第3章-混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能

第三章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能 鋼筋混凝土兩者間的粘結(jié)強(qiáng)度變形粘結(jié)破壞的過程和機(jī)理常用鋼筋分為四類熱軋鋼筋冷拉鋼筋鋼絲熱處理鋼筋3.1鋼筋的種類及其力學(xué)性能1鋼筋的種類?熱軋鋼筋按其強(qiáng)度由低到高分為HPB235、HRB335、HRB400和RRB400?冷拉鋼筋和冷拔鋼筋是通過對(duì)某些等級(jí)的熱軋鋼筋進(jìn)行冷加工而成，熱處理鋼筋是對(duì)某些特定型號(hào)的熱軋鋼筋進(jìn)行處理得到的。光面鋼筋螺紋鋼筋月牙紋鋼筋人字紋鋼筋熱軋鋼筋、中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋的形式—3DA—公稱直徑股鋼絞線量測尺寸鋼絞線圖2-1常用鋼筋形式刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲鋼絲是由熱軋鋼筋經(jīng)冷拔而成，根據(jù)原材料不同又分為冷拔低碳鋼絲和碳素鋼絲，鋼絲可刻痕(刻痕鋼絲)和鉸成鋼絞線，故鋼絲有：冷拉低碳鋼絲φb

碳素鋼絲φs

刻痕鋼絲φk

鋼絞線φj

熱處理鋼筋是對(duì)某些特定鋼號(hào)的熱軋鋼筋進(jìn)行熱處理得到的。熱軋鋼筋的分類HPB235級(jí)、HRB335級(jí)、HRB400級(jí)、RRB400級(jí)屈服強(qiáng)度fyk（標(biāo)準(zhǔn)值=鋼材廢品限值，保證率97.73%）

fy（設(shè)計(jì)值）

HPB235級(jí)：fyk=235N/mm2、fy=210N/mm2HRB335級(jí)：fyk=335N/mm2、fy

=300N/mm2HRB400級(jí)、RRB400級(jí)：

fyk=400N/mm2、fy=400N/mm2

HPB235級(jí)(Ⅰ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。

HRB335級(jí)(Ⅱ級(jí))和

HRB400級(jí)(Ⅲ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Ⅱ級(jí)鋼筋作箍筋以增強(qiáng)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。

RRB400級(jí)(Ⅳ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。延伸率d5=25、16、14、10%，直徑8~40。

鋼筋的－曲線lPPA2鋼筋的力學(xué)性能由力學(xué)性能不同分成：軟鋼：有明顯屈服臺(tái)階的鋼筋(熱軋鋼筋、冷拉鋼筋)硬鋼：無明顯屈服臺(tái)階的鋼筋(鋼絲、熱處理鋼筋)對(duì)于有明顯屈服臺(tái)階的軟鋼取屈服強(qiáng)度

fy

作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)依據(jù)。對(duì)于無明顯屈服臺(tái)階的硬鋼取條件屈服強(qiáng)度0.2作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)依據(jù)。比例極限屈服強(qiáng)度極限強(qiáng)度o(N/mm2)fyfted流幅abcoa－彈性階段a－比例極限b－屈服強(qiáng)度cd－強(qiáng)化階段0.2%0.2(N/mm2)od－極限強(qiáng)度de－頸縮階段0.2－條件屈服強(qiáng)度b

或0.85b屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長率、冷彎性能、可焊性、粘結(jié)性等。3鋼筋的力學(xué)性能指標(biāo)取相應(yīng)于殘余應(yīng)變

=0.2%時(shí)的應(yīng)力0.2或取0.85b作為條件屈服強(qiáng)度。伸長率：冷彎性能：彎心直徑冷彎角度…1－10.2的定義：混凝土的組份：骨料水泥結(jié)晶體水泥凝膠體彈性變形的基礎(chǔ)塑性變形的基礎(chǔ)砼的強(qiáng)度及變形隨時(shí)間、隨環(huán)境的變化而變化。水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不同等級(jí)的砼。3.2

混凝土的強(qiáng)度和變形（1）立方體的抗壓強(qiáng)度fcu影響立方體強(qiáng)度的因素：試件尺寸、溫度、濕度、試驗(yàn)方法。由于尺寸效應(yīng)的影響：fcu(150)=0.95fcu(100)

fcu(150)=1.05fcu(200)1

混凝土的強(qiáng)度用標(biāo)準(zhǔn)制作方式制成的150×150mm的立方體試塊，在28天齡期，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得具有95％保證率的抗壓強(qiáng)度。混凝土強(qiáng)度等級(jí)：立方體抗壓強(qiáng)度是區(qū)分混凝土強(qiáng)度等級(jí)的指標(biāo)，我國規(guī)范混凝土的強(qiáng)度等級(jí)有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方體抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度指標(biāo)的確定強(qiáng)度隨機(jī)變量強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定的具有一定保證率（95%）的統(tǒng)計(jì)特征值：強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值=強(qiáng)度平均值-1.645×均方差概率密度材料強(qiáng)度強(qiáng)度平均值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

按標(biāo)準(zhǔn)方法制作的150mm×l50mm×300mm的棱柱體試件，在溫度為20土3℃和相對(duì)濕度為90％以上的條件下養(yǎng)護(hù)28d，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的具有95％保證率的抗壓強(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。考慮到實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、養(yǎng)護(hù)和受力情況，實(shí)際構(gòu)件強(qiáng)度與試件強(qiáng)度之間存在差異，《規(guī)范》基于安全取偏低值，規(guī)定軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的換算關(guān)系為：（2）混凝土軸心抗壓強(qiáng)度fc

式中：

α１為棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比，對(duì)不大于C50級(jí)的混凝土取0.76，對(duì)C80取0.82，其間按線性插值。α2為高強(qiáng)混凝土的脆性折減系數(shù)，對(duì)C40取1.0，對(duì)C80取0.87，中間按直線規(guī)律變化取值。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)。

fcu,k立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值即為混凝土強(qiáng)度等級(jí)fcu。劈拉試驗(yàn)FdF

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)來間接測試混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度。拉壓壓（3）軸心抗拉強(qiáng)度ft（4）復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土強(qiáng)度雙向正應(yīng)力作用(如圖)1,2(壓－壓)強(qiáng)度增加1,2(拉－壓)強(qiáng)度降低1,2(拉－拉)強(qiáng)度基本不變?nèi)S受壓：(如圖)工程應(yīng)用：約束混凝土鋼管砼密配螺旋箍筋2003=50N/mm235N/mm213310N/mm21501005005101520251—2(N/mm2)1(‰)(1)混凝土的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系OA–––彈性階段A:0.3fcAB–––彈塑性階段:0.3fc～0.8fc

裂縫穩(wěn)定階段BC–––裂縫不穩(wěn)定階段:0.8fc～1.0fcCBDEfc00???Acu??2荷載作用下混凝土的變形性能特征點(diǎn)：0

–––對(duì)應(yīng)于峰值點(diǎn)應(yīng)變《規(guī)范》0

=0.002cu

–––混凝土極限壓應(yīng)變《規(guī)范》cu

=0.0033fc–––軸心抗壓強(qiáng)度應(yīng)力應(yīng)變曲線影響因素：混凝土強(qiáng)度、加載速度與軸心抗壓強(qiáng)度的關(guān)系：到軸心抗壓強(qiáng)度值時(shí)開始出現(xiàn)裂縫，到極限壓應(yīng)變時(shí)才破壞。(2)混凝土在多次重復(fù)荷載下的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系?如果我們將混凝土棱柱體試塊加荷使其壓應(yīng)力達(dá)到某個(gè)數(shù)值σ，然后卸荷至零，并把這一循環(huán)多次重復(fù)下去，就稱為多次重復(fù)荷載。?我們通常把能使試件循環(huán)200萬次或次數(shù)稍多時(shí)發(fā)生破壞的壓應(yīng)力稱為混凝土的疲勞抗壓強(qiáng)度，用符號(hào)表示。kcc0cecp0h原點(diǎn)彈性模量：…1－7…1－6

(3)混凝土的彈性模量割線模量：…1－9切線模量：

–––彈性系數(shù)0～1.0…1－10剪切模量：c=ce

+cp…1－8G=0.4Ec(4)混凝土的徐變和收縮混凝土在受到荷載作用后，在荷載(應(yīng)力)不變的情況下，變形(應(yīng)變)隨時(shí)間而不斷增長的現(xiàn)象。161284369121518212427?Acecr徐變ce彈性變形ch收縮ceaeerBCD(10–4)t(月)0徐變：混凝土的級(jí)配、水灰比、初始加載齡期、初應(yīng)力大小，養(yǎng)護(hù)使用條件等。徐變性質(zhì)：線性徐變初應(yīng)力c0.5fc徐變與初應(yīng)力呈正比非線性徐變c>0.5fc當(dāng)c>0.8fc，徐變發(fā)展最終導(dǎo)致破壞作為混凝土的長期抗壓強(qiáng)度。徐變的影響因素：0.8fc徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的影響：使構(gòu)件的變形增加；在截面中引起應(yīng)力重分布；在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中引起預(yù)應(yīng)力損失。徐變的影響因素：齡期；水灰比；骨料彈性模量；環(huán)境溫度；構(gòu)件尺寸等?；炷猎诳諝庵薪Y(jié)硬體積減小的現(xiàn)象。蒸汽養(yǎng)護(hù)常溫養(yǎng)護(hù)051015200.10.20.30.4收縮(10–3)時(shí)間(月)收縮：收縮的性質(zhì)自由收縮約束收縮來自內(nèi)部的鋼筋約束來自支座的外部約束收縮對(duì)結(jié)構(gòu)的影響自由收縮一般不會(huì)引起拉應(yīng)力，故不會(huì)開裂約束收縮產(chǎn)生收縮應(yīng)力甚至開裂收縮的影響因素：水灰比、骨料彈性模量、環(huán)境溫度、濕度、構(gòu)件體積與表面積比值等。引起預(yù)應(yīng)力損失1、產(chǎn)生鋼筋和混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的主要原因：

混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力；混凝土顆料的化學(xué)作用產(chǎn)生的混凝土與鋼筋之間的膠合力；

鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的局部粘結(jié)應(yīng)力。3.3鋼筋與混凝土間的粘結(jié)2、粘結(jié)應(yīng)力的類型：

由彎曲引起粘結(jié)應(yīng)力；

兩相鄰裂縫間鋼筋應(yīng)力不均勻引起的局部粘結(jié)應(yīng)力；

錨固粘結(jié)應(yīng)力。（1）由應(yīng)力原因分類沿鋼筋長度的粘結(jié)；鋼筋端部的錨固。（2）由在構(gòu)件中的位置分類3、粘結(jié)力的組成◆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：（１）鋼筋與混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用力（膠結(jié)力）（２）混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生的摩阻力。（摩阻力）（３）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）。◆變形鋼筋與混凝土之間的機(jī)械咬合作用主要是由于變形鋼筋肋間嵌入混凝土而產(chǎn)生的。變形鋼筋和混凝土的機(jī)械咬合作用4、保證粘結(jié)力的措施：

保證錨固長度和搭接長度；

保證鋼筋周圍的混凝土有足夠的厚度；(保護(hù)層厚度及鋼筋凈距)

光圓筋在端部做成彎鉤。一般除重銹鋼筋外，可不必除銹。。laTdmax

錨固長度的計(jì)算u錨固設(shè)計(jì)的基本原則是必須保證足夠的錨固粘結(jié)強(qiáng)度以使鋼筋強(qiáng)度得以充分利用，即5、鋼筋的錨固鋼筋的基本錨固長度取決于鋼筋的強(qiáng)度及混凝土抗拉強(qiáng)度，并與鋼筋的外形有關(guān)?！兑?guī)范》規(guī)定縱向受拉鋼筋的錨固長度作為鋼筋的基本錨固長度，采用上述計(jì)算公式。機(jī)械錨固措施。變形鋼筋及焊接骨架中的光圓鋼筋、軸心受壓構(gòu)件中的光圓鋼筋可不做彎鉤。6、鋼筋的搭接鋼筋搭接的原則是：接頭應(yīng)設(shè)置在受力較小處，同一根鋼筋上應(yīng)盡量少設(shè)接頭，機(jī)械連接接頭能產(chǎn)生較牢固的連接力，應(yīng)優(yōu)先采用機(jī)械連接。受拉鋼筋綁扎搭接接頭