02 材料力學(xué)性能

1、第二章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2.1 砼的物理力學(xué)性能（強度、變形、曲線）混凝土砼（tong)2.1.1 混凝土的組成結(jié)構(gòu)普通砼是由水泥、砂子（細骨料）、石子（粗骨料）用水拌和澆筑養(yǎng)護結(jié)硬后形成的人工石材。 砼宏觀結(jié)構(gòu)砂漿和粗骨料兩組分體系 砼的收縮存在微裂縫，砼既產(chǎn)生彈性變形也產(chǎn)生塑性變形。2.1.2 單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的砼強度1、砼的抗壓強度（立方體抗壓強度、棱柱體抗壓強度）（1）砼的立方體抗壓強度和強度等級在砼結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強度。因此抗壓強度是混凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標(biāo)。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土混凝土

2、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：邊長150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下（203，90%濕度）養(yǎng)護28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法（加載速度0.150.3N/mm2/sec，兩端不涂潤滑劑）測得的具有95%保證率的立方體抗壓強度，用符號C表示，C30表示fcu,k=30N/mm2 規(guī)范根據(jù)強度范圍，從C15C80共劃分為14個強度等級，級差為5N/mm2。與原規(guī)范GBJ10-89相比，混凝土強度等級范圍由C60提高到C80，C50以上為高強混凝土。普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強度等級不得低于C20；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強度等級不得低于C30。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1

3、混凝土不涂潤滑劑涂潤滑劑試驗方法對混凝土的立方體強度有較大影響；加速度對混凝土的立方體強度有影響；混凝土的立方體強度與成型后齡期有關(guān)；混凝土的立方體強度與放置環(huán)境溫度有關(guān)；試 驗 錄 像第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土100mm立方體強度與標(biāo)準(zhǔn)立方體強度之間的換算關(guān)系小于C50的混凝土，修正系數(shù)m =0.95。隨混凝土強度的提高，修正系數(shù)m 值有所降低。當(dāng)fcu100=100N/mm2時，換算系數(shù)m 約為0.9美國、日本、加拿大等國家，采用圓柱體（直徑150mm，高300 mm）標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強度的換算關(guān)系為，立

4、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(biāo)準(zhǔn)條件下比較混凝土強度水平和品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)（制作、測試方便）。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土（2）軸心抗壓強度 軸心抗壓強度采用棱柱體試件測定，用符號fc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為h/b=34，我國通常取150mm150mm300mm的棱柱體試件，也常用100100300試件。試件上下表面不涂潤滑劑。對于同一混凝土，棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度。棱柱體抗壓強度和立方體抗壓強度的換算關(guān)系為，規(guī)范對小于C50級的混凝土取k=0.76，對C80取k=0.82，其間按線性插

5、值試驗錄像第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2、軸心抗拉強度也是其基本力學(xué)性能，用符號 ft 表示?；炷翗?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(guān)。試驗錄像第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 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劈拉試驗測定混凝土的抗拉強度第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2.1.3 復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的受力性能雙軸應(yīng)力狀態(tài) Biaxial Stress State實際結(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

6、拱壩、核電站安全殼等。雙向受壓強度大于單向受壓強度，最大受壓強度發(fā)生在兩個壓應(yīng)力之比為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)變均超過單軸受壓時的峰值應(yīng)變。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土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其相應(yīng)單軸強度。并且抗壓強度或抗拉強度均隨另一方向拉應(yīng)力或壓應(yīng)力的增加而減小。2.1.3 復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的受力性能雙軸應(yīng)力狀態(tài) Biaxial Stress State實際結(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

7、和壓彎剪扭構(gòu)件、混凝土拱壩、核電站安全殼等。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土在雙軸受拉狀態(tài)下，兩方向應(yīng)力相互影響不大，任意應(yīng)力比情況下的雙向受拉強度均接近于單向受拉強度。2.1.3 復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的受力性能雙軸應(yīng)力狀態(tài) Biaxial Stress State實際結(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。試驗錄像第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土構(gòu)件受剪或受扭時常遇到剪應(yīng)力t 和正應(yīng)力s 共同作用下的復(fù)合受力情況?；炷恋目辜魪姸龋弘S拉應(yīng)力增大而減小 隨壓應(yīng)力增大而增大

8、當(dāng)壓應(yīng)力在0.6fc左右時，抗剪強度達到最大，壓應(yīng)力繼續(xù)增大，則由于內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強度將隨壓應(yīng)力的增大而減小。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土三軸應(yīng)力狀態(tài) Triaxial Stress State三軸應(yīng)力狀態(tài)有多種組合，實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)。三向受壓試驗一般采用圓柱體在等側(cè)壓條件進行。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2.1.4 混凝土的變形（受力變形、體積變形）1. 一次短期加載下砼的變形性能(1)單軸（單調(diào)）受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系Stress- strain Relationship 混凝土單軸受力時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系反

9、映了混凝土受力全過程的重要力學(xué)特征 是分析混凝土構(gòu)件應(yīng)力、建立承載力和變形計算理論的必要依據(jù)，也是利用計算機進行非線性分析的基礎(chǔ)。 混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，常采用棱柱體試件來測定。 在普通試驗機上采用等應(yīng)力速度加載，達到軸心抗壓強度fc時，試驗機中集聚的彈性應(yīng)變能大于試件所能吸收的應(yīng)變能，會導(dǎo)致試件產(chǎn)生突然脆性破壞，只能測得應(yīng)力-應(yīng)變曲線的上升段。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土采用等應(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，以吸收試驗機內(nèi)集聚的應(yīng)變能，可以測得應(yīng)力-應(yīng)變曲線的下降段。試驗錄像02468102030s(MPa)e 10-3第二章 鋼筋和混凝土的

10、材料性能2.1 混凝土BACEDA點以前，微裂縫沒有明顯發(fā)展，混凝土的變形主要彈性變形，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似直線。A點應(yīng)力隨混凝土強度的提高而增加，對普通強度混凝土sA約為 (0.30.4)fc ，對高強混凝土sA可達(0.50.7)fc。A點以后，由于微裂縫處的應(yīng)力集中，裂縫開始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生部分塑性變形，應(yīng)變增長開始加快，應(yīng)力-應(yīng)變曲線逐漸偏離直線。微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致混凝土的橫向變形增加。但該階段微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的?；炷猎诮Y(jié)硬過程中，由于水泥石的收縮、骨料下沉以及溫度變化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂縫，成為混凝土中的薄弱部位?；炷恋淖罱K破壞就是由于這些微裂縫的發(fā)展造成的

11、。達到B點，內(nèi)部一些微裂縫相互連通，裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，橫向變形突然增大，體積應(yīng)變開始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長期作用下，裂縫會持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。取B點的應(yīng)力作為混凝土的長期抗壓強度。普通強度混凝土sB約為0.8fc，高強強度混凝土sB可達0.95fc以上。達到C點fc，內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，應(yīng)變增長速度明顯加快，C點的縱向應(yīng)變值稱為峰值應(yīng)變 e 0，約為0.002?？v向應(yīng)變發(fā)展達到D點，內(nèi)部裂縫在試件表面出現(xiàn)第一條可見平行于受力方向的縱向裂縫。隨應(yīng)變增長，試件上相繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向裂縫，橫向變形急劇發(fā)展，承載力明顯下降，混凝土骨料與砂漿的粘結(jié)不斷遭到破，裂縫連通形成斜向破壞面。E

12、點的應(yīng)變e = (23) e 0，應(yīng)力s = (0.40.6) fc。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土強度等級越高，線彈性段越長，峰值應(yīng)變也有所增大。但高強混凝土中，砂漿與骨料的粘結(jié)很強，密實性好，微裂縫很少，最后的破壞往往是骨料破壞，破壞時脆性越顯著，下降段越陡。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土根據(jù)以上條件，過鎮(zhèn)海提出的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€表達式a=Ec/E0，Ec為初始彈性模量；E0為峰值點時的割線模量，為滿足條件和，一般應(yīng)有1.5a3；ac 為下降段參數(shù)（2）砼單軸向受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型2.1 混凝土第二章 鋼筋和混凝土的材料性能Hognestad建議的應(yīng)力-應(yīng)

13、變曲線第二章 鋼筋和混凝土的材料性能規(guī)范應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系上升段：下降段：2.1 混凝土第二章 鋼筋和混凝土的材料性能（4）混凝土的模量原點切線模量Elastic Modulus割線模量Secant Modulus切線模量Tangent Modulus彈性系數(shù)n (coefficient of elasticity) 隨應(yīng)力增大而減小n =10.52.1 混凝土第二章 鋼筋和混凝土的材料性能彈性模量測定方法2.1 混凝土測定方法：對標(biāo)準(zhǔn)試件150X150X300mm棱柱體，先加載至0.5fc，卸載至零，重復(fù)加載510次。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土（5）混凝土受拉應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系纖維

14、混凝土第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2、砼在荷載的長期作用下的變形性能徐變 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現(xiàn)象稱為徐變。 徐變會使結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的（撓度）變形增大，引起預(yù)應(yīng)力損失，在長期高應(yīng)力作用下，甚至?xí)?dǎo)致破壞。 不過，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，受拉徐變可延緩收縮裂縫的出現(xiàn)。 與混凝土的收縮一樣，徐變也與時間有關(guān)。因此，在測定混凝土的徐變時，應(yīng)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

15、形。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土在應(yīng)力（0.5fc）作用瞬間，首先產(chǎn)生瞬時彈性應(yīng)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。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土記(t-t0)時間后的總應(yīng)變?yōu)閑 c(t,t0)，此時混凝土的收縮應(yīng)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)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混

16、凝土如在時間t 卸載，則會產(chǎn)生瞬時彈性恢復(fù)應(yīng)變eel。由于混凝土彈性模量隨時間增大，故彈性恢復(fù)應(yīng)變eel小于加載時的瞬時彈性應(yīng)變 eel。再經(jīng)過一段時間后，還有一部分應(yīng)變eel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ecr第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土徐變系數(shù)j (t，t0) Creep Coefficient當(dāng)初始應(yīng)力小于0.5fc時，徐變在2年以后可趨于穩(wěn)定，最終的徐變系數(shù)j =24。影響因素內(nèi)在因素是混凝土的組成和配比。骨料(aggregate)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)護和使用條件。受荷前養(yǎng)

17、護(curing)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)護可使徐變減少（2035）%。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。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土應(yīng)力條件是指初應(yīng)力(initial stress)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(dāng)初始應(yīng)力水平si /fc 0.5時，徐變值與初應(yīng)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。 當(dāng)初應(yīng)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(yīng)力si不成比例，也即徐變系數(shù)

18、j 隨si的增大而增大，這種徐變稱為非線性徐變。當(dāng)初應(yīng)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，最終導(dǎo)致混凝土的破壞。因此將0.8fc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(yīng)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。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土3、砼在荷載重復(fù)作用下的變形

19、（疲勞變形） 混凝土的疲勞是在荷載重復(fù)作用下產(chǎn)生的。砼在荷載重復(fù)作用下引起的破壞稱為疲勞破壞。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土4、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)象稱為混凝土的收縮。 在水中硬化會膨脹 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(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，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會使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。 某些對跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)（如拱結(jié)構(gòu)），收縮也會引起不利的內(nèi)力。墻板干燥收縮裂縫與邊框架的變形第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土混凝

20、土的收縮是隨時間而增長的變形，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。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?yōu)?0.52.7)10-4第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 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)護條件等許多因素有關(guān)。 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。 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。 高強混凝土收縮大。 影響收縮的因素多且復(fù)

21、雜，要精確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(yīng)力的不利影響施工縫。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼筋2.2 鋼 筋 Steel Reinforcement一、鋼材化學(xué)成分 化學(xué)成分：鐵(Fe) 碳 (C) 硅(Si) 錳(Mn) 硫(S) 磷(P) 氧(O) 氮(N)鐵(Fe)主要成分，占90以上碳(C) 含碳量高，強度高，塑性差;含碳量低，強度低，塑性好。硅(Si) 錳(Mn) 合金元素硫(S) 氧(O) 使鋼材高溫變脆磷(P) 氮(N)使鋼材低溫變脆低碳鋼 0.25%碳素鋼 中碳鋼 0.250.6按化學(xué)成分分類：高碳鋼 0.61.4普通低合金鋼 硅錳鈦釩鉻第

22、二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼筋普通低合金鋼有錳系（20MnSi、25MnSi）、硅釩系（40Si2MnV）、硅鈦系硅錳系、硅鉻系二、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外接圓直徑第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼 筋1.熱軋鋼筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB235級、HRB335級、HRB400級、RRB400級HPBHot rolledPlain 光面Bar 鋼筋HRBHot rolledRobbed 帶肋BarRRBRolledBar屈服強度 fyk（標(biāo)準(zhǔn)值=鋼材廢品限值，保證率97.73%）HPB235

23、級： fyk = 235 N/mm2HRB335級： fyk = 335 N/mm2HRB400級、RRB400級： fyk = 400 N/mm2 余熱處理鋼筋熱軋Ribbed帶肋軋制熱軋第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼 筋 HPB235級(級)鋼筋多為光面鋼筋（Plain Bar），多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋。 HRB335級(級)和 HRB400級(級)鋼筋強度較高，多作為鋼筋混凝土構(gòu)件的受力鋼筋，尺寸較大的構(gòu)件，也有用級鋼筋作箍筋的為增強與混凝土的粘結(jié)，外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋（Deformed Bar） 級鋼筋強度太高，不適宜作為鋼筋混凝土構(gòu)件中的配筋，一般冷拉

24、后作預(yù)應(yīng)力筋。延伸率d5=25、16、14、10%，直徑840。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼筋2.鋼絲，中強鋼絲的強度為8001200MPa，高強鋼絲、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9.515.2 mm。中高強鋼絲和鋼絞線均用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。3.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度，節(jié)約鋼材。但經(jīng)冷加工后，鋼筋的延伸率降低。近年來，冷加工鋼筋的品種很多，應(yīng)根據(jù)專門規(guī)程使用。4.熱處理

25、鋼筋是將級鋼筋通過加熱、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。用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。se第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼筋三、鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 （三個強度，四個階段） 有明顯屈服點的鋼筋 Steel bar with yield point軟鋼a為比例極限proportional limit s =Eseaa為彈性極限elastic limitade為強化段strain hardening stagebb為屈服上限upper yield strengthc為屈服下限，即屈服強度 fylower yield strengthcdcd為屈服臺階yield

26、 plateauefue為極限抗拉強度 fu ultimate tensile strengthfyf第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼筋四個指標(biāo)(兩個強度和兩個變形指標(biāo))：鋼筋質(zhì)量檢驗的四項指標(biāo)屈服強度yield strength：是鋼筋強度的設(shè)計依據(jù)，因為鋼筋屈服后將產(chǎn)生很大的塑性變形，且卸載時這部分變形不可恢復(fù)，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。屈服上限與加載速度有關(guān)，不太穩(wěn)定，一般取屈服下限作為屈服強度。極限抗拉強度 鋼筋拉斷時的強度，作為安全儲備。屈 強 比反映鋼筋的強度儲備，fy/fu=0.60.70.8。延 伸 率elongation rate：鋼筋拉斷時

27、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:冷彎是將直徑為d的鋼筋繞直徑為D的彎芯彎曲到規(guī)定的角度后無裂紋斷裂及起層現(xiàn)象表示合格，是反映鋼筋塑性性能的指標(biāo)。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼筋有明顯屈服點鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系一般可采用雙直線的理想彈塑性關(guān)系1Es 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼筋無明顯屈服點的鋼筋Steel bar without yield pointa點：比例極限，約為0.65fua點前：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線彈性a點后：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為非線性，有一定塑性變形，且沒有明顯的屈服點強度設(shè)計指標(biāo)條件屈服點殘余應(yīng)變?yōu)?.2

28、%所對應(yīng)的應(yīng)力規(guī)范取s0.2 =0.85 fu第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼筋四、鋼筋的冷加工冷加工方法：冷拉，冷拔，拉軋，冷（軋）扭1. 冷拉第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼筋2. 冷拔第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼筋五、鋼筋的強度標(biāo)準(zhǔn)值( Characteristic or Standard Strength) 按冶金鋼材質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，鋼筋的強度標(biāo)準(zhǔn)值是取其出廠時的廢品限值，其數(shù)值相當(dāng)于fy,m-3s，具有97.73%的保證率，滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)材料強度標(biāo)準(zhǔn)值保證率95%的要求。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼筋第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2

29、 鋼筋六、鋼筋的疲勞 是指鋼筋在承受重復(fù)、周期性的動荷載作用下，經(jīng)過一定次數(shù)后，突然脆性斷裂的現(xiàn)象。七、砼結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求強度高 屈服強度和極限強度塑性 伸長率和冷彎性能可焊性 是評定鋼筋焊接后的接頭性能的指標(biāo)。4. 鋼筋的耐火性 熱軋鋼筋最好、冷扎鋼筋其次、預(yù)應(yīng)力筋最差5. 與砼的粘結(jié)力鋼筋的表面形狀是影響粘結(jié)力的重要因素。混凝土結(jié)構(gòu)中的構(gòu)造 受彎構(gòu)件正截面受彎承載力和斜截面受剪承載力的計算中，鋼筋強度的充分發(fā)揮是建立在可靠的配筋構(gòu)造基礎(chǔ)上的。 配筋構(gòu)造是計算模型和構(gòu)件受力的必要條件（如雙筋梁，箍筋的構(gòu)造要求是保證受壓鋼筋強度發(fā)揮的必要條件） 沒有可靠的配筋構(gòu)造，計算模型和構(gòu)件受力就不可

30、能成立 配筋構(gòu)造與計算設(shè)計同等重要。由于疏忽配筋構(gòu)造而造成工程事故的情況是很多的。故切不可重計算，輕構(gòu)造。2.3 混凝土與鋼筋粘結(jié)Bond, Anchorage and Details of Reinforcement第二章 2.3粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.1 概 述第二章 2.3粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.1 概 述ss=0ss=常數(shù)第二章 2.3粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.1 概述第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié)2.3.1 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受力變形的基本前提。 通過鋼筋與混凝土界面的粘結(jié)應(yīng)力

31、(bond stress)，可以實現(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。 粘結(jié)應(yīng)力通常是指鋼筋與混凝土界面間的剪應(yīng)力。 鋼-混凝土組合梁第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.1 鋼筋與混凝土的粘結(jié)ssscsc+dscss-dssssss-dsst第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié)第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié)t二、粘結(jié)的作用1、錨固粘結(jié)第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié)第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié)2、裂縫間粘結(jié)2.3.2 粘結(jié)力的組成光面鋼筋與變形鋼筋具有不同的

32、粘結(jié)機理鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用由三部分組成：鋼筋與混凝土接觸上面化學(xué)吸附作用（膠結(jié)力）；混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生摩阻力；鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬合作用力。當(dāng)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)。第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié)第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié) 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。 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，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，通常需在鋼筋端部彎鉤、彎

33、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。 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械咬合作用，從而大大增加了粘結(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。第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié) 變形鋼筋受力后，其凸出的肋對混凝土產(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。第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié) 當(dāng)混凝

34、土保護層和鋼筋間距較小時，徑向裂縫可發(fā)展達到構(gòu)件表面，產(chǎn)生劈裂裂縫，機械咬合作用將很快喪失，產(chǎn)生劈裂式粘結(jié)破壞。第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié) 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層厚度（c/d），可提高粘結(jié)強度。第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié)第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié) 如果鋼筋周圍的橫向鋼筋較多或混凝土的保護層（c/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

35、鋼筋與混凝土粘結(jié)強度的上限。2.3.3 粘結(jié)強度 Bond Strength 第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié)拔出試驗 Pull out test粘結(jié)強度tu ：粘結(jié)破壞（鋼筋拔出或混凝土劈裂）時鋼筋與混凝土界面上的最大平均粘結(jié)應(yīng)力 混凝土強度：光面鋼筋和變形鋼筋的粘結(jié)強度均隨混凝土強度的提高而增加，但并不與立方體強度fcu成正比，而與抗拉強度 ft 成正比。 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，混凝土抵抗劈裂破壞的能力也越大，粘結(jié)強度越高。當(dāng)c/d 很大時，若錨固長度不夠，則產(chǎn)生剪切“刮梨式”破壞。同理，

36、鋼筋凈距s與鋼筋直徑d 的比值s/d 越大，粘結(jié)強度也越高。第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié)2.3.4 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、橫向配筋及側(cè)向壓力、鋼筋表面和外形特征、受力情況及錨固長度。 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比受彎垂直裂縫更大，將嚴重降低構(gòu)件的耐久性。 因此應(yīng)保證不使徑向裂縫到達構(gòu)件表面形成劈裂裂縫。所以，保護層應(yīng)具有一定的厚度，鋼筋凈距也應(yīng)保證。 配置橫向鋼筋可以阻止徑向裂縫的發(fā)展。因此對于直徑較大

37、鋼筋的錨固區(qū)和搭接長度范圍，均應(yīng)增加橫向鋼筋。 當(dāng)一排并列鋼筋的數(shù)量較多時，也應(yīng)考慮增加橫向鋼筋來控制劈裂裂縫的發(fā)生。第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié)第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié) 鋼筋表面和外形特征： 光面鋼筋表面凹凸較小，機械咬合作用小，粘結(jié)強度低。 月牙肋和螺紋肋變形鋼筋，前者肋的相對受力面積（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，對于直徑較大的變形鋼筋，肋的相對受力面積減小，粘結(jié)強度也有所減小。 此外，當(dāng)鋼筋表面為防止銹蝕涂環(huán)氧樹脂時，鋼筋表面較為光滑，粘結(jié)強

38、度也將有所降低。第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié)第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié) 受力情況： 在錨固范圍內(nèi)存在側(cè)壓力可提高粘結(jié)強度 剪力產(chǎn)生的斜裂縫則會使錨固鋼筋受到銷栓作用而降低粘結(jié)強度 受壓鋼筋由于直徑增大會增加對混凝土的擠壓，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被擠碎，導(dǎo)致咬合作用降低 鋼筋凈距和混凝土保護層厚度：澆筑混凝土?xí)r鋼筋所處的位置第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié) 錨固長度： 拔出試驗的錨固長度較短時，粘結(jié)應(yīng)力在錨固長度范圍分布比較均勻，平均粘結(jié)應(yīng)力較高，測得的粘結(jié)強度較高 錨固長度較大時，則平均粘結(jié)強度較小，但總粘結(jié)力隨錨固長度的增加而增大 當(dāng)錨固長度增加達到一定值，鋼筋受拉達到屈服（強度充分發(fā)揮）時未產(chǎn)生粘結(jié)破壞，該臨界情況的錨固長度稱為基本錨固長度la，第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié)第二章 粘結(jié)、錨固及鋼筋布置2.3.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié)2.3.5 鋼筋的錨固和搭接一、保證粘結(jié)的構(gòu)造措施 （1）對不同等級的砼和鋼筋，要保證最小搭接長度和錨固