第二章-鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能

第二章

鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能

1．鋼筋

(1)熟悉鋼筋的品種和級(jí)別。

(2)掌握鋼筋的應(yīng)力一應(yīng)變?nèi)€特性及其數(shù)學(xué)模型。

(3)了解鋼筋的冷加工性能以及混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求。

2．混凝土

(1)熟悉混凝土的立方體強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度及相互間的關(guān)系。

(2)掌握單軸向受壓下混凝土的應(yīng)力一應(yīng)變?nèi)€及其數(shù)學(xué)模型。

(3)熟悉混凝土彈性模量、變形模量的概念。

(4)了解重復(fù)荷載下混凝土的疲勞性能以及復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土強(qiáng)度的概念。

(5)熟悉混凝土徐變、收縮的概念。

3．鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能

(1)掌握粘結(jié)的定義、粘結(jié)力的組成、粘結(jié)應(yīng)力的分布、粘結(jié)應(yīng)力與相對(duì)滑移的關(guān)系等概念。

(2)掌握基本錨固長(zhǎng)度的計(jì)算以及保證可靠粘結(jié)的構(gòu)造要求。

主要內(nèi)容及要求第二章鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能 1.1鋼筋1.2混凝土1.3鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)1.4保證可靠粘結(jié)的具體構(gòu)造措施1.5砼對(duì)鋼筋的保護(hù)作用1.6砼結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別1.1鋼筋一、鋼筋成分、品種、級(jí)別二、鋼筋的強(qiáng)度和變形三、鋼筋的冷加工和熱處理四、鋼筋混凝土構(gòu)件對(duì)鋼筋的性能要求五、鋼筋的選用原則按化學(xué)成分碳素結(jié)構(gòu)鋼（含碳量在0.8%以下）低碳鋼含碳量≤0.25%中碳鋼含碳量0.25%~0.6%高碳鋼含碳量0.65%~1.4%普通低合金鋼(合金元素總含量<5%）隨著含碳量的增加，鋼筋的強(qiáng)度提高，塑性降低。在低碳鋼中，加入少M(fèi)n、Si，鈮、鈦、釩、鉻等合金元素，便成為普通低合金鋼，提高鋼材的強(qiáng)度和保持一定的延性。改善鋼材的性能一、鋼筋成分、品種、級(jí)別按加工工藝和力學(xué)性能熱軋鋼筋中、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線熱處理鋼筋冷加工鋼筋

按表面形狀光面鋼筋變形鋼筋光面鋼筋螺紋鋼筋月牙紋鋼筋人字紋鋼筋鋼筋表面形狀取決于鋼筋的強(qiáng)度熱軋鋼筋將碳素鋼和普通低合金鋼在高溫下軋制而成。分為：

1、HPB235：Hotrolledplainsteelbarsforthereinforcementofconcrete.（光圓）235指該種鋼筋的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。fyk=235M/mm2；

2、HRB335：Hotrolledribbedsteelbarsforthereinforcementofconcrete.（帶肋）fyk=335N/mm2；提倡用此鋼筋作為我國(guó)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主力鋼筋

3、

HRB400：fyk=400N/mm2（舊Ⅲ級(jí)為fyk=370N/mm2）（帶肋）；

4、RRB400(余熱處理鋼筋)：Remainedheattreatmentribbedsteelbarsforthereinforcementofconcrete.（帶肋）；

注意：1、等級(jí)代號(hào)2、等級(jí)表示符號(hào)3、直徑范圍及常用直徑4、外形

冷加工鋼筋

常溫下采用某種工藝對(duì)某些等級(jí)的熱軋鋼筋進(jìn)行加工而成。熱處理鋼筋是對(duì)某些特定型號(hào)的熱軋鋼筋進(jìn)行加熱、淬火和回火等工藝處理，使鋼筋其強(qiáng)度大幅度提高，但塑性降低率不多得到的鋼筋中、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線是由熱軋鋼筋經(jīng)冷拔而成，根據(jù)原材料不同又分為冷拔低碳鋼絲和碳素鋼絲，鋼絲可刻痕(刻痕鋼絲)和鉸成鋼絞線，故鋼絲有：冷拉低碳鋼絲φb

碳素鋼絲φs

刻痕鋼絲φk

鋼絞線φj

二、鋼筋的強(qiáng)度和變形鋼筋力學(xué)性能四項(xiàng)指標(biāo)：屈服強(qiáng)度；極限強(qiáng)度；伸長(zhǎng)率；冷彎性能。（一）、熱軋鋼筋（HPB235、HRB335、HRB400、RRB400）

1、受拉－曲線比例極限屈服強(qiáng)度極限強(qiáng)度o

(N/mm2)

fyfted流幅abcoa－彈性階段

a－比例極限

b－屈服強(qiáng)度cd－強(qiáng)化階段

d－極限強(qiáng)度de－頸縮階段bc－屈服階段鋼筋的受壓性能在到達(dá)屈服強(qiáng)度之前與受拉時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律相同，其屈服強(qiáng)度也與受拉時(shí)基本一樣。在達(dá)到屈服強(qiáng)度之后，由于試件發(fā)生明顯的塑性壓縮，截面積增大，因而難以給出明確的抗壓極限強(qiáng)度。受壓－曲線取具有95%的保證率的屈服強(qiáng)度值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取值依據(jù)：？3、伸長(zhǎng)率、冷彎性能要求見表：屈服強(qiáng)度下限值。鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fyk2、強(qiáng)度取值極限強(qiáng)度作為安全儲(chǔ)備，是檢驗(yàn)鋼筋質(zhì)量的另一強(qiáng)度指標(biāo)。1、超過屈服點(diǎn)后，將產(chǎn)生過大的應(yīng)變，使構(gòu)件變形和裂縫寬度過大2、要求一定的極限強(qiáng)度，即使結(jié)構(gòu)破壞，不會(huì)因鋼筋拉斷而倒塌。在抗震結(jié)構(gòu)中，要求其屈強(qiáng)比≤0.8伸長(zhǎng)率：冷彎性能：彎心直徑冷彎角度反映衡量鋼筋塑性性能的一個(gè)指標(biāo)，伸長(zhǎng)率越大，塑性越好是檢驗(yàn)鋼筋塑性的另一種方法，可反映鋼材脆化的傾向。將直徑為d的鋼筋澆過直徑為D的鋼輥彎成一定角度，而不發(fā)生斷裂、裂縫或起層。

αd熱軋鋼筋的力學(xué)及工藝性能品種強(qiáng)度等級(jí)代號(hào)公稱直徑（mm）屈服點(diǎn)σs（Mpa）抗拉強(qiáng)度σb（Mpa）伸長(zhǎng)率δ5（%）冷彎反向彎曲正彎45°反彎23°不小于d=彎心直徑a=鋼筋公稱直徑光圓鋼筋HPB2358~2023537025180°d=a熱軋帶肋鋼筋HRB3356~5033549016180°d=3ad=4aHRB4006~5040057014180°d=4ad=5aRRB4008~4040057012180°d=6ad=7a4、熱軋鋼筋－曲線的數(shù)學(xué)模型

A模型采用了兩點(diǎn)簡(jiǎn)化1、應(yīng)力小于屈服點(diǎn)應(yīng)力時(shí)－為直線關(guān)系2、不利用應(yīng)力強(qiáng)化階段。超過屈服應(yīng)力點(diǎn)后處于流幅內(nèi)。規(guī)范模型εsu=0.010.2%

0.2

(N/mm2)

o（二）、鋼絲、熱處理鋼筋

b

1、受拉－曲線2）條件屈服強(qiáng)度0.2的定義：相應(yīng)于殘余應(yīng)變

=0.2%時(shí)的應(yīng)力1）名義屈服點(diǎn)伸長(zhǎng)率：δ100=3.5%~4%，很小

0.2=0.85

b強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取值依據(jù)：取條件屈服強(qiáng)度

0.2作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)依據(jù)。2、設(shè)計(jì)強(qiáng)度取值3、伸長(zhǎng)率、冷彎性能要求規(guī)范取值對(duì)彎曲半徑和彎曲次數(shù)有要求。屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和冷彎性能是對(duì)軟鋼進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)的四項(xiàng)主要指標(biāo)，而對(duì)無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋，則只測(cè)后三項(xiàng)。應(yīng)滿足《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》GB1499、《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》GB/T5224等要求。4、硬鋼－曲線的數(shù)學(xué)模型

冷加工的方法：在常溫下對(duì)熱軋鋼筋冷拉、冷拔、冷軋和冷軋扭等加工。冷加工的目的：改變鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高

鋼材強(qiáng)度，節(jié)約鋼筋。冷加工對(duì)鋼材性能的影響:強(qiáng)度提高，塑性降低。?熱處理是對(duì)某些特定型號(hào)的熱軋鋼進(jìn)行淬火和回火處理。

三、鋼筋的冷加工和熱處理o冷拉控制應(yīng)力

(N/mm2)

冷拉率殘余變形o'abcc'd'd冷拉無時(shí)效冷拉經(jīng)時(shí)效(a)(b)d1d2Pd2d1冷拉原理圖冷拔原理圖(a)為冷拉，可采用冷拉控制應(yīng)力和冷拉率控制。冷拉后可提高鋼材的抗拉強(qiáng)度，但其屈服臺(tái)階變短。(b)為冷拔，可同時(shí)提高鋼材的抗拉和抗壓強(qiáng)度。塑性降低很多。冷軋后，鋼筋表面軋成帶肋，強(qiáng)度與冷拔低碳

絲接近，塑性要好一些。采用冷加工鋼筋，應(yīng)符合專門的規(guī)程1.強(qiáng)度高：鋼筋的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度，鋼筋強(qiáng)屈比適宜（有足夠安全儲(chǔ)備）2.塑性好：伸長(zhǎng)率、冷彎性能3.可焊性好：保證焊接后接頭性能良好，不產(chǎn)生裂紋或過大變形4.與混凝土間有足夠的粘結(jié)力：鋼筋的外形、錨固措施和錨固長(zhǎng)度。另外在低溫地區(qū)：防止發(fā)生脆性破壞四、鋼筋混凝土構(gòu)件對(duì)鋼筋的性能要求五、鋼筋的選用原則宜優(yōu)先選用強(qiáng)度較高、塑性較好、價(jià)格較低的鋼筋非預(yù)應(yīng)力鋼筋：宜優(yōu)先選HRB400和HRB335，也可用HPB235和RRB400預(yù)應(yīng)力鋼筋：宜優(yōu)先選用預(yù)應(yīng)力鋼絞線、中高強(qiáng)鋼絲也可采用熱處理鋼筋1.2混凝土一、混凝土的組成二、混凝土的強(qiáng)度三、荷載作用下混凝土的變形性能四、混凝土的非受力變形一、混凝土的組成：骨料水泥結(jié)晶體水泥凝膠體彈性變形的基礎(chǔ)塑性變形的基礎(chǔ)砼的強(qiáng)度及變形隨時(shí)間、隨環(huán)境的變化而變化。1.2混凝土1、立方體的抗壓強(qiáng)度fcu和混凝土強(qiáng)度等級(jí)（一）、混凝土抗壓強(qiáng)度二、混凝土的強(qiáng)度砼在結(jié)構(gòu)中主要承壓，抗壓強(qiáng)度指標(biāo)是最重要的指標(biāo)。規(guī)范規(guī)定用邊長(zhǎng)為150mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室（溫度20±3℃，相對(duì)濕度不小于90%）養(yǎng)護(hù)28天后，以大約每秒0.5~0.25N/mm2的速度在試驗(yàn)機(jī)上加壓至破壞，所測(cè)得的具有95%保證率的單軸抗壓強(qiáng)度，用符號(hào)fcu,k表示。砼的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：是混凝土各種力學(xué)指標(biāo)的代表值按砼立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值劃分的強(qiáng)度級(jí)別，采用符號(hào)C與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（以N/mm2）表示。14個(gè)等級(jí)：C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80.混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C40表示？影響立方體強(qiáng)度的因素：試件尺寸：試件的尺寸越小，其抗壓強(qiáng)度值越高；溫度：溫度越高，砼的早期強(qiáng)度越高；水灰比：水灰比愈大，砼的強(qiáng)度愈低；濕度：試驗(yàn)方法：加載速度、表面是否涂潤(rùn)滑劑。尺寸效應(yīng)的影響：

fcu(150)=0.95fcu(100)

fcu(150)=1.05fcu(200)RC構(gòu)件對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)的要求：HPB235鋼筋：

混凝土等級(jí)不低于C15HRB335鋼筋：

混凝土等級(jí)不低于C20HRB400、RRB400鋼筋：混凝土等級(jí)不低于C20預(yù)應(yīng)力構(gòu)件鋼筋：混凝土等級(jí)不低于C30采用鋼絲、熱處理筋作預(yù)應(yīng)筋：混凝土等級(jí)不低于

C40

2.軸心抗壓強(qiáng)度fc（棱柱體抗壓強(qiáng)度）以150×150×300mm（450）棱柱體試塊測(cè)得的抗壓強(qiáng)度。是混凝土最重要的強(qiáng)度指標(biāo)。為消除端部約束的影響實(shí)際受壓構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度的取值依據(jù)與立方體強(qiáng)度的關(guān)系：0.88——鑒于實(shí)際構(gòu)件與試件制作和養(yǎng)護(hù)的差異

——棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比≤C50=0.76（普通混凝土）

┋

線性內(nèi)插

C80=0.82

——考慮混凝土脆性的修正系數(shù)，混凝土強(qiáng)度越高，脆性越明顯）≤C40=1.0（C40以下混凝土）

┋

線性內(nèi)插

C80=0.87

混凝土的抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度小得多，為抗壓強(qiáng)度。直接測(cè)試方法間接測(cè)試方法(彎折，劈裂)試驗(yàn)方法（二）、軸心抗拉強(qiáng)度ft軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk與立方體強(qiáng)度fcu，k的關(guān)系為

：對(duì)C40以上混凝土的強(qiáng)度折減系數(shù)

δ：混凝土立方體強(qiáng)度的變異系數(shù)

=1、雙向正應(yīng)力作用2、正應(yīng)力和剪應(yīng)力作用3、三軸受壓三、復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土強(qiáng)度

1,

2(壓－壓)強(qiáng)度增加

1,

2(拉－壓)強(qiáng)度降低

1,

2(拉－拉)強(qiáng)度基本不變1、雙向正應(yīng)力作用2、正應(yīng)力和剪應(yīng)力作用①

壓應(yīng)力影響：壓應(yīng)力小于0.6時(shí)，隨壓應(yīng)力的增大，抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)；壓應(yīng)力大于0.6，隨壓應(yīng)力的增大，抗剪強(qiáng)度減小。②

拉應(yīng)力影響：隨拉應(yīng)力的增長(zhǎng)，抗剪強(qiáng)度減小混凝土抗拉和抗壓強(qiáng)度剪應(yīng)力存在，抗拉和抗壓強(qiáng)度降低?？辜魪?qiáng)度σ↑τ↑σ↑τ↓軸壓軸拉純剪剪壓拉壓3、三軸受壓：工程應(yīng)用：約束混凝土鋼管砼密配螺旋箍筋fcc’——有側(cè)向約束時(shí)試件的軸向抗壓強(qiáng)度fc——單向受壓試件的軸向抗壓強(qiáng)度σr——側(cè)向約束力局部受壓混凝土σ3↑200

3=35N/mm225N/mm2

1

3

310N/mm2150100500510152025

1(N/mm2)

1(‰)0N/mm2σ1↑ε1↑三、荷載作用下混凝土的變形性能混凝土的變形混凝土的受力變形

混凝土的非受力變形

混凝土一次短期加荷的變形

混凝土長(zhǎng)期作用的變形

多次重復(fù)荷載作用下的變形

收縮變形

溫度引起的變形

峰點(diǎn)C臨界點(diǎn)B拐點(diǎn)D收斂點(diǎn)Efc

0

0???比例極限A

cu???F0.3~0.5fc0.75~0.9fc標(biāo)準(zhǔn)棱柱體短時(shí)加載試驗(yàn)應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系曲線分析（一）

一次短期荷載作用下混凝土的變形性能混凝土的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系：不穩(wěn)定裂縫擴(kuò)展階段上升段：下降段：裂縫迅速發(fā)展，試件表面出現(xiàn)與加壓方向平行的縱向裂縫，承載能力下降。至D點(diǎn)，試件從宏觀上已充分破碎，此時(shí)砼達(dá)到極限壓應(yīng)變?chǔ)與u。D點(diǎn)應(yīng)變?yōu)闃O限應(yīng)變：彈性階段OA穩(wěn)定裂縫擴(kuò)展階段AB，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)＞應(yīng)力增加。B點(diǎn)應(yīng)力為長(zhǎng)期受壓控制應(yīng)力：彈塑性階段AB塑形變形顯著增加。裂縫迅速擴(kuò)展。峰值應(yīng)力為軸心抗壓強(qiáng)度。特征點(diǎn)：

0

–––對(duì)應(yīng)于峰值點(diǎn)應(yīng)變

cu

–––混凝土極限壓應(yīng)變fc–––軸心抗壓強(qiáng)度

影響應(yīng)力——應(yīng)變曲線的因素混凝土的強(qiáng)度應(yīng)變速率橫向鋼筋約束配箍率增加，間距加密→σ0↑，εcu↑速率↑σmax↑εcu↓強(qiáng)度↑延性↓①Hognestad公式σ-ε關(guān)系的數(shù)學(xué)模型（本構(gòu)關(guān)系）②R?sh公式③《砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》采用的模型k

c

c

0

ce

cp

0h

混凝土的彈性模量表示應(yīng)力與應(yīng)變的比值1、原點(diǎn)彈性模量：表示測(cè)定方法1）取應(yīng)力上限0.5fc重復(fù)加載卸載后的σ-ε圖形斜率，得2）采用σc=0.3fc時(shí)的割線模量建筑和公路規(guī)范采用鐵路規(guī)范采用2、割線模量：3、切線模量：

–––彈性系數(shù)0～1.0

c=

ce

+

cp注：只有在應(yīng)力較低時(shí)，才有表示任意點(diǎn)應(yīng)力大，彈性系數(shù)小表示應(yīng)力增量與應(yīng)變?cè)隽康谋戎涤腥N模量的大小關(guān)系？2、混凝土剪切模量：G=0.4Ec1、泊松比νc混凝土橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值。隨應(yīng)力增大而增大。當(dāng)規(guī)范取由彈性理論求出：把代入得G=0.417Ec規(guī)范取混凝土的泊松比與剪切模量

受拉變形模量E’ct、彈性模量Ect彈性模量取與受壓時(shí)相同的。受拉時(shí)的彈性系數(shù)νt當(dāng)即混凝土在受到荷載作用后，在荷載(應(yīng)力)不變的情況下，變形(應(yīng)變)隨時(shí)間而不斷增長(zhǎng)的現(xiàn)象。161284369121518212427?A

ce

cr徐變

ce彈性變形

ch收縮

ce

ae

erBCD

(10–4)t(月)0徐變：徐變的時(shí)間：6個(gè)月完成大部分；一年趨于穩(wěn)定，三年完成。（建筑物維修期一年）

（二）混凝土的徐變（長(zhǎng)期荷載下的變形）a.應(yīng)力不大時(shí)，水泥凝膠體向水泥結(jié)晶體應(yīng)力垂分布的結(jié)果；b.應(yīng)力較大時(shí)，內(nèi)部微裂縫長(zhǎng)期積累的結(jié)果。

徐變的原因徐變的影響因素：內(nèi)在因素

——混凝土的組成和配比。骨料的剛度越大，體積比越大，徐變就越??；水灰比越小，徐變也越小。

環(huán)境影響

——養(yǎng)護(hù)條件和使用條件。受荷前養(yǎng)護(hù)的溫濕度越高，徐變就越小；受荷后構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高，相對(duì)濕度越小，徐變就越大

應(yīng)力條件

——初應(yīng)力水平σci/fc

和加荷時(shí)混凝土的齡期

t0，它們是影響徐變的主要因素。線性徐變初應(yīng)力

c0.5fc徐變與初應(yīng)力呈正比,徐變系數(shù)ψ

成常數(shù)。非線性徐變初應(yīng)力

c>0.5fc

徐變最終仍收斂，但徐變系數(shù)ψ隨σci的增大而增大。

徐變將不收斂當(dāng)

c>0.8fc，徐變發(fā)展最終導(dǎo)致破壞作為混凝土的長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度。0.8fc定義徐變變形εcr與初始應(yīng)變?chǔ)與i的比值為徐變系數(shù)ψ，即

徐變的性質(zhì)徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的影響：使構(gòu)件的變形增加；在截面中引起應(yīng)力重分布；在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中引起預(yù)應(yīng)力損失。（三）混凝土在多次重復(fù)荷載下的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系?如果我們將混凝土棱柱體試塊加荷使其壓應(yīng)力達(dá)到某個(gè)數(shù)值σ，然后卸荷至零，并把這一循環(huán)多次重復(fù)下去，就稱為多次重復(fù)荷載。?我們通常把能使試件循環(huán)200萬次或次數(shù)稍多時(shí)發(fā)生破壞的壓應(yīng)力稱為混凝土的疲勞抗壓強(qiáng)度，用符號(hào)表示。多次重復(fù)荷載下應(yīng)力應(yīng)變曲線

1.混凝土一次加荷卸荷時(shí)：曲線與橫坐標(biāo)成一環(huán)狀

2.混凝土在多次重復(fù)荷載作用下的曲線a.加荷應(yīng)力時(shí)，每次卸荷時(shí)，塑性變形（不可恢復(fù)變形）逐漸減小，曲線越來越閉合成一直線；b.加荷應(yīng)力（某一應(yīng)力）時(shí)，曲線由凸向應(yīng)力軸逐漸轉(zhuǎn)為凸向應(yīng)變軸，標(biāo)志混凝土內(nèi)部微裂縫發(fā)展加劇趨近破壞。（疲勞破壞）

由上述a、b可以得出，曲線不同的變化過程取決于施加應(yīng)力的大小

疲勞抗壓強(qiáng)度能使試件循環(huán)200萬次或次數(shù)稍多時(shí)發(fā)生破壞的壓應(yīng)力影響疲勞抗壓強(qiáng)度的因素1、荷載重復(fù)次數(shù)和砼強(qiáng)度等級(jí)2、重復(fù)荷載應(yīng)力變化幅度在相同的重復(fù)次數(shù)下，砼的疲勞強(qiáng)度隨增加而增大?；炷猎诳諝庵薪Y(jié)硬體積減小的現(xiàn)象。蒸汽養(yǎng)護(hù)常溫養(yǎng)護(hù)051015200.10.20.30.4收縮(10–3)時(shí)間(月)四、混凝土的非受力變形收縮混凝土的收縮隨時(shí)間發(fā)展的規(guī)律

※

混凝土的收縮隨時(shí)間而增長(zhǎng)

※

兩周可完成全部收縮的25%，一個(gè)月可完成50%

※

整個(gè)收縮過程可延續(xù)兩年以上

混凝土開裂時(shí)應(yīng)變約為(0.5~2.7)×10-4，而收縮應(yīng)變終極值約為(2~5)×10-4，故收縮應(yīng)變?nèi)缡艿郊s束，極易導(dǎo)致開裂。

◆

混凝土收縮的影響因素

※

環(huán)境的溫度濕度

※

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、養(yǎng)護(hù)條件

收縮的性質(zhì)自由收縮：對(duì)結(jié)構(gòu)沒影響約束收縮來自內(nèi)部的鋼筋約束來自支座的外部約束收縮對(duì)結(jié)構(gòu)的影響a.構(gòu)件未受荷之前產(chǎn)生裂縫；b.預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力損失（預(yù)應(yīng)力筋與混凝土一同回縮引起預(yù)應(yīng)力損失）；c.超靜定結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力實(shí)際工程中，一般采用設(shè)置施工縫和構(gòu)造鋼筋等措施來減小收縮應(yīng)力的不利影響。

混凝土的膨脹混凝土在水中硬結(jié)過程體積膨脹的現(xiàn)象

水下建筑物

1.3鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)一、粘結(jié)的意義二、粘結(jié)的概念三、粘結(jié)的分類四、粘結(jié)的機(jī)理五、光圓鋼筋與變形鋼筋的粘結(jié)性能六、保證粘結(jié)力的措施一、粘結(jié)的意義

若梁中的鋼筋與混凝土沒有粘結(jié)（圖

(a)），則在荷載作用下，鋼筋不受力，該梁如同素混凝土梁。若梁中的鋼筋僅設(shè)置機(jī)械錨固（圖

(b)），則鋼筋應(yīng)力沿全長(zhǎng)相等，其受力猶如二鉸拱，不是梁的受力狀態(tài)。結(jié)論：只有梁中的鋼筋沿全長(zhǎng)與混凝土有可靠的粘結(jié)，并在端部有可靠的錨固，才符合梁的受力特點(diǎn)

鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能是鋼筋混凝土構(gòu)件必不可少的第三個(gè)材料性能，是配筋構(gòu)造的基礎(chǔ)。

二、粘結(jié)的概念

1、軸心受拉構(gòu)件端部的受力分析

（軸向拉力N施加在端部的鋼筋上）

※

端部截面鋼筋應(yīng)力σs=N/As，混凝土應(yīng)力σc=0,二者存在著很大的應(yīng)變差，變形協(xié)調(diào)關(guān)系εs=εc

不成立；

※

隨著距端部截面距離的增加，拉力通過粘結(jié)作用逐漸向混凝土傳遞，應(yīng)變差εs-εc逐漸減小※

經(jīng)過一定距離lt的粘結(jié)作用力傳遞后，應(yīng)變差εs-εc=0，變形協(xié)調(diào)關(guān)系成立，二者共同受力。

由上述分析可知

——鋼筋與混凝土之間具有足夠的粘結(jié)是保證二者共同受力、變形協(xié)調(diào)的前提。

2、粘結(jié)應(yīng)力的概念和表達(dá)式

※

粘結(jié)應(yīng)力τ的概念

單位界面面積上粘結(jié)作用力沿鋼筋軸線方向的分力，即鋼筋與混凝土界面上的粘結(jié)剪應(yīng)力

※

粘結(jié)應(yīng)力τ的表達(dá)式

由圖鋼筋隔離體的平衡可得

整理可得粘結(jié)應(yīng)力

從上式我們可以看出

鋼筋應(yīng)力的變化產(chǎn)生粘結(jié)應(yīng)力粘結(jié)應(yīng)力的大小取決于二者的相對(duì)變形（滑移）

三、粘結(jié)的分類

1、錨固粘結(jié)

對(duì)于存在錨固粘結(jié)應(yīng)力的地方，必須保證足夠的錨固長(zhǎng)度，必要時(shí)采取機(jī)械錨固措施，避免產(chǎn)生脆性粘結(jié)破壞。

2、裂縫間粘結(jié)

軸心受拉構(gòu)件開裂前，粘結(jié)應(yīng)力僅發(fā)生在構(gòu)件端部。

開裂后（見圖），粘結(jié)應(yīng)力發(fā)生在裂縫截面兩側(cè)

粘結(jié)應(yīng)力可以減小裂縫寬度、提高構(gòu)件的剛度

四、粘結(jié)的機(jī)理

1、粘結(jié)作用的組成

（1）

水泥膠體與鋼筋表面的膠結(jié)力

砼中水泥砂漿的膠結(jié)作用

——當(dāng)鋼筋與混凝土產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)后，膠結(jié)作用即喪失

（2）

混凝土與鋼筋間的摩擦力

砼收縮緊緊握裹而產(chǎn)生的摩擦力

——取決于握裹力和鋼筋與混凝土表面的摩擦系數(shù)

（3）

機(jī)械咬合力

由于鋼筋表面凸凹不平而產(chǎn)生的機(jī)械咬合力——變形鋼筋可顯著增加鋼筋與混凝土的機(jī)械咬合作用

2、機(jī)械咬合作用的受力機(jī)理

※

變形鋼筋受力后，其凸出的肋對(duì)混凝土產(chǎn)生斜向擠壓力※

水平分力（軸向拉力和剪力）使產(chǎn)生內(nèi)部斜向錐形裂縫，徑向分力（環(huán)向拉力）使產(chǎn)生內(nèi)部徑向裂縫。

3、變形鋼筋的粘結(jié)破壞形態(tài)

劈裂式粘結(jié)破壞當(dāng)混凝土保護(hù)層、鋼筋間距較小時(shí)，徑向裂縫可發(fā)展達(dá)到構(gòu)件表面，且相互貫通，產(chǎn)生劈裂式粘結(jié)破壞。剪切型粘結(jié)破壞當(dāng)混凝土保護(hù)層厚度較大或者配置有橫向鋼筋時(shí)，徑向裂縫的發(fā)展受到限制，肋前部的混凝土在水平分力和剪力作用下最終將被擠碎，產(chǎn)生所謂“刮犁式”的剪切型粘結(jié)破壞1、粘結(jié)強(qiáng)度的試驗(yàn)測(cè)定平均粘結(jié)應(yīng)力五、粘結(jié)強(qiáng)度2、影響粘結(jié)強(qiáng)度的主要因素1）混凝土強(qiáng)度：2）相對(duì)保護(hù)層厚度：3）鋼筋凈間距

：4）橫向配筋

：5）鋼筋表面特征和外形特征

：6）受力情況

：混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度與混凝土抗拉強(qiáng)度成正比；相對(duì)保護(hù)層c/d→大，混凝土的側(cè)向約束作用增大，混凝土抵抗劈裂破壞的能力也越大，粘結(jié)強(qiáng)度越高。

橫向鋼筋的存在限制了徑向裂縫的發(fā)展，阻止了劈裂破壞的發(fā)生，使粘結(jié)強(qiáng)度得到提高。

※

光面鋼筋表面凹凸較小，機(jī)械咬合作用小，粘結(jié)強(qiáng)度低。

※

變形鋼筋肋的相對(duì)受力面積（擠壓混凝土的面積與鋼筋截面積的比值）越大，其粘結(jié)強(qiáng)度越大。

※

若在錨固范圍內(nèi)存在側(cè)壓力，則可增大鋼筋與混凝土界面的摩擦力，從而提高粘結(jié)強(qiáng)度；※

若在錨固范圍內(nèi)存在剪力，則其產(chǎn)生的斜裂縫會(huì)使錨固鋼筋受到銷栓作用而降低粘結(jié)強(qiáng)度；

※

受反復(fù)荷載作用的鋼筋，肋前肋后的混凝土?xí)粩D碎，導(dǎo)致咬合作用降低，從而降低粘結(jié)強(qiáng)度。

鋼筋的粘結(jié)破壞形態(tài)還與鋼筋凈距s有關(guān)。※

當(dāng)鋼筋凈距較大時(shí)（s>2c），可能是保護(hù)層劈裂；※

當(dāng)鋼筋凈距較小時(shí)（s<2c），可能沿鋼筋連線劈裂，導(dǎo)致粘結(jié)強(qiáng)度降低

。六、光圓鋼筋與變形鋼筋的粘結(jié)性能1、光圓鋼筋粘結(jié)力：主要是膠結(jié)力和摩擦力。破壞過程：沒有產(chǎn)生滑移前，只有化學(xué)吸附作用，一旦混凝土和鋼筋產(chǎn)生滑移有摩擦力，但粘結(jié)強(qiáng)度較小，易拔出。措施：端部做彎鉤和足夠的錨固長(zhǎng)度（受壓時(shí)，可不做彎鉤）

粘結(jié)力：膠結(jié)力、摩擦力、機(jī)械咬合力

破壞過程：先有膠結(jié)力，滑移產(chǎn)生之后，有摩擦力、機(jī)械咬合力。當(dāng)混凝土較薄時(shí)，肋間擠壓力引起的環(huán)向拉應(yīng)力或斜向拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度，混凝土破壞，產(chǎn)生劈裂破壞。當(dāng)混凝土較厚時(shí)，或布置箍筋時(shí)，產(chǎn)生刮犁式破壞，鋼筋被撥出。措施：變形鋼筋端部可不做彎響，應(yīng)有足夠的錨固長(zhǎng)度。2、變形鋼筋七、保證粘結(jié)力的措施：

保證錨固長(zhǎng)度和搭接長(zhǎng)度；

保證鋼筋周圍的混凝土有足夠的厚度；(保護(hù)層厚度及鋼筋凈距)

光圓筋在端部做成彎鉤。

混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜太低

受力較大鋼筋采用變形鋼筋

接頭部位、錨固區(qū)箍筋加密1.4

保證可靠粘結(jié)的具體構(gòu)造措施一、鋼筋的混凝土保護(hù)層二、鋼筋的錨固三、鋼筋的連接1.4

保證可靠粘結(jié)的具體構(gòu)造措施一、鋼筋的混凝土保護(hù)層：

不能太小cc

C≮鋼筋直徑d

板：C≮15mm梁：C≮25