1、公司公司混凝土結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu) 主講教師：李紅娟主講教師：李紅娟河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院1第2章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能u混凝土結(jié)構(gòu)是由鋼筋和混凝土兩種性質(zhì)不同的材料組成，混凝土結(jié)構(gòu)是由鋼筋和混凝土兩種性質(zhì)不同的材料組成，它們它們共同承擔(dān)和傳遞結(jié)構(gòu)的荷載，因此共同承擔(dān)和傳遞結(jié)構(gòu)的荷載，因此，鋼筋和混凝土的，鋼筋和混凝土的物理力學(xué)性能以及共同工作的特性直接影響混凝土的結(jié)構(gòu)物理力學(xué)性能以及共同工作的特性直接影響混凝土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的性能，這些性能也是混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算理論和設(shè)計(jì)和構(gòu)件的性能，這些性能也是混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算理論和設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)方法的基礎(chǔ)u在工程中適當(dāng)?shù)倪x用材料，合理的利用材料的力學(xué)性能，在工

2、程中適當(dāng)?shù)倪x用材料，合理的利用材料的力學(xué)性能，不僅可以改善混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能，也可以取得良好的不僅可以改善混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能，也可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，了解鋼筋和混凝土這兩種材料的力學(xué)性經(jīng)濟(jì)效益。因此，了解鋼筋和混凝土這兩種材料的力學(xué)性能非常有必要。能非常有必要。2學(xué)習(xí)要點(diǎn)u1.1.了解鋼筋的種類和級(jí)別，了解鋼筋的種類和級(jí)別，u2.2.掌握鋼筋的應(yīng)力掌握鋼筋的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線及塑性性能；應(yīng)變曲線及塑性性能；u3.3.掌握混凝土的三種強(qiáng)度及影響因素；重點(diǎn)掌握混凝土一掌握混凝土的三種強(qiáng)度及影響因素；重點(diǎn)掌握混凝土一次短期加載時(shí)的應(yīng)力次短期加載時(shí)的應(yīng)力- -應(yīng)變性能，應(yīng)變性能，u4.4.

3、了解混凝土在復(fù)合應(yīng)力作用下的強(qiáng)度，混凝土的變形模了解混凝土在復(fù)合應(yīng)力作用下的強(qiáng)度，混凝土的變形模量，量，u5 5掌握混凝土的收縮和徐變掌握混凝土的收縮和徐變u6.6.掌握鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)性能掌握鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)性能河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院3第2章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能u鋼筋鋼筋u混凝土混凝土u鋼筋和混凝土的黏結(jié)鋼筋和混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度變形（應(yīng)力-應(yīng)變，縱/橫向應(yīng)變等）收縮、徐變品種分類和級(jí)別強(qiáng)度和變形混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求概念強(qiáng)度及影響因素錨固長度連接4河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.1 鋼筋鋼筋的分類u 1. 1.鋼筋的品種分類和級(jí)別鋼筋的品種分類和級(jí)別按表面形狀按表面形狀光

4、面鋼筋光面鋼筋 (a):HPB235 帶肋鋼筋帶肋鋼筋 (b)螺紋鋼筋 (c)人字紋鋼筋 (d) 月牙形鋼筋 (b)(a)(c)(d)5河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.1 鋼筋鋼筋的分類按化學(xué)成分按化學(xué)成分碳素鋼（鐵、碳、硅、錳、硫、磷等元素）含碳量 ，強(qiáng)度 ， 塑形低碳鋼（含碳量0.25%）中碳鋼（含碳量0.250.6%）高碳鋼（含碳量0.61.4%）普通低合金鋼（另加硅、錳、鈦、釩、鉻等）硅系硅釩系硅鈦系硅錳系硅鉻系6河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.1 鋼筋鋼筋的分類1.1.熱軋鋼筋熱軋鋼筋：經(jīng)過熱軋成型并自然冷卻的成品鋼筋，由低碳鋼、普通低合金鋼在高溫狀況下扎制而成按加工工藝按加工工藝預(yù)熱處理級(jí)

5、840RRB400級(jí)鋼650HRB400級(jí)鋼650HRB335級(jí)鋼820HPB235 名稱d/(mm)符號(hào)種 類7河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.1 鋼筋熱軋鋼筋熱軋鋼筋HPB235級(jí)、HRB335級(jí)、HRB400級(jí)、RRB400級(jí)HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRolledBarRRBRolledRibbedBar屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 fyk（標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值= =鋼材廢品限值，保證率鋼材廢品限值，保證率97.73%）HPB235級(jí)： fyk = 235 N/mm2HRB335級(jí)： fyk = 335 N/mm2HRB400級(jí)、RRB400級(jí)： fyk = 400 N

6、/mm28河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.1 鋼筋鋼筋的分類2.2.中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲和消除應(yīng)力鋼絲中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲和消除應(yīng)力鋼絲中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲是優(yōu)質(zhì)鋼經(jīng)過冷拔和熱處理而成。光圓鋼絲刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲光圓鋼絲螺旋肋鋼絲消除應(yīng)力鋼絲D公稱直徑 A 3股鋼絞線量測(cè)尺寸鋼絞線刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲9河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.1 鋼筋鋼筋的分類3.3.鋼絞線：鋼絞線：由多根高強(qiáng)鋼絲捻制在一起經(jīng)過低溫回火處理內(nèi)應(yīng)力后而形成，分為2股、3股和7股三種4.預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋10河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.1 鋼筋鋼筋的分類5.5.熱處理鋼筋：熱處理鋼筋：利用熱軋鋼筋的余熱進(jìn)行淬火，再中溫回火等調(diào)質(zhì)工藝

7、處理，延性、可焊性、機(jī)械連接性及施工適應(yīng)性差。6.6.冷加工鋼筋冷加工鋼筋：由熱扎鋼筋或者盤條經(jīng)冷拉、冷拔、冷軋、冷扭加工而成。提高強(qiáng)度，節(jié)約材料；塑性和伸長率降低，易脆性斷裂。OO第 一 次加 載冷 拉 經(jīng) 時(shí) 效K冷 拉 未 經(jīng) 時(shí) 效BKDDEE冷拔鋼筋冷拉鋼筋應(yīng)力應(yīng)變圖11河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.1 鋼筋鋼筋的強(qiáng)度和變形u1.1.有明顯流幅鋼筋，如熱軋鋼筋有明顯流幅鋼筋，如熱軋鋼筋1彈性階段彈性階段oa：彈性模量2屈服臺(tái)階屈服臺(tái)階ad：b，c屈服下限3強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段de：e極限強(qiáng)度4頸縮階段頸縮階段df：f拉斷設(shè)計(jì)強(qiáng)度選擇屈服強(qiáng)度：屈服強(qiáng)度后產(chǎn)生塑形變形，且卸載后不可設(shè)計(jì)強(qiáng)度選擇

8、屈服強(qiáng)度：屈服強(qiáng)度后產(chǎn)生塑形變形，且卸載后不可恢復(fù)，這會(huì)使構(gòu)件產(chǎn)生很大變形和不可閉合的裂縫，以致不可用恢復(fù)，這會(huì)使構(gòu)件產(chǎn)生很大變形和不可閉合的裂縫，以致不可用由于屈服上限不穩(wěn)定，取屈服下限為鋼材的屈服強(qiáng)度。由于屈服上限不穩(wěn)定，取屈服下限為鋼材的屈服強(qiáng)度。s se eacdefufyfb12河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.1 鋼筋u2.2.無明顯流幅鋼筋，如鋼絲、鋼絞線、精軋螺紋鋼筋無明顯流幅鋼筋，如鋼絲、鋼絞線、精軋螺紋鋼筋0.2%ses0.2b 極限抗拉強(qiáng)度a 比例極限，約為0.65 b 沒有明顯流幅（屈服臺(tái)階），達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度后很快被拉斷。設(shè)計(jì)中，條件屈服強(qiáng)度為0.2%殘余應(yīng)變對(duì)應(yīng)的應(yīng)力規(guī)范

9、中，條件屈服點(diǎn)=極限抗拉強(qiáng)度b 0.8513河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.1 鋼筋鋼筋的塑性變形能力1.1.冷彎性能冷彎性能Dd圍繞直徑：D=1d 或D=3d冷彎角度：=90或者 =180不能出現(xiàn)裂紋或者斷裂D越小， 越大，塑性性能越好14河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.1 鋼筋鋼筋的塑性變形能力2.2.伸長率：伸長率：鋼筋拉斷后的伸長與原長的比值l1ld1510100100%510100mmlllldldl 同一根鋼筋上述伸長率只反映斷口附近殘留變形大小， 不反映鋼筋總伸長率情況。10515河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.1 鋼筋鋼筋的塑性變形能力u有明顯流幅鋼筋的伸長率較大，塑性好，破壞時(shí)有明顯征有

10、明顯流幅鋼筋的伸長率較大，塑性好，破壞時(shí)有明顯征兆，加工時(shí)不易斷裂兆，加工時(shí)不易斷裂u無明顯流幅鋼筋相反無明顯流幅鋼筋相反有明顯流幅鋼筋質(zhì)量檢查指標(biāo)：屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，伸長率和冷彎性能無明顯流幅鋼筋質(zhì)量檢查指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度，伸長率和冷彎性能16河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.1 鋼筋鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度指標(biāo)的確定強(qiáng)度隨機(jī)變量強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定的具有一定保證率（不小于95%）的統(tǒng)計(jì)特征值：概率密度材料強(qiáng)度強(qiáng)度平均值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值= =強(qiáng)度平均值強(qiáng)度平均值-1.645-1.645強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差鋼材鋼材保證率保證率97.73%，平均值減去，平均值減去2倍標(biāo)準(zhǔn)

11、差倍標(biāo)準(zhǔn)差17河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.1 鋼筋鋼筋的彈性模量v彈性模量：彈性模量：反應(yīng)彈性階段鋼筋應(yīng)力與應(yīng)變之間關(guān)系的物理量同一種類的鋼筋受拉和受壓彈性模量相同。 s屈服前的鋼筋應(yīng)力 s相應(yīng)的鋼筋應(yīng)變Es種 類EsHPB235(R235)級(jí)鋼筋2.1105HRB335級(jí)鋼筋、HRB400級(jí)鋼筋、RRB400(KL400)級(jí)鋼筋、熱處理鋼筋2.0105消除應(yīng)力鋼絲（光面鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲）2.05105鋼絞線1.9510518混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求u1.1.強(qiáng)度：強(qiáng)度：屈服強(qiáng)度，極限強(qiáng)度屈服強(qiáng)度，極限強(qiáng)度強(qiáng)度越高，鋼筋用量越少u2.2.塑性：塑性：伸長率，冷彎性能伸長率，冷彎性能

12、斷裂前有足夠的變形，有明顯破壞征兆，成型加工容易u(yù)3.3.可焊性：可焊性：焊接后接頭性能良好焊接后接頭性能良好焊接后施熱區(qū)不能產(chǎn)生裂紋及過大變形u4.4.與混凝土的黏結(jié)力與混凝土的黏結(jié)力通常在鋼筋表面刻痕，或者制成各種肋紋光面變形19河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.1 鋼筋混凝土u混凝土混凝土由水泥、砂、石子用水按一定比例拌合后硬化由水泥、砂、石子用水按一定比例拌合后硬化 形成的人工石材形成的人工石材20河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土u砼的組成及特點(diǎn)砼的組成及特點(diǎn)211、組成：水泥、水、砂、石2、特點(diǎn)：1）固、液、氣三相體； 2）水化過程長，性能要很長時(shí)間才穩(wěn)定； 3）水泥石收縮可形成微裂

13、縫； 4）受制作、養(yǎng)護(hù)、使用條件影 響大。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土混凝土u強(qiáng)度變形影響因素：強(qiáng)度變形影響因素：水泥強(qiáng)度水泥強(qiáng)度 骨料性質(zhì)骨料性質(zhì)水灰比水灰比級(jí)配和配合比級(jí)配和配合比直接關(guān)系直接關(guān)系試件的形狀和尺寸試件的形狀和尺寸 實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法 加載速度加載速度 22河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土制作方法制作方法 硬化養(yǎng)護(hù)條件硬化養(yǎng)護(hù)條件 齡期齡期 混凝土強(qiáng)度u立方體抗壓強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度fcu （強(qiáng)度等級(jí)）（強(qiáng)度等級(jí)） 標(biāo)準(zhǔn)試件：標(biāo)準(zhǔn)試件： 1.標(biāo)準(zhǔn)尺寸：150mm150mm150mm 2.養(yǎng)護(hù)條件：20 3，濕度90%；28d 3.加荷方法：加荷速度，C30以下，

14、 0.30.5N/mm/s， C30以上，0.50.8N/mm/s， 墊板不涂潤滑劑。 4.強(qiáng)度保證率：95% ，f = -1.645s 混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗抗壓強(qiáng)度壓強(qiáng)度。因此抗壓強(qiáng)度是混凝土力。因此抗壓強(qiáng)度是混凝土力學(xué)性能中學(xué)性能中最主要最主要和和最基本的指標(biāo)最基本的指標(biāo)） 23河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土u實(shí)驗(yàn)方法對(duì)立方體強(qiáng)度影響實(shí)驗(yàn)方法對(duì)立方體強(qiáng)度影響混凝土強(qiáng)度壓力壓力試件試件裂裂縫發(fā)展縫發(fā)展擴(kuò)張擴(kuò)張整整個(gè)體系解體，喪失個(gè)體系解體，喪失承載力承載力另影響強(qiáng)度的因另影響強(qiáng)度的因素還有：齡期、加素還有：齡期、加載速率、試塊尺寸載速率、試塊尺寸

15、等等承壓板試塊摩擦力不涂潤滑劑涂潤滑劑強(qiáng)度大于我國規(guī)范的方法：不涂潤滑劑我國規(guī)范的方法：不涂潤滑劑24河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土未采取減摩措施采取減摩措施后25河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土混凝土強(qiáng)度v立方體越小，抗壓強(qiáng)度越高立方體越小，抗壓強(qiáng)度越高標(biāo)準(zhǔn)試塊：150150 150非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100100 100 換算系數(shù) 0.95 200200 200 換算系數(shù) 1.05立方體抗壓強(qiáng)度是區(qū)分混凝土強(qiáng)度等級(jí)的指標(biāo)，我國規(guī)范混立方體抗壓強(qiáng)度是區(qū)分混凝土強(qiáng)度等級(jí)的指標(biāo)，我國規(guī)范混凝土的強(qiáng)度等級(jí)有：凝土的強(qiáng)度等級(jí)有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C

16、55，C60，C65，C70，C75，C80高強(qiáng)度高強(qiáng)度表示混凝土Concrete立方體抗壓強(qiáng)度N/mm2或MPa26河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度 u標(biāo)準(zhǔn)試件：標(biāo)準(zhǔn)試件：150150 300u混凝土的抗壓強(qiáng)度與試件的形狀和尺寸有關(guān)，而實(shí)際工程混凝土的抗壓強(qiáng)度與試件的形狀和尺寸有關(guān)，而實(shí)際工程中的混凝土構(gòu)件高度通常比截面邊長大很多，采用棱柱體中的混凝土構(gòu)件高度通常比截面邊長大很多，采用棱柱體比立方體能更好的反映混凝土的實(shí)際抗壓能力。比立方體能更好的反映混凝土的實(shí)際抗壓能力。u隨著高寬比的增加，軸心抗壓強(qiáng)度降低：隨著高寬比的增加，軸心抗壓強(qiáng)度降低：fckfcu,kh b1.0

17、0.5012345bbh27河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度的關(guān)系28ckc1c2cu,k0.88ff 混凝土強(qiáng)度與試塊混凝土強(qiáng)度的修正系數(shù)脆性影響系數(shù) 棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比值軸心抗壓強(qiáng)度 c1 和 c2 值29河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度u砼的軸心抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度（砼的軸心抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度（1/18-1/9）u測(cè)定方法：測(cè)定方法：1直接測(cè)試法：直接測(cè)試法：直接受拉試驗(yàn) 2間接測(cè)試法：間接測(cè)試法：劈裂試驗(yàn)直接受拉試驗(yàn)直接受拉試驗(yàn)ft10010015015050030河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度u劈裂試驗(yàn)f

18、tsdlFfts2ddftsFFFF試件破壞時(shí)，在破裂面上產(chǎn)生與該面垂直且基本均勻分布的拉應(yīng)力。試件破壞時(shí)，在破裂面上產(chǎn)生與該面垂直且基本均勻分布的拉應(yīng)力。劈裂試件的大小和墊條的尺寸、剛度都對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果又一定的影響劈裂試件的大小和墊條的尺寸、剛度都對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果又一定的影響31河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度u砼軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值關(guān)系：砼軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值關(guān)系：45. 00.55kcu,2tk)645. 11 (395. 088. 0ff軸心抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的折算系數(shù) 試驗(yàn)離散性的影響系數(shù) 試驗(yàn)變異系數(shù) 1 0 01 0 05 0

19、 0 m m150mm150mm32河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土混凝土立方抗壓強(qiáng)度混凝土軸心抗壓強(qiáng)度混凝土抗拉強(qiáng)度cufcftf150 150 150150 150 300100 100 50033河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）混混 凝凝 土土 強(qiáng)強(qiáng) 度度 等等 級(jí)級(jí)強(qiáng)強(qiáng)度度種種類類符符號(hào)號(hào)C15C20C25C30C35軸軸心心抗抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度度fck10.013.416.720.123.4軸軸心心抗抗拉拉強(qiáng)強(qiáng)度度ftk1.271.541.782.012.20混混 凝凝 土土 強(qiáng)強(qiáng) 度度 等等 級(jí)級(jí)C40C45C50C55C60C65C70C75C

20、8026.829.632.435.538.541.544.547.450.22.402.512.652.742.852.933.003.053.1034河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土混凝土復(fù)雜應(yīng)力下的強(qiáng)度雙軸應(yīng)力狀態(tài)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)。更多的是處于雙向雙向或或三向三向受力狀態(tài)。如剪力和扭矩作用下的構(gòu)件、彎剪扭和壓彎剪扭構(gòu)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。件、混凝土拱壩、核電站安全殼等。 (第三象限）雙向受壓雙向受壓強(qiáng)度大于單向受壓強(qiáng)強(qiáng)度大于單向受壓強(qiáng)

21、度，最大受壓度發(fā)生在兩個(gè)壓度，最大受壓度發(fā)生在兩個(gè)壓應(yīng)力之比為應(yīng)力之比為0.3 0.6之間，約為之間，約為(1.251.60 )fc。雙軸受壓狀態(tài)。雙軸受壓狀態(tài)下混凝土的應(yīng)力下混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與單應(yīng)變關(guān)系與單軸受壓曲線相似，但峰值應(yīng)變軸受壓曲線相似，但峰值應(yīng)變均超過單軸受壓時(shí)的峰值應(yīng)變均超過單軸受壓時(shí)的峰值應(yīng)變。35河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土 在一軸受壓一軸受拉狀態(tài)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。拉應(yīng)力或

22、壓應(yīng)力的增加而減小。 在雙向受拉狀態(tài)下，任意應(yīng)在雙向受拉狀態(tài)下，任意應(yīng)力比情況下均不超過其相應(yīng)單軸力比情況下均不超過其相應(yīng)單軸強(qiáng)度。并且抗拉強(qiáng)度均隨另一方強(qiáng)度。并且抗拉強(qiáng)度均隨另一方向拉應(yīng)力的增加變化不大。向拉應(yīng)力的增加變化不大。36河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土壓-壓拉-拉混凝土復(fù)雜應(yīng)力下的強(qiáng)度構(gòu)件受剪或受扭時(shí)常遇到剪應(yīng)力構(gòu)件受剪或受扭時(shí)常遇到剪應(yīng)力t t 和正應(yīng)力和正應(yīng)力s s 共同作用下的復(fù)合受共同作用下的復(fù)合受力情況。力情況。混凝土的抗剪強(qiáng)度：隨混凝土的抗剪強(qiáng)度：隨拉拉應(yīng)力增大而減小應(yīng)力增大而減小 隨隨壓壓應(yīng)力增大而增大應(yīng)力增大而增大 當(dāng)壓應(yīng)力在當(dāng)壓應(yīng)力在0.6fc左右時(shí)，抗剪

23、強(qiáng)度達(dá)到最大，左右時(shí)，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。增大而減小。37河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土混凝土復(fù)雜應(yīng)力下的強(qiáng)度u三、三向受壓時(shí)的混凝土強(qiáng)度三、三向受壓時(shí)的混凝土強(qiáng)度有側(cè)向約束時(shí)的抗壓強(qiáng)度縱向抗壓強(qiáng)度隨側(cè)向壓力的增加而增加縱向抗壓強(qiáng)度隨側(cè)向壓力的增加而增加原因：側(cè)壓應(yīng)力限制了混凝土橫向膨脹變形，混凝土內(nèi)部原因：側(cè)壓應(yīng)力限制了混凝土橫向膨脹變形，混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展受到限制，應(yīng)力應(yīng)變都得到提高。微裂縫的發(fā)展受到限制，應(yīng)力應(yīng)變都得到提高。箍筋、密排螺旋箍、鋼管混凝土

24、箍筋、密排螺旋箍、鋼管混凝土20 . 7-5 . 4s）（cccff無側(cè)向約束時(shí)圓柱體的抗壓強(qiáng)度38河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土混凝土復(fù)雜應(yīng)力下的強(qiáng)度 由上述混凝土的破壞機(jī)理可知，微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致橫向變形的增由上述混凝土的破壞機(jī)理可知，微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致橫向變形的增大。大。對(duì)橫向變形加以約束對(duì)橫向變形加以約束，就可以限制微裂縫的發(fā)展，從而，就可以限制微裂縫的發(fā)展，從而 可提高混可提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。立方體試件受約束范圍大，而棱柱凝土的抗壓強(qiáng)度。立方體試件受約束范圍大，而棱柱 體試件中部未受體試件中部未受約束，因此造成了不同受壓試件強(qiáng)度的差別和約束，因此造成了不同受壓試件強(qiáng)度的差別和

25、破壞形態(tài)的不同。破壞形態(tài)的不同。 “約束混凝土約束混凝土”的概念在工程中許多地方都有應(yīng)用，如螺旋箍筋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。而鋼管混凝土鋼管混凝土對(duì)內(nèi)部混凝土的約束效果更好，因此近年來在我國工程中對(duì)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。得到許多應(yīng)用。 約束混凝土可以提高混凝土的強(qiáng)度，約束混凝土可以提高混凝土的強(qiáng)度，但更值得注意的是可以提高但更值得注意的是可以提高混凝土的混凝土的變形能力變形能力，這一點(diǎn)對(duì)于抗震結(jié)構(gòu)非常重要。在抗震結(jié)構(gòu)對(duì)于

26、，這一點(diǎn)對(duì)于抗震結(jié)構(gòu)非常重要。在抗震結(jié)構(gòu)對(duì)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，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(dá)到壞而不倒的目的。達(dá)到壞而不倒的目的。39河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土混凝土的變形u砼的變形砼的變形外荷載作用非荷載作用引起的體積變形一次短期加載變形一次短期加載變形荷載長期加載荷載長期加載重復(fù)荷載重復(fù)荷載收縮變形收縮變形溫度變形溫度變形40河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土（常采用棱柱體試件來測(cè)定） 混凝土單軸受力時(shí)的應(yīng)力混凝土單軸受力時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系反映了砼受力全過程的重要應(yīng)變關(guān)系反映了砼受力全過程的重要力

27、學(xué)特征，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)。必要依據(jù)。實(shí)驗(yàn)裝置41河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土一次短期加載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(duì)普通強(qiáng)度混凝土sA約為 (0.30.4)fc ，對(duì)高強(qiáng)混凝土sA可達(dá)(0.50.7)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?cè)鲩L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

28、土的橫向變形增加。但該階段微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的。混凝土在結(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(huì)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sB約為0.8fc，高強(qiáng)強(qiáng)度混凝土sB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?cè)鲩L速度明顯加快，C點(diǎn)的縱向應(yīng)變值稱為峰值應(yīng)變 e 0，約為0.002。

29、縱向應(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?cè)鲩L，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(diǎn)的應(yīng)變e = (23) e 0，應(yīng)力s = (0.40.6) fc。42河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土一次短期加載u不同強(qiáng)度等級(jí)差異不同強(qiáng)度等級(jí)差異強(qiáng)度等級(jí)越高，線彈性段越長，峰強(qiáng)度等級(jí)越高，線彈性段越長，峰值應(yīng)變也有所增大破壞時(shí)脆性越顯值應(yīng)變也有所增大破壞時(shí)脆性越顯著，下降段越陡。著，下降段越陡。不同強(qiáng)度混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線u強(qiáng)度越高強(qiáng)度越高，峰值應(yīng)變?cè)酱螅?/p>

30、極限，峰值應(yīng)變?cè)酱螅瑯O限應(yīng)變?cè)叫。陆刀卧蕉盖蛻?yīng)變?cè)叫。陆刀卧蕉盖?延延性越差性越差u強(qiáng)度越低強(qiáng)度越低，峰值應(yīng)變?cè)叫。瑯O限，峰值應(yīng)變?cè)叫。瑯O限應(yīng)變?cè)酱螅陆刀卧狡骄彂?yīng)變?cè)酱螅陆刀卧狡骄徰友有栽胶眯栽胶胾cu=0.0033-（fcu，k-50）10-5若若cu0.0033，則取，則取cu=0.003343河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土混凝土受拉 縱/橫向應(yīng)變關(guān)系圖 2-10 縱向應(yīng)變e1、橫向應(yīng)變e2及體積應(yīng)變V/V00.511.52se 10-3ABCD-3-2-1 fc縱向應(yīng)變橫向應(yīng)變體積應(yīng)變44河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土混凝土在重復(fù)荷載下的變形u疲勞破壞：混凝土在重

31、復(fù)荷載作用下引起的破壞疲勞破壞：混凝土在重復(fù)荷載作用下引起的破壞u特征：裂縫小，變形大特征：裂縫小，變形大一次加載，圖形成環(huán)狀卸載后瞬時(shí)恢復(fù)到B點(diǎn)一段時(shí)間后，恢復(fù)到B，OB殘余應(yīng)變多次加載，形狀與加載應(yīng)力大小加載應(yīng)力大小有關(guān)1 ，曲線越來越閉合，最終趨近于直線3 ，曲線先變直線，后凸凹形狀改變，不能 形成閉環(huán)，試件最終趨近破壞。45河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土混凝土的變形模量u原點(diǎn)切線模量（彈性模量）：拉壓相同原點(diǎn)切線模量（彈性模量）：拉壓相同u割線模量（彈塑性模量）割線模量（彈塑性模量）u切線模量切線模量ecctgEes/0ccctgEes/1cccecEEEee彈性系數(shù)受壓時(shí)，0

32、.51.0；受拉破壞時(shí)，為1.0cccddtgEes 46河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土混凝土的變形模量u彈性模量與立方體強(qiáng)度的關(guān)系彈性模量與立方體強(qiáng)度的關(guān)系cu5c7 .342 . 210tanfE重復(fù)重復(fù)510次，趨近于直次，趨近于直線，取直線斜率為彈性線，取直線斜率為彈性模量模量se0.5fc510 次47河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土混凝土的收縮 1、混凝土的收縮、混凝土的收縮 Shrinkage 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。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。收縮是混

33、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)，約束時(shí)，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土的開裂。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(huì)使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。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。 某些某些對(duì)跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)對(duì)跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)（如拱結(jié)構(gòu)），收縮（如拱結(jié)構(gòu)），收縮也會(huì)引起不利的內(nèi)力。也會(huì)引起不利的內(nèi)力。48河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土圖a) 鋼筋混凝土構(gòu)件的收縮裂縫圖b) 墻板干燥收縮裂縫與邊框架的變形49河南理工

34、大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土 混凝土的收縮是隨時(shí)間而增長的變形，混凝土的收縮是隨時(shí)間而增長的變形，早期收縮變形發(fā)展較早期收縮變形發(fā)展較快，兩周可完成全部收縮的快，兩周可完成全部收縮的25%，一個(gè)月可完成，一個(gè)月可完成50%，以后變形，以后變形發(fā)展逐漸減慢，整個(gè)收縮過程可延續(xù)兩年以上。發(fā)展逐漸減慢，整個(gè)收縮過程可延續(xù)兩年以上。 一般情況下，最終收縮應(yīng)變值約為一般情況下，最終收縮應(yīng)變值約為(25)10-4 混凝土開裂應(yīng)變?yōu)榛炷灵_裂應(yīng)變?yōu)?0.52.7)10-414d 28dtesh(25)10-425%50%50河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土收縮產(chǎn)生的原因 凝縮：砼中水泥和水起化學(xué)作用

35、引起的體積變化（早期凝縮：砼中水泥和水起化學(xué)作用引起的體積變化（早期 完成）完成） 干縮：砼中自由水蒸發(fā)引起的體積變化砼的收縮是砼產(chǎn)干縮：砼中自由水蒸發(fā)引起的體積變化砼的收縮是砼產(chǎn) 生初始內(nèi)部裂縫的主要原因。生初始內(nèi)部裂縫的主要原因。14d 28dtesh(25)10-425%50%51河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土混凝土的收縮收縮的影響因素：收縮的影響因素： 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、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

36、關(guān)。等許多因素有關(guān)。水泥品種水泥品種強(qiáng)度高，收縮大強(qiáng)度高，收縮大 水泥用量和水膠比水泥用量和水膠比水泥多、水膠比大，收縮大水泥多、水膠比大，收縮大骨料性質(zhì)骨料性質(zhì)骨料硬，收縮小骨料硬，收縮小混凝土的澆搗和所處環(huán)境混凝土的澆搗和所處環(huán)境密實(shí)，環(huán)境濕度大，收縮小密實(shí)，環(huán)境濕度大，收縮小構(gòu)件的體積與表面積比值構(gòu)件的體積與表面積比值比值大，收縮小比值大，收縮小減少收縮的措施：減少收縮的措施：限制水泥用量；減小水灰比；加強(qiáng)振搗和養(yǎng)護(hù)限制水泥用量；減小水灰比；加強(qiáng)振搗和養(yǎng)護(hù) 構(gòu)造鋼筋數(shù)量加強(qiáng)；設(shè)置變形縫；摻膨脹劑。構(gòu)造鋼筋數(shù)量加強(qiáng)；設(shè)置變形縫；摻膨脹劑。52河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土混凝土的徐

37、變2 2、混凝土的徐變混凝土的徐變 Creep 混凝土在荷載的長期作用下，其變形隨時(shí)間而不斷增長的現(xiàn)象混凝土在荷載的長期作用下，其變形隨時(shí)間而不斷增長的現(xiàn)象稱為稱為徐變徐變。徐變主要是混凝土中水泥凝膠體的黏性流動(dòng)以及骨料界面和砂漿內(nèi)部微裂縫的發(fā)展形成的。 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，在長期高應(yīng)力作用下，甚至?xí)?dǎo)致破壞。 與混凝土的收縮一樣，徐變也與時(shí)間有關(guān)與混凝土的收縮一樣，徐變也與時(shí)間有關(guān)。因此，在測(cè)定混凝土的徐變時(shí)，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(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。53河南理工大學(xué)

38、萬方科技學(xué)院2.2 混凝土徐變與時(shí)間的關(guān)系t0elashcrela,ela,cr,eteeeeee瞬時(shí)恢復(fù)應(yīng)變彈性后效殘余應(yīng)變加載瞬時(shí)應(yīng)變 收縮應(yīng)變 徐變 ： 開始快、以后慢；半年完成大部分、一年穩(wěn)定、三年終止54河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土是混凝土的組成和配比。 骨料的剛度（彈性模量）越大，徐變就越小; 水灰比越小，水泥用量越少，徐變也越小。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。 受荷后構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高，徐變就越大。初始應(yīng)力水平：初始應(yīng)力越大，徐變?cè)酱蠹雍蓵r(shí)混凝土的齡期：齡期越長，徐變?cè)叫?5河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土 徐變

39、會(huì)使結(jié)構(gòu)（或構(gòu)件）的徐變會(huì)使結(jié)構(gòu)（或構(gòu)件）的變形增大變形增大（如撓度）（如撓度） ； 引起引起預(yù)應(yīng)力損失預(yù)應(yīng)力損失； 在長期在長期高應(yīng)力高應(yīng)力作用下，甚至作用下，甚至?xí)?dǎo)致破壞會(huì)導(dǎo)致破壞。有利于結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生有利于結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)（應(yīng)）力重分布內(nèi)（應(yīng)）力重分布，降低結(jié)構(gòu)的受力；，降低結(jié)構(gòu)的受力； 減小減小大體積混凝土大體積混凝土內(nèi)的溫度應(yīng)力；內(nèi)的溫度應(yīng)力；56河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2.2 混凝土鋼筋與混凝土的黏結(jié)1.1.粘結(jié)的作用和性質(zhì)粘結(jié)的作用和性質(zhì) 鋼筋與混凝土間的粘結(jié)是保證鋼筋和混凝土共同工作鋼筋與混凝土間的粘結(jié)是保證鋼筋和混凝土共同工作的基礎(chǔ)，粘結(jié)應(yīng)力是鋼筋和混凝土接觸面上的剪應(yīng)力，使鋼的基礎(chǔ)，粘結(jié)應(yīng)力是鋼筋和混凝土接觸面