第2章 材料物理力學(xué)性能

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§2.2鋼筋的物理力學(xué)性能

§2.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)2.1.1單軸力狀態(tài)的混凝土強度2.1.2復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)的混凝土強度2.1.3混凝土的變形2.1.4混凝土的疲勞§2.1混凝土的物理力學(xué)性能2.1.1單軸應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強度１.混凝土的抗壓強度fcu,k（1）混凝土的立方體抗壓強度fcu,k和強度等級1）立方體抗壓強度——

邊長150mm，溫度20±3℃，濕度≥90%，養(yǎng)護(hù)28天，加載速度0.15－0.3N/mm2/s，不涂潤滑劑，95%保證率。

C15-C80共14等級表示混凝土Concrete立方體抗壓強度C20a.試件表面是否涂潤滑劑：

不涂時強度高；涂后強度低，原因——“套箍”作用，破壞形態(tài)不一樣；b.加載速度：速度快強度高，速度慢強度低承壓板試塊摩擦力不涂潤滑劑涂潤滑劑強度大于★試驗方法對立方體抗壓強度的影響2）混凝土的軸心抗壓強度fckA.確定混凝土軸心抗壓強度的標(biāo)準(zhǔn)方法a.標(biāo)準(zhǔn)試件：150mm150mm300mm的棱柱體；b.其余同混凝土立方體抗壓強度的標(biāo)準(zhǔn)方法；承壓板試塊軸心抗壓強度更真實反映以受壓為主的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件。為消除端部約束的影響

隨高寬比的增加，混凝土的軸心抗壓強度會降低.B.fck和fcu,k的換算關(guān)系2.混凝土的軸心抗拉強度

ftk確定方法：軸心受拉試驗和劈裂試驗;約為立方體抗壓強度的1/17～1/8；在荷載較小時，混凝土即開裂，故混凝土結(jié)構(gòu)一般帶裂縫工作，混凝土軸心抗拉強度不起決定作用。2.1.2復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強度雙向應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的破壞包絡(luò)圖大于單向；1.雙向受壓時，混凝土抗壓強度2.雙向受拉時，混凝土抗拉強度3.一向受壓和一向受拉時，混凝土抗拉（抗壓）強度均4.剪應(yīng)力的存在，混凝土抗壓強度5.壓應(yīng)力的存在，混凝土抗剪強度接近于單向；低于相應(yīng)的單向；低于單向；有限增加。2.1.3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）混凝土受壓時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系CBDEfc00???Acu??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～1.0fcCE–––下降段（2）混凝土單軸向受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型１）美國E.Hognestad模型（上升段為二次拋物線，下降段為斜直線）２）德國Rüsch模型（上升段為二次拋物線，

下降段采用水平線）u=0.00350=0.002ocfcc（3）三向受壓狀態(tài)下混凝土的變形特點A.變形特點：側(cè)壓力約大，變形能力好，強度高；B.工程意義：設(shè)置密排箍筋間接產(chǎn)生側(cè)壓力。2１１222（4）混凝土的變形模量

由于混凝土的彈塑性性質(zhì)，模量是一個變數(shù)，通常有三種表示方法。1）彈性模量（切線模量）：重復(fù)加載確定002）變形模量（割線模量）3）切線模量：c

=ela

+plakcc10elapla0h割線切線2.荷載長期作用下混凝土的變形性能

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。影響徐變的因素：

A.應(yīng)力（荷載）大?。簯?yīng)力大時，徐變大；c<0.5fc，徐變變形與應(yīng)力成正比----線性徐變0.5fc<c<0.8fc

非線性徐變c>0.8fc

造成混凝土破壞，不穩(wěn)定B.加載時的齡期：齡期早，徐變大；C.其它：水泥用量、水灰比、骨料、溫度以及濕度。徐變對結(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.混凝土的收縮與膨脹

(1)混凝土的收縮——混凝土在空氣中硬化時體積會縮小。影響混凝土收縮的因素：水泥的品種：水泥強度等級越高，制成的混凝土收縮越大。水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。骨料的性質(zhì)：骨料彈性模量高、級配好，收縮就小。養(yǎng)護(hù)條件：干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大?；炷林谱鞣椒ǎ夯炷猎矫軐崳湛s越小。使用環(huán)境：使用環(huán)境溫度、濕度越大，收縮越小。構(gòu)件的體積與表面積比值：比值大時，收縮小。(2)混凝土的膨脹——混凝土在水中硬化時體積會增大。2.1.4混凝土疲勞疲勞——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；混凝土在荷載重復(fù)作用下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線第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§2.2鋼筋的物理力學(xué)性能

§2.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)2.2.1鋼筋的種類2.2.2鋼筋的強度和變形2.2.3鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型2.2.4鋼筋的疲勞2.2.5混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求§

2.2鋼筋的物理力學(xué)性能1.鋼筋的分類（1）根據(jù)化學(xué)成分碳素鋼：低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼。（含碳量的增加，強度提高，脆性增加）普通低合金鋼：加入少量合金元素。（2）根據(jù)生產(chǎn)工藝熱軋鋼筋：高溫下軋制成型（如碳素鋼和普通低合金）；熱處理鋼：熱軋鋼經(jīng)過調(diào)質(zhì)冷加工鋼筋：熱軋鋼筋在常溫下進(jìn)行冷拉或冷拔。2.2.1鋼筋的種類熱軋鋼筋：熱軋光面鋼筋HotRolledPlainSteelBarHPB300熱軋帶肋鋼筋HotRolledRibbedSteelBarHRB335HRB400，余熱處理鋼筋RemainedheattreatmentRibbedSteelBarRRB400冷拉鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下用機械拉伸而成熱處理鋼筋：將HRB400、RRB400鋼筋通過加熱、淬火、回火而成碳素鋼絲：高碳鎮(zhèn)靜鋼通過多次冷拔、應(yīng)力消除、矯正、回火處理而成刻痕鋼絲：在鋼絲表面刻痕，以增強其與混凝土間的粘結(jié)力鋼絞線：六根相同直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起冷拔低碳鋼絲：由低碳鋼冷拔而成鋼筋鋼絲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。光面鋼筋螺紋鋼筋月牙紋鋼筋人字紋鋼筋（3）根據(jù)鋼筋外型AB’BCDE（1）.有明顯屈服點的鋼筋(以屈服強度作為鋼筋設(shè)計強度的取值依據(jù))0.2%0.2(2).無明顯屈服點的鋼筋(以條件屈服強度作為鋼筋設(shè)計強度的取值依據(jù))OA－彈性階段A－比例極限B－屈服強度CD－強化階段D－極限強度DE－頸縮階段0.2－條件屈服強度2.2.2鋼筋的強度與變形1鋼筋的強度1）鋼筋強度標(biāo)準(zhǔn)值（fykfpyk）鋼筋強度標(biāo)準(zhǔn)值具有95%的保證率2）鋼筋強度設(shè)計值rR—分項系數(shù)對普通鋼筋：對預(yù)應(yīng)力鋼筋：2.鋼筋的變形力學(xué)指標(biāo)：伸長率和冷彎性(2)冷彎性能：以彎心直徑和冷彎角度來衡量(1)伸長率：sss=Essys,hfysss=Essys,hfyfs,us,u2.2.3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）2.三折線（完全彈塑性+硬化）3.疲勞強度fcf的確定原則：

100×100×300或150×150×450的棱柱體試塊承受200萬次（或以上）循環(huán)荷載時發(fā)生破壞的最大壓應(yīng)力值。2.2.4鋼筋的疲勞1.鋼筋的疲勞：鋼筋在承受重復(fù)、周期動荷載作用下，經(jīng)過一定次數(shù)后，從塑性破壞的性質(zhì)轉(zhuǎn)變成脆性突然斷裂的現(xiàn)象2.疲勞強度：規(guī)定的應(yīng)力幅度內(nèi)，經(jīng)一定次數(shù)的重復(fù)荷載后發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。2.2.5混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求1.強度2.塑性3.可焊性4.鋼筋的耐火性5.與混凝土的粘結(jié)力§

2.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)鋼筋與混凝土之間粘結(jié)應(yīng)力示意圖（a）錨固粘結(jié)應(yīng)力（b）裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力錨固粘結(jié)：保證鋼筋和混凝土共同工作縫間粘結(jié)：改善鋼筋混凝土的耗能性能2.3.1粘結(jié)的意義粘結(jié)和錨固是鋼筋和混凝土形成整體、共同工作的基礎(chǔ)2.3.2粘結(jié)力的組成1.光圓鋼筋的粘結(jié)作用的三個組成部分膠結(jié)力摩阻力機械咬合作用力2.變形鋼筋與混凝土之間的機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。2.3.3粘結(jié)應(yīng)力-滑移關(guān)系直接拔出試驗彎曲拔出試驗式中N—鋼筋的拉力；ｄ—鋼筋的直徑；ｌ—粘結(jié)的長度。(1)保證最小搭接長度和錨固長度；(2)滿足鋼筋最小間距和混凝土保護(hù)層最小厚度的要求；(3)在