鋼筋混凝土的力學性能（63頁）

1、1.1.1 鋼筋的性能鋼筋作用受力鋼筋架立鋼筋分布鋼筋縱向構(gòu)造鋼筋(腰筋)構(gòu)造箍筋1.1 鋼 筋主要承擔拉力，也可加強砼的抗壓能力.保證受力鋼筋的設計位置不因搗制砼而有所移動將構(gòu)件所受到的外力分布在較廣的范圍，以改善在板中受力情況，同時固定受力鋼筋。改善梁、柱中受力情況，同時固定受力鋼筋。梁截面高度較大時梁中構(gòu)造鋼筋1 受力、架立和分布鋼筋并不一定能絕對區(qū)別開來，即同一鋼筋往往可同時起上述兩種以上的作用，此外，鋼筋往往還有其它作用，如，一般砼收縮及溫度變化的應力能常就利用受力與分布鋼筋來承受，但有時也設專門的溫度鋼筋。2砼結(jié)構(gòu)對鋼筋質(zhì)量要求適當強度：屈服和極限強度，屈服強度是計算主要依據(jù)；可焊

2、性好：要求鋼筋焊接后不產(chǎn)生裂紋及過大變形；足夠塑性：以伸長率和冷彎性能為主要指標，即要求鋼筋斷裂前有足夠變形，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，能給出構(gòu)件將要破壞的預告信號，同時保證鋼筋冷彎要求。一般而言強度高的鋼筋塑性和可焊性就差些；鋼筋耐火性：熱軋鋼筋最好，冷拉鋼筋其次，預應力鋼筋最差，設計時注意砼保護層厚度滿足耐火極限要求。與砼粘結(jié)良好:保證共同工作。31.1.2 鋼筋品種、級別和分類 砼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范規(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。用于預應力砼結(jié)構(gòu)的國產(chǎn)預應力鋼筋可使用預應力鋼絲（消除應力鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲）、鋼絞線，也可使用熱處理鋼筋。 熱軋鋼筋 由低碳鋼、普通低合金鋼

3、在高溫狀態(tài)下軋制而成。按其強度由低到高分為HPB235（原級）、HRB335 （級） 、HRB400 （級）和RRB400 （余熱處理級，可作為三級鋼筋使用，但焊接受熱回火可能降低強度且高強部分集中在鋼筋表層，疲勞性能、冷彎性能受到影響。）其余鋼筋的制作工藝可參考相關(guān)資料。 規(guī)范規(guī)定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的縱向受力鋼筋宜優(yōu)先采用HRB400 級鋼筋。4用冷拉或冷拔的冷加工方法可提高熱軋鋼筋強度。冷拉時，鋼筋冷拉應力值必須超過鋼筋屈服強度。冷拉后經(jīng)過一段時間鋼筋屈服點有所提高，這種現(xiàn)象稱為時效硬化。時效硬化和溫度有關(guān)，溫度過高（450以上）強度反而有所降低而塑性性能卻有所增加，溫度超過700，鋼材會恢

4、復到冷拉前力學性能，不會發(fā)生時效硬化。為避免冷拉鋼筋在焊接時高溫軟化，要先焊好后再進行冷拉。鋼筋經(jīng)過冷拉和時效硬化，能提高屈服強度、節(jié)約鋼材，但冷拉后鋼筋塑性有所降低。為了保證鋼筋在強度提高的同時又具有一定的塑性，冷拉時應該同時控制應力和控制應變。冷拔鋼筋是將鋼筋用強力拔過比小直徑硬質(zhì)合金拔絲模，同時受到縱向拉力和橫向壓力作用，截面變小而長度拔長。經(jīng)過幾次冷拔，鋼絲的強度比原來有很大提高，但塑性降低很多。冷拉只能提高鋼筋的抗拉強度，冷拔則可同時提高抗拉及抗壓強度。應用冷加工鋼筋應參照相應的行業(yè)標準。知識點：冷拉及冷拔鋼筋5知識點：按外形特點分類 目前廣泛使用的變形鋼筋是縱肋與橫肋不相交的月牙紋

5、鋼筋，與螺紋鋼筋相比，月牙紋鋼筋避免了縱橫肋相交處的應力集中現(xiàn)象，使鋼筋的疲勞強度和冷彎性能得到一定改善，而且還具有在軋制過程中不易卡輥的優(yōu)點；不足的是與螺紋鋼筋相比，月牙紋鋼筋與砼的粘結(jié)強度略有降低。光面鋼筋螺紋鋼筋月牙紋鋼筋人字紋鋼筋6知識點：柔性及勁性鋼筋 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中使用的鋼筋又可以分為柔性鋼筋及勁性鋼筋。柔性鋼筋 常用的普通鋼筋的統(tǒng)稱。其外形有光圓和帶肋兩類，帶肋鋼筋又可分為等高肋和月牙肋兩種。I級鋼筋是光圓鋼筋，II級、III級鋼筋是帶肋的，統(tǒng)稱為變形鋼筋。鋼絲的外形通常為光圓，也有在表面刻痕的。柔性鋼筋可綁軋或焊接成鋼筋骨架或鋼筋網(wǎng)，分別用于梁、柱、板、殼結(jié)構(gòu)中。勁性鋼筋 是

6、由各種型鋼與鋼筋焊接成的骨架。勁性鋼筋本身剛度很大，施工時模板及混凝土的重力可以由勁性鋼筋本身來承擔，因此能加速并簡化支模工作，承載能力也比較大。 7軟鋼：有明顯屈服臺階的鋼筋(熱軋鋼筋、冷拉鋼筋)硬鋼：無明顯屈服臺階的鋼筋(鋼絲、熱處理鋼筋)1.1.3 鋼筋的強度和變形81.1.3 鋼筋的強度和變形1、 鋼筋的變形指標lPP伸長率鋼筋拉斷后的伸長值與原長的比值 伸長率越大，塑性越好。冷彎性能將直徑為d的鋼筋繞過直徑為D的彎芯彎曲到規(guī)定角度后無裂紋斷裂及起層現(xiàn)象為合格 D越小，彎轉(zhuǎn)角越大，塑性越好。92 鋼筋應力應變曲線oa彈性階段,ac流塑階段,cd強化階段,de頸縮階段a比例極限,b屈服強

7、度,d極限強度,0.2條件屈服強度比例極限屈服強度極限強度o(N/mm2)fyfted流幅abc0.2% 0.2(N/mm2)o軟鋼硬鋼103 鋼筋強度設計值的取值依據(jù)對于軟鋼取屈服強度 fy 作為強度設計依據(jù)。對于硬鋼取條件屈服強度0.2作為強度設計依據(jù)(取0.2=0.8fsu)。 由于構(gòu)件中鋼筋的應力達到屈服點后，會產(chǎn)生很大的塑性變形，使得鋼筋混凝土構(gòu)件出現(xiàn)很大的變形和過寬的裂縫，以致不能使用，所以對有明顯流幅的鋼筋，在計算承載力時以屈服點作為鋼筋強度限值。對沒有明顯流幅或屈服點的預應力鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋，為了與鋼筋國家標準相一致，規(guī)范中也規(guī)定在構(gòu)件承載力設計時，取極限抗拉強度80作

8、為條件屈服點。 鋼筋受壓性能在到達屈服強度前與受拉時應力應變規(guī)律相同，其屈服強度也與受拉時基本一樣。在達到屈服強度之后，由于試件發(fā)生明顯的塑性壓縮，截面積增大，因而難以給出明確的抗壓極限強度。111.1.4 鋼筋的強度和變形指標1 鋼筋強度指標鋼筋力學性能要求：屈服強度、極限強度、伸長率、冷彎性能。（1）軟鋼：屈服強度、極限強度 當某截面鋼筋應力達到屈服強度后，試件將在荷載基本不增加情況下產(chǎn)生持續(xù)塑性變形，構(gòu)件可能在鋼筋尚未進入強化階段之前就已破壞或產(chǎn)生過大的變形與裂縫。因此，鋼筋的屈服強度是鋼筋關(guān)鍵性強度指標；此外，鋼筋的屈強比（屈服強度與極限強度之比）表示結(jié)構(gòu)可靠性潛力。在抗震結(jié)構(gòu)中，考慮

9、受拉鋼筋可能進入強化階段，要求其屈強比0.8，因而鋼筋極限強度是檢驗鋼筋質(zhì)量的另一強度指標。 （2）硬鋼：極限強度 由于其條件屈服點不易測定，鋼筋質(zhì)量檢驗以極限強度作為主要強度指標，并規(guī)定取條件屈服強度為極限強度0.8倍，即f0.20.8fsu。122 鋼筋變形性能指標（1）伸長率 為鋼筋試件拉斷后的伸長值與原長的比率。伸長率是衡量鋼筋塑性性能的一個指標，伸長率越大，塑性越好。塑性好的鋼筋，拉斷前有明顯的預兆，反之，則呈脆性特征。（2）冷彎試驗 是檢驗鋼筋塑性的另一種方法，伸長率一般不能反映鋼材脆化的傾向，為使鋼筋在彎折加工時不易斷裂和使用過程中不致脆斷，應進行冷彎試驗，并保證滿足規(guī)定的指標。

10、冷彎試驗的合格標準為在規(guī)定彎心直徑和冷彎角度下冷彎后的鋼筋應無裂紋、鱗落或斷裂現(xiàn)象。注：屈服強度、極限強度、伸長率和冷彎性能是對軟鋼進行質(zhì)量檢驗的四項主要指標，而對無明顯屈服點的鋼筋，則只測后三項。131.1.5 鋼筋的冷拉和冷拔鋼筋的冷加工包括冷拉與冷拔。鋼筋冷加工是將熱軋鋼筋或線材通過冷加工工藝以改變材質(zhì)、提高強度，達到節(jié)約材料目的。1 冷拉 將鋼筋拉伸至超過其屈服強度某一應力，后卸荷至零以提高鋼筋強度的方法。冷拉強化和時效硬化。屈服強度提高，塑性下降。ofyftedabc冷拉未經(jīng)時效冷拉經(jīng)時效14 合理選擇控制點，可使鋼筋既保持一定的塑性又能提高強度，控制點的應力稱為冷拉控制應力，對應的

11、應變稱為冷拉控制應變或冷拉率。相應的冷拉工藝有應力控制和應變控制兩種。當采用應力控制時，冷拉控制應力直接取強度標準值；當采用控制應變時，冷拉控制應力取強度標準值加30N/mm2，并按應力確定相應的冷拉率。通常為了保證鋼筋在強度提高的同時又具有一定的塑性，冷拉時應同時控制應力和控制應變。 值得注意的是，時效硬化和溫度有很大關(guān)系，溫度過高（450攝氏度以上）強度反而有所降低而塑性性能卻有所增加，溫度超過700攝氏度，鋼材會恢復到冷拉前的力學性能，不會發(fā)生時效硬化。焊接時產(chǎn)生的高溫會使鋼筋軟化，因此需焊接的鋼筋應先焊好再進行冷拉；同時，冷拉只能提高鋼筋的抗拉強度而不能提高抗壓強度。1 冷拉15將鋼筋

12、用強力拔過比其直徑小的硬質(zhì)合金拔絲模。鋼筋受到縱向拉力和橫向壓力的作用，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，截面變小而長度拔長。經(jīng)過幾次反復冷拔，鋼筋強度比原來的有很大的提高，而塑性則顯著降低，且沒有明顯屈服點。冷拔可同時提高鋼筋的抗拉強度和抗壓強度。2 冷拔161.1.6 鋼筋疲勞1 疲勞定義：鋼筋承受重復周期性動載作用，經(jīng)過一定次數(shù)后，突然脆性斷裂現(xiàn)象。吊車梁、橋面板、軌枕等鋼砼構(gòu)件在正常使用時會由于疲勞發(fā)生破壞。鋼筋的疲勞強度與一次循環(huán)應力中最大和最小應力的差值（應力幅度）有關(guān)，鋼筋的疲勞強度是指在某一規(guī)定應力幅度內(nèi)經(jīng)受一定次數(shù)循環(huán)荷載后發(fā)生疲勞破壞的最大應力值。2 產(chǎn)生原因：一般認為是由于鋼筋內(nèi)部和外部

13、的缺陷，容易引起應力集中。應力過高，鋼材晶體滑移，產(chǎn)生疲勞裂紋，應力重復作用次數(shù)增加，裂紋擴展。3 影響因素：疲勞強度主要與應力變化的幅值有關(guān)，其它有：最小應力值的大小、鋼筋外表面幾何尺寸和形狀、鋼筋的直徑、鋼筋的強度、鋼筋的加工和使用環(huán)境以及加載的頻率等。 由于承受重復性荷載的作用，鋼筋的疲勞強度低于其在靜荷載作用下的極限強度。原狀鋼筋疲勞強度最低。埋置在砼中鋼筋的疲勞斷裂通常發(fā)生在純彎段內(nèi)裂縫截面附近，疲勞強度稍高。171.1.7 鋼筋應力應變的數(shù)學模型1 完全彈塑性雙線型模型雙直線模型適用于流幅較長的低強度鋼材 模型將鋼筋的應力應變曲線簡化為圖19（a）所示的兩段直線，不計屈服強度的上限

14、和由于應變硬化而增加的應力181.1.7 鋼筋應力應變的數(shù)學模型2 完全彈塑性強化三線型模型三折線模型適用于流幅較短的軟鋼 可以描述屈服后立即發(fā)生應變硬化（應力強化）的鋼材，正確地估計高出屈服應變后的應力。193 彈塑性雙斜線型模型雙斜線型模型適用于沒有流幅的高強度鋼筋或鋼絲201.2.1 混凝土立方體抗壓強度 雖然實際工程中的混凝土構(gòu)件和結(jié)構(gòu)一般處于復合應力狀態(tài)，但是單向受力狀態(tài)下混凝土的強度是復合應力狀態(tài)下強度的基礎和重要參數(shù)。 混凝土的強度與水泥強度等級、水灰比有很大關(guān)系，骨料的性質(zhì)、混凝土的級配、混凝土成型方法、硬化時的環(huán)境條件及混凝土的齡期等也不同程度地影響混凝土的強度。試件的大小和

15、形狀、試驗方法和加載速度也影響混凝土強度試驗結(jié)果，各國對各種單向受力下的混凝土強度都規(guī)定了統(tǒng)一的標準試驗方法。21 砼立方體強度的定義：立方體試件的強度比較穩(wěn)定，我國把立方體強度值作為混凝土強度的基本指標，并把立方體抗壓強度作為評定混凝土強度等級的標準。我國規(guī)范規(guī)定：，用cu,k表示，單位N/mm2。 1 混凝土立方體抗壓強度的定義和強度等級22立方體標準強度（cu,k）兩重含義：1、采用邊長為150的立方體試塊，在標準條件（溫度為1723，濕度在90以上）下養(yǎng)護28d，按照標準的試驗方法加壓到破壞測得的立方體抗壓強度。2、作為標準值，所測得的混凝土的立方體抗壓強度不小于該值的保證率為95，也

16、即強度低于該值的概率不大于5。23 砼強度等級規(guī)定：規(guī)范規(guī)定混凝土強度等級應按立方體抗壓強度標準值確定。規(guī)范規(guī)定的混凝土強度等級有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80共14個等級。例如，C30表示立方體抗壓強度標準值為30N/mm2。其中C50C80屬于高強度混凝土范疇。24 試驗方法對混凝土的立方體強度有很大影響。試件在試驗機上單向受壓時，豎向縮短，橫向擴張，由于混凝土與壓力機墊板彈性模量和橫向變形系數(shù)不同，壓力機墊板的橫向變形明顯小于砼的，墊板通過接觸面上的摩擦力約束混凝土試塊橫向變形，就象在試件上下端各加了一個套箍

17、，致使混凝土破壞時形成兩個對頂?shù)慕清F形破壞面，抗壓強度比沒有約束的情況要高。如果在試件上下表面涂一些潤滑劑，測得的抗壓強度就低。我國規(guī)定的標準試驗方法是不涂潤滑劑的。 加載速度對立方體強度也有影響，加載速度越快，測值越大。通常規(guī)定加載速度為：混凝土強度等級低于C30時，取每秒0.30.5N/mm2；高于或等于C30時，取每秒0.50.8N/mm2。2 影響混凝土立方體抗壓強度的因素25 規(guī)范規(guī)定，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應低于C15；當采用HRB335級鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于C20；當采用HRB400和RRB400級鋼筋以及承受重復荷載的構(gòu)件，混凝土群雕的不得低于C20。預應力

18、混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應低于C30；當采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預應力鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于C40。3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對混凝土強度等級的要求261.2.2 混凝土軸心抗壓強度 混凝土抗壓強度與試件形狀有關(guān)，采用棱柱體比立方體能更好的反映混凝土結(jié)構(gòu)的實際抗壓能力。用混凝土棱柱體試件測得的抗壓強度稱為軸心抗壓強度。我國普通混凝土力學性能試驗方法規(guī)定以150mm150mm300mm的棱柱體作為混凝土軸心抗壓強度試驗的標準試件。試件制作同立方體試件，試件上下表面不涂潤滑劑。271.2.3 混凝土軸心抗壓強度 由于棱柱體試件的高度越大，試驗機壓板與試件之間摩擦力對試件高度中部的橫向變形

19、的約束影響越小，所以棱柱體試件的抗壓強度都比立方體強度值小，并且棱柱體試件高寬比越大，強度越小。但是，當高寬比達到一定值后，這種影響就不明顯了。在確定棱柱體試件尺寸時，一方面要考慮到試件具有足夠的高度以不受試驗機壓板與試件承壓面間摩擦力的影響，在試件的中間區(qū)段形成純壓狀態(tài)，同時也要考慮到避免試件過高，在破壞前產(chǎn)生的附加偏心而降低抗壓極限強度。根據(jù)資料，一般認為試件的高寬比為23時，可以基本消除上述兩種因素的影響。 規(guī)范規(guī)定以上述棱柱體試件測得具有95保證率的抗壓強度為混凝土軸心抗壓強度標準值，用ck表示。28知識點：混凝土軸心抗壓強度與立方體抗壓強度的關(guān)系 規(guī)范基于安全取偏低值，軸心抗壓強度標

20、準值與立方體抗壓強度標準的關(guān)系按下式確定：c1為棱柱體強度與立方體強度之比，對混凝土強度等級為C50及以下的取c10.76，對C80取c10.82，在此之間按直線規(guī)律變化取值。c2為高強度混凝土的脆性折減系數(shù)，對C40及以下取c21.00，對C80取c20.87，中間按直線規(guī)律取值。0.88為考慮實際構(gòu)件與試件混凝土強度之間的差異而取用的折減系數(shù)。291.2.4 混凝土軸心抗拉強度 砼抗拉強度遠低于抗壓強度，僅抗拉強度510，與立方體抗壓強度不是線性關(guān)系，立方體抗壓強度越高，比值ft/fcu越小。在鋼筋砼構(gòu)件的破壞階段，處于受拉工作狀態(tài)的砼一般早已開裂，故在構(gòu)件的承載力計算多數(shù)情況下是不考慮受

21、拉砼工作的。但是砼的抗拉強度對鋼筋構(gòu)件多方面的工作性能有重要影響，而且在構(gòu)件的抗裂、抗扭、抗沖切等計算中還常直接利用砼的抗拉強度，新規(guī)范在抗剪計算中亦考慮的抗拉強度。因此，砼的抗拉強度也是一項必須確定的重要指標。 30 混凝土的軸心抗拉強度可以采用直接軸心受拉的試驗方法來測定。但是由于混凝土內(nèi)部的不均勻性，加之安裝試件的偏差等原因，準確測定抗拉強度很困難。所以國內(nèi)外常用圓柱體或立方體的劈裂試驗來間接測試砼的軸心抗拉強度。1.2.4 混凝土軸心抗拉強度311 混凝土軸心抗拉強度測定方法直接測試法1 16對兩端預埋鋼筋的棱柱體試件（鋼筋位于試件軸線上）施加拉力，試件破壞時的平均拉應力即為砼的抗拉強

22、度，這種測試對試件尺寸及鋼筋位置要求較嚴。32采用邊長為a的立方體試件，通過5mm的方鋼墊條采用壓力試驗機施加壓力F。試件破壞時，被劈裂成兩半。2 混凝土軸心抗拉強度測定方法劈拉測試法5mm方鋼條壓拉試驗表明劈拉強度略大于直接受拉強度，劈裂試件大小對試驗結(jié)果有一定影響。333 混凝土軸心抗拉強度與立方體強度的關(guān)系341.2.6 復合應力狀態(tài)下的混凝土的強度 實際砼構(gòu)件大多是處于復合應力狀態(tài)，例如框架梁、柱，節(jié)點區(qū)砼受力更復雜。至今尚未建立完善的復合應力狀態(tài)下的強度理論。1 混凝土雙向受力強度（教材圖19）拉壓（1）第一象限雙向受拉區(qū)，1、2相互影響不大，不同應力比值1/2下的雙向受拉強度均接近

23、于單向受拉強度，為fc大約0.1倍。（2）第三象限雙向受壓區(qū)，大體上一向的強度隨另一向壓力的增加而增加，混凝土雙向受壓強度比單向受壓強度最多可提高27。而在兩向壓力相等的情況下，其強度增加僅為16左右。（3）第二、四象限為拉壓應力狀態(tài)，此時混凝土的強度均低于單向拉伸或壓縮時的強度。351 混凝土雙向受力強度剪壓或剪拉 這說明：梁受彎矩和剪力共同作用以及柱在受到軸壓的同時也受到水平地震作用產(chǎn)生的剪力作用時，結(jié)果中有剪應力會影響梁與柱中受壓區(qū)混凝土的強度。另外，還可看出，抗剪強度隨著拉應力的增大而減小，也就是說剪應力的存在也會使抗拉強度降低。軸拉純剪剪壓軸壓（1）剪應力的存在，混凝土抗壓強度要低于

24、單向抗壓強度；（2）壓應力低時，抗剪強度隨壓應力的增大而增大；（3）當壓應力約超過0.6c時，抗剪強度隨壓應力的增大而減小。362 混凝土三向受壓強度 砼三向受壓，由于受到側(cè)向壓力約束作用，最大主壓應力軸抗壓強度1有較大增長，其變化規(guī)律隨兩側(cè)向壓應力（2、3）的比值和大小而不同。常規(guī)的三軸受壓是在圓柱體周圍加液壓，在兩側(cè)向等壓（23r）的情況下進行的。試驗表明，當側(cè)向液壓值不很大時，最大主壓應力軸的抗壓強度隨兩側(cè)向應力的增大而提高，由試驗得到的經(jīng)驗公式為：1有側(cè)向壓力約束試件的軸心抗壓強度； 2側(cè)向約束壓應力；（4.07.0）側(cè)向應力系數(shù)，側(cè)向壓力較低時得到的系數(shù)值較高。37 在工程實踐中，為

25、了進一步提高混凝土的抗壓強度，常常用橫向鋼筋約束混凝土。例如，螺旋鋼箍柱，鋼管混凝土等，它們都是用螺旋形鋼箍、鋼管和矩形鋼箍來約束混凝土以限制其橫向變形，使混凝土處于三向受壓的應力狀態(tài)，從而提高混凝土的強度，但更主要的是橫向鋼筋可以提高混凝土耐受變形的能力。這對提高鋼筋混凝土結(jié)果抗震性能具有重要意義。2 混凝土三向受壓強度38 混凝土在一次短期加載、荷載長期作用和多次重復荷載作用下會產(chǎn)生變形，這類變形稱為受力變形。另外，混凝土由于硬化過程中的收縮以及溫度和濕度變化也會產(chǎn)生變形，這類變形稱為體積變形。變形是混凝土的一個重要力學性能。1.3 混凝土的變形391.3 混凝土的變形1.3.1 短期加載

26、時混凝土的變形1 混凝土受壓時的應力應變關(guān)系（受拉基本相同）混凝土的應力應變曲線是砼力學性能的一個重要方面，是鋼筋砼構(gòu)件應力分析、建立強度和變形計算理論不可少的依據(jù)。比例極限彈性階段裂縫穩(wěn)定擴展階段裂縫不穩(wěn)定擴展階段下降段峰值應力后裂縫繼續(xù)擴展階段收斂段典型的混凝土應力應變曲線401.3.1 短期加載時混凝土的變形比例極限彈性階段裂縫穩(wěn)定擴展階段裂縫不穩(wěn)定擴展階段下降段峰值應力后裂縫繼續(xù)擴展階段收斂段上升段：三個階段 彈性階段：砼的變形主要是骨料和水泥結(jié)晶體的彈性變形，應力應變曲線大體呈直線；穩(wěn)定裂縫擴展階段：臨界點B相對應的應力可作為長期受壓強度的依據(jù)。 裂縫不穩(wěn)定擴展階段：此后試件中所積蓄

27、的應變能始終保持大于裂縫發(fā)展所需的能量形成裂縫快速發(fā)展的不穩(wěn)定狀態(tài)直到C點。應力達到最高點即應力峰值點。對應的應變?yōu)榉逯祽儭?11.3.1 短期加載時混凝土的變形比例極限彈性階段裂縫穩(wěn)定擴展階段裂縫不穩(wěn)定擴展階段下降段峰值應力后裂縫繼續(xù)擴展階段收斂段下降段：下降段CE是砼到達峰值應力后裂縫繼續(xù)擴展、貫通，從而使應力應變關(guān)系發(fā)生變化。 在峰值應力以后，裂縫迅速發(fā)展，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體受到愈來愈嚴重的破壞，賴以傳遞荷載的傳力路線不斷減少，試件的平均應力強度下降，所以應力應變曲線向下彎曲，直到凹向發(fā)生改變，曲線出現(xiàn)“拐點”。超過“拐點”，曲線開始凸向應變軸，這時，只靠骨料間的咬合力及摩擦力與殘余承壓面

28、來承受荷載。隨著變形的增加，應力應變曲線逐漸凸向水平軸方向發(fā)展，此段曲線中曲率最大的一點E稱為“收斂點”。從收斂點E開始以后的曲線稱為收斂段，這時貫通的主裂縫已經(jīng)很寬，內(nèi)聚力幾乎耗盡，對無側(cè)向約束的混凝土，收斂段EF已失去結(jié)構(gòu)意義。42 不同強度砼應力應變曲線有相似形狀。但隨著混凝土強度提高，盡管上升段和峰值應變變化不很顯著，但是下降段的形狀有顯著差異。砼強度越高，下降段越陡，延性越差。1.3.1 短期加載時混凝土的變形43知識點：配置橫向鋼筋對混凝土變形的影響 配置矩形箍筋的約束砼試件的全曲線，在應力到達無約束砼試件的臨界應力以前，箍筋作用并不明顯，曲線基本重合，當超過臨界應力（0.8fc）

29、以后，隨著配箍量的增加和箍筋間距的減小，約束砼的曲線的峰值應力有所提高，峰值應變的增長較為明顯，而下降段的變化最為顯著。這是因為箍筋的約束作用延緩了裂縫的擴展，提高了裂縫面上的摩擦咬合力，使應力下降減緩，改善了砼的后期變形能力。因此，承受地震作用的構(gòu)件如梁、柱和節(jié)點區(qū)，采用間距較密的箍筋約束砼可以有效地提高構(gòu)件的延性。442 混凝土受壓應力應變曲線數(shù)學模型（1）混凝土單軸受壓應力應變曲線數(shù)學模型 Hognestad公式：上升段為二次拋物線，下降段為斜直線； Rsh公式：上升段采用二次拋物線，下降段采用水平直線。Hognestad公式Rsh公式45 我國砼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范GB50010-2002采用

30、的模型如圖1-20所示：模型采用拋物線上升段和直線水平段形式。P14(公式更正)463 混凝土模量和彈性系數(shù)P15 計算超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力、溫度變化和支座沉降產(chǎn)生的內(nèi)力以及預應力砼構(gòu)件的預壓應力時，同常近似地把砼看作彈性材料分析，此時，就需要用到砼的彈性模量。但對砼來說，應力應變關(guān)系為一曲線，因此怎樣恰當規(guī)定砼的彈性指標成為我們要解決的首要問題。問題的提出：473 混凝土模量和彈性系數(shù)P15原點切線模量彈性模量割線模量變形模量切線模量變形模量與原點彈性模量關(guān)系（引入彈性系數(shù)）其取值為:切線模量砼的模量表達484 混凝土彈性模量測定我國規(guī)范彈性模量測定方法：采用棱柱體或圓柱體試件，取應力上限為0.3

31、fc，重復加載510次。由于混凝土的非彈性性質(zhì)，每次卸載到零時，存在殘余變形。但是隨著荷載重復次數(shù)的增加，殘余變形逐漸減小，最后趨于穩(wěn)定，應力應變趨于直線。該直線的斜率就是混凝土的彈性模量。混凝土受壓彈性模量與受拉彈性模量大致相等。混凝土剪切模量很小直接測試，根據(jù)彈性力學由彈性模量確定。491.3.2 混凝土在重復荷載作用下的變形（2） (0.4-0.5)fc時，則當滯回環(huán)收斂成一直線后繼續(xù)循環(huán)時，將在某一次循環(huán)后塑性變形重新開始出現(xiàn)，而且塑性變形的積累轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)散的，即累加塑性變形一次比一次大，且加載曲線由收斂成直線以前的凸向應力軸，轉(zhuǎn)向凸向應變軸，循環(huán)若干次后，由于累積變形超過砼變形能力而突

32、然破壞，這種現(xiàn)象稱為疲勞。加卸載循環(huán)多次，形成塑性變形積累：（1）(0.4-0.5)fc， 在一定循環(huán)次數(shù)內(nèi)塑性變形積累為收斂，即隨著循環(huán)次數(shù)增加，累加塑性變形越來越小，加卸載滯回環(huán)越來越接近于直線。501.3.3 混凝土在長期荷載作用下的變形徐變徐變在不變的應力長期持續(xù)作用下，變形隨時間增長的現(xiàn)象。徐變早期發(fā)展較快。六個月內(nèi)完成約70%80%；一年可完成90%；23年后徐變基本終止。加載瞬時變形徐變變形卸載后彈性后效殘余變形卸載瞬時恢復變形兩年后卸載時徐變恢復情況511 砼徐變產(chǎn)生原因 尚無一致解釋，一般認為與水泥凝膠體粘滯性、砼內(nèi)部水分遷移及微裂縫發(fā)展等因素有關(guān)。2 砼徐變影響因素（1）持

33、續(xù)應力越大，徐變越大（應力條件）；（2）加載齡期越短，徐變越大（環(huán)境因素）；（3）振搗好，養(yǎng)護時間長，養(yǎng)護和工作環(huán)境濕度大，徐變越?。ōh(huán)境因素）；（4）水灰比越大，水泥用量越大，徐變越大（內(nèi)因）；（5）骨料質(zhì)地堅硬，級配好，徐變?。▋?nèi)因）；（6）構(gòu)件尺寸越大，表面積相對越小，徐變越?。▋?nèi)因）。3 砼徐變對結(jié)構(gòu)的影響 變形增大，產(chǎn)生預應力損失，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力重分布，引起應力松弛，引起偏壓構(gòu)件偏心距增大。但是徐變有時也有利的一面：有利于充分發(fā)揮材料強度，降低溫度應力。524 砼徐變系數(shù)曲線等間距分布，徐變與初應力成正比，為線性徐變；徐變與應力不成比例，徐變變形比應力增長快，為非線性徐變；徐變隨時間不

34、收斂。0.8fc為砼長期抗壓強度。砼構(gòu)件在使用期間，應當避免經(jīng)常處于不變的高應力狀態(tài)。531.3.4 混凝土的收縮變形收縮混凝土在空氣中結(jié)硬時體積隨時間縮小的現(xiàn)象（混凝土在水中結(jié)硬體積產(chǎn)生膨脹，混凝土收縮量比膨脹量大得多）。砼收縮早期發(fā)展較快，一周完成1/4，一個月完成1/2，三個月后增展緩慢，兩年后基本穩(wěn)定。1 影響砼收縮的因素（1）水灰比和水泥用量越大，收縮越大；（2）骨料級配越好，收縮越??；（3）振搗越密實，養(yǎng)護時濕度越大，收縮越??；（4）環(huán)境溫度越高，收縮越大；（5）高強水泥的收縮較大；（6）構(gòu)件的體表比越大，收縮越小。2 砼收縮對結(jié)構(gòu)的影響不利影響包括：引起宏觀的收縮裂縫，產(chǎn)生預應力

35、損失，對跨度變化比較敏感的結(jié)構(gòu)如拱產(chǎn)生不利的內(nèi)力。541.4 鋼筋與混凝土的共同工作1.4.1 粘結(jié)的作用與粘結(jié)力的組成 粘結(jié)是指鋼筋與周圍砼界面間的一種相互作用，粘結(jié)力是指鋼筋砼受力后沿其接觸面上產(chǎn)生的一種剪應力。粘結(jié)和錨固是鋼筋和砼形成整體、共同工作的基礎。 錨固粘結(jié)應力：（錨固長度）1、粘結(jié)應力的分類鋼筋伸進支座或連續(xù)梁中承擔負彎矩的上部鋼筋在跨中截斷時，需延伸的一段長度。兩相鄰開裂截面之間產(chǎn)生。粘結(jié)應力使鋼筋與砼之間的應力發(fā)生傳遞。局部粘結(jié)應力：552、粘結(jié)力組成膠著力混凝土收縮裹壓鋼筋產(chǎn)生。由于砼凝固時收縮，對鋼筋產(chǎn)生垂直于摩擦面的壓應力。這種壓應力越大，接觸面的粗糙程度越大，摩阻力

36、越大。鋼筋表面凹凸不平引起。對于光面鋼筋這種咬合力來自表面的粗糙不平。(光面鋼筋和變形鋼筋具有不同的粘結(jié)機理。)1）光面鋼筋的粘結(jié)：2）變形鋼筋的粘結(jié)： 對于變形鋼筋，咬合力是由于變形鋼筋肋間嵌入砼而產(chǎn)生。變形鋼筋的粘結(jié)主要來自鋼筋表面凸出的肋與砼的機械咬合作用。變形鋼筋的橫肋對砼的擠壓如同一個鍥，會產(chǎn)生很大的機械咬合作用，從而提高變形鋼筋粘結(jié)能力。鋼筋和砼接觸面上的化學吸附作用力。澆注時水泥漿體對鋼筋表面氧化層的滲透及水化時水泥晶體的生長和硬化。一般很小，僅在受力階段的局部無滑移區(qū)域起作用。接觸面發(fā)生相對滑移時即消失。摩阻力機械咬合力56 光面鋼筋和變形鋼筋的粘結(jié)機理的主要差別是，光面鋼筋粘結(jié)力主要來自膠結(jié)力和摩阻力；而變形鋼筋的主要來自機械咬合作用。二者的差別可以用釘入木料中的普通釘和螺絲釘?shù)牟顒e來理解。兩者粘結(jié)機理的區(qū)別571.4.2 影響粘結(jié)強度的因素螺旋型鋼筋或箍筋有利于