第二章 混凝土鋼筋性能

1、第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1 混凝土的物理力學(xué)性能混凝土的物理力學(xué)性能2.2 鋼筋的物理力學(xué)性能鋼筋的物理力學(xué)性能2.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能2.1 混凝土的物理力學(xué)性能混凝土的物理力學(xué)性能 PasteSandMortarGravelConcreteCementWater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(jié)和硬化形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(jié)和硬化形成的，屬于復(fù)合材料。成的，屬于復(fù)合材料。一 混凝土強(qiáng)度(Strength of Concrete)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度混凝土立方體抗壓強(qiáng)度混凝土軸心抗壓強(qiáng)度混凝土軸心

2、抗壓強(qiáng)度混凝土抗拉強(qiáng)度混凝土抗拉強(qiáng)度混凝土復(fù)合（多軸）強(qiáng)度混凝土復(fù)合（多軸）強(qiáng)度Cubic Compressive Strength Compressive Strength Tensile Strength Multi-axial Strength 一、混凝土的強(qiáng)度一、混凝土的強(qiáng)度1、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、混凝土強(qiáng)度等級(jí)-立方體抗壓強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的主要是利用它的抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度。因此抗壓強(qiáng)度是混。因此抗壓強(qiáng)度是混凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標(biāo)。凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標(biāo)?；炷恋膹?qiáng)度等級(jí)是用立方體抗壓強(qiáng)度來劃分的混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是用立方體抗壓

3、強(qiáng)度來劃分的混凝土強(qiáng)度等級(jí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)：邊長(zhǎng)：邊長(zhǎng)150mm立方體試件，在立方體試件，在203，相對(duì)濕，相對(duì)濕度度90%以上潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)以上潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28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0.30.8N/mm2/sec，兩端不涂潤(rùn)滑劑）測(cè)得的，兩端不涂潤(rùn)滑劑）測(cè)得的具有具有95%保證率保證率的的立方體抗壓強(qiáng)度，用符號(hào)立方體抗壓強(qiáng)度，用符號(hào)C表示，如：表示，如：C30表示表示fcu,k=30N/mm2 影響立方體抗壓強(qiáng)度的因素：影響立方體抗壓強(qiáng)度的因素：試驗(yàn)方法：壓力機(jī)墊板的試驗(yàn)方法：壓力機(jī)墊板的橫向摩擦約束橫向摩擦約束，造成混凝土試塊端部處，造成混凝土試塊端部處在

4、在多軸受力狀態(tài)多軸受力狀態(tài)，就象在試件上下端各加了一個(gè)，就象在試件上下端各加了一個(gè)套箍套箍，致使破壞，致使破壞時(shí)形成時(shí)形成兩個(gè)對(duì)頂?shù)慕清F兩個(gè)對(duì)頂?shù)慕清F破壞面，破壞面，抗壓強(qiáng)度高于抗壓強(qiáng)度高于無約束情況。無約束情況。不涂潤(rùn)滑劑涂潤(rùn)滑劑未采取減摩措施未采取減摩措施采取減摩措施后采取減摩措施后第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2、棱柱體抗壓強(qiáng)度棱柱體抗壓強(qiáng)度-軸心抗壓強(qiáng)度軸心抗壓強(qiáng)度 軸心抗壓強(qiáng)度采用棱柱體試件測(cè)定，用符號(hào)軸心抗壓強(qiáng)度采用棱柱體試件測(cè)定，用符號(hào)fc表示，它比較表示，它比較接近實(shí)際構(gòu)件中混凝土的受壓情況。棱柱體試件高寬比一般為接近實(shí)際構(gòu)件中混凝土的受壓情況。棱柱體試件高寬比一

5、般為h/b=23，我國(guó)通常取，我國(guó)通常取150mm150mm300mm的棱柱體試件。的棱柱體試件。承壓板試塊ckc1c2cu,k0.88ff c1棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比值，對(duì)C50及C50以下混凝土取0.76；對(duì)C80砼取0.82,中間按線性規(guī)律變化；c1C40以上混凝土脆性折減系數(shù)，對(duì)C40取1.0，對(duì)C80取0.87，中間按線性規(guī)律變化。0.88-考慮實(shí)際構(gòu)件與試件混凝土強(qiáng)度之間的差異，對(duì)混凝土強(qiáng)度的修正系數(shù)。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能3、軸心抗拉強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度混凝土構(gòu)件開裂、裂縫、變形，以及受剪、受扭、受沖切等的混凝土構(gòu)件開裂、裂縫、變形，以及受剪、受扭、受沖切等的承載力均與

6、抗拉強(qiáng)度有關(guān)。承載力均與抗拉強(qiáng)度有關(guān)。 500 150 15010016軸心受拉試驗(yàn)cu,k0.550.45tkc20.88 0.395(1 1.645 )ff第二章 鋼筋和混凝土的材料性能拉壓壓由于軸心受拉試驗(yàn)對(duì)中困難，也常常采用立方體或圓柱體劈拉由于軸心受拉試驗(yàn)對(duì)中困難，也常常采用立方體或圓柱體劈拉試驗(yàn)測(cè)定混凝土的抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)定混凝土的抗拉強(qiáng)度劈拉試驗(yàn)PaP第二章 鋼筋和混凝土的材料性能二、混凝土的變形二、混凝土的變形變形是混凝土的一個(gè)重要力學(xué)性能變形是混凝土的一個(gè)重要力學(xué)性能?；炷炷磷兺磷冃涡问芰ψ冃问芰ψ冃我淮味唐诩虞d、荷載長(zhǎng)期作用和多次重復(fù)一次短期加載、荷載長(zhǎng)期作用和多次重復(fù)加

7、載作用下產(chǎn)生的變形。加載作用下產(chǎn)生的變形。體積變形體積變形硬化過程中的收縮以及溫度和濕度變化。硬化過程中的收縮以及溫度和濕度變化。1. 1. 一次短期加載作用下混凝土的變形性能一次短期加載作用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)系混凝土受壓時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系Stress- strain Relationship02468102030s(MPa)e 10-3第二章 鋼筋和混凝土的材料性能BACEDA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。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

8、土強(qiáng)度的提高而增加，對(duì)普通強(qiáng)提高而增加，對(duì)普通強(qiáng)度混凝土度混凝土s sA約為約為 (0.30.4)fc ，對(duì)高強(qiáng)混，對(duì)高強(qiáng)混凝土凝土s sA可達(dá)可達(dá)(0.50.7)fc。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?cè)霾糠炙苄宰冃?，?yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)開始加快，應(yīng)力長(zhǎng)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?；炷猎诮Y(jié)硬過程中，混凝土在結(jié)硬過程中，由于水泥石的收縮、

9、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?；炷恋淖罱K弱部位。混凝土的最終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，體積應(yīng)變開突然增大，體積應(yīng)變開始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，此應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，裂縫會(huì)持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)裂縫會(huì)持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。取致破壞。取B點(diǎn)的應(yīng)

10、力點(diǎn)的應(yīng)力作為混凝土的長(zhǎng)期抗壓作為混凝土的長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度。普通強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度。普通強(qiáng)度混凝土s sB約為約為0.8fc，高強(qiáng)強(qiáng)度，高強(qiáng)強(qiáng)度混凝土混凝土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?cè)鲩L(zhǎng)速度明顯加快，增長(zhǎng)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。縱向應(yīng)變發(fā)展達(dá)到縱向應(yīng)變發(fā)展達(dá)到D點(diǎn)，點(diǎn)，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?cè)鲩L(zhǎng)，試件上相隨應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)，試件上相繼出現(xiàn)

11、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，裂縫連結(jié)不斷遭到破，裂縫連通形成斜向破壞面。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2.2 混凝土由上述混凝土的破壞機(jī)理可知，微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致橫向變形的由上述混凝土的破壞機(jī)理可知，微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致橫向變形的 增大。增大。對(duì)橫向變形加以約束對(duì)橫向變形加以約束，就可以限制微裂縫的發(fā)展，從而，就可以限制微裂縫的發(fā)展，從而 可提高

12、混凝土的抗壓強(qiáng)度。立方體試件受約束范圍大，而棱柱可提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。立方體試件受約束范圍大，而棱柱 體試件中部未受約束，因此造成了不同受壓試件強(qiáng)度的差別和體試件中部未受約束，因此造成了不同受壓試件強(qiáng)度的差別和 破壞形態(tài)的不同。破壞形態(tài)的不同。混凝土局部受壓強(qiáng)度混凝土局部受壓強(qiáng)度fcl 比比軸心抗壓強(qiáng)度軸心抗壓強(qiáng)度 fc 大很多，大很多，也是因?yàn)榫植渴軌好娣e以也是因?yàn)榫植渴軌好娣e以 外的混凝土對(duì)局部受壓區(qū)外的混凝土對(duì)局部受壓區(qū) 域內(nèi)部混凝土微裂縫產(chǎn)生域內(nèi)部混凝土微裂縫產(chǎn)生 了較強(qiáng)的約束。了較強(qiáng)的約束。圖 2-10 局部受壓試件不同強(qiáng)度混凝土的應(yīng)力不同強(qiáng)度混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線應(yīng)變關(guān)系曲線

13、強(qiáng)度等級(jí)越高，上強(qiáng)度等級(jí)越高，上升段和峰值應(yīng)變的升段和峰值應(yīng)變的變化不顯著，但，變化不顯著，但，下降段的形狀有較下降段的形狀有較大的差異，強(qiáng)度越大的差異，強(qiáng)度越高，下降段越陡，高，下降段越陡，即延性越差。即延性越差。（2） 應(yīng)力應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型應(yīng)力應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型美國(guó)美國(guó)E. Hognestad建議的模型建議的模型uuccffeeeeeeeseeeeees0000200 15. 010 200.0020.0038 fc0.15 fcsee0eu德國(guó)德國(guó)Rush建議的模型建議的模型uccffeeeseeeeees00200 0 200.0020.0035 fcsee0eu混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范混凝土

14、設(shè)計(jì)規(guī)范模型模型上升段：)1 (1 0ncccfees0ee下降段：ccfsueee066010)50(0033. 010)50(5 . 0002. 0)50(6012cuucucufffnee規(guī)范混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線參數(shù)fcuC50C60C70C80n21.831.671.5e00.0020.002050.00210.00215eu0.00330.00320.00310.00300.0010.0020.0030.00410203040506070C80C60C40C20se（3） 混凝土的模量混凝土的模量seEc= tan 彈性模量（原點(diǎn)模量）彈性模量（原點(diǎn)模量）Elastic Modulu

15、s0sesddEcseEc= tan 2切線模量切線模量Tangent ModulusesddEc escEeeelacEcEseEc= tan 1割線模量割線模量(變形模量）變形模量）Secant Moduluselae彈性系數(shù)彈性系數(shù) (coefficient of elasticity) 隨應(yīng)力增大而減小隨應(yīng)力增大而減小 =10.5ccEE彈性模量測(cè)定方法)N/mm(7 .342 . 21025cucfE標(biāo)準(zhǔn)尺寸的棱柱體試件（標(biāo)準(zhǔn)尺寸的棱柱體試件（150mm 150mm 300mm)，加載至，加載至0.4fc，然后卸載至然后卸載至0，重復(fù)加卸載，重復(fù)加卸載5次。應(yīng)力應(yīng)變曲線穩(wěn)定為直線的斜

16、率即次。應(yīng)力應(yīng)變曲線穩(wěn)定為直線的斜率即為彈性模量。為彈性模量。se0.4fc5次2. 2. 荷載長(zhǎng)期作用下混凝土的變形性能荷載長(zhǎng)期作用下混凝土的變形性能徐變徐變Creep結(jié)構(gòu)或材料承受的荷載不變，而應(yīng)變和變形隨時(shí)間增長(zhǎng)的現(xiàn)象結(jié)構(gòu)或材料承受的荷載不變，而應(yīng)變和變形隨時(shí)間增長(zhǎng)的現(xiàn)象稱為徐變。徐變主要與時(shí)間參數(shù)有關(guān)。稱為徐變。徐變主要與時(shí)間參數(shù)有關(guān)。徐變的不利之處徐變的不利之處：徐變會(huì)使結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的（撓度）變形增大，：徐變會(huì)使結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的（撓度）變形增大，引起預(yù)應(yīng)力損失，在長(zhǎng)期高應(yīng)力作用下，甚至?xí)?dǎo)致破壞引起預(yù)應(yīng)力損失，在長(zhǎng)期高應(yīng)力作用下，甚至?xí)?dǎo)致破壞。有利之處有利之處：徐變有利于結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生

17、內(nèi)（應(yīng)）力重分布，降低徐變有利于結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)（應(yīng)）力重分布，降低結(jié)構(gòu)的受力，減小大體積混凝土的溫度應(yīng)力。結(jié)構(gòu)的受力，減小大體積混凝土的溫度應(yīng)力。影響徐變的因素：影響徐變的因素：內(nèi)在因素內(nèi)在因素； 環(huán)境因素環(huán)境因素； 應(yīng)力因素應(yīng)力因素。影響影響徐變徐變的因的因素：素：a. 應(yīng)力大小應(yīng)力大小應(yīng)力越大徐變也越大；當(dāng)應(yīng)力較小時(shí)，徐應(yīng)力越大徐變也越大；當(dāng)應(yīng)力較小時(shí)，徐變與應(yīng)力成正比，稱為線形徐變，應(yīng)力較大時(shí)，徐變變變與應(yīng)力成正比，稱為線形徐變，應(yīng)力較大時(shí)，徐變變形比應(yīng)力增長(zhǎng)要快，稱為非線形徐變。形比應(yīng)力增長(zhǎng)要快，稱為非線形徐變。b. 加載齡期加載齡期齡期越早，徐變?cè)酱螅积g期越早，徐變?cè)酱?；c.混凝土的

18、制作方法、養(yǎng)護(hù)條件混凝土的制作方法、養(yǎng)護(hù)條件特別是養(yǎng)護(hù)時(shí)的溫度特別是養(yǎng)護(hù)時(shí)的溫度和濕度對(duì)徐變有重要影響，養(yǎng)護(hù)時(shí)溫度高、濕度大，水和濕度對(duì)徐變有重要影響，養(yǎng)護(hù)時(shí)溫度高、濕度大，水泥水化作用充分，徐變?cè)叫?。受荷后，環(huán)境溫度越高，泥水化作用充分，徐變?cè)叫　Ｊ芎珊?，環(huán)境溫度越高，濕度越低，則徐變?cè)酱?；濕度越低，則徐變?cè)酱?；d. 骨料彈性性質(zhì)骨料彈性性質(zhì)骨料越堅(jiān)硬，彈性模量越高，對(duì)水泥骨料越堅(jiān)硬，彈性模量越高，對(duì)水泥石徐變的約束作用越大，混凝土徐變?cè)叫。皇熳兊募s束作用越大，混凝土徐變?cè)叫。籩.混凝土組成混凝土組成水泥用量越多，徐變?cè)酱螅凰冶仍酱?，水泥用量越多，徐變?cè)酱螅凰冶仍酱?，徐變?cè)酱?；徐變?cè)酱?/p>

19、；f. 構(gòu)件的形狀、尺寸構(gòu)件的形狀、尺寸大尺寸試件內(nèi)部失水受到限制，大尺寸試件內(nèi)部失水受到限制，徐變減小。徐變減小。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能3 3、混凝土的收縮、混凝土的收縮Shrinkage 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。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。 當(dāng)這種自發(fā)的變形受到外部（支座）或內(nèi)部（鋼筋）的約當(dāng)這種自發(fā)的變形受到外部（支座）或內(nèi)部（鋼筋）的約束時(shí)，束時(shí)，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土的開裂。將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚

20、至引起混凝土的開裂?；炷潦湛s會(huì)使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。混凝土收縮會(huì)使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。 某些某些對(duì)跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)對(duì)跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)（如拱結(jié)構(gòu)），收縮也（如拱結(jié)構(gòu)），收縮也會(huì)引起不利的內(nèi)力。會(huì)引起不利的內(nèi)力。墻板干燥收縮裂縫與邊框架的變形2.2 鋼筋的物理力學(xué)性能鋼筋的物理力學(xué)性能第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 鋼筋2.1 鋼 筋 Steel Reinforcement一、鋼筋的品種 熱軋鋼筋、中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋D公稱直徑 A3 股鋼絞線量測(cè)尺寸鋼絞線圖 2-1 常用鋼筋形式刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲第二章 鋼筋和混凝土的材料性能熱軋鋼筋熱軋鋼筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB300級(jí)、HRB335級(jí)、HRB400級(jí)、RRB400級(jí)，新增HRBF335、HRB500、HRBF400、HRBF500HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRolledBarRRBRolledRibbedBar屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 fyk（標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值= =鋼材廢品限值，保證率鋼材廢品限值，保證率95%）HPB300級(jí)： fyk = 300 N/mm2HRB335級(jí)： fyk = 335 N/mm2HRB400級(jí)、RRB4