第二章-鋼筋混凝土材料力學(xué)性能

1、2 鋼筋和混凝土材料力學(xué)性能2.1 鋼筋的形式和品種1、依據(jù)、依據(jù)化學(xué)成分化學(xué)成分分分類類碳素鋼（鐵、碳、碳素鋼（鐵、碳、硅、錳、硅、錳、硫、磷硫、磷等等元素）元素）低碳鋼（含碳量低碳鋼（含碳量0.25%）中碳鋼（含碳量中碳鋼（含碳量0.250.6%）高碳鋼（含碳量高碳鋼（含碳量0.61.4%）普通低合金鋼（另加普通低合金鋼（另加硅、錳、鈦、釩、鉻硅、錳、鈦、釩、鉻等）等）錳系錳系硅釩系硅釩系硅鈦系硅鈦系硅錳系硅錳系硅鉻系硅鉻系鋼筋的力學(xué)性能主要取決鋼筋的力學(xué)性能主要取決于它的化學(xué)成分于它的化學(xué)成分2 鋼筋和混凝土的材料性能2、鋼筋的品種、鋼筋的品種(Reinforcement types)

2、熱軋鋼筋、鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋。熱軋鋼筋、鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋。（1）熱軋鋼筋：由低碳鋼、普通低合金鋼在高溫狀態(tài)下扎制而成。）熱軋鋼筋：由低碳鋼、普通低合金鋼在高溫狀態(tài)下扎制而成。根據(jù)力學(xué)指標(biāo)的高低，分為熱軋光面鋼筋根據(jù)力學(xué)指標(biāo)的高低，分為熱軋光面鋼筋HPB235、熱軋帶肋鋼筋、熱軋帶肋鋼筋HRB335、熱軋帶肋鋼筋、熱軋帶肋鋼筋HRB400、余熱處理鋼筋、余熱處理鋼筋RRB400 。2 鋼筋和混凝土的材料性能熱軋鋼筋熱軋鋼筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB235級、HRB335級、HRB400級、RRB400級HPBHo

3、t rolledPlainBarHRBHot rolledRibbedBarRRBRemained Heat Treatment RibbedBar余熱處理鋼筋余熱處理鋼筋: :熱軋后立即穿水，進(jìn)行表面控制冷卻，然后利用芯部熱軋后立即穿水，進(jìn)行表面控制冷卻，然后利用芯部余熱自身完成回火處理所得的成品鋼筋余熱自身完成回火處理所得的成品鋼筋. . HPB235級級(級級)鋼筋鋼筋多為光面鋼筋（多為光面鋼筋（Plain Bar），多作為現(xiàn)），多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋澆樓板的受力鋼筋和箍筋HRB335級級(級級)和和 HRB400級級(級級)鋼筋鋼筋強(qiáng)度較高，多作為強(qiáng)度較高，多作為鋼筋混凝土構(gòu)件

4、的受力鋼筋，尺寸較大的構(gòu)件，也有用鋼筋混凝土構(gòu)件的受力鋼筋，尺寸較大的構(gòu)件，也有用級級鋼筋作箍筋，為了增強(qiáng)與混凝土的粘結(jié)（鋼筋作箍筋，為了增強(qiáng)與混凝土的粘結(jié)（Bond），外形制作），外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋（成月牙肋或等高肋的變形鋼筋（Deformed Bar）。）。余熱處理鋼筋的焊接性能與熱軋鋼筋相比，有一定的差異，余熱處理鋼筋的焊接性能與熱軋鋼筋相比，有一定的差異，延性和強(qiáng)屈比稍低。在工程應(yīng)用中，與熱軋鋼筋的使用范圍延性和強(qiáng)屈比稍低。在工程應(yīng)用中，與熱軋鋼筋的使用范圍存在實(shí)際的差異存在實(shí)際的差異( (適用于一般結(jié)構(gòu)及抗震等級為三、四的抗震適用于一般結(jié)構(gòu)及抗震等級為三、四的抗震結(jié)構(gòu)

5、結(jié)構(gòu) ) )。 2 鋼筋和混凝土的材料性能（2）冷加工鋼筋）冷加工鋼筋 Cold working rebar：在常溫下，由熱軋鋼筋在常溫下，由熱軋鋼筋經(jīng)冷拉、冷拔、冷軋、冷扭加工后而成。冷加工的目的是為了經(jīng)冷拉、冷拔、冷軋、冷扭加工后而成。冷加工的目的是為了提高鋼筋的強(qiáng)度，節(jié)約鋼材。提高鋼筋的強(qiáng)度，節(jié)約鋼材。但經(jīng)冷加工后，鋼筋的延伸率降但經(jīng)冷加工后，鋼筋的延伸率降低。低。近年來，冷加工鋼筋的品種很多，應(yīng)根據(jù)專門規(guī)程使用。近年來，冷加工鋼筋的品種很多，應(yīng)根據(jù)專門規(guī)程使用。（3）熱處理鋼筋 Heat treatment ：是將中碳低合金帶肋是將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，

6、使強(qiáng)度鋼筋通過加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理，使強(qiáng)度得到較大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于預(yù)應(yīng)得到較大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。力混凝土結(jié)構(gòu)。（4）鋼絲）鋼絲 Wire：中強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度為中強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度為8001200MPa，高強(qiáng)鋼，高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線絲、鋼絞線(Strand or Tendon)的為的為 1470 1860MPa；鋼；鋼絲的直徑絲的直徑39mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三種，另；外形有光面、刻痕和螺旋肋三種，另有二股、三股和七股鋼絞線，外接圓直徑有二股、三股和七股鋼絞線，外接圓直徑9.515.2 mm。中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線均用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。中高強(qiáng)

7、鋼絲和鋼絞線均用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。s se e2.22.2 鋼筋的力學(xué)性能鋼筋的力學(xué)性能 1. 1.有明顯流幅（屈服點(diǎn)）鋼筋的應(yīng)力有明顯流幅（屈服點(diǎn)）鋼筋的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線aabcdefua 為比例極限為比例極限oa為彈性階段為彈性階段de為強(qiáng)化階段為強(qiáng)化階段b為屈服上限為屈服上限c為屈服下限，即為屈服下限，即屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 fycd為屈服臺(tái)階為屈服臺(tái)階e為極限抗拉強(qiáng)度為極限抗拉強(qiáng)度 fu fyfef為頸縮階段為頸縮階段標(biāo)距5-105-10d幾個(gè)指標(biāo)：幾個(gè)指標(biāo)：屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度是鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)依據(jù)是鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)依據(jù)，因?yàn)殇摻钋髮l(fā)生很大的，因?yàn)殇摻钋髮l(fā)生很大的塑性變形

8、，且卸載時(shí)這部分變形塑性變形，且卸載時(shí)這部分變形不可恢復(fù)不可恢復(fù)，這會(huì)使鋼筋混凝土構(gòu)，這會(huì)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。屈服上限與加載速度有關(guān)，件產(chǎn)生很大的變形和不可閉合的裂縫。屈服上限與加載速度有關(guān)，不太穩(wěn)定，不太穩(wěn)定，一般取屈服下限作為屈服強(qiáng)度一般取屈服下限作為屈服強(qiáng)度。延延 伸伸 率率：鋼筋拉斷后的伸長值與原長的比率，是反映鋼筋塑性：鋼筋拉斷后的伸長值與原長的比率，是反映鋼筋塑性性能的指標(biāo)。延伸率大的鋼筋，在拉斷前有足夠預(yù)兆，延性較好。性能的指標(biāo)。延伸率大的鋼筋，在拉斷前有足夠預(yù)兆，延性較好。0010or 5lll 屈屈 強(qiáng)強(qiáng) 比：比：反映鋼筋的強(qiáng)度儲(chǔ)備，反映鋼筋的強(qiáng)度

9、儲(chǔ)備，要求極限抗拉強(qiáng)要求極限抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度比值不低于度與屈服強(qiáng)度比值不低于1.25。冷彎性能：檢驗(yàn)鋼筋塑性的另一種方法冷彎性能：檢驗(yàn)鋼筋塑性的另一種方法。將直徑。將直徑為為d的鋼筋繞直徑為的鋼筋繞直徑為D的鋼輥彎成一定的角度的鋼輥彎成一定的角度而而不發(fā)生裂紋、起層或斷裂不發(fā)生裂紋、起層或斷裂 。參見教材。參見教材11頁圖頁圖2.7無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋a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

10、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 fua0.2%s0.2 fub b 1）強(qiáng)度：要求鋼筋有足夠的強(qiáng)度和適宜的強(qiáng)屈比(極限強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度的比值)。例如，對抗震等級為一、二級的框架結(jié)構(gòu)，其縱向受力鋼筋的實(shí)際強(qiáng)屈比不應(yīng)小于1.25。 2）塑性：要求鋼筋應(yīng)有足夠的變形能力。 3）可焊性：要求鋼筋焊接后不產(chǎn)生裂縫和過大的變形，焊接接頭性能良好。 4）與混凝土的粘結(jié)力：要求鋼筋與混凝土之間有足夠的粘結(jié)力，以保證兩者共同工作。3、 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2.3 鋼筋的冷加工

11、和熱處理溫度的影響：溫度達(dá)溫度的影響：溫度達(dá)700C時(shí)恢復(fù)時(shí)恢復(fù)到冷拉前的狀態(tài)，先焊后拉到冷拉前的狀態(tài)，先焊后拉 3、鋼筋的冷加工和熱處理冷拔冷拔:用強(qiáng)力把光圓鋼筋通過比其直徑稍小的硬質(zhì)合金用強(qiáng)力把光圓鋼筋通過比其直徑稍小的硬質(zhì)合金模上的錐形拔絲孔，使其產(chǎn)生塑性變形，橫截面減小，模上的錐形拔絲孔，使其產(chǎn)生塑性變形，橫截面減小，長度增大。長度增大。經(jīng)過冷拔后鋼筋沒有明顯的屈服點(diǎn)經(jīng)過冷拔后鋼筋沒有明顯的屈服點(diǎn)和流幅和流幅冷拔既能提高抗拉強(qiáng)度又能提高抗冷拔既能提高抗拉強(qiáng)度又能提高抗壓強(qiáng)度壓強(qiáng)度 3、 鋼筋的冷加工和熱處理熱處理熱處理對特定鋼號的鋼筋進(jìn)行淬火和回火處理對特定鋼號的鋼筋進(jìn)行淬火和回火處理

12、將淬火后的鋼材重新加熱到將淬火后的鋼材重新加熱到723723以下某一溫度范圍、保溫一以下某一溫度范圍、保溫一定時(shí)間后再緩慢地或較快地冷卻至室溫，這一過程稱為回火定時(shí)間后再緩慢地或較快地冷卻至室溫，這一過程稱為回火處理。回火可消除鋼材淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使其硬度降低，處理?；鼗鹂上摬拇慊饡r(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使其硬度降低，恢復(fù)塑性和韌性。按回火溫度不同，又可分為高溫回火恢復(fù)塑性和韌性。按回火溫度不同，又可分為高溫回火（500500650650）、中溫回火（）、中溫回火（300300500500）和低溫回火）和低溫回火（150150300300）種?；鼗饻囟扔撸摬挠捕认陆涤?，塑）種?；鼗饻囟扔?/p>

13、高，鋼材硬度下降愈多，塑性和韌性恢復(fù)愈好，若鋼材淬火后隨即進(jìn)行高溫回火處理，性和韌性恢復(fù)愈好，若鋼材淬火后隨即進(jìn)行高溫回火處理，則稱調(diào)質(zhì)處理，其目的是使鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性等性能則稱調(diào)質(zhì)處理，其目的是使鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性等性能均得以改善。均得以改善。 將鋼材加熱至將鋼材加熱至723723以上某一溫度，并保持一定時(shí)間后，迅速以上某一溫度，并保持一定時(shí)間后，迅速置于水中或機(jī)油中冷卻，這個(gè)過程稱鋼材的淬火處理。鋼材經(jīng)置于水中或機(jī)油中冷卻，這個(gè)過程稱鋼材的淬火處理。鋼材經(jīng)淬火后，強(qiáng)度和硬度提高，脆性增大，塑性和韌性明顯降低。淬火后，強(qiáng)度和硬度提高，脆性增大，塑性和韌性明顯降低。 2.5 鋼筋的蠕

14、變、松弛和疲勞鋼筋的蠕變、松弛和疲勞蠕變應(yīng)力不變，隨時(shí)間的增長應(yīng)變繼續(xù)增加松弛長度不變，隨時(shí)間的增長應(yīng)力降低對結(jié)構(gòu)，尤其是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不利的影響，需采取必要的措施 鋼筋的疲勞鋼筋的疲勞鋼筋在重復(fù)、周期動(dòng)荷載作用下，經(jīng)過一定次數(shù)后，鋼筋在重復(fù)、周期動(dòng)荷載作用下，經(jīng)過一定次數(shù)后，從塑性破壞的性質(zhì)轉(zhuǎn)變脆性突然斷裂的現(xiàn)象，稱為從塑性破壞的性質(zhì)轉(zhuǎn)變脆性突然斷裂的現(xiàn)象，稱為疲勞破壞。疲勞破壞。規(guī)定的應(yīng)力幅度內(nèi)，經(jīng)一定次數(shù)的規(guī)定的應(yīng)力幅度內(nèi)，經(jīng)一定次數(shù)的重復(fù)荷載后，發(fā)生疲勞破壞的最大重復(fù)荷載后，發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值稱為疲勞強(qiáng)度。應(yīng)力值稱為疲勞強(qiáng)度。試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法單根鋼筋的軸拉疲勞單根鋼筋的軸拉疲勞

15、鋼筋埋入混凝土中重復(fù)受拉或受彎鋼筋埋入混凝土中重復(fù)受拉或受彎2.6 混凝土的強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度 1. 單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)度單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)度1）立方體抗壓強(qiáng)度）立方體抗壓強(qiáng)度 fcu承壓板承壓板試塊試塊不涂潤滑劑（存在套箍作用）涂潤滑劑涂潤滑劑我國規(guī)范的方法：不涂潤滑劑我國規(guī)范的方法：不涂潤滑劑壓力壓力試件試件裂縫裂縫發(fā)展發(fā)展擴(kuò)張擴(kuò)張整個(gè)體整個(gè)體系解體，喪失承載力系解體，喪失承載力影響強(qiáng)度的因素還有：影響強(qiáng)度的因素還有：齡期：齡期越長，齡期：齡期越長，強(qiáng)度增大強(qiáng)度增大加載速率：加載速加載速率：加載速度越快，測定的強(qiáng)度度越快，測定的強(qiáng)度越大越大試塊尺寸：尺寸越試塊尺寸：尺寸越

16、小，測定的強(qiáng)度越大小，測定的強(qiáng)度越大摩擦力不涂潤滑劑（存在套箍作用）摩擦力摩擦力不涂潤滑劑不涂潤滑劑（存在套箍（存在套箍作用）作用）中部外圍混中部外圍混凝土剝落凝土剝落 1、單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)度非標(biāo)準(zhǔn)試塊：非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100100 100 換算系數(shù)換算系數(shù) 0.95 200200 200 換算系數(shù)換算系數(shù) 1.05立方體抗壓強(qiáng)度是區(qū)分混凝土強(qiáng)度等級的指標(biāo)，我國規(guī)范混凝土的強(qiáng)度等立方體抗壓強(qiáng)度是區(qū)分混凝土強(qiáng)度等級的指標(biāo)，我國規(guī)范混凝土的強(qiáng)度等級是按照立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值級是按照立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k確定的確定的C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C5

17、5，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝表示混凝土土Concrete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)值邊長為邊長為150mm150mm的混凝土立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下（溫度為的混凝土立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下（溫度為202033，濕度濕度90%90%）養(yǎng)護(hù)）養(yǎng)護(hù)2828天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（加載速度天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（加載速度0.150.150.25N/mm0.25N/mm2 2. .s s，兩端不涂潤滑劑兩端不涂潤滑劑）測得的）測得的具有具有95%95%保證率保證率的抗壓強(qiáng)度的抗壓強(qiáng)度cu,kf2 2）軸心抗壓強(qiáng)度軸心抗壓強(qiáng)度fc（棱柱體抗

18、壓強(qiáng)度）（棱柱體抗壓強(qiáng)度） 按標(biāo)準(zhǔn)方法制作的按標(biāo)準(zhǔn)方法制作的150mml50mm 300mm的棱柱的棱柱體試件，在溫度為體試件，在溫度為20土土3和相對濕度為和相對濕度為90以上的條件以上的條件下養(yǎng)護(hù)下養(yǎng)護(hù)28d，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的具有，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的具有95保證率的抗保證率的抗壓強(qiáng)度壓強(qiáng)度 。對于同一混凝土，。對于同一混凝土，棱柱體抗壓強(qiáng)度小于立方體棱柱體抗壓強(qiáng)度小于立方體抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度。非標(biāo)準(zhǔn)試塊：非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100100 300 換算系數(shù)換算系數(shù) 0.95 200200 400 換算系數(shù)換算系數(shù) 1.05 考慮到實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、養(yǎng)護(hù)和受力情況，實(shí)際構(gòu)考慮到實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、養(yǎng)

19、護(hù)和受力情況，實(shí)際構(gòu)件強(qiáng)度與試件強(qiáng)度之間存在差異，件強(qiáng)度與試件強(qiáng)度之間存在差異，規(guī)范規(guī)范基于安全取基于安全取偏低值，規(guī)定軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)偏低值，規(guī)定軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的換算關(guān)系為：準(zhǔn)值的換算關(guān)系為：混凝土的物理力學(xué)性能kcuckfkkf,2188. 0式中：式中： k為棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比，對不大于為棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比，對不大于C50級的混凝土取級的混凝土取0.76，對，對C80取取0.82，其間按線性插值。，其間按線性插值。 k2為高強(qiáng)混凝土的脆性折減系數(shù)，對為高強(qiáng)混凝土的脆性折減系數(shù)，對C40取取1.0，對，對C80取取0.87，中間

20、按直線規(guī)律變化取值。，中間按直線規(guī)律變化取值。0.88為考慮實(shí)際構(gòu)件為考慮實(shí)際構(gòu)件與試件混凝土強(qiáng)度之間的差異而取用的折減系數(shù)。與試件混凝土強(qiáng)度之間的差異而取用的折減系數(shù)。 kcuckfkkf,2188. 02.1 混凝土的物理力學(xué)性能2、單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強(qiáng)度、單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強(qiáng)度直接受拉試驗(yàn)直接受拉試驗(yàn)ft要求鋼筋位于試件要求鋼筋位于試件的軸線上，因此存的軸線上，因此存在對中困難在對中困難直徑直徑16mm16mm的變形的變形鋼筋鋼筋100100150150500軸心抗拉強(qiáng)度軸心抗拉強(qiáng)度 混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度可以采用直接軸心受拉的試驗(yàn)混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度可以采用直接軸心受拉的

21、試驗(yàn)方法來測定，但由于試驗(yàn)比較困難，目前國內(nèi)外主要采方法來測定，但由于試驗(yàn)比較困難，目前國內(nèi)外主要采用圓柱體或立方體的劈裂試驗(yàn)來間接測試混凝土的軸心用圓柱體或立方體的劈裂試驗(yàn)來間接測試混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度。抗拉強(qiáng)度。2.1 混凝土的物理力學(xué)性能劈拉試驗(yàn)FaF拉壓壓墊條第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土的物理力學(xué)性能 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)定軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與規(guī)定軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的換算關(guān)系為：立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的換算關(guān)系為：0.450.55,20.88 0.3951 1.645tkcu kff混凝土軸心抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系3、復(fù)合受

22、力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度、復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度 多維受力強(qiáng)度多維受力強(qiáng)度1.1. 在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，混凝土經(jīng)在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，混凝土經(jīng)常不處于單軸應(yīng)力狀態(tài)，常不處于單軸應(yīng)力狀態(tài)，而受多維應(yīng)力的作用而受多維應(yīng)力的作用；2.2. 側(cè)向壓力限制混凝土受壓側(cè)向壓力限制混凝土受壓后的橫向變形，使縱向受后的橫向變形，使縱向受壓裂縫的開展延遲，壓裂縫的開展延遲，促使促使縱向受壓強(qiáng)度有效提高；縱向受壓強(qiáng)度有效提高； （側(cè)向約束）（側(cè)向約束）3.反之側(cè)向拉力會(huì)使縱向受壓反之側(cè)向拉力會(huì)使縱向受壓裂縫的開展加快，裂縫的開展加快，使使縱向縱向受壓強(qiáng)度明顯降低。受壓強(qiáng)度明顯降低。1/fc 2/fc 1.00.80.60.40

23、.21.00.80.60.40.22 21 12 2 1 1雙向應(yīng)力狀態(tài)的雙向應(yīng)力狀態(tài)的強(qiáng)度曲線強(qiáng)度曲線 3. 復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度三向受壓時(shí)的混凝土強(qiáng)度三向受壓時(shí)的混凝土強(qiáng)度s s1=fccs s1=fccs s2= s s3= fLfL-側(cè)向約側(cè)向約束壓應(yīng)力束壓應(yīng)力圓柱體試驗(yàn)圓柱體試驗(yàn)4.1cccLfff有側(cè)向約有側(cè)向約束時(shí)的抗束時(shí)的抗壓強(qiáng)度壓強(qiáng)度無側(cè)向約無側(cè)向約束時(shí)圓柱束時(shí)圓柱體的單軸體的單軸抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度 多維受力強(qiáng)度的應(yīng)用多維受力強(qiáng)度的應(yīng)用 鋼管混凝土鋼管混凝土 螺旋箍筋螺旋箍筋應(yīng)變應(yīng)變 應(yīng)力應(yīng)力 無螺旋箍筋無螺旋箍筋配有較大間距的螺旋箍筋配有較大間

24、距的螺旋箍筋配有較小間距的螺旋箍筋配有較小間距的螺旋箍筋 3、復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度 /fcs s/fc0.20.1-0.1ss0.00.61.0單軸抗拉強(qiáng)度單軸抗拉強(qiáng)度單軸抗壓強(qiáng)度單軸抗壓強(qiáng)度法向應(yīng)力和剪應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線法向應(yīng)力和剪應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線剪壓、剪拉受力狀態(tài)剪壓、剪拉受力狀態(tài)抗剪強(qiáng)度隨抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的提壓應(yīng)力的提高而提高高而提高抗剪強(qiáng)度隨抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的提壓應(yīng)力的提高而減小高而減小l受力變形受力變形u一次短期加載一次短期加載u荷載長期作用荷載長期作用u多次重復(fù)荷載多次重復(fù)荷載l體積變形體積變形u收縮與膨脹收縮與膨脹u溫度變形溫度變形2.7 混凝土的變形性能s(MPa)fcoe

25、0e(10-3)abcd225201510546810混凝土強(qiáng)度提高加載速度減慢1、一次短期加載下的應(yīng)力、一次短期加載下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系作用是：峰值作用是：峰值應(yīng)力后，吸收應(yīng)力后，吸收試驗(yàn)機(jī)的變形試驗(yàn)機(jī)的變形能，測出下降能，測出下降段段o o 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，常采用棱柱體試件來測定。應(yīng)變關(guān)系曲線，常采用棱柱體試件來測定。 在普通試驗(yàn)機(jī)上采用在普通試驗(yàn)機(jī)上采用等應(yīng)力速度等應(yīng)力速度加載，達(dá)到軸心抗壓強(qiáng)度加載，達(dá)到軸心抗壓強(qiáng)度f fc c時(shí)，試驗(yàn)機(jī)中集聚的彈性應(yīng)變能大于試件所能吸收的時(shí)，試驗(yàn)機(jī)中集聚的彈性應(yīng)變能大于試件所能吸收的應(yīng)變能，會(huì)導(dǎo)致試件產(chǎn)生突

26、然脆性破壞，只能測得應(yīng)力應(yīng)變能，會(huì)導(dǎo)致試件產(chǎn)生突然脆性破壞，只能測得應(yīng)力- -應(yīng)變曲線的應(yīng)變曲線的上升段上升段。 采用采用等應(yīng)變速度等應(yīng)變速度加載，或在試件旁附設(shè)高彈性元件與試件一同受壓，以吸收試驗(yàn)機(jī)內(nèi)集加載，或在試件旁附設(shè)高彈性元件與試件一同受壓，以吸收試驗(yàn)機(jī)內(nèi)集聚的應(yīng)變能，可以測得應(yīng)力聚的應(yīng)變能，可以測得應(yīng)力- -應(yīng)變曲線的應(yīng)變曲線的下降段下降段。02468102030s(MPa)e 10-3第二章 鋼筋和混凝土的材料性能混凝土B 臨界點(diǎn)A比例極限CEDA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。

27、應(yīng)變關(guān)系近似直線。A點(diǎn)應(yīng)力隨混凝土強(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)0.50.7fc。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)

28、硬過程中，混凝土在結(jié)硬過程中，由于水泥石的收縮、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。混凝土的最終弱部位?；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。在此應(yīng)力的突然增大。在此應(yīng)力的長期作用下，裂縫會(huì)持長期作用下，裂縫會(huì)持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。取取B點(diǎn)的應(yīng)力作為混

29、凝點(diǎn)的應(yīng)力作為混凝土的長期抗壓強(qiáng)度。普土的長期抗壓強(qiáng)度。普通強(qiáng)度混凝土通強(qiáng)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。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 e e 0，約為，約為0.002。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)的縱繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向裂縫，橫向變形

30、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)不斷遭到破壞，裂縫結(jié)不斷遭到破壞，裂縫連通形成斜向破壞面。連通形成斜向破壞面。E點(diǎn)的應(yīng)變點(diǎn)的應(yīng)變e e = (23) e e 0，應(yīng)力應(yīng)力s s = (0.40.6) fc。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土不同強(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，微裂縫很少，最后的破壞往往是骨料

31、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?；炷恋奈锢砹W(xué)性能側(cè)向受約束時(shí)混凝土的變形特點(diǎn)ecu約束混凝土非約束混凝土scecfccfcEsecEc ec0 2ec0 esp ecco環(huán)箍斷裂2、重復(fù)荷載下混凝土的變形性能、重復(fù)荷載下混凝土的變形性能嚴(yán)重開裂或變形過大而破壞 重復(fù)荷載下的應(yīng)力重復(fù)荷載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線（三種不同水平的應(yīng)力重復(fù)作用）（三種不同水平的應(yīng)力重復(fù)作用）fcfs3s2s1e疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度fc因荷載多次重復(fù)作用而因荷載多次重復(fù)作用而引起的破壞稱為疲勞破引起的破壞稱為疲勞破壞。壞。標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)準(zhǔn)試件100100 300或

32、或150150 450 的棱柱的棱柱體試塊體試塊fcf的確定原則的確定原則承受承受200200萬次（或以上）萬次（或以上）循環(huán)荷載時(shí)發(fā)生破壞的循環(huán)荷載時(shí)發(fā)生破壞的最大壓應(yīng)力值最大壓應(yīng)力值3. 混凝土的模量ecscsceceeep01原點(diǎn)切線模量（彈性模量）：拉壓原點(diǎn)切線模量（彈性模量）：拉壓相同相同ecctgEes/0變形模量（割線模量、彈塑性模量）變形模量（割線模量、彈塑性模量）ccctgEes/1切線模量切線模量cccddtgEes 混凝土的彈性模量的試驗(yàn)方法（混凝土的彈性模量的試驗(yàn)方法（150150 300標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)準(zhǔn)試件）sc/fcec0.5510次次此線和原點(diǎn)切線此線和原點(diǎn)切線基本平

33、行，取其基本平行，取其斜率作為斜率作為Ec)/(74.342 . 21025mmNfEcuc混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比，在壓力較小時(shí)為混凝土的泊松比，在壓力較小時(shí)為0.150.18，接近破，接近破壞時(shí)可達(dá)壞時(shí)可達(dá)0.5以上，一般可取以上，一般可取0.2混凝土的剪切模量為混凝土的剪切模量為)1 (2cccEG（1）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0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)ecreeeeeeecrP原因之一，凝膠體原因之一，凝膠體的粘性流動(dòng)的粘性流動(dòng)原因之二，混凝土原因之二

34、，混凝土內(nèi)部微裂縫的不斷發(fā)內(nèi)部微裂縫的不斷發(fā)展展4、混凝土的收縮和徐變徐變造成構(gòu)件變形增大，引徐變造成構(gòu)件變形增大，引起預(yù)應(yīng)力損失，在高應(yīng)力作起預(yù)應(yīng)力損失，在高應(yīng)力作用下，會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件破壞。用下，會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件破壞。影響徐變的因素影響徐變的因素n應(yīng)力：應(yīng)力： s sc0.5fc，徐變變形與應(yīng)力成正比，徐變變形與應(yīng)力成正比-線性徐變線性徐變 0.5fcs sc0.8fc，造成混凝土破壞，不穩(wěn)定，造成混凝土破壞，不穩(wěn)定0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)sc0.5fc，線性徐變sc0.8fc，非線性徐變ecreeeeeeecrn加荷時(shí)混凝土的齡期，越早，徐變越大加

35、荷時(shí)混凝土的齡期，越早，徐變越大影響徐變的因素影響徐變的因素n混凝土的組成和配合比混凝土的組成和配合比水泥用量越多，水灰比越大，徐變越大水泥用量越多，水灰比越大，徐變越大;骨料的彈性模量越大，骨料體積在混凝土中所占體積愈骨料的彈性模量越大，骨料體積在混凝土中所占體積愈高，徐變越??；高，徐變越小；n養(yǎng)護(hù)及使用條件的溫度與濕度養(yǎng)護(hù)及使用條件的溫度與濕度養(yǎng)護(hù)時(shí)溫度高、濕度大，徐變?。火B(yǎng)護(hù)時(shí)溫度高、濕度大，徐變??；使用環(huán)境溫度高，相對濕度越低，徐變越大。使用環(huán)境溫度高，相對濕度越低，徐變越大。影響徐變的因素影響徐變的因素n構(gòu)件的尺寸和體表比構(gòu)件的尺寸和體表比尺寸越大，體表比越大，尺寸越大，體表比越大，

36、則徐變越小。則徐變越小。影響徐變的因素影響徐變的因素（2）混凝土的收縮）混凝土的收縮 混凝土在空氣中硬化時(shí)體積會(huì)縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土在空氣中硬化時(shí)體積會(huì)縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮?；炷恋氖湛s。 收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形。形。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)件斷面形狀及尺寸、配合比、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)護(hù)條件等許多因素有關(guān)。骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)條件等許多因素有關(guān)。（1 1）水泥的品種：水泥強(qiáng)度等級

37、越高，制成的混凝土收縮越大。）水泥的品種：水泥強(qiáng)度等級越高，制成的混凝土收縮越大。（2 2）水泥的用量：）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。（3 3）骨料的性質(zhì)：）骨料的性質(zhì)：骨料彈性模量高、級配好，收縮就小。骨料彈性模量高、級配好，收縮就小。（4 4）養(yǎng)護(hù)條件：）養(yǎng)護(hù)條件：高溫濕養(yǎng)，收縮小。高溫濕養(yǎng)，收縮小。（5 5）混凝土制作方法：）混凝土制作方法：混凝土越密實(shí)，收縮越小。混凝土越密實(shí)，收縮越小。（6 6）使用環(huán)境：）使用環(huán)境：使用環(huán)境溫度越高、相對濕度越低，收縮越大。使用環(huán)境溫度越高、相對濕度越低，收縮越大。（7 7）構(gòu)件的體積與表面積比值：

38、）構(gòu)件的體積與表面積比值：比值大時(shí)，收縮小。比值大時(shí)，收縮小。收縮對混凝土結(jié)構(gòu)的影響：收縮對混凝土結(jié)構(gòu)的影響：鋼筋受壓，鋼筋受壓， 混凝土受拉。混凝土受拉。如果截面配筋率較高會(huì)導(dǎo)致混凝土開裂如果截面配筋率較高會(huì)導(dǎo)致混凝土開裂第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.10 混凝土與鋼筋的粘結(jié)2.8 2.8 混凝土與鋼筋的粘結(jié)混凝土與鋼筋的粘結(jié)1、粘結(jié)的定義、粘結(jié)的定義粘結(jié)和錨固是鋼筋和混凝土形成整體、共同工粘結(jié)和錨固是鋼筋和混凝土形成整體、共同工作的基礎(chǔ)作的基礎(chǔ)粘結(jié)力定義：若鋼筋與混凝土有相對變形粘結(jié)力定義：若鋼筋與混凝土有相對變形（滑移），就會(huì)在鋼筋和混凝土的交界面上，（滑移），就會(huì)在鋼筋和混凝土的交界面上，產(chǎn)生沿鋼筋軸線方向的相互作用力。產(chǎn)生沿鋼筋軸線方向的相互作用力。粘結(jié)強(qiáng)度：鋼筋單位表面面積上所能承擔(dān)的粘結(jié)強(qiáng)度：鋼筋單位表面面積上所能承擔(dān)的最大縱向剪應(yīng)力。最大縱向剪應(yīng)力。鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件裂縫鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件裂縫出現(xiàn)前的應(yīng)力分布出現(xiàn)前的應(yīng)力分布2/4sddxdds 4sdddxs鋼筋混凝土梁中的應(yīng)力分布鋼筋混凝土梁中的應(yīng)力分布4sdddxs第一章 鋼筋和混凝土的材料性能2.10 混凝土與鋼筋的粘結(jié)2.10 2.10