鋼筋混凝土一般概念及材料的主要力學(xué)性能

1、鋼筋混凝土一般概念及材料的主要力學(xué)性能,,,,,,,,,,,,,,,,P1,P2,(a),一、鋼筋混凝土的一般概念和特點(diǎn),概念： 由鋼筋和混凝土結(jié)合在一起共同工作的材料，該材料可充分利用混凝土的抗壓性能和鋼筋的抗拉性能。特點(diǎn)： ①與磚木結(jié)構(gòu)相比強(qiáng)度高； ②鋼材用量少； ③耐久性好； ④耐火性好；,⑤可模性好； ⑥整體性好； ⑦材料來(lái)源廣泛,圖1.1素混凝土和鋼筋混凝土波懷情況

2、對(duì)比,,①軟剛和硬剛鋼筋的強(qiáng)度和變形性能主要由單向拉伸測(cè)得的應(yīng)力 應(yīng)變曲線來(lái)表征。試驗(yàn)表明，鋼筋的拉伸應(yīng)力 應(yīng)變曲線可分為兩類：有明顯的流幅的鋼筋（也稱為軟鋼）見(jiàn)圖1.2，沒(méi)有明顯流幅的鋼筋（也稱為硬鋼）見(jiàn)圖1.3。,②比例極限 有明顯流幅的鋼筋應(yīng)力 應(yīng)變曲線，軸向拉伸時(shí)，在達(dá)到比例極限a點(diǎn)之前，材料處于彈性階段，軟鋼應(yīng)力與應(yīng)變的比值為常數(shù)，即為鋼筋的彈性模量Es ，a為應(yīng)力應(yīng)變成比例的極限狀態(tài)，它所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為比例極限

3、。,鋼筋的主要力學(xué)性能,,,,,,,,,,,a,b,c,d,e,③屈服極限 當(dāng)應(yīng)力達(dá)到b點(diǎn)后，材料開(kāi)始屈服，b點(diǎn)稱屈服的上限點(diǎn)，過(guò)點(diǎn)后，應(yīng)力與應(yīng)變曲線出現(xiàn)上下波動(dòng)，形成一個(gè)明顯的屈服臺(tái)階，屈服臺(tái)階的下限c點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為“屈服強(qiáng)度＂。,二、鋼筋的主要力學(xué)性能,（一）鋼筋的強(qiáng)度和變形,④極限強(qiáng)度當(dāng)鋼筋屈服塑流到一定程度，即到達(dá)點(diǎn)以后，應(yīng)力 應(yīng)變曲線又開(kāi)始上升，抗拉能力有所提高，隨著曲線上升到最高點(diǎn)d，相應(yīng)的應(yīng)力稱為鋼筋的極限強(qiáng)

4、度，cd段稱為鋼筋的強(qiáng)化階段。過(guò)了d點(diǎn)以后，鋼筋在薄弱處的斷面將顯著縮小，發(fā)生局部頸縮現(xiàn)象，變形迅速增加，應(yīng)力隨之下降，直到過(guò)點(diǎn)時(shí)試件被拉斷 。,圖,鋼筋的主要力學(xué)性能,,,,0.85 σb,,σb,,0.2%,⑤條件屈服強(qiáng)度（硬剛） 高碳鋼與低碳鋼不同，見(jiàn)圖1.3，它沒(méi)有明顯的屈服臺(tái)階，塑性變形小，延伸率亦小，但極限強(qiáng)度高。通常用殘余應(yīng)變?yōu)?.2%的應(yīng)力，約0.85σb作為假想屈服點(diǎn)(或稱條件屈服點(diǎn))，用σ0.2表示， 0.

5、85σb 作為條件屈服強(qiáng)度。 σb 極限抗拉強(qiáng)度值。,圖,⑥鋼筋的伸長(zhǎng)率 除強(qiáng)度指標(biāo)外，鋼筋還應(yīng)具有一定的塑性變形能力。反映鋼筋塑性性能的基本指標(biāo)是伸長(zhǎng)率和冷彎性能。所謂伸長(zhǎng)率即鋼筋拉斷后的伸長(zhǎng)值與原長(zhǎng)的比率：,鋼筋的主要力學(xué)性能,………1-1,式中：δ 伸長(zhǎng)率（%） L-試件受力前的標(biāo)距長(zhǎng)度（有5d、10d、100d） L1-試件拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度 伸長(zhǎng)率越大

6、的鋼筋塑性越好，即拉伸前有足夠的伸長(zhǎng)，使構(gòu)件的破壞有預(yù)兆；反之構(gòu)件的破壞具有突發(fā)性而呈現(xiàn)脆性。,鋼筋的主要力學(xué)性能,⑦鋼筋的冷彎性能 為了使鋼筋在加工成型時(shí)不發(fā)生斷裂，要求鋼筋具有一定的冷彎性能。冷彎是將直徑為d的鋼筋繞某一規(guī)定直徑為D的鋼輥進(jìn)行彎曲，在達(dá)到規(guī)定的冷彎角度（1800）時(shí)鋼筋不發(fā)生裂紋、鱗落或斷裂，就表示合格。見(jiàn)表1-1,表1-1 各種鋼筋伸長(zhǎng)率及冷彎試驗(yàn)要求,δ5 _____表示試件長(zhǎng)度為5d的鋼

7、筋的伸長(zhǎng)率,鋼筋的主要力學(xué)性能,（二）鋼筋的成分、分類、級(jí)別、品種,成分： 鋼筋的主要成分為鐵、還有少量的碳、錳、硅、釩、鈦及一些有害元素如磷、硫等。剛材的強(qiáng)度隨含碳量的增加而增加，但其塑性性能及可焊性隨之降低。錳、硅、釩、鈦等少量合金元素可是鋼材的強(qiáng)度、塑性等綜合性能提高。,分類： 我國(guó)建筑工程中采用的鋼筋，按化學(xué)成分可分為碳素鋼和普通低合金鋼兩大類。 含碳量小于0.25%的碳素鋼稱為低碳鋼或軟鋼，含碳量為0.6%～1.

8、4%的碳素鋼稱為高碳鋼或硬鋼。 在碳素鋼的元素中加入少量的合金元素，就成為普通低合金鋼。如20MnSi、20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi等。,鋼筋的主要力學(xué)性能,級(jí)別及品種： 我國(guó)建筑工程中采用的鋼筋，國(guó)產(chǎn)普通鋼筋有以下4級(jí)： ①熱軋光面235級(jí)②熱軋帶肋335級(jí),③HRB400(20MnSiV、 20MnSiNb、 20MnTi):熱軋帶肋400級(jí)④RRB400(K20MnSi):余熱處理鋼筋

9、400級(jí)（用HRB335(20MnSi) 穿水熱處理而成），各級(jí)別 性能見(jiàn)圖1-4 20表示含碳量為0.2%，其余合金元素的含量在1.5%以下， k為控制的意思。,圖,鋼筋的主要力學(xué)性能,表1-2普通鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值及設(shè)計(jì)值(N/mm2),注：1.當(dāng)d大于40mm時(shí)，應(yīng)有可靠的工程經(jīng)驗(yàn)。 2. fyk鋼筋的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，具有95%以上的保證率，由屈服極限確定。 3. fy鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，fy＇鋼筋

10、的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,鋼筋的主要力學(xué)性能,,表1-3預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值及設(shè)計(jì)值(N/mm2),鋼筋的主要力學(xué)性能,表1-4鋼筋 彈性模量（×105N/mm2）,注：必要時(shí)鋼鉸線可采用實(shí)測(cè)的彈性模量,鋼筋的主要力學(xué)性能,熱處理鋼筋 上面所述為普通鋼筋，而預(yù)應(yīng)力鋼筋采用熱處理鋼筋。由40Si2Mn(d=6)、48Si2Mn(d=8.2)和45Si2Cr(d=10)等通過(guò)加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理制成的。熱處理鋼筋又稱調(diào)

11、質(zhì)鋼筋。,,鋼絲主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，有消除應(yīng)力的光面鋼絲、螺旋肋鋼絲和三面刻痕鋼絲三種。冷拔低碳鋼絲由低碳熱軋鋼筋經(jīng)冷拔制成，分為兩個(gè)級(jí)別：甲級(jí)和乙級(jí)。冷拔低碳鋼絲的延性較差，新《規(guī)范》中也未列入。若在建筑工程中采用時(shí)，應(yīng)遵守專門規(guī)程的規(guī)定。 鋼絲(直徑在5mm以內(nèi))可以是單根的，也可以編成鋼絞線或鋼絲束。,鋼筋的主要力學(xué)性能,鋼絞線是由多根高強(qiáng)鋼絲在絞絲機(jī)上絞合，再經(jīng)低溫回火制成。按其股數(shù)可分為3股和7股兩種，高強(qiáng)鋼

12、絲、鋼絞線的強(qiáng)度可達(dá)1700N／mm2以上。,鋼筋的主要力學(xué)性能,鋼筋的冷拉和冷拔,(1)冷拉 冷拉是將鋼筋拉到超過(guò)鋼筋屈服強(qiáng)度的某一應(yīng)力值，以提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度，達(dá)到節(jié)約鋼材的目的。冷拉能提高鋼筋抗拉強(qiáng)度，但不能提高抗壓強(qiáng)度。冷拉能使鋼筋伸長(zhǎng)，能節(jié)省鋼材，調(diào)直鋼筋，自動(dòng)除銹，檢查焊接質(zhì)量的作用。(2)冷拔 冷拔是將Φ6～Φ8的HPB235級(jí)鋼筋，用強(qiáng)力從直徑較小的硬質(zhì)合金拔絲模拔出使它產(chǎn)生塑性變形，拔成較細(xì)直

13、徑的鋼絲，以提高其強(qiáng)度的冷加工方法。冷拔后鋼筋的強(qiáng)度得到了較大的提高，但塑性卻有較大的降低。經(jīng)過(guò)冷拔加工的低碳鋼絲，須逐盤檢驗(yàn)，分為甲、乙兩級(jí)，甲級(jí)用作預(yù)應(yīng)力鋼筋，乙級(jí)用作非預(yù)應(yīng)力鋼筋。,鋼筋的主要力學(xué)性能,,,k,,σk,l,,εk,,k’,,d’,e’,鋼筋的主要力學(xué)性能,冷拉只能提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度，故不宜用作受壓鋼筋；而冷拔可同時(shí)提高抗拉和抗壓強(qiáng)度。 必須指出，上述冷加工鋼筋以大幅度犧牲延性來(lái)?yè)Q取強(qiáng)度的有限提高，終究不是提

14、高結(jié)構(gòu)性能的有效途徑，近年來(lái)，強(qiáng)度高、性能好的鋼筋（鋼絲、鋼絞絲）在我國(guó)已可充分供應(yīng)，故冷拉鋼筋和冷拔鋼絲不在列入新《混凝土規(guī)范》，但并不是不允許使用這些鋼筋。當(dāng)應(yīng)用這些鋼筋時(shí)，應(yīng)符合專門規(guī)程的規(guī)定。,鋼筋的主要力學(xué)性能,鋼筋的形式,,(b),(a),(c),(d),光面鋼筋 (a):HPB235 帶肋鋼筋 (b)_(d): (b)螺紋鋼筋 (c)人字紋鋼筋 (d) 月牙形鋼筋 我國(guó)

15、帶肋鋼筋的外形目前生產(chǎn)的是月牙形。HRB335—表面有阿拉伯?dāng)?shù)字“2”， HRB400—表面有阿拉伯?dāng)?shù)字“3”。,鋼筋的主要力學(xué)性能,建筑結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋的要求及選擇原則,要 求強(qiáng)度要求、塑性要求、可焊性要求、與混凝土的粘結(jié)力選擇的原則 在實(shí)際工程應(yīng)用中，基于混凝土對(duì)鋼筋性能的要求，確定的選用原則為： ①鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以HRB400級(jí)熱軋帶肋鋼筋為主導(dǎo)鋼筋； 實(shí)際工程中，普通鋼筋宜采用HRB400級(jí)和HRB335級(jí)鋼

16、筋，也可采用HPB235級(jí)及RRB400級(jí)鋼筋。 ② 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)以高強(qiáng)、低松弛鋼絲、鋼絞線為主導(dǎo)鋼筋；預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線，也可采用熱處理鋼筋。 ③各種形式的冷加工鋼筋應(yīng)整頓市場(chǎng)、加強(qiáng)管理、保證質(zhì)量、提高性能，通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)化或淘汰。購(gòu)買鋼筋應(yīng)要求廠家提供三項(xiàng)力學(xué)性能（抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率）、兩項(xiàng)化學(xué)性能（磷、硫含量）,混凝土的主要力學(xué)性能,三、 混凝土的主要力學(xué)性能（一）混凝土的強(qiáng)度

17、（1）、混凝土的立方體抗壓強(qiáng)（fcu）度及強(qiáng)度等級(jí) 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(jí)是用抗壓強(qiáng)度來(lái)劃分的混凝土強(qiáng)度等級(jí)：邊長(zhǎng)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(hù)28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（加載速度0.15~0.3N/mm2/sec，兩端不涂潤(rùn)滑劑）測(cè)得的具有95%保證率的立方體抗壓強(qiáng)度，用符號(hào)C表示，C30表示

18、fcu,k=30N/mm2 ， fcu,k混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，注意： fcu與fcu,k的區(qū)別在于是否具有95%的保證率根據(jù)《規(guī)范》強(qiáng)度范圍，從C15~C80共劃分為14個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，級(jí)差為5N/mm2。與原《規(guī)范GBJ10-89》相比，混凝土強(qiáng)度等級(jí)范圍由C60提高到C80，C50以上為高強(qiáng)混凝土。,混凝土的主要力學(xué)性能,如果采用的是100mm、200mm的非標(biāo)準(zhǔn)試件，應(yīng)乘以0.95、1.05的系數(shù)將其折算成標(biāo)準(zhǔn)試件。 規(guī)范《GB50

19、010—2..2》4.1.2規(guī)定：在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C15；當(dāng)采用HRB335級(jí)鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20；當(dāng)采用HRB400和RRB400級(jí)鋼筋以及對(duì)承受重復(fù)荷載的構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C20。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30；當(dāng)采用預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C40。,混凝土的主要力學(xué)性能,（2）混凝土軸心抗壓強(qiáng)度 實(shí)際工程中

20、，一般的受壓構(gòu)件不是立方體而是棱柱體，即構(gòu)件的高度要比截面的尺寸大。一般用h/b=3～4的棱柱體抗壓強(qiáng)度來(lái)代表混凝土單向均勻受壓時(shí)的抗壓強(qiáng)度。軸心抗壓強(qiáng)度采用棱柱體試件測(cè)定，用符號(hào)fc表示，它比較接近實(shí)際構(gòu)件中混凝土的受壓情況，我國(guó)通常取150mm×150mm×450mm的棱柱體試件，也常用100×100×300試件。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。棱柱體抗壓強(qiáng)度和立方體抗壓強(qiáng)

21、度的換算關(guān)系為：,混凝土的軸心抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度：fc=fck/γc,混凝土的主要力學(xué)性能,式中：fck——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fc——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 0.88——實(shí)驗(yàn)試件與實(shí)際結(jié)構(gòu)的差異修正系數(shù) αc1——棱柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的比值， 對(duì)C50以下取0.76，對(duì)C80取0.82，其間按

22、 線性差值計(jì)算。 αc2——C40以上混凝土脆性折減系數(shù)， C40取1.0， C80取0.87，其間按線性差值計(jì)算。 γc——混凝土材料分項(xiàng)系數(shù)，取1.4,混凝土的主要力學(xué)性能,（3）混凝土軸心抗拉強(qiáng)度 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度f(wàn)t是采用100mm×100mm×500mm的棱柱體，兩端設(shè)有螺紋鋼筋

23、(圖1-7)，在實(shí)驗(yàn)機(jī)上受拉來(lái)測(cè)定的。當(dāng)試件拉裂時(shí)測(cè)得的平均拉應(yīng)力即為混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)表明，混凝土的抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度低得多，混凝土軸心抗拉強(qiáng)度只是混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的1/17～1/8倍,而且隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高而減小。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，新規(guī)范按下式計(jì)算：,,圖：1.7,混凝土的主要力學(xué)性能,式中： ftk——混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 ft——混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 αc2——C40

24、以上混凝土脆性折減系數(shù)， C40取1.0， C80取0.87，其間按線性差值計(jì)算。 δ—— 混凝土立方體強(qiáng)度變異系數(shù) γc——混凝土材料分項(xiàng)系數(shù)，取1.4 軸心受拉試驗(yàn)由于兩端所埋設(shè)的鋼筋不易對(duì)中，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)偏差較大，目前國(guó)內(nèi)普遍采用立方體試件做劈拉試驗(yàn)來(lái)代替。,混凝土的主要力`學(xué)性能,,,圖：1-8,混凝土的主要力學(xué)

25、性能,（4）混凝土強(qiáng)度指標(biāo)混凝土強(qiáng)度也有標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值之分，混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值具有95%的保證率，若將其除以材料分項(xiàng)系數(shù)γc（γc=1.4），即得混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按下表采用。,混凝土的主要力學(xué)性能,混凝土立方體強(qiáng)度實(shí)測(cè)值、立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、軸心抗壓標(biāo)準(zhǔn)值、軸心抗拉標(biāo)準(zhǔn)值之間的關(guān)系,立方體強(qiáng)度實(shí)測(cè)值：每個(gè)立方體試件實(shí)際測(cè)得的強(qiáng)度值f 0cu立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值： 《規(guī)范》規(guī)定材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值 應(yīng)具有不小于95%的保證率

26、立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k即為混凝土強(qiáng)度等級(jí),《規(guī)范》在確定混凝土軸心抗壓強(qiáng)度和軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，假定它們的變異系數(shù)與立方體強(qiáng)度的變異系數(shù)相同，利用與立方體強(qiáng)度平均值的換算關(guān)系，便可按上式計(jì)算得到。同時(shí)，《規(guī)范》考慮到試件與實(shí)際結(jié)構(gòu)的差異以及高強(qiáng)混凝土的脆性特征，對(duì)軸心抗壓強(qiáng)度和軸心抗拉強(qiáng)度，還采用了以下兩個(gè)折減系數(shù)：⑴結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度與混凝土試件強(qiáng)度的比值，取0.88；⑵脆性折減系數(shù)，對(duì)C40取1.0，對(duì)C80取0.87，中間

27、按線性規(guī)律變化。,混凝土的主要力學(xué)性能,（二）、混凝土的變形 混凝土的變形可分為兩類：一類是受力引起的變形；另一類是收縮和溫度變化引起的變形。,（1）混凝土的受力變形 ①混凝土單向受壓時(shí)的應(yīng)力—應(yīng)變曲線,混凝土單軸受力時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系反映了混凝土受力全過(guò)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(jì)算理論的必要依據(jù)，也是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行非線性分析的基礎(chǔ)。試驗(yàn)表明混凝土完整的應(yīng)力應(yīng)變曲線包括兩部分：上升階段

28、和下降階段。,混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，常采用棱柱體試件來(lái)測(cè)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f(wàn)c時(shí)，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(huì)導(dǎo)致試件產(chǎn)生突然脆性破壞，只能測(cè)得應(yīng)力-應(yīng)變曲線的上升段。 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(cè)得應(yīng)力-應(yīng)變曲線的下降段。,混凝土的主要力學(xué)性能,圖：1-9,混凝土的主要力學(xué)性能,強(qiáng)度等級(jí)越

29、高，線彈性段越長(zhǎng)，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(shí)脆性越顯著，下降段越陡。峰值應(yīng)力fc所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?chǔ)?約為0.002左右，應(yīng)力小于0.3fc時(shí)混凝土處于彈性階段，混凝土內(nèi)部幾乎沒(méi)有裂縫，0.3～0.8 fc之間，混凝土內(nèi)部裂縫發(fā)展，但能保持穩(wěn)定，大于0.8 fc混凝土內(nèi)部裂縫發(fā)展很快，塑性變形顯著增大，體積應(yīng)變逐漸由壓縮轉(zhuǎn)為擴(kuò)張。,混凝土的主要力學(xué)性能,混凝

30、土的主要力學(xué)性能,◆《規(guī)范》應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,混凝土的主要力學(xué)性能,② 混凝土的彈性模量和變形模量◆彈性模量：通過(guò)應(yīng)力應(yīng)變曲線原點(diǎn)的切線斜率，用Ec表示，也叫原點(diǎn)模量?！糇冃文Ａ浚涸趹?yīng)力應(yīng)變曲線上取一點(diǎn)，將該點(diǎn)與原點(diǎn)相連得到的直線的斜率，用E’c來(lái)表示，也叫割線模量。,混凝土的主要力學(xué)性能,◆彈性模量測(cè)定方法,圖：1-14,混凝土的主要力學(xué)性能,表：1-6混凝土彈性模量（×10-4N/mm2）,注釋：《規(guī)范》表4.1.5 P

31、17,混凝土的主要力學(xué)性能,③混凝土的徐變,混凝土在荷載的長(zhǎng)期作用下，其變形隨時(shí)間而不斷增長(zhǎng)的現(xiàn)象稱為徐變。 徐變會(huì)使結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的（撓度）變形增大，引起預(yù)應(yīng)力損失，在長(zhǎng)期高應(yīng)力作用下，甚至?xí)?dǎo)致破壞。 不過(guò)，徐變有利于結(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（如支座不均勻沉降），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)。 與混凝土的收縮一樣，徐變與時(shí)間有關(guān)。因此，在測(cè)定混凝土的徐變時(shí)，應(yīng)同

32、批澆筑同樣尺寸不受荷的試件，在同樣環(huán)境下同時(shí)量測(cè)混凝土的收縮變形，從徐變?cè)嚰淖冃沃锌鄢龑?duì)比的收縮試件的變形，才可得到徐變變形。,混凝土的主要力學(xué)性能,在應(yīng)力（≤0.5fc）作用瞬間，首先產(chǎn)生瞬時(shí)彈性應(yīng)變，隨荷載作用時(shí)間的延續(xù)，變形不斷增長(zhǎng)，前4個(gè)月徐變?cè)鲩L(zhǎng)較快，6個(gè)月可達(dá)最終徐變的（70~80）%，以后增長(zhǎng)逐漸緩慢，2~3年后趨于穩(wěn)定。,混凝土的主要力學(xué)性能,◆影響徐變得因素內(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，

33、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)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(duì)濕度越小，徐變就越大。,混凝土的主要力學(xué)性能,應(yīng)力條件 初應(yīng)力水平si /fc和加荷時(shí)混凝土的齡期t0，它們影響徐變的非常主要的因素。當(dāng)初始應(yīng)力水平si /fc ≤ 0.5時(shí)，徐變值與初應(yīng)力基本上成正比，這種徐變稱為線性徐變。

34、 當(dāng)初應(yīng)力si 在(0.5~0.8) fc 范圍時(shí)，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。當(dāng)初應(yīng)力si >0.8fc 時(shí)，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(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度。 高強(qiáng)混凝土的密實(shí)性好，在相同的s /fc比值下，徐變比普通混凝土小得多。但由于高強(qiáng)混凝土承受較高的應(yīng)力值，初始變形較大，故兩者總變

35、形接近。此外，高強(qiáng)混凝土線性徐變的范圍可達(dá)0.65fc，長(zhǎng)期強(qiáng)度約為0.85fc，也比普通混凝土大一些。,混凝土的主要力學(xué)性能,（2）混凝土的收縮變形 混凝土在水中硬化時(shí)體積會(huì)膨脹，但其值較小，對(duì)混凝土影響不大。 混凝土在空氣中硬化時(shí)體積會(huì)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(shí)，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚

36、至引起混凝土的開(kāi)裂。混凝土收縮會(huì)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(duì)跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)（如拱結(jié)構(gòu)），收縮也會(huì)引起不利的內(nèi)力。,混凝土的主要力學(xué)性能,,樓板干燥收縮裂縫與邊框架的變形,,,,,,圖：1-16,混凝土的主要力學(xué)性能,混凝土的收縮是隨時(shí)間而增長(zhǎng)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(gè)月可完成50%，以后變形發(fā)展逐漸減慢，整個(gè)收縮過(guò)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~

37、5)×10-4 混凝土開(kāi)裂應(yīng)變?yōu)?0.5~2.7)×10-4,圖：1-17,混凝土的主要力學(xué)性能,◆ 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)。 水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。 骨料彈性模量高、級(jí)配好，收縮就小。

38、 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(qiáng)混凝土收縮大。 影響收縮的因素多且復(fù)雜，要精確計(jì)算尚有一定的困難。 在實(shí)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。,鋼筋與混凝土之間的粘接,一、鋼筋與混凝土之間的粘結(jié),（一）鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用 鋼筋與混凝土的粘結(jié)力，是保證鋼筋和混凝土共同工作的必要條件，其在混凝土中的粘結(jié)錨固力有以下四個(gè)方面：①鋼

39、筋和混凝土接觸面上的粘結(jié)——化學(xué)吸附力，亦稱膠結(jié)力。這來(lái)源于澆注時(shí)水泥漿體向鋼筋表面氧化層的滲透和養(yǎng)護(hù)過(guò)程中水泥晶體的生長(zhǎng)和硬化，從而使水泥膠體與鋼筋表面產(chǎn)生吸附膠著作用。這種化學(xué)吸附力只能在鋼筋和混凝土的界面處于原生狀態(tài)時(shí)才存在，—旦發(fā)生滑移，它就失去作用 ，其值很小，不起明顯作用。②鋼筋與混凝土之間的摩阻力。由于混凝土凝固時(shí)收縮．使鋼筋與混凝土接觸面上產(chǎn)生正應(yīng)力，因此，當(dāng)鋼筋和混凝土產(chǎn)生相對(duì)滑移時(shí)(或有相對(duì)滑移的趨勢(shì)時(shí))，在鋼筋和

40、混凝土的界面上將產(chǎn)生摩阻力。光面鋼筋與混凝土的粘結(jié)力主要靠摩阻力。,鋼筋與混凝土之間的粘接,③鋼筋與混凝土的咬合力。對(duì)于光面鋼筋，咬合力是指表面粗糙不平而產(chǎn)生的咬合作用；對(duì)于帶肋鋼筋，咬合力是指帶肋鋼筋肋間嵌入混凝土而形成的機(jī)械咬合作用，這是帶肋鋼筋與混凝土粘結(jié)力的主要來(lái)源。④機(jī)械錨固力彎鉤、彎折及附加錨固措施所提供的粘結(jié)錨固作用。,(a)擠壓產(chǎn)生的咬合力,(b)A-A剖面上的力,圖：1-18,鋼筋與混凝土之間的粘接,◆光面鋼筋與混凝

41、土的粘結(jié)強(qiáng)度（τμ）主要取決于膠結(jié)力和摩擦阻力。◆變形鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度（τμ）主要取決于咬合力。 τμ通過(guò)拔出試驗(yàn)按下式確定：,鋼筋與混凝土之間的粘接,（二）鋼筋的錨固與連接 (1)鋼筋的錨固為了使鋼筋和混凝土能可靠地共同工作，鋼筋在混凝土中必須有可靠的錨固。①受拉鋼筋的錨固當(dāng)計(jì)算中充分利用鋼筋的強(qiáng)度時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)中縱向受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度應(yīng)按下列公式計(jì)算：,鋼筋與混凝土之間的粘接,式中l(wèi)a ——受拉

42、鋼筋的錨固長(zhǎng)度； fy、fpy——普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值按表1-2、表1-3取用。對(duì)應(yīng)《規(guī)范》表4.2.3-1、4.2.3-2； ft——混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按表1-5采用。當(dāng)混凝土強(qiáng)度大于C40時(shí)，按C40取用。對(duì)應(yīng)《規(guī)范》表4.1.4； d ——鋼筋的公稱直徑； α——鋼筋的外形系數(shù)，按表1-7取用。 對(duì)應(yīng)《規(guī)范》表9.

43、3.1。 表1-7 鋼筋的外形系數(shù)α,鋼筋與混凝土之間的粘接,注：光面鋼筋系指HPB235級(jí)鋼筋，其末端應(yīng)做180o彎鉤，彎后平直長(zhǎng)度不應(yīng)小于3d，但作受壓鋼筋時(shí)，可不做彎鉤；帶肋鋼筋系指HRB335、HRB400級(jí)鋼筋和RRB400級(jí)鋼筋及余熱處理鋼筋。,當(dāng)符合下列條件時(shí)，錨固長(zhǎng)度應(yīng)加以修正：※對(duì)于直徑大于25mm的HPB335、HRB400和RRB400時(shí)，其錨固長(zhǎng)度應(yīng)取計(jì)算結(jié)果乘以

44、修正系數(shù)1.1 ※為了減少錨固長(zhǎng)度，可在受拉鋼筋末端采用機(jī)械錨固措施。對(duì)于HRB335、HRB400和RRB400級(jí)鋼筋，當(dāng)采用機(jī)械錨固措施時(shí)，其錨固長(zhǎng)度（包括附加錨固端頭在內(nèi)）可取按公式計(jì)算的錨固長(zhǎng)度的0.7倍。詳見(jiàn) 《規(guī)范》9.3.1和9.3.2條P114、P115,鋼筋與混凝土之間的粘接,圖：1-20 鋼筋機(jī)械錨固的形式及構(gòu)造要求,鋼筋與混凝土之間的粘接,采用機(jī)械錨固措施時(shí)，在錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)的箍筋不應(yīng)少于3個(gè)，其直徑不應(yīng)小于錨

45、固鋼筋直徑的0.25倍；間距不應(yīng)小于錨固直徑的5倍。當(dāng)錨固鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度不小于鋼筋公稱直徑的5倍時(shí)，可不配置上述箍筋。②受壓鋼筋的錨固當(dāng)計(jì)算中充分利用縱向鋼筋的受壓強(qiáng)度時(shí)，其錨固長(zhǎng)度不應(yīng)小于受拉鋼筋錨固長(zhǎng)度的0.7倍。必須注意，對(duì)于光面鋼筋（受拉或受壓），其末端均應(yīng)做180o標(biāo)準(zhǔn)彎鉤。焊接骨架、焊接網(wǎng)中的光面鋼筋可不做彎鉤。,鋼筋與混凝土之間的粘接,(2)鋼筋的連結(jié) 鋼筋的接頭可分為三種：綁扎搭接、機(jī)械連接或焊

46、接。接頭宜設(shè)在受力較小處，同一根鋼筋上宜少設(shè)接頭。 ①綁扎搭接 綁扎搭接的工作原理是通過(guò)鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度來(lái)傳遞內(nèi)力的。因此，鋼筋的綁扎接頭要有足夠的搭接長(zhǎng)度?！兑?guī)范》規(guī)定：縱向受拉鋼筋綁扎搭接接頭的搭接長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)位于同一連接區(qū)段內(nèi)(1.3ll)的搭接鋼筋面積百分率按下列公式計(jì)算，但任何情況下均不應(yīng)小于300mm。,鋼筋與混凝土之間的粘接,式中 ll ——受拉鋼筋的搭接長(zhǎng)度； la——受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度，按

47、前面公式計(jì)算。 ζ——縱向受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)，按表1-8的規(guī)定取用。 對(duì)應(yīng)《規(guī)范》公式9.4.3和表9.4.3,表1-8 縱向鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù),鋼筋與混凝土之間的粘接,◆軸心受拉及小偏心受拉桿件的縱向受力鋼筋不得采用綁扎搭接接頭。當(dāng)受拉鋼筋直徑d＞28mm及受壓鋼筋的直徑d＞32mm時(shí)，不宜采用綁扎搭接接頭。構(gòu)件中的縱向受壓鋼筋，當(dāng)采用搭接連接時(shí)，其受壓搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于規(guī)范規(guī)定的縱向受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度的0.7倍，且在任

48、何情況下不應(yīng)小于200mm。,鋼筋與混凝土之間的粘接,◆在縱向受力鋼筋搭接長(zhǎng)度范圍內(nèi)應(yīng)配置箍筋，其直徑不應(yīng)小于搭接鋼筋較大直徑的0.25倍。當(dāng)鋼筋受拉時(shí)，箍筋間距不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的5倍，且不應(yīng)大于100mm；當(dāng)鋼筋受壓時(shí)，箍筋間距不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的10倍，且不應(yīng)大于200mm。當(dāng)受壓鋼筋直徑d＞25mm時(shí)，尚應(yīng)在搭接接頭兩個(gè)端面外100mm范圍內(nèi)設(shè)置兩個(gè)箍筋。,鋼筋與混凝土之間的粘接,②機(jī)械連接或焊接 指通過(guò)連

49、接件用機(jī)械的方法把鋼筋連接在一起。機(jī)械連接接頭能產(chǎn)生較牢固的連接力，具有工藝操作簡(jiǎn)便、接頭性能可靠、連接速度快、節(jié)省鋼材和能源、施工安全等特點(diǎn)，所以應(yīng)優(yōu)先采用機(jī)械連接。但要求連接件的保護(hù)層厚度不應(yīng)小于縱向受力鋼筋最小保護(hù)層厚度，連接件的之間凈距不應(yīng)小于25mm， 當(dāng)采用焊接接頭時(shí)，上述機(jī)械連接或焊接接頭也應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)，要求用綁扎接頭，但其接頭連接區(qū)段長(zhǎng)度均取為35d（d為縱筋的較大直徑），位于同一連接區(qū)段內(nèi)的縱向受拉鋼筋接頭面積百分率