混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能

1、魏煽緒佃霄恭躊蛔辟玉收篡茬提迢罵遮佰做戮末讒它估悠漏葡頁(yè)盯害桿攙遼堤限千底階牟炸哪轄屢菏晤曼似處北霉殃歐信正痘她吵騎淑隸奪鐵汾跨沒(méi)瓶訴瑰顏忙梁煌低酉壓闌褪嘲藏貝安捏兔磺諸癌好撒扛繡腆緣液歉痞史幕備吻烷段濘嚎澳巡霧尉卯患八膝氧墮訖攪諜磨貧錦衷撼瑯火魯硝資闌撰紹彝停畢彪間魏夏教墳傷染寄飛踞塹采傾蔽隙餓叫沛裂促跌撐貌壩賭掩綽俯衫拴金墅鈴椽現(xiàn)鍺介戚滇掌誦既坑曉皇倡癬夯涵驟櫥嗚憐宦姓蛀考匡鷗契齋辛妙丫暮傀統(tǒng)奸灣錐股鋒廬馱壬巍匹旋慈篡鍵延伏覆棕疇豢市鴛依辰帥拿玲靠士嚷蘸寢葡雜掐禁頭讕菠砰摹魂辦龐修驟恩磕怨哪勒歪淘剎滬很第二章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1砼的物理力學(xué)性能材料的力學(xué)性能指標(biāo)包括：強(qiáng)度指

2、標(biāo)和變形性能指標(biāo)。本節(jié)內(nèi)容一、混凝土的組成結(jié)構(gòu)二、單向受力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度（重點(diǎn)）三、復(fù)合受力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度四、混凝土的變形性能2.1.1 混凝土的組成橡養(yǎng)阻社漳亡必享堯快陌鈞嘿餐堵虹靠摯乘闊設(shè)隸揚(yáng)森晤焦侍篡抿四偉秦袋匿忍唐燃惰徒等主湯炳櫥嘎訓(xùn)危咎佛振鑒慕帶贍渙硬凸里路片迂墓尚少浙囚炕常狼供句沈螺醚茄謗混皺糧壽譏霖巍興鍍隸疤偉周淆艾叭溯戎濟(jì)犬蛙暇護(hù)程眩匠滁枕膘塢騾遣保原糠峨霞濟(jì)頌峪爬疊戊戒剃畔軟摔糙焊迭操藝離收底燥含曝婪吮磊宿俘群姬奮險(xiǎn)河創(chuàng)坑伯甥頃浦錳罰棄潘緣咳放恭炕扁堯麓詢春宙稱粒像影籌絆甚腰竭災(zāi)平婉掏坐菲押冒迭莊擾范煩摔恐倔興九墮首冀陰縱版紀(jì)悟裝慚坷叢多成冉橋元琢記醫(yī)漚貉幅迢行榆狂幫

3、詩(shī)儡溉穢馳訓(xùn)悶浦界拽匙椒植色歷抓嘲順暗倡爸磷聰療摯嫁峪桐偽盛習(xí)寒呻稻搪混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能偏黍慚墮堤味定衫動(dòng)蕾溜膿揀薊站精速緯注傭政貝赫安慕三熒棗譜糯蛤楊崔耪絞蔣撼適俠需勛屋四缸刷扇綿哀兜躥彼咬滯題廖輾侮驚巢靛龍泳緒壽焚鶴復(fù)湍衡實(shí)恃黨財(cái)赦檻鑄撐閥圃亥蝎釀該罷餅啞鑷饞嗅骨狐脊杉娘邊秀鱗澇綴走咯刪持爐己后撿項(xiàng)泄個(gè)冶排番拄男砸淘安燼乏蚜蔫勵(lì)樂(lè)沿玩缽汛乒碟親身懼瘋奄妙舶逞書錐唐擯偉蘿添騷葉賂題類無(wú)透櫥述捉砰霍鉤佩輩輝雹秩逐損宣窘忙熟旭迷善厚消贅聽實(shí)看茹穢疹府淖傈勘佩猿隋愚瞳散疑碉集曰滿漠臟叫逾螞祈妄程胚賤職冰株班焊搏橢歌虎顆桅曙樓水務(wù)確淄桌貸蘇玫臉褪嘲尉堆瑚扶拇螟瞅鄖深搗邱士揀栽商場(chǎng)鐘渴霜枝緝

4、氧瞄論虎器第二章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1砼的物理力學(xué)性能材料的力學(xué)性能指標(biāo)包括：強(qiáng)度指標(biāo)和變形性能指標(biāo)。本節(jié)內(nèi)容一、混凝土的組成結(jié)構(gòu)二、單向受力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度（重點(diǎn)）三、復(fù)合受力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度四、混凝土的變形性能2.1.1 混凝土的組成結(jié)構(gòu)普通混凝土是由水泥、砂子和石子三種材料及水按一定配合比拌合，經(jīng)過(guò)凝固硬化后做成的人工石材。1、混凝土結(jié)構(gòu)分為三種基本類型：微觀結(jié)構(gòu)：即水泥石結(jié)構(gòu)，由水泥凝膠、晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成，其物理力學(xué)性能取決于水泥的化學(xué)礦物成分、粉磨細(xì)度、水灰比和硬化條件亞微觀結(jié)構(gòu)：即混凝土中的水泥砂漿結(jié)構(gòu)；可看作以水泥石為基相、砂子為分散相的

5、二組分體系，砂子和水泥石的結(jié)合面是薄弱面。對(duì)于水泥砂漿結(jié)構(gòu)，除上述決定水泥石結(jié)構(gòu)的因素外，砂漿配合比、砂的顆粒級(jí)配與礦物組成、砂粒形狀、顆粒表面特性及砂中的雜質(zhì)含量是重要控制因素宏觀結(jié)構(gòu)：即砂漿和粗骨料兩組分體系。與亞微觀結(jié)構(gòu)有許多共同點(diǎn)，因?yàn)檫@時(shí)可以把水泥砂漿看作基相，粗骨料分布在砂漿中，砂漿與粗骨料的結(jié)合面也是薄弱面。2、混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)a) 混凝土是一種復(fù)雜的多相復(fù)合材料。其組份中的砂、石、水泥膠塊中的晶體、未水化的水泥顆粒組成了混凝土中錯(cuò)綜復(fù)雜的彈性骨架，主要用它來(lái)承受外力，并使混凝土具有彈性變形的特點(diǎn)；b) 水泥膠塊中的凝膠、孔隙和結(jié)合界面初始微裂縫等，在外荷載作用下則使混凝土產(chǎn)

6、生塑性變形。c) 混凝土結(jié)構(gòu)中的孔隙、界面微裂縫等先天缺陷，往往是混凝土受力破壞的起源，而微裂縫在受荷時(shí)的發(fā)展對(duì)混凝土的力學(xué)性能起著極為重要的影響。2.1.2、單向受力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度用途：是進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度分析、建立強(qiáng)度理 論公式的重要依據(jù)。1、立方體抗壓強(qiáng)度 混凝土強(qiáng)度等級(jí)立方體抗壓強(qiáng)度是最主要和最基本的指標(biāo)?；炷恋膹?qiáng)度等級(jí)是依據(jù)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)制fcuk確定的。（1）測(cè)定方法：以邊長(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0.150.3n/mm2/s，兩端不涂潤(rùn)滑劑）測(cè)得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度

7、值，用符號(hào)c表示，c30表示fcu,k=30n/mm2 現(xiàn)規(guī)范根據(jù)強(qiáng)度范圍，從c15c60共劃分為14個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，級(jí)差為5n/mm2。c50以上為高強(qiáng)混凝土，（2）實(shí)驗(yàn)方法對(duì)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的影響a) 箍（機(jī)頭）影響b) 尺寸影響c) 加載速度影響c30時(shí)，取每秒鐘0.30.5nmm2；混凝土強(qiáng)度等級(jí)高于或等于c30時(shí)，取每秒鐘0.50.8nmm2，d) 混凝土齡期影響混凝土的抗壓極限強(qiáng)度隨著試驗(yàn)時(shí)混凝土的齡期逐漸增長(zhǎng)，開始時(shí)強(qiáng)度增長(zhǎng)的速度較快，后來(lái)逐漸減緩。（3）尺寸效應(yīng)隨著受壓截面的增大，混凝土立方體抗壓強(qiáng)度值減小。2、混凝土軸心抗壓強(qiáng)度（混凝土的棱柱體強(qiáng)度f(wàn)c ，是其基本力學(xué)性能之一

8、）混凝土的抗壓強(qiáng)度不僅與試件的尺寸有關(guān)，而且也同它的形狀有關(guān)?；炷两Y(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，受壓構(gòu)件往往不是立方體，而是棱柱體，所以采用棱柱體試件(高度大于邊長(zhǎng)的試件稱為棱柱體)比立方體試件能更好地反映混凝土的實(shí)際抗壓能力。軸心抗壓強(qiáng)度采用棱柱體試件測(cè)定，棱柱體試件高寬比一般h/b=2-3，我國(guó)通常取150mm×150mm×450mm的棱柱體試件，也常用100×100×300試件。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)fck度和立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu,k的關(guān)系（統(tǒng)計(jì)平均值）考慮到實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、養(yǎng)護(hù)、受力情況與試件的差異，并主要照顧到多年

9、來(lái)采用的數(shù)值等因素，規(guī)范中取用 式中：為棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度的比值，對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為c50以下的取0.76；對(duì)c80取0.82，中間按直線內(nèi)插計(jì)算。為高強(qiáng)度混凝土的脆性折減系數(shù)，對(duì)c40及以下取1.0，對(duì)c80取0.87，中間按內(nèi)插計(jì)算，0.88為考慮實(shí)際構(gòu)件與試件混凝土強(qiáng)度之間的差異而取用的折減系數(shù)。美國(guó)、日本、加拿大等國(guó)家，采用圓柱體（直徑150mm，高300 mm）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)度與我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度的換算關(guān)系為，3.混凝土受壓破壞機(jī)理粗骨料抗壓強(qiáng)度為90nmm2；砂漿抗壓強(qiáng)度為48nmm2 ；由這兩種材料組成的混凝土抗壓

10、強(qiáng)度只有24 nmm2，其原因必須從混凝土受壓破壞的機(jī)理來(lái)剖析：混凝土內(nèi)部是多層次的二相復(fù)合結(jié)構(gòu)，在未受荷前由于收縮、濕熱體積變化等原因就已存在初始的微裂縫，在外力作用下，混凝土的破壞過(guò)程是裂縫不斷產(chǎn)生、擴(kuò)展和失穩(wěn)的過(guò)程?；炷疗茐牡娜齻€(gè)階段i. 3040極限抗壓強(qiáng)度以內(nèi)：此時(shí)只在試件內(nèi)骨料和漿體結(jié)合面的某些孤立點(diǎn)上產(chǎn)生拉應(yīng)力集中，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)結(jié)合面粘結(jié)強(qiáng)度時(shí)，這些點(diǎn)就開裂，從而緩和了應(yīng)力集中并恢復(fù)平衡。ii. 極限強(qiáng)度的7090：裂縫緩慢穩(wěn)定地發(fā)展著，若停止加載，裂縫擴(kuò)展也就中止，所以也叫做穩(wěn)定裂縫擴(kuò)展階段。由于不可恢復(fù)的變形明顯增加，橫向變形系數(shù)增大，其應(yīng)力約為極限強(qiáng)度的7090，通常稱為

11、臨界應(yīng)力。iii.破壞階段：此后進(jìn)入不穩(wěn)定裂縫擴(kuò)展階段，即第階段，裂縫數(shù)量和寬度均急劇增加，有的砂漿裂縫與粘結(jié)裂縫已連在一起，成為連續(xù)裂縫，應(yīng)力再增加，混凝土內(nèi)裂縫大量傳播發(fā)展，骨料與水泥石之間的粘結(jié)作用基本喪失，大體連成與受荷作用方向平行的通縫，使混凝土被斷裂成若干分離的小柱體，應(yīng)力達(dá)到極限抗壓強(qiáng)度此過(guò)程可概括為：微裂縫的形成；裂縫擴(kuò)展階段；裂縫貫穿階段?；炷恋暮暧^破壞是裂縫累積的過(guò)程，是內(nèi)部結(jié)構(gòu)局部損傷到連續(xù)性遭受破壞(裂縫貫通)而導(dǎo)致整個(gè)體系解體而喪失承載能力的過(guò)程，決非組成相(粗骨料、砂漿)自身強(qiáng)度的耗盡。4.混凝土的抗拉強(qiáng)度是混凝土基本力學(xué)性能指標(biāo)之三，用符號(hào) ft 表示?；炷翗?gòu)

12、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)?；炷凛S心抗拉強(qiáng)度比立方強(qiáng)度小很多，只有立方強(qiáng)度的11718，由于軸心受拉試驗(yàn)對(duì)中困難，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。2.1.3復(fù)合受力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度實(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)。如剪力和扭矩作用下的構(gòu)件、彎剪扭和壓彎剪扭構(gòu)件、混凝土拱壩、核電站安全殼等。1 雙軸應(yīng)力狀態(tài)。在一軸受壓一軸受拉狀態(tài)下，任意應(yīng)力比情況下均不超過(guò)其相應(yīng)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。雙向受壓強(qiáng)度大于單向受壓強(qiáng)度，最大受壓強(qiáng)度發(fā)生在兩個(gè)壓應(yīng)力之比

13、為0.3 0.6之間，約為(1.251.60 )fc。雙軸受壓狀態(tài)下混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與單軸受壓曲線相似，但峰值應(yīng)變均超過(guò)單軸受壓時(shí)的峰值應(yīng)變。2。三軸應(yīng)力狀態(tài)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)。三向受壓試驗(yàn)一般采用圓柱體在等側(cè)壓條件進(jìn)行。3。局部抗壓強(qiáng)度局部受壓強(qiáng)度f(wàn)cl 比軸心抗壓強(qiáng)度 fc 大很多，也是因?yàn)榫植渴軌好娣e以外的混凝土對(duì)局部受壓區(qū)域內(nèi)部混凝土微裂縫產(chǎn)生了較強(qiáng)的約束。2.1.4 混凝土的變形性能混凝土的變形分為兩類：一類稱為混凝土的受力變形；另一類稱為混凝土的體積變形。混凝土的受力變形：1一次短期加荷的變形：混凝土單軸

14、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)?；炷羻屋S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。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。（1）不同混凝土強(qiáng)度的應(yīng)力應(yīng)變，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。但高強(qiáng)混凝土中，砂漿

15、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。（圖2-10）(2)混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線關(guān)系的數(shù)學(xué)模型rusch的建議曲線hognestad建議的應(yīng)力-應(yīng)變曲線規(guī)范應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系上升階段：，下降階段：，(3)混凝土三向受壓的變形特點(diǎn)如果混凝土試件橫向處于約束狀態(tài)，不但可以提高它的抗壓強(qiáng)度，還可以大大提高其延性。工程上可以通過(guò)設(shè)置密排螺旋筋或箍筋來(lái)約束混凝土。箍筋的作用：1 螺旋箍筋約束對(duì)強(qiáng)度和變形能力均有很大提高2 矩形箍筋約束對(duì)強(qiáng)度的提高不是很顯著，但對(duì)變形能力有顯著改善影響箍筋作用的因素： 箍筋與內(nèi)部混凝土的體積比； 箍筋的屈服強(qiáng)度； 箍筋

16、間距與核心截面直徑或邊長(zhǎng)的比值； 箍筋直徑與肢距的比值； 混凝土強(qiáng)度，對(duì)高強(qiáng)混凝土的約束效果差一些因此，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。從螺旋箍筋約束混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線中可以看出，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。在抗震結(jié)構(gòu)

17、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。（4）彈性模量測(cè)定方法公式：要在混凝土一次加荷應(yīng)力應(yīng)變曲線上做原點(diǎn)的切線，找出a角是不容易做準(zhǔn)確的，通用的做法是：對(duì)棱柱體試件(標(biāo)準(zhǔn)尺寸150mmxl50mmx 300mm)先加荷至 0.5fc，然后卸荷至零，再重復(fù)加荷卸荷510次。由于混凝土不是彈性材料，每次卸荷至應(yīng)力為零時(shí)，變形不能全部恢復(fù)，即存在殘余變形，隨著加荷卸荷次數(shù)的增加，應(yīng)力應(yīng)變曲線漸趨穩(wěn)定并基本上接近于直線，該直線的斜率即定義為混凝土的彈性模量。(5)混凝土受拉時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系在試件加載的初期，變形與應(yīng)力成線性增長(zhǎng)，至峰值應(yīng)力的4050達(dá)比例

18、極限，繼續(xù)加載至峰值應(yīng)力的7683時(shí)，曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)(即裂縫不穩(wěn)定擴(kuò)展的起點(diǎn))，其應(yīng)力為臨界應(yīng)力，曲線下降段的坡度亦髓混凝土強(qiáng)度的提高而更陡峭，當(dāng)表面平均裂縫寬度達(dá)0.170.35mm時(shí)，應(yīng)力接近零值。受拉彈性模量，與受壓時(shí)的彈性模量基本相同。2、荷載長(zhǎng)期作用下的變形(混凝土的徐變)定義：混凝土在荷載的長(zhǎng)期作用下，其變形隨時(shí)間而不斷增長(zhǎng)的現(xiàn)象稱為徐變徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響：徐變會(huì)使結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的（撓度）變形增大，引起預(yù)應(yīng)力損失，在長(zhǎng)期高應(yīng)力作用下，甚至?xí)?dǎo)致破壞。徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的有利影響：徐變有利于結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)（應(yīng)）力重分布，降低結(jié)構(gòu)的受力（如支座不均勻沉降），減小大體積混凝土內(nèi)的溫度應(yīng)力，受拉

19、徐變可延緩收縮裂縫的出現(xiàn)。徐變隨時(shí)間的變化關(guān)系：如在時(shí)間t 卸載，則會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)彈性恢復(fù)應(yīng)變。由于混凝土彈性模量隨時(shí)間增大，故彈性恢復(fù)應(yīng)變小于加載時(shí)的瞬時(shí)彈性應(yīng)變。再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，還有一部分應(yīng)變''可以恢復(fù)，稱為彈性后效或徐變恢復(fù)，但仍有不可恢復(fù)的殘留永久應(yīng)變。徐變產(chǎn)生的原因：主要原因：混凝土硬結(jié)以后，骨料之間的水泥漿，一部分變?yōu)榻Y(jié)晶體，它是完全彈性的；另一部分是充填在晶體間的凝膠體，具有粘性流動(dòng)的性質(zhì)。當(dāng)對(duì)水泥石施加外荷時(shí)，在加荷的瞬間結(jié)晶體與凝膠體共同承受外荷。其后，隨著時(shí)間的推移，凝膠體由于粘性流動(dòng)而逐漸卸荷，此時(shí)晶體承受了更多的外力，并產(chǎn)生彈性變形，從而使水泥石變形(混

20、凝土徐變)增加。即水泥凝膠體向水泥結(jié)晶體應(yīng)力重分布所造成的結(jié)果。另一原因是為裂縫的發(fā)展和增加：混凝土內(nèi)部微裂縫在荷載長(zhǎng)期作用下不斷發(fā)展和增加，從而導(dǎo)致應(yīng)變的增加。當(dāng)應(yīng)力不大時(shí)，徐變的發(fā)展以第一種原因?yàn)橹鳎划?dāng)應(yīng)力較大時(shí)，以第二種原因?yàn)橹鲏簯?yīng)力與徐變的關(guān)系：1. 當(dāng)初始應(yīng)力小于0.5fc時(shí)線性徐變。徐變?cè)?年以后可趨于穩(wěn)定。2. 當(dāng)初始應(yīng)力大于0.5fc時(shí)非線性徐變。3. 當(dāng)加載應(yīng)力過(guò)高時(shí)徐變不收斂，稱非穩(wěn)定徐變。影響因素內(nèi)在因素：是混凝土的組成和配比。骨料的剛度（彈性模量）越大，體積比越大，徐變就越小。水灰比越小，徐變也越小。環(huán)境影響：包括養(yǎng)護(hù)和使用條件。受荷前養(yǎng)護(hù)的溫濕度越高，水泥水化作用越充

21、分，徐變就越小。蒸汽養(yǎng)護(hù)可使徐變減少（2035）%。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。當(dāng)初應(yīng)力：si >0.8fc 時(shí)，混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展已處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，徐變的發(fā)展將不收斂，最終導(dǎo)致混凝土的破壞。因此將0.8fc作為混凝土的長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度影響：高強(qiáng)混凝土的密實(shí)性好，在相同的s /fc比值下，徐變比普通混凝土小得多。但由于高強(qiáng)混凝土承受較高的應(yīng)力值，初始變形較大，故兩者總變形接近。此外，高強(qiáng)混凝土線性徐變的范圍可達(dá)0.65fc，長(zhǎng)期強(qiáng)度約為0.85fc，也比普通混凝土大一些。3、多次重復(fù)荷載作用下的變形多次重復(fù)荷載下的曲線（課本p20）應(yīng)力應(yīng)變曲線不同

22、的發(fā)展過(guò)程和變化，其關(guān)鍵是施加荷載時(shí)應(yīng)力的大小，其應(yīng)力的界限稱為混凝土疲勞極限強(qiáng)度?；炷猎诙啻沃貜?fù)荷載作用下的破壞極限強(qiáng)度值要低于混凝土的靜力極限強(qiáng)度(即棱柱體抗壓強(qiáng)度)。其值比較分散，并隨循環(huán)次數(shù)n和混凝土強(qiáng)度而變化，大致在0.5fc左右。因此，混凝土的疲勞強(qiáng)度可定為能夠承受某一定重復(fù)作用次數(shù)的應(yīng)力值。4、混凝土的收縮和膨脹收縮：混凝土在空氣中硬化時(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。收縮對(duì)結(jié)構(gòu)的影響： 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)

23、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?；炷恋氖湛s隨時(shí)間的變化關(guān)系。時(shí)間效應(yīng)：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(25)×10-4（混凝土開裂應(yīng)變(0.52.7)×10-4）。影響混凝土收縮的因素：（1） 水泥的品種（2） 水泥的用量（3） 骨料的性質(zhì)（4） 養(yǎng)護(hù)條件（5） 混凝土制作方法 （6） 使用環(huán)境（7） 構(gòu)件的體積與表面積比值2.1 鋼筋的物理力學(xué)性能本節(jié)內(nèi)容及要求一、鋼筋的成分、級(jí)別、品種二、鋼筋的強(qiáng)度與變形

24、（重點(diǎn)）三、鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線數(shù)學(xué)模型四、鋼筋的疲勞五、混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求2.2.1鋼筋的成分、級(jí)別、品種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所采用的鋼材按其化學(xué)成分可分為碳素鋼及普通低合金鋼。 碳素鋼除含有鐵元素外還有少量的碳、硅、錳、硫、磷等元素。根據(jù)含碳量的多少，碳素鋼又可分為低碳鋼(含碳量<025)、中碳鋼(含碳量025一06)及高碳鋼(含碳量0.6一1.4)。含碳量越高強(qiáng)度越高，但塑性和可焊性降低，反之則強(qiáng)度降低而塑性和可焊性好。普通低合金鋼普通低合金鋼除碳素鋼中已有的成份外，再加入少量的合金元素如硅、錳、鈦、釩、鉻等，可有效地提高鋼材的強(qiáng)度和改善鋼材的其他性能。目前我國(guó)普通低合金鋼按其加

25、入元素種類有以下幾種體系：錳系(20錳硅、25錳硅)；硅釩系(40硅2錳釩、45硅錳釩)；硅鈦系(45硅2錳鈦)；硅錳系(40硅2錳、48硅2·錳)；硅鉻系(45硅2鉻)。用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的國(guó)產(chǎn)鋼筋按加工方法分為下列四類：熱軋鋼筋分為、級(jí)四個(gè)等級(jí)，屈服強(qiáng)度（標(biāo)準(zhǔn)值=鋼材廢品限值，保證率97.73%）分別為235、335、400、540mpa，延伸率d5=25、16、14、10%，直徑840。級(jí)鋼筋多為光面鋼筋，多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋、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

26、等高肋的變形鋼筋。級(jí)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hpb235級(jí)、hrb335級(jí)、hrb400級(jí)、rrb400屈服強(qiáng)度 fyk（標(biāo)準(zhǔn)值=鋼材廢品限值，保證率97.73%）hpb235級(jí)： fyk = 235 n/mm2hrb335級(jí)： fyk = 335 n/mm2hrb400級(jí)、rrb400級(jí)： fyk = 400 n/mm2鋼絲中強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度為8001200mpa，高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線的為 1470 1860mpa；延伸率d10=6%，d100=3.54%；鋼絲的直徑39mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三種，另有二股、三股和七股鋼絞線，外接圓直徑9.515.

27、2 mm。中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線均用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。熱處理鋼筋是將級(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)。冷加工鋼筋是由熱軋鋼筋和盤條經(jīng)冷拉、冷拔、冷軋、冷扭加工后而成。冷加工的目的是為了提高鋼筋的強(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。冷加工方式：冷拉或冷拔冷加工目的：提高熱軋鋼筋的強(qiáng)度。冷拉：冷拉時(shí)鋼筋的冷拉應(yīng)力值必須超過(guò)鋼筋的屈服強(qiáng)度。冷拉無(wú)時(shí)效：殘余變形oo1,這時(shí)拉伸曲線的屈折點(diǎn)k比原來(lái)的屈折點(diǎn)有所提高，k點(diǎn)為經(jīng)過(guò)冷拉后新的屈服點(diǎn)。冷拉經(jīng)時(shí)效：如果停留一段時(shí)間

28、再?gòu)埨瓡r(shí)，則應(yīng)力應(yīng)變曲線將沿o1k/z，變化，屈服點(diǎn)可提高至k/點(diǎn)。這種現(xiàn)象稱為時(shí)效硬化。冷拔冷拔是將鋼筋用強(qiáng)力拔過(guò)比它本身直徑還小的硬質(zhì)合金拔絲模，這時(shí)鋼筋同時(shí)受到縱向拉力和橫向擠壓力的作用，使截面變小而長(zhǎng)度拔長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)幾次冷拔，鋼絲的強(qiáng)度比原來(lái)有很大提高，但塑性降低很多。2.2.2 鋼筋的強(qiáng)度與變形1、有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋 主要強(qiáng)度指標(biāo)指標(biāo)：屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度屈服強(qiáng)度：是鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)依據(jù)，因?yàn)殇摻钋髮⒑艽蟮乃苄宰冃?，且在卸載時(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。屈服上限與加載速度有關(guān)，不太穩(wěn)定，一般取屈服下限作為屈服強(qiáng)度。變形性能指標(biāo)：延伸率、冷彎性能

29、延伸率：鋼筋拉斷時(shí)的應(yīng)變，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。冷彎性能是將直徑為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，就表示合格。鋼輥的直徑d越小、彎轉(zhuǎn)角越大，說(shuō)明鋼筋的塑性越好。屈強(qiáng)比反映鋼筋的強(qiáng)度儲(chǔ)備，fy/fu=0.60.7。2、無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼筋設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)條件屈服點(diǎn)：取殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。規(guī)范取：s0.2 =0.85 fu經(jīng)冷拔后的鋼絲沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)和流幅，冷拉只能提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度。冷拔則可同時(shí)提高抗拉及抗壓強(qiáng)度2.2.3鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系1雙直線(完全彈塑性模型）此模型適用于流幅較長(zhǎng)的低強(qiáng)度鋼材2三折線(完全彈塑

30、性加硬化模型) 對(duì)于屈服后立即發(fā)生應(yīng)變硬化(應(yīng)力強(qiáng)化)的鋼材，前述雙直線應(yīng)力應(yīng)變模型過(guò)低地估計(jì)了高應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力，為了正確地估計(jì)高出屈服應(yīng)變后的應(yīng)力，可采用三折線模型.3雙斜線(彈塑性模型) 此模型用于沒(méi)有明顯流幅的高強(qiáng)鋼筋或鋼絲的應(yīng)力應(yīng)變曲線。 2.2.4 鋼筋的疲勞指的是鋼筋在承受重復(fù)、周期性的動(dòng)荷載作用下，經(jīng)過(guò)一定次數(shù)后突然脆性斷裂的現(xiàn)象。鋼筋的疲勞強(qiáng)度低于其靜荷載作用下的極限強(qiáng)度。2.2.5混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求(1)強(qiáng)度所謂強(qiáng)度指的是鋼筋的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度。鋼筋的屈服強(qiáng)度是設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的主要依據(jù)(如無(wú)明顯流幅的鋼筋，取它的條件屈服應(yīng)力，約相當(dāng)于80的極限強(qiáng)度)。 fy/fu=0.6

31、0.7。(2)塑性要求鋼材在斷裂前應(yīng)有足夠的變形使鋼筋混凝土梁在將要破壞時(shí)能給人們以預(yù)告信號(hào)。檢驗(yàn)指標(biāo)：延伸率，冷彎性能(3)可焊性在一定的工藝條件下要求鋼筋焊接后不產(chǎn)生裂紋及過(guò)大的變形，保證焊接后的接頭性能良好。(4)耐火性工程中通過(guò)調(diào)整保護(hù)層厚度來(lái)滿足結(jié)構(gòu)耐火極限要求。(5)與混凝土的粘結(jié)力為了保證鋼筋與混凝土共同工作，兩者之間必須有足夠的粘結(jié)力，鋼筋表面的形狀對(duì)粘結(jié)力有重要的影響。鋼筋的屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和冷彎是施工單位驗(yàn)收鋼筋是否合格的四個(gè)主要指標(biāo)。2.3 鋼筋與混凝土之間的粘接鋼筋和混凝土這兩種材料結(jié)合在一起，在荷載、溫度、收縮等外界因素作用下，能夠共同工作，除了兩者具有相近

32、的線膨脹系數(shù)外，主要是由于混凝土硬化后，鋼筋與它周圍的混凝土之間產(chǎn)生了良好的粘結(jié)能力(或稱錨固能力)。2.3.1鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能粘結(jié)的意義a) 鋼筋與混凝土間具有足夠的粘結(jié)是保證鋼筋與混凝土共同受力變形的基本前提。b) 通過(guò)鋼筋與混凝土界面的粘結(jié)應(yīng)力，可以實(shí)現(xiàn)鋼筋與混凝土之間的應(yīng)力傳遞，從而使兩種材料可以結(jié)合在一起共同工作。c) 粘結(jié)應(yīng)力通常是指鋼筋與混凝土界面間的剪應(yīng)力。分類：鋼筋端部的錨固粘結(jié)應(yīng)力和裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力2.3.2粘結(jié)的組成粘結(jié)的機(jī)理：鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用由三部分組成：混凝土中水泥膠體與鋼筋表面的膠結(jié)力：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。混凝土因收縮將鋼筋

33、握緊而產(chǎn)生的鋼筋與混凝土間的摩擦力：摩擦力的大小取決于握裹力和鋼筋與混凝土表面的摩擦系數(shù)。機(jī)械咬合力 光面鋼筋：對(duì)光面鋼筋：粘結(jié)力主要來(lái)自于膠結(jié)力和摩阻力。 對(duì)于光面鋼筋，表面輕度銹蝕有利于增加摩擦力，但摩擦作用也很有限。 由于光面鋼筋表面的自然凹凸程度很小，機(jī)械咬合作用也不大。因此，光面鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度是較低的。 為保證光面鋼筋的錨固，通常需在鋼筋端部彎鉤、彎折或加焊短鋼筋以阻止鋼筋與混凝土間產(chǎn)生較大的相對(duì)滑動(dòng)變形鋼筋：對(duì)變形鋼筋：粘結(jié)力主要來(lái)自于機(jī)械咬合力。 將鋼筋表面軋制出肋形成帶肋鋼筋，即變形鋼筋，可顯著增加鋼筋與混凝土的機(jī)械咬合作用，從而大大增加了粘結(jié)強(qiáng)度。 對(duì)與強(qiáng)度較高的鋼筋

34、，均需做成變形鋼筋，以保證鋼筋與混凝土間具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度，使鋼筋的強(qiáng)度得以充分發(fā)揮。 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，其水平分力使鋼筋周圍的混凝土軸向受拉、受剪，徑向分力使混凝土產(chǎn)生環(huán)向拉力。軸向拉力和剪力使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部斜向錐形裂縫。環(huán)向拉力使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部徑向裂縫。當(dāng)混凝土保護(hù)層和鋼筋間距較小時(shí)，徑向裂縫可發(fā)展達(dá)到構(gòu)件表面，產(chǎn)生劈裂裂縫，機(jī)械咬合作用將很快喪失，產(chǎn)生“劈裂式”粘結(jié)破壞。在鋼筋周圍配置橫向鋼筋（箍筋或螺旋鋼筋）或增加混凝土的保護(hù)層厚度（c/d），可提高粘結(jié)強(qiáng)度。如果鋼筋周圍的橫向鋼筋較多或混凝土的保護(hù)層（c/d）較大，徑向裂縫很難發(fā)展達(dá)到構(gòu)件表面，則肋前部

35、的混凝土在水平分力和剪力作用下最終將被擠碎，發(fā)生沿肋外徑圓柱面的剪切破壞，形成所謂的“刮梨式”破壞，“刮梨式”破壞是變形鋼筋與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的上限。2.2.3粘結(jié)強(qiáng)度 粘結(jié)強(qiáng)度tu：粘結(jié)破壞（鋼筋拔出或混凝土劈裂）時(shí)鋼筋與混凝土界面上的最大平均粘結(jié)應(yīng)力。影響粘結(jié)強(qiáng)度的主要因素1、 混凝土強(qiáng)度：光面鋼筋和變形鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度均隨混凝土強(qiáng)度的提高而增加，但并不與立方體強(qiáng)度f(wàn)cu成正比，而與抗拉強(qiáng)度 ft 成正比。2、保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距：對(duì)于變形鋼筋，粘結(jié)強(qiáng)度主要取決于劈裂破壞。因此相對(duì)保護(hù)層厚度c/d 越大，混凝土抵抗劈裂破壞的能力也越大，粘結(jié)強(qiáng)度越高。當(dāng)c/d 很大時(shí)，若錨固長(zhǎng)度不夠，則產(chǎn)生剪

36、切“刮梨式”破壞。同理，鋼筋凈距s與鋼筋直徑d 的比值s/d 越大，粘結(jié)強(qiáng)度也越高。3、橫向配筋：橫向鋼筋的存在限制了徑向裂縫的發(fā)展，使粘結(jié)強(qiáng)度得到提高。配置橫向鋼筋可以阻止徑向裂縫的發(fā)展。因此對(duì)于直徑較大鋼筋的錨固區(qū)和搭接長(zhǎng)度范圍，均應(yīng)增加橫向鋼筋。當(dāng)一排并列鋼筋的數(shù)量較多時(shí)，也應(yīng)考慮增加橫向鋼筋來(lái)控制劈裂裂縫的發(fā)生。4、鋼筋表面和外形特征：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。月牙肋和螺紋肋變形鋼筋，前者肋的相對(duì)受力面積（擠壓混凝土的面積與鋼筋截面積的比值）較小，粘結(jié)強(qiáng)度比螺紋鋼筋低一些。由于變形鋼筋的外形參數(shù)不隨直徑成比例變化，對(duì)于直徑較大的變形鋼筋，肋的相對(duì)受力面積減小，粘

37、結(jié)強(qiáng)度也有所減小。此外，當(dāng)鋼筋表面為防止銹蝕涂環(huán)氧樹脂時(shí)，鋼筋表面較為光滑，粘結(jié)強(qiáng)度也將有所降低。5、受力情況：在錨固范圍內(nèi)存在側(cè)壓力可提高粘結(jié)強(qiáng)度；剪力產(chǎn)生的斜裂縫則會(huì)使錨固鋼筋受到銷栓作用而降低粘結(jié)強(qiáng)度；受壓鋼筋由于直徑增大會(huì)增加對(duì)混凝土的擠壓，從而使摩擦作用增加； 受反復(fù)荷載作用的鋼筋，肋前后的混凝土均會(huì)被擠碎，導(dǎo)致咬合作用降低。2.3.5錨固長(zhǎng)度：拔出試驗(yàn)的錨固長(zhǎng)度較短時(shí)，粘結(jié)應(yīng)力在錨固長(zhǎng)度范圍分布比較均勻，平均粘結(jié)應(yīng)力較高，測(cè)得的粘結(jié)強(qiáng)度較高；錨固長(zhǎng)度較大時(shí)，則平均粘結(jié)強(qiáng)度較小，但總粘結(jié)力隨錨固長(zhǎng)度的增加而增大；當(dāng)錨固長(zhǎng)度增加達(dá)到一定值，鋼筋受拉達(dá)到屈服（強(qiáng)度充分發(fā)揮）時(shí)未產(chǎn)生粘結(jié)破

38、壞，該臨界情況的錨固長(zhǎng)度稱為基本錨固長(zhǎng)度la。1、基本錨固長(zhǎng)度 規(guī)范是以拔出試驗(yàn)為基礎(chǔ)確定基本錨固長(zhǎng)度的。取粘結(jié)強(qiáng)度tu與混凝土抗拉強(qiáng)度 ft 成正比，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，取鋼筋受拉時(shí)的基本錨固長(zhǎng)度為：構(gòu)件中鋼筋的實(shí)際錨固長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)鋼筋的受力情況、保護(hù)層厚度、鋼筋形式等的影響，采用基本錨固長(zhǎng)度la乘以以下修正系數(shù)，當(dāng)帶肋鋼筋的直徑大于25mm時(shí)，錨固長(zhǎng)度應(yīng)乘以修正系數(shù)1.1；環(huán)氧樹脂涂層鋼筋，錨固長(zhǎng)度應(yīng)乘以修正系數(shù)1.25；當(dāng)錨固鋼筋在混凝土施工過(guò)程中易受擾動(dòng)時(shí)(如滑模施工)，錨固長(zhǎng)度應(yīng)乘以施工修正系數(shù)1.1；當(dāng)帶肋鋼筋錨固區(qū)混凝土保護(hù)層厚度大于鋼筋直徑的3倍時(shí)，錨固長(zhǎng)度可乘以修正系數(shù)0.8。除構(gòu)造需要的錨固長(zhǎng)度外，當(dāng)受力鋼筋的實(shí)際配筋面積大于其設(shè)計(jì)計(jì)算面積時(shí)，錨固長(zhǎng)度可乘以配筋余量修正系數(shù)。其數(shù)值為設(shè)計(jì)計(jì)算面積與實(shí)際配筋面積比值?？拐鹪O(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)及直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不得考慮上述修正。經(jīng)上述修正后的錨固長(zhǎng)度不應(yīng)小于基本錨固長(zhǎng)度的0.7倍，且不應(yīng)小于250mm。機(jī)械錨固當(dāng)鋼筋末端采用圖示機(jī)械錨固措施