鋼混中文課件第2章材料性能

1、混凝土結(jié)構(gòu)Concrete Struture（二）連理工大學(xué)土木1大連理工大學(xué)Dalian University of Technology土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能l 混凝土的物理力學(xué)性能l 鋼筋的物理力學(xué)性能l 混凝土與鋼筋的粘結(jié)2大連理工大學(xué)Dalian University of Technology2 混凝2.1 混凝土的物理力學(xué)性能The physical and mechanical properties of Concretel 混凝土的組成結(jié)構(gòu)l 單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度l 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度l 混凝土的變形3大連理工大學(xué)Dalian University of T

2、echnology1.混凝土的組成結(jié)構(gòu)The composition of concrete structurel 混凝土是由水泥、砂、石材料用水拌合硬化后形 成的人工石材，是多相復(fù)合材料。l 水泥和水在凝結(jié)硬化過(guò)程中形成水泥膠塊把骨料粘結(jié)在一起?；炷羶?nèi)部有液體和空隙存在，是 一種不密實(shí)的混合體，主要依靠由骨料和水泥膠塊中的結(jié)晶體組成的彈性骨架承受外力。大連理工大學(xué)Dalian University of Technologyl 彈性骨架使混凝土具有彈性變形的特點(diǎn)，同時(shí)凝膠體又使混凝土具有塑性變形的性質(zhì)。由于 混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此，它的力學(xué)性能也極為復(fù)雜。l 在荷載作用下，微裂縫的擴(kuò)展對(duì)

3、混凝土的力學(xué)性能有著極為重要的影響。由于水泥膠體的硬 化過(guò)程需要多年才能完成，所以混凝土的強(qiáng)度和變形也隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)。大連理工大學(xué)Dalian University of Technology2.單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度The concrete strength under uniaxial stress statel 雖然實(shí)際工程中的混凝土構(gòu)件和結(jié)構(gòu)一般處于復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，但是單向受力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度 是復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下強(qiáng)度的基礎(chǔ)和重要參數(shù)。l 混凝土的強(qiáng)度與水泥強(qiáng)度等級(jí)、水灰比有很大的關(guān)系，骨料的性質(zhì)、混凝土的級(jí)配、混凝土成型 方法、硬化時(shí)的環(huán)境條件及混凝土的齡期等也不同程度地影響混凝土

4、的強(qiáng)度。大連理工大學(xué)Dalian University of Technology混凝土的強(qiáng)度f(wàn)cufcft大連理工大學(xué)Dalian University of Technology混凝土軸心抗拉強(qiáng)度混凝土軸心抗壓強(qiáng)度混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度（一）混凝土的抗壓強(qiáng)度The compressive strength of concretel混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度等級(jí)在混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用混凝土的抗壓強(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)?；炷恋膹?qiáng)度等級(jí)是用抗壓強(qiáng)度來(lái)劃分的。l大連理工大學(xué)Dalian University of Technology在國(guó)際上，確定混凝土抗

5、壓強(qiáng)度的試件有圓柱體和立方體兩種；l我國(guó)規(guī)定用150mm³ 150mm³ 150mm的立方體試件作為標(biāo)準(zhǔn)試件，由標(biāo)準(zhǔn)立方體試件測(cè)得的抗壓強(qiáng)度，稱為標(biāo)準(zhǔn)立方體強(qiáng)度，用 fcu表示；l大連理工大學(xué)Dalian University of Technology美國(guó)、等，采用圓柱體l（直徑150mm，高300mm）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 f；c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:l大連理工大學(xué)Dalian University of Technologyfc¢ = (0.79 0.81) fcu試驗(yàn)方法l 加載速度0.30.8

6、N/mm2/secl 試驗(yàn)采用不涂潤(rùn)滑劑的試件不涂潤(rùn)滑劑涂潤(rùn)滑劑大連理工大學(xué)Dalian University of Technology非標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度l 若采用非標(biāo)準(zhǔn)試件，所測(cè)得的抗壓強(qiáng)度應(yīng)乘以折 算系數(shù)。200mm³200mm³200mm折算系數(shù)：1.05100mm×100mm×100mm折算系數(shù)：0.95大連理工大學(xué)Dalian University of Technology混凝土強(qiáng)度等級(jí)l 邊長(zhǎng)150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下（20±3，95%濕度）養(yǎng)護(hù)28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得 的具有95%保證率的立方體抗壓強(qiáng)度。用符號(hào)

7、C表示。l 規(guī)范（GB50010-2010）：從C15C80共劃分為14個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，級(jí)差為5N/mm2。l C50以上為高強(qiáng)混凝土。大連理工大學(xué)Dalian University of Technology混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)大連理工大學(xué)Dalian University of Technology影響抗壓強(qiáng)度的因素l 水泥強(qiáng)等級(jí)l 水泥用量l 水灰比l 配合比l 齡期l 施工方法及養(yǎng)護(hù)條件l 試驗(yàn)方法及試件大連理工大學(xué)Dalian University of Technology混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度混凝土棱柱體破壞情況大連理工大學(xué)Dalian University of Technolo

8、gyl 軸心抗壓強(qiáng)度采用棱柱體試件測(cè)定，用符號(hào)fc表示，它比較接近實(shí)際構(gòu)件中混凝土的受壓情況。棱柱體試件高寬比一般為h/b=2-3，我國(guó)通常取150mm×150mm×300mm 的棱柱體試件，也常用100×100×200試件混凝土軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)大連理工大學(xué)Dalian University of Technology棱柱體抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)方法大連理工大學(xué)Dalian University of Technology立方抗壓與軸心抗壓強(qiáng)度的關(guān)系規(guī)范對(duì)小于C50級(jí)的混凝土取k=0.76， 對(duì)C80取k=0.82，其間按線性插值。大連理工大學(xué)Dalian Un

9、iversity of Technologyfc= k × fcu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。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?？紤]到實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件與試件制作及養(yǎng)護(hù)條件的差異、效應(yīng)及加荷速度等因素的影響，棱柱體抗壓強(qiáng)度和立方體抗壓強(qiáng)度的換算關(guān)系為，式中：ac1為棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比，C50以下取0.76， C80取0.82，中間線形內(nèi)差。ac 2 為高強(qiáng)混凝土的脆性折減系數(shù)，C40取1.00，C80取0.87，中間線形內(nèi)差。大連理工大學(xué)Dalian University of Technologyfck= 0.88ac1ac2 ×

10、fcu,k（二）混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度The axis of the tensile strength of concrete大連理工大學(xué)Dalian University of Technology50150軸心抗拉強(qiáng)度也是混凝土的基本力學(xué)性能，用符號(hào) ft 表示?；炷翗?gòu)件開(kāi)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)。Öá ÐÄ ÊÜ À­ ÊÔ Ñé100混凝土抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)大連理工大學(xué)Dalian University of TechnologyP

11、壓拉a壓P劈拉試驗(yàn)大連理工大學(xué)Dalian University of Technologyf t=2Ptp × d × lf t=2Ptp × a2由于軸心受拉試驗(yàn)對(duì)中，也常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。軸心抗拉與立方體抗拉的關(guān)系ft654321fcu0102030405060708090100áÖ ÄÐÜÊ ­À ¿Ç ȶ ëÓ ¢Á ½²åÌ

12、; ¿Ç ȶ ä¼ Äµ » ãËع µÏ大連理工大學(xué)Dalian University of TechnologyGBJ10-89 æ¹ ¶²f = 0.395 f 0.55tcuf = 0.26 f 2/3tcul 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度，僅相當(dāng)于抗壓強(qiáng)度的1/81/17，當(dāng)比值越低。fcu越大時(shí)，ftfcu大連理工大學(xué)Dalian University of Technology混凝土強(qiáng)

13、度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）混 凝 土 強(qiáng) 度 等 級(jí)C40C45C50C55C60C65C70C75C8026.829.632.435.538.541.544.547.450.22.402.512.652.742.852.933.003.053.10強(qiáng)度種類(lèi)符號(hào)混 凝 土 強(qiáng) 度 等 級(jí)C15C20C25C30C35軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)ck10.013.416.720.123.4軸心抗拉強(qiáng)度f(wàn)tk1.271.541.782.012.20l 考慮到構(gòu)件與試件的差別、效應(yīng)、加載速度等因素的影響，普通強(qiáng)度混凝土到高強(qiáng)度混凝土的變化規(guī)律，取軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與立方體抗壓強(qiáng)度值的關(guān)系式為：式中d 為變異系數(shù)；0.

14、88的意義和a2 的取值與 fck相同大連理工大學(xué)Dalian University of Technologyf= 0.88´ 0.395 f 0.55(1-1.645d )0.45 ´atkcu,kc23.復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度The concrete strength under composite stress statel 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、彎剪扭和壓彎剪構(gòu)件等。復(fù)合應(yīng)力強(qiáng)度試驗(yàn)的試件形狀及圓柱體受作用示意圖大連理工大學(xué)Dalian University of Technolog

15、y復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度雙軸應(yīng)力狀態(tài)研究文獻(xiàn)來(lái)源: H. Kupfer,of concrete under biaxial stresses,H.K. Hilsdorf, H. Rusch,BehaviourACIJ. 66 (1969) 656-666.n 研究方法施加法向應(yīng)力 2方形板試件施加法向應(yīng)力 1板處于平面應(yīng)力狀態(tài)大連理工大學(xué)Dalian University of Technology雙向應(yīng)力狀態(tài)（Biaxial Stress State）雙向應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的破壞包絡(luò)圖大連理工大學(xué)Dalian University of Technology混凝土雙向復(fù)合受力強(qiáng)度大連理工大

16、學(xué)Dalian University of Technologyl 雙向應(yīng)力狀態(tài)大連理工大學(xué)Dalian University of Technology雙向受壓時(shí)，即兩個(gè)方向的主應(yīng)力為壓應(yīng)力，第 向的主應(yīng)力為零時(shí)，混凝土的強(qiáng)度比單向受壓的強(qiáng)度為高。大連理工大學(xué)Dalian University of Technology雙向受拉時(shí)，混凝土 一向抗拉強(qiáng)度基本上 與另一向拉應(yīng)力的大 小無(wú)關(guān)。即雙向受拉 時(shí)的混凝土強(qiáng)度與單 向受拉強(qiáng)度基本一致。大連理工大學(xué)Dalian University of Technology一向受拉一向受壓時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度隨另一向的拉應(yīng)力的增加而降低。復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝

17、0.4n 雙向受拉的破壞強(qiáng)度接近于單軸抗拉強(qiáng)度。n 雙向受壓的破壞強(qiáng)度高于單軸抗壓強(qiáng)度。n 一拉一壓的破壞強(qiáng)度低于相應(yīng)的單軸受力強(qiáng)度。n 雙軸受壓的強(qiáng)度最大值不是發(fā)生在雙軸等壓的情況下,0.2s 20f ¢c-0.2-0.4-0.6的強(qiáng)度包絡(luò)圖-0.8-1.0而是發(fā)生在-1.2 1/ 20.5時(shí)。-1.4-1.4-1.0-0.60.20.4-1.2-0.8-0.4 -0.20大連理工大學(xué)Dalian University of TechnologyKupfer土的強(qiáng)度 雙軸應(yīng)力狀態(tài)等拉雙雙等壓-1.26混凝土的抗剪強(qiáng)度：隨拉應(yīng)力增大而減小,隨壓應(yīng)力增 大而增大。當(dāng)壓應(yīng)力在 0.6 f

18、c左右時(shí)，抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大，壓應(yīng)力繼續(xù)增大，則由于內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪 強(qiáng)度將隨壓應(yīng)力的增大而減小。大連理工大學(xué)Dalian University of Technology構(gòu)件受剪或受扭時(shí)常遇到剪應(yīng)力t 和正應(yīng)力s 共同作用下的復(fù)合受力情況。l 三向受壓狀態(tài)大連理工大學(xué)Dalian University of Technologyfc¢1 = fc¢ + 4s 2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。三向受壓狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變曲線大連理工大學(xué)Dalian University of Technolog

19、y4. 混凝土的變形The Deformation of concretel 一次短期加載下混凝土的變形能力l 荷載長(zhǎng)期作用下混凝土的變形能力l 混凝土在重復(fù)荷載作用下的變形l 混凝土的收縮與膨脹38大連理工大學(xué)Dalian University of Technology一一次短期加載下混凝土的變形能力l 混凝土受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系l 混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型l 三向受壓狀態(tài)下混凝土的變形特點(diǎn)l 混凝土的變形模量l 混凝土軸向受拉時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系39大連理工大學(xué)Dalian University of Technology混凝土受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線混凝土棱柱體受壓應(yīng)力-應(yīng)

20、變曲線大連理工大學(xué)Dalian University of Technology當(dāng)應(yīng)力小于其極限強(qiáng)度的30%40%時(shí)（a 點(diǎn)），應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系接近直線。混凝土棱柱體受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線大連理工大學(xué)Dalian University of Technology當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)增大， 應(yīng)力應(yīng)變曲線就逐漸向下彎曲，呈現(xiàn)出塑性性質(zhì)。當(dāng)應(yīng)力增大到接近極限強(qiáng)度的80%左右時(shí)（b點(diǎn)），應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)得更快?；炷晾庵w受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線大連理工大學(xué)Dalian University of Technology當(dāng)應(yīng)力達(dá)到極限強(qiáng)度（c點(diǎn)）時(shí)，試件表面出現(xiàn)與加壓方向平行的縱向裂縫，試件開(kāi)始破壞。s ® s 0 

21、4; fc這時(shí)的 e ® e0 ® 0.002混凝土棱柱體受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線大連理工大學(xué)Dalian University of Technology在普通試驗(yàn)機(jī)上， 只能得到應(yīng)力 應(yīng)變曲線的上升 段0abcd,下降段 曲線無(wú)一定規(guī)律?；炷翍?yīng)力應(yīng)變曲線試驗(yàn)大連理工大學(xué)Dalian University of Technology影響混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線形狀的因素l 混凝土強(qiáng)度不同強(qiáng)度的混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線比較大連理工大學(xué)Dalian University of Technology隨著混凝土強(qiáng)度的提高， 盡管上升段和峰值應(yīng)變 的變化不很顯著，但是 下降段的形狀有較大的 差

22、異，混凝土強(qiáng)度提高， 下降段的坡度越陡，即 應(yīng)力下降相同幅度時(shí)變 形越小，延性越差l 加載速度不同加載速度下的混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線比較大連理工大學(xué)Dalian University of Technology 混凝土單軸向受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型l 美國(guó)E.Hognestad建議的模型l 德國(guó)Rusch建議的模型l 混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范模型47大連理工大學(xué)Dalian University of Technology混凝土的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系式是鋼筋混凝土學(xué)科中的一個(gè)基本問(wèn)題，在許多理論問(wèn)題中都要用到它。a. 美國(guó)E. Hognestad建議的模型上升段下降段sfc0.15 fcee0eu00.0

23、020.0038大連理工大學(xué)Dalian University of Technologyé 2eæ e ö2 ùs = fc ê e- ç e÷ ú0 £ e £ e 0ë0è0 ø ûs = f æ1- 0.15 e - e 0öe£ e £ ec çe- e÷0uèu0 øb. 德國(guó)Rush建議的模型上升段下降段sfcee0eu00.0020.0035大連理工大學(xué)Dali

24、an University of Technologyé 2eæ e ö2 ùs = fc ê e- ç e÷ ú0 £ e £ e0ë0è0 ø ûs = fce0 £ e £ eusc.混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范模型70e上升段：se £ e=f 1- (1-nc) 60cce00se0< e £ eu= f50下降段：cc401n = 2 -( fcu - 50)6030e0eu20-6= 0.002 + 0.5(

25、fcu - 50) ´10-6= 0.0033 - ( fcu - 50) ´101000.0010.0020.0030.004規(guī)范混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線參數(shù)大連理工大學(xué)Dalian University of TechnologyfcuC50C60C70C80n21.831.671.5e00.0020.002050.00210.00215eu0.00330.00320.00310.003C80C60C40C20e 三向受壓狀態(tài)下混凝土的變形特點(diǎn)l 混凝土在復(fù)合應(yīng)力下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系三軸受壓：隨側(cè)向壓應(yīng)力增加，縱向強(qiáng)度和變形能力均提高。側(cè)向約束了混凝土橫向變形，限制了橫向膨脹

26、和內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展。（約束混凝土）大連理工大學(xué)Dalian University of Technologyl 螺旋箍筋圓柱體約束混凝土在接近混凝土單軸抗壓強(qiáng)度之前， 橫向鋼筋幾乎不受力，混凝土基本不受約束。軸向大于單軸抗壓強(qiáng)度時(shí)，軸向強(qiáng)度和變形能力均提高，橫向鋼筋越密，提高幅值越大。螺旋筋能使混凝土在側(cè)向受到均勻連續(xù)的約束力，其效果較普通箍筋好，因而強(qiáng)度和延性的提高更為顯著。l 普通箍筋約束混凝土柱大連理工大學(xué)Dalian University of Technology 混凝土的變形模量Concrete deformation modulusl 混凝土的彈性模量l 混凝土的變形模量l 混凝

27、土的切線模量53大連理工大學(xué)Dalian University of Technology混凝土的彈性模量Elastic Modulusa)l 計(jì)算超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力、溫度應(yīng)力以及構(gòu)件在使用階段的截面應(yīng)力時(shí)，為了方便常近似地把混凝土看作彈性材料進(jìn)行分析，這時(shí)就需要用到混凝土的彈性模量sEc= tan ae彈性模量（原點(diǎn)模量）Elastic Modulus大連理工大學(xué)Dalian University of Technology大連理工大學(xué)Dalian University of Technology也可以利用多次重復(fù)加載卸載后應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系趨于直線的性質(zhì)來(lái)求彈性模量。即加載至0.5 fc ，然后卸載

28、至零，重復(fù)加卸載5次，應(yīng)力應(yīng)變曲線漸趨穩(wěn)定并接近于一條直線，該直線的正切即為混凝土的彈性模量。我國(guó)規(guī)范規(guī)定用下述方法測(cè)定混凝土彈性模量：將棱柱體試件加載至應(yīng)力，重復(fù)加上趨于直s = s0.4 f 5載、卸載各次后，應(yīng)力-應(yīng)變曲c線，將應(yīng)力-應(yīng)變曲線上與0.5N/mm2的應(yīng)力差及相應(yīng)的應(yīng)變差的比值作為彈性模量。大連理工大學(xué)Dalian University of TechnologyE = s t cetl 混凝土彈性模量與立方體抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系混凝土彈性模量是試驗(yàn)結(jié)果的試驗(yàn)平均值，保證率50%;彈性模量隨立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值非線性增長(zhǎng);混凝土受拉與受壓彈性模量相同. vc = 0.2l 混凝土的

29、泊松比l 混凝土的剪變模量G = 0.4E cc大連理工大學(xué)Dalian University of TechnologyG =Ecc2(1+ v )c1052Ec =34.7 (N / mm )2.2 +vc = 0.2fcu,k縱向應(yīng)變、橫向應(yīng)變、及體積應(yīng)變sÌå»ýÓ¦±äCfD BºáÏòÓ¦±ä³ÝÏòÓ¦ ±äAe ¡Á10-

30、3-3-2-100.511.52Ïò Ó¦ ±ä e1¡¢±ä e2³ÝºáÏòÓ¦¼°Ìå »ý Ó¦ ±ä DV/V大連理工大學(xué)Dalian University of Technologyb) 混凝土的割線模量Secant Modulus(coefficient of系數(shù)asticity) 隨應(yīng)力增大而減小n =

31、 E ¢ = 1 0.5 c Ece ela割線模量Secant Modulus大連理工大學(xué)Dalian University of Technologys彈性ela1eE c= tanc) 混凝土的切線模量Tangent Modulus切線模量Tangent Modulus大連理工大學(xué)Dalian University of TechnologysE c= tana2e 混凝土軸向受拉時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系The Tension Constitutive Relationship of Concrete彈性系數(shù)約為0.5sftet0e大連理工大學(xué)Dalian University of

32、Technologyetu = 500 270mee= ft=ft= 2 ft t0E¢0.5EEccce tu二. 荷載長(zhǎng)期作用下混凝土的變形能力l 混凝土在長(zhǎng)期不變荷載的作用下，其變形隨時(shí)間而不斷增長(zhǎng)的現(xiàn)象稱為徐變-Creepl 產(chǎn)生徐變的擴(kuò)展。是水泥凝膠體和內(nèi)部微裂縫的l 徐變對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的工作性能有很大的影響。由于混凝土的徐變，會(huì)使構(gòu)件的變形增 加，在鋼筋混凝土截面中引起應(yīng)力重分布。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中會(huì)造成預(yù)應(yīng)力損失大連理工大學(xué)Dalian University of Technologyeeeleel瞬時(shí)恢復(fù)ecr彈性后效徐變應(yīng)變ecr殘余應(yīng)變eeleel瞬時(shí)應(yīng)變e

33、sh收縮應(yīng)變t0t大連理工大學(xué)Dalian University of Technology隨荷載作用時(shí)間的延續(xù)，變形不斷增長(zhǎng)，前4徐變?cè)鲩L(zhǎng)較快，6可達(dá)最終徐變的（7080）%，以后增長(zhǎng)逐漸緩慢，23年后趨于穩(wěn)定。Dalian University of Technology與混凝土的收縮一樣，徐變也與時(shí)間有關(guān)。因此，在測(cè)定混 凝土的徐變時(shí)，應(yīng)同批澆筑同樣 不受荷的試件，在同樣環(huán)境下同時(shí)量測(cè)混凝土的收縮變形，從徐變?cè)嚰淖冃沃锌?除對(duì)比的收縮試件的變形，才可得到徐變變形。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， 受拉徐變可延緩收

34、縮裂縫的出現(xiàn)。j(t, t ) = e cr (t, t0 )0ece徐變系數(shù)（Creep Coefficient ）壓應(yīng)力與徐變的關(guān)系大連理工大學(xué)Dalian University of Technology線性徐變不同應(yīng)力/強(qiáng)度比值的徐變時(shí)間曲線大連理工大學(xué)Dalian University of Technology混凝土徐變的影響因素l 徐變與混凝土持續(xù)應(yīng)力大小有密切關(guān)系，應(yīng)力越大徐變也越大；l 混凝土加載齡期越長(zhǎng)，徐變?cè)叫?；l 水泥含量越大，徐變?cè)酱螅籰 骨料彈性模量高、級(jí)配好，徐變就?。籰 干燥失水及高溫環(huán)境，徐變大；l 高強(qiáng)混凝土徐變小。大連理工大學(xué)Dalian Universi

35、ty of Technology三. 混凝土在荷載重復(fù)作用下的變形l 混凝土在荷載重復(fù)作用下引起的破壞為疲勞破壞。l 混凝土的疲勞強(qiáng)度用疲勞試驗(yàn)測(cè)定。疲勞試驗(yàn)采用100mm³100mm³200mm的棱柱體，把能使棱柱體試件承受200萬(wàn)次或其以上循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓應(yīng)力稱為混凝土的疲勞抗壓強(qiáng)度。疲勞應(yīng)力比值：rcf式中s c,minf最大應(yīng)力、s c,max 表示截面同意f上的混凝土最小和大連理工大學(xué)Dalian University of Technologyrsff=c,mincsf c,max四. 混凝土的收縮與膨脹The expansion and shrinkag

36、e of concrete大連理工大學(xué)Dalian University of Technology混凝土收縮包括凝縮和干縮兩部分，凝縮是由于水泥結(jié)晶體比原材料的體積小；干縮是混凝土內(nèi) 自由水分蒸發(fā)引起的?；炷猎诳諝庵心Y(jié)硬化時(shí)體積會(huì)縮小，這 種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮；在水中凝結(jié)硬化時(shí)體積會(huì)增大，這種現(xiàn)象稱為混凝土的膨脹。是混凝土在不受外力情況積變化產(chǎn)生的變形。混凝土的收縮與時(shí)間的關(guān)系混凝土的收縮是隨時(shí)間而增長(zhǎng)的變形，早期收縮變形發(fā)展較快，兩周可完成全部收縮的25%，一可完成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。通常，最終收縮應(yīng)變值約為(25)³10-4 ，而混

37、凝土開(kāi)裂應(yīng)變?yōu)?0.52.7)³10-4，說(shuō)明收縮會(huì)導(dǎo)致開(kāi)裂。大連理工大學(xué)Dalian University of Technologyesh50%(25)¡Á 10-425%14d 28dt影響混凝土收縮的因素：a. 水泥品種水泥強(qiáng)度等級(jí)越高，混凝土收縮越大；b. 水泥用量水泥用量多、水灰比越大，收縮越大；c. 骨料性質(zhì)骨料的彈性模量大，收縮?。籨.養(yǎng)護(hù)條件結(jié)硬過(guò)程中周?chē)鷾?、濕度越大，收縮越小。e. 混凝土制作方法越密實(shí)，收縮越?。籪. 使用環(huán)境使用環(huán)境溫度、濕度大時(shí)，收縮?。籫. 構(gòu)件的體積與表面積比值比值大時(shí)，收縮小。大連理工大學(xué)Dalian Univers

38、ity of Technology收縮變形的措施：大連理工大學(xué)Dalian University of Technologyc . 早期養(yǎng)護(hù)b. 留伸縮縫，合理分塊a. 摻膨脹劑，補(bǔ)償收縮2.2鋼筋的物理力學(xué)性能The physical and mechanical properties of Reinforcedl 鋼筋的種類(lèi)l 鋼筋的強(qiáng)度與變形l 鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型l 鋼筋的疲勞l 混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求73大連理工大學(xué)Dalian University of Technology1.鋼筋的種類(lèi)The type of steel Reinforcementl 鋼筋和鋼絲按化學(xué)

39、成分的不同，又分為碳素鋼和普通低合金鋼碳素鋼l 碳素鋼根據(jù)含碳量的多少可以分為：低碳鋼：含碳量 C<0.25%中碳鋼：含碳量 C=0.25%-0.6%高碳鋼：含碳量 C>0.6%l 含碳量越高，鋼筋的強(qiáng)度也越高，但塑性減小，焊接性能變差。大連理工大學(xué)Dalian University of Technology普通低合金鋼l 煉鋼時(shí)在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入少量（一般不超過(guò)3.5%）合金元素，成為普通低合金鋼，合金元素可使鋼筋強(qiáng)度、塑性、焊接性能等綜合性能得到 提高。l 合金元素有錳（Mn）、硅（Si）、釩（V）、鈦（Ti）、鈮（Nb）等。大連理工大學(xué)Dalian University

40、of Technology鋼筋的品種l 熱軋鋼筋、熱處理鋼筋、控溫軋制細(xì)晶粒鋼筋、冷鋼筋、鋼絲或鋼絞線鋼筋按其外形分為光面鋼筋和變形鋼筋。常用的鋼筋形式大連理工大學(xué)Dalian University of Technology熱軋鋼筋Hot Rolled Steel Reinforcing Barl HPB300 （Hot Rolled Plain Steel Bar）熱軋光面鋼筋Q300l HRB335 （Hot Rolled Ribbed Steel Bar ） 熱軋帶肋鋼筋20MnSiHRB400 20MnSiV, 20MnSiNb, 20MnTiHRBF400HRBF500細(xì)晶粒帶肋鋼

41、筋l RRB400 （Remained heat treatment Ribbed Steel Bar ）余熱處理鋼筋大連理工大學(xué)Dalian University of Technology熱軋鋼筋的性能特點(diǎn)HPB300l 鋼筋牌號(hào)Q300，取代2001版規(guī)范的HPB235，低碳鋼，光圓鋼筋，直徑為820mm；l 質(zhì)量穩(wěn)定，塑性及焊接性能好，強(qiáng)度低，粘結(jié)性能差；l 主要用于厚度不大的板中的受力鋼筋和梁的箍筋。大連理工大學(xué)Dalian University of Technology熱軋鋼筋的性能特點(diǎn)HRB335l 鋼筋牌號(hào)有20MnSi，普通低合金鋼，變形鋼筋（月牙 紋），直徑為840mm

42、；l 強(qiáng)度、塑性及可焊性能比較好；Ø 未來(lái)將逐步被淘汰大連理工大學(xué)Dalian University of Technology鋼筋中各主要元素含量表示方法表示含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)20MnSiV表示含Mn、Si、V的百分?jǐn)?shù)，取整數(shù)，未表示數(shù)字的為1。范不再限制鋼筋材料的化學(xué)成分和制作工藝，按性能指定鋼筋的牌號(hào)和強(qiáng)度級(jí)別，并以相應(yīng)的符號(hào)表示大連理工大學(xué)Dalian University of TechnologyHRB400l 鋼筋牌號(hào)有20MnSiV、20MnTi 和20MnSiNb三種，普通低合金鋼，變形鋼筋（月牙紋），直徑為840mm ；l 強(qiáng)度高，塑性及可焊性能比較好；l 是目前主要

43、應(yīng)用的鋼筋品種大連理工大學(xué)Dalian University of TechnologyRRB400l 是HRB335鋼筋熱軋后快速冷卻，利用鋼筋內(nèi)溫度自行回火而成，淬火鋼筋強(qiáng)度提高，但塑性降低，余熱處理后塑性有所。l 強(qiáng)度高，塑性及可焊性能很好；大連理工大學(xué)Dalian University of TechnologyØ HRBF系列鋼筋：采用控溫軋制工藝生產(chǎn)的細(xì)晶粒帶肋鋼筋。Ø 延性、可焊性、機(jī)械連接性能及施工適應(yīng)性良好。Ø 為2010版廣鋼筋品種。范增設(shè)、推大連理工大學(xué)Dalian University of Technology混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋應(yīng)按下列規(guī)定

44、選用：縱向受力普通鋼筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500 鋼筋，也可采用HRB335、HRBF335、HPB300、RRB400 鋼筋；箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500 鋼筋，也可采用HRB335、HRBF335 鋼筋；大連理工大學(xué)Dalian University of Technology冷鋼筋l 由熱軋鋼筋和盤(pán)條經(jīng)冷拉、冷拔、冷軋、冷扭l冷后而成。的目的是為了提高鋼筋的強(qiáng)度，節(jié)約鋼材。l 經(jīng)冷后，鋼筋的延伸率降低。承受沖擊荷載或重復(fù)荷載及處于負(fù)溫下的結(jié)構(gòu)，不宜采用l冷鋼筋應(yīng)根據(jù)專(zhuān)門(mén)規(guī)程使用。大連理工大學(xué)Dal

45、ian University of Technology冷拉l 冷拉是將鋼筋在常溫下用機(jī)械拉至超過(guò)其屈服強(qiáng)度的某一應(yīng)力值、然后卸載，以提高鋼筋強(qiáng)度的方法；l 提高抗拉強(qiáng)度，不提高抗壓強(qiáng)度冷拔l 冷拔是將鋼筋在常溫下強(qiáng)力拔過(guò)比它直徑小的合金拔絲模，以提高鋼筋強(qiáng)度的方法；l 既提高抗拉強(qiáng)度，也提高抗壓強(qiáng)度大連理工大學(xué)Dalian University of Technology冷軋帶肋鋼筋l 冷軋帶肋鋼筋:將強(qiáng)度較低、塑性較好的鋼筋冷軋減徑后，在其表面冷軋成具有月牙形橫肋的鋼筋，直徑為412mm；l 目的是提高強(qiáng)度、節(jié)約鋼材；l 用于普通鋼筋混凝土構(gòu)件和中小型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件；l 冷軋帶肋鋼筋具有

46、脆性，不宜用于直接承受沖擊荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件中。大連理工大學(xué)Dalian University of Technology熱處理鋼筋l 將熱軋螺紋鋼筋再通過(guò)淬火和回火的調(diào)質(zhì)熱處理，能顯著提高鋼筋強(qiáng)度，而塑性降低不多；l 主要牌號(hào)有40Si2Mn（d=6mm）、48Si2Mn（d=8.2mm）和45Si2Cr（d=10mm）；l 用作預(yù)應(yīng)力筋；l 腐蝕可導(dǎo)致熱處理鋼筋在高應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生裂隙以致脆斷，因此要注意保管和使用。大連理工大學(xué)Dalian University of Technology鋼絲l 鋼筋拉拔后，中溫回火消除應(yīng)力并穩(wěn)定化處理。l 中強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度為8001200MPa，高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線

47、的為 14701860MPa；l 鋼絲的直徑39mm；l 外形有光面鋼絲、刻痕鋼絲和螺旋肋鋼絲三種。l 鋼絞線由三股和七股鋼絲捻制，外接圓直徑9.515.2 mm。l 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)。預(yù)應(yīng)力筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋 。大連理工大學(xué)Dalian University of Technology2.鋼筋的強(qiáng)度與變形the strength and deformation of Reinforced大連理工大學(xué)Dalian University of Technology無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼筋有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋有明顯屈服點(diǎn)鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系The stress

48、-strain Relationship of Steel bar with yield point極限強(qiáng)度出現(xiàn)頸縮流幅或屈服臺(tái)階屈服強(qiáng)度比例極限1、彈性階段（oa段）2、屈服階段（bc段）3、強(qiáng)化階段（cd段）4、破壞階段（de段）l 對(duì)于有明顯屈服點(diǎn)鋼筋，其屈服強(qiáng)度定義為屈服下限。軟鋼在計(jì)算承載力時(shí)以屈服強(qiáng)度作為鋼 筋強(qiáng)度限值。鋼筋的強(qiáng)化階段只作為一種安全儲(chǔ) 備；l 強(qiáng)屈比為極限強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度的比值，熱軋鋼筋通常在1.41.6之間。大連理工大學(xué)Dalian University of Technology反映鋼筋力學(xué)性能的基本指標(biāo)：1. 屈服強(qiáng)度 yield strength2. 延伸率

49、elongation rate變形性能（伸長(zhǎng)率、冷彎性能）伸長(zhǎng)率（d）l0 試件拉伸前的標(biāo)距，按下面規(guī)定取用：短試件取 l0 = 5d，相應(yīng)的伸長(zhǎng)率用 d5 表示；d長(zhǎng)試件取= 10d，相應(yīng)的伸長(zhǎng)率用表示；l010對(duì)冷軋帶肋鋼筋和冷拔鋼絲，有時(shí)取 l0= 100mm，相應(yīng)的伸長(zhǎng)率用d表示；100l試件拉斷后，在原標(biāo)距范圍內(nèi)，由于殘余變形的存在伸長(zhǎng)后的標(biāo)距。大連理工大學(xué)Dalian University of Technologyd = l - l0´100%l0冷彎性能l 冷彎就是在常溫下將鋼筋繞規(guī)定的直徑為D的鋼芯彎曲 a 角度而不出現(xiàn)裂紋、鱗落或斷裂現(xiàn)象，即認(rèn)為鋼筋的冷彎性能符合

50、要求；l 冷彎性能反映鋼材脆化的傾向；D a來(lái)反映冷彎性能，D值越小，al 常用值越大，則鋼筋的冷彎性能越好；大連理工大學(xué)Dalian University of Technology無(wú)明顯屈服點(diǎn)鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系The stress-strain Relationship of Steel bar without yield pointl a點(diǎn)：比例極限，約為0.65 s bl a點(diǎn)前：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線彈性l a點(diǎn)后：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為非線性，有一定塑性變形，且沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)l 強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)條件屈服點(diǎn)為殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力s bl 規(guī)范取s0.2 =0.85大連理工大學(xué)Dalian University of Technology不同鋼筋應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的比較大連理工大學(xué)Dalian University of Technology鋼筋的冷拉性能大連理工大學(xué)Dalian Universit