第二章 材料力學(xué)性能

主要內(nèi)容：混凝土的物理力學(xué)性能鋼筋的物理力學(xué)性能鋼筋與混凝土的粘結(jié)第二章混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能

材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土兩者間的粘結(jié)強度變形粘結(jié)破壞的過程和機理第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1鋼材2.1鋼筋

SteelReinforcement一、鋼筋的品種(Reinforcementtypes)

熱軋鋼筋、中高強鋼絲和鋼絞線、冷加工鋼筋三大系列。第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1鋼材1、熱軋鋼筋

HotRolledSteelReinforcingBar

熱軋鋼筋：是指鋼廠用熔化的鋼水直接軋制而成的鋼筋。它屬于普通低碳鋼鋼筋和普通低合金鋼鋼筋。與世界上許多國家相比，我國建筑用鋼筋的強度偏低。根據(jù)節(jié)材、減耗及對性能的要求，本次規(guī)范修訂淘汰低強鋼筋，強調(diào)應(yīng)用高強高性能鋼筋。規(guī)范根據(jù)鋼筋產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的修改，不再限制鋼筋材料的化學(xué)成分，而按性能確定鋼筋的牌號和強度級別。特別注意，為了節(jié)約合金資源，降低價格，列入靠控溫軋制而具有一定延性的HRBF系列細(xì)晶粒熱軋帶肋鋼筋。第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1鋼材HPB300級、HRB335級、HRB400級、RRB400級HRBF335級、HRBF400級、HRB500級、HRBF500級HPBHotrolledPlainBarHRBHotrolledRibbedBarRRBRemainedRibbedBar屈服強度fyk（標(biāo)準(zhǔn)值=鋼材廢品限值，保證率97.73%）HPB300級：fyk=300N/mm2HRB335級：fyk=335N/mm2HRB400級、HRBF400、RRB400級：fyk=400N/mm2第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1鋼材HPB300級(Ⅰ級)鋼筋多為光面鋼筋（PlainBar），多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋HRB335級(Ⅱ級)、

HRB400級(Ⅲ級)、HRB500(Ⅳ級）鋼筋強度較高，多作為鋼筋混凝土構(gòu)件的受力鋼筋。

RRB400：是鋼筋熱軋后快速冷卻，利用鋼筋內(nèi)溫度自行回火而成，淬火鋼筋強度提高，但塑性降低，可焊性降低。不宜作為重要部位的受力鋼筋，不應(yīng)用于直接承受疲勞荷載的構(gòu)件。HRBF335/HRBF400/HRBF500:延性、可焊性、機械連接性能較好，推廣使用。第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1鋼材2、中、高強鋼絲和鋼絞線

鋼絲Wire：中強鋼絲的強度為800~1230MPa，高強鋼絲、鋼絞線(StrandorTendon)的強度為1570~1960MPa；延伸率d10=6%，d100=3.5~4%；鋼絲的直徑5~9mm；外形有光面和螺旋肋兩種，另有三股和七股鋼絞線，外接圓直徑8.6~21.6mm。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Coldworkingrebar冷加工鋼筋：是指在常溫下采用某種工藝（冷拉、冷拔、冷軋、冷扭）對熱軋鋼筋進行加工得到的鋼筋。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。在非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件中是否采用冷加工鋼筋，應(yīng)進行性價比等比較。冷加工鋼筋已經(jīng)禁止使用，是一種誤解。第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1鋼材

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，受力鋼筋強度不宜太高，受正常使用極限狀態(tài)控制，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)鋼筋強度不宜太低，否則建立的有效預(yù)應(yīng)力值很小?？v向受力普通鋼筋宜采用HRB400、

HRB500、HRBF500、HRBF400鋼筋,亦可用HPB300、HRB335、HRBF335、RRB400。梁、柱縱向受力普通鋼筋應(yīng)采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500鋼筋。HRB335級和

HRB400級。箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500鋼筋，亦可用HRB335、HRBF335鋼筋。預(yù)應(yīng)力筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋。se第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1鋼材二、鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系Stress-StrainRelation

◆有明顯屈服點的鋼筋Rebarwithyieldpointa’為比例極限proportionallimit

s=Esea’a為彈性極限elasticlimitade為強化段strainhardeningstagebb為屈服上限upperyieldstrengthc為屈服下限，即屈服強度

fyloweryieldstrengthcdcd為屈服臺階yieldplateauefue為極限抗拉強度fu

ultimatetensilestrengthfyf第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能3.1鋼材幾個指標(biāo)(Index)：屈服強度yieldstrength：是鋼筋強度的設(shè)計依據(jù)，因為鋼筋屈服后將很大的塑性變形，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。屈強比反映鋼筋的強度儲備，fy/fu=0.7~0.8。延伸率elongationstrain：鋼筋拉斷時的應(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，延性較好第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1鋼筋的基本性能鋼筋標(biāo)距通常取為5d或10d，標(biāo)距范圍包括了鋼筋的頸縮區(qū)域，而該區(qū)域的變形占試件變形的絕大部分且與試件標(biāo)距的大小關(guān)系不大，所以導(dǎo)致不同標(biāo)距的試件測得的延伸率不同。目前多采用均勻延伸率來反映鋼筋的變形能力第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1鋼筋鋼筋最大力下的總伸長率（均勻伸長率）

均勻伸長率是對應(yīng)最大應(yīng)力時應(yīng)變，包括了殘余應(yīng)變與彈性應(yīng)變，反映了鋼筋的真實變形能力。

延伸率大的鋼筋，在拉斷前有足夠預(yù)兆，延性較好。冷彎性能是反映鋼筋變形能力的另一個指標(biāo)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1鋼筋的基本性能彎芯直徑越小，彎過的角度越大，冷彎性能越好，鋼筋的塑性性能越好。第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1鋼筋有明顯屈服點鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系一般可采用雙線性的理想彈塑性關(guān)系1Es第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1鋼材◆無明顯屈服點的鋼筋Rebarwithoutyieldpointa點：比例極限，約為0.75fua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(Equivalentyieldpoint)殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對應(yīng)的應(yīng)力《規(guī)范》取s0.2=0.85fu硬鋼的簡化模型

第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1鋼筋的基本性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能三、鋼筋的蠕變、松弛和疲勞蠕變：鋼筋在高應(yīng)力作用下，其應(yīng)變隨時間而增加的現(xiàn)象。松弛：鋼筋受力后，長度不變，則其應(yīng)力隨時間增長而降低的現(xiàn)象。2.1鋼筋的基本性能3、疲勞：（1）疲勞破壞的概念：鋼筋在重復(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。（3）需驗算鋼筋疲勞的構(gòu)件：（2）影響鋼筋疲勞的因素：鋼筋的疲勞應(yīng)力幅、鋼筋的應(yīng)力變化幅度、鋼筋的最小應(yīng)力值、鋼筋外表面的幾何形狀、鋼筋直徑、鋼筋等級和試驗方法等。吊車梁、橋梁面板等承受重復(fù)荷載的鋼筋混凝土的構(gòu)件。2.1鋼筋的基本性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1鋼筋的基本性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能四、鋼筋的冷加工－－冷拉和冷拔1、冷拉的概念冷拉是將鋼筋拉至超過屈服強度的某一應(yīng)力，然后卸載為零，再次拉伸時鋼筋的屈服強度得到提高，是一種提高鋼筋受拉屈服強度的方法。2、冷拉的目的提高鋼筋的抗拉強度，節(jié)約鋼筋。第二章鋼筋和混凝土的材料性能時效：常溫：20天

1000:2小時鋼筋在冷拉后，未經(jīng)時效前，一般沒有明顯的屈服臺階；經(jīng)過停放或加熱后進一步提高了屈服強度并恢復(fù)了屈服臺階，這種現(xiàn)象稱為冷拉時效硬化。3、說明冷拉只能提高鋼筋的抗拉強度，不能提高鋼筋的抗壓強度。第二章鋼筋和混凝土的材料性能4、冷拔的概念概念：用強力將鋼筋拔過比它自身直徑還小的硬質(zhì)合金拔模，是一種提高鋼筋強度的方法。作用：可大大提高抗拉、抗壓強度。但塑性降低很多。不提倡采用冷加工鋼筋用巨大的延性損失，換來較小的強度提高。不合理！五、混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求1屈服強度2極限強度3伸長率4冷彎性能5焊接性能6耐久性能和耐火性能7粘結(jié)性能變形指標(biāo)強度指標(biāo)檢驗鋼筋性能的四大指標(biāo)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1鋼筋的基本性能混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例組成，經(jīng)凝結(jié)和硬化形成的，屬于復(fù)合材料?；炷潦怯伤嘟Y(jié)晶體、水泥凝膠體和內(nèi)部微裂縫組成的2.2混凝土的基本性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土的基本性能注意：1.骨料的分布及骨料與基相之間在界面的結(jié)合強度是影響混凝土強度的重要因素；

2.在荷載的作用下，微裂縫的擴展對混凝土的力學(xué)性能有著極為重要的影響。第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土的強度一、混凝土的強度混凝土立方抗壓強度混凝土軸心抗壓強度混凝土抗拉強度150×150×150150×150×300100×100×500第二章混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土的強度一、混凝土的強度(Strengthofconcrete)1、混凝土強度等級（StrengthGrade

）混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強度(CompressiveStrength)。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)。混凝土的強度等級是用抗壓強度來劃分的

混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)值：邊長150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下[20±3℃，≥90%濕度]養(yǎng)護28天或設(shè)計規(guī)定齡期，用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法（加載速度0.3~0.8N/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(CubeStrength)。第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土的基本性能

套箍效應(yīng):

不涂潤滑油涂潤滑油

影響因素：

尺寸效應(yīng)：尺寸越大，內(nèi)部缺陷較多，強度較低。

加載速度：加載速度越快，強度越高。

端部約束：涂潤滑油，強度降低。

齡期：隨齡期逐漸增長，增長速度開始較快后來逐漸減慢。未采取減摩措施采取減摩措施后第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土的基本性能

非標(biāo)準(zhǔn)試塊強度換算系數(shù)：

200mm×200mm×200mm:1.05；

100mm×100mm×100mm:0.95。第二章鋼筋和混凝土的材料性能

（2）混凝土的強度等級：《規(guī)范》是根據(jù)混凝土立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值來劃分的。從C15~C80共劃分為14個強度等級（如C30表示fcu,k=30N/mm2），級差為5N/mm2。C50以上為高強混凝土.2.2混凝土的強度

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強度等級不應(yīng)低于C20，采用強度等級400MPa及以上的鋼筋時，不應(yīng)低于C25；

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，不宜低于C40，且不應(yīng)低于C30。

素混凝土結(jié)構(gòu)，強度等級不應(yīng)低于C15；

承受重復(fù)荷載構(gòu)件的混凝土，不應(yīng)低于C30；混凝土強度等級的選用2.2混凝土的強度美國、日本、加拿大等國家，采用圓柱體（直徑150mm，高300mm）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(Cylinderstrength)與我國標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強度(Unfactoredcubestrength)的換算關(guān)系為，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(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）。第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土的強度2、軸心抗壓強度AxialCompressiveStrength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=2~4，我國通常取150mm×150mm×300mm的棱柱體試件。

棱柱體高度的取值：

①擺脫端部摩擦力的影響；②試件不致失穩(wěn)。第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能對于同一混凝土，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，混凝土強度等級≤C40C45C50C55C60C65C70C75C80c10.760.760.760.770.780.790.800.810.82c21.000.9840.9680.9510.9350.9190.9030.8870.87結(jié)構(gòu)混凝土強度與試塊混凝土強度的差異而采取的修正系數(shù)脆性影響系數(shù)

棱柱體強度與立方體強度之比值第二章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土的強度思考、混凝土破壞機理FailureMechanismfc<fcu

?不涂潤滑劑涂潤滑劑>≈第二章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土的強度3、軸心抗拉強度AxialTensileStrength

也是其基本力學(xué)性能，用符號ft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(guān)?；炷恋目估瓘姸缺瓤箟簭姸鹊偷枚啵话阒挥锌箟簭姸鹊?/20～1/10，且不與抗壓強度成正比?；炷恋膹姸鹊燃壴礁撸估瓘姸扰c抗壓強度的比值越低。2.2混凝土的強度軸心受拉強度與立方體強度間的換算關(guān)系0102030405060708090100123456

GBJ10-89規(guī)范55.0395.0cu,mt,mff=3/226.0cu,mt,mff=▲軸心抗拉強度試驗第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能第二章鋼筋和混凝土的材料的物理力學(xué)性能拉壓壓▲劈裂試驗

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裂試驗測定混凝土的抗拉強度.(SplittingStrength)劈拉強度劈拉試驗FdF2.2混凝土的強度第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土的強度第二章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土的強度4、復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的受力性能（強度）◆雙軸應(yīng)力狀態(tài)

BiaxialStressState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。第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土的強度5、復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的受力性能◆雙軸應(yīng)力狀態(tài)

BiaxialStressState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。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1.27fc。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。第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土的強度在一軸受壓一軸受拉狀態(tài)下(第二、四象限)，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。5、復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的受力性能◆雙軸應(yīng)力狀態(tài)

BiaxialStressState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。第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土的強度5、復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的受力性能◆雙軸應(yīng)力狀態(tài)

BiaxialStressState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。在雙軸受拉狀態(tài)下（第一象限），則不論應(yīng)力比多大，抗拉強度均與單軸抗拉強度接近。第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土的強度◆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。/fc/fc第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土的強度◆三軸應(yīng)力狀態(tài)

TriaxialStressState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)。一般采用圓柱體在等側(cè)壓條件下的試驗測定抗壓強度。第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土的強度◆三軸應(yīng)力狀態(tài)

TriaxialStressState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)。一般采用圓柱體在等側(cè)壓條件下的試驗測定抗壓強度?！艟植靠箟簭姸萀ocalBearingStrength第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土的強度

一次短期荷載下

受力變形長期荷載下砼變形多次重復(fù)荷載下收縮變形

體積變形

膨脹變形溫度變形二、混凝土的變形Deformation第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土的變形第二章鋼筋和混凝土的材料性能1、一次短期荷載下的變形

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，只能測得曲線的上升段。

（1）單軸單調(diào)受壓時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系2.2混凝土的基本性能

常采用棱柱體試件來測定。在試件的四側(cè)面安裝應(yīng)變儀測讀縱向壓應(yīng)變的變化。第二章鋼筋和混凝土的材料性能

采用等應(yīng)變速度加載，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，可以測得曲線的下降段。2.2混凝土的基本性能02468102030s(MPa)e×10-3第二章鋼筋和混凝土的材料性能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

(0.3~0.4)fc，對高強混凝土sA可達(0.5~0.7)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。混凝土的最終破壞就是由于這些微裂縫的發(fā)展造成的。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

e0，約為0.002。縱向應(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點應(yīng)變e=(2~3)e0，應(yīng)力s=(0.4~0.6)fc。2.2混凝土的基本性能第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土不同強度混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線強度等級越高，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。強度等級越低，峰值應(yīng)變越小，極限應(yīng)變越大，下降段越平緩——延性越好。第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土的基本性能第二章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土的變形了解混凝土的破壞機理，不僅可以解釋各種不同試驗混凝土強度的差別，還可以通過約束混凝土的橫向變形來提高混凝土的抗壓強度。如圖采用配置螺旋箍筋形成所謂“約束混凝土”，可顯著提高混凝土的抗壓強度，并且可以提高混凝土變形能力。螺旋箍筋約束混凝土第二章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土的變形由上述混凝土的破壞機理可知，微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致橫向變形的增大。對橫向變形加以約束(LateralConstraint)，就可以限制微裂縫的發(fā)展，從而可提高混凝土的抗壓強度。立方體試件受約束范圍大，而棱柱體試件中部未受約束，因此造成了不同受壓試件強度的差別和破壞形態(tài)的不同。局部受壓強度fcl比軸心抗壓強度

fc大很多，也是因為局部受壓面積以外的混凝土對局部受壓區(qū)域內(nèi)部混凝土微裂縫產(chǎn)生了較強的約束。局部受壓試件螺旋箍筋約束混凝土第二章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土的變形由螺旋箍筋約束混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線可見，當(dāng)應(yīng)力較小時，橫向變形很小，箍筋的約束作用不明顯；當(dāng)應(yīng)力超過B點的應(yīng)力時，由于混凝土的橫向變形開始顯著增大，側(cè)向膨脹使螺旋箍筋產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)力，其反作用力使混凝土的橫向變形受到約束，從而使混凝土的強度和變形能力都得到提高。第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土的變形“約束混凝土(ConfinedConcrete)”的概念在工程中許多地方都有應(yīng)用，如螺旋箍筋柱、后張法預(yù)應(yīng)力錨具下局部受壓區(qū)域配置的鋼筋網(wǎng)或螺旋筋等。而鋼管混凝土(ConcreteFilledTube)對內(nèi)部混凝土的約束效果更好，因此近年來在我國工程中得到許多應(yīng)用。約束混凝土可以提高混凝土的強度，但更值得注意的是可以提高混凝土的變形能力(DeformationCapacity)，這一點對于抗震結(jié)構(gòu)非常重要。在抗震結(jié)構(gòu)對于可能出現(xiàn)塑性鉸的區(qū)域，均要求加密箍筋配置來提高構(gòu)件的變形能力，達到壞而不倒的目的。2.2混凝土第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能（2）混凝土單軸受壓應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系模型◆Hognestad建議的應(yīng)力-應(yīng)變曲線第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能◆《規(guī)范》應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系上升段：下降段：2.2混凝土第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土（3）、混凝土受拉應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系（4）、箍筋約束混凝土受壓的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土◎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，但對變形能力有顯著改善第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土⑴箍筋與內(nèi)部混凝土的體積比；⑵箍筋的屈服強度；⑶箍筋間距與核心截面直徑或邊長的比值；⑷箍筋直徑與肢距的比值；◆影響因素第二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(yīng)力-應(yīng)變曲線2.2混凝土2、混凝土在重復(fù)荷載作用下的變形性能－疲勞第二章鋼筋和混凝土的材料性能（1）一次重復(fù)荷載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線2.2混凝土的基本性能破壞fcf321疲勞強度<fc（2）多次重復(fù)荷載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土的基本性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能（3）混凝土疲勞強度試驗▲標(biāo)準(zhǔn)試件：150×150×300或150×150×450mm

的棱柱體▲200萬次▲疲勞應(yīng)力比值是影響疲勞強度大小的關(guān)鍵因素

▲混凝土疲勞強度fcffcf=gr

fc見教材P346附表12▲疲勞破壞的特征：裂縫小而變形大第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土（4）、混凝土受拉應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系t(MPa)0

(mm)cr=0.00012試：7619305mmfc=44MPa43210.010.020.030.040.050.06標(biāo)距＝83mm重復(fù)荷載第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能3、混凝土的彈性模量

ModulusofElasticity原點切線模量InitialModulus割線模量SecantModulus切線模量TangentModulus彈性系數(shù)n

(coefficientofelasticity)

隨應(yīng)力增大而減小n

=1~0.52.2混凝土eel第二章鋼筋和混凝土的材料性能▲混凝土彈性模量的測定與計算se5次epAA=0.4fc2.2混凝土的基本性能注意：混凝土不是彈性材料▲混凝土剪變模量GcGc=0.4EcGc=Ec/(2+2νc),νc=0.2第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土4、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現(xiàn)象稱為徐變。徐變與時間有關(guān)。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，才可得到徐變變形。第二章鋼筋和混凝土的材料性能應(yīng)變與時間的關(guān)系曲線（t0

時刻加載，t時刻卸載）t0elashcrela,ela,,cr,eteeeeee瞬時恢復(fù)應(yīng)變彈性后效殘余應(yīng)變加載瞬時應(yīng)變

收縮應(yīng)變

徐變

▲特點：開始快、以后慢；半年完成大部分、一年穩(wěn)定、三年終止徐變與時間的關(guān)系第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土▲內(nèi)在因素：是混凝土的組成和配比。骨料的剛度（彈性模量）越大，體表比越大，徐變就越小;

水灰比越小，水泥用量越少，徐變也越小?！h(huán)境影響：包括養(yǎng)護和使用條件。受荷前養(yǎng)護的溫濕度越高，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，相對濕度越小，徐變就越大。影響徐變的因素第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土

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，這種徐變稱為線性徐變。產(chǎn)生線性徐變的主要原因是凝膠體的塑性流動。

當(dāng)初應(yīng)力si

在(0.5~0.8)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，這種徐變稱為非線性徐變。產(chǎn)生非線性徐變的主要原因是裂縫的出現(xiàn)與發(fā)展。▲應(yīng)力條件：是指初應(yīng)力水平si

/fc是影響徐變的非常主要的因素。

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。徐變對混凝土結(jié)構(gòu)的影響PAsPAss1c1Ps2Ass2P拆去，鋼筋受壓混凝土受拉，可能會引起混凝土開裂徐變：s，c第二章鋼筋和混凝土的材料性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土▲不利影響：徐變會使結(jié)構(gòu)（或構(gòu)件）的變形增大（如撓度）

；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?！欣绊懀?/p>

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；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)。徐變對結(jié)構(gòu)的影響第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土5、混凝土的收縮Shrinkage膨脹和溫度變形混凝土在空氣中硬化(hardening)時體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形。

AssAss收縮：鋼筋受壓，混凝土受拉As第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土

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。混凝土收縮會使預(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。第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2混凝土混凝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(2~5)×10-4

混凝土開裂應(yīng)變?yōu)?0.5~2.7)×10-4第二章工程結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2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)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。圓環(huán)試驗鋼環(huán)混凝土環(huán)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土膨脹的概念

混凝土在水中硬化時體積會增大，這種現(xiàn)象稱為混凝土的膨脹。

但混凝土的膨脹值一般較小，對結(jié)構(gòu)的影響也較小，所以經(jīng)常不予考慮。膨脹對結(jié)構(gòu)的影響第二章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)無粘結(jié)梁受荷前ss=0無粘結(jié)梁受荷后相對滑移受力性能同素混凝土梁2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)一、粘結(jié)的概念第二章材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)端部有錨固無粘結(jié)梁受荷前ss=常數(shù)端部有錨固無粘結(jié)梁受荷后第二章材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)有粘結(jié)梁受荷前sssst+dssssss+dss

dx

有粘結(jié)梁受荷后dx

通過粘結(jié)可實現(xiàn)鋼筋與混凝土之間的應(yīng)力傳遞，保證兩種材料結(jié)合在一起共同工作。第二章材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)三、兩類粘結(jié)

1、錨固粘結(jié)二、粘結(jié)的作用錨固長度：當(dāng)鋼筋應(yīng)力達到fy

時，所需的埋入長度。2、局部粘結(jié)(縫間粘結(jié))NNt裂縫間粘結(jié)應(yīng)力第二章材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)1粘結(jié)力的組成⑴混凝土中水泥膠體與鋼筋表面的化學(xué)膠結(jié)力；⑵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；⑶由于鋼筋表面凹凸不平而產(chǎn)生的機械咬合力。第二章材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)四、粘結(jié)的機理▲然后主要由摩擦力發(fā)揮作用?！?dāng)摩擦力不能阻止兩者間的相對滑動時：

對于光面鋼筋，粘結(jié)就遭到破壞；

對于帶肋鋼筋，其后主要由機械咬合力發(fā)揮作用，最后機械咬合力不能阻止兩者間的相對滑動時，粘結(jié)遭到破壞。第二章材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)▲首先膠結(jié)力發(fā)揮作用。當(dāng)鋼筋與混凝土產(chǎn)生相對滑動后，膠結(jié)作用即喪失。

光面鋼筋與混凝土的粘結(jié)強度較低，通常需在鋼筋端部增設(shè)彎鉤。第二章材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)2光面鋼筋的粘結(jié)手工彎鉤機械彎鉤（1）

肋的作用：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。（2）

肋的形式：人字紋、月牙紋和螺紋。第二章材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)3帶肋鋼筋的粘結(jié)（2）水平分力使鋼筋周圍的混凝土軸向受拉、受剪，并使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部斜向錐形裂縫。第二章材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)4帶肋鋼筋與砼間機械咬合作用的受力機理斜向擠壓力徑向分力水平分力（1）變形鋼筋受力后，其凸出的肋對混凝土產(chǎn)生斜向擠壓力。徑向分力使混凝土中產(chǎn)生環(huán)向拉力，并使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部徑向裂縫。（3）徑向裂縫發(fā)展到構(gòu)件表面，產(chǎn)生劈裂裂縫，機械咬合作用很快喪失，產(chǎn)生劈裂式粘結(jié)破壞。第二章材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)第二章材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)（4）若肋前部的混凝土在水平分力和剪力作用下被擠碎，發(fā)生沿肋外徑圓柱面的剪切破壞，即形成“刮梨式”粘結(jié)破壞。（在鋼筋周圍的橫向鋼筋較多或混凝土的保護層厚度較大時發(fā)生）。（5）

“刮梨式”粘結(jié)破壞是變形鋼筋與混凝土粘結(jié)強度的上限。五、粘結(jié)強度1拔出試驗第二章材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)（1）錨固長度拔出試驗

五、粘結(jié)強度1拔出試驗第二章材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)

鋼筋屈服時未被拔出的最小埋長稱的基本錨固長度。（1）錨固長度拔出試驗

（2）粘結(jié)強度拔出試驗

粘結(jié)強度tu

：粘結(jié)破壞（鋼筋拔出或混凝土劈裂）時的最大平均粘結(jié)應(yīng)力第二章材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)第二章材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)2影響粘結(jié)強度的主要因素

（1）混凝土強度：混凝土強度等級高、粘結(jié)強度大；且與

ft

成正比。（2）鋼筋的外形特征:變形鋼筋的粘結(jié)強度大于光面鋼筋的粘結(jié)強度。（3）

保護層厚度和鋼筋凈間距：相對保護層厚度c/d

越大，粘結(jié)強度越高。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。第二章材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)第二章材料的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)（4）

橫向配筋：限制了徑向裂縫的發(fā)展，使粘結(jié)強度得到提高。

▲

存在側(cè)壓力可提高粘結(jié)強度；

▲

受反復(fù)荷載作用的鋼筋，肋前后的混凝土均會被擠碎