混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課件第2章 鋼筋和混凝土材料的基本性能

1、第2p本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容鋼筋的材料性能鋼筋的材料性能 混凝土的材料性能混凝土的材料性能 混凝土與鋼筋的粘結(jié)混凝土與鋼筋的粘結(jié) 本章提要材料性能（物理力學(xué)性能） 鋼筋鋼筋的強度、變形性能的強度、變形性能 混凝土混凝土的強度、變形性能的強度、變形性能 鋼筋與混凝土之間鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)的粘結(jié)- -滑移性能滑移性能重點 混凝土混凝土的強度、變形性能的強度、變形性能本章在本課程中的本章在本課程中的作用作用 后續(xù)各章的后續(xù)各章的基礎(chǔ)基礎(chǔ)p 鋼筋的成分、級別和種類鋼筋的成分、級別和種類p 鋼筋的強度和變形性能（鋼筋的強度和變形性能（重點重點）p 鋼筋的冷加工鋼筋的冷加工p 混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的

2、要求混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求主要成分主要成分：鐵：鐵其他成分其他成分：碳、錳、硅、磷、硫等：碳、錳、硅、磷、硫等碳素鋼碳素鋼：低碳鋼：低碳鋼 （含碳量（含碳量0.25%）；）； 中碳鋼中碳鋼（0.25%0.6%） 高碳鋼高碳鋼（0.6%1.4%）。）。 含碳量高，強度高，塑性和可焊性降低含碳量高，強度高，塑性和可焊性降低錳、硅錳、硅：可提高鋼材強度，保持一定的塑性：可提高鋼材強度，保持一定的塑性低合金鋼低合金鋼：在鋼材中加入少量的合金元素（錳、硅、釩、鈦、：在鋼材中加入少量的合金元素（錳、硅、釩、鈦、 鉻等），鉻等），強度高、韌性好強度高、韌性好細(xì)晶粒熱軋帶肋鋼筋細(xì)晶粒熱軋帶肋鋼筋：不添加或

3、添加很少的合金元素，通過控：不添加或添加很少的合金元素，通過控制軋鋼的溫度形成細(xì)晶粒的金相組織，達(dá)到與添加合金元素相制軋鋼的溫度形成細(xì)晶粒的金相組織，達(dá)到與添加合金元素相同的效果，其強度和變形能力滿足要求。同的效果，其強度和變形能力滿足要求。ykf2.1.1鋼筋的品種和級別2.1.1鋼筋的品種和級別鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋普通鋼筋普通鋼筋預(yù)應(yīng)力筋預(yù)應(yīng)力筋熱軋鋼筋熱軋鋼筋鋼絞線鋼絞線消除應(yīng)力鋼絲消除應(yīng)力鋼絲 預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋低碳鋼低碳鋼普通低合金鋼普通低合金鋼或細(xì)晶粒鋼或細(xì)晶粒鋼n 混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋HRB335HRB400RRB400HPB30

4、0HRB500HRBF335HRBF400HRBF500HPB300 HRB335HRB400RRB400n 熱軋鋼筋的符號說明熱軋鋼筋的符號說明hot rolled plain bar fyk=300 N/mm2hot rolled ribbed bar fyk=335 N/mm2hot rolled ribbed barfyk=400 N/mm2remained heat treatment ribbed bar fyk=400 N/mm22.1.1鋼筋的品種和級別 鋼筋混凝土中的縱向受力鋼筋宜采用鋼筋混凝土中的縱向受力鋼筋宜采用400、500的熱軋鋼筋，也可用的熱軋鋼筋，也可用300、3

5、35的熱軋鋼筋；的熱軋鋼筋；RRB400鋼筋的可焊性、機械連接性能和施工鋼筋的可焊性、機械連接性能和施工適用性有所降低，可用于對延性和加工性能要求不高的構(gòu)件中，不宜用適用性有所降低，可用于對延性和加工性能要求不高的構(gòu)件中，不宜用作重要部位的受力鋼筋，不應(yīng)用于直接承受疲勞荷載的構(gòu)件。作重要部位的受力鋼筋，不應(yīng)用于直接承受疲勞荷載的構(gòu)件。2.1.1鋼筋的品種和級別n 熱軋鋼筋的外形熱軋鋼筋的外形光圓鋼筋光圓鋼筋 螺紋鋼筋螺紋鋼筋 人字紋鋼筋人字紋鋼筋 月牙紋鋼筋月牙紋鋼筋 2.1.1鋼筋的品種和級別2.1.1鋼筋的品種和級別n預(yù)應(yīng)力鋼筋外形預(yù)應(yīng)力鋼筋外形普通鋼筋一般為普通鋼筋一般為軟剛軟剛；預(yù)應(yīng)力

6、筋一般為；預(yù)應(yīng)力筋一般為硬鋼。硬鋼。從受力性能分從受力性能分：軟鋼；硬鋼：軟鋼；硬鋼2.1.1鋼筋的品種和級別2.1.2 鋼筋的強度和變形性能n 鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線（有明顯流幅的鋼筋（有明顯流幅的鋼筋, ,軟鋼軟鋼）Oufyf比例極限比例極限彈性極限彈性極限屈服上限屈服上限屈服下限屈服下限屈服平臺屈服平臺強化階段強化階段頸縮階段頸縮階段n 鋼筋的兩個強度指標(biāo)鋼筋的兩個強度指標(biāo): : 屈服強度屈服強度和和極限強度極限強度n 屈服強度屈服強度作為鋼筋設(shè)計強度取值作為鋼筋設(shè)計強度取值依據(jù)依據(jù)0 彈性模量n 鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線（無明顯流幅的鋼筋（無明顯流幅的鋼筋,

7、,硬鋼硬鋼）比例極限比例極限 aa極限強度極限強度bbc條件屈服強度條件屈服強度0.20.75ab0.20.85b0.2%O2.1.2 鋼筋的強度和變形性能硬鋼只有極限強度，硬鋼只有極限強度，沒有屈服強度沒有屈服強度；條件屈服強度條件屈服強度：取殘余應(yīng)變?yōu)槿堄鄳?yīng)變?yōu)?.2%所對應(yīng)的應(yīng)力所對應(yīng)的應(yīng)力2.1.2 鋼筋的強度和變形性能n 鋼筋的彈性模量鋼筋的彈性模量Oufyfn 鋼筋的鋼筋的彈性模量彈性模量根據(jù)拉伸試驗中彈性階段的應(yīng)力根據(jù)拉伸試驗中彈性階段的應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線確定，由于鋼筋在彈性階段的受壓和受拉性能相同，故取受拉確定，由于鋼筋在彈性階段的受壓和受拉性能相同，故取受拉彈性模量等于受

8、壓彈性模量。彈性模量等于受壓彈性模量。00tanEn 鋼筋的塑性性能鋼筋的塑性性能n 鋼筋的兩個塑性指標(biāo)鋼筋的兩個塑性指標(biāo): : 延伸率延伸率(最大力下的總伸長率最大力下的總伸長率)和和冷彎性能冷彎性能dl0= 5,10dl05,100100%llln 延延伸伸率率試試驗驗n 冷冷彎彎試試驗驗doo90 ,1801 ,2 ,3ddDd2.1.2 鋼筋的強度和變形性能nTotal elongation at maximum force 測量區(qū)是殘余變形嗎？測量區(qū)是殘余變形嗎？0bgt0s() 100%LLLE最大力下的總伸長率最大力下的總伸長率 普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋在最大力下的總伸長率gt應(yīng)不應(yīng)小

9、于下表規(guī)定的數(shù)值：0bgt0s() 100%LLLEn 鋼筋的鋼筋的冷彎性能冷彎性能n 冷冷彎彎試試驗驗doo90 ,1801 ,2 ,3ddDd2.1.2 鋼筋的強度和變形性能 為了使鋼筋在使用時不會脆斷，加工時不致斷裂，鋼筋應(yīng)具有一定的冷彎性能。該性能由冷彎試驗確定，要求彎曲后鋼筋應(yīng)無裂紋、鱗落或斷裂現(xiàn)象。2.1.2 鋼筋的強度和變形性能鋼筋的強度和變形性能軟鋼與硬鋼的區(qū)別軟鋼與硬鋼的區(qū)別 軟鋼：有明顯的屈服平臺；屈服強度，極限強度 硬鋼：無屈服平臺，只有極限強度；規(guī)定 “條件屈服強度”設(shè)計取值依據(jù)設(shè)計取值依據(jù) 屈服強度（軟鋼）；條件屈服強度（硬鋼）鋼筋的屈強比鋼筋的屈強比 = = 屈服強

10、度屈服強度/ /極限強度極限強度0.8鋼筋的延性鋼筋的延性（ductility） 鋼筋在強度無顯著降低情況下抵抗變形的能力（屈服后鋼筋在強度無顯著降低情況下抵抗變形的能力（屈服后的變形能力）。軟剛延性好，硬鋼延性較差。的變形能力）。軟剛延性好，硬鋼延性較差。彈性模量彈性模量：彈性極限以下應(yīng)力彈性極限以下應(yīng)力- -應(yīng)變曲線的斜率應(yīng)變曲線的斜率n 鋼筋的疲勞性能鋼筋的疲勞性能n 吊車梁、鐵路或公路橋梁、枕軌、海洋石油平臺等往往承受吊車梁、鐵路或公路橋梁、枕軌、海洋石油平臺等往往承受周期周期性的重復(fù)荷載作用性的重復(fù)荷載作用。往往引起疲勞破壞。往往引起疲勞破壞。2.1.2 鋼筋的強度和變形性能n 原因

11、：疲勞斷裂是由于鋼筋內(nèi)部的缺陷造成的，這些缺陷一方面原因：疲勞斷裂是由于鋼筋內(nèi)部的缺陷造成的，這些缺陷一方面引起局部應(yīng)力集中，另一方面在重復(fù)荷載作用下，裂縫時而閉合時引起局部應(yīng)力集中，另一方面在重復(fù)荷載作用下，裂縫時而閉合時而張開，使裂痕逐漸發(fā)展，最終導(dǎo)致斷裂。而張開，使裂痕逐漸發(fā)展，最終導(dǎo)致斷裂。n 疲勞破壞疲勞破壞：鋼材在重復(fù)、周期動荷載作用下，經(jīng)過一定次數(shù)后，：鋼材在重復(fù)、周期動荷載作用下，經(jīng)過一定次數(shù)后，鋼材發(fā)生脆性的突然斷裂破壞，而不是單調(diào)加載時的塑性破壞，這鋼材發(fā)生脆性的突然斷裂破壞，而不是單調(diào)加載時的塑性破壞，這種破壞稱為疲勞破壞。種破壞稱為疲勞破壞。n 疲勞強度疲勞強度：是指在

12、某一規(guī)定應(yīng)力變化范圍內(nèi)，經(jīng)受一定次數(shù)的循：是指在某一規(guī)定應(yīng)力變化范圍內(nèi)，經(jīng)受一定次數(shù)的循環(huán)荷載以后，才發(fā)生破壞的最大應(yīng)力值。用環(huán)荷載以后，才發(fā)生破壞的最大應(yīng)力值。用 表示。表示。fyfn 鋼筋的疲勞性能鋼筋的疲勞性能2.1.2 鋼筋的強度和變形性能n 對疲勞性能的確定，新老規(guī)范有較大差異對疲勞性能的確定，新老規(guī)范有較大差異n 影響因素影響因素：應(yīng)力變化幅值、最小應(yīng)力、鋼筋表面幾何形狀、鋼筋：應(yīng)力變化幅值、最小應(yīng)力、鋼筋表面幾何形狀、鋼筋直徑、鋼筋種類、軋制工藝和試驗方法，最主要的是應(yīng)力變化幅值，直徑、鋼筋種類、軋制工藝和試驗方法，最主要的是應(yīng)力變化幅值，用用 表示表示 。fyfmaxmin=f

13、ffyfn 鋼筋的疲勞性能鋼筋的疲勞性能2.1.2 鋼筋的強度和變形性能n 老規(guī)范老規(guī)范GBJ10-89：在：在200200萬次重萬次重復(fù)荷載條件下，根據(jù)疲勞應(yīng)力比復(fù)荷載條件下，根據(jù)疲勞應(yīng)力比值值 ，確定鋼筋的疲，確定鋼筋的疲勞強度。勞強度。minmax=/fffn 優(yōu)點：直觀，方便，易懂。優(yōu)點：直觀，方便，易懂。Pf小代表應(yīng)力變化范圍大。破壞顯著！小代表應(yīng)力變化范圍大。破壞顯著！n 鋼筋的疲勞性能鋼筋的疲勞性能2.1.2 鋼筋的強度和變形性能n新規(guī)范新規(guī)范GB50010-2010：在：在200200萬次重復(fù)荷載條件下，根據(jù)疲萬次重復(fù)荷載條件下，根據(jù)疲勞應(yīng)力比值勞應(yīng)力比值 ，確定鋼筋的，確定鋼

14、筋的疲勞應(yīng)力幅限值疲勞應(yīng)力幅限值 。fyffn 變化：變化： 1.1.用應(yīng)力幅限值代替疲勞強度；用應(yīng)力幅限值代替疲勞強度； 2. 2.應(yīng)力幅限值根據(jù)原規(guī)范的疲應(yīng)力幅限值根據(jù)原規(guī)范的疲勞強度設(shè)計值用校準(zhǔn)法反算得出；勞強度設(shè)計值用校準(zhǔn)法反算得出； 3. 3.不直觀，不直觀，不方便，不易懂。不方便，不易懂。minmax=/fff2.1.3 鋼筋的冷加工n 冷拉冷拉n 冷拉是在常溫下用機械方法冷拉是在常溫下用機械方法將有明顯流幅的鋼筋拉到超過將有明顯流幅的鋼筋拉到超過屈服強度即強化階段中的某一應(yīng)力值屈服強度即強化階段中的某一應(yīng)力值，然后卸載至零。，然后卸載至零。n冷拉強化冷拉強化：冷拉控制應(yīng)力必須超過

15、屈服點，進入強化階段。：冷拉控制應(yīng)力必須超過屈服點，進入強化階段。屈服強度提高，屈服平臺消失，極限強度未提高，延性降低屈服強度提高，屈服平臺消失，極限強度未提高，延性降低n冷拉時效冷拉時效：鋼筋經(jīng)首次冷拉后，在自然條件下一段時間后進：鋼筋經(jīng)首次冷拉后，在自然條件下一段時間后進行第二次張拉，屈服強度和極限強度均提高，且恢復(fù)屈服臺行第二次張拉，屈服強度和極限強度均提高，且恢復(fù)屈服臺階。階。n 只能提高抗拉強度，只能提高抗拉強度，抗壓屈服強度將降低抗壓屈服強度將降低。2.1.3 鋼筋的冷加工n冷拔冷拔 冷拔一般是將冷拔一般是將 6的的HPB235熱軋鋼筋強行拔過小于其直徑熱軋鋼筋強行拔過小于其直徑的

16、硬質(zhì)合金拔絲模具。的硬質(zhì)合金拔絲模具。 可同時提高抗拉和抗壓強度可同時提高抗拉和抗壓強度。 冷加工目的冷加工目的是節(jié)約鋼材和擴大鋼筋的應(yīng)用范圍。是節(jié)約鋼材和擴大鋼筋的應(yīng)用范圍。n混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范不提倡冷拉鋼筋，已取消冷拉鋼筋不提倡冷拉鋼筋，已取消冷拉鋼筋.2.1.3 鋼筋的冷加工2.1.4 混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求n 適當(dāng)?shù)那鼜姳冗m當(dāng)?shù)那鼜姳?.8n 足夠的塑性足夠的塑性 最大力下的總伸長率最大力下的總伸長率 HPB300：不小于不小于10.0%；HRB400HRB500: 不小于不小于7.5% RRB400：不小于：不小于5%；預(yù)應(yīng)力筋：不小于；預(yù)應(yīng)力筋：不小于3.5%

17、n 可焊性可焊性n 耐久性與耐火性耐久性與耐火性n 與混凝土具有良好的粘結(jié)與混凝土具有良好的粘結(jié)n 抗低溫性能抗低溫性能p 混凝土的強度混凝土的強度p 混凝土的變形性能混凝土的變形性能簡單受力狀態(tài)下混凝土的強度簡單受力狀態(tài)下混凝土的強度 立方體抗壓強度立方體抗壓強度(uniaxial compressive cube strength) 軸心抗壓強度軸心抗壓強度(uniaxial compressive strength) 軸心抗拉強度軸心抗拉強度(uniaxial tensile strength)復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強度復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強度 雙軸受力強度雙軸受力強度 三軸受力強度三

18、軸受力強度 剪壓及剪拉強度剪壓及剪拉強度2.2.1混凝土的強度n 簡單受力狀態(tài)下混凝土的簡單受力狀態(tài)下混凝土的強度強度 立方體抗壓強度立方體抗壓強度 n 混凝土受壓破壞機理混凝土受壓破壞機理骨料之間的微裂縫是骨料之間的微裂縫是內(nèi)因內(nèi)因縱向受壓破壞是橫向縱向受壓破壞是橫向拉裂造成的。拉裂造成的。骨料之間的微裂縫骨料之間的微裂縫2.2.1混凝土的強度n影響因素分析影響因素分析 材料組成：材料組成：最主要因素最主要因素，在材料組成一定時，還有下列因素，在材料組成一定時，還有下列因素n試件尺寸試件尺寸：尺寸大，內(nèi)部缺陷相對較多，端部摩擦力影響相：尺寸大，內(nèi)部缺陷相對較多，端部摩擦力影響相對較小，強度低

19、對較小，強度低 這個理由不太好！這個理由不太好！n加載速度加載速度：加載速度快，微裂縫不能充分?jǐn)U展，強度高：加載速度快，微裂縫不能充分?jǐn)U展，強度高n試驗條件試驗條件：試件上、下表面不涂油，橫向變形受到約束，強：試件上、下表面不涂油，橫向變形受到約束，強度高度高n齡期齡期：齡期長，試件強度高：齡期長，試件強度高 2.2.1混凝土的強度n混凝土立方體抗壓強度試驗方法混凝土立方體抗壓強度試驗方法 邊長為邊長為150mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊、在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊、在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護28d或或設(shè)計規(guī)定齡期設(shè)計規(guī)定齡期后，以標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的破壞時的后，以標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的破壞時的平均壓平均壓應(yīng)力應(yīng)

20、力為混凝土的為混凝土的立方體抗壓強度立方體抗壓強度。 注：對摻加粉煤灰等時，規(guī)定齡期為注：對摻加粉煤灰等時，規(guī)定齡期為60、90天等。天等。n立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值 fcu,k 按上述規(guī)定所測得的具有按上述規(guī)定所測得的具有95%保證率的抗壓強度稱為混保證率的抗壓強度稱為混凝土的凝土的立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值。 n混凝土強度等級混凝土強度等級 混凝土規(guī)范混凝土規(guī)范規(guī)定：規(guī)定：混凝土強度等級混凝土強度等級按立方體抗壓強度標(biāo)按立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值確定準(zhǔn)值確定cucucucucu,kffff1.6451 1.645f2.2.1混凝土的強度n混凝土強度等級的分級混凝土強

21、度等級的分級 按按 fcu,k 劃分為劃分為14級，即級，即 C15C80，級差，級差5MPa。 符號符號 C35 C： 立方體立方體(Cube) 35：立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值，單位立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值，單位 N/mm2 當(dāng)當(dāng)C50時，時，普通混凝土普通混凝土（normal-strength concrete） 當(dāng)當(dāng)C50時，時，高強混凝土高強混凝土（high-strength concrete） 按按C50配置的混凝土，其實測立方體抗壓強度與配置的混凝土，其實測立方體抗壓強度與50MPa是是何關(guān)系？何關(guān)系？n fcu,k是混凝土各種強度指標(biāo)的基本代表值2.2.1混凝土的強度n 簡單受力狀態(tài)下混

22、凝土的簡單受力狀態(tài)下混凝土的強度強度 軸心抗壓強度軸心抗壓強度 n 軸心（棱柱體）抗壓強度軸心（棱柱體）抗壓強度 fc采用棱柱體試件，能夠反映混凝土的實際工作狀態(tài)。采用棱柱體試件，能夠反映混凝土的實際工作狀態(tài)。我國取我國取150150300mm為標(biāo)準(zhǔn)試件，按與立方體試為標(biāo)準(zhǔn)試件，按與立方體試驗相同的規(guī)定所得的平均應(yīng)力值，為驗相同的規(guī)定所得的平均應(yīng)力值，為 fc 。棱柱體高度取值的原因：棱柱體高度取值的原因：擺脫端部摩擦力的影響擺脫端部摩擦力的影響 試件不致失穩(wěn)試件不致失穩(wěn)n 立方體抗壓強度與軸心抗壓強度之間的關(guān)系立方體抗壓強度與軸心抗壓強度之間的關(guān)系120.88ccucffc棱柱體強度與立方體

23、強度的比值棱柱體強度與立方體強度的比值混凝土考慮脆性的折減系數(shù)混凝土考慮脆性的折減系數(shù)結(jié)構(gòu)中混凝土與試件混凝土的強度差異修正系數(shù)結(jié)構(gòu)中混凝土與試件混凝土的強度差異修正系數(shù)2.2.1混凝土的強度n棱柱體試件尺寸棱柱體試件尺寸 試件強度不受試件強度不受端部摩擦力端部摩擦力和和附加偏心距附加偏心距的影響。的影響。 中間處于中間處于均勻受壓狀態(tài)。均勻受壓狀態(tài)。 解決問題的思路解決問題的思路 由已知求未知，由簡單由已知求未知，由簡單方法解決復(fù)雜問題方法解決復(fù)雜問題確定方法：確定方法：對比試驗對比試驗/0.76 0.82ccuff2.2.1混凝土的強度n軸心抗壓強度 試驗值試驗值 修正值修正值 :棱柱體強

24、度與立方體強度之比值，棱柱體強度與立方體強度之比值，C50及以下取及以下取 =0.76，對，對C80取取 =0.82，中間按線性規(guī)律變化取值；，中間按線性規(guī)律變化取值； 為混凝土考慮脆性的折減系數(shù)，對為混凝土考慮脆性的折減系數(shù)，對C40取取 =1.00，對，對C80取取 =0.87，中間按線性規(guī)律變化取值；，中間按線性規(guī)律變化取值； 0.88: 考慮考慮結(jié)構(gòu)中混凝土強度結(jié)構(gòu)中混凝土強度與與試件混凝土強度試件混凝土強度之間的差異之間的差異而采取的修正系數(shù)。而采取的修正系數(shù)。 c1c20.88ccuff c1ccuff 1c1c1c2c2c2c2.2.1混凝土的強度n 簡單受力狀態(tài)下混凝土的簡單受

25、力狀態(tài)下混凝土的強度強度 軸心抗拉強度軸心抗拉強度 n 軸心抗拉強度軸心抗拉強度 ft混凝土的抗拉強度遠(yuǎn)低于抗壓強度混凝土的抗拉強度遠(yuǎn)低于抗壓強度對于普通混凝土，抗拉強度約對于普通混凝土，抗拉強度約 1/17-1/8 的抗壓強度的抗壓強度 對于高強混凝土，抗拉強度約對于高強混凝土，抗拉強度約 1/24-1/20 的抗壓強度的抗壓強度n 軸心抗拉強度的試驗方法軸心抗拉強度的試驗方法直接受拉試驗直接受拉試驗劈裂試驗劈裂試驗 彎折試驗彎折試驗2.2.1 混凝土的強度n 簡單受力狀態(tài)下混凝土的簡單受力狀態(tài)下混凝土的強度強度 軸心抗拉強度軸心抗拉強度 n 直接受拉試驗直接受拉試驗150150500100

26、100n 軸心抗拉強度與立方體抗壓強度平均值之間的關(guān)系軸心抗拉強度與立方體抗壓強度平均值之間的關(guān)系0.550.395tfcuf直接受拉試驗得到的關(guān)系式,0.5520.880.395tfcufc 規(guī)范建議的關(guān)系式,n 直接受拉試驗的缺點直接受拉試驗的缺點: :容易引起偏拉破壞容易引起偏拉破壞2.2.1混凝土的強度n對比試驗結(jié)果對比試驗結(jié)果0.550.395tcuff0.55c20.88 0.395tcuff 2.2.1混凝土的強度n 簡單受力狀態(tài)下混凝土的簡單受力狀態(tài)下混凝土的強度強度 軸心抗拉強度軸心抗拉強度 n 劈裂試驗劈裂試驗PP222ttPfaPfdl對立方體試件對圓柱體試件a12n 彎

27、折試驗彎折試驗l / 3500600150150P/2l / 3l / 3P/2utMfW假定截面應(yīng)力 為直線分布2.2.1混凝土的強度n圓柱體劈裂試驗 不是太懂！2.2.1混凝土的強度n 復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強度復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強度 雙軸應(yīng)力狀態(tài)雙軸應(yīng)力狀態(tài)n 研究文獻來源研究文獻來源: : H. Kupfer, H.K. Hilsdorf, H. Rusch, Behaviour of concrete under biaxial stresses, ACI J. 66 (1969) 656-666. n 研究方法研究方法 方形板試件方形板試件施加法向應(yīng)力施加法向應(yīng)力 1施加法向應(yīng)

28、力施加法向應(yīng)力 2板處于平面應(yīng)力狀態(tài)板處于平面應(yīng)力狀態(tài)2.2.1混凝土的強度n 復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強度復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強度 雙軸應(yīng)力狀態(tài)雙軸應(yīng)力狀態(tài)雙等拉雙等拉雙等壓雙等壓-1.2600.20.4-0.6 -0.4 -0.2-1.2 -1.0 -0.8-1.400.20.4-0.6-0.4-0.2-1.2-1.0-0.8-1.42cfKupfer的強度包絡(luò)圖的強度包絡(luò)圖n 雙向受拉的破雙向受拉的破壞強度接近于單軸壞強度接近于單軸抗拉強度?？估瓘姸?。n 雙向受壓的破雙向受壓的破壞強度高于單軸抗壞強度高于單軸抗壓強度。壓強度。n 一拉一壓的破一拉一壓的破壞強度低于相應(yīng)的壞強度低于相應(yīng)的單

29、軸受力強度。單軸受力強度。n 雙軸受壓的強雙軸受壓的強度最大值不是發(fā)生度最大值不是發(fā)生在雙軸等壓的情況在雙軸等壓的情況下下 , , 而 是 發(fā) 生 在而 是 發(fā) 生 在1/ /20.5時。時。2.2.1混凝土的強度n 復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強度復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強度 三軸受壓狀態(tài)三軸受壓狀態(tài)n 側(cè)向等壓（常規(guī)三軸）的情況側(cè)向等壓（常規(guī)三軸）的情況23r11通過液體靜通過液體靜壓力對圓柱壓力對圓柱體試件施壓體試件施壓14ccrff11 1.52rrccccffffn 當(dāng)側(cè)向壓力較較高低時當(dāng)側(cè)向壓力較較高低時, ,上式上式不再為線性關(guān)系不再為線性關(guān)系, ,可采用蔡紹懷可采用蔡紹懷經(jīng)驗公式經(jīng)驗公

30、式n 當(dāng)側(cè)向壓力較低時當(dāng)側(cè)向壓力較低時, ,對于普通對于普通混凝土混凝土2.2.1混凝土的強度/rcf14ccrff2.2.1混凝土的強度0/n 復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強度復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強度 剪壓或剪拉復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)剪壓或剪拉復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)n 試驗結(jié)果試驗結(jié)果崗島達(dá)雄的試驗結(jié)果崗島達(dá)雄的試驗結(jié)果2000/0.009810.112/0.122/ n 試驗結(jié)論試驗結(jié)論 隨著拉應(yīng)力的增加，混凝土抗剪強度降低；隨著拉應(yīng)力的增加，混凝土抗剪強度降低； 隨著壓應(yīng)力的增加，抗剪強度先增大、后減??；隨著壓應(yīng)力的增加，抗剪強度先增大、后減?。?達(dá)到軸心抗壓強度時，抗剪強度為零；達(dá)到軸心抗壓強度時，抗剪強度為

31、零； 當(dāng)拉應(yīng)力約為當(dāng)拉應(yīng)力約為 0.1fc時，抗剪強度為零。時，抗剪強度為零。2.2.1混凝土的強度n混凝土的變形混凝土的變形受力變形受力變形 一次短期加載下的變形(重點)：軸壓、軸拉、復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下 承載力計算；非線性分析 荷載長期作用下的變形（徐變）： 變形和裂縫寬度計算；預(yù)應(yīng)力損失 重復(fù)荷載作用下的變形（疲勞性能）： 確定彈性模量；疲勞驗算體積變形體積變形 收縮變形：收縮裂縫；預(yù)應(yīng)力損失收縮變形：收縮裂縫；預(yù)應(yīng)力損失 溫度變形：溫度應(yīng)力溫度變形：溫度應(yīng)力裂縫裂縫 防止溫度、收縮裂縫的構(gòu)造措施防止溫度、收縮裂縫的構(gòu)造措施2.2.2混凝土的變形性能2.2.2混凝土的變形性能1. 單調(diào)短期加載

32、下的變形性能單調(diào)短期加載下的變形性能 軸心受壓的應(yīng)力軸心受壓的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系 4 48 82 2 O 0.3fca0.8fcbfcc6 6d a點前內(nèi)部裂縫沒有發(fā)展，點前內(nèi)部裂縫沒有發(fā)展，應(yīng)力應(yīng)變近似直線。應(yīng)力應(yīng)變近似直線。b點稱為點稱為臨界應(yīng)力點臨界應(yīng)力點,內(nèi)部裂內(nèi)部裂縫有發(fā)展縫有發(fā)展,但處于穩(wěn)定狀態(tài)但處于穩(wěn)定狀態(tài)c點的應(yīng)變稱為點的應(yīng)變稱為峰值應(yīng)變峰值應(yīng)變, 0約為約為0.002,內(nèi)部裂縫延伸內(nèi)部裂縫延伸到表面，到表面，c點后出現(xiàn)點后出現(xiàn)應(yīng)變軟應(yīng)變軟化化d點為點為極限壓應(yīng)變極限壓應(yīng)變,對普通混對普通混凝土取凝土取0.0033。0cu0fcsu0.3fcs0.8fcs曲線曲線ab段

33、：段：水泥凝膠體的粘性流動和內(nèi)部微裂縫的水泥凝膠體的粘性流動和內(nèi)部微裂縫的擴展使混凝土表現(xiàn)出越來越明顯的塑性，應(yīng)力應(yīng)變擴展使混凝土表現(xiàn)出越來越明顯的塑性，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系偏離直線，應(yīng)變的增長速度比應(yīng)力增長快。內(nèi)關(guān)系偏離直線，應(yīng)變的增長速度比應(yīng)力增長快。內(nèi)部微裂縫有所發(fā)展，但處于穩(wěn)定狀態(tài)，故部微裂縫有所發(fā)展，但處于穩(wěn)定狀態(tài)，故b點稱為點稱為臨界應(yīng)力點，相應(yīng)的應(yīng)力相當(dāng)于鋼筋的條件屈服強臨界應(yīng)力點，相應(yīng)的應(yīng)力相當(dāng)于鋼筋的條件屈服強度。度。 曲線曲線bc段：段：應(yīng)變增長速度應(yīng)變增長速度進一步加快，應(yīng)力應(yīng)變曲進一步加快，應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率急劇減小，混凝線的斜率急劇減小，混凝土內(nèi)部微裂縫進入非穩(wěn)定土內(nèi)部微裂縫

34、進入非穩(wěn)定發(fā)展階段發(fā)展階段 0a段：段：應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系接近于直線應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系接近于直線a點點相當(dāng)于混凝土的彈性極限。變形主相當(dāng)于混凝土的彈性極限。變形主要取決于骨料和水泥石的彈性變形，要取決于骨料和水泥石的彈性變形，內(nèi)部的初始微裂可能發(fā)展或閉合，內(nèi)部的初始微裂可能發(fā)展或閉合，相對穩(wěn)定相對穩(wěn)定 曲線曲線cd段：段：下降段的存在表明受壓破壞下降段的存在表明受壓破壞后的混凝土仍保持一定的承載能力，它后的混凝土仍保持一定的承載能力，它主要是由滑移面上的摩擦咬合力和為裂主要是由滑移面上的摩擦咬合力和為裂縫所分割成的混凝土小柱體的殘余強度縫所分割成的混凝土小柱體的殘余強度所提供。所提供。 混凝土軸心受壓時的

35、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系混凝土軸心受壓時的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 峰值應(yīng)變峰值應(yīng)變0 0隨混凝土強度等級隨混凝土強度等級不同約在不同約在0.00150.00150.00250.0025之間變之間變動，結(jié)構(gòu)計算中一般取動，結(jié)構(gòu)計算中一般取0 0=0.002 =0.002 結(jié)構(gòu)計算中一般取結(jié)構(gòu)計算中一般取u u=0.003=0.0030.00350.0035，我國，我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)范(GB50010)(GB50010)取取u u=0.0033=0.0033。 0n應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線上應(yīng)變曲線上三個特征點三個特征點 峰值應(yīng)力峰值應(yīng)力 ：材料的最大承載力：材料的最大承載力 峰值應(yīng)變峰值應(yīng)變 ：與峰

36、值應(yīng)力相應(yīng)的應(yīng)變：與峰值應(yīng)力相應(yīng)的應(yīng)變 極限壓應(yīng)變極限壓應(yīng)變 ：試件破壞時的：試件破壞時的最大應(yīng)變值最大應(yīng)變值n混凝土材料的混凝土材料的延性延性 混凝土試件在強度沒有顯著降低情混凝土試件在強度沒有顯著降低情況下況下承受變形的能力承受變形的能力n混凝土強度越高混凝土強度越高， 越大；越大； 越小；越小；材料的脆性越明顯材料的脆性越明顯n問題問題：混凝土應(yīng)力：混凝土應(yīng)力- -應(yīng)變曲線如何表達(dá)？應(yīng)變曲線如何表達(dá)？數(shù)學(xué)表達(dá)式00cucu02.2.2混凝土的變形性能n混凝土混凝土單軸受壓應(yīng)力單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型（本構(gòu)模型）應(yīng)變關(guān)系模型（本構(gòu)模型） 應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型是應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系模型是應(yīng)力-應(yīng)

37、變曲線的應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式，可，可根據(jù)某一應(yīng)變值求出相應(yīng)的應(yīng)力值。根據(jù)某一應(yīng)變值求出相應(yīng)的應(yīng)力值。 應(yīng)用應(yīng)用：承載力計算；混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析：承載力計算；混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析n本節(jié)給出的兩個應(yīng)力本節(jié)給出的兩個應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型，一般應(yīng)變關(guān)系模型，一般用于結(jié)構(gòu)的非線性用于結(jié)構(gòu)的非線性分析分析。nHognestad模型（早期）模型（早期） 上升段上升段下降段下降段2002scf001 0.15sccuf2.2.2混凝土的變形性能n 混凝土規(guī)范混凝土規(guī)范規(guī)定的規(guī)定的單軸受壓應(yīng)力單軸受壓應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系模型應(yīng)變關(guān)系模型482 c,x O c,xf cu c,r0 5 . fcc1dE2

38、.2.2 混凝土的變形性能n 混凝土混凝土軸心受拉的應(yīng)力軸心受拉的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系n 軸心受拉的應(yīng)力軸心受拉的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系n 混凝土規(guī)范混凝土規(guī)范建議的單軸建議的單軸受拉應(yīng)力受拉應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系模型應(yīng)變關(guān)系模型O tc1dE 2 t,x t,xf2.2.2 混凝土的變形性能n混凝土在混凝土在復(fù)合應(yīng)力下復(fù)合應(yīng)力下的應(yīng)力的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系 三軸受壓三軸受壓：隨側(cè)向壓應(yīng)力增加，縱向強度和變形能力均提高。側(cè)向壓力約束了混凝土橫向變形，限制了橫向膨脹和內(nèi)部微裂縫的擴展。（約束混凝土）2.2.2混凝土的變形性能n螺旋箍筋螺旋箍筋圓柱體約束混凝土圓柱體約束混凝土 在接近混

39、凝土單軸抗壓強度之前，在接近混凝土單軸抗壓強度之前，橫向鋼筋幾乎不受力，混凝土基本不橫向鋼筋幾乎不受力，混凝土基本不受約束。受約束。 軸向壓力大于單軸抗壓強度時，軸向壓力大于單軸抗壓強度時，軸向強度和變形能力均提高，軸向強度和變形能力均提高，橫向鋼橫向鋼筋越密，提高幅值越大。筋越密，提高幅值越大。 螺旋筋螺旋筋能使核心混凝土在側(cè)向受能使核心混凝土在側(cè)向受到均勻連續(xù)的約束力，其效果較普通到均勻連續(xù)的約束力，其效果較普通箍筋好，因而強度和延性的提高更為箍筋好，因而強度和延性的提高更為顯著。顯著。n普通箍筋普通箍筋約束混凝土柱約束混凝土柱2.2.2混凝土的變形性能2. 混凝土在混凝土在重復(fù)荷載作用下

40、重復(fù)荷載作用下的變形性能的變形性能 一次加載、卸載下的應(yīng)力一次加載、卸載下的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 總應(yīng)變總應(yīng)變 = = 彈性應(yīng)變彈性應(yīng)變 + + 彈性后效彈性后效 + + 殘余應(yīng)變殘余應(yīng)變 加載、卸載形成環(huán)狀，其面積為加載、卸載過程中加載、卸載形成環(huán)狀，其面積為加載、卸載過程中消耗的能量消耗的能量 卸載曲線在卸載曲線在A A點的切線與加載曲線在原點的點的切線與加載曲線在原點的切線平行切線平行2.2.2混凝土的變形性能n多次重復(fù)荷載作用下多次重復(fù)荷載作用下的應(yīng)力的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 當(dāng)加載、卸載的最大壓應(yīng)力值不超過當(dāng)加載、卸載的最大壓應(yīng)力值不超過某個限值某個限值時，每次加時，每次加

41、載、卸載過程都將形成塑性變形。經(jīng)多次重復(fù)后，塑性變形載、卸載過程都將形成塑性變形。經(jīng)多次重復(fù)后，塑性變形將不再增長，混凝土加、卸載的應(yīng)力將不再增長，混凝土加、卸載的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線呈直線變化，應(yīng)變曲線呈直線變化，且且此直線大致與第一次加載時的原點切線平行。此直線大致與第一次加載時的原點切線平行。 當(dāng)應(yīng)力值超過當(dāng)應(yīng)力值超過一特定值之后，出一特定值之后，出現(xiàn)直線后就產(chǎn)生反現(xiàn)直線后就產(chǎn)生反向彎曲。應(yīng)變越來向彎曲。應(yīng)變越來越大，就會發(fā)生破越大，就會發(fā)生破壞，即疲勞破壞。壞，即疲勞破壞。該特定值就是混凝該特定值就是混凝土的土的疲勞強度疲勞強度。2.2.2混凝土的變形性能2.2.2 混凝土的變形性能n混

42、凝土的彈性模量、剪變模量和泊松比混凝土的彈性模量、剪變模量和泊松比混凝土的混凝土的變形模量變形模量 初始彈性模量初始彈性模量 ：過：過原點原點切線的斜率。切線的斜率。 切線模量切線模量 ：過某一點：過某一點切線切線的斜率。的斜率。 （增量理論）（增量理論） 割線模量割線模量 ：某一點與原點：某一點與原點連線連線的斜率。（全量理論）的斜率。（全量理論）n混凝土彈性模量混凝土彈性模量 初始彈性模量不易準(zhǔn)確測定；多次重復(fù)加載、卸載后，應(yīng)力-應(yīng)變曲線變?yōu)橹本€，且與原點切線平行。 我國規(guī)范規(guī)定用下述方法測定混凝土彈性模量： 將棱柱體試件加載至應(yīng)力 ，重復(fù)加載、卸載各5次后，應(yīng)力-應(yīng)變曲線基本上趨于直線，

43、將應(yīng)力-應(yīng)變曲線上與0.5N/mm2的應(yīng)力差與相應(yīng)的應(yīng)變差的比值作為彈性模量。？ 0.4scftctE2.2.2混凝土的變形性能n混凝土彈性模量與立方體抗壓強度之間的關(guān)系混凝土彈性模量是試驗結(jié)果的混凝土彈性模量是試驗結(jié)果的試驗平均值試驗平均值，保證率，保證率50%;彈性模量隨立方體強度標(biāo)準(zhǔn)值彈性模量隨立方體強度標(biāo)準(zhǔn)值非線性增長非線性增長;混凝土混凝土受拉與受壓彈性模量相同受拉與受壓彈性模量相同.n混凝土的混凝土的泊松比泊松比 n混凝土的混凝土的剪變模量剪變模量0.2cv 52ccu,k10(N/mm )34.72.2Ef2(1)cccEGv0.4ccGE0.2cv 2.2.2混凝土的變形性能3

44、. 混凝土在混凝土在荷載長期作用下荷載長期作用下的變形性能的變形性能n 徐變徐變 在在不變的應(yīng)力不變的應(yīng)力長期持續(xù)作用下，長期持續(xù)作用下，混凝土的變形混凝土的變形隨時間徐隨時間徐徐增長徐增長的現(xiàn)象稱為混凝土的徐變的現(xiàn)象稱為混凝土的徐變。3000.51.01.52.0510152025壓應(yīng)變壓應(yīng)變10 -3時間時間 / /月月瞬時瞬時變形變形徐變變形徐變變形卸載時瞬卸載時瞬時恢復(fù)的時恢復(fù)的變形變形殘余變形殘余變形卸載后的卸載后的彈性后效彈性后效2.2.2 混凝土的變形性能n徐變的特點徐變的特點 先快后慢，最后趨于穩(wěn)定先快后慢，最后趨于穩(wěn)定 n徐變的原因徐變的原因 水泥凝膠體的黏性流動，使水泥凝膠

45、體的黏性流動，使 骨料應(yīng)力增大骨料應(yīng)力增大 混凝土中內(nèi)部微裂縫的發(fā)展混凝土中內(nèi)部微裂縫的發(fā)展影響徐變的因素影響徐變的因素 應(yīng)力的大小應(yīng)力的大小 線性徐變，徐變與應(yīng)力成正比線性徐變，徐變與應(yīng)力成正比 非線性徐變，徐變增長速度比應(yīng)力增長快非線性徐變，徐變增長速度比應(yīng)力增長快 徐變與時間曲線發(fā)散。徐變與時間曲線發(fā)散。2.2.2 混凝土的變形性能sc0.5fsc0.5 fsc0.8fcc0.8lffn影響徐變的因素影響徐變的因素混凝土組成和配合比混凝土組成和配合比 骨料（不產(chǎn)生徐變）多，徐變小；骨料（不產(chǎn)生徐變）多，徐變小； 水泥用量和水灰比大（混凝土中凝膠體比重大），徐變大。水泥用量和水灰比大（混凝

46、土中凝膠體比重大），徐變大。環(huán)境條件環(huán)境條件 濕度大，溫度高，徐變大（高溫干燥下，砼水份逸失較多，濕度大，溫度高，徐變大（高溫干燥下，砼水份逸失較多，轉(zhuǎn)化為水泥結(jié)晶體的水泥漿少，凝膠體較多）；轉(zhuǎn)化為水泥結(jié)晶體的水泥漿少，凝膠體較多）； 齡期短，徐變大。齡期短，徐變大。注注：徐變是受力變形，有應(yīng)力存在就有徐變變形；：徐變是受力變形，有應(yīng)力存在就有徐變變形； 徐變方向與受力方向一致，有受拉、壓徐變；徐變方向與受力方向一致，有受拉、壓徐變； 徐變隨時間變化。徐變隨時間變化。2.2.2混凝土的變形性能n徐變對結(jié)構(gòu)的影響（研究徐變的意義）徐變對結(jié)構(gòu)的影響（研究徐變的意義） 1 1）使鋼筋混凝土構(gòu)件）使鋼

47、筋混凝土構(gòu)件截面產(chǎn)生內(nèi)力重分布截面產(chǎn)生內(nèi)力重分布 ：混凝土應(yīng)力減：混凝土應(yīng)力減小，鋼筋應(yīng)力增大。小，鋼筋應(yīng)力增大。 2 2）使受彎構(gòu)件和偏壓構(gòu)件的）使受彎構(gòu)件和偏壓構(gòu)件的變形加大變形加大：徐變使截面受壓區(qū)變：徐變使截面受壓區(qū)變形增大，引起受彎構(gòu)件撓度增大，偏壓構(gòu)件偏心距增大。形增大，引起受彎構(gòu)件撓度增大，偏壓構(gòu)件偏心距增大。 3 3）使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生）使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失預(yù)應(yīng)力損失：預(yù)壓力使混凝土產(chǎn)：預(yù)壓力使混凝土產(chǎn)生徐變，構(gòu)件縮短，引起預(yù)應(yīng)力損失。生徐變，構(gòu)件縮短，引起預(yù)應(yīng)力損失。2.2.2混凝土的變形性能n 混凝土的收縮混凝土的收縮n混凝土在空氣中結(jié)硬時其體積會縮小，這種

48、現(xiàn)象稱為混凝混凝土在空氣中結(jié)硬時其體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。使結(jié)構(gòu)土的收縮。使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生收縮裂縫產(chǎn)生收縮裂縫，引起預(yù)應(yīng)力損失引起預(yù)應(yīng)力損失。？n 混凝土的膨脹混凝土的膨脹n 混凝土的溫度變形混凝土的溫度變形n溫度變化會使混凝土熱脹冷縮，在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生溫度變化會使混凝土熱脹冷縮，在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生溫度應(yīng)力溫度應(yīng)力，甚至?xí)箻?gòu)件甚至?xí)箻?gòu)件開裂以至于損壞開裂以至于損壞。2.2.2混凝土的變形性能n混凝土在水中結(jié)硬時體積會膨脹，稱為混凝土的膨脹?；炷猎谒薪Y(jié)硬時體積會膨脹，稱為混凝土的膨脹。2.2.2混凝土的變形性能p 粘結(jié)應(yīng)力的概念及特點粘結(jié)應(yīng)力的概念及特點p 粘結(jié)破壞機理及影響因素粘結(jié)破壞機

49、理及影響因素p 鋼筋的錨固鋼筋的錨固本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容2.3.1 一般概念一般概念 粘結(jié)應(yīng)力；粘結(jié)強度粘結(jié)應(yīng)力；粘結(jié)強度2.3.2 粘結(jié)應(yīng)力的特點粘結(jié)應(yīng)力的特點 光面鋼筋；變形鋼筋光面鋼筋；變形鋼筋2.3.3 粘結(jié)破壞機理粘結(jié)破壞機理 光面鋼筋；變形鋼筋光面鋼筋；變形鋼筋2.3.4 影響粘結(jié)強度的因素影響粘結(jié)強度的因素2.3.5 鋼筋的鋼筋的錨固和連接錨固和連接 應(yīng)用：應(yīng)用：錨固長度，連接長度，延伸長度錨固長度，連接長度，延伸長度 混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析2.3.1 一般概念n 粘結(jié)應(yīng)力粘結(jié)應(yīng)力( (粘結(jié)力粘結(jié)力) )效應(yīng)效應(yīng)n 鋼筋與混凝土接觸面上所產(chǎn)生的沿鋼筋鋼筋與混凝土接觸

50、面上所產(chǎn)生的沿鋼筋縱向的剪應(yīng)力縱向的剪應(yīng)力。n 粘結(jié)強度粘結(jié)強度抗力抗力n 粘結(jié)失效（鋼筋被拔出或混凝土被劈裂）時的粘結(jié)失效（鋼筋被拔出或混凝土被劈裂）時的最大粘最大粘結(jié)應(yīng)力結(jié)應(yīng)力。n 粘結(jié)應(yīng)力的分類粘結(jié)應(yīng)力的分類n 錨固粘結(jié)應(yīng)力錨固粘結(jié)應(yīng)力n 裂縫附近的局部粘結(jié)應(yīng)力裂縫附近的局部粘結(jié)應(yīng)力n粘結(jié)應(yīng)力分類粘結(jié)應(yīng)力分類 錨固粘結(jié)應(yīng)力錨固粘結(jié)應(yīng)力：鋼筋伸入支座，負(fù)彎矩鋼筋在某處截斷鋼筋伸入支座，負(fù)彎矩鋼筋在某處截斷 -鋼筋的鋼筋的錨固長度錨固長度和和延伸長度延伸長度 局部粘結(jié)應(yīng)力局部粘結(jié)應(yīng)力：裂縫附近的局部粘結(jié)應(yīng)力：裂縫附近的局部粘結(jié)應(yīng)力 -裂縫寬度和變形計算裂縫寬度和變形計算2.3.1 一般概念彎

51、矩圖彎矩圖lan 錨固粘結(jié)應(yīng)力錨固粘結(jié)應(yīng)力fyF=0懸臂梁的縱筋錨固懸臂梁的縱筋錨固錨固長度錨固長度n 裂縫附近的局部粘結(jié)應(yīng)力裂縫附近的局部粘結(jié)應(yīng)力開裂截面處的鋼開裂截面處的鋼筋應(yīng)力通過粘結(jié)筋應(yīng)力通過粘結(jié)應(yīng)力向混凝土傳應(yīng)力向混凝土傳遞遞2.3.1 一般概念2.3.2 粘結(jié)應(yīng)力的特點n 粘結(jié)應(yīng)力的特點粘結(jié)應(yīng)力的特點n 粘結(jié)應(yīng)力分布的中心拔出試驗粘結(jié)應(yīng)力分布的中心拔出試驗10d10d300d205d5d塑料套管塑料套管立方體試件立方體試件GB50152-92規(guī)定的規(guī)定的立方體拔出試驗立方體拔出試驗試驗裝置試驗裝置百分表百分表試件試件承壓墊板承壓墊板穿孔球鉸穿孔球鉸試驗機墊板試驗機墊板2.0(N/m

52、m2)加載端加載端150100500 00.51.01.50100200 300 (mm)s(N/mm2)d=13mm光圓鋼筋光圓鋼筋n 粘結(jié)應(yīng)力的特點粘結(jié)應(yīng)力的特點n 鋼筋應(yīng)力及粘結(jié)應(yīng)力的分布鋼筋應(yīng)力及粘結(jié)應(yīng)力的分布5101517.5kN5101517.5kN5(N/mm2)加載端加載端3002001000 012140 0100200 300 (mm)s(N/mm2)d=13mm變形鋼筋變形鋼筋3105152025kNn 變形鋼筋粘結(jié)變形鋼筋粘結(jié)性能比光面鋼筋性能比光面鋼筋好。好。n 光圓鋼筋應(yīng)力光圓鋼筋應(yīng)力峰值靠近加載端，峰值靠近加載端，粘結(jié)應(yīng)力增長緩粘結(jié)應(yīng)力增長緩慢。慢。n 變形鋼筋粘

53、結(jié)變形鋼筋粘結(jié)應(yīng)力分布長度緩應(yīng)力分布長度緩慢增長，粘結(jié)應(yīng)慢增長，粘結(jié)應(yīng)力峰值顯著增大。力峰值顯著增大。2.3.2 粘結(jié)應(yīng)力的特點2.3.3 粘結(jié)破壞機理n 光圓鋼筋的粘結(jié)破壞光圓鋼筋的粘結(jié)破壞n粘結(jié)力的組成粘結(jié)力的組成 化學(xué)膠著力化學(xué)膠著力：混凝土中水泥凝膠體與鋼筋表面的化學(xué)膠著力；混凝土中水泥凝膠體與鋼筋表面的化學(xué)膠著力；占的比例較小。占的比例較小。 摩擦力摩擦力：鋼筋與混凝土接觸面間的摩擦力鋼筋與混凝土接觸面間的摩擦力 機械咬合力機械咬合力：鋼筋表面粗糙不平的機械咬合力鋼筋表面粗糙不平的機械咬合力 n光面圓鋼筋的粘結(jié)破壞光面圓鋼筋的粘結(jié)破壞加載端加載端5101517.5kN自由端自由端2.

54、3.3 粘結(jié)破壞機理n光面圓鋼筋的粘結(jié)破壞光面圓鋼筋的粘結(jié)破壞破壞過程破壞過程 加載端滑移加載端滑移（oa）中間部分滑移（中間部分滑移（ab）自由端滑移自由端滑移（b） 拔出前整體滑移拔出前整體滑移（bc）光圓鋼筋的粘結(jié)作用，在出現(xiàn)相對滑移前主要取決于光圓鋼筋的粘結(jié)作用，在出現(xiàn)相對滑移前主要取決于化學(xué)膠著力化學(xué)膠著力，發(fā)生滑移，發(fā)生滑移后則由后則由摩擦力摩擦力和和機械咬合力機械咬合力提供。提供。光圓鋼筋拔出試驗的光圓鋼筋拔出試驗的破壞形態(tài)破壞形態(tài)，為鋼筋從混凝土中被拔出的剪切破壞，其破，為鋼筋從混凝土中被拔出的剪切破壞，其破壞面就是鋼筋與混凝土的接觸面。壞面就是鋼筋與混凝土的接觸面。2.3.3

55、 粘結(jié)破壞機理n 變形鋼筋的粘結(jié)破壞變形鋼筋的粘結(jié)破壞n 粘結(jié)力的組成仍為粘結(jié)力的組成仍為化學(xué)膠著力化學(xué)膠著力、摩擦力、摩擦力、 機械咬合力機械咬合力，但主要為，但主要為 機械咬合力。機械咬合力。n 變形鋼筋的變形鋼筋的-s曲線曲線0.10.20.30.40.510203040(N/mm2)s (mm)肋處混凝土局肋處混凝土局部擠壓變形部擠壓變形出現(xiàn)內(nèi)裂縫出現(xiàn)內(nèi)裂縫徑向裂縫到徑向裂縫到達(dá)試件表面達(dá)試件表面形成新形成新滑移面滑移面劈裂裂縫劈裂裂縫刮犁式破壞刮犁式破壞劈裂式破壞劈裂式破壞2.3.3 粘結(jié)破壞機理n 變形鋼筋的粘結(jié)破壞變形鋼筋的粘結(jié)破壞n 劈裂式破壞的條件劈裂式破壞的條件: : 鋼筋

56、外圍砼薄而且沒有環(huán)向箍筋鋼筋外圍砼薄而且沒有環(huán)向箍筋n 刮犁式破壞的條件刮犁式破壞的條件: : 鋼筋外圍砼厚或有環(huán)向箍筋約束鋼筋外圍砼厚或有環(huán)向箍筋約束n 刮犁式破壞模式刮犁式破壞模式內(nèi)部斜裂縫內(nèi)部斜裂縫斜向擠壓力斜向擠壓力徑向分力徑向分力環(huán)向擠壓力環(huán)向擠壓力徑向裂縫徑向裂縫變形鋼筋處的擠壓力和內(nèi)部裂縫變形鋼筋處的擠壓力和內(nèi)部裂縫2.3.3 粘結(jié)破壞機理2.3.4 影響粘結(jié)強度的因素n 影響粘結(jié)強度的因素影響粘結(jié)強度的因素n 混凝土強度混凝土強度: :粘結(jié)強度大致與混凝土抗拉強度成線性關(guān)系粘結(jié)強度大致與混凝土抗拉強度成線性關(guān)系n 保護層厚度和鋼筋凈間距保護層厚度和鋼筋凈間距：二者越大，粘結(jié)強度

57、越高二者越大，粘結(jié)強度越高n 鋼筋的外形鋼筋的外形：變形鋼筋粘結(jié)強度高：變形鋼筋粘結(jié)強度高n 橫向配筋橫向配筋：提供側(cè)向約束，延緩或阻止劈裂裂縫發(fā)展：提供側(cè)向約束，延緩或阻止劈裂裂縫發(fā)展n 側(cè)向壓應(yīng)力側(cè)向壓應(yīng)力：使：使摩擦力的機械咬合力增大摩擦力的機械咬合力增大 n 受力狀態(tài)受力狀態(tài)：重復(fù)荷載或反復(fù)荷載使粘結(jié)強度退化重復(fù)荷載或反復(fù)荷載使粘結(jié)強度退化 n鋼筋的錨固設(shè)計鋼筋的錨固設(shè)計 錨固長度，搭接長度，延伸長度錨固長度，搭接長度，延伸長度n鋼筋的錨固和連接的實質(zhì)是粘結(jié)問題鋼筋的錨固和連接的實質(zhì)是粘結(jié)問題鋼筋錨固鋼筋錨固：通過混凝土中鋼筋埋置段或機械措施，將鋼筋所通過混凝土中鋼筋埋置段或機械措施，

58、將鋼筋所受力傳遞給混凝土，使鋼筋埋置于混凝土而不被拔出。受力傳遞給混凝土，使鋼筋埋置于混凝土而不被拔出。 錨固是鋼筋如何將力傳給混凝土的問題錨固是鋼筋如何將力傳給混凝土的問題 直鋼筋的錨固直鋼筋的錨固 帶彎鉤、彎折鋼筋的錨固帶彎鉤、彎折鋼筋的錨固 機械錨固機械錨固2.3.5 鋼筋的錨固和連接 （a）90彎鉤 （b）135彎鉤 （c）一側(cè)貼焊錨筋（d）兩側(cè)貼焊錨筋 （e）穿孔塞焊錨板 （f）螺栓錨頭2.3.5 鋼筋的錨固和連接錨固設(shè)計原理錨固設(shè)計原理n強度極限狀態(tài)強度極限狀態(tài)n主要適用于直鋼筋的錨固問題主要適用于直鋼筋的錨固問題n剛度極限狀態(tài)剛度極限狀態(tài)n主要適用于帶彎鉤和彎折鋼筋的錨固問題主要

59、適用于帶彎鉤和彎折鋼筋的錨固問題O s u強度極限狀態(tài)強度極限狀態(tài)O s u剛度極限狀態(tài)剛度極限狀態(tài)最大粘接最大粘接應(yīng)力點應(yīng)力點滑移速率滑移速率變化點變化點2.3.5 鋼筋的錨固和連接受拉鋼筋的基本錨固長度受拉鋼筋的基本錨固長度n 臨界錨固長度臨界錨固長度lacrdcral24cryaudfdl4ycraufldF鋼筋的外形系數(shù)，光面鋼筋取鋼筋的外形系數(shù)，光面鋼筋取0.16，帶肋鋼筋取，帶肋鋼筋取0.14。n 受拉鋼筋的受拉鋼筋的 基本錨固長度基本錨固長度lababytfldf錨固極限狀態(tài)時鋼筋應(yīng)力與錨固極限狀態(tài)時鋼筋應(yīng)力與屈服強度的比值屈服強度的比值。平均粘平均粘結(jié)強度結(jié)強度 un 受壓鋼筋

60、受壓鋼筋的錨固長度可取受拉鋼筋錨固長度的的錨固長度可取受拉鋼筋錨固長度的0.7倍倍2.3.5 鋼筋的錨固和連接受拉鋼筋的錨固長度受拉鋼筋的錨固長度 aa abll2.3.5 鋼筋的錨固和連接n錨固長度的修正系數(shù)錨固長度的修正系數(shù)a n對帶肋鋼筋，當(dāng)直徑大于對帶肋鋼筋，當(dāng)直徑大于25mm時，應(yīng)取時，應(yīng)取1.10，n當(dāng)鋼筋表面有環(huán)氧樹脂涂層時，應(yīng)取當(dāng)鋼筋表面有環(huán)氧樹脂涂層時，應(yīng)取1.25 ；n當(dāng)鋼筋在施工過程中易受擾動（如滑模施工）時，應(yīng)取當(dāng)鋼筋在施工過程中易受擾動（如滑模施工）時，應(yīng)取1.10 ；n當(dāng)縱向受力鋼筋的實際配筋面積大于其設(shè)計計算面積時，如有當(dāng)縱向受力鋼筋的實際配筋面積大于其設(shè)計計算面