混凝土結(jié)構(gòu)設計原理課件01[1].材料力學性能

1、1第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.1 鋼筋1.1 1.1 鋼鋼 筋筋 Steel Reinforcement 一、鋼筋的應力-應變關系 有明顯屈服點的鋼筋有明顯屈服點的鋼筋 Steel bar with yield pointa為比例極限proportional limit s =Esea為彈性極限elastic limitb為屈服上限upper yield strengthc為屈服下限，即屈服強度 fylower yield strengthcd為屈服臺階yield plateaude為強化段strain hardening stagee為極限抗拉強度 fu ultimate tensil

2、e strengths se eaacdefufyfb第一章第一章 鋼筋和混凝土材料的力學性能鋼筋和混凝土材料的力學性能2第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.1 鋼筋幾個指標：幾個指標：屈服強度屈服強度yield strength：是鋼筋強度的設計依據(jù)是鋼筋強度的設計依據(jù)，因為鋼筋屈服，因為鋼筋屈服后將很大的塑性變形，且卸載時這部分變形后將很大的塑性變形，且卸載時這部分變形不可恢復不可恢復，這會使鋼，這會使鋼筋混凝土構(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，不太穩(wěn)定，一般取屈服下限作為屈服強度。載速度有關，不太穩(wěn)定，一般取

3、屈服下限作為屈服強度。延延 伸伸 率率elongation rate：鋼筋拉斷時的應變，是反映鋼筋塑性：鋼筋拉斷時的應變，是反映鋼筋塑性性能的指標。延伸率大的鋼筋，在拉斷前有足夠預兆，延性較好性能的指標。延伸率大的鋼筋，在拉斷前有足夠預兆，延性較好0010or 5lll se殘余變形er彈性變形ee均勻延伸率均勻延伸率 gt對應最大應力時應變，對應最大應力時應變，包括了殘余應變和彈性應變，反映包括了殘余應變和彈性應變，反映了鋼筋真實的變形能力了鋼筋真實的變形能力(2.5%)屈屈 強強 比比反映鋼筋的強度儲備，反映鋼筋的強度儲備，fy/fu=0.60.7。3第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.1

4、鋼筋有明顯屈服點鋼筋的應力-應變關系一般可采用雙線性的理想彈塑性關系yyysfEeeseees fy ey1Es鋼筋的彈性模量(N/mm2)種 類EsHPB235 級鋼筋2.1105HRB335 級鋼筋、HRB400 級鋼筋、RRB400 級鋼筋、熱處理鋼筋2.0105消除應力鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲2.05105鋼絞線1.951054第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.1 鋼筋無明顯屈服點的鋼筋無明顯屈服點的鋼筋Steel bar without yield pointa0.2%s0.2 fua點：比例極限，約為點：比例極限，約為0.65fua點前：應力點前：應力-應變關系為線彈性應變關系為

5、線彈性a點后：應力點后：應力-應變關系為非線性，應變關系為非線性，有一定塑性變形，且沒有明顯的屈有一定塑性變形，且沒有明顯的屈服點服點強度設計指標強度設計指標條件屈服點條件屈服點殘余應變?yōu)闅堄鄳優(yōu)?.2%所對應的應力所對應的應力規(guī)范規(guī)范取取s s0.2 =0.85 fu5第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.1 鋼筋二、鋼筋的品種 成分成分 碳素鋼：除含鐵元素外還有少量碳、硅、錳、硫、磷等元素碳素鋼：除含鐵元素外還有少量碳、硅、錳、硫、磷等元素 低碳鋼（含碳量低碳鋼（含碳量0.25%0.25%） 中碳鋼（含碳量為中碳鋼（含碳量為0.250.250.6%0.6%） 高碳鋼（含碳量為高碳鋼（含碳量為

6、0.60.61.4%1.4%） 普通低合金鋼：在碳素鋼基礎上加入少量合金元素普通低合金鋼：在碳素鋼基礎上加入少量合金元素( (鈦、釩等鈦、釩等) ) 砼結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求砼結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求 強度、塑性、可焊性、與砼有足夠粘結(jié)力、嚴寒地區(qū)有低強度、塑性、可焊性、與砼有足夠粘結(jié)力、嚴寒地區(qū)有低溫性能。溫性能。 鋼筋的類型鋼筋的類型 柔性鋼筋柔性鋼筋 鋼筋：光面和帶肋鋼筋兩種鋼筋：光面和帶肋鋼筋兩種 鋼絲：直徑在鋼絲：直徑在5mm5mm以內(nèi)以內(nèi) 勁性鋼筋勁性鋼筋 用于砼中的型鋼用于砼中的型鋼6第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.1 鋼筋 鋼筋的品種 熱軋鋼筋、中高強鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋常

7、用鋼筋形式D公稱直徑 A 3股鋼絞線量測尺寸鋼絞線刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲7第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.1 鋼筋8第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.1 鋼 筋熱軋鋼筋熱軋鋼筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB235級、HRB335級、HRB400級、RRB400級HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRolledBarRRBRolledRibbedBar屈服強度屈服強度 fyk（標準值標準值= =鋼材廢品限值，保證率鋼材廢品限值，保證率97.73%）HPB235級： fyk = 235 N/mm2HRB335級： fyk =

8、335 N/mm2HRB400級、RRB400級： fyk = 400 N/mm29第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.1 鋼 筋 HPB235級(級)鋼筋鋼筋多為光面鋼筋（多為光面鋼筋（Plain BarPlain Bar），），多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋 HRB335級(級)和 HRB400級(級)鋼筋鋼筋強度較高，強度較高，多多作為鋼筋混凝土構(gòu)件的受力鋼筋，尺寸較大的構(gòu)件，作為鋼筋混凝土構(gòu)件的受力鋼筋，尺寸較大的構(gòu)件，也有用也有用級鋼筋作箍筋的級鋼筋作箍筋的為增強與混凝土的粘結(jié)為增強與混凝土的粘結(jié)（BondBond），外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋），

9、外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋（Deformed BarDeformed Bar）。）。 級鋼筋級鋼筋強度太高，不適宜作為鋼筋混凝土構(gòu)件中的強度太高，不適宜作為鋼筋混凝土構(gòu)件中的配筋，一般冷拉后作預應力筋配筋，一般冷拉后作預應力筋 延伸率延伸率d d5 5=25=25、1616、1414、10%10%，直徑，直徑840840。10第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.1 鋼筋鋼絲鋼絲，中強鋼絲的強度為中強鋼絲的強度為8001200MPa，高強鋼絲、鋼絞線，高強鋼絲、鋼絞線的為的為 1470 1860MPa；延伸率延伸率d10=6%，d100=3.54%；鋼絲的；鋼絲的直徑直徑39mm；外形有光

10、面、刻痕和螺旋肋三種，另有二股、；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，外接圓直徑三股和七股鋼絞線，外接圓直徑9.515.2 mm。中高強鋼絲和。中高強鋼絲和鋼絞線均用于預應力混凝土結(jié)構(gòu)。鋼絞線均用于預應力混凝土結(jié)構(gòu)。熱處理鋼筋熱處理鋼筋是將是將級鋼筋通過加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝級鋼筋通過加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理，使強度得到較大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于處理，使強度得到較大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于預應力混凝土結(jié)構(gòu)。預應力混凝土結(jié)構(gòu)。冷加工鋼筋冷加工鋼筋是由熱軋鋼筋和盤條經(jīng)冷拉、冷拔、冷軋、冷扭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

11、加工的目的是為了提高鋼筋的強度，節(jié)約鋼材。加工后而成。冷加工的目的是為了提高鋼筋的強度，節(jié)約鋼材。但經(jīng)冷加工后，鋼筋的延伸率降低。但經(jīng)冷加工后，鋼筋的延伸率降低。近年來，冷加工鋼筋的品近年來，冷加工鋼筋的品種很多，應根據(jù)專門規(guī)程使用。種很多，應根據(jù)專門規(guī)程使用。11第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 鋼筋冷拉冷拉: : 冷拉是將鋼筋拉到超過鋼筋屈服強度的某一應力值，冷拉是將鋼筋拉到超過鋼筋屈服強度的某一應力值，以提高鋼筋的抗拉強度，達到節(jié)約鋼材的目的。以提高鋼筋的抗拉強度，達到節(jié)約鋼材的目的。 冷拉只能提高鋼筋的抗拉強度，塑性下降；應先焊接后冷拉只能提高鋼筋的抗拉強度，塑性下降；應先焊接后冷

12、拉；冷拉鋼筋不宜用作為受壓鋼筋和承受沖擊力或重復荷冷拉；冷拉鋼筋不宜用作為受壓鋼筋和承受沖擊力或重復荷載及負溫下的結(jié)構(gòu)中。載及負溫下的結(jié)構(gòu)中。12第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.1 鋼筋 冷拔冷拔：冷拔是將：冷拔是將D6D6D8D8的的HPB235HPB235級鋼筋，用強力從直徑較級鋼筋，用強力從直徑較小硬質(zhì)合金拔絲模拔過，使它產(chǎn)生塑性變形，拔成較細直徑小硬質(zhì)合金拔絲模拔過，使它產(chǎn)生塑性變形，拔成較細直徑的鋼絲，以提高其強度的冷加工方法。的鋼絲，以提高其強度的冷加工方法。 冷拔可同時大幅提高抗拉和抗壓強度，塑性也大幅降低，冷拔可同時大幅提高抗拉和抗壓強度，塑性也大幅降低，鋼筋由軟鋼變?yōu)橛蹭摗?/p>

13、鋼筋由軟鋼變?yōu)橛蹭摗?3第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.1 鋼筋三、鋼筋的強度標準值( Characteristic or Standard Strength) 按冶金鋼材質(zhì)量控制標準，鋼筋的強度標準值是取其出廠按冶金鋼材質(zhì)量控制標準，鋼筋的強度標準值是取其出廠時的廢品限值，其數(shù)值相當于時的廢品限值，其數(shù)值相當于fy,m- -3s s，具有，具有97.73%的保證率，的保證率，滿足滿足建筑結(jié)構(gòu)設計統(tǒng)一標準建筑結(jié)構(gòu)設計統(tǒng)一標準材料強度標準值保證率材料強度標準值保證率95%的的要求。要求。普通鋼筋強度標準值（N/mm2）種 類符號fykHPB235(Q235)235HRB335(20MnSi)3

14、35熱軋鋼筋HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)RRB400(20MnSi)40014第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.1 鋼筋15第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土1.2 1.2 混凝土混凝土一、混凝土的強度1、立方體抗壓強度、立方體抗壓強度 混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的主要是利用它的抗壓強度抗壓強度。因此抗壓強度。因此抗壓強度是混凝土力學性能中最主要和最基本的指標。是混凝土力學性能中最主要和最基本的指標。 混凝土的強度等級是用立方體抗壓強度來劃分的混凝土的強度等級是用立方體抗壓強度來劃分的 混凝土強度等級混凝土強度等級：邊長：邊長150mm

15、立方體標立方體標準試件，在標準條件下（準試件，在標準條件下（203，90%濕濕度）養(yǎng)護度）養(yǎng)護28天，用標準試驗方法（加載速度天，用標準試驗方法（加載速度0.150.3N/mm2/sec，兩端不涂潤滑劑）測，兩端不涂潤滑劑）測得的得的具有具有95%保證率保證率的立方體抗壓強度。的立方體抗壓強度。 規(guī)范規(guī)范根據(jù)強度范圍，根據(jù)強度范圍，從從C15C80共共劃分為劃分為14個強度等級個強度等級，級差為，級差為5N/mm2。用。用符號符號C表示，表示，C30表示表示fcu,k=30N/mm2 不涂潤滑劑16第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土100mm立方體強度與標準立方體強度之間的換算關系立

16、方體強度與標準立方體強度之間的換算關系100150cucuff小于小于C50的混凝土，修正系數(shù)的混凝土，修正系數(shù) =0.95。隨混凝土強度的提高，修。隨混凝土強度的提高，修正系數(shù)正系數(shù) 值有所降低。當值有所降低。當fcu100=100N/mm2時，換算系數(shù)時，換算系數(shù) 約為約為0.9 美國、日本、加拿大等國家，采用圓柱體（直徑美國、日本、加拿大等國家，采用圓柱體（直徑150mm，高，高300 mm）標準試件測定的抗壓強度來劃分強度等級，符號記為）標準試件測定的抗壓強度來劃分強度等級，符號記為 fc。圓柱體強度與我國標準立方體抗壓強度的換算關系為，圓柱體強度與我國標準立方體抗壓強度的換算關系為，

17、cucff)81. 079. 0( 立方體和圓柱體抗壓試驗都不能代表混凝土在實際構(gòu)件中的立方體和圓柱體抗壓試驗都不能代表混凝土在實際構(gòu)件中的受力狀態(tài)，只是用來在同一標準條件下比較混凝土強度水平和品受力狀態(tài)，只是用來在同一標準條件下比較混凝土強度水平和品質(zhì)的標準（制作、測試方便）。質(zhì)的標準（制作、測試方便）。17第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土2、軸心抗壓強度、軸心抗壓強度 軸心抗壓強度采用棱柱體試件測定，用符號軸心抗壓強度采用棱柱體試件測定，用符號 fc 表示，它比表示，它比較接近實際構(gòu)件中混凝土的受壓情況。棱柱體試件高寬比一般較接近實際構(gòu)件中混凝土的受壓情況。棱柱體試件高寬比一般

18、為為h/b=34，我國通常取，我國通常取150mm150mm450mm的棱柱體試的棱柱體試件，也常用件，也常用100100300試件。試件。 對于同一混凝土，對于同一混凝土，棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度。棱柱體抗壓強度和立方體抗壓強度的換算關系為，棱柱體抗壓強度和立方體抗壓強度的換算關系為，cucfkfcucucucffff76. 0)002. 066. 0( 規(guī)范規(guī)范對小于對小于C50級的混凝土取級的混凝土取k=0.76，對，對C80取取k=0.82，其間按線性插值其間按線性插值考慮結(jié)構(gòu)中混凝土強度與混凝土試件強度的比值，還需乘以考慮結(jié)構(gòu)中混凝土強度與混凝

19、土試件強度的比值，還需乘以0.88；18第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土3、軸心抗拉強度、軸心抗拉強度也是其基本力學性能，用符號也是其基本力學性能，用符號 ft 表示?；炷翗?gòu)件開裂、裂縫、表示。混凝土構(gòu)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度有關。變形，以及受剪、受扭、受沖切等的承載力均與抗拉強度有關。 500 150 15010016軸心受拉試驗0102030405060708090100123456 ft fcuGBJ10-89 規(guī)范軸心受拉強度與立方體強度間的換算關系55. 0395. 0cutff 3/226. 0cutff 19第一章 鋼筋和混凝

20、土的材料性能1.2 混凝土劈拉試驗PaP拉壓壓 由于軸心受拉試驗對中困難，也常常采用立方體或圓柱體由于軸心受拉試驗對中困難，也常常采用立方體或圓柱體劈拉試驗測定混凝土的抗拉強度劈拉試驗測定混凝土的抗拉強度22aPfsp4/319. 0cuspff20第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土4、混凝土強度的標準值、混凝土強度的標準值規(guī)范規(guī)范規(guī)定材料強度的標準值規(guī)定材料強度的標準值 fk 應具有不小于應具有不小于95%的保證率的保證率)645. 11 (mkff 立方體強度標準值即為混凝土強度等級立方體強度標準值即為混凝土強度等級fcu。規(guī)范規(guī)范在確在確定混凝土軸心抗壓強度和軸心抗拉強度標準值

21、時，假定它們的定混凝土軸心抗壓強度和軸心抗拉強度標準值時，假定它們的變異系數(shù)與立方體強度的變異系數(shù)相同，利用與立方體強度平變異系數(shù)與立方體強度的變異系數(shù)相同，利用與立方體強度平均值的換算關系，便可按上式計算得到。均值的換算關系，便可按上式計算得到。 同時，同時，規(guī)范規(guī)范考慮到試件與實際結(jié)構(gòu)的差異以及高強混考慮到試件與實際結(jié)構(gòu)的差異以及高強混凝土的脆性特征，對軸心抗壓強度和軸心抗拉強度，還采用了凝土的脆性特征，對軸心抗壓強度和軸心抗拉強度，還采用了以下兩個以下兩個折減系數(shù)折減系數(shù)：結(jié)構(gòu)中混凝土強度與混凝土試件強度的結(jié)構(gòu)中混凝土強度與混凝土試件強度的比值，取比值，取0.88；脆性折減系數(shù)，對；脆性

22、折減系數(shù)，對C40取取1.0，對，對C80取取0.87，中間按線性規(guī)律變化。中間按線性規(guī)律變化。21第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土混凝土強度標準值（N/mm2）混混 凝凝 土土 強強 度度 等等 級級強度種類強度種類符號符號C15C20C25C30C35軸心抗壓強度軸心抗壓強度fck10.013.416.720.123.4軸心抗拉強度軸心抗拉強度ftk1.271.541.782.012.20混混 凝凝 土土 強強 度度 等等 級級C40C45C50C55C60C65C70C75C8026.829.632.435.538.541.544.547.450.22.402.512.652

23、.742.852.933.003.053.10例 fcu=30MPa, =0.12, fcu,m=fcu/(1-1.645) fc,m=0.76fcu,m fc,k=fc,m(1-1.645)0.881.0 =0.76fcu0.88 1.0 =20.06MPa22第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土混凝土破壞機理fc fcu ?不涂潤滑劑涂潤滑劑 xd 當 x時，y0，0ddxy x0，0y 135第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土根據(jù)以上條件，過鎮(zhèn)海提出的應力根據(jù)以上條件，過鎮(zhèn)海提出的應力-應變?nèi)€表達式應變?nèi)€表達式1 ) 1(1 )2()23()(232xxxxxx

24、axaaxxyca=Ec/E0，Ec為初始彈性模量；為初始彈性模量；E0為峰值點時的割線模量，為峰值點時的割線模量，為滿足條件和，一般為滿足條件和，一般應有應有1.5a3； c 為下降段為下降段參數(shù)參數(shù)00.0020.0040.0060.0080.01204060s (MPa)eC20C40C60C80361.2 混凝土第一章 鋼筋和混凝土的材料性能Hognestad建議的應力建議的應力-應變曲線應變曲線uuccffeeeeeeeseeeeees0000200 15. 010 200.0020.0038 fc0.15 fcsee0eu37第一章 鋼筋和混凝土的材料性能規(guī)范規(guī)范應力應力-應變關系

25、應變關系上升段：)1 (1 0ncccfees0ee下降段：ccfsueee066010)50(0033. 010)50(5 . 0002. 0)50(6012cuucucufffnee規(guī)范混凝土應力-應變曲線參數(shù)fcuC50C60C70C80n21.831.671.5e00.0020.002050.00210.00215eu0.00330.00320.00310.0031.2 混凝土00.0010.0020.0030.00410203040506070C80C60C40C20se38第一章 鋼筋和混凝土的材料性能2 2、混凝土的彈性模量、混凝土的彈性模量 Elastic ModulusseE

26、c= tan 原點切線模量原點切線模量Elastic Modulus0sesddEcseEc= tan 割線模量割線模量Secant ModulusescEseEc= tan 切線模量切線模量Tangent ModulusesddEc 彈性系數(shù)彈性系數(shù)n n (coefficient of elasticity) 隨應力增大而減小隨應力增大而減小n n =10.51.2 混凝土eeelcEcEn39第一章 鋼筋和混凝土的材料性能彈性模量測定方法se0.5fc510 次)N/mm(74.342 . 21025cucfE1.2 混凝土403、箍筋約束混凝土受壓的應力-應變關系第一章 鋼筋和混凝土的

27、材料性能1.2 混凝土 螺旋箍筋約束對強度和變形能力均有很大提高螺旋箍筋約束對強度和變形能力均有很大提高 矩形箍筋約束對強度的提高不是很顯著，但對變形能力有矩形箍筋約束對強度的提高不是很顯著，但對變形能力有顯著改善顯著改善(a) 螺旋箍筋壓應變壓應力(N/mm2)箍筋 s=(b) 矩形箍筋壓應變壓力箍筋 d=4.76mm，s=38.1mm箍筋 d=4.76mm，s=63.5mm無箍筋41第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土 箍筋與內(nèi)部混凝土的體積比；箍筋與內(nèi)部混凝土的體積比； 箍筋的屈服強度；箍筋的屈服強度； 箍筋間距與核心截面直徑或邊長的比值；箍筋間距與核心截面直徑或邊長的比值； 箍

28、筋直徑與肢距的比值；箍筋直徑與肢距的比值； 混凝土強度，對高強混凝土的約束效果差一些?；炷翉姸龋瑢Ω邚娀炷恋募s束效果差一些。影響因素42第一章 鋼筋和混凝土的材料性能R.Park建議的矩形封閉箍筋約束混凝土的應力-應變曲線A0.002BCDe50ue50he50e20cfZtan約束混凝土非約束混凝土cf 0.5cf 0.2cf se1.2 混凝土43第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土4 4、混凝土受拉應力、混凝土受拉應力- -應變關系應變關系se ftet0ctctcttEfEfEf25 . 00e44第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土四、混凝土的收縮和徐變四、混凝土

29、的收縮和徐變Shrinkage and Creep 1、混凝土的收縮、混凝土的收縮 Shrinkage 混凝土在空氣中硬化時體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝混凝土在空氣中硬化時體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。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。收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形。 當這種自發(fā)的變形受到外部（支座）或內(nèi)部（鋼筋）的約當這種自發(fā)的變形受到外部（支座）或內(nèi)部（鋼筋）的約束時，束時，將使混凝土中產(chǎn)生拉應力，甚至引起混凝土的開裂。將使混凝土中產(chǎn)生拉應力，甚至引起混凝土的開裂。混凝土收縮會使預應力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預應力損失。混凝土收縮會使預應力混凝土構(gòu)件

30、產(chǎn)生預應力損失。 某些某些對跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)對跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)（如拱結(jié)構(gòu)），收縮也（如拱結(jié)構(gòu)），收縮也會引起不利的內(nèi)力。會引起不利的內(nèi)力。45墻板干燥收縮裂縫與邊框架的變形46第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土 混凝土的收縮是隨時間而增長的變形，混凝土的收縮是隨時間而增長的變形，早期收縮變形發(fā)早期收縮變形發(fā)展較快，兩周可完成全部收縮的展較快，兩周可完成全部收縮的25%，一個月可完成，一個月可完成50%，以后變形發(fā)展逐漸減慢，整個收縮過程可延續(xù)兩年以上。以后變形發(fā)展逐漸減慢，整個收縮過程可延續(xù)兩年以上。 一般情況下，最終收縮應變值約為一般情況下，最終收縮應變值約為(25

31、)10-4 混凝土開裂應變?yōu)榛炷灵_裂應變?yōu)?0.52.7)10-414d 28dtesh(25)10-425%50%47第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土收縮產(chǎn)生的原因 凝縮：砼中水泥和水起化學作用引起的體積變化（早期凝縮：砼中水泥和水起化學作用引起的體積變化（早期 完成）完成） 干縮：砼中自由水蒸發(fā)引起的體積變化砼的收縮是砼產(chǎn)干縮：砼中自由水蒸發(fā)引起的體積變化砼的收縮是砼產(chǎn) 生初始內(nèi)部裂縫的主要原因。生初始內(nèi)部裂縫的主要原因。14d 28dtesh(25)10-425%50%48第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土影響因素影響因素 混凝土的收縮受結(jié)構(gòu)周圍的溫度、濕度、構(gòu)件

32、斷面形狀及混凝土的收縮受結(jié)構(gòu)周圍的溫度、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)量及養(yǎng)護尺寸、配合比、骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護條件等許多因素有關。條件等許多因素有關。 水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。 骨料彈性模量高、級配好，收縮就小。骨料彈性模量高、級配好，收縮就小。 干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大。干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大。 小尺寸構(gòu)件收縮大，大尺寸構(gòu)件收縮小。小尺寸構(gòu)件收縮大，大尺寸構(gòu)件收縮小。 高強混凝土收縮大。高強混凝土收縮大。 影響收縮的因素多且復雜，要精確計算尚有一定的困難。影響收縮的因素多且復雜，要精確

33、計算尚有一定的困難。 在實際工程中，要采取一定措施減小收縮應力的不利影響在實際工程中，要采取一定措施減小收縮應力的不利影響施工縫。施工縫。49第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土2 2、混凝土的徐變、混凝土的徐變 Creep 混凝土在荷載的長期作用下，其變形隨時間而不斷增長的混凝土在荷載的長期作用下，其變形隨時間而不斷增長的現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為徐變徐變。 徐變會使結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的（撓度）變形增大，引起預應力損失，在長期高應力作用下，甚至會導致破壞。 不過，徐變有利于結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)（應）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)的溫度應力，受拉徐變可延緩收縮裂縫的出現(xiàn)。

34、與混凝土的收縮一樣，徐變也與時間有關與混凝土的收縮一樣，徐變也與時間有關。因此，在測定混凝土的徐變時，應同批澆筑同樣尺寸不受荷的試件，在同樣環(huán)境下同時量測混凝土的收縮變形，從徐變試件的變形中扣除對比的收縮試件的變形，才可得到徐變變形。50第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土在應力（0.5fc）作用瞬間，首先產(chǎn)生瞬時彈性應變eel（= si/Ec(t0)，t0加荷時的齡期）。隨荷載作用時間的延續(xù)，變形不斷增長，前4個月徐變增長較快，6個月可達最終徐變的（7080）%，以后增長逐漸緩慢，23年后趨于穩(wěn)定。t0eeleeleshecreeleelecret51第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1

35、.2 混凝土記(t-t0)時間后的總應變?yōu)閑 c(t,t0)，此時混凝土的收縮應變?yōu)閑sh(t，t0)，則徐變?yōu)?，ecr (t,t0) = ec(t,t0)- e c(t0)- esh(t,t0)= ec(t,t0)- eel- esh(t,t0)t0eeleeleshecreeleelecret52第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土如在時間t 卸載，則會產(chǎn)生瞬時彈性恢復應變eel。由于混凝土彈性模量隨時間增大，故彈性恢復應變eel小于加載時的瞬時彈性應變 eel。再經(jīng)過一段時間后，還有一部分應變eel可以恢復，稱為彈性后效或徐變恢復，但仍有不可恢復的殘留永久應變ecr 徐變產(chǎn)生的原

36、因徐變產(chǎn)生的原因 砼中水泥凝膠體在荷載下粘性流動，并將壓力傳給粗骨料，砼中水泥凝膠體在荷載下粘性流動，并將壓力傳給粗骨料，骨料壓力，試件變形，（骨料壓力，試件變形，（c c 較小時）較小時） 微裂縫在長期荷載作用下不斷發(fā)展、增加導致應變增加微裂縫在長期荷載作用下不斷發(fā)展、增加導致應變增加（cc較大時）較大時）53第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土徐變系數(shù)徐變系數(shù) j (t，t0) Creep Coefficientelcrtttteej),(),(00 當初始應力小于當初始應力小于0.5fc時，徐變在時，徐變在2年以后可趨于穩(wěn)定，最年以后可趨于穩(wěn)定，最終的徐變系數(shù)終的徐變系數(shù)j j

37、=24。影響因素影響因素內(nèi)在因素內(nèi)在因素是混凝土的組成和配比。骨料是混凝土的組成和配比。骨料(aggregate)的剛度（彈的剛度（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。也越小。環(huán)境影響環(huán)境影響包括養(yǎng)護和使用條件。受荷前養(yǎng)護包括養(yǎng)護和使用條件。受荷前養(yǎng)護(curing)的溫濕度越的溫濕度越高，水泥水化作用月充分，徐變就越小。采用蒸汽養(yǎng)護可使徐高，水泥水化作用月充分，徐變就越小。采用蒸汽養(yǎng)護可使徐變減少（變減少（2035）%。受荷后構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高，相對濕。受荷后構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高，相對濕度越小，徐變就越大

38、。度越小，徐變就越大。54第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土應力條件應力條件是指初應力水平si /fc和加荷時混凝土的齡期t0，它們影響徐變的非常主要的因素。當初始應力水平si /fc 0.5時，徐變值與初應力基本上成正比，也即（最終）徐變系數(shù)j =ecr /eel =Ececr /si =常數(shù)，這種徐變稱為線性徐變線性徐變。 當初應力si 在(0.50.8) fc 范圍時，徐變最終雖仍收斂，但最終徐變與初應力si不成比例，也即徐變系數(shù)j 隨si的增大而增大，這種徐變稱為非線性徐變非線性徐變。當初應力si 0.8fc 時，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，

39、最終導致混凝土的破壞。因此將將0.8fc作為混凝土的長期抗壓強度作為混凝土的長期抗壓強度。 高強混凝土的密實性好，在相同的s /fc比值下，徐變比普通混凝土小得多。但由于高強混凝土承受較高的應力值，初始變形較大，故兩者總變形接近。此外，高強混凝土線性徐變的范圍可達0.65fc，長期強度約為0.85fc，也比普通混凝土大一些。55第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土56第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土571.3 1.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能一、粘結(jié)的概念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

40、受力變形的基本前提。通過鋼筋與混凝土界面的粘結(jié)應力受力變形的基本前提。通過鋼筋與混凝土界面的粘結(jié)應力(bond stress)，可以實現(xiàn)鋼筋與混凝土之間的應力傳遞，從而，可以實現(xiàn)鋼筋與混凝土之間的應力傳遞，從而使兩種材料可以結(jié)合在一起共同工作。使兩種材料可以結(jié)合在一起共同工作。粘結(jié)應力通常是指鋼筋與混凝土界面間的剪應力。粘結(jié)應力通常是指鋼筋與混凝土界面間的剪應力。粘結(jié)應力使鋼筋應力沿長度方向發(fā)生數(shù)量變化，即粘結(jié)應力使鋼筋應力沿長度方向發(fā)生數(shù)量變化，即沒有粘結(jié)沒有粘結(jié)應力應力就不會產(chǎn)生鋼筋應力變化；反之，沒有鋼筋應力變化就就不會產(chǎn)生鋼筋應力變化；反之，沒有鋼筋應力變化就不存在粘結(jié)應力不存在粘結(jié)應

41、力。第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能58NNNNltltdxssscsc+dscss-dssssss-dsst42dddxdsstdxddsst4第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能59第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能NNt60二、粘結(jié)的作用1 1、錨固粘結(jié)、錨固粘結(jié)第一章 鋼筋和混凝土的材料性能laM 圖Mmax鋼筋截斷梁柱節(jié)點1.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能柱腳61第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能2 2、裂縫間粘結(jié)、裂縫間粘結(jié)62三、粘結(jié)的機理鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用由三部分組成：鋼筋與

42、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混凝土中水泥膠體與鋼筋表面的膠結(jié)力膠結(jié)力；混凝土因收縮將鋼筋握緊而產(chǎn)生的鋼筋與混凝土間的混凝土因收縮將鋼筋握緊而產(chǎn)生的鋼筋與混凝土間的摩擦力摩擦力；鋼筋表面粗糙不平產(chǎn)生的鋼筋表面粗糙不平產(chǎn)生的機械咬合力。機械咬合力。當鋼筋與混凝土產(chǎn)生相對滑動后，膠結(jié)作用即喪失。當鋼筋與混凝土產(chǎn)生相對滑動后，膠結(jié)作用即喪失。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)。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)。第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能63第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能

43、對于光面鋼筋，表面輕度銹蝕有利于增加摩擦力，但摩對于光面鋼筋，表面輕度銹蝕有利于增加摩擦力，但摩擦作用也很有限。擦作用也很有限。由于光面鋼筋表面的自然凹凸程度很小，機械咬合作用也由于光面鋼筋表面的自然凹凸程度很小，機械咬合作用也不大。因此，不大。因此，光面鋼筋與混凝土的粘結(jié)強度是較低的光面鋼筋與混凝土的粘結(jié)強度是較低的。為保證光面鋼筋的錨固為保證光面鋼筋的錨固，通常需在鋼筋端部彎鉤、彎折或，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)生較大的相對滑動。加焊短鋼筋以阻止鋼筋與混凝土間產(chǎn)生較大的相對滑動。1355dD=4d(級鋼筋)5d(級鋼筋)5ddd5ddd64將鋼筋表面軋制出

44、肋形成將鋼筋表面軋制出肋形成帶肋鋼筋帶肋鋼筋，即變形鋼筋，可，即變形鋼筋，可顯著增加鋼筋與混凝土的機械咬合作用，從而大大增加顯著增加鋼筋與混凝土的機械咬合作用，從而大大增加了粘結(jié)強度。了粘結(jié)強度。對與強度較高的鋼筋，均需作成變形鋼筋，以保證鋼對與強度較高的鋼筋，均需作成變形鋼筋，以保證鋼筋與混凝土間具有足夠的粘結(jié)強度使鋼筋的強度得以充筋與混凝土間具有足夠的粘結(jié)強度使鋼筋的強度得以充分發(fā)揮。分發(fā)揮。第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能65變形鋼筋受力后，其凸出的肋對混凝土產(chǎn)生變形鋼筋受力后，其凸出的肋對混凝土產(chǎn)生斜向擠壓力斜向擠壓力，其水平分力使鋼筋周圍的混凝土軸向受拉、

45、受剪，徑向分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)生力使混凝土產(chǎn)生環(huán)向拉力環(huán)向拉力。軸向拉力和剪力使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部軸向拉力和剪力使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部斜向錐形裂縫斜向錐形裂縫，環(huán)向拉力使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部環(huán)向拉力使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部徑向裂縫徑向裂縫。第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能66 當混凝土保護層和鋼筋間距當混凝土保護層和鋼筋間距較小時，徑向裂縫可發(fā)展達到較小時，徑向裂縫可發(fā)展達到構(gòu)件表面，產(chǎn)生劈裂裂縫，機構(gòu)件表面，產(chǎn)生劈裂裂縫，機械咬合作用將很快喪失，產(chǎn)生械咬合作用將很快喪失，產(chǎn)生劈裂式粘結(jié)破壞劈裂式粘結(jié)破壞。第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.3 鋼

46、筋與混凝土的粘結(jié)性能在鋼筋周圍配置在鋼筋周圍配置橫向鋼筋橫向鋼筋（箍筋或螺旋鋼筋）或增加混（箍筋或螺旋鋼筋）或增加混凝土的凝土的保護層厚度保護層厚度（c/d），可提高粘結(jié)強度。），可提高粘結(jié)強度。67第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能68第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能鋼筋如果鋼筋周圍的橫向鋼筋較多或混凝土的保護層（如果鋼筋周圍的橫向鋼筋較多或混凝土的保護層（c/dc/d）較大，徑向裂縫很難發(fā)展達到構(gòu)件表面，則肋前部的混凝土較大，徑向裂縫很難發(fā)展達到構(gòu)件表面，則肋前部的混凝土在水平分力和剪力作用下最終將被擠碎，發(fā)生沿肋外徑圓柱在水平分力和剪

47、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，形成所謂的面的剪切破壞，形成所謂的“刮梨式刮梨式”破壞，破壞，“刮梨式刮梨式”破壞是變形鋼筋與混凝土粘結(jié)強度的上限。破壞是變形鋼筋與混凝土粘結(jié)強度的上限。69四、粘結(jié)強度 Bond Strength dlAdlFssust第一章 鋼筋和混凝土的材料性能1.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能Fd自由端加載端套管1005d23d拔出試驗拔出試驗 Pull out test粘結(jié)強度粘結(jié)強度t tu ：粘結(jié)破壞：粘結(jié)破壞（鋼筋拔出（鋼筋拔出或混凝土劈裂）時鋼筋與混凝土界或混凝土劈裂）時鋼筋與混凝土界面上的最大平均粘結(jié)應力面上的最大平均粘結(jié)應力70影響粘結(jié)強度

48、的主要因素影響粘結(jié)強度的主要因素 Influence factors 混凝土強度、保護層厚度和鋼筋凈間距、橫向配筋、鋼筋混凝土強度、保護層厚度和鋼筋凈間距、橫向配筋、鋼筋表面和外形特征、受力情況及錨固長度表面和外形特征、受力情況及錨固長度 混凝土強度混凝土強度：光面鋼筋和變形鋼筋的粘結(jié)強度均隨混凝土強光面鋼筋和變形鋼筋的粘結(jié)強度均隨混凝土強度的提高而增加，度的提高而增加，但并不與立方體強度但并不與立方體強度fcu成正比成正比，而與抗拉強，而與抗拉強度度 ft 成正比。成正比。保護層厚度和鋼筋凈間距保護層厚度和鋼筋凈間距：對于變形鋼筋，粘結(jié)強度主要取對于變形鋼筋，粘結(jié)強度主要取決于劈裂破壞。因此

49、相對保護層厚度決于劈裂破壞。因此相對保護層厚度c/d 越大，混凝土抵抗劈裂越大，混凝土抵抗劈裂破壞的能力也越大，粘結(jié)強度越高。破壞的能力也越大，粘結(jié)強度越高。當當c/d 很大時，若錨固長度很大時，若錨固長度不夠，則產(chǎn)生剪切不夠，則產(chǎn)生剪切“刮梨式刮梨式”破壞。破壞。同理，鋼筋凈距同理，鋼筋凈距s與鋼筋直與鋼筋直徑徑d 的比值的比值s/d 越大，粘結(jié)強度也越高。越大，粘結(jié)強度也越高。第一章 鋼筋和混凝土的材料性能7 1.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能71橫向配筋橫向配筋：橫向鋼筋的存在限制了徑向裂縫的發(fā)展，使粘結(jié)橫向鋼筋的存在限制了徑向裂縫的發(fā)展，使粘結(jié)強度得到提高。強度得到提高。 由于劈裂裂縫是順鋼筋方向產(chǎn)生的，其對鋼筋銹蝕的影響由于劈裂裂縫是順鋼筋方向產(chǎn)生的，其對鋼筋銹蝕的影響比受彎垂直裂縫更大，將嚴重降低構(gòu)件的耐久性。比受彎垂直裂縫更大，將嚴重降低構(gòu)件的耐久性