第2章混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能

1、1第2章混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1混凝土的物理力學(xué)性能一.混凝土的組成結(jié)構(gòu)1.組成：混凝土=水泥+細(xì)骨料（砂）+粗骨料（碎石或鵝卵石）+水+外加劑2.基本力學(xué)性質(zhì)：（1）彈塑性、各向異性（2）水泥+細(xì)骨料+水 凝膠體（塑性）（3）粗骨料（彈性）2普通砼是由水泥、砂、石用水拌和硬化后形成的普通砼是由水泥、砂、石用水拌和硬化后形成的人工石材人工石材。通常把混凝土的結(jié)構(gòu)分為三種類型：通常把混凝土的結(jié)構(gòu)分為三種類型：. .微觀結(jié)構(gòu)：微觀結(jié)構(gòu)：也即水泥石結(jié)構(gòu)，包括水泥凝膠、也即水泥石結(jié)構(gòu)，包括水泥凝膠、晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成。晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成。. .亞微

2、觀結(jié)構(gòu)：亞微觀結(jié)構(gòu)：即混凝土中的水泥砂漿結(jié)構(gòu)。即混凝土中的水泥砂漿結(jié)構(gòu)。. .宏觀結(jié)構(gòu)：宏觀結(jié)構(gòu)：即砂漿和粗骨料兩組分體系。即砂漿和粗骨料兩組分體系。砂漿與粗骨料的界面砂漿與粗骨料的界面是結(jié)合的薄弱面是結(jié)合的薄弱面幾個(gè)重要的概念：界面裂縫 彈性骨架 塑性變形 水泥石砂與碎石界面 水泥晶體、未熟化水泥顆粒及砂石 凝膠孔、裂縫凝膠 承受外力及產(chǎn)生彈性變形 產(chǎn)生塑性變形3二.單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度 混凝土構(gòu)件一般處于多軸向應(yīng)力狀態(tài)下，為分析問題方便，先討論單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度。由于混凝土的各向異性性質(zhì)，其各項(xiàng)強(qiáng)度是不一樣的，必須分別討論。1.混凝土的抗壓強(qiáng)度（1）混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度

3、和強(qiáng)度等級(jí)A. 立方體抗壓強(qiáng)度的物理意義：混凝土強(qiáng)度的 基本指標(biāo)和評(píng)定混凝土強(qiáng)度等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)4B.確定混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)方法 a.標(biāo)準(zhǔn)試件：150mm 150mm150mm的立方體； （邊長為100mm，乘0.95尺寸效應(yīng)系數(shù)，邊長為200mm，乘1.05尺寸效應(yīng)系數(shù)。） b.標(biāo)準(zhǔn)制作條件：在溫度（203）C和相對(duì)濕 度90%以上的環(huán)境下，養(yǎng)護(hù)28天； c.標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法：試件表面不涂潤滑劑、均勻加載 和勻速加“靜”載；（加載速度 0.30.8N/mm2/s） d.單位：N/mm。5C.強(qiáng)度等級(jí) a.確定方法：采用混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度； b.數(shù)值確定：具有95%的保證率； c.工程符號(hào)：

4、 （ N/mm ），簡(jiǎn)寫形式為C ； d .“規(guī)范”的等級(jí)范圍：C15C80，共14級(jí)； e.應(yīng)用范圍：C15C45為普通混凝土，適用于一般的 混凝土結(jié)構(gòu)； C50C80為高強(qiáng)混凝土，適用于預(yù)應(yīng)力 混凝土構(gòu)件。 k ,cuf6 D.試驗(yàn)方法對(duì)立方體抗壓強(qiáng)度的影響 a.試件表面是否涂潤滑劑：不涂時(shí)強(qiáng)度高；涂后強(qiáng)度低，其主要原因是由于“套箍”作用；且破壞形態(tài)不一樣（見圖2-1）； b.加載速度：速度快強(qiáng)度高，速度慢強(qiáng)度低（2）混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度A.確定混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)方法 a. 標(biāo)準(zhǔn)試件： 150mm 150mm300mm的棱柱體； b. 其余同混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)方法； c. 工

5、程符號(hào)： （ N/mm ），ckf見圖2-1150mm150mm150mm7B.關(guān)于 的討論 a.高寬比：隨著高寬比的增加， 會(huì)降低，但高寬比為3時(shí)，會(huì)穩(wěn)定； b.混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與軸心抗壓強(qiáng)度的關(guān)系：1軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度比值軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度比值2高強(qiáng)混凝土脆性折減系數(shù)高強(qiáng)混凝土脆性折減系數(shù)0.88經(jīng)驗(yàn)折減系數(shù)經(jīng)驗(yàn)折減系數(shù) c.國外用圓柱體試件確定混凝土軸心抗壓強(qiáng)度。ckfckfk ,cu21ckf88. 0f（2-1）82.混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度（1）確定方法：軸心受拉試驗(yàn)和劈裂試驗(yàn)；（2）由圖2-6可知，混凝土軸心抗拉強(qiáng)度約為 立方體抗壓強(qiáng)度的1/171/8；（3）

6、在荷載較小時(shí)，混凝土即開裂，所以混 凝土結(jié)構(gòu)一般帶裂縫工作，混凝土軸心 抗拉強(qiáng)度不起決定作用。t kf9劈拉試驗(yàn)FaF22aFfsp混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度可以采用直接軸心受拉的試驗(yàn)方法混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度可以采用直接軸心受拉的試驗(yàn)方法來測(cè)定，但由于試驗(yàn)比較困難，目前國內(nèi)外主要采用圓柱來測(cè)定，但由于試驗(yàn)比較困難，目前國內(nèi)外主要采用圓柱體或立方體的劈裂試驗(yàn)來間接測(cè)試混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度。體或立方體的劈裂試驗(yàn)來間接測(cè)試混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度。拉壓壓10三.復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度 1.關(guān)于雙向應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度變化規(guī)律 根據(jù)圖2-7和圖2-8可得到如下基本結(jié)論： （1）雙向受壓時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度大于單向

7、； （2）雙向受拉時(shí)，混凝土抗拉強(qiáng)度接近于單向； （3）一向受壓和一向受拉時(shí)，其抗拉（抗壓）強(qiáng)度 均低于相應(yīng)的單向強(qiáng)度； （4）由于剪應(yīng)力的存在，混凝土抗壓強(qiáng)度低于單向； （5）由于壓應(yīng)力的存在，混凝土抗剪強(qiáng)度有限增加。 11圖2-712當(dāng)壓應(yīng)力不太高時(shí)，其存在可提高混凝土的抗剪強(qiáng)度，拉應(yīng)力的存在會(huì)降低當(dāng)壓應(yīng)力不太高時(shí)，其存在可提高混凝土的抗剪強(qiáng)度，拉應(yīng)力的存在會(huì)降低混凝土的抗剪強(qiáng)度。剪應(yīng)力的存在降低混凝土的抗壓和抗拉強(qiáng)度?；炷恋目辜魪?qiáng)度。剪應(yīng)力的存在降低混凝土的抗壓和抗拉強(qiáng)度。構(gòu)件受剪或受扭時(shí)常遇到剪應(yīng)力構(gòu)件受剪或受扭時(shí)常遇到剪應(yīng)力t t 和正應(yīng)力和正應(yīng)力s s 共同作用下的復(fù)合受力情況。

8、共同作用下的復(fù)合受力情況。混凝土的抗剪強(qiáng)度：隨混凝土的抗剪強(qiáng)度：隨拉拉應(yīng)力增大而減小應(yīng)力增大而減小 隨隨壓壓應(yīng)力增大而增大應(yīng)力增大而增大當(dāng)壓應(yīng)力在當(dāng)壓應(yīng)力在0.6fc左右時(shí)，抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大，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。小。圖2-8132.關(guān)于三向受壓狀態(tài)下的強(qiáng)度變化規(guī)律 結(jié)論：三向受壓狀態(tài)下的混凝土抗壓強(qiáng)度大 于雙向和單向。3.關(guān)于實(shí)際工程運(yùn)用 （1）目前“規(guī)范”尚無定量計(jì)算公式； （2）實(shí)際工程中均采用單向強(qiáng)度，但要考慮 復(fù)合應(yīng)力情況，從構(gòu)造上加以調(diào)整。14

9、四.混凝土的變形 變形的分類：受力變形荷載產(chǎn)生的； 體積變形收縮、溫差即濕差產(chǎn)生的。1.一次短期加載下混凝土的變形性能（1）混凝土受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 實(shí)際試驗(yàn)曲線如圖2-9和圖2-10，其規(guī)律為： a.應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為曲線，上升段中僅有一小段直線； b.應(yīng)力峰值對(duì)應(yīng)的應(yīng)變約為0.002（基本與等級(jí)無關(guān)）； c.混凝土強(qiáng)度高時(shí)其延性越差。02468102030s(MPa)e 10-3混凝土在結(jié)硬過程中，混凝土在結(jié)硬過程中，由于水泥石的收縮、骨由于水泥石的收縮、骨料下沉以及溫度變化等料下沉以及溫度變化等原因，在骨料和水泥石原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂的界面上形成很多微裂縫，成為混凝

10、土中的薄縫，成為混凝土中的薄弱部位?；炷恋淖罱K弱部位?；炷恋淖罱K破壞就是由于這些微裂破壞就是由于這些微裂縫的發(fā)展造成的?？p的發(fā)展造成的。02468102030s(MPa)e 10-3AA點(diǎn)以前，微裂縫沒有點(diǎn)以前，微裂縫沒有明顯發(fā)展，混凝土的變明顯發(fā)展，混凝土的變形主要彈性變形，應(yīng)力形主要彈性變形，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似直線。應(yīng)變關(guān)系近似直線。A點(diǎn)應(yīng)力隨混凝土強(qiáng)度的點(diǎn)應(yīng)力隨混凝土強(qiáng)度的提高而增加，對(duì)普通強(qiáng)提高而增加，對(duì)普通強(qiáng)度混凝土約為度混凝土約為 (0.30.4)fc ，對(duì)高強(qiáng)混，對(duì)高強(qiáng)混凝土可達(dá)凝土可達(dá)(0.50.7)fc。 A點(diǎn)為比例極限。點(diǎn)為比例極限。02468102030s(MPa)e

11、 10-3A點(diǎn)以后，由于微裂縫點(diǎn)以后，由于微裂縫處的應(yīng)力集中，裂縫開處的應(yīng)力集中，裂縫開始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生部分塑性變形，應(yīng)變?cè)霾糠炙苄宰冃?，?yīng)變?cè)鲩L開始加快，應(yīng)力長開始加快，應(yīng)力-應(yīng)應(yīng)變曲線逐漸偏離直線。變曲線逐漸偏離直線。微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致混凝微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致混凝土的橫向變形增加。但土的橫向變形增加。但該階段微裂縫的發(fā)展是該階段微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的。穩(wěn)定的。AB02468102030s(MPa)e 10-3達(dá)到達(dá)到B點(diǎn)，內(nèi)部一些微裂點(diǎn)，內(nèi)部一些微裂縫相互連通，裂縫發(fā)展已縫相互連通，裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，橫向變形突然增不穩(wěn)定，橫向變形突然增大，體積應(yīng)變開始由壓縮大，體積應(yīng)變開始

12、由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長期作用下，裂縫會(huì)持續(xù)發(fā)期作用下，裂縫會(huì)持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。取展最終導(dǎo)致破壞。取B點(diǎn)點(diǎn)的應(yīng)力作為混凝土的長期的應(yīng)力作為混凝土的長期抗壓強(qiáng)度。普通強(qiáng)度混凝抗壓強(qiáng)度。普通強(qiáng)度混凝土土s sB約為約為0.8fc，高強(qiáng)強(qiáng)度，高強(qiáng)強(qiáng)度混凝土混凝土s sB可達(dá)可達(dá)0.95fc以上。以上。BA02468102030s(MPa)e 10-3CBA達(dá)到峰值達(dá)到峰值C點(diǎn)，點(diǎn)， C點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為應(yīng)的應(yīng)力為fc，內(nèi)部微，內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，裂縫連通形成破壞面，應(yīng)變?cè)鲩L速度明顯加快，應(yīng)變?cè)鲩L速度明顯加快，C點(diǎn)的縱向應(yīng)變值稱為點(diǎn)的縱向應(yīng)變值稱為峰值應(yīng)變峰值應(yīng)變

13、e e 0，約為，約為0.002。02468102030s(MPa)e 10-3CBAD縱向應(yīng)變發(fā)展達(dá)到縱向應(yīng)變發(fā)展達(dá)到D點(diǎn)，點(diǎn)，內(nèi)部裂縫在試件表面出內(nèi)部裂縫在試件表面出現(xiàn)第一條可見平行于受現(xiàn)第一條可見平行于受力方向的縱向裂縫。力方向的縱向裂縫。 D點(diǎn)為反彎點(diǎn)。點(diǎn)為反彎點(diǎn)。 D點(diǎn)對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?yōu)榈膽?yīng)變?yōu)閏ue02468102030s(MPa)e 10-3CBADE隨應(yīng)變?cè)鲩L，試件上相隨應(yīng)變?cè)鲩L，試件上相繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向裂縫，橫向變形急劇向裂縫，橫向變形急劇發(fā)展，承載力明顯下降，發(fā)展，承載力明顯下降，混凝土骨料與砂漿的粘混凝土骨料與砂漿的粘結(jié)不斷遭到破壞，裂縫結(jié)不斷遭

14、到破壞，裂縫連通形成斜向破壞面。連通形成斜向破壞面。02468102030s(MPa)e 10-3CBADEE點(diǎn)為此段曲線中曲點(diǎn)為此段曲線中曲率最大的一點(diǎn)，也叫率最大的一點(diǎn)，也叫收斂點(diǎn)。收斂點(diǎn)。EF段為收段為收斂段，這時(shí)貫穿的主斂段，這時(shí)貫穿的主裂縫已很寬，內(nèi)聚力裂縫已很寬，內(nèi)聚力幾乎耗盡，對(duì)無側(cè)向幾乎耗盡，對(duì)無側(cè)向約束的砼，約束的砼， EF段已段已失去結(jié)構(gòu)意義。失去結(jié)構(gòu)意義。F23（2）混凝土單軸向受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型A.美國E.Hognestad模型（上升段為二次拋物線，下降 段為斜直線）用于美國ACI規(guī)范；（圖2-11）B.德國Rsch 模型（上升段為二次拋物線，下降段采 用水平

15、線）被歐盟和中國國家規(guī)范參考。（圖2-12）（3）三向受壓狀態(tài)下混凝土的變形特點(diǎn)A.變形特點(diǎn)：側(cè)壓力約大，變形能力約好（強(qiáng)度也高）；B.工程意義：設(shè)置密排箍筋間接產(chǎn)生側(cè)壓力。 參見圖2-13和圖2-14。24uuccffeeeeeeeseeeeees0000200 15. 010 2美國E.Hognestad模型00.0020.0038 fc0.15 fcsee0eu25我國我國規(guī)范規(guī)范應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系上升段：)1 (1 0ncccfees0ee下降段：ccfs0cueee,50,5,12(50)600.0020.5(50) 100.0033(50) 10cu kcu kcucu k

16、nfffee00.0010.0020.0030.00410203040506070C80C60C40C20se26（4）混凝土的變形摸量 由于混凝土的彈塑性性質(zhì)，其模量是一個(gè)變數(shù)，通常有三種表示方法。A.彈性模量（切線模量）：通過重復(fù)加載的方 式確定；可參見圖2-21（b）B.變形模量（割線模量）：參見圖2-15；C.切線模量：對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變曲線求導(dǎo)數(shù)確定；D.經(jīng)驗(yàn)公式法：即式（2-13）。（5）混凝土軸向受拉時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系27彈性模量測(cè)定方法se0.5fc510 次)N/mm(74.342 . 21025cucfE注意：注意：砼不是彈性砼不是彈性材料，不能用已知材料，不能用已知的砼應(yīng)變乘以

17、規(guī)范的砼應(yīng)變乘以規(guī)范中的彈性模量值求中的彈性模量值求其應(yīng)力。當(dāng)其應(yīng)力其應(yīng)力。當(dāng)其應(yīng)力很低時(shí)，彈性模量很低時(shí)，彈性模量與變形模量值才近與變形模量值才近似相等。似相等。（2-13）（4 4）混凝土的變形模量）混凝土的變形模量彈性模量彈性模量0tgEc變形模量變形模量1tgEc切線模量切線模量tgEc （5 5）混凝土軸向）混凝土軸向受拉受拉時(shí)的應(yīng)力時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系 曲線形狀與受壓時(shí)相似曲線形狀與受壓時(shí)相似, ,具有上升段和下具有上升段和下降段。試驗(yàn)測(cè)試表明降段。試驗(yàn)測(cè)試表明, ,曲線下降段的坡度隨砼曲線下降段的坡度隨砼強(qiáng)度的提高而更陡峭。受拉彈性模量與受壓強(qiáng)度的提高而更陡峭。受拉彈性模量

18、與受壓彈性模量值基本相同。彈性模量值基本相同。312.荷載長期作用下混凝土的變形性能（1）徐變：在長期不變的荷載作用下，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生的應(yīng)變或變形；如圖2-17；（2）線性徐變：隨時(shí)間可以穩(wěn)定（不在發(fā)展）的徐變；（3）非線性徐變：隨時(shí)間不能穩(wěn)定的徐變；（4）影響徐變的因素：A.保持的應(yīng)力（荷載）大?。簯?yīng)力大時(shí)，徐變大；B.加載時(shí)的齡期：齡期早，徐變大；C.其它：水泥用量、水灰比、骨料、溫度以及濕度。影響因素影響因素內(nèi)在因素內(nèi)在因素：混凝土的組成和配比。水泥用量越多，徐變：混凝土的組成和配比。水泥用量越多，徐變?cè)酱?；骨料越?jiān)硬，徐變就越小。水灰比越小，徐變也越大；骨料越堅(jiān)硬，徐變就越小。水灰比越

19、小，徐變也越小。越小。環(huán)境影響：環(huán)境影響：包括養(yǎng)護(hù)和使用條件。受荷前養(yǎng)護(hù)的溫越高、包括養(yǎng)護(hù)和使用條件。受荷前養(yǎng)護(hù)的溫越高、濕度越大，水泥水化作用越充分，徐變就越小。受荷后濕度越大，水泥水化作用越充分，徐變就越小。受荷后構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高，相對(duì)濕度越低，徐變就越大。構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高，相對(duì)濕度越低，徐變就越大。影響因素影響因素應(yīng)力因素：應(yīng)力因素：在在應(yīng)力不大應(yīng)力不大的情況下，混凝土凝結(jié)硬化后的情況下，混凝土凝結(jié)硬化后 , ,骨料之間的骨料之間的水泥水泥漿漿 , , 一部分變?yōu)橥耆珡椥越Y(jié)晶體，另一部分是充填在晶體一部分變?yōu)橥耆珡椥越Y(jié)晶體，另一部分是充填在晶體間的凝膠體，它有黏性流動(dòng)的性質(zhì)。

20、當(dāng)施加荷載時(shí)間的凝膠體，它有黏性流動(dòng)的性質(zhì)。當(dāng)施加荷載時(shí) , , 在加在加載的瞬間結(jié)晶體與凝膠體共同承受荷載。載的瞬間結(jié)晶體與凝膠體共同承受荷載。 隨著時(shí)間的推移隨著時(shí)間的推移 , , 凝膠體由于黏性流動(dòng)而逐漸卸載凝膠體由于黏性流動(dòng)而逐漸卸載 , , 此時(shí)晶體承受更多的外此時(shí)晶體承受更多的外力并產(chǎn)生彈性變形。在這個(gè)過程中力并產(chǎn)生彈性變形。在這個(gè)過程中 , , 從水泥凝膠體向水泥從水泥凝膠體向水泥結(jié)晶體應(yīng)力重分布結(jié)晶體應(yīng)力重分布 , , 從而使混凝土徐變變形增加。從而使混凝土徐變變形增加。在在應(yīng)力較大應(yīng)力較大的情況下的情況下 , , 混凝土內(nèi)部微裂縫在荷載長期作用混凝土內(nèi)部微裂縫在荷載長期作用下

21、不斷發(fā)展和增加下不斷發(fā)展和增加 , , 也將導(dǎo)致混凝土變形的增加。也將導(dǎo)致混凝土變形的增加。34（5）徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的影響A.使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力重分布；B.使預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生損失。3.混凝土在荷載重復(fù)作用下的變形（疲勞變形）（1）疲勞破壞：荷載重復(fù)作用引起的破壞；（2）疲勞強(qiáng)度：荷載重復(fù)作用下使應(yīng)力應(yīng)變 曲線始終保持密合直線的最 大應(yīng)力值；見圖2-21；4.混凝土的收縮與膨脹（參見P.20-21）混凝土變形介紹本小結(jié)結(jié)束。下一節(jié) 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 在應(yīng)力（在應(yīng)力（0.5fc）作用瞬間，首先產(chǎn)生瞬時(shí)）作用瞬間，首先產(chǎn)生瞬時(shí)彈性應(yīng)變彈性應(yīng)變e eel。 隨荷載作用時(shí)間的延續(xù)，變形不斷

22、增長，前隨荷載作用時(shí)間的延續(xù)，變形不斷增長，前4個(gè)月徐變?cè)鰝€(gè)月徐變?cè)鲩L較快，長較快，6個(gè)月可達(dá)最終徐變的（個(gè)月可達(dá)最終徐變的（7080）%，以后增長逐漸，以后增長逐漸緩慢，緩慢，23年后趨于穩(wěn)定。年后趨于穩(wěn)定。2.1 混凝土的物理力學(xué)性能如在時(shí)間如在時(shí)間t 卸載，則會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)彈性恢復(fù)應(yīng)變卸載，則會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)彈性恢復(fù)應(yīng)變e eel。由于混凝土。由于混凝土彈性模量隨時(shí)間增大，故彈性恢復(fù)應(yīng)變彈性模量隨時(shí)間增大，故彈性恢復(fù)應(yīng)變e eel小于加載時(shí)的瞬時(shí)彈小于加載時(shí)的瞬時(shí)彈性應(yīng)變性應(yīng)變 e eel。再經(jīng)過一段時(shí)間后，還有一部分應(yīng)變。再經(jīng)過一段時(shí)間后，還有一部分應(yīng)變e eel可以恢復(fù)，可以恢復(fù)，稱為彈性后效

23、或徐變恢復(fù)，但仍有不可恢復(fù)的殘留永久應(yīng)變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e ecr372.2鋼筋的物理力學(xué)性能一.鋼筋的品種和級(jí)別1.鋼筋的分類（1）根據(jù)化學(xué)成分：A.碳素鋼：低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼，其特點(diǎn) 是隨著含碳量的增加，強(qiáng)度提高，脆性增加；B.普通低合金鋼：為改善碳素鋼的力學(xué)特性， 加入少量合金元素。38鋼筋的種類及選用鋼筋的種類及選用強(qiáng)度高，塑性低強(qiáng)度高，塑性低強(qiáng)度高，粘結(jié)性好強(qiáng)度高，粘結(jié)性好強(qiáng)度高強(qiáng)度高預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋鋼筋鋼筋熱軋鋼筋熱軋鋼筋鋼鋼 絲絲鋼絞線鋼絞線熱處理鋼筋熱處理鋼筋HPB235HRB335HRB400RRB400光圓鋼筋光圓鋼筋變形鋼筋變形

24、鋼筋變形鋼筋變形鋼筋變形鋼筋變形鋼筋非預(yù)應(yīng)力鋼筋非預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度強(qiáng)度塑性塑性弱弱強(qiáng)強(qiáng)高高低低39（2）根據(jù)生產(chǎn)工藝：A.熱軋鋼筋：在高溫下直接軋制成型（如碳素 鋼和普通低合金）；B.熱處理鋼：將熱軋鋼經(jīng)過調(diào)質(zhì)（加熱、淬火 和回火），主要是提高強(qiáng)度，而 降低塑性不多；C.冷加工鋼筋：將普通熱軋鋼筋在常溫下進(jìn)行 冷拉或冷拔。 40（3）根據(jù)鋼筋外型：（見圖2-23）A.柔性鋼筋：普通鋼筋; a.光圓鋼筋：表面是光滑的； b.變形鋼筋：表面有肋（如月牙肋等）； c.習(xí)慣上，直徑大于4mm稱為鋼筋；小于或 等于4mm稱為鋼絲。B.勁性鋼筋：型鋼、鋼軌及其組合。（4）根據(jù)力學(xué)特性：A.軟鋼：有明顯屈服臺(tái)

25、階；（見圖2-24）B.硬鋼：無屈服臺(tái)階；（見圖2-25）41Fig. 我國常見鋼筋外形我國常見鋼筋外形普通鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）種 類符號(hào)fykHPB235(Q235)235HRB335(20MnSi)335熱軋鋼筋HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)RRB400(20MnSi)400422.鋼筋的級(jí)別（1）分級(jí)原則：力學(xué)特性；（2）具體分級(jí)：級(jí)鋼，HPB235，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn) 值為235 N/mm ； 級(jí)鋼，HRB335，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn) 值為335 N/mm ； 級(jí)鋼，HRB400，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn) 值為400 N/mm ；433.關(guān)于冷加工鋼筋（1）冷拉A.加工方法：在常溫下

26、將鋼筋拉伸至屈服，然 后卸載；B.力學(xué)性質(zhì)：經(jīng)過一段時(shí)間后，再次拉伸時(shí)， 其屈服強(qiáng)度將增大，但塑性降低；C.時(shí)效硬化：被拉伸至屈服點(diǎn)，經(jīng)過一段時(shí)間 后，屈服強(qiáng)度增加的現(xiàn)象。44（2）冷拔A.加工方法：在常溫下將鋼筋拔過比其自身直 徑還小的硬質(zhì)合金拔絲模拉伸至 屈服；B.力學(xué)性質(zhì)：經(jīng)過一段時(shí)間后，再次拉伸或壓 縮時(shí)，其屈服強(qiáng)度將增大，但塑 性降低。45二.鋼筋的強(qiáng)度與變形1.鋼筋屈服強(qiáng)度的取值:(屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度：是鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)依是鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)依據(jù)據(jù)，因?yàn)殇摻钋髮l(fā)生很大的塑性變形，且卸載時(shí)這部分變形，因?yàn)殇摻钋髮l(fā)生很大的塑性變形，且卸載時(shí)這部分變形不不可恢復(fù)可恢復(fù)，這會(huì)使鋼筋混凝

27、土構(gòu)件產(chǎn)生很大的變形和不可閉合的裂縫。，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)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。）度。）（1）軟鋼：取其屈服下限；（2）硬鋼：取其極限抗拉強(qiáng)度的85%；（稱為 條件屈服點(diǎn)）（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，用鋼筋的屈服強(qiáng)度進(jìn)行計(jì) 算，其極限抗拉強(qiáng)度作為安全儲(chǔ)備。2.鋼筋的變形力學(xué)指標(biāo)：伸長率和冷彎性s se e2.2.2 2.2.2 鋼筋的強(qiáng)度與變形鋼筋的強(qiáng)度與變形 有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋abcdefua為比例極限oa為彈性階段de為強(qiáng)化階段b為屈服上限c為屈服下限

28、，即屈服強(qiáng)度 fycd為屈服臺(tái)階e為極限抗拉強(qiáng)度 fu fyfef為頸縮階段無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋a0.2%s0.2 fua點(diǎn)：比例極限，約為點(diǎn)：比例極限，約為0.65fua點(diǎn)前：應(yīng)力點(diǎn)前：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線彈性應(yīng)變關(guān)系為線彈性a點(diǎn)后：應(yīng)力點(diǎn)后：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為非線性，應(yīng)變關(guān)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(diǎn)服點(diǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)條件屈服點(diǎn)條件屈服點(diǎn)殘余應(yīng)變?yōu)闅堄鄳?yīng)變?yōu)?.2%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力規(guī)范規(guī)范取取s s0.2 =0.85 fu兩個(gè)指標(biāo)兩個(gè)指標(biāo)：延延 伸伸 率率：鋼筋拉斷后的伸長值與原長的比率，是反映鋼筋塑性：鋼筋拉斷

29、后的伸長值與原長的比率，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。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。0010or 5lll 屈屈 強(qiáng)強(qiáng) 比比：反映鋼筋的強(qiáng)度儲(chǔ)備，反映鋼筋的強(qiáng)度儲(chǔ)備，fy/fu=0.60.7。se殘余變形er彈性變形ee49三.鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型1.雙直線（完全彈塑性）圖2-26（a），為我國采用；2.三折線（完全彈塑性+硬化）圖2-26（b）；3.雙斜線（彈塑性）圖2-26（c）。四.鋼筋的疲勞五.混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求1.較高的強(qiáng)度；2.良好的塑性；3.良好的可焊性；4.較強(qiáng)的耐火性；5.鋼筋與混凝土良好的

30、粘結(jié)力。 有明顯屈服點(diǎn)鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系一般可采用雙線性的理想彈塑性關(guān)系yyysfEeeseees fy ey1Es鋼筋的彈性模量(N/mm2)種 類EsHPB235 級(jí)鋼筋2.1105HRB335 級(jí)鋼筋、HRB400 級(jí)鋼筋、RRB400 級(jí)鋼筋、熱處理鋼筋2.0105消除應(yīng)力鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲2.05105鋼絞線1.951052.3 2.3 混凝土與鋼筋的粘結(jié)混凝土與鋼筋的粘結(jié)2.3.1粘結(jié)的意義粘結(jié)的意義粘結(jié)和錨固是鋼筋和混凝土形成整體、共同工粘結(jié)和錨固是鋼筋和混凝土形成整體、共同工作的基礎(chǔ)。作的基礎(chǔ)。鋼筋與混凝土之間粘結(jié)應(yīng)力示意圖鋼筋與混凝土之間粘結(jié)應(yīng)力示意圖（a）錨固粘結(jié)

31、應(yīng)力 （b）裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力2.3.2粘結(jié)力的形成粘結(jié)力的形成光圓鋼筋與變形鋼筋具有不同的粘結(jié)機(jī)理，其光圓鋼筋與變形鋼筋具有不同的粘結(jié)機(jī)理，其粘結(jié)作用主要由三部分組成：粘結(jié)作用主要由三部分組成：（）鋼筋與混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用力（）鋼筋與混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用力（膠結(jié)力）。一般很小，僅在受力階段的局部（膠結(jié)力）。一般很小，僅在受力階段的局部無滑移區(qū)域起作用，當(dāng)接觸面發(fā)生相對(duì)滑移時(shí)，無滑移區(qū)域起作用，當(dāng)接觸面發(fā)生相對(duì)滑移時(shí)，該力即消失。該力即消失。（）混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生的摩阻力。（）混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生的摩阻力。（）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)（）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用力（咬合力）。對(duì)于光圓鋼筋，這械咬合作用力（咬合力）。對(duì)于光圓鋼筋，這種咬合力來自于表面的粗糙不平。種咬合力來自于表面的粗糙不平。變形鋼筋與混