鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能

鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能

混凝土結(jié)構(gòu)主要用鋼筋和混凝土材料制作而成。為了合理地進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要深入地了解混凝土和鋼筋的受力性能。對混凝土和鋼筋力學(xué)性能、相互作用和共同工作的了解，是掌握混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能并對其進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。概述第2頁,共66頁，2024年2月25日，星期天本章重點(diǎn)熟悉土木工程用鋼筋的品種、級別、性能及其選用原則；

熟悉混凝土在各種受力狀態(tài)下的強(qiáng)度與變形性能及其選用原則；

了解鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能。第3頁,共66頁，2024年2月25日，星期天一、鋼筋的物理力學(xué)性能按化學(xué)成分碳素鋼（鐵、碳、硅、錳、硫、磷等元素）低碳鋼（含碳量<0.25%）中碳鋼（含碳量0.25~0.6%）高碳鋼（含碳量0.6~1.4%）普通低合金鋼（另加硅、錳、鈦、釩、鉻等）錳系硅釩系硅鈦系硅錳系硅鉻系1.鋼筋的成分、級別和品種含碳量越高，強(qiáng)度越高，但塑性和可焊性減低20MnSi40Si2MnV45SiMnTi40Si2Mn45Si2Cr第4頁,共66頁，2024年2月25日，星期天一、鋼筋的物理力學(xué)性能按表面形狀光圓鋼筋變形鋼筋無明顯屈服點(diǎn)鋼筋（“硬鋼”）按力學(xué)性能有明顯屈服點(diǎn)鋼筋（“軟鋼”）按使用用途普通鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋第5頁,共66頁，2024年2月25日，星期天鋼筋熱軋鋼筋：由低碳鋼和普通低合金鋼在高溫狀態(tài)下軋制而成冷拉鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下用機(jī)械拉伸而成熱處理鋼筋：將HRB400、RRB400鋼筋通過加熱、淬火、回火而成按加工方法鋼絲碳素鋼絲：鋼筋通過多次冷拔、應(yīng)力消除、矯正、回火處理而成刻痕鋼絲：在鋼絲表面刻痕，以增強(qiáng)其與混凝土間的粘結(jié)力鋼絞線：幾根相同直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起一、鋼筋的物理力學(xué)性能第6頁,共66頁，2024年2月25日，星期天一、鋼筋的物理力學(xué)性能強(qiáng)度等級代號鋼種符號d/mmHPB235Q235（低碳鋼）6~20HRB33520MnSi（低合金鋼）6~50HRB40020MnSiV,20MnSiNb,20MnTi（低合金鋼）6~50RRB400K20MnSi（低合金鋼）8~40表1-1常用熱軋鋼筋的種類、代表符號和直徑范圍

注：第一個字母H（hotrolled）表示熱軋，R(Remainedheattreated)表示為余熱處理；第二個字母P(Plain)表示光圓，R(ribbed)表示帶肋；第三個字母B（Bar）代表鋼筋；數(shù)字表示標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。

第7頁,共66頁，2024年2月25日，星期天HPB235為熱軋光面鋼筋，普通鋼筋，“軟鋼”HRB335和HRB400是熱軋變形鋼筋，普通鋼筋，“軟鋼”RRB400是余熱處理鋼筋，余熱處理鋼筋是將屈服強(qiáng)度相當(dāng)于HRB335的鋼筋在軋制后穿水冷卻，然后利用芯部的余熱對鋼筋表面的淬水硬殼回火處理而成的變形鋼筋。其性能接近于HRB400級鋼筋，但不如HRB400級鋼筋穩(wěn)定，應(yīng)用范圍受到限制。一、鋼筋的物理力學(xué)性能第8頁,共66頁，2024年2月25日，星期天

鋼筋的直徑范圍并不表示在此范圍內(nèi)任何直徑的鋼筋鋼廠都生產(chǎn)。

鋼廠提供的鋼筋直徑為6mm，6.5mm，8mm，8.2mm，10mm，12mm，14mm，16mm，18mm，20mm，22mm，25mm，28mm，32mm，36mm，40mm和50mm。其中，d=8.2mm的鋼筋僅適用于有縱肋的熱處理鋼筋。設(shè)計(jì)時，應(yīng)在表1-1的直徑范圍和上述提供的直徑內(nèi)選擇鋼筋。當(dāng)采用直徑大于40mm的鋼筋時，應(yīng)有可靠的工程經(jīng)驗(yàn)。一、鋼筋的物理力學(xué)性能第9頁,共66頁，2024年2月25日，星期天

鋼筋表面形狀的選擇取決于鋼筋的強(qiáng)度。為了使鋼筋的強(qiáng)度能夠充分地利用，強(qiáng)度越高的鋼筋要求與混凝土粘結(jié)的強(qiáng)度越大。提高粘結(jié)強(qiáng)度的辦法是將鋼筋表面軋成有規(guī)律的凸出花紋，稱為變形鋼筋。HPB235鋼筋的強(qiáng)度低，表面做成光面即可。螺旋紋和人字紋(右圖b，c):橫肋較密，消耗于肋紋的鋼材較多;縱肋和橫肋相交，容易造成應(yīng)力集中,對鋼筋的動力性能不利.月牙紋(右圖d)。一、鋼筋的物理力學(xué)性能第10頁,共66頁，2024年2月25日，星期天一、鋼筋的物理力學(xué)性能

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的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎相同2.鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線第11頁,共66頁，2024年2月25日，星期天

AB’BCDE強(qiáng)度指標(biāo)*有明顯流幅的鋼筋：在建立鋼筋混凝土構(gòu)件截面承載力計(jì)算理論時，以下屈服點(diǎn)對應(yīng)的強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)時鋼筋強(qiáng)度的取值（fy）。一、鋼筋的物理力學(xué)性能兩點(diǎn)簡化：

A.鋼筋應(yīng)力不大于屈服點(diǎn)時應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系-直服從胡克定律，處于理想彈性階段；

B.不利用應(yīng)力強(qiáng)化階段，假設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)件截面達(dá)到破壞時，鋼筋拉應(yīng)力保持為屈服點(diǎn)應(yīng)力。鋼筋的極限強(qiáng)度作為一種安全儲備。第12頁,共66頁，2024年2月25日，星期天0.2%

0.2強(qiáng)度指標(biāo)*無明顯流幅的鋼筋：殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時所對應(yīng)的應(yīng)力作為其強(qiáng)度限值，稱為條件屈服強(qiáng)度

，混凝土規(guī)范取

0.2＝0.85

b，

b為極限抗拉強(qiáng)度。一、鋼筋的物理力學(xué)性能

s,u

s

s

s=Es

s

yfy

s,hfs,u第13頁,共66頁，2024年2月25日，星期天一、鋼筋的物理力學(xué)性能強(qiáng)度指標(biāo)的確定強(qiáng)度隨機(jī)變量強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定的具有95％以上保證率（鋼筋為97.73%

）的統(tǒng)計(jì)特征值：強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（fyk）=強(qiáng)度平均值-2×均方差概率密度材料強(qiáng)度強(qiáng)度平均值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值鋼筋強(qiáng)度用標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值表示。鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值fy等于鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料分項(xiàng)系數(shù)γs，即

第14頁,共66頁，2024年2月25日，星期天一、鋼筋的物理力學(xué)性能變形指標(biāo)*伸長率：鋼筋拉斷后的伸長與原長的比值*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)生斷裂及起層現(xiàn)象

為防止在彎折加工時斷裂和使用過程中脆斷，鋼筋還應(yīng)具有一定的塑性變形能力。

伸長率越大，塑性越好。伸長率用δ表示，用鋼筋試樣拉斷后斷口兩側(cè)的殘留應(yīng)變(用百分率表示)作伸長率，即

彎芯的直徑越小，彎轉(zhuǎn)角越大，塑性越好第15頁,共66頁，2024年2月25日，星期天一、鋼筋的物理力學(xué)性能冷拉

BKZZ’K’殘余變形冷拉伸長率無時效經(jīng)時效K點(diǎn)的選擇：應(yīng)力控制和應(yīng)變控制溫度的影響：溫度達(dá)700oC時恢復(fù)到冷拉前的狀態(tài)，先焊后拉特性：只提高抗拉強(qiáng)度，不提高抗壓強(qiáng)度，強(qiáng)度提高，塑性下降3.冷加工鋼筋第16頁,共66頁，2024年2月25日，星期天一、鋼筋的物理力學(xué)性能冷拔經(jīng)過冷拔后鋼筋強(qiáng)度提高，塑性降低，沒有明顯的屈服點(diǎn)和流幅冷拔既能提高抗拉強(qiáng)度又能提高抗壓強(qiáng)度第17頁,共66頁，2024年2月25日，星期天冷軋帶肋鋼筋以低碳鋼筋或低合金鋼筋為原材料，在常溫下進(jìn)行軋制而成的表面帶有縱肋和月牙紋橫肋的鋼筋。它的極限強(qiáng)度與冷拔低碳鋼絲相近，但伸長率比冷拔低碳鋼絲有明顯提高。冷軋扭鋼筋

以熱軋光面鋼筋HPB235為原材料，按規(guī)定的工藝參數(shù)，經(jīng)鋼筋冷軋扭機(jī)一次加工軋扁扭曲呈連續(xù)螺旋狀。一、鋼筋的物理力學(xué)性能第18頁,共66頁，2024年2月25日，星期天徐變應(yīng)力不變，隨時間的增長應(yīng)變繼續(xù)增加松弛長度不變，隨時間的增長應(yīng)力降低對結(jié)構(gòu)，尤其是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不利的影響一、鋼筋的物理力學(xué)性能4.鋼筋的徐變與松弛第19頁,共66頁，2024年2月25日，星期天重復(fù)荷載作用下，鋼筋的強(qiáng)度<靜載作用下的強(qiáng)度規(guī)定的應(yīng)力幅度（一次循環(huán)應(yīng)力中最大和最小應(yīng)力的差值）內(nèi)，經(jīng)一定次數(shù)的重復(fù)荷載后，發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值稱為疲勞強(qiáng)度。對鋼筋用疲勞應(yīng)力幅來表示其疲勞強(qiáng)度。試驗(yàn)方法單根鋼筋的軸拉疲勞鋼筋埋入混凝土中重復(fù)受拉或受彎5.鋼筋的疲勞一、鋼筋的物理力學(xué)性能鋼筋在承受重復(fù)、周期動荷載作用下，發(fā)生突然的脆性斷裂破壞，稱為疲勞破壞。第20頁,共66頁，2024年2月25日，星期天對于不同的疲勞應(yīng)力比值滿足循環(huán)次數(shù)為200萬次條件下的鋼筋最大應(yīng)力值為鋼筋的疲勞強(qiáng)度。一、鋼筋的物理力學(xué)性能《規(guī)范》規(guī)定了不同等級鋼筋的疲勞應(yīng)力幅度限值，該值與截面同一纖維上鋼筋最小應(yīng)力與最大應(yīng)力比值（疲勞應(yīng)力比值）有關(guān)。第21頁,共66頁，2024年2月25日，星期天強(qiáng)度要求：保證經(jīng)濟(jì)性。屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度，抗震設(shè)計(jì)時還要求有一定的屈強(qiáng)比塑性要求：保證結(jié)構(gòu)延性，給人以破壞的預(yù)兆。伸長率和冷彎要求可焊性：鋼筋焊接后不產(chǎn)生裂紋及過大的變形，保證焊接后的接頭性能良好。與混凝土的粘結(jié)性：保證鋼筋和混凝土共同工作。6.混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求一、鋼筋的物理力學(xué)性能第22頁,共66頁，2024年2月25日，星期天一、鋼筋的物理力學(xué)性能普通鋼筋宜優(yōu)先采用HRB400級和HRB335級鋼筋，以節(jié)省鋼筋用量。也可以采用HPB235級和RRB400級熱軋鋼筋以及強(qiáng)度級別較低的冷拔、冷軋和冷軋扭鋼筋。

預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線、中高強(qiáng)鋼絲，也可以采用熱處理鋼筋。還可以采用冷拉鋼筋和強(qiáng)度級別較高的冷拔低碳鋼絲和冷軋扭鋼筋。7.鋼筋的選用原則第23頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、混凝土的物理力學(xué)性能立方體抗壓強(qiáng)度fcu,k1）單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)度《規(guī)范》規(guī)定以邊長為150mm的立方體在20±3℃的溫度和相對濕度在90％以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28d，依照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的具有95％保證率的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(以N／mm2計(jì))作為混凝土的強(qiáng)度等級，并用符號fcu,k表示。fcu,k與平均值μf和標(biāo)準(zhǔn)差

f的關(guān)系為1.混凝土的抗壓強(qiáng)度第24頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、混凝土的物理力學(xué)性能承壓板試塊摩擦力不涂潤滑劑涂潤滑劑強(qiáng)度大于我國規(guī)范的方法：不涂潤滑劑壓力試件裂縫發(fā)展擴(kuò)張整個體系解體，喪失承載力另影響強(qiáng)度的因素還有：齡期、加載速率、試塊尺寸等第25頁,共66頁，2024年2月25日，星期天標(biāo)準(zhǔn)試塊：150×150×150非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100×100×100換算系數(shù)0.95200×200×200換算系數(shù)1.05立方體抗壓強(qiáng)度是區(qū)分混凝土強(qiáng)度等級的指標(biāo)，我國規(guī)范混凝土的強(qiáng)度等級有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方體抗壓強(qiáng)度二、混凝土的物理力學(xué)性能第26頁,共66頁，2024年2月25日，星期天棱柱體抗壓強(qiáng)度fck承壓板試塊標(biāo)準(zhǔn)試塊：150×150×300mm二、混凝土的物理力學(xué)性能抗壓強(qiáng)度與試件形狀有關(guān)，實(shí)際構(gòu)件往往不是立方體，而是棱柱體，可以用棱柱體測得的抗壓強(qiáng)度作為軸心抗壓強(qiáng)度，又稱為棱柱體抗壓強(qiáng)度。受壓時試件中部橫向變形不受端部摩擦力的約束，代表了混凝土處于單向全截面均勻受壓的應(yīng)力狀態(tài)，比立方體試件能更好地反映混凝土的實(shí)際抗壓能力。試驗(yàn)量測到fck值比fcu,k值小，并且棱柱體試件高寬比(即h/b)越大，它的強(qiáng)度越小。第27頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、混凝土的物理力學(xué)性能軸心抗壓強(qiáng)度(棱柱體強(qiáng)度)標(biāo)準(zhǔn)值fck與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k之間存在以下折算關(guān)系

——棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度的比值，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級不大于C50時，=0.76；當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級為C80時，=0.82；其間按線性插值；——混凝土的脆性系數(shù)，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級不大于C40時，=1.0；當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級為C80時，=0.87；其間按線性插值；

0.88——考慮結(jié)構(gòu)中的混凝土強(qiáng)度與試塊混凝土強(qiáng)度之間的差異等因素的修正系數(shù)。第28頁,共66頁，2024年2月25日，星期天混凝土軸心抗拉強(qiáng)度ft1001001501505002）單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強(qiáng)度二、混凝土的物理力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)夾緊兩端伸出的鋼筋，對試件施加拉力，破壞時裂縫產(chǎn)生在試件的中部，此時的平均破壞應(yīng)力為軸心抗拉強(qiáng)度ft。由于混凝土構(gòu)件內(nèi)部的不均勻性，加之安裝試件偏差的原因，通過直接受拉試驗(yàn)測量抗拉強(qiáng)度是很困難的，試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性很大。第29頁,共66頁，2024年2月25日，星期天劈裂試驗(yàn)ft,sddftsFFFF二、混凝土的物理力學(xué)性能試件中間垂直截面除加力點(diǎn)附近很小的范圍外，有均勻分布的水平拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度時，試件被劈成兩半。根據(jù)彈性理論第30頁,共66頁，2024年2月25日，星期天

抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k之間的折算關(guān)系為二、混凝土的物理力學(xué)性能——混凝土的脆性系數(shù)，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級不大于C40時，=1.0；當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級為C80時，=0.87；其間按線性插值；

0.88——考慮結(jié)構(gòu)中的混凝土強(qiáng)度與試塊混凝上強(qiáng)度之間的差異等因素的修正系數(shù)。為軸心抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的折算關(guān)系(1-1.645δ)0.45反映了試驗(yàn)離散程度對標(biāo)準(zhǔn)值保證率的影響。第31頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、混凝土的物理力學(xué)性能

式中γc——混凝土的材料分項(xiàng)系數(shù)，建筑工程取γc=1.40，公路橋涵工程取γc=1.45。

混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc和抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ft與其對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系為

第32頁,共66頁，2024年2月25日，星期天雙軸應(yīng)力下的強(qiáng)度1.01.01.21.2-0.2-0.2

2/fc

1/fc拉壓雙向正應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線3）復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度二、混凝土的物理力學(xué)性能①雙向受拉（第一象限），σ1與σ2的相互影響不大，雙向受拉強(qiáng)度均接近于單向受拉強(qiáng)度。②一向受拉，另一向受壓（第二、四象限），混凝土強(qiáng)度均低于單向拉伸或壓縮的強(qiáng)度，即雙向異號應(yīng)力使強(qiáng)度降低③雙向受壓（第三象限），一項(xiàng)強(qiáng)度隨另一項(xiàng)應(yīng)力的增加而增加。第33頁,共66頁，2024年2月25日，星期天法向應(yīng)力和剪應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線二、混凝土的物理力學(xué)性能①抗剪強(qiáng)度隨拉應(yīng)力的增大而減小；②混凝土的抗壓強(qiáng)度由于剪應(yīng)力的存在而降低。③σ/fc<0.5~0.7時，抗剪強(qiáng)度隨著壓應(yīng)力的增大而增大；但在σ/fc＞0.5～0.7時，由于內(nèi)裂縫明顯發(fā)展，抗剪強(qiáng)度反而隨壓應(yīng)力的增大而減小第34頁,共66頁，2024年2月25日，星期天三向受壓時的混凝土強(qiáng)度

3=fcc’

3=fcc’

1=

2=fLfL----側(cè)向約束壓應(yīng)力（加液壓）圓柱體試驗(yàn)有側(cè)向約束時的抗壓強(qiáng)度無側(cè)向約束時圓柱體的單軸抗壓強(qiáng)度二、混凝土的物理力學(xué)性能混凝土一向抗壓強(qiáng)度隨另兩向側(cè)壓力的增加而提高。第35頁,共66頁，2024年2月25日，星期天

對于縱向受壓的混凝土，如果約束混凝土的側(cè)向變形，也可使混凝土的抗壓強(qiáng)度有較大提高。如采用鋼管混凝土柱、螺旋鋼箍柱等能有效約束混凝土的側(cè)向變形使混凝土的抗壓強(qiáng)度、延性(承受變形的能力)有相應(yīng)的提高。

二、混凝土的物理力學(xué)性能第36頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、混凝土的物理力學(xué)性能2.混凝土的變形性能混凝土的變形

非受力變形受力變形一次短期加載下的變形荷載長期作用下的變形多次重復(fù)荷載作用下的變形硬化過程中的收縮變形溫濕度變化引起的變形第37頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、混凝土的物理力學(xué)性能受壓時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系作用是：峰值應(yīng)力后，吸收試驗(yàn)機(jī)的變形能，測出下降段1）一次短期加載下的變形棱柱體試塊第38頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、混凝土的物理力學(xué)性能①0~A:第I階段(彈性階段）(σ=0.3～0.4fck)，混凝土的變形主要是骨料和水泥結(jié)晶體的彈性變形，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系接近直線。②A～B:第II階段(穩(wěn)定裂縫擴(kuò)展階段），臨界點(diǎn)B相對應(yīng)的應(yīng)力可作為長期受壓強(qiáng)度的依據(jù)(一般取0.8fCk)③B~C：第III階段（裂縫快速發(fā)展階段），應(yīng)力達(dá)到的最高點(diǎn)為fck，與其相應(yīng)的應(yīng)變稱為峰值應(yīng)變ε0，平均取0.002。④在fck以后，裂縫迅速發(fā)展，試件的平均應(yīng)力強(qiáng)度下降；D后，曲線凸向水平方向發(fā)展，在曲線中曲率最大點(diǎn)E稱為“收斂點(diǎn)”，E點(diǎn)以后主裂縫已很寬。結(jié)構(gòu)內(nèi)聚力幾乎耗盡失去結(jié)構(gòu)的意義。第39頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、混凝土的物理力學(xué)性能

(MPa)fco

0

(

10-3)abcd225201510546810混凝土強(qiáng)度提高加載速度減慢影響因素混凝土強(qiáng)度對下降段影響很大，強(qiáng)度越高，下降段越陡峭，延性越差。加載速度越大，下降段越陡峭。第40頁,共66頁，2024年2月25日，星期天受壓時應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型

u=0.0038

0=0.002o

cfc

c0.15fc美國Hognestad模型二、混凝土的物理力學(xué)性能第41頁,共66頁，2024年2月25日，星期天

u=0.0035

0=0.002o

cfc

c德國Rüsch模型二、混凝土的物理力學(xué)性能第42頁,共66頁，2024年2月25日，星期天中國規(guī)范

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c二、混凝土的物理力學(xué)性能第43頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、混凝土的物理力學(xué)性能受拉時混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

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ft理論模型第44頁,共66頁，2024年2月25日，星期天

1二、混凝土的物理力學(xué)性能混凝土的彈性模量

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原點(diǎn)切線模量（彈性模量）：拉壓相同變形模量（割線模量、彈塑性模量）切線模量彈性特征系數(shù)，與應(yīng)力值有關(guān)受壓時，為0.4~1.0；受拉ft時，為0.5是材料變形性能的主要指標(biāo)，在計(jì)算構(gòu)件變形、截面應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力損失等時用。

0第45頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、混凝土的物理力學(xué)性能混凝土彈性模量的試驗(yàn)方法

c/fc

c0.55~10次此線和原點(diǎn)切線基本平行，取其斜率作為Ec（150×150×300標(biāo)準(zhǔn)試件）取應(yīng)力上限為0.5fc重復(fù)加載5～10次。試驗(yàn)結(jié)果回歸第46頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、混凝土的物理力學(xué)性能混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的剪變模量為混凝土的泊松比（試件的橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比），在壓力較小時為0.15~0.18，接近破壞時可達(dá)0.5以上，規(guī)范取0.2第47頁,共66頁，2024年2月25日，星期天破壞重復(fù)荷載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線fcf

3

2

1

fcf的確定原則：100×100×300或150×150×450的棱柱體試塊承受200萬次（或以上）循環(huán)荷載時發(fā)生破壞的最大壓應(yīng)力值二、混凝土的物理力學(xué)性能疲勞強(qiáng)度與重復(fù)作用時應(yīng)力變化的幅度有關(guān)，隨疲勞應(yīng)力比的增大而增大2）重復(fù)荷載下混凝土的變形性能第48頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、混凝土的物理力學(xué)性能3）長期荷載作用下混凝土的變形性能----徐變0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)

cr

ela

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cr’P荷載保持不變，隨時間而增長的變形加荷瞬時變形徐變變形原因之一，膠凝體的粘性流動原因之二，混凝土內(nèi)部微裂縫的不斷發(fā)展第49頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、混凝土的物理力學(xué)性能影響徐變的因素應(yīng)力：

c<0.5fc，徐變變形與應(yīng)力成正比----線性徐變0.5fc<

c<0.8fc，非線性徐變

c>0.8fc，造成混凝土破壞，不穩(wěn)定加荷時混凝土的齡期，越早，徐變越大水泥用量越多，水灰比越大，徐變越大骨料越硬，徐變越?。粯?gòu)件尺寸越小，徐變越大0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)

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cr’0.5fc<c<0.8fc，非線性徐變

c<0.5fc，線性徐變養(yǎng)護(hù)溫度越高、濕度越大，水化越充分，徐變越小受荷后溫度越高、濕度越低，徐變越大第50頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、混凝土的物理力學(xué)性能徐變對混凝土結(jié)構(gòu)的影響PAsPAs

s1

c1P

c2As

s2P拆去，鋼筋受壓混凝土受拉，可能會引起混凝土開裂徐變：

s，c

第51頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、混凝土的物理力學(xué)性能4）混凝土的收縮----在空氣中結(jié)硬時混凝土體積縮小的性質(zhì)水泥品種：等級越高，收縮越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收縮越大骨料：骨料越硬，收縮越小；骨料粒徑越大，收縮越小養(yǎng)護(hù)條件、制作方法、使用環(huán)境、體積與表面積的比值等干燥失水是引起收縮的重要因素第52頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、混凝土的物理力學(xué)性能收縮對混凝土結(jié)構(gòu)的影響As

sAs

s收縮：鋼筋受壓，混凝土受拉As

混凝土的收縮對處于完全自由狀態(tài)的構(gòu)件只會引起構(gòu)件的縮短而不開裂。對于周邊有約束而不能自由變形的構(gòu)件，收縮會引起構(gòu)件內(nèi)混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至?xí)辛芽p產(chǎn)生。第53頁,共66頁，2024年2月25日，星期天

當(dāng)溫度變化時，混凝土的體積有熱脹冷縮的性質(zhì)。當(dāng)溫度變形受到外界的約束而不能自由發(fā)生時，將在構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。在大體積混凝土中，由于混凝土表面較內(nèi)部的收縮量大，再加上水泥水化熱使混凝土的內(nèi)部溫度比表面溫度高，如果把內(nèi)部混凝土視為相對不變形體，它將對試圖縮小體積的表面混凝土形成約束，在表面混凝土形成拉應(yīng)力，如果內(nèi)外變形差較大，將會造成表層混凝土開裂。

5）混凝土的溫度變形二、混凝土的物理力學(xué)性能第54頁,共66頁，2024年2月25日，星期天6）混凝土的選用原則

建筑工程中：

鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝士強(qiáng)度等級：一般情況下不應(yīng)低于C15；

當(dāng)采用HRB335級鋼筋時，混凝土的強(qiáng)度等級不宜低于C20；

當(dāng)采用HRB400和RRB400級鋼筋以及承受重復(fù)荷載的構(gòu)件，混凝土的強(qiáng)度等級不得低于C40。

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級：一般情況下不應(yīng)低于C30；當(dāng)采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C40。

二、混凝土的物理力學(xué)性能第55頁,共66頁，2024年2月25日，星期天

公路橋涵工程中：

鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級：一般情況下不應(yīng)低于C20；

當(dāng)采用HRB400和KL400級鋼筋時，混凝土的強(qiáng)度等級不應(yīng)低于

C25。

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C40。位于以下區(qū)域的橋涵構(gòu)件，混凝土的強(qiáng)度等級不低于C30；嚴(yán)寒區(qū)、海水區(qū)或使用除冰鹽且受其影響的橋涵構(gòu)件；有氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)侵蝕物質(zhì)的環(huán)境時不抵干C30。二、混凝土的物理力學(xué)性能第56頁,共66頁，2024年2月25日，星期天三、鋼筋與混凝土的粘結(jié)1.粘結(jié)力的定義及組成當(dāng)鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生相對變形（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。粘結(jié)力：與素混凝土梁無異第57頁,共66頁，2024年2月25日，星期天三、鋼筋與混凝土的粘結(jié)錨固粘結(jié)應(yīng)力粘結(jié)應(yīng)力分類局部粘結(jié)應(yīng)力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。鋼筋的端頭應(yīng)力為零，在經(jīng)過不長的粘結(jié)距離(稱錨固長度)后，鋼筋的應(yīng)力應(yīng)能達(dá)到其設(shè)計(jì)強(qiáng)度。第58頁,共66頁，2024年2月25日，星期天三、鋼筋與混凝土的粘結(jié)錨固粘結(jié)應(yīng)力粘結(jié)應(yīng)力分類局部粘結(jié)應(yīng)力梁開裂后，混凝土開裂前承受的拉力通過粘結(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。第59頁,共66頁，2024年2月25日，星期天三、鋼筋與混凝土的粘結(jié)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)生相對滑移即消失）。粘結(jié)力的組成：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