1、河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院第二章第二章 鋼筋混凝土資料的鋼筋混凝土資料的力學性能力學性能河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院為了合理地進展混凝土構造設計，需求深化地了解混凝土和鋼筋的受力性能。對混凝土和鋼筋力學性能、相互作用和共同任務的了解，是掌握混凝土構造構件性能并對其進展分析與設計的根底。 概概 述述河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院本章重點本章重點 熟習土木工程用鋼筋的種類、級別、性能熟習土木工程用鋼筋的種類、級別、性能及其選用原那么；及其選用原那么；熟習混凝土在各種受力形狀下的強度與熟習混凝土在各種受力形狀下的強度與變形性能及其選用原那么

2、；變形性能及其選用原那么；了解鋼筋與混凝土的粘結性能。了解鋼筋與混凝土的粘結性能。河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院1.1.定義：定義： 在混凝土構造中采用的棒在混凝土構造中采用的棒狀、絲狀鋼材。狀、絲狀鋼材。一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能按化學成分按化學成分碳素鋼鐵、碳、碳素鋼鐵、碳、硅、錳、硫、磷等硅、錳、硫、磷等元素元素低碳鋼含碳量0.25%中碳鋼含碳量0.250.6%高碳鋼含碳量0.61.4%普通低合金鋼另普通低合金鋼另加硅、錳、鈦、釩、加硅、錳、鈦、釩、鉻等鉻等錳系

3、硅釩系硅鈦系硅錳系硅鉻系2. 鋼筋的成分、級別和種類鋼筋的成分、級別和種類含碳量越高，強度越高，但塑性和可焊性減低河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院鋼筋鋼筋熱軋鋼筋：由低碳鋼和普通低合金鋼在高溫形狀下軋制而成熱軋鋼筋：由低碳鋼和普通低合金鋼在高溫形狀下軋制而成冷加工鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下用機械加工而成冷加工鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下用機械加工而成熱處置鋼筋：將熱處置鋼筋：將HRB400、RRB400鋼筋經過加熱、淬火、回鋼筋經過加熱、淬火、回火而成火而成按加工方法按加工方法鋼絲鋼絲碳素鋼絲：鋼筋經過多次冷拔、應力消除、矯正、回火處置而成碳素鋼絲：鋼筋經過多次冷拔、應力消除、矯正、

4、回火處置而成刻痕鋼絲：在鋼絲外表刻痕，以加強其與混凝土間的粘結力刻痕鋼絲：在鋼絲外表刻痕，以加強其與混凝土間的粘結力鋼絞線：幾根一樣直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一同鋼絞線：幾根一樣直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一同一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院冷加工鋼筋熱軋鋼筋熱軋鋼筋低合金鋼筋低合金鋼筋冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭冷加工鋼筋冷加工鋼筋提高強度塑性降低河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院光圓鋼絲光圓鋼絲 鋼絲、鋼絞線鋼絲、鋼絞線 預應力鋼筋預應力鋼筋4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm2股、股、3股、股、7股股1570MPa

5、1770MPa河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能按外表外形按外表外形光圓鋼筋光圓鋼筋變形鋼筋變形鋼筋無明顯屈服點鋼筋無明顯屈服點鋼筋“硬鋼硬鋼按力學性能按力學性能有明顯屈服點鋼筋有明顯屈服點鋼筋“軟鋼軟鋼按運用用途按運用用途普通鋼筋普通鋼筋預應力鋼筋預應力鋼筋螺旋紋螺旋紋人字紋人字紋月牙紋月牙紋河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能強度等級代號強度等級代號鋼種鋼種符號符號d/mmHPB235Q235（低碳鋼）（低碳鋼）620HRB335

6、20MnSi（低合金鋼）（低合金鋼）650HRB40020MnSiV,20MnSiNb,20MnTi（低合金鋼）（低合金鋼）650RRB400K20MnSi（低合金鋼）（低合金鋼）840表表1-1 1-1 常用熱軋鋼筋的種類、代表符號和直徑范圍常用熱軋鋼筋的種類、代表符號和直徑范圍 注：第一個字母注：第一個字母Hhotrolled表示熱軋，表示熱軋，R(Remainedheattreated)表示為余熱表示為余熱處置；第二個字母處置；第二個字母P(Plain)表示光圓，表示光圓，R(ribbed)表示帶肋；第三個字母表示帶肋；第三個字母BBar代表鋼筋；數字表示規范強度。代表鋼筋；數字表示規范

7、強度。河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院鋼廠提供的鋼筋直徑為鋼廠提供的鋼筋直徑為6mm，6.5mm，8mm，8.2mm，10mm，12mm，14mm，16mm，18mm，20mm，22mm，25mm，28mm，32mm，36mm，40mm和和50mm。其中，其中，d=8.2mm的鋼筋僅適用于有縱肋的熱處置鋼筋。設的鋼筋僅適用于有縱肋的熱處置鋼筋。設計時，應在表計時，應在表1-1的直徑范圍和上述提供的直徑內選擇鋼筋。的直徑范圍和上述提供的直徑內選擇鋼筋。當采用直徑大于當采用直徑大于40mm的鋼筋時，應有可靠的工程閱歷。的鋼筋時，應有可靠的工程閱歷。一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物

8、理力學性能河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能ABBCDE上屈服點不穩定下屈服點出現頸縮拉斷BC段為屈服平臺CD段為強化段0.2%0.2標距有明顯流幅的鋼筋無明顯流幅的鋼筋鋼筋受壓和受拉時的應力鋼筋受壓和受拉時的應力-應變曲線幾乎一樣應變曲線幾乎一樣2. 鋼筋的應力鋼筋的應力-應變曲線應變曲線河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院ABBCDE強度目的強度目的* 有明顯流幅的鋼筋：在建立鋼筋混凝土構件截面承載力計算實際時，以下屈服點對應的強度作為設計時鋼筋強度的取值 fy 。一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能兩點簡化：兩

9、點簡化：A. A. 鋼筋應力不大于屈服點時應力鋼筋應力不大于屈服點時應力- -應變關系應變關系- -直服從胡克定律，處于理想彈性階段；直服從胡克定律，處于理想彈性階段； B.不利用應力強化階段，假設鋼筋混凝土構件截不利用應力強化階段，假設鋼筋混凝土構件截面到達破壞時，鋼筋拉應力堅持為屈服點應力。鋼面到達破壞時，鋼筋拉應力堅持為屈服點應力。鋼筋的極限強度作為一種平安貯藏。筋的極限強度作為一種平安貯藏。河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院0.2%0.2強度目的強度目的* 無明顯流幅的鋼筋：剩余應變為0.2%時所對應的應力作為其強度限值，稱為條件屈服強度 ，混凝土規范取0.20.85 b

10、， b為極限抗拉強度。一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能s,usss=Essyfys,hfs,u河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能強度目的確實定強度目的確實定強度隨機變量強度規范值根據統計資料，運用數理統計方法確定的具有95以上保證率鋼筋為97.73% 的統計特征值：強度規范值fyk=強度平均值-2均方差概率密度資料強度強度平均值強度規范值鋼筋強度用規范值和設計值表示。鋼筋強度用規范值和設計值表示。鋼筋強度的設計值鋼筋強度的設計值fy等于鋼筋強度等于鋼筋強度規范值除以資料分項系數規范值除以資料分項系數s，即，即 sykyff河

11、南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院鋼筋變形目的鋼筋變形目的河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能變形目的變形目的*伸長率：鋼筋拉斷后的伸長與原長的比值伸長率：鋼筋拉斷后的伸長與原長的比值* 冷彎性能：將直徑為d的鋼筋繞直徑為D的鋼輥彎成一定的角度而不發生斷裂及起層景象 為防止在彎折加工時斷裂和運用過程中脆斷，鋼筋還應具有一定的塑性變形才干。 伸長率越大，塑性越好。伸長率用伸長率越大，塑性越好。伸長率用表示，表示，用鋼筋試樣拉斷后斷口兩側的殘留應變用鋼筋試樣拉斷后斷口兩側的殘留應變(用百分用百分率表示率表示)作伸長率，即作伸長率，

12、即 %100lll 彎芯的直徑越小，彎轉角越大，塑性越好彎芯的直徑越小，彎轉角越大，塑性越好河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院鋼筋的力學性能目的鋼筋的力學性能目的fyfu-屈服強度屈服強度-極限抗拉強度極限抗拉強度fy / fu-屈強比屈強比強度目的強度貯藏強度貯藏塑性目的延伸率延伸率冷彎性能冷彎性能一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能冷拉BKZZK剩余變形冷拉伸長率無時效經時效K點的選擇：應力控制和應變控制溫度的影響：溫度達700C時恢復到冷拉前的形狀，先焊后拉特性：只提高抗拉強

13、度，不提高抗壓強度，強度提高，塑性下降冷加工鋼筋的力學性能目的冷加工鋼筋的力學性能目的河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能冷拔經過冷拔后鋼筋強度提高，塑性降低，沒有明顯的屈服點和流幅冷拔既能提高抗拉強度又能提高抗壓強度河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院冷軋帶肋鋼筋以低碳鋼筋或低合金鋼筋為原資料，在常以低碳鋼筋或低合金鋼筋為原資料，在常溫下進展軋制而成的外表帶有縱肋和月牙溫下進展軋制而成的外表帶有縱肋和月牙紋橫肋的鋼筋。它的極限強度與冷拔低碳紋橫肋的鋼筋。它的極限強度與冷拔低碳鋼絲相近，但伸長率比冷拔低碳鋼絲有明鋼絲相近，但伸

14、長率比冷拔低碳鋼絲有明顯提高。顯提高。冷軋扭鋼筋 以熱軋光面鋼筋以熱軋光面鋼筋HPB 235HPB 235為原資料，為原資料，按規定的工藝參數，經鋼筋冷軋扭機一按規定的工藝參數，經鋼筋冷軋扭機一次加工軋扁扭曲呈延續螺旋狀。次加工軋扁扭曲呈延續螺旋狀。一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院徐變應力不變，隨時間的增長應變繼續添加松弛長度不變，隨時間的增長應力降低對構造，尤其是預應力構造，產生不利的影響一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能3.鋼筋的徐變與松弛鋼筋的徐變與松弛河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院強度要求：保證經濟

15、性。屈服強度和極限強度，抗震設計時還要強度要求：保證經濟性。屈服強度和極限強度，抗震設計時還要 求有一定的屈強比求有一定的屈強比塑性要求：保證構造延性，給人以破壞的預兆。伸長率和冷彎塑性要求：保證構造延性，給人以破壞的預兆。伸長率和冷彎要求要求可焊性：鋼筋焊接后不產生裂紋及過大的變形，保證焊接可焊性：鋼筋焊接后不產生裂紋及過大的變形，保證焊接后的接頭性能良好。后的接頭性能良好。與混凝土的粘結性：保證鋼筋和混凝土共同任務。與混凝土的粘結性：保證鋼筋和混凝土共同任務。4. 混凝土構造對鋼筋的要求混凝土構造對鋼筋的要求一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能河南理工大學土木工程學院河南理工大學土

16、木工程學院一、鋼筋的物理力學性能一、鋼筋的物理力學性能普通鋼筋宜優先采用普通鋼筋宜優先采用HRB400級和級和HRB335級鋼筋，以節省鋼筋用量。級鋼筋，以節省鋼筋用量。也可以采用也可以采用HPB235級和級和RRB400級熱軋鋼筋以及強度級別較低的冷拔、級熱軋鋼筋以及強度級別較低的冷拔、冷軋和冷軋扭鋼筋。冷軋和冷軋扭鋼筋。預應力鋼筋宜采用預應力鋼絞線、中高強鋼絲，也可以采用熱預應力鋼筋宜采用預應力鋼絞線、中高強鋼絲，也可以采用熱處置鋼筋。還可以采用冷拉鋼筋和強度級別較高的冷拔低碳鋼處置鋼筋。還可以采用冷拉鋼筋和強度級別較高的冷拔低碳鋼絲和冷軋扭鋼筋。絲和冷軋扭鋼筋。5. 鋼筋的選用原那么鋼筋

17、的選用原那么河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院混凝土的組成特點混凝土的組成特點混凝土水泥水砂石混凝土水泥水砂石混凝土是多空隙、不均勻的物體，混凝土是多空隙、不均勻的物體，內部存在許多微裂紋內部存在許多微裂紋水化過程長，性能需較長時間才干穩定水化過程長，性能需較長時間才干穩定二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院重點：混凝土的強度重點：混凝土的強度u立方體抗壓強度立方體抗壓強度u軸心抗壓強度軸心抗壓強度u軸心抗拉強度軸心抗拉強度u復合應力形狀下的強度復合應力形狀下的強度二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能河南理工

18、大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能立方體抗壓強度立方體抗壓強度fcu1 單軸受力形狀下混凝土的抗壓強度單軸受力形狀下混凝土的抗壓強度1. 混凝土的強度混凝土的強度承壓板試塊溫度：溫度：202033濕度：濕度：9090邊長為邊長為150mm150mm的的規范立方體試塊規范立方體試塊規范條件規范條件養護養護28d28d規范實驗方法規范實驗方法加載速度：加載速度：0.150.150.25MPa/s0.25MPa/s全截面受力，外表不涂光滑劑全截面受力，外表不涂光滑劑抗壓強度抗壓強度內部微裂紋的擴展內部微裂紋的擴展混凝土破壞本質：河南理工大學土木工

19、程學院河南理工大學土木工程學院二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能ffkcuf645. 1,fcu,k與平均值與平均值f和規范差和規范差 f的關系為的關系為混凝土的強度等級混凝土的強度等級:具有具有95保證率的抗壓強度規范值保證率的抗壓強度規范值(以以N/mm2計計)kcuf,14級級C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80高強混凝土高強混凝土混凝土強度等級的選用：混凝土強度等級的選用： 采用采用HRB335HRB335、HRB400/RRB400HRB400/RRB400級鋼筋時級鋼筋時, ,不得低于不得低于C20C20；接受反復荷載構

20、件的混凝土，不得低于接受反復荷載構件的混凝土，不得低于C20C20；預應力混凝土構造，不應低于預應力混凝土構造，不應低于C30C30；采用高強鋼絲作預應力鋼筋時，不宜低于采用高強鋼絲作預應力鋼筋時，不宜低于C40C40。表示混凝土Concrete立方體抗壓強度規范值河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能立方體抗壓強度的影響要素立方體抗壓強度的影響要素1 單軸受力形狀下混凝土的抗壓強度單軸受力形狀下混凝土的抗壓強度1. 混凝土的強度混凝土的強度承壓板試塊溫度：溫度：202033濕度：濕度：9090邊長為邊長為150mm150mm的的規范立

21、方體試塊規范立方體試塊規范條件規范條件養護養護28d28d規范實驗方法規范實驗方法加載速度：加載速度：0.150.150.25MPa/s0.25MPa/s全截面受力，外表不涂光滑劑全截面受力，外表不涂光滑劑抗壓強度抗壓強度河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院影響一：光滑劑摩擦力不涂光滑劑不涂光滑劑涂光滑劑涂光滑劑試塊受壓、縱向緊縮，橫試塊受壓、縱向緊縮，橫向擴張，試塊外表與墊板間的向擴張，試塊外表與墊板間的摩擦力約束了橫向擴張，限制摩擦力約束了橫向擴張，限制了微裂痕的開展，從而提高試了微裂痕的開展，從而提高試件抗壓強度。件抗壓強度。強度大于二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力

22、學性能立方體抗壓強度的影響要素立方體抗壓強度的影響要素河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院影響二：尺寸規范試塊150150 150非規范試塊100100 100 非規范試塊200200 200 1.05:1:0.95尺寸越大尺寸越大, ,內部缺陷較多內部缺陷較多; ;尺寸越大，套箍作用越不明顯。尺寸越大，套箍作用越不明顯。試塊尺寸越大，實測破壞強度越低。試塊尺寸越大，實測破壞強度越低。二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院影響三：加載速度加載速度快，內部微裂紋來不及擴展，實測強度提高二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力

23、學性能河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院棱柱體抗壓強度棱柱體抗壓強度fc承壓板試塊規范試塊：150150 300mm二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能 抗壓強度與試件外形有關，實踐構件往往是棱柱體，抗壓強度與試件外形有關，實踐構件往往是棱柱體，棱柱體抗壓強度比立方體試件能更好地反映混凝土的實踐棱柱體抗壓強度比立方體試件能更好地反映混凝土的實踐抗壓才干。抗壓才干。 中部橫向變形不受端部摩擦力的約束，代表了混凝土處中部橫向變形不受端部摩擦力的約束，代表了混凝土處于單向全截面均勻受壓的應力形狀。于單向全截面均勻受壓的應力形狀。 實驗量測到實驗量測到fcfc值比值比fcuf

24、cu值小，并且棱柱體試件值小，并且棱柱體試件高寬比高寬比( (即即h/b)h/b)越大，它的強度越小。越大，它的強度越小。真實反映混凝土的實踐任務形狀。真實反映混凝土的實踐任務形狀。擺脫端部摩擦力的影響；擺脫端部摩擦力的影響； 試件不致失穩。試件不致失穩。42bh河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院 fc fc 與與 fcu fcu 的關系：的關系： cucff2188. 0立方體抗壓強度立方體抗壓強度脆性折減系數：脆性折減系數：C40以下：以下：C80：1287. 0282. 0C8076. 050C111：立方體強度棱柱體強度思索實踐構件的任務條思索實踐構件的任務條件與試件所處

25、條件的差件與試件所處條件的差別引入的修正系數別引入的修正系數二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院混凝土軸心抗拉強度混凝土軸心抗拉強度ft2單軸受力形狀下混凝土的抗拉強度單軸受力形狀下混凝土的抗拉強度二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能 由于混凝土構件內部的不均勻性，加之安裝試件偏向的緣由，由于混凝土構件內部的不均勻性，加之安裝試件偏向的緣由，經過直接受拉實驗丈量抗拉強度是很困難的，實驗數據離散性很經過直接受拉實驗丈量抗拉強度是很困難的，實驗數據離散性很大。大。100100150150500 直接測試法 誤差大難實現河南理工

26、大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院劈裂實驗劈裂實驗ft,sdlFfst2,ddftsFFFF二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能根據彈性實際試件中間垂直截面除加力點試件中間垂直截面除加力點附近很小的范圍外，有均勻附近很小的范圍外，有均勻分布的程度拉應力。當拉應分布的程度拉應力。當拉應力到達混凝土的抗拉強度時，力到達混凝土的抗拉強度時，試件被劈成兩半。試件被劈成兩半。河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院抗拉強度ft與立方體抗壓強度fcu之間的折算關系為 二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能55. 02395. 088. 0cutff混凝土的脆性系數，當混

27、凝土的強度等級不大于混凝土的脆性系數，當混凝土的強度等級不大于C40時，時，=1.0；當混凝土的強度等級為；當混凝土的強度等級為C80時，時，=0.87；其間按線性插值；其間按線性插值；222 0.88思索構造中的混凝土強度與試塊混凝上強度之間的差別等要素的思索構造中的混凝土強度與試塊混凝上強度之間的差別等要素的修正系數。修正系數。55. 0,395. 0kcuf為軸心抗拉強度與立方體抗壓強度的折算關系為軸心抗拉強度與立方體抗壓強度的折算關系河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院雙軸應力下的強度雙軸應力下的強度3復合受力形狀下混凝土的強度復合受力形狀下混凝土的強度二、混凝土的物理力學

28、性能二、混凝土的物理力學性能雙向受拉，雙向受拉，1與與2的相互影響不大，雙向受拉強度均接近于單向的相互影響不大，雙向受拉強度均接近于單向受拉強度。受拉強度。一向受拉，另一向受壓，混凝土強度均低于單向拉伸或緊縮的強度，一向受拉，另一向受壓，混凝土強度均低于單向拉伸或緊縮的強度，即雙向異號應力使強度降低即雙向異號應力使強度降低雙向受壓，一向強度隨另一向應力的添加而添加。雙向受壓，一向強度隨另一向應力的添加而添加。河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院三向受壓時的混凝土強度三向受壓時的混凝土強度3=fcc3=fcc1= 2= fLfL-側向約束壓應力加液壓圓柱體實驗Lcccfff4有側向約

29、束時的抗壓強度無側向約束時圓柱體的單軸抗壓強度二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能混凝土一向抗壓強度隨另兩向側壓力的添加而提高。河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院對于縱向受壓的混凝土，約束混凝土的側向變形，可使混凝土的抗壓強度有較大提高。鋼管混凝土柱、螺旋鋼箍柱二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能2. 混凝土的變形性能混凝土的變形性能混凝土的變形混凝土的變形非受力變形非受力變形受力變形受力變形一次短期加載下的變形一次短期加載下的變形荷載長期作用下的變形荷載長期作

30、用下的變形 多次反復荷載作用下的變形多次反復荷載作用下的變形 硬化過程中的收縮變形硬化過程中的收縮變形 溫濕度變化引起的變形溫濕度變化引起的變形 河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能受壓時的應力受壓時的應力-應變關系應變關系作用是：峰值應力后，作用是：峰值應力后，吸收實驗機的變形能，吸收實驗機的變形能，測出下降段測出下降段1一次短期加載下的變形一次短期加載下的變形棱柱體試塊骨料和水泥結晶體彈性變形內部微裂痕穩定擴展內部微裂痕非穩定擴展峰值應變峰值應變0取取0.002。裂痕迅速開展，內部整體性嚴重破壞河南理工大學土木工程學院河南理工大學

31、土木工程學院二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土強度提高混凝土強度提高加載速度減慢加載速度減慢影響要素影響要素 混凝土強度對下降段影響很大，強度越高，下降段越峻峭，混凝土強度對下降段影響很大，強度越高，下降段越峻峭，延性越差。延性越差。加載速度越大，下降段越峻峭。加載速度越大，下降段越峻峭。橫向箍筋橫向箍筋河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院中國規范中國規范 u 0ocfccncccf01122n)50(6012,nfnkcu時，取大于當5,010505 . 0002. 0kcuf5,105000

32、33. 0kcuuf二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能受壓時應力受壓時應力-應變關系的數學模型應變關系的數學模型 c c河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院受壓時應力受壓時應力-應變關系的數學模型應變關系的數學模型 u=0.0038 0=0.002o cfc c0.15fc2011cccf0015. 01ucccf美國美國Hognestad模型模型二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院u=0.00350=0.002ocfcc2011cccf德國德國Rsch模型模型二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能

33、受壓時應力受壓時應力-應變關系的數學模型應變關系的數學模型河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能受拉時混凝土的應力受拉時混凝土的應力-應變關系應變關系 t to t0 tu ft實際模型實際模型河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院破壞破壞反復荷載下的應力-應變曲線fcf321fcf確實定原那么：100100 300或150150 450 的棱柱體試塊接受200萬次或以上循環荷載時發生破壞的最大壓應力值二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能2反復荷載下混凝土的變形性能反復荷載下混凝土的變形性能河南理工大學土木工程學院

34、河南理工大學土木工程學院1二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能3)混凝土的彈性模量混凝土的彈性模量 c c ccpe原點切線模量彈性模量：拉壓一樣原點切線模量彈性模量：拉壓一樣0tgEc變形模量變形模量彈塑性模量割線模量、彈塑性模量割線模量、切線模量切線模量1tgEc切線模量切線模量tgEc 是資料變形性能的主要目的，計算構件變形、是資料變形性能的主要目的，計算構件變形、截面應力和預應力構件的預應力損失等時用。截面應力和預應力構件的預應力損失等時用。0河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能混凝土彈性模量的實驗方法混凝土彈性模

35、量的實驗方法反復加載實驗反復加載實驗c/fcc0.5510次此線和原點切線此線和原點切線根本平行，取其根本平行，取其斜率作為斜率作為Ec)/(7 .342 . 2102,5mmNfEkcuc150150 300規范試件取應力上限為取應力上限為0.5fc 0.5fc 反復加載反復加載5 51010次。次。實驗結實驗結果回歸果回歸 c c0破壞破壞反復荷載下的應力-應變曲線fcf321河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的剪變模量為混凝土的剪變模量為ccccEEG4 . 0)1 (2混

36、凝土的泊松比試件的橫向應變與縱向應變之比混凝土的泊松比試件的橫向應變與縱向應變之比 ，在壓力，在壓力較小時為較小時為0.150.180.150.18，接近破壞時可達，接近破壞時可達0.50.5以上，規范取以上，規范取0.20.2ccG河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能4長期荷載作用下混凝土的變形性能長期荷載作用下混凝土的變形性能-徐變徐變0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月) cr ce ce ce crP荷載堅持不變，荷載堅持不變，隨時間而增長隨時間而增長的變形的變形加荷瞬時變形加荷瞬時變形徐

37、變變形徐變變形緣由之一，膠凝體緣由之一，膠凝體的粘性流動的粘性流動緣由之二，混凝土緣由之二，混凝土內部微裂痕的不斷開內部微裂痕的不斷開展展河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院徐變對構造設計的影響：徐變對構造設計的影響：使鋼筋混凝土構件截面產生內力重分布；使鋼筋混凝土構件截面產生內力重分布；使鋼筋混凝土構件變形加大使鋼筋混凝土構件變形加大；使預應力混凝土構件產生預應力損失使預應力混凝土構件產生預應力損失；在高應力作用下還會使構件破壞。在高應力作用下還會使構件破壞。二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能有利的有利的河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院二、混凝土的物

38、理力學性能二、混凝土的物理力學性能徐變對混凝土構造的影響徐變對混凝土構造的影響PAsPAs s1c1Pc2As s2P拆去，鋼筋受壓混凝土受拉，能夠會引起混凝土開裂徐變：徐變： s ， c 河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能影響徐變的要素影響徐變的要素應力：應力： c0.5fc，徐變變形與應力成正比，徐變變形與應力成正比-線性線性徐變徐變0.5fc c0.8fc，呵斥混凝土破壞，不穩定，呵斥混凝土破壞，不穩定加荷時混凝土的齡期，越早，徐變越大加荷時混凝土的齡期，越早，徐變越大水泥用量越多，水灰比越大，徐變越大水泥用量越多，水灰比越大

39、，徐變越大0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)crelaeecr0.5fcc0.8fc，非線性徐變c0.5fc，線性徐變養護溫度越高、濕度越大，水化越充分，徐變越小養護溫度越高、濕度越大，水化越充分，徐變越小受荷后溫度越高、濕度越低，徐變越大受荷后溫度越高、濕度越低，徐變越大河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能5混凝土的收縮混凝土的收縮-在空氣中結硬時混凝土體積減少的性在空氣中結硬時混凝土體積減少的性質質水泥種類：等級越高，收縮越大水泥種類：等級越高，收縮越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，

40、收縮越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收縮越大骨料：骨料越硬，收縮越小；骨料粒徑越大，收縮越小骨料：骨料越硬，收縮越小；骨料粒徑越大，收縮越小養護條件、制造方法、運用環境等養護條件、制造方法、運用環境等由凝縮和干縮組成枯燥失水是引起收縮的重要要素由凝縮和干縮組成枯燥失水是引起收縮的重要要素河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能收縮對混凝土構造的影響收縮對混凝土構造的影響AssAs s收縮：收縮： 鋼筋受壓，鋼筋受壓， 混凝土受拉混凝土受拉As 混凝土的收縮對處于完全自在形狀的構件只會引起構件的縮短混凝土的收縮對處于完全自在形狀的構

41、件只會引起構件的縮短而不開裂。對于周邊有約束而不能自在變形的構件，而不開裂。對于周邊有約束而不能自在變形的構件， 收縮會引起收縮會引起構件內混凝土產生拉應力，甚至會有裂痕產生。構件內混凝土產生拉應力，甚至會有裂痕產生。河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院 熱脹冷縮 當溫度變形遭到外界的約束而不能自在發生時，將在構件內產生溫度應力。 大體積混凝土中 ，內部混凝土對試圖減少體積的外表混凝土構成約束，在外表混凝土構成拉應力。 6混凝土的溫度變形混凝土的溫度變形二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院三、鋼筋與混凝土的粘結三、鋼筋與混

42、凝土的粘結1. 粘結力的定義及分類粘結力的定義及分類當鋼筋與混凝土之間產生相對變形滑移，在鋼筋和當鋼筋與混凝土之間產生相對變形滑移，在鋼筋和混凝土的交界面上產生沿鋼筋軸線方向的相互作用力，混凝土的交界面上產生沿鋼筋軸線方向的相互作用力，此作用力稱為粘結力。此作用力稱為粘結力。粘結力：粘結力：與素混凝土梁無異與素混凝土梁無異河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院三、鋼筋與混凝土的粘結三、鋼筋與混凝土的粘結彎曲粘結應力彎曲粘結應力粘結應力分類粘結應力分類部分粘結應力部分粘結應力錨固粘結應力錨固粘結應力粘結應力大小與粘結應力大小與M沿縱向鋼筋分布沿縱向鋼筋分布規律有關，和力學中剪力分布規律

43、規律有關，和力學中剪力分布規律一樣，此粘結應力稱彎曲粘結應力。一樣，此粘結應力稱彎曲粘結應力。 鋼筋兩端不存在拉力差，就不存在粘結力鋼筋兩端不存在拉力差，就不存在粘結力即粘結應力存在，鋼筋應力沿長度才發生變化。即粘結應力存在，鋼筋應力沿長度才發生變化。 河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院三、鋼筋與混凝土的粘結三、鋼筋與混凝土的粘結彎曲粘結應力彎曲粘結應力粘結應力分類粘結應力分類部分粘結應力部分粘結應力鋼筋在支座處的錨固粘結應力是鋼筋在支座處的錨固粘結應力是構件承載力至關重要的要素。構件承載力至關重要的要素。鋼筋的端頭應力為零，在經過不鋼筋的端頭應力為零，在經過不長的粘結間隔長的粘

44、結間隔(稱錨固長度稱錨固長度)后，鋼后，鋼筋的應力應能到達其設計強度。筋的應力應能到達其設計強度。錨固粘結應力錨固粘結應力河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院三、鋼筋與混凝土的粘結三、鋼筋與混凝土的粘結彎曲粘結應力彎曲粘結應力粘結應力分類粘結應力分類部分粘結應力部分粘結應力梁開裂后，混凝土開梁開裂后，混凝土開裂前接受的拉力經過裂前接受的拉力經過粘結應力粘結應力傳送給鋼傳送給鋼筋、從而使裂痕處鋼筋、從而使裂痕處鋼筋應力增大、這種粘筋應力增大、這種粘結應力稱為部分粘結結應力稱為部分粘結應力，其作用是使裂應力，其作用是使裂痕之間的混凝土參與痕之間的混凝土參與受拉。受拉。錨固粘結應力錨固粘

45、結應力河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院三、鋼筋與混凝土的粘結三、鋼筋與混凝土的粘結化學膠結力化學膠結力鋼筋與混凝土接觸面上的化學吸附作用力普通鋼筋與混凝土接觸面上的化學吸附作用力普通很小，一旦產生相對滑移即消逝。很小，一旦產生相對滑移即消逝。2、粘結力的組成：、粘結力的組成：摩擦力摩擦力混凝土收縮后將鋼筋緊握產生的摩擦力，鋼筋外表越混凝土收縮后將鋼筋緊握產生的摩擦力，鋼筋外表越粗糙，摩擦力越大。鋼筋外表微銹摩擦力添加。粗糙，摩擦力越大。鋼筋外表微銹摩擦力添加。機械咬合力機械咬合力鋼筋外表凹凸不平與混凝土產生的機械咬協作用鋼筋外表凹凸不平與混凝土產生的機械咬協作用是變形鋼筋粘結力

46、的主要組成部分。是變形鋼筋粘結力的主要組成部分。鋼筋端部的錨固作用鋼筋端部的錨固作用鋼筋端部的彎鉤、彎折，在鋼筋端部焊鋼筋端部的彎鉤、彎折，在鋼筋端部焊短鋼筋、短角鋼等措施。短鋼筋、短角鋼等措施。河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院化學膠著力化學膠著力3 粘結破壞機理粘結破壞機理 1光圓鋼筋的粘結破壞：光圓鋼筋的粘結破壞：三、鋼筋與混凝土的粘結三、鋼筋與混凝土的粘結摩擦力摩擦力破壞破壞2 變形鋼筋的粘結破壞變形鋼筋的粘結破壞化學膠著力化學膠著力摩擦力摩擦力機械咬合力機械咬合力破壞破壞河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院拔出實驗拔出實驗鋼筋與混凝土界面上的平均粘結應力鋼筋與混凝土界面上的平均粘結應力F為為F/(dl)三、鋼筋與混凝土的粘結三、鋼筋與混凝土的粘結4. 粘結強度粘結強度：粘結失效時的最大平均粘結應力。：粘結失效時的最大平均粘結應力。河南理工大學土木