第三章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性質(zhì)

2鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1鋼筋的形式和品種1鋼筋的成分（1）碳素鋼：低碳鋼（含C量少于0.25%）；高碳鋼（含C量0.6%-1.4%）。*鋼筋含C量越高強(qiáng)度越高，但塑性和可焊性降低。（2）普通低合金鋼：在鋼材中除C元素外加入Mn（錳）、Si（硅）、V（礬）、Nb（鈮）、Ti（鈦）、Cr（鉻）等合金元素，既能使鋼筋的強(qiáng)度提高，又能保持一定的塑性。第二章鋼筋和混凝土的材料性能2鋼筋的品種和級(jí)別第二章鋼筋和混凝土的材料性能（1）熱軋鋼筋：第二章鋼筋和混凝土的材料性能RRB400（KL400）級(jí)(Ⅳ級(jí))（《鋼筋混凝土用余熱處理鋼筋》GB1499-1998）鋼筋強(qiáng)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。第二章鋼筋和混凝土的材料性能（2）冷拉鋼筋：由熱軋鋼筋和盤條經(jīng)冷拉、冷拔、冷軋、冷扭加工后而成。冷加工的目的：為了提高鋼筋的強(qiáng)度，節(jié)約鋼材。但經(jīng)冷加工后，鋼筋的延伸率降低。近年來(lái)，冷加工鋼筋的品種很多，應(yīng)根據(jù)專門規(guī)程使用。（3）鋼絲、鋼絞線：高強(qiáng)鋼絲（1570Mpa、1860Mpa），中強(qiáng)鋼絲（800-1370Mpa），鋼絞線（1570Mpa、1860Mpa，分為7股、3股等）。第二章鋼筋和混凝土的材料性能（4）熱處理鋼筋：是將Ⅳ級(jí)鋼筋通過(guò)加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理，使強(qiáng)度得到較大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。第二章鋼筋和混凝土的材料性能柔性鋼筋和勁性鋼筋

(1)勁性鋼筋：由各種型鋼或型鋼與鋼筋焊成骨架，施工時(shí)模板及混凝土的重量由鋼筋本身承擔(dān)。

(2)柔性鋼筋：由鋼筋經(jīng)綁扎或焊接成鋼筋網(wǎng)及空間骨架，便于固定在模板中澆注混凝土。第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2鋼筋的力學(xué)性能1鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系Stress-StrainRelation

有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋（軟鋼）

第二章鋼筋和混凝土的材料性能①

比例極限，應(yīng)力和應(yīng)變成比例，卸荷后應(yīng)變恢復(fù)為零，②

彈性極限，超過(guò)比例極限后應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度比應(yīng)力增長(zhǎng)速度略快，但卸荷后應(yīng)變?nèi)阅芑謴?fù)為零，③

上屈服點(diǎn)（其值不夠穩(wěn)定），④

下屈服點(diǎn)（其值穩(wěn)定），對(duì)有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋，下屈服點(diǎn)的應(yīng)力值稱為鋼筋的屈服強(qiáng)度或流限，⑤

屈服臺(tái)階或流幅，⑥

強(qiáng)化階段，d點(diǎn)的應(yīng)力稱為極限抗拉強(qiáng)度，⑦

頸縮階段。第二章鋼筋和混凝土的材料性能幾個(gè)指標(biāo)：屈服強(qiáng)度：是鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)依據(jù)。？因?yàn)殇摻钋髮l(fā)生很大的塑性變形，且卸載時(shí)這部分變形不可恢復(fù)，這會(huì)使鋼筋混凝土構(gòu)件產(chǎn)生很大的變形和不可閉合的裂縫。延伸率：鋼筋拉斷后的伸長(zhǎng)值與原長(zhǎng)的比率，是反映鋼筋塑性性能的指標(biāo)。延伸率大的鋼筋，在拉斷前有足夠預(yù)兆，延性較好。屈強(qiáng)比：反映鋼筋的強(qiáng)度儲(chǔ)備，fy/fu=0.6~0.7。在抗震結(jié)構(gòu)中：fy/fu不小于0.8第二章鋼筋和混凝土的材料性能有明顯屈服點(diǎn)鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系一般可采用雙線性的理想彈塑性關(guān)系1Es第二章鋼筋和混凝土的材料性能（2）無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼筋（硬鋼）a點(diǎn)：比例極限，約為0.65fua點(diǎn)前：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線彈性a點(diǎn)后：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為非線性，有一定塑性變形，且沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)——條件屈服點(diǎn)(Equivalentyieldpoint)殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力《規(guī)范》取s0.2=0.85fu第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.3鋼筋的冷加工和熱處理鋼筋的冷加工（冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭）（1）冷拉冷拉（所有冷加工鋼筋）一般情況下不能焊接，如必須焊接，應(yīng)先焊后拉。

冷拉只能提高鋼材的抗拉強(qiáng)度第二章鋼筋和混凝土的材料性能（2）冷拔*冷拔可同時(shí)提高鋼筋的抗拉屈服強(qiáng)度和抗壓屈服強(qiáng)度。(3)冷軋：冷軋帶肋鋼筋(4)冷軋扭：冷軋扭鋼筋2.鋼筋的熱處理

對(duì)某些特定鋼號(hào)（40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr）的熱軋鋼筋進(jìn)行淬火和回火處理，鋼筋強(qiáng)度大幅度提高，并保留較好的塑性和韌性，成為較理想的預(yù)應(yīng)力鋼筋。

第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.4對(duì)鋼筋質(zhì)量的要求1強(qiáng)度

鋼筋的屈服強(qiáng)度是設(shè)計(jì)依據(jù)，極限強(qiáng)度表示鋼筋拉斷時(shí)的實(shí)際強(qiáng)度。2塑性（1）伸長(zhǎng)率（伸長(zhǎng)率越大，表示鋼筋塑性或延性越好）鋼筋的斷后伸長(zhǎng)率：（2）冷彎性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能=90°,180°,反復(fù)彎曲要求：冷彎過(guò)程中無(wú)裂縫、鱗落或斷裂。D

愈小，要求愈高。反復(fù)次數(shù)愈高，要求愈高。冷彎是檢驗(yàn)鋼筋局部變形能力的指標(biāo)。鋼筋塑性愈好，構(gòu)件破壞前預(yù)兆愈明顯。

冷彎第二章鋼筋和混凝土的材料性能*對(duì)有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋：檢驗(yàn)屈服強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、冷彎性能四項(xiàng)指標(biāo)，*對(duì)沒(méi)有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋：只須檢驗(yàn)極限抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、冷彎性能三項(xiàng)指標(biāo)?？珊感缘诙落摻詈突炷恋牟牧闲阅芩沙冢轰摻钍芰?，若保持長(zhǎng)度不變，其應(yīng)力隨時(shí)間增長(zhǎng)而降低的現(xiàn)象。鋼筋的疲勞：指鋼筋在重復(fù)、周期荷載作用下，經(jīng)過(guò)一定次數(shù)后，從塑性破壞的性質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈酝蝗粩嗔训默F(xiàn)象。蠕變：鋼筋在高應(yīng)力作用下，隨時(shí)間的增長(zhǎng)其應(yīng)變繼續(xù)增長(zhǎng)的現(xiàn)象為蠕變。2.5鋼筋的蠕變、松弛和疲勞第二章鋼筋和混凝土的材料性能鋼筋的直徑常用：6mm，6.5mm，8mm，8.2mm，10mm，12mm，14mm，16mm，18mm，20mm，22mm，25mm，28mm，32mm，36mm，40mm，50mm。其中，8.2mm僅適用有縱肋的熱處理鋼筋。鋼筋的選用d=6~50mm第二章鋼筋和混凝土的材料性能公路橋涵應(yīng)按下列規(guī)定采用：1.鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的普通鋼筋宜選用熱軋HRB300、HRB335、HRB400及KL400鋼筋，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的箍筋應(yīng)選用其中的帶肋鋼筋；按構(gòu)造要求配置的鋼筋網(wǎng)可采用冷軋帶肋鋼筋。2.預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)選用鋼絞線、鋼絲；中小型構(gòu)件或豎、橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋，也可選用精軋螺紋鋼筋。注意：上述“鋼筋”系指普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋的統(tǒng)稱，“普通鋼筋”指鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的非預(yù)應(yīng)力鋼筋。第二章鋼筋和混凝土的材料性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能《規(guī)范》根據(jù)強(qiáng)度范圍，從C15~C80共劃分為14個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，級(jí)差為5N/mm2。與原《規(guī)范GBJ10-89》相比，混凝土強(qiáng)度等級(jí)范圍由C60提高到C80，C50以上為高強(qiáng)混凝土。非標(biāo)準(zhǔn)試塊強(qiáng)度換算系數(shù)：200mm×200mm×200mm:1.05；100mm×100mm×100mm:0.95。

2.6混凝土的強(qiáng)度等級(jí)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.7混凝土的強(qiáng)度(Strengthofconcrete)1、立方體抗壓強(qiáng)度（強(qiáng)度等級(jí)）（StrengthGrade

）混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強(qiáng)度(CompressiveStrength)。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)?；炷恋膹?qiáng)度等級(jí)是用抗壓強(qiáng)度來(lái)劃分的混凝土強(qiáng)度等級(jí)：邊長(zhǎng)150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下[20±3℃，≥90%濕度(Degreeofhumidity)]養(yǎng)護(hù)(curing)28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（加載速度0.15~0.3N/mm2/sec，兩端不涂潤(rùn)滑劑(lubricant)）測(cè)得的具有95%保證率的立方體抗壓強(qiáng)度(CubeStrength)，用符號(hào)C表示。

C30：fcu,k=30N/mm2

第二章鋼筋和混凝土的材料性能美國(guó)、日本、加拿大等國(guó)家，采用圓柱體（直徑150mm，高300mm）標(biāo)準(zhǔn)試件測(cè)定的抗壓強(qiáng)度來(lái)劃分強(qiáng)度等級(jí)，符號(hào)記為fc'。圓柱體強(qiáng)度(Cylinderstrength)與我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度(Unfactoredcubestrength)的換算關(guān)系為，立方體和圓柱體抗壓試驗(yàn)都不能代表混凝土在實(shí)際構(gòu)件中的受力狀態(tài)，只是用來(lái)在同一標(biāo)準(zhǔn)條件下比較混凝土強(qiáng)度水平和品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)（制作、測(cè)試方便）。第二章鋼筋和混凝土的材料性能2、軸心抗壓強(qiáng)度AxialCompressiveStrength

軸心抗壓強(qiáng)度采用棱柱體試件(Prismsample)測(cè)定，用符號(hào)fc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h/b=3~4，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》規(guī)定采用100×100×300試件。脆性影響系數(shù)

棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比值對(duì)于同一混凝土，棱柱體抗壓強(qiáng)度小于立方體抗壓強(qiáng)度。棱柱體抗壓強(qiáng)度和立方體抗壓強(qiáng)度的換算關(guān)系為：第二章鋼筋和混凝土的材料性能混凝土強(qiáng)度等級(jí)≤C40C45C50C55C60C65C70C75C80

c10.760.760.760.770.780.790.800.810.82

c21.000.9840.9680.9510.9350.9190.9030.8870.87

c1

和c2值第二章鋼筋和混凝土的材料性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能

規(guī)范對(duì)混凝土試件強(qiáng)度取修正系數(shù)0.88，則結(jié)構(gòu)中混凝土軸心抗壓強(qiáng)度平均值fc0為：在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，計(jì)算軸心受壓構(gòu)件時(shí)，要采用混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度。第二章鋼筋和混凝土的材料性能3、軸心抗拉強(qiáng)度AxialTensileStrength也是其基本力學(xué)性能，用符號(hào)ft表示?；炷翗?gòu)件開裂、裂縫、變形，以及受剪、受扭、受沖切等的承載力均與抗拉強(qiáng)度有關(guān)。0102030405060708090100123456

ft

fcuGBJ10-89規(guī)范軸心受拉強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度間的換算關(guān)系3/226.0cutff=第二章鋼筋和混凝土的材料性能劈拉試驗(yàn)PaP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試驗(yàn)測(cè)定混凝土的抗拉強(qiáng)度(SplittingStrength)第二章鋼筋和混凝土的材料性能考慮到結(jié)構(gòu)中混凝土的工作條件與試件的工作條件的差異，規(guī)范乘以修正系數(shù)0.88，則結(jié)構(gòu)中混凝土軸心抗拉強(qiáng)度值ft0為：各個(gè)強(qiáng)度等級(jí)混凝土的軸心抗壓、軸心抗拉強(qiáng)度，我國(guó)規(guī)范已經(jīng)給出具體設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)值，進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，可以直接查用。第二章鋼筋和混凝土的材料性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能◆三軸應(yīng)力狀態(tài)

TriaxialStressState三軸應(yīng)力狀態(tài)有多種組合，實(shí)際工程遇到較多的螺旋箍筋柱和鋼管混凝土柱中的混凝土為三向受壓狀態(tài)。一般采用圓柱體在等側(cè)壓條件下的試驗(yàn)測(cè)定抗壓強(qiáng)度。第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.8荷載作用下混凝土的變形性能不涂潤(rùn)滑劑涂潤(rùn)滑劑>≈混凝土的破壞機(jī)理02468102030s(MPa)e×10-3第二章鋼筋和混凝土的材料性能混凝土在結(jié)硬過(guò)程中，由于水泥石的收縮、骨料下沉以及溫度變化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂縫Micro-fissure，成為混凝土中的薄弱部位?；炷恋淖罱K破壞就是由于這些微裂縫的發(fā)展造成的。BACED02468102030s(MPa)e×10-3第二章鋼筋和混凝土的材料性能AA點(diǎn)以前，微裂縫沒(méi)有明顯發(fā)展，混凝土的變形主要是彈性變形，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似為直線。A點(diǎn)應(yīng)力隨混凝土強(qiáng)度的提高而增加，對(duì)普通強(qiáng)度混凝土sA約為

(0.3~0.4)fc，對(duì)高強(qiáng)混凝土sA可達(dá)(0.5~0.7)fc。BCED02468102030s(MPa)e×10-3第二章鋼筋和混凝土的材料性能BAA點(diǎn)以后，由于微裂縫處的應(yīng)力集中，裂縫開始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生部分塑性變形，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)開始加快，應(yīng)力-應(yīng)變曲線逐漸偏離直線。微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致混凝土的橫向變形增加Expansion。但該階段微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的。CED02468102030s(MPa)e×10-3第二章鋼筋和混凝土的材料性能BA達(dá)到B點(diǎn)，內(nèi)部一些微裂縫相互連通，裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，橫向變形突然增大，體積應(yīng)變開始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，裂縫會(huì)持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。取B點(diǎn)的應(yīng)力作為混凝土的長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度。普通強(qiáng)度混凝土sB約為0.8fc，高強(qiáng)度混凝土sB可達(dá)0.95fc以上。CED02468102030s(MPa)e×10-3第二章鋼筋和混凝土的材料性能BACED達(dá)到C點(diǎn)fc，內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度明顯加快，C點(diǎn)的縱向應(yīng)變值稱為峰值應(yīng)變

e0，約為0.002?？v向應(yīng)變發(fā)展達(dá)到D點(diǎn)，內(nèi)部裂縫在試件表面出現(xiàn)第一條可見(jiàn)平行于受力方向的縱向裂縫。02468102030s(MPa)e×10-3第二章鋼筋和混凝土的材料性能BACED隨應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)，試件上相繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向裂縫，橫向變形急劇發(fā)展，承載力明顯下降。02468102030s(MPa)e×10-3第二章鋼筋和混凝土的材料性能BACED混凝土骨料與砂漿的粘結(jié)不斷遭到破壞，裂縫連通形成斜向破壞面。E點(diǎn)的應(yīng)變e=(2~3)e0，應(yīng)力s=(0.4~0.6)fc。02468102030s(MPa)e×10-3第二章鋼筋和混凝土的材料性能BACEDE點(diǎn)以后，縱向裂縫形成一斜向破壞面，此破壞面受正應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用繼續(xù)擴(kuò)展，形成一破壞帶。此時(shí)試件的強(qiáng)度由斜向破壞面上的骨料間的摩阻力提供。隨應(yīng)變繼續(xù)發(fā)展，摩阻力和粘結(jié)力不斷下降，但即使在很大的應(yīng)變下，骨料間仍有一定摩阻力，殘余強(qiáng)度，約為(0.1~0.4)fc。第二章鋼筋和混凝土的材料性能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。對(duì)橫向變形加以約束(LateralConstraint

)，就可以限制微裂縫的發(fā)展，從而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)度的差別和破壞形態(tài)的不同。第二章鋼筋和混凝土的材料性能了解混凝土的破壞機(jī)理，不僅可以解釋各種不同試驗(yàn)混凝土強(qiáng)度的差別，還可以通過(guò)約束混凝土的橫向變形來(lái)提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。如圖采用配置螺旋箍筋形成所謂“約束混凝土”，可顯著提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，并且可以提高混凝土變形能力。螺旋箍筋約束混凝土螺旋箍筋約束混凝土第二章鋼筋和混凝土的材料性能由螺旋箍筋約束混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線可見(jiàn)，當(dāng)應(yīng)力較小時(shí)，橫向變形很小，箍筋的約束作用不明顯；當(dāng)應(yīng)力超過(guò)B點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)，由于混凝土的橫向變形開始顯著增大，側(cè)向膨脹使螺旋箍筋產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)力，其反作用力使混凝土的橫向變形受到約束，從而使混凝土的強(qiáng)度和變形能力都得到提高。第二章鋼筋和混凝土的材料性能“約束混凝土(ConfinedConcrete)”的概念在工程中許多地方都有應(yīng)用，如螺旋箍筋柱、后張法預(yù)應(yīng)力錨具下局部受壓區(qū)域配置的鋼筋網(wǎng)或螺旋筋等。鋼管混凝土(ConcreteFilledTube)對(duì)內(nèi)部混凝土的約束效果更好，因此近年來(lái)在我國(guó)工程中得到許多應(yīng)用。約束混凝土可以提高混凝土的強(qiáng)度，但更值得注意的是可以提高混凝土的變形能力(DeformationCapacity)，這一點(diǎn)對(duì)于抗震結(jié)構(gòu)非常重要。在抗震結(jié)構(gòu)對(duì)于可能出現(xiàn)塑性鉸的區(qū)域，均要求加密箍筋配置來(lái)提高構(gòu)件的變形能力，達(dá)到壞而不倒的目的。第二章鋼筋和混凝土的材料性能1.混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系Stress-strainRelationship

混凝土單軸受力時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系反映了混凝土受力全過(guò)程的重要力學(xué)特征是分析混凝土構(gòu)件應(yīng)力、建立承載力和變形計(jì)算理論的必要依據(jù)，也是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行非線性分析的基礎(chǔ)。

混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，常采用棱柱體試件來(lái)測(cè)定。在普通試驗(yàn)機(jī)上采用等應(yīng)力速度加載，達(dá)到軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)c時(shí)，試驗(yàn)機(jī)中集聚的彈性應(yīng)變能大于試件所能吸收的應(yīng)變能，會(huì)導(dǎo)致試件產(chǎn)生突然脆性破壞，只能測(cè)得應(yīng)力-應(yīng)變曲線的上升段(AscendingCurve)。

采用等應(yīng)變速度加載，或在試件旁附設(shè)高彈性元件與試件一同受壓，以吸收試驗(yàn)機(jī)內(nèi)集聚的應(yīng)變能，可以測(cè)得應(yīng)力-應(yīng)變曲線的下降段(DescendingCurve)。第二章鋼筋和混凝土的材料性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能不同強(qiáng)度混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線強(qiáng)度等級(jí)越高，線彈性段越長(zhǎng)，峰值應(yīng)變也有所增大。高強(qiáng)混凝土中，砂漿與骨料的粘結(jié)很強(qiáng)，密實(shí)性好，微裂縫很少，最后的破壞往往是骨料破壞，破壞時(shí)脆性越顯著，下降段越陡。第二章鋼筋和混凝土的材料性能◆Hognestad建議的應(yīng)力-應(yīng)變曲線第二章鋼筋和混凝土的材料性能◆《規(guī)范》應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系上升段：下降段：《規(guī)范》混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線參數(shù)fcu≤C50C60C70C80n21.831.671.5e00.0020.002050.00210.00215eu0.00330.00320.00310.003影響混凝土應(yīng)力—應(yīng)變曲線形狀的因素:a).混凝土強(qiáng)度b).組成材料的性質(zhì)及配合比c).試驗(yàn)方法:如:加荷速度d).約束情況:如:橫向鋼筋的約束第二章鋼筋和混凝土的材料性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能3、混凝土的彈性模量

ModulusofElasticity原點(diǎn)切線模量InitialModulus割線模量SecantModulus切線模量TangentModuluseel第二章鋼筋和混凝土的材料性能◆彈性模量測(cè)定方法◆取10次加載循環(huán)后應(yīng)力差與應(yīng)變差的比值◆彈性模量與抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比，在壓力較小時(shí)為0.15~0.18，接近破壞時(shí)可達(dá)0.5以上，一般可取0.2混凝土的剪切模量：第二章鋼筋和混凝土的材料性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.9混凝土的收縮和徐變ShrinkageandCreep1、混凝土的徐變Creep:在荷載長(zhǎng)期作用下，混凝土的變形隨時(shí)間而徐徐增長(zhǎng)的現(xiàn)象。徐變的特點(diǎn)：開始增長(zhǎng)較快，以后逐漸減慢，最后趨于穩(wěn)定?；炷恋男熳?/p>

第二章鋼筋和混凝土的材料性能在應(yīng)力（≤0.5fc）作用瞬間，首先產(chǎn)生瞬時(shí)彈性應(yīng)變ece。隨荷載作用時(shí)間的延續(xù)，變形不斷增長(zhǎng)，前4個(gè)月徐變?cè)鲩L(zhǎng)較快，6個(gè)月可達(dá)最終徐變的（70~80）%，以后增長(zhǎng)逐漸緩慢，2~3年后趨于穩(wěn)定。彈性后效：徐變的原因：①水泥凝膠體的黏性流動(dòng)，使骨料應(yīng)力增大。②混凝土中內(nèi)部微裂縫的發(fā)展。影響徐變的因素：①應(yīng)力的大??；應(yīng)力大徐變小；②混凝土的齡期；加荷時(shí)齡期長(zhǎng)，徐變??；③混凝土的制作、養(yǎng)護(hù)環(huán)境；溫度、濕度；④水灰比與水泥用量；水泥用量多，徐變大；⑤骨料用量及力學(xué)性能。骨料強(qiáng)度高，用量多，徐變??；第二章鋼筋和混凝土的材料性能徐變對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響：①使鋼筋混凝土構(gòu)件截面產(chǎn)生內(nèi)力重分布；②使受彎構(gòu)件和偏壓構(gòu)件的變形加大；③使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。第二章鋼筋和混凝土的材料性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能2、混凝土的收縮Shrinkage

混凝土在空氣中硬化(hardening)時(shí)體積會(huì)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。

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)，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚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。某些對(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第二章鋼筋和混凝土的材料性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能混凝土的收縮是隨時(shí)間而增長(zhǎng)的變形，早期收縮變形發(fā)展較快，兩周可完成全部收縮的25%，一個(gè)月可完成50%，以后變形發(fā)展逐漸減慢，整個(gè)收縮過(guò)程可延續(xù)兩年以上。一般情況下，最終收縮應(yīng)變值約為(2~5)×10-4

混凝土開裂應(yīng)變?yōu)?0.5~2.7)×10-4第二章鋼筋和混凝土的材料性能◆影響因素

混凝土的收縮受結(jié)構(gòu)周圍的溫度、濕度、構(gòu)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(hù)條件等許多因素有關(guān)。

水泥用量多、水灰比越大，收縮越大

骨料彈性模量高、級(jí)配好，收縮就小

干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大

小尺寸構(gòu)件收縮大，大尺寸構(gòu)件收縮小高強(qiáng)混凝土收縮大影響收縮的因素多且復(fù)雜，要精確計(jì)算尚有一定的困難。減少收縮的措施：限制水泥用量；減小水灰比；加強(qiáng)振搗和養(yǎng)護(hù)；構(gòu)造鋼筋數(shù)量加強(qiáng)；設(shè)置變形縫；摻膨脹劑。混凝土的選用原則鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C15。

用HRB335級(jí)鋼筋時(shí)，不宜低于C20；

用HRB400和RRB400級(jí)鋼筋時(shí)，不得低于C20。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中

混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30。

當(dāng)采用鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋時(shí)，不宜低于C40。第二章鋼筋和混凝土的材料性能1、表示嚴(yán)格，非這樣做不可的用詞：正面采用“必須”，反面采用“禁止”。2、表示嚴(yán)格，在正常情況下均應(yīng)這樣做，正面采用“應(yīng)”，反面采用“不應(yīng)”或“不得”。3、表示允許稍有選擇，在條件允許時(shí)首先這樣做的詞：正面采用“宜”，反面采用“不宜”。表示有選擇，在一定條件下可以這樣做的，采用“可”。2.10鋼筋與混凝土的粘結(jié)鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)，是保證鋼筋和混凝土這兩種力學(xué)性能截然不同的材料在結(jié)構(gòu)中共同工作的基本前提。粘結(jié)力的定義及組成1.定義：當(dāng)鋼筋于混凝土之間產(chǎn)生相對(duì)變形（滑移），在鋼筋和混凝土的交界面上產(chǎn)生沿鋼筋軸線方向的相互作用力，此作用力稱為粘結(jié)力。2.組成：①化學(xué)膠結(jié)力——鋼筋與混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用力（一般很小，一旦產(chǎn)生相對(duì)滑移即消失）。第二章鋼筋和混凝土的材料性能

②摩擦力——混凝土收縮后將鋼筋緊握產(chǎn)生的摩擦力，鋼筋表面越粗糙，摩擦力越大。（鋼筋表面微銹摩擦力增加）。

③機(jī)械咬合力——鋼筋表面凹凸不平與混凝土產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用（是變形鋼筋粘結(jié)力的主要組成部分）。④鋼筋端部的錨固作用——鋼筋端部的彎鉤、彎折，在鋼筋端部焊短鋼筋、短角鋼等措施（布置不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生較大的鋼筋與混凝土的相對(duì)滑移、混凝土內(nèi)部裂縫和局部混凝土破碎）。粘結(jié)強(qiáng)度：鋼筋單位表面積上所能承擔(dān)的最大縱向剪應(yīng)力。第二章鋼筋和混凝土的材料性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能得上式表明，粘結(jié)應(yīng)力τ使鋼筋應(yīng)力σs發(fā)生變化，或者說(shuō)沒(méi)有τ就不會(huì)有此dσs

。反之，沒(méi)有鋼筋應(yīng)力的變化就不存在τ。因此在構(gòu)件中間距離端部超過(guò)lt的各個(gè)截面上τ=0，σs和σc均不再改變。鋼筋混凝土梁在荷載作用使混凝土的下部受拉，粘結(jié)應(yīng)力τ將混凝土承受的部分拉力傳給鋼筋，使鋼筋受拉。局部粘結(jié)：梁開裂后，混凝土開裂前承受的拉力通過(guò)粘結(jié)應(yīng)力τ傳遞給鋼筋、從而使裂縫處鋼筋應(yīng)力增大、這種粘結(jié)應(yīng)力稱為局部粘結(jié)應(yīng)力，其作用是使裂縫之間的混凝土參與受拉。錨固粘結(jié)：鋼筋在支座處的錨固粘結(jié)應(yīng)力是構(gòu)件承載力至關(guān)重要的因素。梁、柱和屋架的支座.受拉鋼筋在支座處必須要有足夠的錨固長(zhǎng)度才能通過(guò)在錨固長(zhǎng)度上粘結(jié)應(yīng)力的積累，受鋼筋中建立能發(fā)揮鋼筋強(qiáng)度的應(yīng)力。如錨固粘結(jié)長(zhǎng)度不夠，將會(huì)造成錨固粘結(jié)應(yīng)力的喪失使構(gòu)件提前破壞。第二章鋼筋和混凝土的材料性能鋼筋的粘結(jié)性能

1.光面鋼筋的粘結(jié)性能粘結(jié)作用在鋼筋與混凝土間出現(xiàn)相對(duì)滑移前主要取決于化學(xué)膠著力，發(fā)生滑移后則由摩擦力和機(jī)械咬合力提供。粘結(jié)強(qiáng)度通常采用標(biāo)準(zhǔn)拔出試件來(lái)測(cè)定，設(shè)拔出力為F，鋼筋中的總拉力F=σsAs，則鋼筋與混凝土界面上的平均粘結(jié)應(yīng)力τ為

τ＝F/(πdl)

試驗(yàn)中可同時(shí)量測(cè)加荷端滑移和自由端滑移，由于埋入長(zhǎng)度l較短。可認(rèn)為達(dá)到最大荷載時(shí)粘結(jié)應(yīng)力沿埋長(zhǎng)近乎相等，可用粘結(jié)破壞時(shí)的最大平均粘結(jié)應(yīng)力代表鋼筋與混凝士的粘結(jié)強(qiáng)度。

第二章鋼筋和混凝土的材料性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能上圖為典型的光面鋼筋拔出試驗(yàn)曲線(τ-sl曲線)。光面鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度較低，τu=(0.4～1.4)ft，到達(dá)最大粘結(jié)應(yīng)力后，加荷端滑移sl急劇增大。曲線出現(xiàn)下降段、試件的破壞是鋼筋徐徐被拔出的剪切破壞

，滑移可達(dá)數(shù)毫米。τｕ很大程度上取決于鋼筋的表面狀況，表面越凹凸不平，則τu越高。光面鋼筋的主要問(wèn)題是強(qiáng)度低滑移大。

第二章鋼筋和混凝土的材料性能粘結(jié)強(qiáng)度仍由膠著力、摩擦力和機(jī)械咬合力組成。但主要為機(jī)械咬合力。鋼筋開始滑移后，粘結(jié)力主要由鋼筋凸肋對(duì)混凝土的斜向擠壓力和界面上的摩擦力組成。若鋼筋外圍混凝土很薄且沒(méi)有環(huán)向箍筋約束，形成縱向劈裂裂縫，沿鋼筋縱向產(chǎn)生劈裂破壞。若有環(huán)向箍筋約束混凝土的變形，縱向劈裂裂縫的發(fā)展受到限制，最后鋼筋沿肋外徑的圓柱面出現(xiàn)整體滑移，發(fā)生刮犁式破壞（剪切破壞）。2.變形鋼筋的粘結(jié)性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能變形鋼筋的拔出實(shí)驗(yàn)①加荷初期期(τ＜τA)，鋼筋肋對(duì)混凝土斜向擠壓形成了滑動(dòng)阻力，滑動(dòng)的產(chǎn)生使肋根部混凝土出現(xiàn)局部擠壓變形，粘結(jié)剛度較大。曲線近似為直線關(guān)系。第二章鋼筋和混凝土的材料性能變形鋼筋的拔出實(shí)驗(yàn)②隨荷載的增大，斜向擠壓力沿鋼筋縱向分力產(chǎn)生內(nèi)部斜裂縫，徑向分力使混凝土環(huán)向受拉，從而產(chǎn)生內(nèi)部徑向裂縫，當(dāng)徑向內(nèi)裂縫到達(dá)試件表面時(shí)，相應(yīng)的應(yīng)力稱劈裂粘結(jié)應(yīng)力τσ=(0.8～0.85)τu，第二章鋼筋和混凝土的材料性能變形鋼筋的拔出實(shí)驗(yàn)③τ-s曲線到達(dá)峰值τu時(shí)，相應(yīng)的滑移s隨混凝土的強(qiáng)度的不同約在0.35～0.45㎜之間波動(dòng)、對(duì)于無(wú)橫向配筋的一段保護(hù)層試件，到達(dá)τu后，在s增長(zhǎng)不大的情況下出現(xiàn)脆性劈裂破壞。影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素（1）混凝土的強(qiáng)度等級(jí)：鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度均隨混凝土的強(qiáng)度提高而提高；（2）混凝土保護(hù)層c和鋼筋之間凈距離越大，劈裂抗力越大，因而粘結(jié)強(qiáng)度越高，但當(dāng)l/d＞5時(shí)，τu與ft,s不再增長(zhǎng)，也就是說(shuō)粘結(jié)強(qiáng)度不由壁裂破壞來(lái)決定，而是沿鋼筋外徑圓柱面上發(fā)生剪切破壞。（3）橫向鋼筋限制了縱向裂縫的發(fā)展，可使粘結(jié)強(qiáng)度提高，因而在鋼筋錨固區(qū)和搭接長(zhǎng)度范圍內(nèi)，加強(qiáng)橫向鋼筋(如箍筋加密等)可提高混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。（4)鋼筋端部的彎鉤、彎折及附加錨固措施（如焊鋼筋和焊鋼板等）可以提高的錨固粘接能力。

(5)側(cè)向壓力約束也有提高粘接強(qiáng)度的作用。第二章鋼筋和混凝土的材料性能粘結(jié)機(jī)理的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀影響粘結(jié)力的因素較多，在實(shí)際工程中粘結(jié)受力情況復(fù)雜，到目前為止還沒(méi)有比較完整的計(jì)算理論。目前常用的處理粘結(jié)的方法有兩種：以實(shí)驗(yàn)得到的粘結(jié)應(yīng)力為基本粘結(jié)應(yīng)力，計(jì)算錨固長(zhǎng)度；以規(guī)范的形式規(guī)定相應(yīng)的構(gòu)造措施來(lái)保證鋼筋混凝土的粘結(jié)力。----我國(guó)規(guī)范采用的方法。第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.11鋼筋混凝土的一般構(gòu)造規(guī)定1.混凝土的保護(hù)層：定義：鋼筋外邊緣到混凝土外邊緣的距離。規(guī)定：不應(yīng)小于鋼筋的直徑或并筋的等效直徑不應(yīng)小于骨料最大粒徑的1.5倍并符合附表10的規(guī)定2.鋼筋的錨固：計(jì)算中充分利用鋼筋的抗拉強(qiáng)度時(shí)，其錨固長(zhǎng)度按下式計(jì)算α－鋼筋的外形系數(shù)（按附表12取用）當(dāng)錨固長(zhǎng)度不能滿足時(shí)，則需采用機(jī)械錨固，如彎折、焊短鋼筋、焊短角鋼等。第二章鋼筋和混凝土的材料性能錨固長(zhǎng)度的修正：當(dāng)HRB335、HRB400、RRB400級(jí)鋼筋的直徑大于25mm時(shí)，其錨固長(zhǎng)度乘以修正系數(shù)1.1。當(dāng)HRB335、HRB400、RRB400級(jí)的環(huán)氧樹脂涂層鋼筋，其錨固長(zhǎng)度乘以修正系數(shù)1.25。當(dāng)鋼筋在施工工程中容易擾動(dòng)時(shí)，其錨固長(zhǎng)度乘以修正系數(shù)1.1。當(dāng)HRB335、HRB400、RRB400級(jí)鋼筋在錨固區(qū)的混凝土保護(hù)層厚度大于鋼筋直徑的3倍且配有箍筋時(shí)，其錨固長(zhǎng)度乘以修正系數(shù)0.8。厚度修正系數(shù)：附表13鋼筋余量修正系數(shù)：當(dāng)鋼筋的實(shí)際配筋面積大于其計(jì)算面積時(shí)，錨固長(zhǎng)度可以乘以鋼筋余量修正系數(shù)，其數(shù)值為：設(shè)計(jì)計(jì)算面積與實(shí)際配筋面積的比值。但對(duì)有抗震要求的及直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不得采用此項(xiàng)修正。受拉鋼筋的最小錨固長(zhǎng)度應(yīng)符合附表14的規(guī)定，且在任何情況下不應(yīng)小于計(jì)算值的0.7倍及250mm。第二章鋼筋和混凝土的材料性能機(jī)械錨固的形式及構(gòu)造要求：機(jī)械錨固的形式及構(gòu)造宜采用下圖所示的方法：錨固長(zhǎng)度內(nèi)的箍筋不應(yīng)少于3個(gè)，其直徑不應(yīng)小于縱向鋼筋直徑的0.25倍，其間距不應(yīng)小于縱向鋼筋直徑的5倍。當(dāng)縱向鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度不小于鋼筋直徑的5倍時(shí)，可不受以上限制。第二章鋼筋和混凝土的材料性能3.鋼筋的連接：分類：綁扎搭接、機(jī)械連接和焊接搭接規(guī)定：鋼筋綁扎搭接接頭連接區(qū)段的長(zhǎng)度為1.3倍搭接長(zhǎng)度，凡搭接接頭中點(diǎn)位于該連接區(qū)段長(zhǎng)度內(nèi)的搭接接頭均屬于同一連接區(qū)段。同一連接區(qū)段內(nèi)縱向鋼筋搭接接頭面積百分率為該區(qū)段內(nèi)有搭接接頭的縱向受力鋼筋截面面積與全部縱向受力鋼筋截面面積的比值。第二章鋼筋和混凝土的材料性能3.鋼筋的連接：分類：綁扎搭接、機(jī)械連接和焊接搭接規(guī)定：第二章鋼筋和混凝土的材料性能圖示為同一區(qū)段內(nèi)縱向受拉鋼筋綁扎搭接接頭試計(jì)算該搭接區(qū)段內(nèi)的接頭百分率？設(shè)鋼