第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能1

第1章鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能主要內(nèi)容：鋼筋的物理力學(xué)性能砼的物理力學(xué)性能重點(diǎn)：鋼筋的級(jí)別、強(qiáng)度和變形性能混凝土的強(qiáng)度和變形性能粘結(jié)破壞機(jī)理1.1鋼筋熱軋鋼筋、中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

AB’BCDE上屈服點(diǎn)不穩(wěn)定下屈服點(diǎn)出現(xiàn)頸縮拉斷BC段為屈服平臺(tái)CD段為強(qiáng)化段0.2%

0.2標(biāo)距有明顯流幅的鋼筋無明顯流幅的鋼筋鋼筋受壓和受拉時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎相同

AB’BCDE0.2%

0.2強(qiáng)度指標(biāo)*明顯流幅的鋼筋：下屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù)，因?yàn)?，鋼筋屈服后?huì)產(chǎn)生大的塑性變形，鋼筋混凝土構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形和不可閉合的裂縫，以至不能使用

*無明顯流幅的鋼筋：殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為條件屈服強(qiáng)度

鋼筋有明顯屈服點(diǎn)鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型雙直線的理想彈塑性模型－－即《規(guī)范》模型1Es0.01

AB’BCDE變形指標(biāo)*延伸率：鋼筋拉斷后的伸長(zhǎng)與原長(zhǎng)的比值伸長(zhǎng)率越大，鋼筋的塑性和變形能力越好。2.2鋼筋彎芯直徑越小，彎轉(zhuǎn)度越大，冷彎性能越好，即塑性越好。

D變形指標(biāo)*冷彎性能：將直徑為d的鋼筋繞直徑為D的鋼輥彎成一定的角度而不發(fā)生斷裂

鋼筋2鋼筋的品種

熱軋鋼筋、鋼絞線、高強(qiáng)鋼絲、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋。

熱軋鋼筋鋼筋

預(yù)應(yīng)力鋼筋熱軋鋼筋

HotRolledSteelReinforcingBarHPB235級(jí)、HRB335級(jí)、HRB400級(jí)、RRB400級(jí)HPBHotrolledPlainBarHRBHotrolledRolledBarRRBRolledRibbedBarHPB235級(jí)(Ⅰ級(jí))鋼筋多為光面鋼筋（PlainBar），多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋HRB335級(jí)(Ⅱ級(jí))和

HRB400級(jí)(Ⅲ級(jí))鋼筋強(qiáng)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(jí)鋼筋作箍筋的為增強(qiáng)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(jí)鋼筋為余熱處理鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值鋼筋屈服標(biāo)準(zhǔn)值=鋼材廢品限值，保證率97.73%（95%）種類符號(hào)d(mm)fyk、fsk熱軋鋼筋HPB235（Q235）

8~20235HRB335（20MnSi）6~50335HRB400（20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi）6~50400RRB400（K20MnSi）8~40400普通鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm2)鋼筋的彈性模量Es(N/mm2)種

類EsHPB235級(jí)鋼筋2.1×105HRB335級(jí)鋼筋、HRB400級(jí)鋼筋、

RRB400級(jí)鋼筋、熱處理鋼筋2.0×105消除應(yīng)力鋼絲（光面鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲）2.05×105鋼絞線1.95×105種類符號(hào)

d(mm)

fptk鋼絞線1×3s8.6、10.81860、1720、157012.91720、15701×79.5、11.1、12.7186015.21860、1720清除應(yīng)力鋼絲光面螺旋助

P

H4、51770、1670、157061670、15707、8、91570刻痕

I5、71570熱處理鋼筋40Si2Mn

HT6147048Si2Mn8.245Si2Cr10預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求1屈服強(qiáng)度2極限強(qiáng)度3伸長(zhǎng)率4冷彎性能5焊接性能6耐火性能7粘結(jié)性能變形指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)檢驗(yàn)鋼筋性能的四大指標(biāo)9003dHRB40018003dHRB33518001dHPB235冷彎角度

冷彎直徑D級(jí)別參數(shù)D

d混凝土1.2混凝土的強(qiáng)度混凝土立方抗壓強(qiáng)度混凝土軸心抗壓強(qiáng)度混凝土抗拉強(qiáng)度150×150×150150×150×300100×100×5002.1混凝土

（混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強(qiáng)度。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)）

（1）立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：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）養(yǎng)護(hù)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）測(cè)得的具有95%保證率的立方體抗壓強(qiáng)度。fcu,k=

fcu,m(1-1.645

)。

1.2混凝土的強(qiáng)度1、立方體抗壓強(qiáng)度fcu，立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k（2）混凝土的強(qiáng)度等級(jí)：《規(guī)范》是根據(jù)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值來劃分的。從C15~C80共劃分為14個(gè)強(qiáng)度等級(jí)（如C30表示fcu,k=30N/mm2），級(jí)差為5N/mm2。

（3）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。

套箍效應(yīng):

不涂潤(rùn)滑油涂潤(rùn)滑油混凝土未采取減摩措施采取減摩措施后混凝土2、軸心抗壓強(qiáng)度fc

（1）軸心抗壓強(qiáng)度的概念：也稱棱柱體抗壓強(qiáng)度（用符號(hào)fc表示），是用高寬比為2~4的棱柱體試件測(cè)得的抗壓強(qiáng)度，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)以150×150×300mm的棱柱體試件為標(biāo)準(zhǔn)試件，也常用150×150×450的棱柱體試件。

（2）棱柱體抗壓強(qiáng)度和立方體抗壓強(qiáng)度的換算關(guān)系棱柱體抗壓強(qiáng)度fc承壓板試塊標(biāo)準(zhǔn)試塊：150×150×300非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100×100×300換算系數(shù)0.95200×200×400換算系數(shù)1.05考慮到承壓板對(duì)試件的約束，立方體抗壓強(qiáng)度大于棱柱體抗壓強(qiáng)度，且有：

fc=0.76fcu(試驗(yàn)結(jié)果)考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，取fc=0.67fcu對(duì)國(guó)外（美國(guó)、日本、歐洲混凝土協(xié)會(huì)等）采用的圓柱體試件（d=150,h=300），有fc’=0.79fcu圓柱體抗壓強(qiáng)度直接受拉試驗(yàn)ft1001001501505003、砼的抗拉強(qiáng)度ft軸心受拉試件一般為100×100×500mm的柱體混凝土軸心受拉強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度間的換算關(guān)系0102030405060708090100123456

GBJ10-89規(guī)范55.0395.0cu,mt,mff=3/226.0cu,mt,mff=▲軸心抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)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裂試驗(yàn)測(cè)定混凝土的抗拉強(qiáng)度）劈拉強(qiáng)度劈拉試驗(yàn)FdF▲劈裂試驗(yàn)——劈拉強(qiáng)度fts混凝土二、混凝土破壞機(jī)理fc

<fcu

?（a）不涂潤(rùn)滑劑（b）涂潤(rùn)滑劑>≈棱柱體立方體02468102030s(MPa)e×10-3第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土BACEDA點(diǎn)以前，微裂縫沒有明顯發(fā)展，混凝土的變形主要彈性變形，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似直線。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。A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。但該階段微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的?；炷猎诮Y(jié)硬過程中，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，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。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)強(qiáng)度混凝土sB可達(dá)0.95fc以上。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)第一條可見平行于受力方向的縱向裂縫。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，混凝土骨料與砂漿的粘結(jié)不斷遭到破，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。2.1混凝土的物理力學(xué)性能混凝土三、復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的受力性能

（實(shí)際結(jié)構(gòu)中，混凝土很少處于單向受力狀態(tài)。更多的是處于雙向或三向受力狀態(tài)。）雙向受壓強(qiáng)度大于單向受壓強(qiáng)度，最大強(qiáng)度發(fā)生在兩個(gè)壓應(yīng)力之比為0.3~0.6之間，約為(1.25~1.60)fc。（1）雙向受壓（第三象限）1雙軸應(yīng)力狀態(tài)第二章鋼筋和混凝土的材料性能混凝土

任意應(yīng)力比情況下，其強(qiáng)度均不超過相應(yīng)的單軸強(qiáng)度。并且抗壓強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度均隨另一方向拉應(yīng)力或壓應(yīng)力的增加而減小。（2）一軸受壓一軸受拉（第二、四象限）（3）雙軸受拉（第一象限）

任意應(yīng)力比情況下，其強(qiáng)度均與單軸抗拉強(qiáng)度相近?；炷粒?gòu)件受剪或受扭時(shí)常遇到）2剪應(yīng)力t和正應(yīng)