第3章-混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能

第三章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能 鋼筋混凝土兩者間的粘結(jié)強度變形粘結(jié)破壞的過程和機理常用鋼筋分為四類熱軋鋼筋冷拉鋼筋鋼絲熱處理鋼筋3.1鋼筋的種類及其力學(xué)性能1鋼筋的種類?熱軋鋼筋按其強度由低到高分為HPB235、HRB335、HRB400和RRB400?冷拉鋼筋和冷拔鋼筋是通過對某些等級的熱軋鋼筋進行冷加工而成，熱處理鋼筋是對某些特定型號的熱軋鋼筋進行處理得到的。光面鋼筋螺紋鋼筋月牙紋鋼筋人字紋鋼筋熱軋鋼筋、中高強鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋的形式—3DA—公稱直徑股鋼絞線量測尺寸鋼絞線圖2-1常用鋼筋形式刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲鋼絲是由熱軋鋼筋經(jīng)冷拔而成，根據(jù)原材料不同又分為冷拔低碳鋼絲和碳素鋼絲，鋼絲可刻痕(刻痕鋼絲)和鉸成鋼絞線，故鋼絲有：冷拉低碳鋼絲φb

碳素鋼絲φs

刻痕鋼絲φk

鋼絞線φj

熱處理鋼筋是對某些特定鋼號的熱軋鋼筋進行熱處理得到的。熱軋鋼筋的分類HPB235級、HRB335級、HRB400級、RRB400級屈服強度fyk（標準值=鋼材廢品限值，保證率97.73%）

fy（設(shè)計值）

HPB235級：fyk=235N/mm2、fy=210N/mm2HRB335級：fyk=335N/mm2、fy

=300N/mm2HRB400級、RRB400級：

fyk=400N/mm2、fy=400N/mm2

HPB235級(Ⅰ級)鋼筋多為光面鋼筋，多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋。

HRB335級(Ⅱ級)和

HRB400級(Ⅲ級)鋼筋強度較高，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Ⅱ級鋼筋作箍筋以增強與混凝土的粘結(jié)，外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋。

RRB400級(Ⅳ級)鋼筋強度太高，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。延伸率d5=25、16、14、10%，直徑8~40。

鋼筋的－曲線lPPA2鋼筋的力學(xué)性能由力學(xué)性能不同分成：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)對于有明顯屈服臺階的軟鋼取屈服強度

fy

作為強度設(shè)計依據(jù)。對于無明顯屈服臺階的硬鋼取條件屈服強度0.2作為強度設(shè)計依據(jù)。比例極限屈服強度極限強度o(N/mm2)fyfted流幅abcoa－彈性階段a－比例極限b－屈服強度cd－強化階段0.2%0.2(N/mm2)od－極限強度de－頸縮階段0.2－條件屈服強度b

或0.85b屈服強度、極限強度、伸長率、冷彎性能、可焊性、粘結(jié)性等。3鋼筋的力學(xué)性能指標取相應(yīng)于殘余應(yīng)變

=0.2%時的應(yīng)力0.2或取0.85b作為條件屈服強度。伸長率：冷彎性能：彎心直徑冷彎角度…1－10.2的定義：混凝土的組份：骨料水泥結(jié)晶體水泥凝膠體彈性變形的基礎(chǔ)塑性變形的基礎(chǔ)砼的強度及變形隨時間、隨環(huán)境的變化而變化。水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不同等級的砼。3.2

混凝土的強度和變形（1）立方體的抗壓強度fcu影響立方體強度的因素：試件尺寸、溫度、濕度、試驗方法。由于尺寸效應(yīng)的影響：fcu(150)=0.95fcu(100)

fcu(150)=1.05fcu(200)1

混凝土的強度用標準制作方式制成的150×150mm的立方體試塊，在28天齡期，用標準試驗方法測得具有95％保證率的抗壓強度?；炷翉姸鹊燃墸毫⒎襟w抗壓強度是區(qū)分混凝土強度等級的指標，我國規(guī)范混凝土的強度等級有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方體抗壓強度強度指標的確定強度隨機變量強度標準值根據(jù)統(tǒng)計資料，運用數(shù)理統(tǒng)計方法確定的具有一定保證率（95%）的統(tǒng)計特征值：強度標準值=強度平均值-1.645×均方差概率密度材料強度強度平均值強度標準值

按標準方法制作的150mm×l50mm×300mm的棱柱體試件，在溫度為20土3℃和相對濕度為90％以上的條件下養(yǎng)護28d，用標準試驗方法測得的具有95％保證率的抗壓強度。對于同一混凝土，棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度?？紤]到實際結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、養(yǎng)護和受力情況，實際構(gòu)件強度與試件強度之間存在差異，《規(guī)范》基于安全取偏低值，規(guī)定軸心抗壓強度標準值和立方體抗壓強度標準值的換算關(guān)系為：（2）混凝土軸心抗壓強度fc

式中：

α１為棱柱體強度與立方體強度之比，對不大于C50級的混凝土取0.76，對C80取0.82，其間按線性插值。α2為高強混凝土的脆性折減系數(shù)，對C40取1.0，對C80取0.87，中間按直線規(guī)律變化取值。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)。

fcu,k立方體強度標準值即為混凝土強度等級fcu。劈拉試驗FdF

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，但由于試驗比較困難，目前國內(nèi)外主要采用圓柱體或立方體的劈裂試驗來間接測試混凝土的軸心抗拉強度。拉壓壓（3）軸心抗拉強度ft（4）復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土強度雙向正應(yīng)力作用(如圖)1,2(壓－壓)強度增加1,2(拉－壓)強度降低1,2(拉－拉)強度基本不變?nèi)S受壓：(如圖)工程應(yīng)用：約束混凝土鋼管砼密配螺旋箍筋2003=50N/mm235N/mm213310N/mm21501005005101520251—2(N/mm2)1(‰)(1)混凝土的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系OA–––彈性階段A:0.3fcAB–––彈塑性階段:0.3fc～0.8fc

裂縫穩(wěn)定階段BC–––裂縫不穩(wěn)定階段:0.8fc～1.0fcCBDEfc00???Acu??2荷載作用下混凝土的變形性能特征點：0

–––對應(yīng)于峰值點應(yīng)變《規(guī)范》0

=0.002cu

–––混凝土極限壓應(yīng)變《規(guī)范》cu

=0.0033fc–––軸心抗壓強度應(yīng)力應(yīng)變曲線影響因素：混凝土強度、加載速度與軸心抗壓強度的關(guān)系：到軸心抗壓強度值時開始出現(xiàn)裂縫，到極限壓應(yīng)變時才破壞。(2)混凝土在多次重復(fù)荷載下的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系?如果我們將混凝土棱柱體試塊加荷使其壓應(yīng)力達到某個數(shù)值σ，然后卸荷至零，并把這一循環(huán)多次重復(fù)下去，就稱為多次重復(fù)荷載。?我們通常把能使試件循環(huán)200萬次或次數(shù)稍多時發(fā)生破壞的壓應(yīng)力稱為混凝土的疲勞抗壓強度，用符號表示。kcc0cecp0h原點彈性模量：…1－7…1－6

(3)混凝土的彈性模量割線模量：…1－9切線模量：

–––彈性系數(shù)0～1.0…1－10剪切模量：c=ce

+cp…1－8G=0.4Ec(4)混凝土的徐變和收縮混凝土在受到荷載作用后，在荷載(應(yīng)力)不變的情況下，變形(應(yīng)變)隨時間而不斷增長的現(xiàn)象。161284369121518212427?Acecr徐變ce彈性變形ch收縮ceaeerBCD(10–4)t(月)0徐變：混凝土的級配、水灰比、初始加載齡期、初應(yīng)力大小，養(yǎng)護使用條件等。徐變性質(zhì)：線性徐變初應(yīng)力c0.5fc徐變與初應(yīng)力呈正比非線性徐變c>0.5fc當c>0.8fc，徐變發(fā)展最終導(dǎo)致破壞作為混凝土的長期抗壓強度。徐變的影響因素：0.8fc徐變對結(jié)構(gòu)的影響：使構(gòu)件的變形增加；在截面中引起應(yīng)力重分布；在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中引起預(yù)應(yīng)力損失。徐變的影響因素：齡期；水灰比；骨料彈性模量；環(huán)境溫度；構(gòu)件尺寸等。混凝土在空氣中結(jié)硬體積減小的現(xiàn)象。蒸汽養(yǎng)護常溫養(yǎng)護051015200.10.20.30.4收縮(10–3)時間(月)收縮：收縮的性質(zhì)自由收縮約束收縮來自內(nèi)部的鋼筋約束來自支座的外部約束收縮對結(jié)構(gòu)的影響自由收縮一般不會引起拉應(yīng)力，故不會開裂約束收縮產(chǎn)生收縮應(yīng)力甚至開裂收縮的影響因素：水灰比、骨料彈性模量、環(huán)境溫度、濕度、構(gòu)件體積與表面積比值等。引起預(yù)應(yīng)力損失1、產(chǎn)生鋼筋和混凝土粘結(jié)強度的主要原因：

混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力；混凝土顆料的化學(xué)作用產(chǎn)生的混凝土與鋼筋之間的膠合力；

鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的局部粘結(jié)應(yīng)力。3.3鋼筋與混凝土間的粘結(jié)2、粘結(jié)應(yīng)力的類型：

由彎曲引起粘結(jié)應(yīng)力；

兩相鄰裂縫間鋼筋應(yīng)力不均勻引起的局部粘結(jié)應(yīng)力；

錨固粘結(jié)應(yīng)力。（1）由應(yīng)力原因分類沿鋼筋長度的粘結(jié)；鋼筋端部的錨固。（2）由在構(gòu)件中的位置分類3、粘結(jié)力的組成◆光圓鋼筋與變形鋼筋具有不同的粘結(jié)機理，其粘結(jié)作用主要由三部分組成：（１）鋼筋與混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用力（膠結(jié)力）（２）混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生的摩阻力。（摩阻力）（３）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬合作用力（咬合力）。◆變形鋼筋與混凝土之間的機械咬合作用主要是由于變形鋼筋肋間嵌入混凝土而產(chǎn)生的。變形鋼筋和混凝土的機械咬合作用4、保證粘結(jié)力的措施：

保證錨固長度和搭接長度；

保證鋼筋周圍的混凝土有足夠的厚度；(保護層厚度及鋼筋凈距)

光圓筋在端部做成彎鉤。一般除重銹鋼筋外，可不必除銹。。laTdmax

錨固長度的計算u錨固設(shè)計的基本原則是必須保證足夠的錨固粘結(jié)強度以使鋼筋強度得以充分利用，即5、鋼筋的錨固鋼筋的基本錨固長度取決于鋼筋的強度及混凝土抗拉強度，并與鋼筋的外形有關(guān)?！兑?guī)范》規(guī)定縱向受拉鋼筋的錨固長度作為鋼筋的基本錨固長度，采用上述計算公式。機械錨固措施。變形鋼筋及焊接骨架中的光圓鋼筋、軸心受壓構(gòu)件中的光圓鋼筋可不做彎鉤。6、鋼筋的搭接鋼筋搭接的原則是：接頭應(yīng)設(shè)置在受力較小處，同一根鋼筋上應(yīng)盡量少設(shè)接頭，機械連接接頭能產(chǎn)生較牢固的連接力，應(yīng)優(yōu)先采用機械連接。受拉鋼筋綁扎搭接接頭