鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)課件

1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)原理課程課件編寫(xiě)人：馬慶華、蘇慧、郭家明建筑工程系建筑工程教研室二00六年三月第 1 章 緒 論1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念1.1.1 1.1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的定義和分類(lèi)1. 定義:以混凝土為主制成的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為混凝土結(jié)構(gòu)。 2. 分類(lèi)：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、素混凝土結(jié)構(gòu)。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由配置受力的普通鋼筋、鋼筋網(wǎng)或鋼筋骨架的混凝土制成的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)由配置受力的預(yù)應(yīng)力鋼筋通過(guò)張拉或其他方法建立預(yù)加應(yīng)力的混凝土制成的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；素混凝土結(jié)構(gòu)由無(wú)筋或不配置受力鋼筋的混凝土制成的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為素混凝土結(jié)構(gòu)。1.1.2 配筋的作用與要求1.

2、1. 試驗(yàn)介紹 圖1-1圖1-1 (a )，(b)分別表示素混凝土簡(jiǎn)支梁和鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的破壞和受力情況。圖1-1 (a)所示的素混凝土梁在外加集中力和梁的自身重力作用下，梁截面的上部受壓，下部受拉。由于混凝土的抗拉性能很差，只要梁的跨中附近截面的受拉邊緣混凝土一開(kāi)裂，梁就突然斷裂，破壞前變形很小，沒(méi)有預(yù)兆，屬于脆性破壞類(lèi)型。 為了改變這種情況，在截面受拉區(qū)域的外側(cè)配置適量的鋼筋構(gòu)成鋼筋混凝土梁，見(jiàn)圖1-1 (b)。鋼筋主要承受梁中和軸以下受拉區(qū)的拉力，混凝土主要承受中和軸以上受壓區(qū)的壓力。由于鋼筋的抗拉能力和混凝土的抗壓能力都很大，即使受拉區(qū)的混凝土開(kāi)裂后梁還能繼續(xù)承受相當(dāng)大的荷載，直到受

3、拉鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度，此后荷載還可略有增加，當(dāng)受壓區(qū)混凝土被壓碎，梁才破壞。破壞前，變形較大，有明顯預(yù)兆，屬于延性破壞類(lèi)型。可見(jiàn)，與素混凝土梁相比，鋼筋混凝土梁的承載能力和變形能力都有很大提高，并且鋼筋與混凝土兩種材料的強(qiáng)度都能得到較充分的利用。(3) 鋼筋混凝土受壓柱 如圖1-1 (c)所示，在軸心受壓的柱子中通常也配置抗壓強(qiáng)度較高的鋼筋協(xié)助混凝土承受壓力，以提高柱子的承載能力和變形能力。由于鋼筋的抗壓強(qiáng)度比混凝土的高，所以柱子的截面尺寸可以小些。另外，配置了鋼筋還能改善受壓構(gòu)件破壞時(shí)的脆性，并可以承受偶然因素產(chǎn)生的拉力。2、 鋼筋和混凝土協(xié)同工作的主要原因(1) (1) 粘結(jié)力 混凝土硬化后

4、與鋼筋之間有良好的粘結(jié)力，從面可靠地結(jié)合在一起，共同變形、共同受力。 (2) 鋼筋和混凝土兩種材料的溫度線脹系數(shù)相近 鋼筋: 1.2 10-5 混凝土: 1.01.510-5 當(dāng)溫度變化時(shí)，鋼筋與混凝土之間不會(huì)產(chǎn)生由溫度引起的較大的相對(duì)變形造成的粘結(jié)破壞。(3) 防銹 混凝土包裹鋼筋，防止鋼筋銹蝕，耐久性好。3、在設(shè)計(jì)和施工中，鋼筋的端部要留有一定的錨固長(zhǎng)度，有的還要做彎鉤，以保證可靠地錨固，防止鋼筋受力后被拔出或產(chǎn)生較大的滑移；鋼筋的布置和數(shù)量應(yīng)由計(jì)算和構(gòu)造要求確定。1.1.3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)1. 1. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)：(1) 取材容易：混凝土所用的砂、石一般易于就地取材。

5、另外，還可有效利用礦渣、粉煤灰等工業(yè)廢料。(2) 合理用材：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)合理地發(fā)揮了鋼筋和混凝土兩種材料的性能，與鋼結(jié)構(gòu)相比，可以降低造價(jià)。(3) 耐久性：密實(shí)的混凝土有較高的強(qiáng)度，同時(shí)由于鋼筋被混凝土包裹，不易銹蝕，維修費(fèi)用也很少，所以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性比較好。(4) 耐火性：混凝土包裹在鋼筋外面，火災(zāi)時(shí)鋼筋不會(huì)很快達(dá)到軟化溫度而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體破壞。與裸露的木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)相比耐火性要好。(5) 可模性：根據(jù)需要，可以較容易地澆筑成各種形狀和尺寸的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。(6) 整體性：整澆或裝配整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有很好的整體性，有利于抗震、抵抗振動(dòng)和爆炸沖擊波。2. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也存在一些缺

6、點(diǎn):(1) 自身重力較大: 這對(duì)大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑結(jié)構(gòu)以及抗震不利，也給運(yùn)輸和施工吊裝帶來(lái)困難。(2) 抗裂性較差: 受拉和受彎等構(gòu)件在正常使用時(shí)往往帶裂縫工作，對(duì)一些不允許出現(xiàn)裂縫或?qū)α芽p寬度有嚴(yán)格限制的結(jié)構(gòu)，要滿足這些要求就需要提高工程造價(jià)。(3) 隔熱隔聲性能也較差。 針對(duì)這些缺點(diǎn)，可采用輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土以減輕自重，改善鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能。1.2 混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用概況 混凝土結(jié)構(gòu)使用至今已約有150年的歷史。與鋼、木和砌體結(jié)構(gòu)相比，由于它在物理力學(xué)性能及材料來(lái)源等方面有許多優(yōu)點(diǎn)，所以其發(fā)展速度很快，應(yīng)用也最廣泛。 隨著高強(qiáng)度鋼筋、高強(qiáng)度高性能混凝土（強(qiáng)度達(dá)到10

7、0n/mm2）以及高性能外加劑和混合材料的研制使用，高強(qiáng)高性能混凝土的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，鋼纖維混凝土和聚合物混凝土的研究和應(yīng)用有了很大發(fā)展。還有，輕質(zhì)混凝土、加氣混凝土、陶?；炷烈约袄霉I(yè)廢渣的“綠色混凝土”，不但改善了混凝土的性能，而且對(duì)節(jié)能和保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。此外，防射線、耐磨、耐腐蝕、防滲透、保溫等特殊需要的混凝土以及智能型混凝土及其結(jié)構(gòu)也正在研究中。 混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大，已從工業(yè)與民用建筑、交通設(shè)施、水利水電建筑和基礎(chǔ)工程擴(kuò)大到了近海工程、海底建筑、地下建筑、核電站安全殼等領(lǐng)域，甚至已開(kāi)始構(gòu)思和實(shí)驗(yàn)用于月面建筑。隨著輕質(zhì)高強(qiáng)材料的使用，在大跨度、高層建筑中的混

8、凝土結(jié)構(gòu)越來(lái)越多。 我國(guó)是使用混凝土結(jié)構(gòu)最多的國(guó)家，在高層建筑和多層框架中大多采用混凝土結(jié)構(gòu)。在民用建筑中也采用了定型化、標(biāo)準(zhǔn)化的裝配式鋼筋混凝土構(gòu)件。已建成的88層的上海金茂大廈，高420.5m,是我國(guó)目前最高的高層建筑。電視塔、水塔、水池、冷卻塔、煙囪、貯罐、筒倉(cāng)等特殊構(gòu)筑物也普遍采用了鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土，上海電視塔高468m，其高度為亞洲第一。此外，在大跨度的公共鋼筋混凝土桁架、門(mén)式剛架、拱、薄殼等結(jié)構(gòu)形式也有廣泛應(yīng)用。在鐵路、公路、城市的立交橋、高架橋、地鐵隧道，以及水利港口等交通工程中用鋼筋混凝土建造的水閘、水電站、船塢和碼頭已是星羅棋布。正在興建的長(zhǎng)江三峽水利樞紐工程，大壩高

9、186m，壩體混凝土用量達(dá)1527萬(wàn)m3，是世界上最大的水利工程。近年來(lái)，我國(guó)在混凝土基本理論與設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)可靠度與荷載分析、工業(yè)化建筑體系、結(jié)構(gòu)抗震與有限元方法、電子計(jì)算機(jī)在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用以及現(xiàn)代化測(cè)試技術(shù)等方面的研究也取得了很多新的成果，某些方面已達(dá)到或接近國(guó)際水平。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和研究向更完善更科學(xué)的方向發(fā)展。此外，在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法方面通過(guò)大量研究，取得了很大成績(jī)。新頒布的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 (gb50010-2002)積累了半個(gè)世紀(jì)以來(lái)豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和最新的科研成果，把我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法提高到了當(dāng)前的國(guó)際水平，它將在工程設(shè)計(jì)中發(fā)揮指導(dǎo)作用。1.3 1.

10、3 學(xué)習(xí)本課程要注意的問(wèn)題混凝土結(jié)構(gòu)課程通常按內(nèi)容的性質(zhì)可分為“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”和“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”兩部分。前者主要講述各種混凝土基本構(gòu)件的受力性能、截面設(shè)計(jì)計(jì)算方法和構(gòu)造等混凝土結(jié)構(gòu)的基本理論，屬于專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課內(nèi)容。后者主要講述梁板結(jié)構(gòu)、單層廠房、多層和高層房屋等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，屬于專(zhuān)業(yè)課內(nèi)容。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，并通過(guò)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生初步具有運(yùn)用這些理論知識(shí)正確進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和解決實(shí)際技術(shù)問(wèn)題的能力。學(xué)習(xí)本課程時(shí)，建議注意下面一些問(wèn)題：1.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)并注意擴(kuò)大知識(shí)面混凝土結(jié)構(gòu)的基本理論相當(dāng)于鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土的材料力學(xué)，它是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的，因此

11、除課堂學(xué)習(xí)以外，還要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)環(huán)節(jié)，以進(jìn)一步理解學(xué)習(xí)內(nèi)容和訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)的基本技能。當(dāng)有條件時(shí)，可進(jìn)行簡(jiǎn)支梁正截面受彎承載力、簡(jiǎn)支梁斜截面受剪承載力、偏心受壓短柱正截面受壓承載力的實(shí)驗(yàn)。混凝土結(jié)構(gòu)課程的實(shí)踐性很強(qiáng)，因此要加強(qiáng)課程作業(yè)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，并在學(xué)習(xí)過(guò)程中逐步熟悉和正確運(yùn)用我國(guó)頒布的一些設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)規(guī)程。諸如：建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（gb 50068）、建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（gb 50009-2001）、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（gb50010-2002）、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（ gb50011-2001）、鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程(jgj3-91)等。混凝

12、土結(jié)構(gòu)是一門(mén)發(fā)展很快的學(xué)科，學(xué)習(xí)時(shí)要多注意它的新動(dòng)向和新成就，以擴(kuò)大知識(shí)面。2.突出重點(diǎn)，并注意難點(diǎn)的學(xué)習(xí)本課程的內(nèi)容多、符號(hào)多、計(jì)算公式多、構(gòu)造規(guī)定也多，學(xué)習(xí)時(shí)要遵循教學(xué)大綱的要求，貫徹“少而精”的原則，突出重點(diǎn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。例如，第4章是上冊(cè)中的重點(diǎn)內(nèi)容，把它學(xué)好了，就為后面各章的學(xué)習(xí)打下了好的基礎(chǔ)。對(duì)學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)要找出它的根源，以利于化解。例如，上冊(cè)第5章中的抵抗彎矩圖常是難點(diǎn)，如果知道了畫(huà)抵抗彎矩圖的目的在于彎起、截?cái)嗔簝?nèi)縱向受力鋼筋，難點(diǎn)也就基本上化解了。3.深刻理解重要的概念，熟練掌握設(shè)計(jì)計(jì)算的基本功，切忌死記硬背教學(xué)大綱中對(duì)要求深刻理解的一些重要概念作了具體的規(guī)定。注意，深刻理解往

13、往不是一步到位的，而是隨著學(xué)習(xí)內(nèi)容的展開(kāi)和深入，逐步加深的。例如，學(xué)習(xí)上冊(cè)中的第9章和下冊(cè)中的第12章后就要回過(guò)頭來(lái)，加深對(duì)適筋梁正截面受彎三個(gè)受力階段的理解。要求熟練掌握的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容也在教學(xué)大綱中有明確的規(guī)定，它們是本課程的基本功。熟練掌握是指正確、快捷。為此，本教材各章后面給出的習(xí)題是要求認(rèn)真完成的。應(yīng)該是先復(fù)習(xí)教學(xué)內(nèi)容，搞懂例題后再做習(xí)題，切忌邊做題邊看例題。習(xí)題的正確答案往往不是唯一的，這也是本課程與一般的數(shù)學(xué)、力學(xué)課程所不同的。對(duì)構(gòu)造規(guī)定，也要著眼于理解，切忌死記硬背。事實(shí)上，不理解的東西也是難以記住的。當(dāng)然，對(duì)常識(shí)性的構(gòu)造規(guī)定是應(yīng)該知道的。思 考 題1.1 鋼筋混凝土梁破壞時(shí)有哪

14、些特點(diǎn)？鋼筋和混凝土是如何共同工作的？1.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？1.3 本課程主要包括哪些內(nèi)容？學(xué)習(xí)本課程要注意哪些問(wèn)題？第 2 章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能本 章 提 要鋼筋與混凝土的物理力學(xué)性能以及共同工作的特性直接影響混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的性能，也是混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算理論和設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)。本章講述鋼筋與混凝土的主要物理力學(xué)性能以及混凝土與鋼筋的粘結(jié)。2.1 混凝土的物理力學(xué)性能2.1.1 混凝土的組成結(jié)構(gòu) 普通混凝土是由水泥、砂、石材料用水拌合硬化后形成的人工石材，是多相復(fù)合材料。通常把混凝土的結(jié)構(gòu)分為三種基本類(lèi)型：微觀結(jié)構(gòu)即水泥石結(jié)構(gòu)；亞微觀結(jié)構(gòu)即混凝土中的水泥砂漿結(jié)構(gòu)；宏觀

15、結(jié)構(gòu)即砂漿和粗骨料兩組分體系。 微觀結(jié)構(gòu)（水泥石結(jié)構(gòu)）由水泥凝膠、晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成，其物理力學(xué)性能取決于水泥的化學(xué)礦物成分、粉磨細(xì)度、水灰比和凝結(jié)硬化條件等?；炷恋暮暧^結(jié)構(gòu)與亞微觀結(jié)構(gòu)有許多共同點(diǎn)，可以把水泥砂漿看作基相，粗骨料分布在砂漿中，砂漿與粗骨料的界面是結(jié)合的薄弱面。骨料的分布以及骨料與基相之間在界面的結(jié)合強(qiáng)度也是重要的影響因素。 澆注混凝土?xí)r的泌水作用會(huì)引起沉縮，硬化過(guò)程中由于水泥漿水化造成的化學(xué)收縮和干縮受到骨料的限制，會(huì)在不同層次的界面引起結(jié)合破壞，形成隨機(jī)分布的界面裂縫?；炷林械纳?、石、水泥膠體組成了彈性骨架，主要承受外力，并使混凝土具有彈性變形的特

16、點(diǎn)。而水泥膠體中的凝膠、孔隙和界面初始微裂縫等，在外力作用下使混凝土產(chǎn)生塑性變形。另一方面，混凝土中的孔隙、界面微裂縫等缺陷又往往是混凝土受力破壞的起源。由于水泥膠體的硬化過(guò)程需要多年才能完成，所以混凝土的強(qiáng)度和變形也隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)。2.1.2 2.1.2 單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度與水泥強(qiáng)度等級(jí)、水灰比有很大關(guān)系；骨料的性質(zhì)、混凝土的級(jí)配、混凝土成型方法、硬化時(shí)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(qiáng)度；試件的大小和形狀、試驗(yàn)方法和加載速率也影響混凝土強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果。因此各國(guó)對(duì)各種單向受力下的混凝土強(qiáng)度都規(guī)定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。 1.混凝土的抗壓強(qiáng)度 (1) 混凝

17、土的立方體抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度等級(jí)立方體試件的強(qiáng)度比較穩(wěn)定，所以我國(guó)把立方體強(qiáng)度值作為混凝土強(qiáng)度的基本指標(biāo)，并把立方體抗壓強(qiáng)度作為評(píng)定混凝土強(qiáng)度等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。1) 測(cè)定的方法我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法(gbj81-85)規(guī)定以邊長(zhǎng)為150mm的立方體為標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)立方體試件在(203)的溫度和相對(duì)濕度90以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28d，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的抗壓強(qiáng)度作為混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度，單位為n/mm2。2) 立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定用上述標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的具有95保證率的立方體抗壓強(qiáng)度作為混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，用符號(hào)fcu,k表示。3) 強(qiáng)度等級(jí)

18、的劃分及有關(guān)規(guī)定混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k確定?；炷翉?qiáng)度等級(jí)劃分有c15、c20、c25、c30、c35、c40、c45、c50、c55、c60、c65、c70、c75和c80，共14個(gè)等級(jí)。例如，c30表示立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為30n /mm2。其中，c50c80屬高強(qiáng)度混凝土范疇?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于c15；當(dāng)采用hrb335級(jí)鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于c20；當(dāng)采用hrb400和rrb400級(jí)鋼筋以及承受重復(fù)荷載的構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于c20。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于c30；

19、當(dāng)采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于c40o4) 試驗(yàn)方法對(duì)立方體抗壓強(qiáng)度的影響 圖2-1試件在試驗(yàn)機(jī)上單向受壓時(shí)，豎向縮短，橫向擴(kuò)張，由于混凝土與壓力機(jī)墊板彈性模量與橫向變形系數(shù)不同，壓力機(jī)墊板的橫向變形明顯小于混凝土的橫向變形，所以墊板通過(guò)接觸面上的摩擦力約束混凝土試塊的橫向變形，就象在試件上下端各加了一個(gè)套箍，致使混凝土破壞時(shí)形成兩個(gè)對(duì)頂?shù)慕清F形破壞面，抗壓強(qiáng)度比沒(méi)有約束的情況要高。如果在試件上下表面涂一些潤(rùn)滑劑，這時(shí)試件與壓力機(jī)墊板間的摩擦力大大減小，其橫向變形幾乎不受約束，受壓時(shí)沒(méi)有“套箍”作用的影響，試件將沿著平行于力的作用方向產(chǎn)生幾條裂縫而破壞，測(cè)

20、得的抗壓強(qiáng)度就低。我國(guó)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法是不涂潤(rùn)滑劑的。5) 加載速度對(duì)立方體強(qiáng)度的影響加載速度越快，測(cè)得的強(qiáng)度越高。通常規(guī)定加載速度為：混凝土強(qiáng)度等級(jí)低于c30時(shí)，取每秒鐘0.30.5n/mm2；混凝土強(qiáng)度等級(jí)高于或等于c30時(shí)，取每秒鐘0.50.8n/mm2。6) 齡期對(duì)立方體強(qiáng)度的影響 圖2-2混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度隨著成型后混凝土的齡期逐漸增長(zhǎng)，增長(zhǎng)速度開(kāi)始較快，后來(lái)逐漸緩慢，強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程往往要延續(xù)幾年，在潮濕環(huán)境中往往延續(xù)更長(zhǎng)。7) 幾點(diǎn)說(shuō)明 施工單位按圖紙規(guī)定的強(qiáng)度等級(jí)制作混凝土, 現(xiàn)場(chǎng)用同樣的混凝土制作一定量的試塊, 以檢驗(yàn)其立方體抗壓強(qiáng)度是否滿足要求； 立方體抗壓強(qiáng)度是在實(shí)驗(yàn)室

21、條件下取得的抗壓強(qiáng)度（標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊）； 結(jié)構(gòu)實(shí)體的環(huán)境條件與實(shí)驗(yàn)室標(biāo)養(yǎng)試塊不同，標(biāo)養(yǎng)試塊立方體強(qiáng)度不能真實(shí)反應(yīng)結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土的抗壓強(qiáng)度，必須增加同條件養(yǎng)護(hù)試塊立方體強(qiáng)度予以判定結(jié)構(gòu)實(shí)體的強(qiáng)度； 不同尺寸試件的“尺寸效應(yīng)” :fcu(200)1.05 = fcu(150) =fcu(100)0.95(2) 混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度 fc混凝土的抗壓強(qiáng)度與試件的形狀有關(guān)，采用棱柱體比立方體能更好地反映混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際抗壓能力。用混凝土棱柱體試件測(cè)得的抗壓強(qiáng)度稱(chēng)軸心抗壓強(qiáng)。 1) 測(cè)定的方法 圖2-3我國(guó)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法規(guī)定以150mm150mm300mm的棱柱體作為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的標(biāo)

22、準(zhǔn)試件。棱柱體試件與立方體試件的制作條件相同，試件上下表面不涂潤(rùn)滑劑。棱柱體試件的抗壓強(qiáng)度都比立方體的強(qiáng)度值小，并且棱柱體試件高寬比越大，強(qiáng)度越小。2) 軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定以150mm150mm300mm的棱柱體試件試驗(yàn)測(cè)得的具有95保證率的抗壓強(qiáng)度為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，用符號(hào)fck表示。 3) 軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系 圖2-4圖2-4是根據(jù)我國(guó)所做的混凝土棱柱體與立方體抗壓強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范基于安全取偏低值，軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系按下式確定： fck0.88c1c2fcu,k (2-1)式

23、中：c1為棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比，對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為c50及以下的取c1 = 0.76，對(duì)c80取c1 = 0.82，在此之間按直線規(guī)律變化取值。c2為高強(qiáng)度混凝土的脆性折減系數(shù)，對(duì)c40及以下取c2 =1.00,對(duì)c80取c2 =0.87,中間按直線規(guī)律變化取值。0.88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)。國(guó)外常采用混凝土圓柱體試件來(lái)確定混凝土軸心抗壓強(qiáng)度。例如美國(guó)、日本和歐洲混凝土協(xié)會(huì)(ceb)系采用直徑6英寸(152mm)、高12英寸(305mm)的圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度作為軸心抗壓強(qiáng)度的指標(biāo)，記作fc。 混凝土軸心 fc=0.79 fcu,k (2-2)2.

24、 混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度f(wàn)t抗拉強(qiáng)度是混凝土的基本力學(xué)指標(biāo)之一，也可用它間接地衡量混凝土的沖切強(qiáng)度等其他力學(xué)性能。(1)測(cè)定的方法 圖2-5可以采用直接軸心受拉的試驗(yàn)方法來(lái)測(cè)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(zhǔn)確測(cè)定抗拉強(qiáng)度是很困難的。所以，國(guó)內(nèi)外也常用如圖2-5所示的圓柱體或立方體的劈裂試驗(yàn)來(lái)間接測(cè)試混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度。根據(jù)彈性理論，劈拉強(qiáng)度f(wàn)t,s可按下式計(jì)算： 圓柱體 ft,s2f/(d) (2-3) 立方體 ft,s2p/a2 試驗(yàn)表明，劈裂抗拉強(qiáng)度略大于直接受拉強(qiáng)度，劈拉試件的大小對(duì)試驗(yàn)結(jié)果也有一定影響。軸心抗拉強(qiáng)度只有立方抗壓強(qiáng)度的1/171/8，混凝土

25、強(qiáng)度等級(jí)愈高，這個(gè)比值愈小。(2) 軸心抗拉強(qiáng)度f(wàn)tk與立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu,k的關(guān)系 圖2-6 ftk0.880.395 fcu,k0.55(1-1.645d) 0.45 a2 (2-4)2.1.3 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度實(shí)際混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件大多是處于復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，例如框架梁、柱既受到柱軸向力作用，又受到彎矩和剪力的作用。節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土受力狀態(tài)一般更為復(fù)雜。同時(shí)，研究復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度，對(duì)于認(rèn)識(shí)混凝土的強(qiáng)度理論也有重要的意義。1. 雙向應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度 圖2-7在兩個(gè)平面作用著法向應(yīng)力l和2，第三個(gè)平面上應(yīng)力為零的雙向應(yīng)力狀態(tài)下，不同混凝土強(qiáng)度的二向破壞包絡(luò)圖如圖2-7所示，圖

26、中0是單軸向受力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度。一旦超出包絡(luò)線就意味著材料發(fā)生破壞。(1) 雙向受拉: 圖中第一象限為雙向受拉區(qū)，l、2相互影響不大，雙向受拉強(qiáng)度均接近于單向受拉強(qiáng)度。(2) 雙向受壓: 第三象限為雙向受壓區(qū)，大體上一向的強(qiáng)度隨另一向壓力的增加而增加，混凝土雙向受壓強(qiáng)度比單向受壓強(qiáng)度最多可提高27。(3) 拉-壓狀態(tài)：第二、四象限為拉-壓應(yīng)力狀態(tài)，此時(shí)混凝土的強(qiáng)度均低于單向拉伸或壓縮時(shí)的強(qiáng)度。 2. 法向應(yīng)力與剪應(yīng)力組合混凝土的強(qiáng)度 圖2-8壓應(yīng)力低時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而增大；當(dāng)壓應(yīng)力約超過(guò)0.6 fc時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而減小。也就是說(shuō)由于存在剪應(yīng)力，混凝土的抗壓強(qiáng)度要低于單

27、向抗壓強(qiáng)度。另外，還可以看出，抗剪強(qiáng)度隨著拉應(yīng)力的增大而減小，也就是說(shuō)剪應(yīng)力的存在也會(huì)使抗拉強(qiáng)度降低。3. 三向受壓狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度混凝土在三向受壓的情況下，由于受到側(cè)向壓力的約束作用，最大主壓應(yīng)力軸的抗壓強(qiáng)度f(wàn)cc(l)有較大程度的增長(zhǎng)，其變化規(guī)律隨兩側(cè)向壓應(yīng)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?chē)右簤?，在兩?cè)向等壓(2=3= fl0)的情況下進(jìn)行的。由試驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)公式為： fcc fc+(4.57.0)fl （2-5）式中 fcc 有側(cè)向壓力約束試件的軸心抗壓強(qiáng)度； fc 無(wú)側(cè)向壓力約束試件的軸心抗壓強(qiáng)度； fl 側(cè)向約束壓應(yīng)力。公式中，fl前的數(shù)字為側(cè)向應(yīng)力系數(shù)

28、，平均值為5.6,當(dāng)側(cè)向壓應(yīng)力較低時(shí)得到的系數(shù)值較高。常見(jiàn)工程范例：鋼管混凝土柱、螺旋箍筋柱、密排側(cè)向箍筋柱。 可提供側(cè)向約束, 以提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和延性。2.1.4 混 凝 土 的 變 形 變形是混凝土的一個(gè)重要力學(xué)性能。包括受力變形和體積變形。受力變形: 混凝土在一次短期加載、荷載長(zhǎng)期作用和多次重復(fù)荷載作用下產(chǎn)生的變形，這類(lèi)變形稱(chēng)為受力變形。體積變形: 混凝土由于硬化過(guò)程中的收縮以及溫度和濕度變化所產(chǎn)生的變形，這類(lèi)變形稱(chēng)為體積變形。1.一次短期加載下混凝土的變形性能(1)混凝土受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系（-關(guān)系曲線一次短期加載是指荷載從零開(kāi)始單調(diào)增加至試件破壞，也稱(chēng)單調(diào)加載。在普通試驗(yàn)機(jī)上

29、獲得有下降段的應(yīng)力-應(yīng)變曲線是比較困難的。若采用有伺服裝置能控制下降段應(yīng)變速度的特殊試驗(yàn)機(jī)，就可以測(cè)量出具有真實(shí)下降段的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€。我國(guó)采用棱柱體試件測(cè)定一次短期加載下混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€。可以看到，這條曲線包括上升段和下降段兩個(gè)部分：1) 上升段（oc），又可分為三段：oa段 (0.3fc 0.4fc )：從加載至a點(diǎn)為第1階段，混凝土的變形主要是彈性變形，應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系接近直線，稱(chēng)a點(diǎn)為比例極限點(diǎn)；ab段 (0.3fc0.8fc )：超過(guò)a點(diǎn)，進(jìn)人裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展的第2階段，混凝土的變形為彈塑性變形，臨界點(diǎn)b的應(yīng)力可以作為長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度的依據(jù)；bc段 (0.8fc1.0fc)：裂縫快

30、速發(fā)展的不穩(wěn)定狀態(tài)直至峰點(diǎn)c，這一階段為第3階段，這時(shí)的峰值應(yīng)力max通常作為混凝土棱柱體的抗壓強(qiáng)度f(wàn)c，相應(yīng)的應(yīng)變稱(chēng)為峰值應(yīng)變0，其值在0.00150.0025之間波動(dòng)，通常取0=0.002。圖2-9混凝土棱柱體受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線2) 下降段（ce）：在峰值應(yīng)力以后，裂縫迅速發(fā)展，試件的平均應(yīng)力強(qiáng)度下降，應(yīng)力-應(yīng)變曲線向下彎曲，直到凹向發(fā)生改變，曲線出現(xiàn)“拐點(diǎn)（d）”。超過(guò)“拐點(diǎn)”，曲線開(kāi)始凸向應(yīng)變軸，此段曲線中曲率最大的一點(diǎn)e稱(chēng)為“收斂點(diǎn)”。從收斂點(diǎn)e開(kāi)始以后的曲線稱(chēng)為收斂段，這時(shí)貫通的主裂縫已很寬，對(duì)無(wú)側(cè)向約束的混凝土，收斂段ef已失去結(jié)構(gòu)意義。3) 不同強(qiáng)度的混凝土的-關(guān)系曲線比較 圖

31、2-10 混凝土強(qiáng)度等級(jí)高，其峰值應(yīng)變0增加不多； 上升段曲線相似； 下降段區(qū)別較大：強(qiáng)度等級(jí)低，下降段平緩，應(yīng)力下降慢；強(qiáng)度等級(jí)高的混凝土，下降段較陡，應(yīng)力下降很快。（等級(jí)高的混凝土，受壓時(shí)的延性不如等級(jí)低的混凝土）圖2-10 不同強(qiáng)度的混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線比較4) 加載速度對(duì)混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)值的影響 加載慢，最大應(yīng)力值有所減小，相應(yīng)于最大應(yīng)力值時(shí)的應(yīng)變?cè)黾樱?加載快，最大應(yīng)力值有所增大，相應(yīng)于最大應(yīng)力值時(shí)的應(yīng)變減??； (2) 混凝土單軸向受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型1）美國(guó) e.hognestad 建議的模型模型的上升段為二次拋物線,下降段為斜直線。 上升段： （2-6）下降段： （2-7

32、）式中 fc峰值應(yīng)力（棱柱體極限抗壓強(qiáng)度）； 。相應(yīng)于峰值應(yīng)力時(shí)的應(yīng)變，取。=0.002； u極限壓應(yīng)變，取u =0.0038。 圖2-11 hognestad 建議的應(yīng)力-應(yīng)變曲線2）德國(guó)rusch建議的模型該模型形式較簡(jiǎn)單，模型的上升段也采用二次拋物線,下降段則采用水平直線。上升段： （2-8）下降段： （2-9）式中 。=0.002；u =0.0035。圖2-12 rusch建議的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(3) 三向受壓狀態(tài)下混凝土的變形特點(diǎn)混凝土試件橫向受到約束時(shí)，可以提高其抗壓強(qiáng)度，也可以提高其延性。三向受壓下混凝土圓柱體的軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以由周?chē)靡后w壓力加以約束的圓柱體進(jìn)行加壓試驗(yàn)得到

33、。隨著側(cè)向壓力的增加，試件的強(qiáng)度和延性都有顯著提高。工程上可以通過(guò)設(shè)置密排螺旋筋或箍筋來(lái)約束混凝土，改善鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能。圖2-13 混凝土圓柱體三向受壓試驗(yàn)時(shí)軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖2-14 用螺旋筋約束的混凝土圓柱體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(4) 混凝土的變形模量與彈性材料不同，混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是一條曲線，在不同的應(yīng)力階段，應(yīng)力與應(yīng)變之比的變形模量是一個(gè)變數(shù)?；炷恋淖冃文Ａ坑腥缦氯N表示方法。圖2-15 混凝土變形模量的表示方法1) 混凝土的彈性模量（即原點(diǎn)模量）在應(yīng)力-應(yīng)變曲線的原點(diǎn)（圖中的o點(diǎn)）作一切線，其斜率為混凝土的原點(diǎn)模量，稱(chēng)為彈性模量，以ec表示。 ectgo （2-10

34、）式中 o混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線在原點(diǎn)處的切線與橫坐標(biāo)的夾角。彈性模量的測(cè)試方法：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)尺寸150mm150mm300mm的棱柱體試件，先加載至=0.5fc，然后卸載至零，再重復(fù)加載卸載5 10次。由于混凝土不是彈性材料，每次卸載至應(yīng)力為零時(shí)，存在殘余變形，隨著加載次數(shù)增加，應(yīng)力-應(yīng)變曲線漸趨穩(wěn)定并基本上趨于直線。該直線的斜率即定為混凝土的彈性模量。2) 混凝土的變形模量連接圖2-15中o點(diǎn)至曲線任一點(diǎn)應(yīng)力為c處割線的斜率，稱(chēng)為任意點(diǎn)割線模量或稱(chēng)變形模量。由于總變形c中包含彈性變形ela和塑性變形pla兩部分，由此所確定的模量也可稱(chēng)為彈塑性模量。它的表達(dá)式為：ectg1 （2-11）混凝土的變形

35、模量是個(gè)變值，它隨應(yīng)力大小而不同。3)混凝土的切線模量在混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線上某一應(yīng)力c處作一切線，其應(yīng)力增量與應(yīng)變?cè)隽恐戎捣Q(chēng)為相應(yīng)于應(yīng)力c時(shí)混凝土的切線模量。 ectg （2-12）混凝土的切線模量也是一個(gè)變值，它隨著混凝土的應(yīng)力增大而減小。注意：混凝土不是彈性材料，所以不能用已知的混凝土應(yīng)變乘以規(guī)范中所給的彈性模量值去求混凝土的應(yīng)力。只有當(dāng)混凝土應(yīng)力很低時(shí)，它的彈性模量與變形模量值才近似相等?；炷恋膹椥阅Ａ靠砂聪率接?jì)算 (kn/mm2) （2-13）(5) 混凝土軸向受拉時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 曲線形狀與受壓時(shí)相似，具有上升段和下降段。試驗(yàn)測(cè)試表明，在試件加載的初期，變形與應(yīng)力呈線性增長(zhǎng)，

36、至峰值應(yīng)力的4050達(dá)比例極限，加載至峰值應(yīng)力的7683時(shí)，曲線出現(xiàn)臨界點(diǎn)（即裂縫不穩(wěn)定擴(kuò)展的起點(diǎn)），到達(dá)峰值應(yīng)力時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變只有7510-6 11510-6。曲線下降段的坡度隨混凝土強(qiáng)度的提高而更陡峭。受拉彈性模量與受壓彈性模量值基本相同。圖2-16 不同強(qiáng)度的混凝土拉伸應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€2. 荷載長(zhǎng)期作用下混凝土的變形性能(徐變) （1）徐變的概念結(jié)構(gòu)或材料承受的荷載或應(yīng)力不變，而應(yīng)變或變形隨時(shí)間增長(zhǎng)的現(xiàn)象稱(chēng)為徐變。混凝土的徐變特性主要與時(shí)間參數(shù)有關(guān)。1) 加荷瞬時(shí)變形ela當(dāng)對(duì)棱柱體試件加載，應(yīng)力達(dá)到（0.11.0）fc某一值時(shí)，其加載瞬間產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)樗矔r(shí)應(yīng)變ela。2) 混凝土的徐變cr

37、若保持荷載不變，隨著加載作用時(shí)間的增加，應(yīng)變也將繼續(xù)增長(zhǎng)，這就是混凝土的徐變cr。一般，徐變開(kāi)始增長(zhǎng)較快，以后逐漸減慢，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間后就逐漸趨于穩(wěn)定。徐變應(yīng)變值約為瞬時(shí)應(yīng)變的1-4倍。圖2-17 混凝土的徐變（應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系曲線）(2) 線性徐變和非線性徐變混凝土的徐變與混凝土的應(yīng)力大小有著密切的關(guān)系。應(yīng)力越大徐變也越大，隨著混凝土應(yīng)力的增加，混凝土徐變將發(fā)生不同的情況:圖2-18 壓應(yīng)力與徐變的關(guān)系1) 線性徐變當(dāng)混凝土應(yīng)力c0.5fc時(shí)，徐變與應(yīng)力成正比，曲線接近等間距分布，這種情況稱(chēng)為線性徐變。2) 非線性徐變當(dāng)混凝土應(yīng)力c0.5fc時(shí)，徐變變形與應(yīng)力不成正比，徐變變形比應(yīng)力增長(zhǎng)要快，

38、稱(chēng)為非線性徐變。在非線性徐變范圍內(nèi)，當(dāng)加載應(yīng)力過(guò)高時(shí)，徐變變形急劇增加不再收斂，呈非穩(wěn)定徐變的現(xiàn)象，可能造成混凝土的破壞?；炷翗?gòu)件在使用期間，應(yīng)當(dāng)避免經(jīng)常處于不變的高應(yīng)力狀態(tài)。一般地, 混凝土長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度取(0.750.8)fc。(3) 產(chǎn)生徐變的主要原因1) 水泥膠體的塑性變形。加載時(shí)混凝土的齡期越早，徐變?cè)酱蟆?) 混凝土內(nèi)部微裂縫的持續(xù)發(fā)展。 (4) 影響徐變的因素1) 內(nèi)在因素混凝土組成成分水泥用量越多，徐變?cè)酱?；水灰比越大，徐變也越大。骨料彈性性質(zhì)也明顯地影響徐變值，一般，骨料越堅(jiān)硬，彈性模量越高，對(duì)水泥石徐變的約束作用越大，混凝土的徐變?cè)叫　D2-20 骨料對(duì)徐變的影響2) 環(huán)境

39、因素養(yǎng)護(hù)及使用時(shí)的溫度、濕度養(yǎng)護(hù)時(shí)溫度高、濕度大，水泥水化作用充分，徐變?cè)叫?；而使用受到荷載作用后所處的環(huán)境溫度越高、濕度越低，則徐變?cè)酱蟆?) 應(yīng)力條件混凝土的應(yīng)力大小混凝土的應(yīng)力越大徐變也越大。(5) 徐變對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的工作性能的影響由于混凝土的徐變，會(huì)使構(gòu)件的變形增加，在鋼筋混凝土截面中引起應(yīng)力重分布。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中會(huì)造成預(yù)應(yīng)力損失。3. 混凝土在荷載重復(fù)作用下的變形（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)作用下引起的破壞稱(chēng)為疲勞破壞。疲勞現(xiàn)象大量存在于工程結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土吊車(chē)梁受到重復(fù)荷載的作用，鋼筋混凝土道橋受到車(chē)輛振動(dòng)的影響以及港口海岸的混凝

40、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。疲勞破壞的特征是裂縫小而變形大。(1) 混凝土在荷載重復(fù)作用下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線1）1或2fcf時(shí): 對(duì)混凝土棱柱體試件，一次加載應(yīng)力1或2小于混凝土疲勞強(qiáng)度f(wàn)cf時(shí)，其加載卸載應(yīng)力-應(yīng)變曲線oab形成了一個(gè)環(huán)狀。而在多次加載、卸載作用下，應(yīng)力-應(yīng)變環(huán)會(huì)越來(lái)越密合，經(jīng)過(guò)多次重復(fù)，這個(gè)曲線就密合成一條直線。2）3fcf時(shí): 開(kāi)始，混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線凸向應(yīng)力軸，在重復(fù)荷載過(guò)程中逐漸變成直線，再經(jīng)過(guò)多次重復(fù)加卸載后，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線由凸向應(yīng)力軸而逐漸凸向應(yīng)變軸，以致加卸載不能形成封閉環(huán)，這標(biāo)志著混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展加劇趨近破壞。隨著重復(fù)荷載次數(shù)的增加，

41、應(yīng)力-應(yīng)變曲線傾角不斷減小，至荷載重復(fù)到某一定次數(shù)時(shí)，混凝土試件會(huì)因嚴(yán)重開(kāi)裂或變形過(guò)大而導(dǎo)致破壞。圖2-21 混凝土在重復(fù)荷載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(2) 混凝土的疲勞強(qiáng)度f(wàn)cf 1) 測(cè)定方法混凝土的疲勞強(qiáng)度用疲勞試驗(yàn)測(cè)定。疲勞試驗(yàn)采用100mml00mm300mm或150mm150mm450mm的棱柱體，把能使棱柱體試件承受200萬(wàn)次或其以上循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓應(yīng)力值稱(chēng)為混凝土的疲勞抗壓強(qiáng)度。2) 疲勞應(yīng)力比值cf混凝土的疲勞強(qiáng)度與重復(fù)作用時(shí)應(yīng)力變化的幅度有關(guān)。在相同的重復(fù)次數(shù)下，疲勞強(qiáng)度隨著疲勞應(yīng)力比值的減小而增大。疲勞應(yīng)力比值cf按下式計(jì)算：cf =cf,min/ cf,max （2

42、-14）式中 cf,min、cf,max表示截面同一纖維上的混凝土最小應(yīng)力及最大應(yīng)力。4. 混凝土的收縮與膨脹混凝土凝結(jié)硬化時(shí)，在空氣中體積收縮，在水中體積膨脹。通常，收縮值比膨脹值大很多。混凝土的收縮值隨著時(shí)間而增長(zhǎng)，蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土的收縮值要小于常溫養(yǎng)護(hù)下的收縮值。圖2-22 混凝土的收縮養(yǎng)護(hù)不好以及混凝土構(gòu)件的四周受約束從而阻止混凝土收縮時(shí)，會(huì)使混凝土構(gòu)件表面或水泥地面上出現(xiàn)收縮裂縫。影響混凝土收縮的因素有：(1) 水泥的品種：水泥強(qiáng)度等級(jí)越高制成的混凝土收縮越大。(2) 水泥的用量：水泥越多，收縮越大；水灰比越大，收縮也越大。(3) 骨料的性質(zhì)：骨料的彈性模量大，收縮小。(4) 養(yǎng)護(hù)條件

43、：在結(jié)硬過(guò)程中周?chē)鷾亍穸仍酱?，收縮越小。(5) 混凝土制作方法：混凝土越密實(shí)，收縮越小。(6) 使用環(huán)境：使用環(huán)境溫度、濕度大時(shí)，收縮小。(7) 構(gòu)件的體積與表面積比值：比值大時(shí)，收縮小。2.2 鋼筋的物理力學(xué)性能2.2.1 鋼筋的品種和級(jí)別1. 鋼材按化學(xué)成分分類(lèi)混凝土結(jié)構(gòu)中使用的鋼材按化學(xué)成分，可分為碳素鋼及普通低合金鋼兩大類(lèi)。(1) 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0.25、中碳鋼（含碳量0. 250.6）和高碳鋼（含碳量0.61.4），含碳量越高強(qiáng)度越高，但是塑性和可焊性會(huì)降低。(2) 普通低合金鋼除碳素鋼中已

44、有的成分外，再加入少量的硅、錳、鈦、釩、鉻等合金元素，可有效地提高鋼材的強(qiáng)度和改善鋼材的其他性能。目前我國(guó)普通低合金鋼按加入元素種類(lèi)有以下幾種體系：錳系（20mnsi,25mnsi）、硅釩系(40si2mnv、45simnv )、硅鈦系(45si2mnti)、硅錳系(40si2mn,48si2mn)、硅鉻系(45si2cr)。2. 鋼筋的品種和級(jí)別混凝土結(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(guó)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)的國(guó)產(chǎn)預(yù)應(yīng)力鋼筋可使用消除應(yīng)力鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線，也可使用熱處理鋼筋。(1) 熱軋鋼筋熱軋鋼筋是低碳鋼、普通低合金鋼在高溫狀態(tài)下軋制而成。熱軋

45、鋼筋為軟鋼，其應(yīng)力應(yīng)變曲線有明顯的屈服點(diǎn)和流幅，斷裂時(shí)有“頸縮”現(xiàn)象，伸長(zhǎng)率比較大。熱軋鋼筋根據(jù)其力學(xué)指標(biāo)的高低，分為以下四個(gè)種類(lèi)：hpb235級(jí) （級(jí)，符號(hào)）hrb335級(jí) （級(jí)，符號(hào)）hrb400級(jí) （級(jí)，符號(hào)）rrb400級(jí) （余熱處理級(jí)，符號(hào)） 級(jí)鋼筋的強(qiáng)度最低，級(jí)鋼筋的次之，級(jí)鋼筋的最高。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(jí)鋼筋。(2) 預(yù)應(yīng)力鋼筋1) 消除應(yīng)力鋼絲消除應(yīng)力鋼絲是將鋼筋拉拔后，校直，經(jīng)中溫回火消除應(yīng)力并穩(wěn)定化處理的光面鋼絲。2) 螺旋肋鋼絲螺旋肋鋼絲是以普通低碳鋼或低合金鋼熱軋的圓盤(pán)條為母材，經(jīng)冷軋減徑后在其表面冷軋成二面或三面有月牙肋的鋼筋。光面鋼

46、絲和螺旋肋鋼絲按直徑可分為4、5、6、7、8、9六個(gè)級(jí)別。 3) 刻痕鋼絲刻痕鋼絲是在光面鋼絲的表面上進(jìn)行機(jī)械刻痕處理，以增加與混凝土的粘結(jié)能力，分5、7兩種。4) 鋼絞線鋼絞線是由多根高強(qiáng)鋼絲捻制在一起經(jīng)過(guò)低溫回火處理清除內(nèi)應(yīng)力后而制成，分為2股、3股和7股三種。5) 熱處理鋼筋熱處理鋼筋是將特定強(qiáng)度的熱軋鋼筋再通過(guò)加熱、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)度能得到較大幅度的提高，而塑性降低并不多。熱處理鋼筋是硬鋼。其應(yīng)力應(yīng)變曲線沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)，伸長(zhǎng)率小，質(zhì)地硬脆。熱處理鋼筋有40si2mn、48si2mn和45si2cr三種。3. 鋼筋的冷加工方法冷拉或冷拔的冷加工方法可以提高

47、熱軋鋼筋的強(qiáng)度。1) 冷拉: 鋼筋的冷拉應(yīng)力值必須超過(guò)鋼筋的屈服強(qiáng)度。冷拉后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間鋼筋的屈服點(diǎn)比原來(lái)的屈服點(diǎn)有所提高，這種現(xiàn)象稱(chēng)為時(shí)效硬化。鋼筋經(jīng)過(guò)冷拉和時(shí)效硬化以后，能提高屈服強(qiáng)度、節(jié)約鋼材，但冷拉后鋼筋的塑性（伸長(zhǎng)率）有所降低。為了保證鋼筋在強(qiáng)度提高的同時(shí)又具有一定的塑性，冷拉時(shí)應(yīng)同時(shí)控制應(yīng)力和控制應(yīng)變。2) 冷拔: 冷拔鋼筋是將鋼筋用強(qiáng)力拔過(guò)比它本身直徑還小的硬質(zhì)合金拔絲模，這時(shí)鋼筋同時(shí)受到縱向拉力和橫向壓力的作用，截面變小而長(zhǎng)度拔長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)幾次冷拔，鋼絲的強(qiáng)度比原來(lái)有很大提高，但塑性降低很多。冷拉只能提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度，冷拔則可同時(shí)提高抗拉及抗壓強(qiáng)度。冷加工鋼筋應(yīng)用時(shí)可參照相應(yīng)的

48、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。4. 鋼筋的形式鋼筋的形式有光圓和帶肋兩類(lèi)，帶肋鋼筋又分等高肋和月牙肋兩種。級(jí)鋼筋是光圓鋼筋，級(jí)、級(jí)鋼筋是帶肋的，統(tǒng)稱(chēng)為變形鋼筋。鋼絲的外形通常為光圓，也有在表面刻痕的。圖2-23 鋼筋的形式2.2.2 鋼筋的強(qiáng)度和變形鋼筋的強(qiáng)度和變形性能可以用拉伸試驗(yàn)得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線來(lái)說(shuō)明。鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，有的有明顯的流幅（例如熱軋低碳鋼筋hpb235級(jí)和熱軋低合金鋼筋hrb335級(jí)、hrb400級(jí)、rrb400級(jí)）；有的則沒(méi)有明顯的流幅（例如預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋）。1. 有明顯流幅的鋼筋的強(qiáng)度和變形(1) 應(yīng)力-應(yīng)變曲線(-曲線)1) oa段 彈性階段：應(yīng)力與應(yīng)變成比例變化，

49、與a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱(chēng)為比例極限或彈性極限。2) ac段 屈服階段：過(guò)a點(diǎn)后，應(yīng)力基本不增加而應(yīng)變急劇增長(zhǎng)，曲線接近水平線。b點(diǎn)到c點(diǎn)的水平距離的大小稱(chēng)為流幅或屈服臺(tái)階。b點(diǎn)稱(chēng)為屈服上限，b點(diǎn)稱(chēng)為屈服下限，有明顯流幅的熱軋鋼筋屈服強(qiáng)度是按屈服下限確定的。3) cd段 強(qiáng)化階段：過(guò)c點(diǎn)以后，應(yīng)力又繼續(xù)上升，說(shuō)明鋼筋的抗拉能力又有所提高。隨著曲線上升到最高點(diǎn)d,相應(yīng)的應(yīng)力稱(chēng)為鋼筋的極限強(qiáng)度。4) de段 頸縮階段：過(guò)了d點(diǎn)，試件薄弱處的截面將會(huì)突然顯著縮小，發(fā)生局部頸縮，變形迅速增加，應(yīng)力隨之下降，達(dá)到e點(diǎn)時(shí)試件被拉斷。圖2-24 有明顯流幅鋼筋的應(yīng)力一應(yīng)變曲線(2) 強(qiáng)度指標(biāo)1) 屈服強(qiáng)度f(wàn)y: 有

50、明顯流幅的鋼筋的應(yīng)力到達(dá)屈服點(diǎn)后，會(huì)產(chǎn)生很大的塑性變形，使鋼筋混凝土構(gòu)件出現(xiàn)很大的變形和過(guò)寬的裂縫，以致不能使用，所以對(duì)有明顯流幅的鋼筋，在計(jì)算承載力時(shí)以屈服強(qiáng)度作為鋼筋強(qiáng)度限值。2) 極限強(qiáng)度f(wàn)t: 在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要求結(jié)構(gòu)在罕遇地震下“裂而不倒”, 鋼筋應(yīng)力可考慮進(jìn)入強(qiáng)化段, 要求極限強(qiáng)度f(wàn)t1.25屈服強(qiáng)度f(wàn)y。(3) 塑性指標(biāo)鋼筋除了要有足夠的強(qiáng)度外，還應(yīng)具有一定的塑性變形能力。通常用伸長(zhǎng)率和冷彎性能兩個(gè)指標(biāo)衡量鋼筋的塑性。1）伸長(zhǎng)率：鋼筋拉斷后（例如，圖2-24中的e點(diǎn)）的伸長(zhǎng)值與原長(zhǎng)的比率稱(chēng)為伸長(zhǎng)率。伸長(zhǎng)率越大塑性越好。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各種鋼筋所必須達(dá)到的伸長(zhǎng)率的最小值（比如，10

51、0、10和5分別表示標(biāo)距 l=100d，l=l0d和l=5d時(shí)伸長(zhǎng)率的最小值），有關(guān)參數(shù)可參照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。2) 冷彎性能: 冷彎是將直徑為d的鋼筋繞直徑為d的彎芯彎曲到規(guī)定的角度后無(wú)裂紋斷裂及起層現(xiàn)象，則表示合格。彎芯的直徑d越小，彎轉(zhuǎn)角越大，說(shuō)明鋼筋的塑性越好。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各種鋼筋冷彎時(shí)相應(yīng)的彎芯直徑及彎轉(zhuǎn)角，有關(guān)參數(shù)可參照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。2無(wú)明顯流幅的鋼筋的強(qiáng)度和變形(1) 應(yīng)力-應(yīng)變曲線(-曲線)對(duì)沒(méi)有明顯流幅或屈服點(diǎn)的預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋，為了與鋼筋國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相一致，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中也規(guī)定在構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)時(shí)，取極限抗拉強(qiáng)度b的85作為條件屈服點(diǎn)，如圖2-25所示。圖2

52、-25 無(wú)明顯流幅鋼筋的應(yīng)力一應(yīng)變曲線(2) 強(qiáng)度指標(biāo): 極限抗拉強(qiáng)度b(3) 塑性指標(biāo): 伸長(zhǎng)率和冷彎性能。2.2.3 2.2.3 鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型常用的鋼筋應(yīng)力-變曲線模型有以下幾種。1. 描述完全彈塑性的雙直線模型 圖2-26(a)雙直線模型適用于流幅較長(zhǎng)的低強(qiáng)度鋼材。模型將鋼筋的應(yīng)力一應(yīng)變曲線簡(jiǎn)化為圖2-26(a)所示的兩段直線。ob段為完全彈性階段，b點(diǎn)為屈服下限，相應(yīng)的應(yīng)力及應(yīng)變?yōu)閒y和y，ob段的斜率即為彈性模量es。bc為完全塑性階段，c點(diǎn)為應(yīng)力強(qiáng)化的起點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?yōu)閟,h，過(guò)c點(diǎn)后，即認(rèn)為鋼筋變形過(guò)大不能正常使用。雙直線模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：當(dāng)sy時(shí)， s = ess ( es = fy/y ) （