鋼筋和混凝土的力學(xué)性能

1、 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能鋼筋和混凝土的力學(xué)性能本章要點(diǎn)鋼筋的品種和級別，力學(xué)性能的基本指標(biāo)；鋼筋的品種和級別，力學(xué)性能的基本指標(biāo)；混凝土強(qiáng)度等級、強(qiáng)度指標(biāo)及其換算關(guān)系；混凝土強(qiáng)度等級、強(qiáng)度指標(biāo)及其換算關(guān)系；混凝土的破壞機(jī)理、單軸受壓應(yīng)力混凝土的破壞機(jī)理、單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線、彈性模應(yīng)變曲線、彈性模量；量；混凝土的收縮和徐變性能；混凝土的收縮和徐變性能；鋼筋與混凝土的粘結(jié)機(jī)理、鋼筋基本錨固長度的計(jì)算鋼筋與混凝土的粘結(jié)機(jī)理、鋼筋基本錨固長度的計(jì)算和構(gòu)造要求、鋼筋連接的基本要求和構(gòu)造要求；和構(gòu)造要求、鋼筋連接的基本要求和構(gòu)造要求；材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，材料分項(xiàng)系數(shù)和材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，材料分

2、項(xiàng)系數(shù)和材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對鋼筋和混凝土的要求。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對鋼筋和混凝土的要求。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋2.1 2.1 鋼鋼 筋筋 （Steel Reinforcement）2.1.1 鋼筋鋼筋一、鋼筋的分類 根據(jù)鋼材的化學(xué)成分分類：根據(jù)鋼材的化學(xué)成分分類： 碳素鋼和普通低合金鋼碳素鋼：除含有鐵元素外，還含有少量的碳、硅、錳、硫、磷等元素。根據(jù)含碳量的多少，碳素鋼又可分為低碳鋼（含碳量少于0.25%）、中碳鋼（含碳量介于0.25%-0.6%)、高碳鋼（含碳量介于0.6%-1.4%)，含碳量越高強(qiáng)度越高，塑性和可焊性越差。普通低合金鋼除碳素鋼中已有的成分外，再加入少

3、量的合金元素如硅、錳、鈦、鉻等，可以有效地提高鋼材的強(qiáng)度和改善鋼材的其他性能。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋 根據(jù)鋼筋制作方法分類：根據(jù)鋼筋制作方法分類： 熱軋鋼筋、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋熱軋鋼筋是由低碳鋼、普通低合金鋼在高溫狀況下軋制而成熱軋鋼筋是由低碳鋼、普通低合金鋼在高溫狀況下軋制而成的鋼筋。的鋼筋。熱處理鋼筋又稱調(diào)質(zhì)鋼筋，是用中碳低合金帶肋鋼筋通過加熱、熱處理鋼筋又稱調(diào)質(zhì)鋼筋，是用中碳低合金帶肋鋼筋通過加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理的鋼筋。淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理的鋼筋。 熱處理后，鋼筋強(qiáng)度能得到較大幅度提高，而塑性降低不多。 熱軋鋼筋強(qiáng)度不是很高但塑性較好，一般鋼筋混凝土

4、結(jié)構(gòu)中的鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的非預(yù)應(yīng)力普通鋼筋多用熱軋鋼筋。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋冷加工鋼筋是指在常溫下采用冷加工工藝對熱軋鋼筋進(jìn)行加工冷加工鋼筋是指在常溫下采用冷加工工藝對熱軋鋼筋進(jìn)行加工得到的鋼筋。以強(qiáng)度較低的鋼筋盤條經(jīng)冷拔、冷拉、冷扭后截得到的鋼筋。以強(qiáng)度較低的鋼筋盤條經(jīng)冷拔、冷拉、冷扭后截面縮小、外形改變而形成的冷拉鋼筋、冷拔鋼絲、冷軋帶肋鋼面縮小、外形改變而形成的冷拉鋼筋、冷拔鋼絲、冷軋帶肋鋼筋、冷軋扭鋼筋統(tǒng)稱為冷加工鋼筋。筋、冷軋扭鋼筋統(tǒng)稱為冷加工鋼筋。 冷加工鋼筋的設(shè)計(jì)強(qiáng)度提高，而延性大幅度下降。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼 筋熱軋鋼筋熱軋鋼筋

5、（Hot Rolled Steel Reinforcing Bar）按強(qiáng)度分類：HPB235級、HRB335級、HRB400級、RRB400級HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRibbedBarRRBRemained heat treatmentRibbedBar屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 fyk（標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值= =鋼材廢品限值，保證率鋼材廢品限值，保證率95%）HPB235級： fyk = 235 N/mm2HRB335級： fyk = 335 N/mm2HRB400級、RRB400級： fyk = 400 N/mm2第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼 筋 HP

6、B235級級(級級) 為熱軋光面鋼筋（為熱軋光面鋼筋（Plain Bar），符號），符號 ，多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋。 HRB335級級(級級)和 HRB400級級(級級)為熱軋帶肋鋼筋為熱軋帶肋鋼筋(Ribbed Bar)，符號，符號 。鋼筋強(qiáng)度較高，多作為鋼筋混凝土構(gòu)件的受力鋼筋，尺寸較大的構(gòu)件，也有用級鋼筋作箍筋的。為增強(qiáng)與混凝土的粘結(jié)（Bond），外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋（Deformed Bar）。 HRB400級級(級級) 為余熱處理鋼筋為余熱處理鋼筋(Remained heat (Remained heat treatment)treatment)，符號，符號 。

7、鋼筋強(qiáng)度太高，不適宜作為鋼筋混凝土構(gòu)件中的配筋，一般冷拉后作預(yù)應(yīng)力筋。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋 根據(jù)鋼筋在單調(diào)受拉時(shí)根據(jù)鋼筋在單調(diào)受拉時(shí) 應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線屈服點(diǎn)的不同分類：應(yīng)變曲線屈服點(diǎn)的不同分類： 有物理屈服點(diǎn)的鋼筋（軟鋼）和 無物理屈服點(diǎn)的鋼筋（硬鋼）。有物理屈服點(diǎn)的鋼筋，如熱軋鋼筋、冷拉鋼筋；有物理屈服點(diǎn)的鋼筋，如熱軋鋼筋、冷拉鋼筋；無物理屈服點(diǎn)的鋼筋，如鋼絲、鋼絞線及熱處理鋼筋。無物理屈服點(diǎn)的鋼筋，如鋼絲、鋼絞線及熱處理鋼筋。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋二、鋼筋的形式二、鋼筋的形式 普通鋼筋（柔性鋼筋）普通鋼筋（柔性鋼筋） 光面鋼筋和變形鋼筋光面鋼筋和

8、變形鋼筋 勁性鋼筋勁性鋼筋 勁性鋼筋是由各種型鋼、鋼軌或者用型鋼與鋼筋焊勁性鋼筋是由各種型鋼、鋼軌或者用型鋼與鋼筋焊成的骨架。勁性鋼筋本身剛度很大，施工時(shí)模板及混成的骨架。勁性鋼筋本身剛度很大，施工時(shí)模板及混凝土的重力可以由勁性鋼筋本身來承擔(dān)，因此能加速凝土的重力可以由勁性鋼筋本身來承擔(dān)，因此能加速并簡化支模工作，承載能力也比較大。并簡化支模工作，承載能力也比較大。 第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋三、鋼絲和鋼絞線三、鋼絲和鋼絞線 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的國產(chǎn)規(guī)定，用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的國產(chǎn)普通鋼筋可使用熱軋鋼筋。用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力鋼普通

9、鋼筋可使用熱軋鋼筋。用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力鋼筋必須采用高強(qiáng)度材料。預(yù)應(yīng)力鋼筋可分為筋必須采用高強(qiáng)度材料。預(yù)應(yīng)力鋼筋可分為高強(qiáng)度鋼筋、預(yù)應(yīng)高強(qiáng)度鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線。力鋼絲和鋼絞線。o 高強(qiáng)度鋼筋高強(qiáng)度鋼筋 目前工程上常用目前工程上常用熱處理鋼筋。熱處理鋼筋。o 預(yù)應(yīng)力鋼絲預(yù)應(yīng)力鋼絲 預(yù)應(yīng)力鋼絲是以優(yōu)質(zhì)高碳鋼盤條經(jīng)等溫淬火再拉拔而成的鋼預(yù)應(yīng)力鋼絲是以優(yōu)質(zhì)高碳鋼盤條經(jīng)等溫淬火再拉拔而成的鋼 絲。目前工程上常用絲。目前工程上常用消除應(yīng)力鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲。消除應(yīng)力鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲。 o 鋼絞線鋼絞線 鋼絞線是用一種稍粗的直鋼絲為中心，其余鋼絲圍繞其進(jìn)行鋼絞線是用一種稍粗的

10、直鋼絲為中心，其余鋼絲圍繞其進(jìn)行 螺旋狀絞合，再經(jīng)低溫回火處理而制成。目前，螺旋狀絞合，再經(jīng)低溫回火處理而制成。目前，低松弛的抗低松弛的抗 拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為1860Mpa的鋼絞線的鋼絞線是最常見的預(yù)應(yīng)力鋼筋。是最常見的預(yù)應(yīng)力鋼筋。 第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋D公稱直徑 A3 股鋼絞線量測尺寸鋼絞線刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲v 常用鋼筋形式：常用鋼筋形式：第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋2.1.2 2.1.2 鋼筋的力學(xué)性能鋼筋的力學(xué)性能一、鋼筋的應(yīng)力一、鋼筋的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系 有物理屈服點(diǎn)的鋼筋有物理屈服點(diǎn)的鋼筋

11、 （Steel bar with yield point）a為比例極限proportional limit s =Esea為彈性極限elastic limitde為強(qiáng)化段strain hardening stageb為屈服上限upper yield strengthc為屈服下限，對應(yīng)屈服強(qiáng)度 fylower yield strengthcd為屈服臺階yield plateaue為極限抗拉強(qiáng)度 fu ultimate tensile strengths se eaacdefufyfb第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋兩個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)：兩個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)：屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度yield strength

12、：是鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)鋼是鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)鋼筋強(qiáng)度取值的依據(jù)筋強(qiáng)度取值的依據(jù)，因?yàn)殇摻钋髮⒑艽蟮乃苄宰冃?，因?yàn)殇摻钋髮⒑艽蟮乃苄宰冃?，且卸載時(shí)這部分變形且卸載時(shí)這部分變形不可恢復(fù)不可恢復(fù)，這會使鋼筋混凝土構(gòu)件，這會使鋼筋混凝土構(gòu)件產(chǎn)生很大的變形和不可閉合的裂縫，以致無法使用。產(chǎn)生很大的變形和不可閉合的裂縫，以致無法使用。極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度ultimated strength：一般用作鋼筋的實(shí)際破一般用作鋼筋的實(shí)際破壞強(qiáng)度。壞強(qiáng)度。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋構(gòu)件計(jì)算分析中，有明顯屈服點(diǎn)鋼筋的應(yīng)力構(gòu)件計(jì)算分析中，有明顯屈服點(diǎn)鋼筋的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系：應(yīng)變關(guān)系：一般可采用

13、雙線性的理想彈塑性關(guān)系yyysfEeeseees fy ey1Es鋼筋的彈性模量(N/mm2)種 類EsHPB235 級鋼筋2.1105HRB335 級鋼筋、HRB400 級鋼筋、RRB400 級鋼筋、熱處理鋼筋2.0105消除應(yīng)力鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲2.05105鋼絞線1.95105第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋（Steel bar without yield point）a0.2%s0.2 fua點(diǎn)：比例極限，約為點(diǎn)：比例極限，約為0.65fua點(diǎn)前：應(yīng)力點(diǎn)前：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線彈性應(yīng)變關(guān)系為線彈性a點(diǎn)后：應(yīng)力點(diǎn)后：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為非線

14、性，應(yīng)變關(guān)系為非線性，有一定塑性變形，且沒有明顯的屈有一定塑性變形，且沒有明顯的屈服點(diǎn)服點(diǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)條件屈服點(diǎn)條件屈服點(diǎn)殘余應(yīng)變?yōu)闅堄鄳?yīng)變?yōu)?.2%所對應(yīng)的應(yīng)力所對應(yīng)的應(yīng)力規(guī)范規(guī)范取取s s0.2 =0.85 fu第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋延延 伸伸 率率elongation rate：指鋼筋試件上標(biāo)距為指鋼筋試件上標(biāo)距為10d、5d（d為鋼筋的試件直徑）或?yàn)殇摻畹脑嚰睆剑┗?00mm范圍內(nèi)的極限伸長率，記為范圍內(nèi)的極限伸長率，記為 ，反映了鋼筋拉斷反映了鋼筋拉斷前的變形能力，是反映鋼筋塑性性能的指標(biāo)。延伸率大的鋼筋，前的變形能力，是反映鋼筋塑性性能的指標(biāo)。延伸

15、率大的鋼筋，在拉斷前有足夠預(yù)兆，延性較好。在拉斷前有足夠預(yù)兆，延性較好。0010010 、 5lll、二、鋼筋的塑性性能：二、鋼筋的塑性性能：100105和、冷彎性能冷彎性能：為了使鋼筋在加工成型時(shí)不發(fā)生斷裂，加工時(shí)不至于脆斷，還要為了使鋼筋在加工成型時(shí)不發(fā)生斷裂，加工時(shí)不至于脆斷，還要求鋼筋具有一定的冷彎性能。求鋼筋具有一定的冷彎性能。冷彎性能是指將鋼筋圍繞某個(gè)規(guī)定冷彎性能是指將鋼筋圍繞某個(gè)規(guī)定的直徑的直徑D的輥軸彎曲成一定的角度（的輥軸彎曲成一定的角度（90或或180度），彎曲后的鋼度），彎曲后的鋼筋應(yīng)無裂紋或斷裂現(xiàn)象。筋應(yīng)無裂紋或斷裂現(xiàn)象。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋鋼筋受

16、力后，長度保持不變，鋼筋應(yīng)力隨時(shí)間增長而降低的現(xiàn)象鋼筋受力后，長度保持不變，鋼筋應(yīng)力隨時(shí)間增長而降低的現(xiàn)象稱為松弛。稱為松弛。三、鋼筋的松弛：三、鋼筋的松弛：在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉后長度基本保持不變，在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉后長度基本保持不變，鋼筋會出現(xiàn)松弛，故而引起預(yù)應(yīng)力損失。鋼筋會出現(xiàn)松弛，故而引起預(yù)應(yīng)力損失。四、鋼筋的包興格效應(yīng)四、鋼筋的包興格效應(yīng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下，鋼筋的力學(xué)性能與單鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下，鋼筋的力學(xué)性能與單向受拉或受壓時(shí)的力學(xué)性能不同。向受拉或受壓時(shí)的力學(xué)性能不同。當(dāng)受拉（或受壓）超過彈性極限而產(chǎn)生塑性變形后，

17、其反向受壓當(dāng)受拉（或受壓）超過彈性極限而產(chǎn)生塑性變形后，其反向受壓（或受拉）的彈性極限將顯著降低，這種鋼筋的軟化現(xiàn)象，稱為（或受拉）的彈性極限將顯著降低，這種鋼筋的軟化現(xiàn)象，稱為包興格效應(yīng)。包興格效應(yīng)。鋼筋在反復(fù)荷載作用下力學(xué)性能對研究鋼筋混凝土鋼筋在反復(fù)荷載作用下力學(xué)性能對研究鋼筋混凝土構(gòu)件的抗震性能具有重要意義。構(gòu)件的抗震性能具有重要意義。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋鋼筋的鋼筋的疲勞破壞疲勞破壞是指鋼筋在是指鋼筋在承受重復(fù)、周期動荷載作用承受重復(fù)、周期動荷載作用下，鋼材下，鋼材發(fā)生脆性的發(fā)生脆性的突然破壞突然破壞，而不是單調(diào)加載時(shí)的塑性破壞。，而不是單調(diào)加載時(shí)的塑性破壞。五、

18、鋼筋的疲勞性能：五、鋼筋的疲勞性能：鋼筋的鋼筋的疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度是指在某一規(guī)定應(yīng)力變化幅度內(nèi)，經(jīng)受一定次數(shù)是指在某一規(guī)定應(yīng)力變化幅度內(nèi)，經(jīng)受一定次數(shù)循環(huán)荷載后，才發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。此值循環(huán)荷載后，才發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。此值低于靜荷載作低于靜荷載作用下鋼筋的極限強(qiáng)度，有時(shí)低于屈服強(qiáng)度。用下鋼筋的極限強(qiáng)度，有時(shí)低于屈服強(qiáng)度。對工業(yè)廠房中的吊車梁等承受重復(fù)荷載作用的構(gòu)件，要進(jìn)行疲勞對工業(yè)廠房中的吊車梁等承受重復(fù)荷載作用的構(gòu)件，要進(jìn)行疲勞驗(yàn)算。驗(yàn)算。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋2.1.3 設(shè)計(jì)對鋼筋性能的要求設(shè)計(jì)對鋼筋性能的要求一、一、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對

19、鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)的規(guī)定對鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)的規(guī)定 鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值由于材料性能的離散性，實(shí)測鋼筋屈服強(qiáng)度的概率分布曲線符由于材料性能的離散性，實(shí)測鋼筋屈服強(qiáng)度的概率分布曲線符合正態(tài)分布，材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值可取其概率分布的合正態(tài)分布，材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值可取其概率分布的0.05 分位值分位值確定，即材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不小于確定，即材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不小于95%的保證率。的保證率。普通鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2） 種 類 符號 fyk HPB235(Q235) 235 HRB335(20MnSi) 335 熱軋鋼筋 HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi) RRB40

20、0(20MnSi) 400 第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋預(yù) 應(yīng) 力 鋼 筋 強(qiáng) 度 標(biāo) 準(zhǔn) 值 （ N /m m2） 種 類 符 號 d(m m ) fptk 8.6、 10.8 1860、 1720、 1570 1*3 12.9 1720、 1570 9.5、 11.1、 12.7 1860 鋼 絞 線 1*7 s 15.2 1860、 1720 4、 5 1770、 1670、 1570 光 面 鋼 絲 P 6 1670、 1570 螺 旋 肋 鋼 絲 H 7、 8、 9 1570 消 除 應(yīng) 力 鋼 絲 刻 痕 鋼 絲 I 5、 7 1570 40Si2M n 6 48Si

21、2M n 8.2 熱 處 理 鋼 筋 45Si2M n HT 10 1470 第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋 鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以鋼筋的材料分鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以鋼筋的材料分項(xiàng)系數(shù)得到的。即項(xiàng)系數(shù)得到的。即sykfyf/。，s；ykf；yf20. 110. 1系數(shù)為預(yù)應(yīng)力鋼筋的材料分項(xiàng)數(shù)為普通鋼筋的材料分項(xiàng)系鋼筋的材料分項(xiàng)系數(shù)鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值式中：第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋普 通 鋼 筋 強(qiáng) 度 設(shè) 計(jì) 值 （ N /m m2） 種 類 符 號 fy fy H PB 23

22、5(Q 235) 210 210 H R B 335(20M nSi) 300 300 熱軋鋼筋 H R B 400(20M nSiV 、 20M nSiN b、 20M nT i) R R B 400(20M nSi) 360 360 第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2） 種類 符號 fptk fpy fpy 1860 1320 1*3 1720 1220 1570 1110 390 1860 1320 鋼絞線 1*7 s 1720 1220 390 1770 1250 光面鋼絲 1670 1180 螺旋肋鋼絲 P H 1570 1110 410 消除

23、應(yīng)力鋼絲 刻痕鋼絲 I 1570 1110 410 40Si2Mn 48Si2Mn 熱處理鋼筋 45Si2Mn HT 1470 1040 400 第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋二、設(shè)計(jì)對鋼筋性能的選擇二、設(shè)計(jì)對鋼筋性能的選擇 鋼筋的規(guī)格種類的選擇鋼筋的規(guī)格種類的選擇普通鋼筋宜采用普通鋼筋宜采用HRB400級和級和HRB335級，也可采用級，也可采用HPB235級級和和RRB400級；預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼絲，也可級；預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼絲，也可采用熱處理鋼筋。采用熱處理鋼筋。注：規(guī)范強(qiáng)調(diào)以HRB400級熱軋鋼筋為主導(dǎo)鋼筋，以HRB335級熱軋鋼筋為輔助鋼筋，這

24、是由于其高強(qiáng)度、高延性、良好的粘結(jié)性能和較高的強(qiáng)度價(jià)格比，并且規(guī)格齊全。不主張推廣應(yīng)用HPB235級熱軋鋼筋，原因是光面鋼筋強(qiáng)度太低、強(qiáng)度價(jià)格比低，其延性雖好但與熱軋帶肋鋼筋相差不大，且由于與混凝土之間的粘結(jié)性能很差，作為受力鋼筋末端還要加彎鉤，設(shè)計(jì)施工不便。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋二、設(shè)計(jì)對鋼筋性能的選擇二、設(shè)計(jì)對鋼筋性能的選擇 鋼筋的強(qiáng)度鋼筋的強(qiáng)度鋼筋的強(qiáng)度是指鋼筋的屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度之比稱為屈強(qiáng)比，屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度之比稱為屈強(qiáng)比，它代表了鋼筋的強(qiáng)度儲備，也在一定程度上代表了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度儲備，所以設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)那鼜?qiáng)比，對于抗震結(jié)構(gòu)，

25、為了滿足抗震要求，對鋼筋的屈強(qiáng)比有一定的要求，一般不應(yīng)小于不應(yīng)小于1.25。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.1 鋼筋 鋼筋的耐久性鋼筋的耐久性 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性 鋼筋的延性鋼筋的延性在工程設(shè)計(jì)中，要求鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（尤其對抗震結(jié)構(gòu)）具有足夠的延性，避免脆性破壞。影響鋼筋延性的主要因素是材質(zhì)，碳當(dāng)量加大雖能提高強(qiáng)度，但延性降低。為了保證鋼筋與混凝土共同工作，要求鋼筋與混凝土之間必須有足夠的粘結(jié)力。鋼筋表面的形狀鋼筋表面的形狀是影響粘結(jié)力的重要因素。鋼筋在腐蝕環(huán)境中會銹蝕，通常采用阻銹劑處理。二、設(shè)計(jì)對鋼筋性能的選擇二、設(shè)計(jì)對鋼筋性能的選擇第二章 鋼筋和混凝土的力

26、學(xué)性能2.1 鋼筋 鋼筋的經(jīng)濟(jì)性鋼筋的經(jīng)濟(jì)性 鋼筋的適宜施工性鋼筋的適宜施工性在施工時(shí)鋼筋要彎轉(zhuǎn)成型，因而應(yīng)具有一定的冷彎性能冷彎性能，加工時(shí)避免裂縫和折斷。具備良好的焊接性能焊接性能，在焊接后不應(yīng)產(chǎn)生裂紋及過大的變形，以保證焊接接頭性能良好。衡量鋼筋經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)是強(qiáng)度價(jià)格比強(qiáng)度價(jià)格比。二、設(shè)計(jì)對鋼筋性能的選擇二、設(shè)計(jì)對鋼筋性能的選擇第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土2.2 2.2 混凝土混凝土一、混凝土的組成結(jié)構(gòu)一、混凝土的組成結(jié)構(gòu) 混凝土是由混凝土是由水泥、砂子水泥、砂子和和石子石子三種材料及三種材料及水水按一按一定配合比拌合，經(jīng)過凝固硬化后做成的人工石材，是定配合比拌合，經(jīng)過凝

27、固硬化后做成的人工石材，是一種各組具有不同性質(zhì)的多相復(fù)合材料。一種各組具有不同性質(zhì)的多相復(fù)合材料。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土二、混凝土的單軸受力強(qiáng)度二、混凝土的單軸受力強(qiáng)度1、立方體抗壓強(qiáng)度、立方體抗壓強(qiáng)度混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的主要是利用它的抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度。因此抗壓強(qiáng)度是混。因此抗壓強(qiáng)度是混凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標(biāo)。凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標(biāo)?；炷翗?biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度混凝土標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度：邊長：邊長150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下（標(biāo)準(zhǔn)條件下（203，90%濕度）養(yǎng)護(hù)濕度）養(yǎng)護(hù)28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方天，用標(biāo)準(zhǔn)試

28、驗(yàn)方法（加載速度法（加載速度0.150.3N/mm2/sec，兩端不涂潤滑劑）測得的，兩端不涂潤滑劑）測得的具具有有95%保證率保證率的立方體抗壓強(qiáng)度，用符號的立方體抗壓強(qiáng)度，用符號fcc表示。表示。在試驗(yàn)時(shí)，影響混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的主要因素有：在試驗(yàn)時(shí)，影響混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的主要因素有：試驗(yàn)方試驗(yàn)方法、尺寸影響、加載速度和混凝土試驗(yàn)時(shí)的齡期。法、尺寸影響、加載速度和混凝土試驗(yàn)時(shí)的齡期。ccf第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土100mm立方體強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)立方體強(qiáng)度之間的換算關(guān)系立方體強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)立方體強(qiáng)度之間的換算關(guān)系10015095. 0cucuff立方體不能代表混凝土在實(shí)際構(gòu)件

29、中的受力狀態(tài)立方體不能代表混凝土在實(shí)際構(gòu)件中的受力狀態(tài)，只是用來，只是用來在同一標(biāo)準(zhǔn)條件下比較混凝土強(qiáng)度水平和品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)（制作、在同一標(biāo)準(zhǔn)條件下比較混凝土強(qiáng)度水平和品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)（制作、測試方便）。測試方便）。200mm立方體強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)立方體強(qiáng)度之間的換算關(guān)系立方體強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)立方體強(qiáng)度之間的換算關(guān)系20015005. 1cucuff第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土2、軸心抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度 軸心抗壓強(qiáng)度采用棱柱體試件測定，它比較接近實(shí)際構(gòu)件中軸心抗壓強(qiáng)度采用棱柱體試件測定，它比較接近實(shí)際構(gòu)件中混凝土的受壓情況。棱柱體試件高寬比一般為混凝土的受壓情況。棱柱體試件高寬比一般為h/b=3

30、4，我國，我國通常取通常取100 100300試件。試件。 對于同一混凝土，對于同一混凝土，棱柱體抗壓強(qiáng)度小于立方體抗壓強(qiáng)度棱柱體抗壓強(qiáng)度小于立方體抗壓強(qiáng)度。棱。棱柱體抗壓強(qiáng)度和立方體抗壓強(qiáng)度平均值之間的換算關(guān)系為，柱體抗壓強(qiáng)度和立方體抗壓強(qiáng)度平均值之間的換算關(guān)系為，mcumcfkf,mcumcucumcffff,76. 0)002. 066. 0(規(guī)范規(guī)范對小于對小于C50級的混凝土取級的混凝土取k=0.76，對，對C80取取k=0.82，其間按線性插值其間按線性插值第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土3、軸心抗拉強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度 也是其基本力學(xué)性能。混凝土構(gòu)件開裂、裂縫、變形，以

31、及也是其基本力學(xué)性能?；炷翗?gòu)件開裂、裂縫、變形，以及 受剪、受扭、受沖切等的承載力均與抗拉強(qiáng)度有關(guān)。受剪、受扭、受沖切等的承載力均與抗拉強(qiáng)度有關(guān)。 500 150 15010016軸心受拉試驗(yàn) 混凝土的抗拉強(qiáng)度較小，一般只有抗壓混凝土的抗拉強(qiáng)度較小，一般只有抗壓 強(qiáng)度的強(qiáng)度的5%-10%。 測定混凝土的抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法有：測定混凝土的抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法有： 直接試驗(yàn)法，如右圖所示，試件尺寸為直接試驗(yàn)法，如右圖所示，試件尺寸為 100mm 100mm500mm 。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土劈拉試驗(yàn)PaP拉壓壓由于軸心受拉試驗(yàn)對中困難，也常常采用立方體或圓柱體劈拉由于軸心受拉

32、試驗(yàn)對中困難，也常常采用立方體或圓柱體劈拉試驗(yàn)測定混凝土的抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)測定混凝土的抗拉強(qiáng)度22aPfsp4/3,19. 0mcumspff第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土雙向受壓雙向受壓時(shí)，兩個(gè)方向的時(shí)，兩個(gè)方向的抗壓強(qiáng)度都有所提高；抗壓強(qiáng)度都有所提高；雙向受拉雙向受拉時(shí)，兩個(gè)方向的時(shí)，兩個(gè)方向的抗拉強(qiáng)度均接近于單軸抗抗拉強(qiáng)度均接近于單軸抗拉強(qiáng)度；拉強(qiáng)度；拉壓受力拉壓受力時(shí)，混凝土的強(qiáng)時(shí)，混凝土的強(qiáng)度均低于單軸受力（壓或度均低于單軸受力（壓或拉）強(qiáng)度。拉）強(qiáng)度。三、混凝土的復(fù)合受力強(qiáng)度三、混凝土的復(fù)合受力強(qiáng)度雙軸應(yīng)力狀態(tài)雙軸應(yīng)力狀態(tài) Biaxial Stress State實(shí)際結(jié)構(gòu)

33、中，混凝土很少處于單向受力狀態(tài)。更多的是處于實(shí)際結(jié)構(gòu)中，混凝土很少處于單向受力狀態(tài)。更多的是處于雙雙向向或或三向三向受力狀態(tài)。如鋼筋混凝土梁彎剪段的剪壓區(qū)、框架的受力狀態(tài)。如鋼筋混凝土梁彎剪段的剪壓區(qū)、框架的梁、柱節(jié)點(diǎn)區(qū)、牛腿、深梁等。梁、柱節(jié)點(diǎn)區(qū)、牛腿、深梁等。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土剪壓、剪拉受力剪壓、剪拉受力時(shí)，即剪應(yīng)力時(shí)，即剪應(yīng)力t t 和正應(yīng)力和正應(yīng)力s s 共同作用下的復(fù)共同作用下的復(fù)合受力情況。合受力情況?；炷恋目辜魪?qiáng)度：隨混凝土的抗剪強(qiáng)度：隨拉拉應(yīng)力增大而減小應(yīng)力增大而減小 隨隨壓壓應(yīng)力增大而增大應(yīng)力增大而增大當(dāng)壓應(yīng)力在當(dāng)壓應(yīng)力在0.6fc左右時(shí)，抗剪強(qiáng)度

34、達(dá)到最大，左右時(shí)，抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大，壓應(yīng)力繼續(xù)增大，則由于內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強(qiáng)度將隨壓應(yīng)壓應(yīng)力繼續(xù)增大，則由于內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強(qiáng)度將隨壓應(yīng)力的增大而減小。力的增大而減小。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土三軸受壓狀態(tài)三軸受壓狀態(tài) Triaxial Stress State三向受壓試驗(yàn)一般采用圓柱體在等側(cè)壓條件進(jìn)行。三向受壓試驗(yàn)一般采用圓柱體在等側(cè)壓條件進(jìn)行。在這種受力狀態(tài)下，試件由于側(cè)壓限制，其內(nèi)部裂縫的產(chǎn)生和在這種受力狀態(tài)下，試件由于側(cè)壓限制，其內(nèi)部裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展受到阻礙，因此破壞時(shí)的軸向抗壓強(qiáng)度提高。發(fā)展受到阻礙，因此破壞時(shí)的軸向抗壓強(qiáng)度提高。214sccff第二章 鋼筋

35、和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土在實(shí)際工程中，常常采用橫向鋼筋約束混凝土的辦法提高在實(shí)際工程中，常常采用橫向鋼筋約束混凝土的辦法提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。例如，在柱中采用密排螺旋箍筋，或混凝土的抗壓強(qiáng)度。例如，在柱中采用密排螺旋箍筋，或采用鋼管混凝土柱，由于有效地約束了混凝土的橫向變形，采用鋼管混凝土柱，由于有效地約束了混凝土的橫向變形，所以使混凝土的所以使混凝土的強(qiáng)度強(qiáng)度和和延性延性都有較大的提高。都有較大的提高。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土四、混凝土的變形四、混凝土的變形混凝土的變形可分為兩類：荷載作用下的混凝土的變形可分為兩類：荷載作用下的受力變形受力變形和和體積變形體積變形

36、，如混凝土的收縮、膨脹以及由于溫度變化產(chǎn)生的變形等。如混凝土的收縮、膨脹以及由于溫度變化產(chǎn)生的變形等。1、單軸（單調(diào)）受力應(yīng)力、單軸（單調(diào)）受力應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系Stress- strain Relationship 混凝土單軸短期荷載作用下的應(yīng)力混凝土單軸短期荷載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是混凝土材料最應(yīng)變關(guān)系是混凝土材料最基本的力學(xué)性能，是對混凝土進(jìn)行理論分析的基本依據(jù)，是研基本的力學(xué)性能，是對混凝土進(jìn)行理論分析的基本依據(jù)，是研究和建立混凝土構(gòu)件了承載力、變形、延性以及應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)究和建立混凝土構(gòu)件了承載力、變形、延性以及應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行構(gòu)件的非線性全過程分析的重要依據(jù)。行構(gòu)件的非線性全過程

37、分析的重要依據(jù)。 混凝土單軸受壓應(yīng)力混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線應(yīng)變關(guān)系曲線 常采用標(biāo)準(zhǔn)棱柱體或圓柱體試件來測定。常采用標(biāo)準(zhǔn)棱柱體或圓柱體試件來測定。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土左圖為軸心受壓混凝土左圖為軸心受壓混凝土典型的應(yīng)力典型的應(yīng)力應(yīng)變曲線。應(yīng)變曲線。各個(gè)特征階段的特點(diǎn)如各個(gè)特征階段的特點(diǎn)如下所述：下所述：02468102030s(MPa)e 10-3BACEDFO第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土A點(diǎn)相當(dāng)于混凝土的彈點(diǎn)相當(dāng)于混凝土的彈性極限。性極限。OA段稱為彈性階段。段稱為彈性階段。A點(diǎn)應(yīng)力隨混凝土強(qiáng)度點(diǎn)應(yīng)力隨

38、混凝土強(qiáng)度的提高而增加，對普通的提高而增加，對普通強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度混凝土s sA約為約為 (0.30.4)fc ，對高強(qiáng)混，對高強(qiáng)混凝土凝土s sA可達(dá)可達(dá)0.50.7)fc。02468102030s(MPa)e 10-3ABCEDFO第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土A點(diǎn)以后點(diǎn)以后，裂縫開始出，裂縫開始出現(xiàn)并有所延伸發(fā)展，產(chǎn)現(xiàn)并有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生部分塑性變形，應(yīng)變生部分塑性變形，應(yīng)變增長開始加快，應(yīng)力增長開始加快，應(yīng)力-應(yīng)變曲線逐漸偏離直線，應(yīng)變曲線逐漸偏離直線，進(jìn)入進(jìn)入裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展的第裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展的第二階段（二階段（AB段）。段）。02468102030s(MPa)e 10-3BA

39、CEDFO第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土B點(diǎn)稱為臨界應(yīng)力點(diǎn)，點(diǎn)稱為臨界應(yīng)力點(diǎn)，此時(shí)裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，此時(shí)裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，橫向變形突然增大，體橫向變形突然增大，體積應(yīng)變開始由壓縮轉(zhuǎn)為積應(yīng)變開始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長期增加。在此應(yīng)力的長期作用下，裂縫會持續(xù)發(fā)作用下，裂縫會持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。展最終導(dǎo)致破壞。取取B點(diǎn)的應(yīng)力作為混凝土的點(diǎn)的應(yīng)力作為混凝土的長期抗壓強(qiáng)度。長期抗壓強(qiáng)度。普通強(qiáng)普通強(qiáng)度混凝土度混凝土s sB約為約為0.8fc，高強(qiáng)強(qiáng)度混凝土高強(qiáng)強(qiáng)度混凝土s sB可達(dá)可達(dá)0.95fc以上。以上。02468102030s(MPa)e 10-3BACEDFO第二章 鋼筋和

40、混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土BC段稱為裂縫快速發(fā)展段稱為裂縫快速發(fā)展的不穩(wěn)定階段。的不穩(wěn)定階段。應(yīng)變增應(yīng)變增長速度明顯加快，達(dá)到長速度明顯加快，達(dá)到C點(diǎn)點(diǎn)fc， fc峰值應(yīng)力，即峰值應(yīng)力，即混凝土棱柱體的抗壓強(qiáng)混凝土棱柱體的抗壓強(qiáng)度，度， 相應(yīng)縱向應(yīng)變值稱相應(yīng)縱向應(yīng)變值稱為為峰值應(yīng)變峰值應(yīng)變 e e 0，約為，約為0.002。02468102030s(MPa)e 10-3BACEDFOe e 0 fc第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土下降段下降段CF是混凝土到達(dá)是混凝土到達(dá)峰值應(yīng)力后裂縫繼續(xù)擴(kuò)峰值應(yīng)力后裂縫繼續(xù)擴(kuò)展、貫通，試件的平均展、貫通，試件的平均應(yīng)力強(qiáng)度下降，從而使應(yīng)力強(qiáng)度下

41、降，從而使應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線向下彎曲。應(yīng)變曲線向下彎曲。EF段稱為收斂段，對于段稱為收斂段，對于無側(cè)向約束的混凝土，無側(cè)向約束的混凝土，收斂段已失去結(jié)構(gòu)的意收斂段已失去結(jié)構(gòu)的意義。義。02468102030s(MPa)e 10-3BACEDFO（拐點(diǎn)）（收斂點(diǎn)）第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土圖 2-10 縱向應(yīng)變e1、橫向應(yīng)變e2及體積應(yīng)變V/V00.511.52se 10-3ABCD-3-2-1 fc縱向應(yīng)變橫向應(yīng)變體積應(yīng)變第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土 對混凝土單軸短期加載下對混凝土單軸短期加載下 關(guān)系曲線的幾點(diǎn)認(rèn)識：關(guān)系曲線的幾點(diǎn)認(rèn)識：1、混凝土的混凝土的 關(guān)

42、系是一條曲線，說明混凝土是一種關(guān)系是一條曲線，說明混凝土是一種彈塑性彈塑性 材料。材料。2、 曲線的上升段的高低反映了混凝土強(qiáng)度的大小，下降曲線的上升段的高低反映了混凝土強(qiáng)度的大小，下降 段的陡緩反映了混凝土變形能力的大小。段的陡緩反映了混凝土變形能力的大小。 混凝土的變形能力是指混凝土到達(dá)極限強(qiáng)度后，在應(yīng)力下降混凝土的變形能力是指混凝土到達(dá)極限強(qiáng)度后，在應(yīng)力下降 幅度相同的情況下變形的大小，變形大的，說明混凝土耐受幅度相同的情況下變形的大小，變形大的，說明混凝土耐受 變形的能力強(qiáng)，亦即延性好。即下降段越緩的混凝土，其變變形的能力強(qiáng)，亦即延性好。即下降段越緩的混凝土，其變 形能力越好。形能力越

43、好。3、不同強(qiáng)度混凝土的、不同強(qiáng)度混凝土的 曲線有相似的形狀，但也有實(shí)質(zhì)性曲線有相似的形狀，但也有實(shí)質(zhì)性 區(qū)別?；炷翉?qiáng)度越高，其下降段越陡，其延性越差，而上區(qū)別?；炷翉?qiáng)度越高，其下降段越陡，其延性越差，而上 升段和峰值應(yīng)變的變化不大。升段和峰值應(yīng)變的變化不大。見圖。見圖。 eseseses第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土圖 2-13 不同強(qiáng)度混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線強(qiáng)度等級越高，線彈性段強(qiáng)度等級越高，線彈性段越長，峰值應(yīng)變也有所增越長，峰值應(yīng)變也有所增大。但高強(qiáng)混凝土中，砂大。但高強(qiáng)混凝土中，砂漿與骨料的粘結(jié)很強(qiáng)，密漿與骨料的粘結(jié)很強(qiáng)，密實(shí)性好，微裂縫很少，最實(shí)性好，微裂縫很

44、少，最后的破壞往往是骨料破壞，后的破壞往往是骨料破壞，破壞時(shí)脆性越顯著，下降破壞時(shí)脆性越顯著，下降段越陡。段越陡。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土4、 關(guān)系曲線與加荷速度有關(guān)。關(guān)系曲線與加荷速度有關(guān)。 加荷速度增加，最大應(yīng)力值提高，相應(yīng)的峰值應(yīng)變減小，下降加荷速度增加，最大應(yīng)力值提高，相應(yīng)的峰值應(yīng)變減小，下降 段變陡。段變陡。 加荷速度降低，最大應(yīng)力值降低，相應(yīng)的峰值應(yīng)變提高，下降加荷速度降低，最大應(yīng)力值降低，相應(yīng)的峰值應(yīng)變提高，下降 段減緩。段減緩。5、對混凝土配置橫向鋼筋，形成處于三向受壓狀態(tài)的、對混凝土配置橫向鋼筋，形成處于三向受壓狀態(tài)的“約束混凝約束混凝 土土”，使其峰值應(yīng)

45、力提高，峰值應(yīng)變增大，下降段減緩。，使其峰值應(yīng)力提高，峰值應(yīng)變增大，下降段減緩。es螺旋筋或箍筋使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，阻止混凝土的膨脹，螺旋筋或箍筋使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，阻止混凝土的膨脹，從而從而提高了試件的縱向強(qiáng)度和延性，提高了試件的縱向強(qiáng)度和延性，而且螺旋筋和箍筋的用量越而且螺旋筋和箍筋的用量越多，其效果越明顯，特別是延性提高幅度較大。多，其效果越明顯，特別是延性提高幅度較大。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土圖 2-11 螺旋箍筋約束混凝土下圖為采用配置螺旋箍筋形成下圖為采用配置螺旋箍筋形成 “約束混凝土約束混凝土”的應(yīng)力的應(yīng)力應(yīng)變曲線：應(yīng)變曲線：第二章 鋼筋和混凝土的

46、力學(xué)性能2.2 混凝土“約束混凝土約束混凝土”的概念在工程中許多地方都有應(yīng)用，如螺旋箍的概念在工程中許多地方都有應(yīng)用，如螺旋箍筋柱、后張法預(yù)應(yīng)力錨具下局部受壓區(qū)域配置的鋼筋網(wǎng)或螺旋筋柱、后張法預(yù)應(yīng)力錨具下局部受壓區(qū)域配置的鋼筋網(wǎng)或螺旋筋等。而筋等。而鋼管混凝土鋼管混凝土對內(nèi)部混凝土的約束效果更好，因此近年對內(nèi)部混凝土的約束效果更好，因此近年來在我國工程中得到許多應(yīng)用。來在我國工程中得到許多應(yīng)用。約束混凝土可以提高混凝土的約束混凝土可以提高混凝土的強(qiáng)度強(qiáng)度，但更值得注意的是可以提但更值得注意的是可以提高混凝土的高混凝土的變形能力變形能力，這一點(diǎn)對于抗震結(jié)構(gòu)非常重要。在抗震，這一點(diǎn)對于抗震結(jié)構(gòu)非常

47、重要。在抗震結(jié)構(gòu)對于可能出現(xiàn)塑性鉸的區(qū)域，均要求加密箍筋配置來提高結(jié)構(gòu)對于可能出現(xiàn)塑性鉸的區(qū)域，均要求加密箍筋配置來提高構(gòu)件的變形能力，達(dá)到壞而不倒的目的。構(gòu)件的變形能力，達(dá)到壞而不倒的目的。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能規(guī)范規(guī)范應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系上升段：)1 (1 0ncccfees0ee下降段：ccfsueee066010)50(0033. 010)50(5 . 0002. 0)50(6012cuucucufffnee規(guī)范混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線參數(shù)fcuC50C60C70C80n21.831.671.5e00.0020.002050.00210.00215eu0.00330.0032

48、0.00310.0032.2 混凝土00.0010.0020.0030.00410203040506070C80C60C40C20se第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土 混凝土軸心受拉時(shí)的應(yīng)力混凝土軸心受拉時(shí)的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系se ftet0ctctcttEfEfEf25 . 00e第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土2 2、混凝土在重復(fù)荷載作用下的變形性能（疲勞變形）、混凝土在重復(fù)荷載作用下的變形性能（疲勞變形）混凝土的疲勞是在荷載重復(fù)作用下產(chǎn)生的?；炷猎诤奢d重復(fù)混凝土在荷載重復(fù)作用下引起的破壞稱為疲勞破壞。作用下引起的破壞稱為疲勞破壞。疲勞現(xiàn)象大量存在于工程結(jié)

49、構(gòu)中，疲勞現(xiàn)象大量存在于工程結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土吊車梁受到重復(fù)鋼筋混凝土吊車梁受到重復(fù)荷載的作用，鋼筋混凝土道橋受到車輛振動的影響荷載的作用，鋼筋混凝土道橋受到車輛振動的影響以及以及港口海港口海岸的混凝土結(jié)構(gòu)受到波浪沖擊而損傷等都屬于疲勞破壞現(xiàn)象。岸的混凝土結(jié)構(gòu)受到波浪沖擊而損傷等都屬于疲勞破壞現(xiàn)象。疲勞破壞的特征是疲勞破壞的特征是裂縫小而變形大，裂縫小而變形大，在重復(fù)荷載作用下，混凝在重復(fù)荷載作用下，混凝土的土的強(qiáng)度強(qiáng)度和和變形變形有著重要的變化。有著重要的變化。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土 混凝土一次加載卸載時(shí)應(yīng)力混凝土一次加載卸載時(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線：應(yīng)變曲線：OABB00c卸載

50、時(shí)瞬時(shí)恢復(fù)應(yīng)變殘余應(yīng)變卸載后彈性后效第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土O13fcf 混凝土多次重復(fù)加載卸載的應(yīng)力混凝土多次重復(fù)加載卸載的應(yīng)力應(yīng)變曲線：應(yīng)變曲線：第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土 混凝土疲勞強(qiáng)度的測定：混凝土疲勞強(qiáng)度的測定： 混凝土的疲勞強(qiáng)度用疲勞試驗(yàn)測定?；炷恋钠趶?qiáng)度用疲勞試驗(yàn)測定。 疲勞試驗(yàn)采用疲勞試驗(yàn)采用100mm 100mm 300mm或或150mm 150mm 450mm棱柱體，把能使棱柱體試件承受棱柱體，把能使棱柱體試件承受200萬次或其以上循萬次或其以上循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓應(yīng)力值稱為環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓應(yīng)力值稱為混凝土的疲勞抗壓強(qiáng)度混凝土

51、的疲勞抗壓強(qiáng)度fcf。 混凝土的疲勞強(qiáng)度與混凝土的疲勞強(qiáng)度與重復(fù)作用時(shí)應(yīng)力變化的幅度重復(fù)作用時(shí)應(yīng)力變化的幅度有關(guān)。在相同有關(guān)。在相同的重復(fù)次數(shù)下，的重復(fù)次數(shù)下，疲勞強(qiáng)度隨著疲勞應(yīng)力比值疲勞強(qiáng)度隨著疲勞應(yīng)力比值 減小而增大。減小而增大。fc第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能3 3、混凝土的彈性模量、混凝土的彈性模量 Elastic ModulusseEc= tan 原點(diǎn)切線模量原點(diǎn)切線模量Elastic Modulus0sesddEcseEc= tan 割線模量割線模量Secant ModulusseEc= tan 切線模量切線模量Tangent ModulusesddEc 彈性系數(shù)彈性系數(shù)n n

52、(coefficient of elasticity) 隨應(yīng)力增大而減小隨應(yīng)力增大而減小n n =10.52.2 混凝土escEeeelcEcEn第二章 鋼筋和混凝土的材料性能彈性模量測定方法se0.5fc510 次)N/mm(74.342 . 21025cucfE2.2 混凝土第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土4 4、混凝土的徐變、混凝土的徐變 Creep 混凝土在荷載的長期作用下，其變形隨時(shí)間而不斷增長的現(xiàn)混凝土在荷載的長期作用下，其變形隨時(shí)間而不斷增長的現(xiàn)象稱為象稱為。 不利影響：不利影響：徐變會使結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的（撓度）變形增大；引徐變會使結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的（撓度）變形增大；引起預(yù)

53、應(yīng)力損失；在長期高應(yīng)力作用下，甚至?xí)?dǎo)致破壞。起預(yù)應(yīng)力損失；在長期高應(yīng)力作用下，甚至?xí)?dǎo)致破壞。 有利影響：徐變有利于結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)（應(yīng)）力重分布；降有利影響：徐變有利于結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)（應(yīng)）力重分布；降低結(jié)構(gòu)的受力（如支座不均勻沉降）；減小大體積混凝土內(nèi)的低結(jié)構(gòu)的受力（如支座不均勻沉降）；減小大體積混凝土內(nèi)的溫度應(yīng)力；受拉徐變可延緩收縮裂縫的出現(xiàn)。溫度應(yīng)力；受拉徐變可延緩收縮裂縫的出現(xiàn)。下圖為混凝土棱柱體徐變的試驗(yàn)曲線。下圖為混凝土棱柱體徐變的試驗(yàn)曲線。 第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土在應(yīng)力（在應(yīng)力（0.5fc）作用瞬間，首先產(chǎn)生瞬時(shí)）作用瞬間，首先產(chǎn)生瞬時(shí)彈性應(yīng)變彈性應(yīng)變e e

54、e（= s si/Ec(t0)，t0加荷時(shí)的齡期），荷載持續(xù)作用下逐漸完成加荷時(shí)的齡期），荷載持續(xù)作用下逐漸完成徐變徐變應(yīng)變應(yīng)變 。前前4個(gè)月徐變增長較快，個(gè)月徐變增長較快，6個(gè)月可達(dá)最終徐變的（個(gè)月可達(dá)最終徐變的（7080）%，以后增長逐漸緩慢，以后增長逐漸緩慢，23年后趨于穩(wěn)定。年后趨于穩(wěn)定。cre(103)00.51.01.52.051015202530(t/月)ecreecr第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土(103)00.51.01.52.051015202530(t/月)ecreecr如在時(shí)間如在時(shí)間t 卸載，則會產(chǎn)生卸載，則會產(chǎn)生瞬時(shí)彈性恢復(fù)應(yīng)變瞬時(shí)彈性恢復(fù)應(yīng)變e ee

55、。由于混凝土彈。由于混凝土彈性模量隨時(shí)間增大，故彈性恢復(fù)應(yīng)變性模量隨時(shí)間增大，故彈性恢復(fù)應(yīng)變e eel小于加載時(shí)的瞬時(shí)彈性小于加載時(shí)的瞬時(shí)彈性應(yīng)變應(yīng)變 e ee。再經(jīng)過一段時(shí)間后，還有一部分應(yīng)變。再經(jīng)過一段時(shí)間后，還有一部分應(yīng)變e ee可以恢復(fù)，稱可以恢復(fù)，稱為為彈性后效彈性后效或徐變恢復(fù)，但仍有不可恢復(fù)的殘留永久應(yīng)變或徐變恢復(fù)，但仍有不可恢復(fù)的殘留永久應(yīng)變e ecr第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土徐變系數(shù)徐變系數(shù)j (t，t0) Creep Coefficientelcrtttteej),(),(00當(dāng)初始應(yīng)力小于當(dāng)初始應(yīng)力小于0.5fc時(shí)，徐變在時(shí)，徐變在2年以后可趨于穩(wěn)定，最

56、終的年以后可趨于穩(wěn)定，最終的徐變系數(shù)徐變系數(shù)j j =24。影響因素影響因素應(yīng)力大小應(yīng)力大小 是指初應(yīng)力是指初應(yīng)力(initial stress) 的大小。是影響徐變的非常的大小。是影響徐變的非常主要的因素。初應(yīng)力越大，徐變也越大。主要的因素。初應(yīng)力越大，徐變也越大。當(dāng)初始應(yīng)力水平當(dāng)初始應(yīng)力水平s si /fc 0.5時(shí)，為時(shí)，為線性徐變線性徐變。當(dāng)初應(yīng)力當(dāng)初應(yīng)力s si 在在(0.50.8) fc 范圍時(shí)，為范圍時(shí)，為非線性徐變非線性徐變。當(dāng)初應(yīng)力當(dāng)初應(yīng)力 s si 0.8fc 時(shí)，徐變的發(fā)展將不收斂，最終導(dǎo)致混凝土?xí)r，徐變的發(fā)展將不收斂，最終導(dǎo)致混凝土的破壞。因此將的破壞。因此將0.8fc

57、作為混凝土的作為混凝土的長期抗壓強(qiáng)度長期抗壓強(qiáng)度。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土初始應(yīng)力對徐變的影響：初始應(yīng)力對徐變的影響：第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土齡期影響齡期影響 加載時(shí)齡期越長，徐變越小。加載時(shí)齡期越長，徐變越小。材料組成材料組成 是混凝土的組成和配比。骨料是混凝土的組成和配比。骨料(aggregate)的剛度（彈的剛度（彈性模量）越大，體積比越大，徐變就越小。水灰比越小，徐變性模量）越大，體積比越大，徐變就越小。水灰比越小，徐變也越小。也越小。外部環(huán)境外部環(huán)境包括養(yǎng)護(hù)和使用條件。受荷前養(yǎng)護(hù)包括養(yǎng)護(hù)和使用條件。受荷前養(yǎng)護(hù)(curing)的溫濕度越的溫濕度越

58、高，水泥水化作用越充分，徐變就越小。采用蒸汽養(yǎng)護(hù)可使徐高，水泥水化作用越充分，徐變就越小。采用蒸汽養(yǎng)護(hù)可使徐變減少（變減少（2035）%。受荷后構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高，相對濕。受荷后構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高，相對濕度越小，徐變就越大。度越小，徐變就越大。第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土5 5、混凝土的收縮和膨脹、混凝土的收縮和膨脹 混凝土在空氣中硬化時(shí)體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土混凝土在空氣中硬化時(shí)體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的的收縮收縮。 混凝土在水中結(jié)硬時(shí)體積會膨脹，這種現(xiàn)象稱為混凝土的混凝土在水中結(jié)硬時(shí)體積會膨脹，這種現(xiàn)象稱為混凝土的膨脹膨脹。收縮的不利影響：收縮的不利影響

59、： 當(dāng)混凝土的收縮受到外部（支座）或內(nèi)部（鋼筋）的約束當(dāng)混凝土的收縮受到外部（支座）或內(nèi)部（鋼筋）的約束時(shí)，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，時(shí)，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土的開裂甚至引起混凝土的開裂； 混凝土收縮會使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生混凝土收縮會使預(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； 某些某些對跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)對跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)（如拱結(jié)構(gòu)），收縮也（如拱結(jié)構(gòu)），收縮也會引起不利的內(nèi)力。會引起不利的內(nèi)力。墻板干燥收縮裂縫與邊框架的變形第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能2.2 混凝土混凝土的收縮是隨時(shí)間而增長的變形，混凝土的收縮是隨時(shí)間而增長的變形，早期收縮變形發(fā)展較早期收縮

60、變形發(fā)展較快，兩周可完成全部收縮的快，兩周可完成全部收縮的25%，一個(gè)月可完成，一個(gè)月可完成50%，以后，以后變形發(fā)展逐漸減慢，整個(gè)收縮過程可延續(xù)兩年以上。變形發(fā)展逐漸減慢，整個(gè)收縮過程可延續(xù)兩年以上。一般情況下，最終收縮應(yīng)變值約為一般情況下，最終收縮應(yīng)變值約為(25)10-4 混凝土開裂應(yīng)變?yōu)榛炷灵_裂應(yīng)變?yōu)?0.52.7)10-414d 28dtesh(25)10-425%50%第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土影響因素影響因素 混凝土的收縮受結(jié)構(gòu)周圍的溫度、濕度、構(gòu)件斷面形狀及混凝土的收縮受結(jié)構(gòu)周圍的溫度、濕度、構(gòu)件斷面形狀及尺寸、配合比、骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)