第一章材料性能公開課教案課件

第一章混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能1.2鋼筋的物理力學(xué)性能熱軋鋼筋、中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋第一章鋼筋和混凝土的材料性能常用鋼筋的形式§1.2鋼筋的物理力學(xué)性能

1.2.1鋼筋的品種和級別熱軋鋼筋的分類HPB235級、HRB335級、HRB400級、RRB400級屈服強(qiáng)度fykHPB235級：fyk=235N/mm2HRB335級：fyk=335N/mm2HRB400級、RRB400級：fyk=400N/mm21.2鋼筋的物理力學(xué)性能第一章鋼筋和混凝土的材料性能國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值即為鋼筋出廠檢驗(yàn)的廢品限值，其保證率不小于95%；HPB235級(Ⅰ級)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(Ⅱ級)和

HRB400級及RRB400級(Ⅲ級)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。延伸率δ5=25、16、14%，直徑8~40。1.2鋼筋的物理力學(xué)性能第一章鋼筋和混凝土的材料性能HPB235HRB335HRB400RRB400Q23537020MnSi49020MnSiV20MnSiNb20MSiTi570K20MnSi600鋼絲，中強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度為800~1200MPa，高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線的為1470~1860MPa；延伸率δ10=6%，δ

100=3.5~4%；鋼絲的直徑3~9mm；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9.5~15.2mm。中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線均用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。冷加工鋼筋是由熱軋鋼筋和盤條經(jīng)冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭加工后而成。冷加工的目的是為了提高鋼筋的強(qiáng)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。熱處理鋼筋是將Ⅳ級鋼筋通過加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理，使強(qiáng)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)。1.2鋼筋的物理力學(xué)性能第一章鋼筋和混凝土的材料性能鋼絲，中強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度為800~1200MPa，高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線的為1470~1860MPa；延伸率δ10=6%，δ

100=3.5~4%；鋼絲的直徑3~9mm；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9.5~15.2mm。中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線均用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。冷加工鋼筋是由熱軋鋼筋和盤條經(jīng)冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭加工后而成。冷加工的目的是為了提高鋼筋的強(qiáng)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。熱處理鋼筋是將Ⅳ級鋼筋通過加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理，使強(qiáng)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)。1.2鋼筋的物理力學(xué)性能第一章鋼筋和混凝土的材料性能se◆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，即屈服強(qiáng)度fycd為屈服臺階e為極限抗拉強(qiáng)度fu

fyfef為頸縮階段1.2鋼筋的物理力學(xué)性能第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.2.2鋼筋的強(qiáng)度與變形幾個指標(biāo)：屈服強(qiáng)度：是鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計依據(jù)，因?yàn)殇摻钋髮l(fā)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(qiáng)度。延伸率（伸長率）：鋼筋拉斷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。1.2鋼筋的物理力學(xué)性能第一章鋼筋和混凝土的材料性能lPPA

鋼筋拉伸試驗(yàn)PP1.2鋼筋的物理力學(xué)性能第一章鋼筋和混凝土的材料性能表示結(jié)構(gòu)的可靠性潛力，屈強(qiáng)比小則結(jié)構(gòu)的可靠性高，但太小鋼材利用率太低。但為了保證鋼筋的綜合強(qiáng)度性能，在檢驗(yàn)鋼筋的質(zhì)量時，仍要保證它的極限抗拉強(qiáng)度并滿足檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求，特別在抗震結(jié)構(gòu)中，由于構(gòu)件要進(jìn)入大變形工作，考慮到鋼筋可能受拉進(jìn)入強(qiáng)化階段。屈強(qiáng)比：1.2鋼筋的物理力學(xué)性能第一章鋼筋和混凝土的材料性能有明顯屈服點(diǎn)鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系一般可采用雙線型的理想彈塑性關(guān)系1Es1.2鋼筋的物理力學(xué)性能第一章鋼筋和混凝土的材料性能有明顯屈服點(diǎn)鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系一般可采用雙線型的理想彈塑性關(guān)系1Es1.2鋼筋的物理力學(xué)性能第一章鋼筋和混凝土的材料性能◆無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋a點(diǎn)：比例極限，約為0.65fua點(diǎn)前：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線彈性a點(diǎn)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(diǎn)強(qiáng)度設(shè)計指標(biāo)——條件屈服點(diǎn)殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對應(yīng)的應(yīng)力《規(guī)范》取σ0.2=0.85fu1.2鋼筋的物理力學(xué)性能第一章鋼筋和混凝土的材料性能要求鋼筋有足夠的強(qiáng)度和適宜的強(qiáng)屈比(極限強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度的比值)。例如，對抗震等級為一、二級的框架結(jié)構(gòu)，其縱向受力鋼筋的實(shí)際強(qiáng)屈比不應(yīng)小于1.25。1.2.3混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求1.2鋼筋的物理力學(xué)性能第一章鋼筋和混凝土的材料性能1）強(qiáng)度：要求鋼筋焊接后不產(chǎn)生裂縫和過大的變形，焊接接頭性能良好。要求鋼筋應(yīng)有足夠的變形能力。2）塑性：3）可焊性：要求鋼筋與混凝土之間有足夠的粘結(jié)力，以保證兩者共同工作。4）與混凝土的粘結(jié)力：第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能1.1.1混凝土的組成結(jié)構(gòu)通常把混凝土的結(jié)構(gòu)分為三種類型：A.微觀結(jié)構(gòu)：也即水泥石結(jié)構(gòu)，包括水泥凝膠體、晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成。B.亞微觀結(jié)構(gòu)：即混凝土中的水泥砂漿結(jié)構(gòu)。C.宏觀結(jié)構(gòu)：即砂漿和粗骨料兩組分體系。注意：1.骨料的分布及骨料與基相之間在界面的結(jié)合強(qiáng)度是影響混凝土強(qiáng)度的重要因素；

2.在荷載的作用下，微裂縫的擴(kuò)展對混凝土的力學(xué)性能有著極為重要的影響?！?.1混凝土的物理力學(xué)性能1.1.2單軸應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強(qiáng)度。因此抗壓強(qiáng)度是混凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標(biāo)?；炷恋膹?qiáng)度等級是用抗壓強(qiáng)度來劃分的（1）單向受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度邊長為150mm的混凝土立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下（溫度為20±3℃，濕度≥90%）養(yǎng)護(hù)28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（加載速度0.15~0.3N/mm2/s，兩端不涂潤滑劑）測得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度，用符號C表示1）立方體抗壓強(qiáng)度：《規(guī)范》根據(jù)強(qiáng)度范圍，從C15~C80共劃分為14個強(qiáng)度等級，級差為5N/mm2。第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能試塊壓板2）軸心抗壓強(qiáng)度按標(biāo)準(zhǔn)方法制作的150mm×150mm×300mm的棱柱體試件，在溫度為20土3℃和相對濕度為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。對于同一混凝土，棱柱體抗壓強(qiáng)度小于立方體抗壓強(qiáng)度?？紤]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：第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能2）軸心抗壓強(qiáng)度按標(biāo)準(zhǔn)方法制作的150mm×150mm×300mm的棱柱體試件，在溫度為20土3℃和相對濕度為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。對于同一混凝土，棱柱體抗壓強(qiáng)度小于立方體抗壓強(qiáng)度?？紤]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：第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能式中：α１為棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比，對不大于C50級的混凝土取0.76，對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C40取1.0，對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fcu。2）軸心抗壓強(qiáng)度第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能試件尺寸(尺寸效應(yīng))

試驗(yàn)方法

加載速度越快,強(qiáng)度越高

影響因素直接受壓(標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法)壓板與試件間的摩擦效應(yīng)(試塊與承壓板之間涂有油脂或填以塑料薄片)摩擦力3）軸心抗拉強(qiáng)度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。劈裂試驗(yàn)FaF拉壓壓第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的換算關(guān)系為：混凝土軸心抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能在平面應(yīng)力狀態(tài)下，當(dāng)兩方向應(yīng)力均為壓應(yīng)力時，抗壓強(qiáng)度相互提高，最大可增加27％，式中——被約束混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度；

——非約束混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度；

——側(cè)向約束壓應(yīng)力。側(cè)向壓應(yīng)力的存在還可提高混凝土的延性。（3）復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度而當(dāng)一方向?yàn)閴簯?yīng)力，另一方向?yàn)槔瓚?yīng)力時，強(qiáng)度相互降低。當(dāng)壓應(yīng)力不太高時，其存在可提高混凝土的抗剪強(qiáng)度，拉應(yīng)力的存在會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。

第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能側(cè)向壓應(yīng)力的存在可提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，關(guān)系為:在平面應(yīng)力狀態(tài)下，當(dāng)兩方向應(yīng)力均為壓應(yīng)力時，抗壓強(qiáng)度相互提高，最大可增加27％，式中——被約束混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度；

——非約束混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度；

——側(cè)向約束壓應(yīng)力。側(cè)向壓應(yīng)力的存在還可提高混凝土的延性。（3）復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度而當(dāng)一方向?yàn)閴簯?yīng)力，另一方向?yàn)槔瓚?yīng)力時，強(qiáng)度相互降低。當(dāng)壓應(yīng)力不太高時，其存在可提高混凝土的抗剪強(qiáng)度，拉應(yīng)力的存在會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。

第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能側(cè)向壓應(yīng)力的存在可提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，關(guān)系為:1.1.3復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的受力性能◆雙軸應(yīng)力狀態(tài)實(shí)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)。雙向受壓強(qiáng)度大于單向受壓強(qiáng)度，最大受壓強(qiáng)度發(fā)生在兩個壓應(yīng)力之比為0.3~0.6之間，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。第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能

1,

2(壓－壓)混凝土強(qiáng)度增加（第三象限）

1,

2(拉－壓)混凝土強(qiáng)度降低（第二、四象限）

1,

2(拉－拉)混凝土強(qiáng)度基本不變（第一象限）0雙向正應(yīng)力作用第一章鋼筋和混凝土的材料性能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(qiáng)度。并且抗壓強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度均隨另一方向拉應(yīng)力或壓應(yīng)力的增加而減小?！綦p軸應(yīng)力狀態(tài)1.1混凝土的物理力學(xué)性能實(shí)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)。1.1.3復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的受力性能構(gòu)件受剪或受扭時常遇到剪應(yīng)力τ

和正應(yīng)力σ

共同作用下的復(fù)合受力情況。隨拉應(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(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)力的增大而減小。0.100.10.21.00.80.40.60.30.40.2剪壓純剪軸壓軸拉第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能混凝土的抗剪強(qiáng)度：第一章鋼筋和混凝土的材料性能◆三軸應(yīng)力狀態(tài)三軸應(yīng)力狀態(tài)有多種組合，實(shí)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均為三向受壓狀態(tài)。三向受壓試驗(yàn)一般采用圓柱體在等側(cè)壓條件進(jìn)行。1.1混凝土的物理力學(xué)性能——被約束混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度；

——非約束混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度；

——側(cè)向約束壓應(yīng)力。側(cè)向壓應(yīng)力的存在還可提高混凝土的延性。

由試驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)公式為:式中第一章鋼筋和混凝土的材料性能◆三軸應(yīng)力狀態(tài)三軸應(yīng)力狀態(tài)有多種組合，實(shí)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均為三向受壓狀態(tài)。三向受壓試驗(yàn)一般采用圓柱體在等側(cè)壓條件進(jìn)行。1.1混凝土的物理力學(xué)性能——被約束混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度；

——非約束混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度；

——側(cè)向約束壓應(yīng)力。側(cè)向壓應(yīng)力的存在還可提高混凝土的延性。

由試驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)公式為:式中

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》4.1.2規(guī)定：鋼筋混凝土構(gòu)件不應(yīng)低于C15，當(dāng)采用HRB335級鋼筋配筋時，混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C20；當(dāng)采用HRB400、RRB級鋼筋以及重復(fù)荷載的構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度等級不得低于C20

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C30；當(dāng)采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時，混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C401、單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系混凝土單軸受力時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系反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(jī)進(jìn)行非線性分析的基礎(chǔ)?；炷羻屋S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(yàn)機(jī)上采用等應(yīng)力速度加載，達(dá)到軸心抗壓強(qiáng)度fc時，試驗(yàn)機(jī)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。第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能1.1.4混凝土的變形采用等應(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(yàn)機(jī)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。第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能02468102030s(MPa)e×10-3BACEDA點(diǎn)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(diǎn)應(yīng)力隨混凝土強(qiáng)度的提高而增加，對普通強(qiáng)度混凝土σA約為

(0.3~0.4)fc，對高強(qiáng)混凝土σA可達(dá)(0.5~0.7)fc。A點(diǎn)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(dá)到B點(diǎn)，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(diǎn)的應(yīng)力作為混凝土的長期抗壓強(qiáng)度。普通強(qiáng)度混凝土σB約為0.8fc，高強(qiáng)強(qiáng)度混凝土σ

B可達(dá)0.95fc以上達(dá)到C點(diǎn)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(diǎn)的縱向應(yīng)變值稱為峰值應(yīng)變

ε0，約為0.002?？v向應(yīng)變發(fā)展達(dá)到D點(diǎn)，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)不斷遭到破壞，裂縫連通形成斜向破壞面。E點(diǎn)的應(yīng)變ε

=(2~3)

ε0，應(yīng)力σ

=(0.4~0.6)fc。第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能不同強(qiáng)度混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線強(qiáng)度等級越高，線彈性段越長，峰值應(yīng)變也有所增大。但高強(qiáng)混凝土中，砂漿與骨料的粘結(jié)很強(qiáng)，密實(shí)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。第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能不同強(qiáng)度混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線強(qiáng)度等級越高，線彈性段越長，峰值應(yīng)變也有所增大。但高強(qiáng)混凝土中，砂漿與骨料的粘結(jié)很強(qiáng)，密實(shí)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。第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能◆Hognestad建議的應(yīng)力-應(yīng)變曲線σε0εu0.0038第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能0.002◆《規(guī)范》應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系上升段：下降段：第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能

fcu,k

——混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；σc——混凝土壓應(yīng)變?yōu)棣與時的混凝土壓應(yīng)力；fc

——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值；εo——混凝土壓應(yīng)力剛達(dá)到fc時的混凝土壓應(yīng)變，當(dāng)計算的ε0值小于0.002時，取為0.002；

n——系數(shù)，當(dāng)計算的n值大于2.0時，取為2.0。εcu

——正截面的混凝土極限壓應(yīng)變，當(dāng)處于非均勻受壓時，按前式計算，如計算的εcu值大于0.0033，取為0.0033；當(dāng)處于軸心受壓時取為εo；第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能原點(diǎn)切線Aεcαo割線切線0σεα1ασc2、混凝土的變形模量彈性模量變形模量切線模量第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能第一章鋼筋和混凝土的材料性能◆彈性模量測定方法第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能◆彈性模量測定方法第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能

混凝土的剪切模量G：——混凝土的泊松比《規(guī)范》中抗壓彈性模量Ec的測定方法由統(tǒng)計分析得經(jīng)驗(yàn)公式為：

用棱柱體標(biāo)準(zhǔn)試件，將應(yīng)力增加到σA

然后卸載至零，在0~σA

間加載5~10次，不斷消除塑性變形，直至應(yīng)力-應(yīng)變曲線逐漸穩(wěn)定成為直線，該直線斜率即為混凝土彈性彈性模量第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能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。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。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。

第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能1.1.5混凝土的收縮和徐變1、混凝土的收縮◆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(hù)條件等許多因素有關(guān)。（1）水泥品種：水泥強(qiáng)度等級越高，制成的混凝土收縮越大（2）水泥用量：水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。（3）骨料性質(zhì)：骨料彈性模量高、級配好，收縮就小。（4）養(yǎng)護(hù)條件：干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大。（5）混凝土制作方法：混凝土越密實(shí)，收縮越小。（6）使用環(huán)境：使用環(huán)境溫度、濕度越大，收縮越小。（7）構(gòu)件的體積與表面積比值：比值大時，收縮小。第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能2、混凝土的徐變

第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能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。徐變對混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的工作性能有很大影響。由于混凝土的徐變，會使構(gòu)件的變形增加，在鋼筋混凝土截面中引起應(yīng)力重分布，在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中會造成預(yù)應(yīng)力的損失。

混凝土的徐變特性主要與時間參數(shù)有關(guān)。在應(yīng)力（≤0.5fc）作用瞬間，首先產(chǎn)生瞬時彈性應(yīng)變εce=σi/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(dá)最終徐變的（70~80）%，以后增長逐漸緩慢，2~3年后趨于穩(wěn)定。第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能在應(yīng)力（≤0.5fc）作用瞬間，首先產(chǎn)生瞬時彈性應(yīng)變εce=σi/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(dá)最終徐變的（70~80）%，以后增長逐漸緩慢，2~3年后趨于穩(wěn)定。第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能記(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)-ec(t0)-esh(t,t0)=ec(t,t0)-ece-esh(t,t0)第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能0515202510300.51.01.52.0壓應(yīng)變*10-3時間（月）加荷瞬時應(yīng)變徐變應(yīng)變最終徐變時瞬時應(yīng)變徐變系數(shù)表示徐變的大小如在時間t卸載，則會產(chǎn)生瞬時彈性恢復(fù)應(yīng)變εce'。由于混凝土彈性模量隨時間增大，故彈性恢復(fù)應(yīng)變εce'小于加載時的瞬時彈性應(yīng)變

εce。再經(jīng)過一段時間后，還有一部分應(yīng)變εce''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εcr'第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能0515202510300.51.01.52.0壓應(yīng)變*10-3時間（月）加荷瞬時應(yīng)變徐變應(yīng)變卸荷后瞬時恢復(fù)應(yīng)變殘余應(yīng)變卸荷后彈性后效◆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(hù)和使用條件。受荷前養(yǎng)護(hù)(curing)的溫濕度越高，水泥水化作用越充分，徐變就越小。采用蒸汽養(yǎng)護(hù)可使徐變減少（20~35）%。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。第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能3、混凝土在荷載重復(fù)作用下的變形（疲勞變形）◆疲勞強(qiáng)度

混凝土的疲勞強(qiáng)度由疲勞試驗(yàn)測定。采用100mm×100mm×300mm或150mm×150mm×450mm的棱柱體，把棱柱體試件承受200萬次或其以上循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓應(yīng)力值稱為混凝土的疲勞抗壓強(qiáng)度?！粲绊懸蛩?/p>

施加荷載時的應(yīng)力大小是影響應(yīng)力~應(yīng)變曲線不同的發(fā)展和變化的關(guān)鍵因素，即混凝土的疲勞強(qiáng)度與重復(fù)作用時應(yīng)力變化的幅度有關(guān)。在相同的重復(fù)次數(shù)下，疲勞強(qiáng)度隨著疲勞應(yīng)力比值的增大而增大。第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能混凝土在荷載重復(fù)作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.1混凝土的物理力學(xué)性能混凝土在荷載重復(fù)作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)§1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)1.3.1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)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)力第一章鋼筋和混凝土的材料性能§1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)第一章鋼筋和混凝土的材料性能（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）。對于光圓鋼筋，這種咬合力來自于表面的粗糙不平。1.3.2粘結(jié)力的形成（１）鋼筋與混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用力（膠結(jié)力）。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)生相對滑移時，該力即消失。（２）混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生的摩阻力?！艄鈭A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：§1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)◆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1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)第一章鋼筋和混凝土的材料性能§1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.3.3粘結(jié)強(qiáng)度◆測試§1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)第一章鋼筋和混凝土的材料性能◆計算公式

——混凝土與鋼筋間的粘結(jié)強(qiáng)度；式中N——鋼筋的拉力；ｄ——鋼筋的直徑；——粘結(jié)的長度。§1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)第一章鋼筋和混凝土的材料性能◆計算公式

——混凝土與鋼筋間的粘結(jié)強(qiáng)度；式中N——鋼筋的拉力；ｄ——鋼筋的直徑；——粘結(jié)的長度。§1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)◆不同強(qiáng)度混凝土的粘結(jié)應(yīng)力和相對滑移的關(guān)系1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)第一章鋼筋和混凝土的材料性能§1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)第一章鋼筋和混凝土的材料性能1.3.4影響粘結(jié)的因素影響鋼筋與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的因素很多，主要有混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度及鋼筋凈間距、橫向配筋及側(cè)向壓應(yīng)力，以及澆筑混凝土?xí)r鋼筋的位置等。Ｂ.變形鋼筋能夠提高粘結(jié)強(qiáng)度。Ａ.光圓鋼筋及變形鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度都隨混凝土強(qiáng)度等級的提高而提高，但不與立方體強(qiáng)度成正比。Ｃ.鋼筋間的凈距對粘結(jié)強(qiáng)度也有重要影響。Ｄ.橫向鋼筋可以限制混凝土內(nèi)部裂縫的發(fā)展，提高粘結(jié)強(qiáng)度。E.在直接支撐的支座處，橫向壓應(yīng)力約束了混凝土的橫向變形，可以提高粘結(jié)強(qiáng)度。Ｆ.澆筑混凝土?xí)r鋼筋所處的位置也會影響粘結(jié)強(qiáng)度?！?.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)1.3.5鋼筋的錨固與搭接◆保證粘結(jié)的構(gòu)造措施(1)對不同等級的混凝土和鋼筋，要保證最小搭接長度和錨固長度；(2)為了保證混凝土與鋼筋之間有足夠的粘結(jié)，必須滿足鋼筋最小間距和混凝土保護(hù)層最小厚度的要求；(3)在鋼筋的搭接接頭內(nèi)應(yīng)加密箍筋；(4)為了保證足夠的粘結(jié)在鋼筋端部應(yīng)設(shè)置彎鉤；(5)對大深度混凝土構(gòu)件應(yīng)分層澆筑或二次澆搗；(6)一般除重銹鋼筋外，可不必除銹。1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)第一章鋼筋和混凝土的材料性能§1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)受拉鋼筋綁扎搭接接頭的搭接長度計算公式：式中，ζ為受拉鋼筋搭接長度修正系數(shù)，它與同一連接區(qū)內(nèi)搭接鋼筋的截面面積有關(guān)，詳見《規(guī)范》。1.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)第一章鋼筋和混凝土的材料性能◆鋼筋的搭接鋼筋搭接的