dāng)應(yīng)力值超過當(dāng)應(yīng)力值超過一特定值之后，出一特定值之后，出現(xiàn)直線后就產(chǎn)生反現(xiàn)直線后就產(chǎn)生反向彎曲。應(yīng)變越來向彎曲。應(yīng)變越來越大，就會發(fā)生破越大，就會發(fā)生破壞，即疲勞破壞。壞，即疲勞破壞。該特定值就是混凝該特定值就是混凝土的土的疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度。

41、2.2.2 混凝土的變形性能n混凝土的彈性模量、剪變模量和泊松比混凝土的彈性模量、剪變模量和泊松比混凝土的混凝土的變形模量變形模量 初始彈性模量初始彈性模量 ：過：過原點(diǎn)原點(diǎn)切線的斜率。切線的斜率。 切線模量切線模量 ：過某一點(diǎn)：過某一點(diǎn)切線切線的斜率。的斜率。 （增量理論）（增量理論） 割線模量割線模量 ：某一點(diǎn)與原點(diǎn)：某一點(diǎn)與原點(diǎn)連線連線的斜率。（全量理論）的斜率。（全量理論）2.2.2 混凝土的變形性能n混凝土彈性模量混凝土彈性模量 初始彈性模量不易準(zhǔn)確測定；多次重復(fù)加載、卸載后，應(yīng)力-應(yīng)變曲線變?yōu)橹本€，且與原點(diǎn)切線平行。 我國規(guī)范規(guī)定用下述方法測定混凝土彈性模量： 將棱柱體試件加載至應(yīng)

42、力 ，重復(fù)加載、卸載各5次后，應(yīng)力-應(yīng)變曲線基本上趨于直線，將應(yīng)力-應(yīng)變曲線上與0.5N/mm2的應(yīng)力差與相應(yīng)的應(yīng)變差的比值作為彈性模量。 0.4scftctE2.2.2 混凝土的變形性能0.2cv 52ccu,k10(N/mm )34.72.2Ef2(1)cccEGv0.4ccGE0.2cv 3. 混凝土在混凝土在荷載長期作用下荷載長期作用下的變形性能的變形性能n 徐變徐變 在在不變的應(yīng)力不變的應(yīng)力長期持續(xù)作用下，長期持續(xù)作用下，混凝土的變形混凝土的變形隨時(shí)間徐隨時(shí)間徐徐增長徐增長的現(xiàn)象稱為混凝土的徐變的現(xiàn)象稱為混凝土的徐變。3000.51.01.52.0510152025壓應(yīng)變壓應(yīng)變10

43、-3時(shí)間時(shí)間 / /月月瞬時(shí)瞬時(shí)變形變形徐變變形徐變變形卸載時(shí)瞬卸載時(shí)瞬時(shí)恢復(fù)的時(shí)恢復(fù)的變形變形殘余變形殘余變形卸載后的卸載后的彈性后效彈性后效2.2.2 混凝土的變形性能n徐變的特點(diǎn)徐變的特點(diǎn) 先快后慢，最后趨于穩(wěn)定先快后慢，最后趨于穩(wěn)定 n徐變的原因徐變的原因 水泥凝膠體的黏性流動，使水泥凝膠體的黏性流動，使 骨料應(yīng)力增大骨料應(yīng)力增大 混凝土中內(nèi)部微裂縫的發(fā)展混凝土中內(nèi)部微裂縫的發(fā)展影響徐變的因素影響徐變的因素 應(yīng)力的大小應(yīng)力的大小 線性徐變，徐變與應(yīng)力成正比線性徐變，徐變與應(yīng)力成正比 非線性徐變，徐變增長速度比應(yīng)力增長快非線性徐變，徐變增長速度比應(yīng)力增長快 徐變與時(shí)間曲線發(fā)散。徐變與時(shí)間

44、曲線發(fā)散。 2.2.2 混凝土的變形性能sc0.5fsc0.5fsc0.8fcc0.8lff2.2.2混凝土的變形性能n影響徐變的因素影響徐變的因素混凝土組成和配合比混凝土組成和配合比 骨料（不產(chǎn)生徐變）多，徐變??；骨料（不產(chǎn)生徐變）多，徐變?。?水泥用量和水灰比大（混凝土中凝膠體比重大），徐變大。水泥用量和水灰比大（混凝土中凝膠體比重大），徐變大。環(huán)境條件環(huán)境條件 濕度低，溫度高，徐變大（高溫干燥下，砼水份逸失較多，濕度低，溫度高，徐變大（高溫干燥下，砼水份逸失較多，轉(zhuǎn)化為水泥結(jié)晶體的水泥漿少，凝膠體較多）；轉(zhuǎn)化為水泥結(jié)晶體的水泥漿少，凝膠體較多）； 齡期短，徐變大。齡期短，徐變大。注注：徐

45、變是受力變形，有應(yīng)力存在就有徐變變形；：徐變是受力變形，有應(yīng)力存在就有徐變變形； 徐變方向與受力方向一致，有受拉、壓徐變；徐變方向與受力方向一致，有受拉、壓徐變； 徐變隨時(shí)間變化。徐變隨時(shí)間變化。2.2.2 混凝土的變形性能n徐變對結(jié)構(gòu)的影響（研究徐變的意義）徐變對結(jié)構(gòu)的影響（研究徐變的意義） 1 1）使鋼筋混凝土構(gòu)件）使鋼筋混凝土構(gòu)件截面產(chǎn)生內(nèi)力重分布截面產(chǎn)生內(nèi)力重分布 ：混凝土應(yīng)力減：混凝土應(yīng)力減小，鋼筋應(yīng)力增大。小，鋼筋應(yīng)力增大。 2 2）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：徐變使截面受壓區(qū)變：徐變使截面受壓區(qū)變形增大，引起受彎構(gòu)件撓度增大，偏壓構(gòu)件偏心距增大

46、。形增大，引起受彎構(gòu)件撓度增大，偏壓構(gòu)件偏心距增大。 3 3）使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生）使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失預(yù)應(yīng)力損失：預(yù)壓力使混凝土產(chǎn)：預(yù)壓力使混凝土產(chǎn)生徐變，構(gòu)件縮短，引起預(yù)應(yīng)力損失。生徐變，構(gòu)件縮短，引起預(yù)應(yīng)力損失。n 混凝土的收縮混凝土的收縮n混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)其體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)其體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。使結(jié)構(gòu)土的收縮。使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生收縮裂縫產(chǎn)生收縮裂縫，引起預(yù)應(yīng)力損失引起預(yù)應(yīng)力損失。n 混凝土的膨脹混凝土的膨脹n 混凝土的溫度變形混凝土的溫度變形n溫度變化會使混凝土熱脹冷縮，在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生溫度變化會使混凝土熱脹冷縮，在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生溫度

47、應(yīng)力溫度應(yīng)力，甚至?xí)箻?gòu)件甚至?xí)箻?gòu)件開裂以至于損壞開裂以至于損壞。2.2.2混凝土的變形性能n混凝土在水中結(jié)硬時(shí)體積會膨脹，稱為混凝土的膨脹。混凝土在水中結(jié)硬時(shí)體積會膨脹，稱為混凝土的膨脹。p 粘結(jié)應(yīng)力的概念及特點(diǎn)粘結(jié)應(yīng)力的概念及特點(diǎn)p 粘結(jié)破壞機(jī)理及影響因素粘結(jié)破壞機(jī)理及影響因素p 鋼筋的錨固鋼筋的錨固本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容2.3.1 一般概念一般概念 粘結(jié)應(yīng)力；粘結(jié)強(qiáng)度粘結(jié)應(yīng)力；粘結(jié)強(qiáng)度2.3.2 粘結(jié)應(yīng)力的特點(diǎn)粘結(jié)應(yīng)力的特點(diǎn) 光面鋼筋；變形鋼筋光面鋼筋；變形鋼筋2.3.3 粘結(jié)破壞機(jī)理粘結(jié)破壞機(jī)理 光面鋼筋；變形鋼筋光面鋼筋；變形鋼筋2.3.4 影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素2.3.5

48、 鋼筋的鋼筋的錨固和連接錨固和連接 應(yīng)用：應(yīng)用：錨固長度，連接長度，延伸長度錨固長度，連接長度，延伸長度 混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析2.3.1 一般概念n 粘結(jié)應(yīng)力粘結(jié)應(yīng)力( (粘結(jié)力粘結(jié)力) )效應(yīng)效應(yīng)n 鋼筋與混凝土接觸面上所產(chǎn)生的沿鋼筋鋼筋與混凝土接觸面上所產(chǎn)生的沿鋼筋縱向的剪應(yīng)力縱向的剪應(yīng)力。n 粘結(jié)強(qiáng)度粘結(jié)強(qiáng)度抗力抗力n 粘結(jié)失效（鋼筋被拔出或混凝土被劈裂）時(shí)的粘結(jié)失效（鋼筋被拔出或混凝土被劈裂）時(shí)的最大粘最大粘結(jié)應(yīng)力結(jié)應(yīng)力。n 粘結(jié)應(yīng)力的分類粘結(jié)應(yīng)力的分類n 錨固粘結(jié)應(yīng)力錨固粘結(jié)應(yīng)力n 裂縫附近的局部粘結(jié)應(yīng)力裂縫附近的局部粘結(jié)應(yīng)力2.3.1 一般概念n粘結(jié)應(yīng)力分類粘結(jié)

49、應(yīng)力分類 錨固粘結(jié)應(yīng)力錨固粘結(jié)應(yīng)力：鋼筋伸入支座，負(fù)彎矩鋼筋在某處截?cái)噤摻钌烊胫ё?，?fù)彎矩鋼筋在某處截?cái)?-鋼筋的鋼筋的錨固長度錨固長度和和延伸長度延伸長度 局部粘結(jié)應(yīng)力局部粘結(jié)應(yīng)力：裂縫附近的局部粘結(jié)應(yīng)力：裂縫附近的局部粘結(jié)應(yīng)力 -裂縫寬度和變形計(jì)算裂縫寬度和變形計(jì)算彎矩圖彎矩圖lan 錨固粘結(jié)應(yīng)力錨固粘結(jié)應(yīng)力fyF=0懸臂梁的縱筋錨固懸臂梁的縱筋錨固錨固長度錨固長度n 裂縫附近的局部粘結(jié)應(yīng)力裂縫附近的局部粘結(jié)應(yīng)力開裂截面處的鋼開裂截面處的鋼筋應(yīng)力通過粘結(jié)筋應(yīng)力通過粘結(jié)應(yīng)力向混凝土傳應(yīng)力向混凝土傳遞遞2.3.1 一般概念2.3.2 粘結(jié)應(yīng)力的特點(diǎn)n 粘結(jié)應(yīng)力的特點(diǎn)粘結(jié)應(yīng)力的特點(diǎn)n 粘結(jié)應(yīng)力分

50、布的中心拔出試驗(yàn)粘結(jié)應(yīng)力分布的中心拔出試驗(yàn)10d10d300d205d5d塑料套管塑料套管立方體試件立方體試件GB50152-92規(guī)定的規(guī)定的立方體拔出試驗(yàn)立方體拔出試驗(yàn)試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置百分表百分表試件試件承壓墊板承壓墊板穿孔球鉸穿孔球鉸試驗(yàn)機(jī)墊板試驗(yàn)機(jī)墊板2.0(N/mm2)加載端加載端150100500 00.51.01.50100200 300 (mm)s(N/mm2)d=13mm光圓鋼筋光圓鋼筋n 粘結(jié)應(yīng)力的特點(diǎn)粘結(jié)應(yīng)力的特點(diǎn)n 鋼筋應(yīng)力及粘結(jié)應(yīng)力的分布鋼筋應(yīng)力及粘結(jié)應(yīng)力的分布5101517.5kN5101517.5kN5(N/mm2)加載端加載端3002001000 012140 0

51、100200 300 (mm)s(N/mm2)d=13mm變形鋼筋變形鋼筋3105152025kNn 變形鋼筋粘結(jié)變形鋼筋粘結(jié)性能比光面鋼筋性能比光面鋼筋好。好。n 光圓鋼筋應(yīng)力光圓鋼筋應(yīng)力峰值靠近加載端，峰值靠近加載端，粘結(jié)應(yīng)力增長緩粘結(jié)應(yīng)力增長緩慢。慢。n 變形鋼筋粘結(jié)變形鋼筋粘結(jié)應(yīng)力分布長度緩應(yīng)力分布長度緩慢增長，粘結(jié)應(yīng)慢增長，粘結(jié)應(yīng)力峰值顯著增大。力峰值顯著增大。2.3.2 粘結(jié)應(yīng)力的特點(diǎn)2.3.3 粘結(jié)破壞機(jī)理n 光圓鋼筋的粘結(jié)破壞光圓鋼筋的粘結(jié)破壞n粘結(jié)力的組成粘結(jié)力的組成 化學(xué)膠著力化學(xué)膠著力：混凝土中水泥凝膠體與鋼筋表面的化學(xué)膠著力；混凝土中水泥凝膠體與鋼筋表面的化學(xué)膠著力；占

52、的比例較小。占的比例較小。 摩擦力摩擦力：鋼筋與混凝土接觸面間的摩擦力鋼筋與混凝土接觸面間的摩擦力 機(jī)械咬合力機(jī)械咬合力：鋼筋表面粗糙不平的機(jī)械咬合力鋼筋表面粗糙不平的機(jī)械咬合力 2.3.3 粘結(jié)破壞機(jī)理n光圓鋼筋的粘結(jié)破壞光圓鋼筋的粘結(jié)破壞 破壞過程破壞過程 加載端滑移加載端滑移（oa） 中間部分滑移（中間部分滑移（ab） 自由端滑移自由端滑移（b） 拔出前整體滑移拔出前整體滑移（bc）光圓鋼筋的粘結(jié)作用，在出現(xiàn)相對滑移前主要取決于光圓鋼筋的粘結(jié)作用，在出現(xiàn)相對滑移前主要取決于化化學(xué)膠著力學(xué)膠著力，發(fā)生滑稱后則由，發(fā)生滑稱后則由摩擦力摩擦力和和機(jī)械咬合力機(jī)械咬合力提供。提供。光圓鋼筋拔出試驗(yàn)

53、的光圓鋼筋拔出試驗(yàn)的破壞形態(tài)破壞形態(tài)，為鋼筋從混凝土中被拔，為鋼筋從混凝土中被拔出的剪切破壞，其破壞面就是鋼筋與混凝土的接觸面。出的剪切破壞，其破壞面就是鋼筋與混凝土的接觸面。n 變形鋼筋的粘結(jié)破壞變形鋼筋的粘結(jié)破壞n 粘結(jié)力的組成仍為粘結(jié)力的組成仍為化學(xué)膠著力化學(xué)膠著力、摩擦力、摩擦力、 機(jī)械咬合力機(jī)械咬合力，但主要為，但主要為 機(jī)機(jī)械咬合力。械咬合力。n 變形鋼筋的變形鋼筋的-s曲線曲線0.10.20.30.40.510203040(N/mm2)s (mm)肋處混凝土局肋處混凝土局部擠壓變形部擠壓變形出現(xiàn)內(nèi)裂縫出現(xiàn)內(nèi)裂縫徑向裂縫到徑向裂縫到達(dá)試件表面達(dá)試件表面形成新形成新滑移面滑移面劈裂裂

54、縫劈裂裂縫刮犁式破壞刮犁式破壞劈裂式破壞劈裂式破壞2.3.3 粘結(jié)破壞機(jī)理n 變形鋼筋的粘結(jié)破壞變形鋼筋的粘結(jié)破壞n 劈裂式破壞的條件劈裂式破壞的條件: : 鋼筋外圍砼薄而且沒有環(huán)向箍筋鋼筋外圍砼薄而且沒有環(huán)向箍筋n 刮犁式破壞的條件刮犁式破壞的條件: : 鋼筋外圍砼厚或有環(huán)向箍筋約束鋼筋外圍砼厚或有環(huán)向箍筋約束n 刮犁式破壞模式刮犁式破壞模式內(nèi)部斜裂縫內(nèi)部斜裂縫斜向擠壓力斜向擠壓力徑向分力徑向分力環(huán)向擠壓力環(huán)向擠壓力徑向裂縫徑向裂縫變形鋼筋處的擠壓力和內(nèi)部裂縫變形鋼筋處的擠壓力和內(nèi)部裂縫2.3.3 粘結(jié)破壞機(jī)理2.3.4 影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素n 影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素n 混凝土強(qiáng)

55、度混凝土強(qiáng)度: :粘結(jié)強(qiáng)度大致與混凝土抗拉強(qiáng)度成線性關(guān)系粘結(jié)強(qiáng)度大致與混凝土抗拉強(qiáng)度成線性關(guān)系n 保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距：二者越大，粘結(jié)強(qiáng)度越高二者越大，粘結(jié)強(qiáng)度越高n 鋼筋的外形鋼筋的外形：變形鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度高：變形鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度高n 橫向配筋橫向配筋：提供側(cè)向約束，延緩或阻止劈裂裂縫發(fā)展：提供側(cè)向約束，延緩或阻止劈裂裂縫發(fā)展n 側(cè)向壓應(yīng)力側(cè)向壓應(yīng)力：使：使摩擦力的機(jī)械咬合力增大摩擦力的機(jī)械咬合力增大 n 受力狀態(tài)受力狀態(tài)：重復(fù)荷載或反復(fù)荷載使粘結(jié)強(qiáng)度退化重復(fù)荷載或反復(fù)荷載使粘結(jié)強(qiáng)度退化 2.3.5 鋼筋的錨固和連接n鋼筋的錨固設(shè)計(jì)鋼筋的錨固設(shè)計(jì) 錨固長度，搭接長度，延伸長

56、度錨固長度，搭接長度，延伸長度n鋼筋的錨固和連接的實(shí)質(zhì)是粘結(jié)問題鋼筋的錨固和連接的實(shí)質(zhì)是粘結(jié)問題鋼筋錨固鋼筋錨固：通過混凝土中鋼筋埋置段或機(jī)械措施，將鋼筋所通過混凝土中鋼筋埋置段或機(jī)械措施，將鋼筋所受力傳遞給混凝土，使鋼筋埋置于混凝土而不被拔出。受力傳遞給混凝土，使鋼筋埋置于混凝土而不被拔出。 錨固是鋼筋如何將力傳給混凝土的問題錨固是鋼筋如何將力傳給混凝土的問題 直鋼筋的錨固直鋼筋的錨固 帶彎鉤、彎折鋼筋的錨固帶彎鉤、彎折鋼筋的錨固 機(jī)械錨固機(jī)械錨固 （a）90彎鉤 （b）135彎鉤 （c）一側(cè)貼焊錨筋（d）兩側(cè)貼焊錨筋 （e）穿孔塞焊錨板 （f）螺栓錨頭錨固設(shè)計(jì)原理錨固設(shè)計(jì)原理n強(qiáng)度極限狀態(tài)強(qiáng)度極限狀態(tài)鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)應(yīng)力達(dá)到粘結(jié)強(qiáng)度鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)應(yīng)力達(dá)到粘結(jié)強(qiáng)度n主要適用于直鋼筋的錨固問題主要適用于直鋼筋的錨固問題n剛度極限狀態(tài)剛度極限狀態(tài)鋼筋與混凝土之間的相對滑移增長過速的狀態(tài)鋼筋與混凝土之間的相對滑移增長過速的狀態(tài)n主要適用于帶彎鉤和彎折鋼筋的錨固問題主要適用于帶彎鉤和彎折鋼筋的錨固問題O s u強(qiáng)度極限狀態(tài)強(qiáng)度極限狀態(tài)O s u剛度極限狀態(tài)剛度極限狀態(tài)最大粘接最大粘接應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)力點(diǎn)滑移速率滑