混凝土結(jié)構(gòu)基本原理-第2章-混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能

1、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,2.1.1 混凝土的組成結(jié)構(gòu) 混凝土的組成 由水泥、砂、石子用水拌合硬化后形成的人工石材，是 包含固、液、氣三相物質(zhì)的多相復(fù)合材料。 混凝土的結(jié)構(gòu) 微觀結(jié)構(gòu)（水泥石結(jié)構(gòu)） 由水泥凝膠、晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成 亞微觀結(jié)構(gòu)（水泥砂漿結(jié)構(gòu)） 宏觀結(jié)構(gòu)（砂漿和粗骨料兩組份體系）,砂漿與粗骨料的界面是結(jié)合的薄弱面 澆注混凝土?xí)r的泌水作用引起沉縮 水化造成的化學(xué)收縮和干縮受到骨料約束 毛細(xì)孔、氣孔和凝膠孔 界面裂縫和孔隙形成了混凝土中的初始缺陷（微裂縫），其分布具有隨機(jī)性特點(diǎn)。 初始缺陷是混凝土受力破壞的起源 骨料、

2、晶體、未水化水泥顆粒 凝膠體、界面裂縫、孔隙 水泥膠體的硬化時(shí)間長(zhǎng) 受力情況下微裂縫的擴(kuò)展,基于組成結(jié)構(gòu)的混凝土特性,2.1.2 單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度,強(qiáng)度：結(jié)構(gòu)材料所能承受的某種極限應(yīng)力 混凝土強(qiáng)度的影響因素 內(nèi)因：水泥強(qiáng)度、骨料特性、級(jí)配、水灰比、成型方法、齡期、試件尺寸、形狀等 外因：養(yǎng)護(hù)環(huán)境、試驗(yàn)方法、受力狀態(tài)、加載速率等,立方體抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度等級(jí) 立方體抗壓強(qiáng)度 fcu (cube) （單位：N/mm2、MPa） 標(biāo)準(zhǔn)試件：邊長(zhǎng)為150mm的立方體 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件：溫度2030、相對(duì)濕度90、養(yǎng)護(hù)28天 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法：標(biāo)準(zhǔn)加載速率、試件表面不涂油 在上述條件下測(cè)得的抗壓強(qiáng)度為

3、fcu 混凝土強(qiáng)度等級(jí) CXX 按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu, k 劃分混凝土的強(qiáng)度等級(jí) 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002規(guī)定有：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80，共14個(gè)等級(jí) CXX中的XX即為fcu, k ，單位為N/mm2,混凝土的抗壓強(qiáng)度,壓力機(jī)墊板的摩擦 現(xiàn)象：壓力機(jī)墊板與混凝土試塊的彈性模量和橫向變形系數(shù)不同而產(chǎn)生“套箍作用” 原因：試件受壓產(chǎn)生縱向壓縮、橫向膨脹，受壓試件的上下表面受到墊板向內(nèi)的摩擦力，阻礙試件橫向變形，就如在試件上下端設(shè)置了一個(gè)“套箍”。破壞時(shí) 試件中部外圍砼的橫向變形受約束

4、小，首先發(fā)生剝落 影響機(jī)理：“套箍作用”約束橫向變形限制裂縫開展強(qiáng)度提高,影響立方抗壓強(qiáng)度的因素,試件尺寸減小強(qiáng)度提高,“套箍作用”對(duì)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的影響,混凝土立方體強(qiáng)度隨齡期的變化 1在潮濕環(huán)境下；2在干燥環(huán)境下,加載速度 加載速度越快，測(cè)得強(qiáng)度越高（變形發(fā)展不充分） 齡期與環(huán)境條件 齡期越長(zhǎng)、環(huán)境越潮濕，強(qiáng)度越高（混凝土強(qiáng)度隨時(shí)間的增長(zhǎng)有“先快后慢”的規(guī)律）,軸心抗壓強(qiáng)度（棱柱體抗壓強(qiáng)度）fc (compression) 標(biāo)準(zhǔn)試件：150mm 150mm 300mm的棱柱體 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法 在上述條件下測(cè)得的抗壓強(qiáng)度為 fc 軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fck 軸心抗壓強(qiáng)度的工

5、程意義 高寬比對(duì)試件的強(qiáng)度有影響 標(biāo)準(zhǔn)棱柱體試件基本消除了壓力機(jī)墊板和附加偏心影響 多數(shù)實(shí)際受壓構(gòu)件的幾何尺寸關(guān)系傾向于棱柱體,軸心抗壓強(qiáng)度,試件高寬比對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響,返回,試驗(yàn)結(jié)果 試驗(yàn)值 f 0c 和 f 0cu 的統(tǒng)計(jì)平均值大致呈線性關(guān)系 規(guī)范公式（基于強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值） 式中：a1 棱柱體與立方體抗壓強(qiáng)度之比（C50及以下 取0.76，C80取0.82，其間線性內(nèi)插） a2 高強(qiáng)混凝土的脆性折減系數(shù)（C40及以下 取1.0，C80取0.87，其間線性內(nèi)插） 0.88考慮實(shí)際構(gòu)件與試件間差異（制作、養(yǎng) 護(hù)、運(yùn)輸和受力條件等）引入的修正系數(shù),軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系,混凝土軸心抗壓

6、強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系,返回,采用國(guó)家 美國(guó)、日本、歐洲混凝土協(xié)會(huì)（CEB） 試件 D6inH12in（D152mmH305mm）的圓柱體 與 fc 的換算關(guān)系 式中：aC60以下0.79，C60取0.833，C70取0.857， C80取0.875,基于圓柱體試件的軸心抗壓強(qiáng)度 f c,試驗(yàn)方法 直拉試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn) 兩種試驗(yàn)方法結(jié)果的比較 劈拉強(qiáng)度略大于直拉強(qiáng)度； 劈拉強(qiáng)度與試件尺寸有關(guān)；直拉強(qiáng)度受試件對(duì)中、局部粘結(jié)情況等因素影響較大，不易控制。 試驗(yàn)結(jié)論 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度約為立方體抗壓強(qiáng)度的1/17 1/8，隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)，比值 ftk與 fcu, k的關(guān)系（規(guī)范公式）,混凝土軸心

7、抗拉強(qiáng)度 ft（tension）,混凝土軸心抗拉強(qiáng)度試驗(yàn),返回,2.1.3 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度,平面雙向應(yīng)力狀態(tài) 主要特征 雙向受壓應(yīng)力狀態(tài)下（第三象限） 相互約束了橫向變形受壓強(qiáng)度比單向受壓最多可提高27% 拉壓應(yīng)力狀態(tài)下（第二、四象限） 拉應(yīng)力加大了另一向的受壓橫向變形抗拉和抗壓強(qiáng)度 均分別低于單軸向拉、壓時(shí)的強(qiáng)度 雙向受拉應(yīng)力狀態(tài)下（第一象限） 相互影響不大強(qiáng)度與單軸向抗拉強(qiáng)度接近,雙向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度試驗(yàn),返回,雙向應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的破壞包絡(luò)圖,返回,主要特征 存在時(shí)，抗拉和抗壓強(qiáng)度均低于單軸向抗拉 f t 和抗壓強(qiáng)度 f c 壓應(yīng)力0.6 f c 時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的

8、增大（或軸向拉應(yīng)力的減?。┒龃?壓應(yīng)力 0.6 f c 后，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而減小 當(dāng)壓應(yīng)力或拉應(yīng)力 0時(shí)，抗剪強(qiáng)度 0.1 f c,平面剪壓（或拉）應(yīng)力狀態(tài),法向應(yīng)力和剪應(yīng)力組合的破壞曲線,返回,側(cè)向壓應(yīng)力f L約束了混凝土的橫向變形，限制了裂縫的形成和發(fā)展混凝土抗壓強(qiáng)度大大提高 當(dāng)側(cè)向壓應(yīng)力f L不很大時(shí)，f cc 的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)公式為： 當(dāng)側(cè)向壓應(yīng)力f L較低時(shí)，上式中的側(cè)向壓應(yīng)力系數(shù)值較高,三向受壓,混凝土三軸應(yīng)力試驗(yàn)裝置,返回,三軸應(yīng)力下的混凝土破壞面,混凝土三軸應(yīng)力下的拉壓子午面,返回,2.1.4 混凝土的變形,相關(guān)概念 體積變形：硬化過程中的收縮及隨溫、濕度變化產(chǎn)生的變形 受

9、力變形：一次短期加載、荷載長(zhǎng)期作用或多次重復(fù)荷載作用下的變形,混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線 試驗(yàn)方法 采用棱柱體試件，用具有伺服裝置的試驗(yàn)機(jī)（或附加彈性元 件）獲得應(yīng)力應(yīng)變曲線的下降段。,一次短期加載（單調(diào)加載）下混凝土的變形性能,混凝土棱柱體受壓應(yīng)力應(yīng)變（s-e）曲線,返回,受壓應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€的特征,上升段,混凝土棱柱體受壓應(yīng)力應(yīng)變（s-e）曲線,返回,下降段,混凝土棱柱體受壓應(yīng)力應(yīng)變（s-e）曲線,返回,不同強(qiáng)度混凝土的受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線,上升段形狀、峰值應(yīng)變的變化不大； 混凝土強(qiáng)度越高，下降段形狀越陡，延性越差。,加載速度對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響,加載速度 峰值應(yīng)力，峰值應(yīng)變，下降段陡； 加載速度

10、峰值應(yīng)力，峰值應(yīng)變，下降段平緩。,混凝土單軸受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型,E. Hognestad（美國(guó)）模型 Rsch（德國(guó)）模型,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002用于正截面承載力計(jì)算的簡(jiǎn)化模型,式中：,三向受壓狀態(tài)下混凝土的變形特點(diǎn),橫向壓應(yīng)力（約束）限制了裂縫的開展，混凝土的抗壓強(qiáng)度和延性均有顯著提高 約束效應(yīng)越強(qiáng)（橫向壓應(yīng)力越大），強(qiáng)度和延性的提高效果越明顯 約束可分為 主動(dòng)約束：如側(cè)向施加液體壓力 被動(dòng)約束：如箍筋、鋼管所提供的約束,混凝土圓柱體三向受壓時(shí)的軸向應(yīng)力應(yīng)變曲線,返回,用螺旋筋約束的混凝土圓柱體的應(yīng)力應(yīng)變曲線,返回,混凝土的變形模量,彈性材料： 混凝土： 變形模量

11、的表示方法 彈性模量Ec（原點(diǎn)模量） 應(yīng)力應(yīng)變曲線過原點(diǎn)切線的斜率： 變形模量Ec（割線模量、彈塑性模量） 應(yīng)力應(yīng)變曲線上任意一點(diǎn)割線的斜率： 切線模量Ec 應(yīng)力應(yīng)變曲線上任意一點(diǎn)切線的斜率：, 彈性模量, 變形模量,返回,混凝土變形模量的表示方法,變形模量不同表示方法之間的關(guān)系,彈性模量：反映近似彈性狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 割線模量：反映平均的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 切線模量：反映某一應(yīng)力點(diǎn)附近的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 對(duì)于給定的應(yīng)力應(yīng)變曲線，彈性模量不變，而割線模量和切線模量均隨應(yīng)力的增大而減小 進(jìn)入彈塑性階段后，有：Ec E c Ec,返回,混凝土變形模量的表示方法,從應(yīng)力應(yīng)變（s-e）曲線上測(cè)定 Ec 有困

12、難 規(guī)范方法： 棱柱體試件，應(yīng)力為 下，重復(fù)加載510次，殘余變形趨于穩(wěn)定,曲線 斜直線（平行于過原點(diǎn)的切線） 根據(jù)實(shí)測(cè)值的統(tǒng)計(jì)分析， Ec 與 fcu，k 有下述關(guān)系：,彈性模量 Ec 的測(cè)定,返回,混凝土彈性模量 Ec 的測(cè)定方法,混凝土軸向受拉時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,具有如下特征： 形狀與受壓時(shí)近似，亦可分為上升段和下降段 應(yīng)力峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變 e0t =7511510 6 下降段比受壓更陡，混凝土強(qiáng)度越高，陡峭程度越大 受拉彈性模量與受壓彈性模量基本相等，即 Et Ec,返回,混凝土軸向受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線（標(biāo)距100mm）,徐變的概念及混凝土變形的組成 徐變（又稱蠕變，creep） 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件

13、承受的荷載或應(yīng)力不變，而應(yīng)變或變形隨時(shí)間增長(zhǎng)的現(xiàn)象。 長(zhǎng)期荷載作用下混凝土變形的組成 在荷載長(zhǎng)期作用下混凝土的變形性能主要與混凝土的 徐變特性有關(guān)。 加載時(shí)，瞬時(shí)應(yīng)變 （elastic） 持荷時(shí)，徐變應(yīng)變 卸荷時(shí)，瞬時(shí)恢復(fù)應(yīng)變,荷載長(zhǎng)期作用下混凝土的變形性能,返回,混凝土徐變示意圖,產(chǎn)生徐變的原因,內(nèi)在因素：凝膠體的粘性流動(dòng)性質(zhì) 環(huán)境因素：水泥水化作用程度 應(yīng)力因素：微裂縫的不斷發(fā)展 影響徐變的因素 時(shí)間因素 荷載作用時(shí)間越長(zhǎng)，徐變?cè)酱?初期增長(zhǎng)較快，后期逐漸減慢，最后趨于穩(wěn)定 應(yīng)力大小 應(yīng)力越大，徐變?cè)酱螅粗叫?線性徐變 非收斂徐變,非線性徐變,返回,混凝土徐變示意圖,返回,壓應(yīng)力與徐變

14、的關(guān)系,返回,不同應(yīng)力/強(qiáng)度比值的徐變時(shí)間曲線,加載時(shí)的齡期,混凝土組成成分的影響 水泥用量越大，徐變?cè)酱?水灰比大，徐變大 骨料越堅(jiān)硬，徐變?cè)叫?制作、養(yǎng)護(hù)條件的影響 振搗充分，徐變??； 養(yǎng)護(hù)溫度高、濕度大，徐變小 受荷環(huán)境條件的影響 受荷環(huán)境溫度高、濕度低時(shí)，徐變大 構(gòu)件尺寸的影響 鋼筋用量的影響,返回,骨料對(duì)徐變的影響,基本概念 疲勞破壞：混凝土在荷載重復(fù)作用下引起的破壞。 疲勞破壞特征：裂縫小而變形大 混凝土疲勞抗壓強(qiáng)度總是小于單調(diào)加載下的混凝土單軸抗壓強(qiáng)度,混凝土在重復(fù)荷載作用下的變形（疲勞變形）,加載應(yīng)力小于fcf (fatigue) 一次加、卸載形成封閉的環(huán)狀。 多次加、卸載循環(huán)

15、后，加、卸載環(huán)逐漸密合，最終密合成斜直線（測(cè)定彈性模量Ec）可加卸載幾百萬次不破壞。 加載應(yīng)力大于fcf 應(yīng)力應(yīng)變曲線由凸向應(yīng)力軸逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾敝本€，最后轉(zhuǎn)變?yōu)橥瓜驊?yīng)變軸，以致加、卸載不能形成封閉環(huán)。 隨著重復(fù)荷載次數(shù)的增加，應(yīng)力應(yīng)變曲線傾角不斷減小，至荷載重復(fù)到某一定次數(shù)時(shí)，混凝土試件因嚴(yán)重開裂或變形過大而導(dǎo)致破壞。,重復(fù)荷載下的應(yīng)力應(yīng)變曲線,返回,混凝土在重復(fù)荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變曲線,疲勞抗壓強(qiáng)度的定義fcf 試驗(yàn)測(cè)定時(shí)采用100mm100mm300mm或150mm 150mm450mm的棱柱體 能使棱柱體試件承受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 疲勞強(qiáng)

16、度設(shè)計(jì)值fcf 、 ftf 的確定 fcf 、 ftf 應(yīng)由混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（ fc 、 ft ）乘以相應(yīng)的疲勞強(qiáng)度修正系數(shù)gr確定 gr的取值與疲勞應(yīng)力比值rcf 有關(guān)。gr隨rcf 的減小而降低,疲勞強(qiáng)度的確定,混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 GB50010-2010表 4.1.4,混凝土疲勞強(qiáng)度修正系數(shù) GB50010-2010 表4.1.6,返回,混凝土的收縮與膨脹 混凝土凝結(jié)硬化時(shí) 在空氣中體積收縮 有凝縮、干縮 發(fā)生規(guī)律為：先快后慢 最終的收縮值 0.00020.0005 在水中體積膨脹 通常收縮值遠(yuǎn)大于膨脹 主要的影響因素有：水泥品種、水泥用量、骨料性質(zhì)、混凝土制作方法、養(yǎng)護(hù)條件、使用環(huán)境、構(gòu)

17、件的體表比,混凝土的體積變形,返回,混凝土的收縮,混凝土的溫度線膨脹系數(shù)為1.01.5105/ 混凝土的強(qiáng)制應(yīng)力 混凝土能自由收縮和溫度變形時(shí), 不會(huì)產(chǎn)生任何強(qiáng)制應(yīng)力 只有在有約束條件下，混凝土的變形受到限制時(shí)才會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)制應(yīng)力構(gòu)件可能開裂,混凝土的溫度變形,2.2 鋼筋的物理力學(xué)性能,2.2.1 鋼筋的品種與級(jí)別 常用鋼筋的品種及分類 按化學(xué)成分 碳素鋼 根據(jù)含碳量的多少，又可分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼 含碳量越高，強(qiáng)度越高，但塑性和可焊性降低 普通低合金鋼 合金元素使得鋼材的強(qiáng)度提高、性能改善 應(yīng)嚴(yán)格控制有害成分硫（S，使鋼具有熱脆性）、磷（P使鋼具有冷脆性）,按鋼筋加工的方法可分為,熱軋鋼

18、筋（hot-rolled steel bar） 根據(jù)其力學(xué)指標(biāo)（屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fyk ）的高低，又可分為 HPB300級(jí)（級(jí)，符號(hào)1）（Hot-rolled Plain Bar） HRB335級(jí)（級(jí)，符號(hào)2）（Hot-rolled Ribbed Bar） HRB400級(jí)（ 級(jí)，符號(hào)3），RRB400級(jí)（余熱處理 級(jí)，符號(hào)3R）， HRBF500級(jí)HRBF HRB500級(jí)（IV級(jí)），HRBF500級(jí) 熱軋鋼筋可再加工（如冷軋、熱處理）成其它品種的鋼筋 鋼絲（steel wire） c. 鋼鉸線（strand） 熱處理鋼筋（heat-treated steel bar） 預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋（Scre

19、w-thread steel bars for prestressing of concrete）,冷軋帶肋鋼筋采用普通低碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼或低合金鋼熱軋盤圓為母材，經(jīng)冷軋減徑后在其表面冷軋成具有三面或兩面月牙形橫肋的鋼筋,二面肋,三面肋,冷軋帶肋鋼筋,冷軋帶肋鋼筋,冷軋扭鋼筋以熱軋級(jí)盤圓為原料，經(jīng)專用生產(chǎn)線，先冷軋扁，再冷扭轉(zhuǎn)，從而形成系列螺旋狀直條鋼筋,返回,按鋼筋的外形,柔性鋼筋（普通鋼筋） 據(jù)其外形又可分為： 光圓鋼筋（plain bar） 如級(jí)鋼筋 帶肋鋼筋（ribbed bar， ribbed reinforced bar ） 如、級(jí)鋼筋（常又稱為變形鋼筋，deformed bar）

20、 肋紋可以是：人字紋、螺紋、月牙紋、竹節(jié)紋 勁性鋼筋（各種型鋼、鋼軌、或型鋼與鋼筋焊成的骨架）,采用級(jí)鋼筋的剪力墻,級(jí)鋼筋盤圓,盤圓放開,鋼筋調(diào)直機(jī),鋼筋切斷,鋼筋切斷,返回,鋼筋切斷機(jī),變形鋼筋（直條）,返回,月牙紋鋼筋,返回,屈服臺(tái)階BC 應(yīng)力基本不變，應(yīng)變急速增長(zhǎng)。,強(qiáng)化段CD 應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)較快，應(yīng)力有一定幅度的增長(zhǎng)。極限應(yīng)力點(diǎn)D是確定極限強(qiáng)度的依據(jù)。,上升段OA 應(yīng)力和應(yīng)變成比例變化，A點(diǎn)為比例極限。,通過鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線描述 有明顯屈服點(diǎn)（流幅）的鋼筋，即軟鋼 主要是指：熱軋鋼筋（低碳鋼、低合金鋼） 應(yīng)力應(yīng)變曲線的主要特征,2.2.2 鋼筋的強(qiáng)度與變形,頸縮段DE 應(yīng)力下降，應(yīng)變?nèi)匀辉?/p>

21、長(zhǎng)，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象。,上升段AB A點(diǎn)以后 ，應(yīng)變較應(yīng)力增長(zhǎng)快。B點(diǎn)為屈服上限，其值通常不穩(wěn)定；B點(diǎn)為屈服下限，它是確定屈服強(qiáng)度的依據(jù)。,屈服強(qiáng)度 fy,鋼筋屈服后，會(huì)產(chǎn)生過大的塑性變形，構(gòu)件產(chǎn)生不適于繼續(xù)承載的過大變形或過寬的裂縫，故在鋼筋屈服強(qiáng)度的確定時(shí)不能利用鋼筋強(qiáng)化段的能力。 伸長(zhǎng)率和冷彎性能 伸長(zhǎng)率（延伸率） 鋼筋拉斷后的伸長(zhǎng)值與原長(zhǎng)的比率： 冷彎性能 將直徑為d的鋼筋按一定彎心直徑D彎曲到規(guī)定的角度,設(shè)計(jì)取用的應(yīng)力上限值，強(qiáng)度指標(biāo),鋼筋的塑性變形能力,強(qiáng)度等級(jí)的劃分,HPB235級(jí)、HRB335級(jí)、HRB400級(jí)、RRB400級(jí) 強(qiáng)度等級(jí)提高屈服強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度增長(zhǎng)，延伸率和流幅降

22、低，彈性模量變化不大,高碳鋼制成的鋼絲、鋼鉸線；熱處理鋼筋 典型的應(yīng)力應(yīng)變曲線 主要特征： 無明顯屈服點(diǎn)、塑性性能相對(duì)差。 以極限應(yīng)力點(diǎn)b為界，分成上升段 和下降段。 條件屈服點(diǎn)0.2 極限抗拉強(qiáng)度b 的 85（設(shè)計(jì)取用的應(yīng)力上限值）， 對(duì)應(yīng)的殘余應(yīng)變?yōu)?0.2,無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋，即硬鋼,冷拉 冷拉工藝 冷拉效果 只提高抗拉強(qiáng)度，不提高抗壓強(qiáng)度 溫度超過700時(shí)，冷拉鋼筋恢復(fù)到冷拉前的性能 冷拉硬化：冷拉后，鋼筋屈服強(qiáng)度提高，塑性下降的現(xiàn)象 時(shí)效強(qiáng)化：經(jīng)過一段時(shí)間后，鋼筋屈服應(yīng)力超過張拉控制應(yīng)力的現(xiàn)象,鋼筋的冷加工,冷拔工藝 以級(jí)光園鋼筋為母材，將其多次強(qiáng)力拉拔通過小于鋼筋 直徑的硬質(zhì)合金拔

23、絲模而成。 冷拔效果 鋼筋同時(shí)受到縱向拉力和軸向壓力的作用 不僅提高抗拉強(qiáng)度，還同時(shí)提高抗壓強(qiáng)度 強(qiáng)度大大提高，塑性大大降低 冷拔絲呈硬鋼性質(zhì),冷拔,雙直線模型 適用于流幅較長(zhǎng)的低強(qiáng)度鋼筋 理想的彈塑性模型,2.2.3 鋼筋應(yīng)力應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型,適用于流幅較短的軟鋼 理想的彈塑性模型加硬化,三折線模型,適用于沒有明顯流幅的高強(qiáng)鋼筋或鋼絲,雙折線模型,疲勞破壞的現(xiàn)象及原因 現(xiàn)象：在重復(fù)、周期的動(dòng)荷載作用下，突然脆性斷裂 原因：材料缺陷導(dǎo)致應(yīng)力集中，在高應(yīng)力狀態(tài)下由于晶?；飘a(chǎn)生疲勞裂紋，最終造成斷裂 鋼筋的疲勞強(qiáng)度 在某一規(guī)定應(yīng)力幅度內(nèi)，經(jīng)受200萬次循環(huán)荷載后發(fā)生 疲勞破壞的最大應(yīng)力值 疲勞

24、強(qiáng)度低于一次拉伸的強(qiáng)度,2.2.4 鋼筋的疲勞,疲勞強(qiáng)度的試驗(yàn)方法,單根原狀鋼筋軸拉試驗(yàn)（規(guī)范方法） 埋入混凝土中重復(fù)受拉或受彎試驗(yàn) 影響疲勞強(qiáng)度的因素 疲勞應(yīng)力比值 最小應(yīng)力值 鋼筋外表面幾何尺寸和形狀 鋼筋的直徑 鋼筋的強(qiáng)度 鋼筋的加工和使用的環(huán)境 加載的頻率,鋼筋的強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度） 要求強(qiáng)度相對(duì)值強(qiáng)屈比1.25，以保證鋼筋有足夠的潛 力，不致于迅速斷裂 塑性（延伸率和冷彎性能） 保證結(jié)構(gòu)/構(gòu)件的延性 可焊性 焊接后不產(chǎn)生裂紋及過大變形，其強(qiáng)度應(yīng)不低于母材 耐火性 混凝土保護(hù)層厚度根據(jù)鋼筋品種，滿足耐火等級(jí)要求 鋼筋與混凝土的粘結(jié)力 與混凝土之間必須有足夠的粘結(jié)力，保證共同工作,

25、2.2.5 混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋的要求,2.3 混凝土與鋼筋的粘結(jié),2.3.1 粘結(jié)的意義 意義 鋼筋和混凝土形成整體、共同工作的基礎(chǔ) 實(shí)質(zhì) 鋼筋與混凝土接觸面上產(chǎn)生的沿鋼筋縱向的剪應(yīng)力（粘 結(jié)應(yīng)力） 分類 裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力 鋼筋端部的錨固粘結(jié)應(yīng)力,裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力, 開裂截面混凝土退出工作，鋼筋拉應(yīng)力突增。 裂縫兩側(cè)混凝土回縮受到局部粘結(jié)應(yīng)力阻止。 裂縫間混凝土逐步恢復(fù)受拉，而鋼筋拉應(yīng)力逐步降低。 局部粘結(jié)的喪失會(huì)影響構(gòu)件的剛度降低和裂縫開展,返回,鋼筋端部的錨固粘結(jié)應(yīng)力, 在控制截面處，須充分利用鋼筋的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。 為此，鋼筋必須從控制截面向前延伸一段長(zhǎng)度，以積累足夠的粘結(jié)應(yīng)力。 與此類

26、似，鋼筋伸入支座必須有一定的錨固長(zhǎng)度，否則將發(fā)生錨固破壞。 可采取鋼筋端部加彎鉤、彎折，或在錨固區(qū)貼焊短鋼筋、貼焊角鋼的方法來提高錨固能力。,返回,光圓鋼筋與混凝土間粘結(jié)力的組成 膠結(jié)力 即鋼筋與混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用，它來源于： 水泥漿體對(duì)鋼筋表面氧化層的滲透 水化過程中水泥晶體的生長(zhǎng)和硬化 其作用一般很小 摩阻力 混凝土收縮時(shí)對(duì)鋼筋產(chǎn)生握裹力 有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生摩阻力 鋼筋表面越粗糙，摩阻力越大 機(jī)械咬合力 因鋼筋表面凹凸不平而產(chǎn)生,2.3.2 粘結(jié)力的組成（粘結(jié)機(jī)理）,變形鋼筋與光圓鋼筋粘結(jié)力的異同,粘結(jié)力的組成因素相同 光圓鋼筋的粘結(jié)力主要由膠結(jié)力和摩阻力提供 變形鋼

27、筋的粘結(jié)力主要由機(jī)械咬合力提供 變形鋼筋肋部對(duì)四周的擠壓力混凝土中產(chǎn)生徑向拉應(yīng)力劈裂型粘結(jié)破壞或剪切型粘結(jié)破壞,試驗(yàn)方法 平均粘結(jié)應(yīng)力 直接拔出試驗(yàn),2.3.3 粘結(jié)強(qiáng)度,粘結(jié)應(yīng)力和相對(duì)滑移S的關(guān)系,不同強(qiáng)度混凝土的粘結(jié)應(yīng)力和相對(duì)滑移,圖2-26 -s曲線 (a)光圓鋼筋的-s曲線；(b)帶肋鋼筋的-s曲線,粘結(jié)應(yīng)力和相對(duì)滑移S的關(guān)系,混凝土強(qiáng)度 粘結(jié)強(qiáng)度u與混凝土抗拉強(qiáng)度 ft 大致成正比 式中，k1 常數(shù) 相對(duì)保護(hù)層厚度 對(duì)變形鋼筋，若保護(hù)層較薄，容易發(fā)生沿鋼筋的劈裂破壞 限制相對(duì)保護(hù)層厚度不小于一定的限值，可對(duì)混凝土劈裂破壞的發(fā)生起到一定控制作用 相對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度與相對(duì)保護(hù)層厚度的平方根成正

28、比 式中，k2常數(shù)；c保護(hù)層厚度；d鋼筋直徑,2.3.4 影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素,鋼筋的凈距,鋼筋間凈距越小，粘結(jié)強(qiáng)度降低越多容易產(chǎn)生水平劈裂裂縫 橫向鋼筋的數(shù)量 橫向鋼筋可以限制混凝土內(nèi)部裂縫的發(fā)展，防止保護(hù)層脫落，并保證后期粘結(jié)強(qiáng)度 橫向約束應(yīng)力（壓應(yīng)力） 橫向壓應(yīng)力約束了混凝土的橫向變形，增大了摩阻力粘結(jié)強(qiáng)度提高,澆筑時(shí)鋼筋所處位置,水平鋼筋下方的混凝土可能出現(xiàn)沉淀收縮和離析泌水，氣泡溢出。則容易形成強(qiáng)度較低的疏松空隙層削弱粘結(jié)作用 鋼筋表面的形狀 變形鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度大于光圓鋼筋,保證粘結(jié)的構(gòu)造措施 目前尚無關(guān)于粘結(jié)力的計(jì)算理論 規(guī)范采用構(gòu)造措施保證混凝土與鋼筋的粘結(jié)性能 保證最小搭接長(zhǎng)度和錨固長(zhǎng)度； 滿足鋼筋最小凈距和混凝土最小保護(hù)層厚度要求； 必要部位加密箍筋（如搭接區(qū)）； 光圓鋼筋端部設(shè)置彎鉤以增強(qiáng)粘結(jié)能力； 施工措施，如分層、二次澆搗等。,2.3.5 鋼筋的錨固與搭接,基本錨固長(zhǎng)度lab,基本錨固長(zhǎng)度是：充分利用縱向受拉鋼筋（fy ）而不發(fā)生 粘結(jié)破壞所需要的最小錨固長(zhǎng)度 式中: a鋼筋的外形系數(shù) 機(jī)械錨固措施（如:設(shè)置彎鉤、貼焊鋼筋、焊錨板等）可有效提高鋼筋的錨固力，因此可減少錨固長(zhǎng)度，其折減系數(shù)為0.7。但應(yīng)同時(shí)有相應(yīng)的配箍直徑、間距及數(shù)量等構(gòu)造措施。,2 受拉鋼筋的錨固,（1）受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度 實(shí)際結(jié)構(gòu)中的受拉鋼筋錨固長(zhǎng)度還應(yīng)根據(jù)錨固條件的不同按下式計(jì)算