鋼筋混泥土材料的物理力學性能

1、第一章第一章 鋼筋鋼筋混凝土材料混凝土材料的物理力學的物理力學性能性能第一章第一章 鋼筋混凝土材料的物理力學性能鋼筋混凝土材料的物理力學性能第一節(jié) 混凝土的物理力學性能第二節(jié) 鋼筋的物理力學性能第三節(jié) 鋼筋與混凝土之間的粘結與錨固材料的力學性能鋼鋼 筋筋混混 凝凝 土土兩者間的粘結兩者間的粘結強強 度度變變 形形粘結破壞的粘結破壞的過程和機理過程和機理第一節(jié) 混凝土的物理力學性能混凝土材料混凝土材料混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例組成，經(jīng)凝混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例組成，經(jīng)凝結和硬化形成的，屬于復合材料。結和硬化形成的，屬于復合材料?；炷潦怯伤嘟Y晶體、水泥凝膠體和

2、內(nèi)部微裂縫組成的混凝土是由水泥結晶體、水泥凝膠體和內(nèi)部微裂縫組成的混凝土的強度混凝土的強度1 1、混凝土強度等級、混凝土強度等級 混凝土結構中，主要是利用它的抗壓強度。因此抗壓強度是混凝混凝土結構中，主要是利用它的抗壓強度。因此抗壓強度是混凝土力學性能中最主要和最基本的指標。土力學性能中最主要和最基本的指標。 混凝土的強度等級是用抗壓強度來劃分的?；炷恋膹姸鹊燃壥怯每箟簭姸葋韯澐值?。 混凝土強度等級：混凝土強度等級：邊長邊長150mm150mm立方體立方體標準試件，在標準條件下（標準試件，在標準條件下（202033，90%90%濕度）養(yǎng)護濕度）養(yǎng)護2828天，用標準試驗方法（加載速度天，用標

3、準試驗方法（加載速度0.150.3N/mm0.150.3N/mm2 2/sec/sec，兩端不涂潤滑劑兩端不涂潤滑劑）測得的具有）測得的具有95%95%保證率的立方體保證率的立方體抗壓強度，用符號抗壓強度，用符號C C表示，表示，C30C30表示表示 f fcu,kcu,k=30N/mm=30N/mm2 2 規(guī)范規(guī)范根據(jù)強度范圍，從根據(jù)強度范圍，從C15C80C15C80共劃分為共劃分為1414個強度等級，級差為個強度等級，級差為5N/mm5N/mm2 2。與原。與原規(guī)范規(guī)范GBJ10-89GBJ10-89相比，混凝土強度等級范圍由相比，混凝土強度等級范圍由C60C60提高提高到到C80C80

4、，C50C50以上為高強混凝土。以上為高強混凝土?；炷恋膹姸然炷恋膹姸然炷亮⒎娇箟簭姸然炷亮⒎娇箟簭姸然炷凛S心抗壓強度混凝土軸心抗壓強度混凝土抗拉強度混凝土抗拉強度cufcftf立方體抗壓強度的試驗立方體抗壓強度的試驗尺寸效應尺寸效應及及摩擦力摩擦力的影響的影響立方體抗壓強度的換算關系立方體抗壓強度的換算關系立方體和圓柱體抗壓試驗都不能代表混凝土在實際構件立方體和圓柱體抗壓試驗都不能代表混凝土在實際構件中的受力狀態(tài)，只是用來在同一標準條件下比較混凝土中的受力狀態(tài)，只是用來在同一標準條件下比較混凝土強度水平和品質(zhì)的標準（制作、測試方便）強度水平和品質(zhì)的標準（制作、測試方便）100150

5、cucuff100mm立方體強度與標準立方體強度之間的換算關系立方體強度與標準立方體強度之間的換算關系小于小于C50的混凝土，修正系數(shù)的混凝土，修正系數(shù) =0.95。隨混凝土強度的。隨混凝土強度的提高，修正系數(shù)提高，修正系數(shù) 值有所降低。當值有所降低。當fcu100=100N/mm2時，時，換算系數(shù)換算系數(shù) 約為約為0.9200mm立方體強度與標準立方體強度之間的換算關系，立方體強度與標準立方體強度之間的換算關系，修正系數(shù)修正系數(shù)1.05。軸心抗壓強度軸心抗壓強度軸心抗壓強度采用棱柱體試件測定，用符號軸心抗壓強度采用棱柱體試件測定，用符號fc表示，它比較表示，它比較接近實際構件中混凝土的受壓情

6、況。棱柱體試件高寬比一接近實際構件中混凝土的受壓情況。棱柱體試件高寬比一般為般為h/b=23，我國通常取，我國通常取150mm150mm450mm的棱的棱柱體試件，也常用柱體試件，也常用150150300試件。試件。 棱柱體抗壓強度的試驗方法棱柱體抗壓強度的試驗方法立方抗壓與軸心抗壓強度的關系立方抗壓與軸心抗壓強度的關系規(guī)范規(guī)范對小于對小于C50C50級的混凝土取級的混凝土取k k=0.76=0.76，對，對C80C80取取k k=0.82=0.82，其間按線性插值。，其間按線性插值。cucfkf對于同一混凝土，對于同一混凝土，棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度。

7、 軸心抗拉強度軸心抗拉強度 500 150 15010016軸心受拉試驗也是混凝土的基本力學性能，用符也是混凝土的基本力學性能，用符號號 f ft t 表示。表示?；炷翗嫾_裂、裂縫、變形，以混凝土構件開裂、裂縫、變形，以及受剪、受扭、受沖切等的承載力及受剪、受扭、受沖切等的承載力均與抗拉強度有關。均與抗拉強度有關。拉壓壓劈拉試驗aPP由于軸心受拉試驗對中困難，也常常采用立方體或圓柱體由于軸心受拉試驗對中困難，也常常采用立方體或圓柱體劈拉試驗測定混凝土的抗拉強度劈拉試驗測定混凝土的抗拉強度?；炷恋钠茐臋C理混凝土的破壞機理A點以前，微裂縫沒有明點以前，微裂縫沒有明顯發(fā)展，混凝土的變形主顯發(fā)展

8、，混凝土的變形主要彈性變形，應力應變要彈性變形，應力應變關系近似直線。關系近似直線。A點應力點應力隨混凝土強度的提高而增隨混凝土強度的提高而增加，對普通強度混凝土加，對普通強度混凝土s sA A約為約為 (0.30.4)fc ，對高強，對高強混凝土混凝土s sA A可達可達(0.50.7)fc 到達到達B點以后，混凝土產(chǎn)點以后，混凝土產(chǎn)生部分塑性變形，應力生部分塑性變形，應力應變逐漸偏離直線。應變逐漸偏離直線。B點點時的裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，時的裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，試件的橫向變形突然增大，試件的橫向變形突然增大，常取常取s sB B作為混凝土的長期作為混凝土的長期抗壓強度抗壓強度 ；普通強度混；普通

9、強度混凝土凝土s sB B約為約為0.8 fc ，高強，高強混凝土混凝土s sB B可達可達0.95 fc 到達到達C點時，內(nèi)部微裂縫點時，內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，試件承連通形成破壞面，試件承載力開始減小而進入下降載力開始減小而進入下降段。段。B點時的應力稱為點時的應力稱為峰峰值應力值應力，即為混凝土棱柱，即為混凝土棱柱體抗壓強度；相應的縱向體抗壓強度；相應的縱向壓應變稱為壓應變稱為峰值應變，峰值應變，約約為為0.002。繼續(xù)發(fā)展至。繼續(xù)發(fā)展至D點點時，破壞面初步形成。時，破壞面初步形成。E點以后，縱向裂縫形成點以后，縱向裂縫形成一個斜向的破壞面，此破一個斜向的破壞面，此破壞面在正應力和剪應

10、力的壞面在正應力和剪應力的作用下形成作用下形成破壞帶破壞帶。此時。此時試件的強度由破壞面上試件的強度由破壞面上骨骨料間的摩阻力料間的摩阻力提供。隨著提供。隨著應變進一步發(fā)展，摩阻力應變進一步發(fā)展，摩阻力不斷下降，試件的殘余強不斷下降，試件的殘余強度約為度約為0.10.4 fc不同強度混凝土應力應變關系的比較不同強度混凝土應力應變關系的比較強度等級越高，線彈性段越長，峰強度等級越高，線彈性段越長，峰值應變也有所增大。但高強混凝土值應變也有所增大。但高強混凝土中，砂漿與骨料的粘結很強，密實中，砂漿與骨料的粘結很強，密實性好，微裂縫很少，最后的破壞往性好，微裂縫很少，最后的破壞往往是骨料破壞，破壞時

11、脆性越顯著，往是骨料破壞，破壞時脆性越顯著，下降段越陡。下降段越陡?；炷恋膹椥阅Ａ炕炷恋膹椥阅Ａ浚‥lastic Modulus）)N/mm(74.342 . 21025cucfEs0.5fc510 次彈性模量的測定方法彈性模量的測定方法混凝土的收縮和徐變混凝土的收縮和徐變Shrinkage and Creep混凝土在空氣中硬化時體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮，混凝土在空氣中硬化時體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮， 收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形。收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形。 混凝土在長期不變荷載的作用下，其變形隨時間而不斷增長的現(xiàn)象混凝土在長

12、期不變荷載的作用下，其變形隨時間而不斷增長的現(xiàn)象稱為徐變。稱為徐變。14d 28dtsh(25)10-425%50%混凝土的收縮是混凝土的收縮是隨時間而增長的變形隨時間而增長的變形，早期收縮變形發(fā)展較快，兩周，早期收縮變形發(fā)展較快，兩周可完成全部收縮的可完成全部收縮的25%，一個月可完成，一個月可完成50%，以后變形發(fā)展逐漸減慢，以后變形發(fā)展逐漸減慢，整個收縮過程可延續(xù)兩年以上。通常，最終收縮應變值約為整個收縮過程可延續(xù)兩年以上。通常，最終收縮應變值約為(25)10-4 ，而混凝土開裂應變?yōu)?，而混凝土開裂應變?yōu)?0.52.7)10-4，說明收縮會導致說明收縮會導致開裂開裂?；炷潦湛s包括混凝土

13、收縮包括凝縮凝縮和和干縮干縮兩部分，凝縮是由于水泥結晶體比原材料兩部分，凝縮是由于水泥結晶體比原材料的體積??；干縮是混凝土內(nèi)自由水分蒸發(fā)引起的。的體積??；干縮是混凝土內(nèi)自由水分蒸發(fā)引起的?；炷恋氖湛s受結構周圍的溫度、濕度、構件斷面形狀及尺寸、配合比、混凝土的收縮受結構周圍的溫度、濕度、構件斷面形狀及尺寸、配合比、骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護條件等許多因素有關：骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護條件等許多因素有關：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；骨料彈性模量高、級配好，收縮就??；骨料彈性模量高、級配好，收縮就??；干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大；

14、干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大；小尺寸構件收縮大，大尺寸構件收縮??；小尺寸構件收縮大，大尺寸構件收縮??；高強混凝土收縮大。高強混凝土收縮大。影響收縮的因素多且復雜，要精確計算尚有一定的困難。在實際工程中，影響收縮的因素多且復雜，要精確計算尚有一定的困難。在實際工程中，要采取一定措施減小收縮應力的不利影響要采取一定措施減小收縮應力的不利影響?；炷潦湛s的影響因素混凝土收縮的影響因素當這種自發(fā)的變形受到外部（支座）或內(nèi)部（鋼筋）的約當這種自發(fā)的變形受到外部（支座）或內(nèi)部（鋼筋）的約束時，將使混凝土中產(chǎn)生拉應力，甚至引起混凝土的開裂。束時，將使混凝土中產(chǎn)生拉應力，甚至引起混凝土的開裂。混凝土收縮會使預應

15、力混凝土構件產(chǎn)生預應力損失?；炷潦湛s會使預應力混凝土構件產(chǎn)生預應力損失。 t0elelshcrelelcrt隨荷載作用時間的延續(xù)，變形不斷增長，前隨荷載作用時間的延續(xù)，變形不斷增長，前4個月徐變增長較快，個月徐變增長較快，6個月個月可達最終徐變的（可達最終徐變的（7080）%，以后增長逐漸緩慢，以后增長逐漸緩慢，23年后趨于穩(wěn)定。年后趨于穩(wěn)定?；炷恋男熳兓炷恋男熳兯矔r恢復瞬時恢復彈性后效彈性后效殘余應變殘余應變徐變應變徐變應變瞬時應變瞬時應變徐變會使結構（構件）的（撓度）變形增大，引起預應力損失，在長期徐變會使結構（構件）的（撓度）變形增大，引起預應力損失，在長期高應力作用下，甚至會導致

16、破壞。高應力作用下，甚至會導致破壞。徐變有利于結構構件產(chǎn)生內(nèi)（應）力重分布，降低結構的受力（如支座徐變有利于結構構件產(chǎn)生內(nèi)（應）力重分布，降低結構的受力（如支座不均勻沉降），減小大體積混凝土內(nèi)的溫度應力，受拉徐變可延緩收縮不均勻沉降），減小大體積混凝土內(nèi)的溫度應力，受拉徐變可延緩收縮裂縫的出現(xiàn)。裂縫的出現(xiàn)。與混凝土的收縮一樣，徐變也與時間有關。因此，在測定混凝土的徐變與混凝土的收縮一樣，徐變也與時間有關。因此，在測定混凝土的徐變時，應同批澆筑同樣尺寸不受荷的試件，在同樣環(huán)境下同時量測混凝土時，應同批澆筑同樣尺寸不受荷的試件，在同樣環(huán)境下同時量測混凝土的收縮變形，從徐變試件的變形中扣除對比的收縮

17、試件的變形，才可得的收縮變形，從徐變試件的變形中扣除對比的收縮試件的變形，才可得到徐變變形。到徐變變形。徐變與混凝土持續(xù)應力大小有密切關系，應力越大徐變徐變與混凝土持續(xù)應力大小有密切關系，應力越大徐變也越大；也越大；混凝土加載齡期越長，徐變越??；混凝土加載齡期越長，徐變越??；水泥含量越大，徐變越大；水泥含量越大，徐變越大；骨料彈性模量高、級配好，徐變就??；骨料彈性模量高、級配好，徐變就??；干燥失水及高溫環(huán)境，徐變大；干燥失水及高溫環(huán)境，徐變大；高強混凝土徐變小。高強混凝土徐變小?；炷列熳兊挠绊懸蛩鼗炷列熳兊挠绊懸蛩禺a(chǎn)生徐變的主要原因是水泥凝膠體和內(nèi)部微裂縫的擴展產(chǎn)生徐變的主要原因是水泥凝膠

18、體和內(nèi)部微裂縫的擴展 第二節(jié) 鋼筋的物理力學性能鋼筋的種類鋼筋的種類熱軋鋼筋、熱處理鋼筋、冷加工鋼筋、鋼絲或鋼絞線熱軋鋼筋、熱處理鋼筋、冷加工鋼筋、鋼絲或鋼絞線HPB235 （Hot Rolled Plain Steel Bar）熱軋光面鋼筋熱軋光面鋼筋Q235HRB335 （Hot Rolled Ribbed Steel Bar ） 熱軋帶肋鋼筋熱軋帶肋鋼筋20MnSiHRB400 （ Hot Rolled Ribbed Steel Bar ）熱軋帶肋鋼筋熱軋帶肋鋼筋20MnSiV, 20MnSiNb, 20MnTiRRB400 （Remained heat treatment Ribbed

19、 Steel Bar ）余熱處理鋼筋余熱處理鋼筋常用熱軋鋼筋的分類常用熱軋鋼筋的分類主要成分為主要成分為鐵鐵元素，還含有少量的碳、硅、錳、硫、磷等元素，還含有少量的碳、硅、錳、硫、磷等元素，力學性能主要與元素，力學性能主要與碳碳的含量有關：的含量有關：含碳量越高，則鋼筋的強度越高，質(zhì)地硬，但塑性變差。含碳量越高，則鋼筋的強度越高，質(zhì)地硬，但塑性變差。若含碳量低于若含碳量低于0.250.25，則稱為低碳鋼，鋼筋混凝土結構中，則稱為低碳鋼，鋼筋混凝土結構中多應用的是低碳鋼。多應用的是低碳鋼。20MnSi 20MnSi 前面的前面的2020指的是平均含碳量的萬分數(shù)，其他化學指的是平均含碳量的萬分數(shù)，

20、其他化學元素的含量在元素的含量在1.5 1.5 以下。以下。熱軋鋼筋的成分熱軋鋼筋的成分HPB235：質(zhì)量穩(wěn)定，塑性好易成型，但屈服強度較低，不質(zhì)量穩(wěn)定，塑性好易成型，但屈服強度較低，不宜用于結構中的受力鋼筋；宜用于結構中的受力鋼筋；HRB335：帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結，強度和帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結，強度和塑性均較好，是塑性均較好，是目前目前主要應用的鋼筋品種之一；主要應用的鋼筋品種之一；HRB400：帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結，強度和帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結，強度和塑性均較好，是塑性均較好，是今后今后主要應用的鋼筋品種之一；主要應用的鋼筋品種之一；R

21、RB400：是是HRB335鋼筋熱軋后快速冷卻，利用鋼筋內(nèi)溫鋼筋熱軋后快速冷卻，利用鋼筋內(nèi)溫度自行回火而成，淬火鋼筋強度提高，但塑性降度自行回火而成，淬火鋼筋強度提高，但塑性降低，余熱處理后塑性有所改善。低，余熱處理后塑性有所改善。熱軋鋼筋的性能特點熱軋鋼筋的性能特點鋼筋的強度和變形鋼筋的強度和變形有有明顯屈服點的鋼筋明顯屈服點的鋼筋無無明顯屈服點的鋼筋明顯屈服點的鋼筋有明顯屈服點鋼筋的應力應變關系有明顯屈服點鋼筋的應力應變關系cdcd段為屈服臺階段為屈服臺階dfdf段為強化段段為強化段aa 比例極限比例極限 彈性極限彈性極限b 屈服上限屈服上限c 屈服下限屈服下限e 極限強度極限強度反映鋼筋

22、力學性能的基本指標：反映鋼筋力學性能的基本指標：、極限抗拉、極限抗拉長長和和對于有明顯屈服點鋼筋，其屈服強度定義為對于有明顯屈服點鋼筋，其屈服強度定義為屈服下限屈服下限。屈屈強比強比為為屈服屈服強度與強度與極限極限強度的比值，熱軋鋼筋通常在強度的比值，熱軋鋼筋通常在0.60.60.70.7之間。之間。鋼筋在拉斷時的應變稱為鋼筋在拉斷時的應變稱為伸長率伸長率，定義為：，定義為：olll010, 5為試件的標距0l冷彎性能是冷彎性能是反映鋼筋變形能力的另一個指標反映鋼筋變形能力的另一個指標無明顯屈服點鋼筋的應力應變關系無明顯屈服點鋼筋的應力應變關系條件屈服點為殘余變形條件屈服點為殘余變形為為0.20.2時對應的應力時對