鋼筋和混凝土材料的力學性能1PPT課件

1、2022-6-211 1. .定義（定義（Concept ）： 在混凝土結構中采用的棒在混凝土結構中采用的棒狀、絲狀鋼材。狀、絲狀鋼材。一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能 The steel rod or wire used in concrete structure.第1頁/共73頁2022-6-21一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能按化學成分按化學成分(Chemical composition)碳素鋼碳素鋼Carbon Steel （鐵、碳、硅、錳、硫、磷等元素）低碳鋼（含碳量0.25%）中碳鋼（含碳量0.250.6%）高碳鋼（含碳量0.61.4%）普通低合金鋼普通低合

2、金鋼Low Alloyed Steel （另加硅、錳、鈦、釩、鉻等）錳系硅釩系硅鈦系硅錳系硅鉻系2. 鋼筋的分類(Types of reinforcing bar)含碳量越高，強度越高，但塑性和可焊性減低合金元素含量3%第2頁/共73頁2022-6-21 鋼筋鋼筋Reinforcing steel熱軋鋼筋熱軋鋼筋(Hot-rolled steel bar) :由低碳鋼和普通低合金鋼在高 溫狀態(tài)下軋制而成冷加工鋼筋冷加工鋼筋(Cold drawn steel bar ):由熱軋鋼筋在常溫下用機械 加工而成熱處理鋼筋熱處理鋼筋(Heat-treatable steel bar):將熱軋的帶肋鋼筋通

3、過淬火 和高溫回火調質處理而成的 按加工方法按加工方法(Technological process)鋼絲鋼絲Steel wire碳素鋼絲碳素鋼絲(Carbon steel wire):鋼筋通過多次冷拔、應力消除、矯正、 回火處理而成刻痕鋼絲刻痕鋼絲(Nick steel wire):在鋼絲表面刻痕，以增強其與混凝土間 的粘結力鋼絞線鋼絞線(Steel stranded wire):幾根同直徑鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能第3頁/共73頁2022-6-21冷加工鋼筋熱軋鋼筋熱軋鋼筋低合金鋼筋低合金鋼筋冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭冷加工鋼筋冷加工鋼筋提高強度,塑性降

4、低cold drawn, cold-rolled, cold-rolled and twistedCold Drawn Steel BarsImproving strengthReducing deformation capacityHot-Rolled Steel Bar Low Alloyed Steel第4頁/共73頁2022-6-21光圓鋼絲 鋼絲、鋼絞線鋼絲、鋼絞線Steel wire or stranded wire 預應力鋼筋預應力鋼筋Prestressed steel bar4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm2股、3股、7股1570MPa1770MPa第5頁/共73

5、頁2022-6-21一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能按表面形狀按表面形狀 光圓鋼筋光圓鋼筋 Plain bar變形鋼筋變形鋼筋Deformed bar硬鋼硬鋼(Hard steel):無明顯屈服點鋼筋無明顯屈服點鋼筋按力學性能按力學性能軟鋼軟鋼(Mild steel):有明顯屈服點鋼筋有明顯屈服點鋼筋按使用用途按使用用途 普通鋼筋普通鋼筋(Reinforcing Steel)預應力鋼筋預應力鋼筋(Prestressing Tendon)螺旋紋螺旋紋人字紋人字紋月牙紋月牙紋第6頁/共73頁2022-6-21一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能強度等級代號強度等級代號d/mm符

6、號符號fyk(ftk)/MPaHPB300622300(420)HRB335HRBF335650335(455)HRB400HRBF400RRB400650400 (540)HRB500HRBF500640500 (630)表表1-1 1-1 普通鋼筋的種類、直徑范圍、符號、強度標準值普通鋼筋的種類、直徑范圍、符號、強度標準值注：注：第一個字母第一個字母H（hot rolled）表示熱軋，）表示熱軋，R(Remained heat treated)表示為余熱表示為余熱處理；處理；第二個字母第二個字母P(Plain)表示光圓，表示光圓，R(ribbed)表示帶肋；表示帶肋；第三個字母第三個字母B

7、（Bar）代表鋼筋；代表鋼筋；第四個字母第四個字母F（Fine Grains）代表細晶粒；）代表細晶粒；數字數字表示標準強度。表示標準強度。 第7頁/共73頁2022-6-21 細晶粒熱軋帶肋鋼筋是我國冶金行業(yè)研究開發(fā)的新型熱軋鋼筋，這種鋼筋生產過程中不需添加或只需添加很少的釩、鈦等合金元素，通過控軋和控冷工藝形成超細組織（金屬晶粒越細小，材料強度、硬度越高，塑性、韌性也越大），粒熱軋帶肋鋼筋代替我國目前大量使用的低合金熱軋鋼筋可節(jié)約國家寶貴的釩、鈦等合金元素資源，降低鋼筋價格，社會效益和經濟效益均十分顯著。 一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能 細晶粒熱軋帶肋鋼筋細晶粒熱軋帶肋鋼筋第

8、8頁/共73頁2022-6-21 鋼廠提供的鋼筋直徑為鋼廠提供的鋼筋直徑為6 mm，6.5 mm，8 mm，8.2 mm，10 mm，12 mm，14 mm，16 mm，18 mm，20 mm，22 mm，25 mm，28 mm，32 mm，36 mm，40 mm和和 50 mm。其中，。其中，d=8.2 mm的鋼筋僅適用于有縱肋的熱處理鋼筋。設計時，應在表的鋼筋僅適用于有縱肋的熱處理鋼筋。設計時，應在表1-1的的直徑范圍和上述提供的直徑內選擇鋼筋。當采用直徑大于直徑范圍和上述提供的直徑內選擇鋼筋。當采用直徑大于40 mm的鋼筋時，應有可靠的工程經驗。的鋼筋時，應有可靠的工程經驗。 一、鋼筋的

9、物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能第9頁/共73頁2022-6-21一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能ABBCDE上屈服點不穩(wěn)定下屈服點出現頸縮拉斷BC段為屈服平臺Stage of flowCD段為強化段strain-hardening stage0.2%0.2標距有明顯流幅的鋼筋Mild steel無明顯流幅的鋼筋Hard steel鋼筋受壓和受拉時的應力鋼筋受壓和受拉時的應力-應變曲線幾乎相同應變曲線幾乎相同3. 鋼筋的應力-應變曲線Stress-strain curve of reinforcing steel第10頁/共73頁2022-6-21ABBCDE強度指標強度指標St

10、rength index * 有明顯流幅的鋼筋：在建立鋼筋混凝土構件截面承載力計算理論時，以下屈服點對應的強度作為設計時鋼筋強度的取值（ fy ）。一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能兩點簡化：兩點簡化：A.A. 鋼筋應力不大于屈服點時應力鋼筋應力不大于屈服點時應力- -應變關系應變關系一直服從胡克定律，處于理想彈性階段；一直服從胡克定律，處于理想彈性階段； B.B.不利用應力強化階段，假設鋼筋混凝土不利用應力強化階段，假設鋼筋混凝土構件截面達到破壞時，鋼筋拉應力保持為屈服構件截面達到破壞時，鋼筋拉應力保持為屈服點應力。點應力。鋼筋的極限強度鋼筋的極限強度作為一種安全儲備。作為一種安全

11、儲備。Yielding stress fy Ultimate stress fu Steel reinforcement with stage of flow第11頁/共73頁2022-6-210.2%0.2強度指標強度指標Strength index * 無明顯流幅的鋼筋：殘余應變?yōu)?.2%時所對應的應力作為其強度限值，稱為條件屈服強度(Conditional yielding strength)，混凝土規(guī)范取0.20.85 b， b為極限抗拉強度(ultimate tensile strength) 。一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能s,usss=Essyfys,hfs,uSt

12、eel reinforcement without stage of flow第12頁/共73頁2022-6-21一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能強度指標的確定強度指標的確定Determination of strength index 強度Strength隨機變量Random variable強度標準值根據統(tǒng)計資料，運用數理統(tǒng)計方法確定的具有95以上保證率（鋼筋為97.73% ）的統(tǒng)計特征值：強度標準值（fykyk）= =強度平均值-2-2均方差概率密度材料強度強度平均值強度標準值鋼筋強度用鋼筋強度用標準值標準值和和設計值設計值表示。表示。鋼筋強度的設計值fy等于鋼筋強度標準值除

13、以材料分項系數s，即 sykyffStandard strength and design strength第13頁/共73頁2022-6-21鋼筋加工第14頁/共73頁2022-6-21一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能變形指標變形指標Index of deformation* 伸長率elongation :鋼筋拉斷后的伸長與原長的比值* 冷彎性能Cold-formed capacity:將直徑為d的鋼筋繞直徑為D的鋼輥彎成一定的角度而不發(fā)生斷裂及起層現象 為防止在彎折加工時斷裂和使用過程中脆斷，鋼筋還為防止在彎折加工時斷裂和使用過程中脆斷，鋼筋還應具有一定的塑性變形能力應具有一定

14、的塑性變形能力(deformation capacity )。 伸長率越大，塑性越好。伸長率用表示，用鋼筋試樣拉斷后斷口兩側的殘留應變(用百分率表示)作伸長率，即 %100lll 彎芯的直徑越小，彎轉角越大，塑性越好第15頁/共73頁2022-6-21一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能%100)(00sbgtELLLgt變形指標變形指標Index of deformation* 最大力下的總伸長率（均勻伸長率）ABBCDE殘余變形最大力下總伸長率至少至少100mm 反映鋼筋的殘余變形和彈性變形，量測結果受原始標距影響小，也不產生人為誤差。gt表示鋼筋的變形能力第16頁/共73頁202

15、2-6-21鋼筋的力學性能指標鋼筋的力學性能指標 Index of mechanical properties of materialsfyfu-屈服強度屈服強度-極限抗拉強度極限抗拉強度fy / fu-屈強比屈強比強度指標強度儲備強度儲備塑性指標延伸率延伸率冷彎性能冷彎性能一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能Index of strengthIndex of deformationelongationultimate tensile strengthyielding strengthcold-bending property第17頁/共73頁2022-6-21一、鋼筋的物理力學性能一

16、、鋼筋的物理力學性能冷拉Cold DrawnBKZZK殘余變形冷拉伸長率無時效經時效K點的選擇：應力控制和應變控制溫度的影響：溫度達700C時恢復到冷拉前的狀態(tài)，先焊后拉冷加工鋼筋的力學性能指標Index of mechanical properties of cold working steel bar特性：只提高抗拉強度，不提高抗壓強度，強度提高，塑性下降uThe tensile strength is much increased, but the material becomes very brittle.第18頁/共73頁2022-6-21一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能

17、冷拔經過冷拔后鋼筋強度提高，塑性降低，沒有明顯的屈服點和流幅冷拔既能提高抗拉強度又能提高抗壓強度It not only can improve the tensile strength and can improve the compressive strength.第19頁/共73頁2022-6-21冷軋帶肋鋼筋Cold Rolled Ribbed Bars 以低碳鋼筋或低合金鋼筋為原材料，以低碳鋼筋或低合金鋼筋為原材料，在在常溫常溫下進行軋制而成的表面帶有縱肋和下進行軋制而成的表面帶有縱肋和月牙紋橫肋的鋼筋。月牙紋橫肋的鋼筋。它的極限強度與冷拔它的極限強度與冷拔低碳鋼絲相近，但伸長率比冷拔

18、低碳鋼絲低碳鋼絲相近，但伸長率比冷拔低碳鋼絲有明顯提高有明顯提高。冷軋扭鋼筋Cold Rolled -Twisted Steel 以熱軋光面鋼筋為原材料，按規(guī)定以熱軋光面鋼筋為原材料，按規(guī)定的工藝參數，經鋼筋冷軋扭機一次加工的工藝參數，經鋼筋冷軋扭機一次加工軋扁扭曲呈連續(xù)螺旋狀。軋扁扭曲呈連續(xù)螺旋狀。一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能第20頁/共73頁2022-6-21徐變Creep應力不變，隨時間的增長應變繼續(xù)增加松弛Slack長度不變，隨時間的增長應力降低對結構，尤其是預應力結構，產生不利的影響一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能4.鋼筋的徐變與松弛Creep and s

19、lack of reinforcing steel第21頁/共73頁2022-6-21強度要求：保證經濟性。屈服強度和極限強度，抗震設計時還要 求有適當的的屈強比塑性要求：保證結構延性，給人以破壞的預兆。伸長率和冷彎要求可焊性：鋼筋焊接后不產生裂紋及過大的變形，保證焊接后的接頭性能良好。與混凝土的粘結性：保證鋼筋和混凝土共同工作。5. 混凝土結構對鋼筋的要求一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能耐久性和耐火性：設置必要的混凝土保護層。第22頁/共73頁2022-6-21一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能縱向受力普通鋼筋縱向受力普通鋼筋宜宜采用采用HRB400、HRB500 、H

20、RBF400、HRBF500鋼筋，也鋼筋，也可可采用采用HPB300、HRB335、HRBF335、RRB400鋼筋。鋼筋。 預應力鋼筋預應力鋼筋宜宜采用預應力采用預應力鋼絲、鋼絞線和預應力螺紋鋼筋。鋼絲、鋼絞線和預應力螺紋鋼筋。5. 鋼筋的選用原則梁、柱縱向受力普通鋼筋梁、柱縱向受力普通鋼筋應應采用采用HRB400、HRB500 、HRBF400、HRBF500鋼筋。鋼筋。 箍筋箍筋宜宜采用采用HRB400、HRBF400 、HPB300 、 HRB500 、HRBF500鋼筋鋼筋，也可采用HRB335、HRBF335鋼筋。 約束箍筋推廣推廣400MPa、 500MPa為主導鋼筋，為主導鋼筋

21、，限制并逐步淘汰限制并逐步淘汰335MPa第23頁/共73頁2022-6-21混混凝土的組成特點凝土的組成特點混凝土水泥水骨料混凝土是多空隙、不均勻的物體，混凝土是多空隙、不均勻的物體，內部存在許多微裂紋內部存在許多微裂紋水化過程長，性能需較長時間才能穩(wěn)定水化過程長，性能需較長時間才能穩(wěn)定二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能Concretecementwateraggregates第24頁/共73頁2022-6-21EmEmphasisphasis ：the strength of concreteCube strengthCylinder strength Tensile str

22、engthConcrete strength under bi-axial or tri-axial loads二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能第25頁/共73頁2022-6-21二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能立方體抗壓強度立方體抗壓強度(Cube Strength) fcu1） 單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強度1. 混凝土的強度 Strength of Concrete承壓板試塊溫度：溫度：202033濕度：濕度：9090邊長為邊長為150mm150mm的的標準立方體試塊標準立方體試塊標準條件標準條件養(yǎng)護養(yǎng)護28d28d標準試驗方法標準試驗方法加載速度：加載速

23、度：0.150.150.25MPa/s0.25MPa/s全截面受力，表面不涂潤滑劑全截面受力，表面不涂潤滑劑抗壓強度抗壓強度內部微裂紋的擴展內部微裂紋的擴展(Extension of micro-fissures)混凝土破壞實質：第26頁/共73頁2022-6-21二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能ffkcuf645. 1,fcu,k與平均值與平均值f和標準差和標準差 f的關系為的關系為混凝土的強度等級混凝土的強度等級 :具有95保證率的抗壓強度標準值 (以N/mm2計)kcuf, 14 gradesC15 C20 C25 C30 C35 C40 C45C50 C55 C60 C

24、65 C70 C75 C80高強混凝土高強混凝土混凝土混凝土強度等級強度等級的選用：的選用： 采用強度等級采用強度等級400400MPaMPa及以上及以上鋼筋時鋼筋時, ,不應不應低于低于C2C25 5；承受重復荷載構件的混凝土，承受重復荷載構件的混凝土，不應不應低于低于C30C30；預應力混凝土結構，預應力混凝土結構，不宜低于C40C40，且不應不應低于低于C30C30；鋼筋混凝土結構的混凝土強度等級鋼筋混凝土結構的混凝土強度等級不應不應低于低于C20C20。表示混凝土Concrete立方體抗壓強度標準值素混凝土結構的混凝土強度等級素混凝土結構的混凝土強度等級不應不應低于低于C15C15。概

25、率密度材料強度強度平均值強度標準值第27頁/共73頁2022-6-21二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能承壓板試塊溫度：溫度：202033濕度：濕度：9090邊長為邊長為150mm150mm的的標準標準立方體立方體試塊試塊標準條件標準條件養(yǎng)護養(yǎng)護28d28d標準試驗方法標準試驗方法加載速度：加載速度：0.150.150.25MPa/s0.25MPa/s全截面受力，表面不涂潤滑劑全截面受力，表面不涂潤滑劑抗壓強度抗壓強度立方體抗壓強度影響因素立方體抗壓強度影響因素(Factors that affect the cube strength)第28頁/共73頁2022-6-21影響一

26、：潤滑劑(grease)摩擦力friction不涂潤滑劑不涂潤滑劑涂潤滑劑涂潤滑劑強度大于二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能立方體抗壓強度影響因素立方體抗壓強度影響因素(Factors that affect the cube strength) The friction between the heads of the testing machine and the specimen offers some lateral constraint to restrict the lateral expansion of the specimen under pressure, s

27、o the specimen can take a higher compressive strength. 第29頁/共73頁2022-6-21影響二：尺寸(Size)標準試塊150150 150非標準試塊100100 100 非標準試塊200200 200 1.05 : 1 : 0.95二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能尺寸越大尺寸越大, ,內部缺陷較多內部缺陷較多; ;尺寸越大，套箍作用越不明顯。尺寸越大，套箍作用越不明顯。試塊尺寸越大，實測破壞強度越低。試塊尺寸越大，實測破壞強度越低。 The smaller the size of the specimen, the h

28、igher the compressive strength.第30頁/共73頁2022-6-21影響三：加載速度The speed of testing加載速度快，內部微裂紋來不及擴展，實測強度提高二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能 The stress increases more rapidly during the test, the compressive strength will be higher.第31頁/共73頁2022-6-21棱柱體抗壓強度棱柱體抗壓強度fc Cylinder strength承壓板試塊Standard specimen :150150 3

29、00mm二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能 抗壓強度與試件形狀有關，實際構件往往是棱抗壓強度與試件形狀有關，實際構件往往是棱柱體，棱柱體抗壓強度比立方體試件能更好地反映柱體，棱柱體抗壓強度比立方體試件能更好地反映混凝土的實際抗壓能力。混凝土的實際抗壓能力。 中部橫向變形不受端部摩擦力的約束，代表了中部橫向變形不受端部摩擦力的約束，代表了混凝土處于混凝土處于單向全截面均勻受壓的應力狀態(tài)單向全截面均勻受壓的應力狀態(tài)。 試驗量測到試驗量測到fc值比值比fcu值小，并且棱柱體試值小，并且棱柱體試件高寬比件高寬比( (即即h/b) )越大，它的強度越小。越大，它的強度越小。真實反映混凝土的

30、實際工作狀態(tài)。真實反映混凝土的實際工作狀態(tài)。 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)。32bh第32頁/共73頁2022-6-21 fc 與與 fcu 的關系：的關系： mcumcff,21,88. 0立方體抗壓強度立方體抗壓強度脆性折減系數：脆性折減系數：C40以下：以下：C80：1287. 0282. 0C8076. 050C111：立方體強度棱柱體強度考慮實際構件的工作條考慮實際構件的工作條件與試件所處條件的差件與試件所處條件的差異引入的修正系數異引入的修正系數二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能第33頁/共73頁2022-6-21軸心抗拉強

31、度軸心抗拉強度(axial tensile strength) ft2）單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強度（Tensile strength）二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能 由于混凝土構件由于混凝土構件內部的不均勻性內部的不均勻性，加之安裝，加之安裝試件偏差試件偏差的原因，的原因，通過直接受拉試驗測量抗拉強度是很困難的，試驗數據離散性很通過直接受拉試驗測量抗拉強度是很困難的，試驗數據離散性很大。大。100100150150500 直接測試法 誤差大難實現第34頁/共73頁2022-6-21劈裂試驗劈裂試驗(Indirect splitting test ) ft,sdlFfst2

32、,ddftsFFFF二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能根據彈性理論試件中間垂直截面除加力點試件中間垂直截面除加力點附近很小的范圍外，有均勻附近很小的范圍外，有均勻分布的水平拉應力。當拉應分布的水平拉應力。當拉應力達到混凝土的抗拉強度時，力達到混凝土的抗拉強度時，試件被劈成兩半。試件被劈成兩半。第35頁/共73頁2022-6-21ft與與fcu之間的折算關系為之間的折算關系為 二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能55. 0,2,395. 088. 0mcumtff 混凝土的脆性系數，當混凝土的強度等級不大于混凝土的脆性系數，當混凝土的強度等級不大于C40時，時， =1.

33、0；當混凝土的強度等級為；當混凝土的強度等級為C80時，時， =0.87；其間按線性插值。其間按線性插值。222 0.88考慮結構中的混凝土強度與試塊混凝上強度之間的差異等考慮結構中的混凝土強度與試塊混凝上強度之間的差異等因素的修正系數。因素的修正系數。55. 0,395. 0mcuf為軸心抗拉強度與立方體抗壓強度的折算關系。為軸心抗拉強度與立方體抗壓強度的折算關系。第36頁/共73頁2022-6-21雙軸應力下的強度雙軸應力下的強度3）復合受力狀態(tài)下混凝土的強度二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能雙向受拉，雙向受拉，1與與2的相互影響不大，雙向受拉強度均接近于單向的相互影響不大，

34、雙向受拉強度均接近于單向受拉強度。受拉強度。一向受拉，另一向受壓，混凝土強度均低于單向拉伸或壓縮的強度，一向受拉，另一向受壓，混凝土強度均低于單向拉伸或壓縮的強度，即即雙向異號應力使強度降低雙向異號應力使強度降低雙向受壓，一向強度隨另一向應力的增加而增加雙向受壓，一向強度隨另一向應力的增加而增加。第37頁/共73頁2022-6-21三向受壓時的混凝土強度三向受壓時的混凝土強度(concrete strength under tri-axial)3=fcc3=fcc1= 2= fLfL-側向約束壓應力（加液壓）圓柱體試驗Lcccfff4Strength with lateral constrai

35、ntStrength without lateral constraint二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能 混凝土一向抗壓混凝土一向抗壓強度隨另兩向側壓力強度隨另兩向側壓力的增加而提高。的增加而提高。C50，1.0；C80，0.85第38頁/共73頁2022-6-21對于縱向受壓的混凝土，約束混凝土的側向變形，可使混對于縱向受壓的混凝土，約束混凝土的側向變形，可使混凝土的抗壓強度有較大提高。鋼管混凝土柱、螺旋鋼箍柱凝土的抗壓強度有較大提高。鋼管混凝土柱、螺旋鋼箍柱二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能第39頁/共73頁2022-6-21二、混凝土的物理力學性能二、混凝

36、土的物理力學性能2. 混凝土的變形性能 Deformation behavior of concrete混凝土的變形混凝土的變形非受力變形非受力變形受力變形受力變形一次短期加載下的變形一次短期加載下的變形荷載長期作用下的變形荷載長期作用下的變形 多次重復荷載作用下的變形多次重復荷載作用下的變形 硬化過程中的收縮變形硬化過程中的收縮變形 溫濕度變化引起的變形溫濕度變化引起的變形 第40頁/共73頁2022-6-21二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能受壓時的應力受壓時的應力-應變關系應變關系Stress-strain relationship of concrete in compr

37、ession作用是：峰值應力后，作用是：峰值應力后，吸收試驗機的變形能，吸收試驗機的變形能，測出下降段測出下降段1）一次短期加載下的變形）一次短期加載下的變形棱柱體試塊骨料和水泥結晶體彈性變形內部微裂縫穩(wěn)定擴展內部微裂縫非穩(wěn)定擴展峰值應變(peak strain)0取0.002。裂縫迅速發(fā)展，內部整體性嚴重破壞第41頁/共73頁2022-6-21二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土強度提高加載速度減慢影響因素影響因素(Factors) Grade of concrete The speed of testin

38、g The condition of lateral constraint第42頁/共73頁2022-6-21The Design code in China u 0ocfccncccf01122n)50(6012,nfnkcu時，取大于當5,010505 . 0002. 0kcuf5,10500033. 0kcuuf二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能受壓時應力受壓時應力-應變關系的數學模型應變關系的數學模型Mathematical model of stress-strain relationship in compression c c第43頁/共73頁2022-6-21受壓

39、時應力受壓時應力-應變關系的數學模型應變關系的數學模型Mathematical model of stress-strain relationship in compression u=0.0038 0=0.002o cfc c0.15fc2011cccf0015. 01ucccfAmerica, Hognestad model二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能第44頁/共73頁2022-6-21u=0.00350=0.002ocfcc2011cccfGermany, Rsch model二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能受壓時應力受壓時應力-應變關系的數學模型應變

40、關系的數學模型Mathematical model of stress-strain relationship in compression第45頁/共73頁2022-6-21二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能受拉時混凝土的應力受拉時混凝土的應力-應變關系應變關系Stress-strain relationship of concrete in tension t to t0 tu ftTheoretical model第46頁/共73頁2022-6-21破壞Stress-strain relationship under repeated loadfcf321fcf的確定原則：

41、100100 300或150150 450 的棱柱體試塊承受200萬次（或以上）循環(huán)荷載時發(fā)生破壞的最大壓應力值二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能2）重復荷載下混凝土的變形性能）重復荷載下混凝土的變形性能 The deformation performance of concrete under repeated load第47頁/共73頁2022-6-211二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能3)混凝土的彈性模量混凝土的彈性模量Elastic Modulus of Concrete c c ccpe原點切線模量（彈性模量）：拉壓相同原點切線模量（彈性模量）：拉壓相同

42、0tgEc變形模量變形模量modulus of deformation割線模量割線模量secant modulus1tgEc切線模量切線模量 tangent modulustgEc 是材料變形性能的主要指標，是材料變形性能的主要指標，在計算構件變形、截在計算構件變形、截面應力和預應力構件的預應力損失等時用。面應力和預應力構件的預應力損失等時用。0第48頁/共73頁2022-6-21二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能混凝土彈性模量試驗方法混凝土彈性模量試驗方法重復加載試驗重復加載試驗(repeated loading test)c/fcc0.5510次此線和原點切線基本平行，取其斜

43、率作為Ec)/(7 .342 . 2102,5mmNfEkcuc（150150 300標準試件）取應力上限為取應力上限為0.50.5fc 重復加載重復加載5 51010次次。試驗結試驗結果回歸果回歸 c c0FailureStress-strain curve under repeated loadsfcf321第49頁/共73頁2022-6-21二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能混凝土的泊松比混凝土的泊松比(Poissons ratio)和剪切模量和剪切模量(Shear modulus)ccccEEG4 . 0)1 (2Shear modulus of concretePois

44、sons ratio of concrete（試件的試件的橫向應變與縱向應變之比橫向應變與縱向應變之比） ，在壓力較小時為在壓力較小時為0.150.18，接近破壞時可達，接近破壞時可達0.5以上，規(guī)范取以上，規(guī)范取0.2ccG第50頁/共73頁2022-6-211、混凝土、混凝土徐變的定義與分類？徐變的定義與分類？2 2、混凝土徐變所產生的影響？、混凝土徐變所產生的影響？3 3、如何減小混凝土的徐變？、如何減小混凝土的徐變？二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能4）長期荷載作用下混凝土的變形性能）長期荷載作用下混凝土的變形性能-徐變徐變Creep第51頁/共73頁2022-6-21二

45、、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能4）長期荷載作用下混凝土的變形性能）長期荷載作用下混凝土的變形性能-徐變徐變Creep0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月) cr e e e crP荷載保持不變，荷載保持不變，隨時間而增長隨時間而增長的變形的變形加荷瞬時變形Instantaneous elastic strain徐變變形 Creep原因之一，膠凝體的粘性流動原因之二，混凝土內部微裂縫的不斷發(fā)展Creep deformation of concrete第52頁/共73頁2022-6-21徐變對結構設計的影響徐變對結構設計的影響(Effect o

46、f creep for structure design)： 使鋼筋混凝土構件使鋼筋混凝土構件變形加大變形加大(increasing of deflection) ； 使預應力混凝土構件產生使預應力混凝土構件產生預應力損失預應力損失(lose of prestressing) ；在高應力作用下還會使在高應力作用下還會使構件破壞構件破壞(failure of member )； 使鋼筋混凝土構件截面產生使鋼筋混凝土構件截面產生應力重分布應力重分布(redistribution of internal force)；二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能有利的有利的第53頁/共73頁20

47、22-6-21二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能徐變對混凝土結構的影響徐變對混凝土結構的影響(Effect of creep for structure design)PAsPAs s1c1Pc2As s2P卸載，鋼筋受壓混凝土受拉，可能會引起混凝土開裂徐變： s， c第54頁/共73頁2022-6-21二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能影響徐變的因素影響徐變的因素 (Factors that affect the creep of concrete)應力應力 Stress： c0.5fc，徐變變形與應力成正比-線性徐變(linear creep) 0.5fc c0

48、.8fc，造成混凝土破壞(concrete will be cruehed)加荷時混凝土的齡期，越早，徐變越大水泥用量越多，水灰比越大，徐變越大骨料越硬，徐變越?。粯嫾叽缭酱?，徐變越小0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)crelaeecr0.5fcc0.8fc，非線性徐變c0.5fc，線性徐變養(yǎng)護溫度越高、濕度越大，水化越充分，徐變越小受荷后溫度越高、濕度越低，徐變越大第55頁/共73頁2022-6-21二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能5）混凝土的收縮）混凝土的收縮(Shrinkage of concrete) -在空氣中在空氣中結硬時

49、混凝土體積縮小的性質結硬時混凝土體積縮小的性質水泥品種：等級越高，收縮越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收縮越大骨料：骨料越硬，收縮越小；骨料粒徑越大，收縮越小養(yǎng)護條件、制作方法、使用環(huán)境等由凝縮由凝縮(Condensation)和干縮和干縮(shrinkage)組成組成（干燥失水干燥失水是引起收縮的重要因素）是引起收縮的重要因素）第56頁/共73頁2022-6-21二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能收縮對混凝土結構的影響收縮對混凝土結構的影響(Effect of shrinkage for structure)AscAs sAs 混凝土的收縮對處于完全自由狀態(tài)的構件只會引

50、起構件的縮短混凝土的收縮對處于完全自由狀態(tài)的構件只會引起構件的縮短而不開裂。對于周邊有約束而不能自由變形的構件，收縮會引起構而不開裂。對于周邊有約束而不能自由變形的構件，收縮會引起構件內混凝土產生拉應力，甚至會有裂縫產生。件內混凝土產生拉應力，甚至會有裂縫產生。Shrinkage： steel reinforcement in compression and concrete in tension.第57頁/共73頁2022-6-21 熱脹冷縮熱脹冷縮 當溫度變形受到外界的約束而不能自由發(fā)生時，將在構件內產生當溫度變形受到外界的約束而不能自由發(fā)生時，將在構件內產生溫度應力。溫度應力。 大體積混

51、凝土中大體積混凝土中 ，內部混凝土對試圖縮小體積的表面混凝土形，內部混凝土對試圖縮小體積的表面混凝土形成約束，在表面混凝土形成拉應力。成約束，在表面混凝土形成拉應力。 6）混凝土的溫度變形混凝土的溫度變形(Temperature deformation of concrete)二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能第58頁/共73頁2022-6-21三、鋼筋與混凝土的粘結三、鋼筋與混凝土的粘結1. 粘結力的定義及組成粘結力的定義及組成當鋼筋與混凝土之間產生相對變形（滑移），在鋼筋和當鋼筋與混凝土之間產生相對變形（滑移），在鋼筋和混凝土的交界面上產生沿鋼筋軸線方向的相互作用力，混凝土的

52、交界面上產生沿鋼筋軸線方向的相互作用力，此作用力稱為粘結力。此作用力稱為粘結力。粘結力粘結力bonding stress：The mechanical properties of this beam is the same to plain concrete beam.第59頁/共73頁2022-6-21三、鋼筋與混凝土的粘結三、鋼筋與混凝土的粘結彎曲粘結應力彎曲粘結應力(Bending bond stress)粘結應力分類粘結應力分類(Types of bond stress)局部粘結應力局部粘結應力(Local bond stress)錨固粘結應力錨固粘結應力(Anchorage bond

53、 stress)粘結應力大小與M沿縱向鋼筋分布規(guī)律有關，和力學中剪力分布規(guī)律相同，此粘結應力稱彎曲粘結應力。 鋼筋兩端不存在拉力差，就不存在粘結力即粘結應力存在，鋼筋應力沿長度才發(fā)生變化。 第60頁/共73頁2022-6-21三、鋼筋與混凝土的粘結三、鋼筋與混凝土的粘結彎曲粘結應力彎曲粘結應力(Bending bond stress)粘結應力分類粘結應力分類(Types of bond stress)局部粘結應力局部粘結應力(Local bond stress)鋼筋在支座處的錨固粘結應力是構件承載力至關重要的因素。鋼筋的端頭應力為零，在經過不長的粘結距離(稱錨固長度)后，鋼筋的應力應能達到其設

54、計強度。錨固粘結應力錨固粘結應力(Anchorage bond stress)第61頁/共73頁2022-6-21三、鋼筋與混凝土的粘結三、鋼筋與混凝土的粘結彎曲粘結應力彎曲粘結應力(Bending bond stress)局部粘結應力局部粘結應力(Local bond stress)梁開裂后，混凝土開梁開裂后，混凝土開裂前承受的拉力通過裂前承受的拉力通過粘結應力粘結應力傳遞給鋼傳遞給鋼筋、從而使裂縫處鋼筋、從而使裂縫處鋼筋應力增大、這種粘筋應力增大、這種粘結應力稱為局部粘結結應力稱為局部粘結應力，其作用是使裂應力，其作用是使裂縫之間的混凝土參與縫之間的混凝土參與受拉。受拉。錨固粘結應力錨固粘

55、結應力(Anchorage bond stress)粘結應力分類粘結應力分類(Types of bond stress)第62頁/共73頁2022-6-21三、鋼筋與混凝土的粘結三、鋼筋與混凝土的粘結化學膠結力(Adhesion)鋼筋與混凝土接觸面上的化學吸附作用鋼筋與混凝土接觸面上的化學吸附作用力（一般很小，一旦產生相對滑移即消失）。力（一般很小，一旦產生相對滑移即消失）。2、粘結力的組成：、粘結力的組成：摩擦力(Inter-surface friction)混凝土收縮后將鋼筋緊握產生的摩混凝土收縮后將鋼筋緊握產生的摩擦力，鋼筋表面越粗糙，摩擦力越大。擦力，鋼筋表面越粗糙，摩擦力越大。(鋼筋表面微銹摩擦力增加鋼筋表面微銹摩擦力增加)。機械咬合力(Mechanical bearing)鋼筋表面凹凸不平與混凝土產生鋼筋表面凹凸不平與混凝土產生的機械