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鋼筋和混凝土材料的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本章重點本章重點 熟悉土木工程用鋼筋的品種、級別、性能熟悉土木工程用鋼筋的品種、級別、性能及其選用原則；及其選用原則；熟悉熟悉混凝土在各種受力狀態下的強度與混凝土在各種受力狀態下的強度與變形性能及其選用原則；變形性能及其選用原則；了解了解鋼筋與混凝土的粘結性能。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： 在混凝土結構中采用的棒在混凝土結構中采用的棒狀、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

2、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碳素鋼（鐵、碳、硅、錳、硫、磷等元素）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%）普通低合金鋼普通低合金鋼（另加硅、錳、鈦、釩、鉻等）錳系硅釩系硅鈦系硅錳系硅鉻系2. 鋼筋的成分、級別和品種鋼筋的成分、級別和品種含碳量越高，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：熱軋鋼筋：由低碳鋼和普通低合金鋼在高溫狀態下軋制而成冷加工鋼筋：冷加工鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下用機械加工而成熱處理鋼筋：熱處理

3、鋼筋：將HRB400、RRB400鋼筋通過加熱、淬火、回火而成按加工方法按加工方法鋼絲鋼絲碳素鋼絲：碳素鋼絲：鋼筋通過多次冷拔、應力消除、矯正、回火處理而成刻痕鋼絲：刻痕鋼絲：在鋼絲表面刻痕，以增強其與混凝土間的粘結力鋼絞線：鋼絞線：幾根相同直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起一、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、6m

4、m、7mm、8mm、9mm2股、股、3股、股、7股股1570MPa1770MPa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表面形狀按表面形狀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”）按使用用途按使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

5、鋼種鋼種符號符號d/mmHPB235Q235（低碳鋼）（低碳鋼）620HRB33520MnSi（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：注：第一個字母第一個字母H（hotrolled）表示熱軋，）表示熱軋，R(Remainedheattreated)表示為余熱表示為余熱處理；處理；第二個字母第二個字母P(Plain)表示光圓，表示光圓，R(ribbed)表示帶肋；

6、表示帶肋；第三個字母第三個字母B（Bar）代表鋼筋；代表鋼筋；數字數字表示標準強度。表示標準強度。 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理鋼筋。設計時，應在表的鋼筋僅適用于有縱肋的熱處理鋼筋。設計時，應在表1-1的的直徑范圍和上述提供的直徑內選擇鋼筋。當采用直徑大于直徑范圍和上述提供的直徑內選擇鋼筋。當采用直徑大于40m

7、m的鋼筋時，應有可靠的工程經驗。的鋼筋時，應有可靠的工程經驗。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-應變曲線幾乎相同應變曲線幾乎相同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強度指標強度指標* 有明顯流幅的鋼筋：有明顯流幅的鋼筋：在建立鋼筋混凝土構在建立鋼筋混凝土構件

8、截面承載力計算理論時，以件截面承載力計算理論時，以下屈服點下屈服點對應對應的強度作為設計時鋼筋強度的取值（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.B.不利用應力強化階段，假設鋼筋混凝土不利用應力強化階段，假設鋼筋混凝土構件截面達到破壞時，鋼筋拉應力保持為屈服構件截面達到破壞時，鋼筋拉應力保持為屈服點應力。鋼筋的極限強度點應力。鋼筋的極限強度作為一種安全儲備。作為一種

9、安全儲備。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強度指標強度指標* 無明顯流幅的鋼筋：無明顯流幅的鋼筋：殘余應變為殘余應變為0.2%時所對應的應力時所對應的應力作為其強度限值，稱為作為其強度限值，稱為條件屈服強度條件屈服強度，混凝土規范取，混凝土規范取0.20.85 b， b為極限抗拉強度。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指標的確定強度指標的確定強度隨機變量強度標準值根據統計資料，運用數理統計方法確定的具有9

10、5以上保證率（鋼筋為97.73% ）的統計特征值：強度標準值（強度標準值（fykyk）= =強度平強度平均值均值-2-2均方差均方差概率密度材料強度強度平均值強度標準值鋼筋強度用鋼筋強度用標準值標準值和和設計值設計值表示。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標準值除以材料分項系數標準值除以材料分項系數s，即，即 sykyff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變形指標鋼筋變形指標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指標變形指標*伸長率：伸長率：鋼筋拉斷后的伸長與原長的比值鋼筋拉斷后的伸長與

11、原長的比值* 冷彎性能：冷彎性能：將直徑為將直徑為d的鋼筋繞直徑為的鋼筋繞直徑為D的鋼輥的鋼輥彎成一定的角度而不發生斷裂及起層現象彎成一定的角度而不發生斷裂及起層現象 為防止在彎折加工時斷裂和使用過程中脆斷，鋼筋還為防止在彎折加工時斷裂和使用過程中脆斷，鋼筋還應具有一定的塑性變形能力。應具有一定的塑性變形能力。 伸長率越大，塑性越好。伸長率用表示，用鋼筋試樣拉斷后斷口兩側的殘留應變(用百分率表示)作伸長率，即 %100lll 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指標鋼筋的力學性能指標fyfu-屈服強度屈服強度-極限抗拉強度極限抗拉強

12、度fy / fu-屈強比屈強比強度指標強度儲備強度儲備塑性指標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殘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時恢復到冷拉前的狀態，先焊后拉特性：只提高抗拉強度，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指標冷加工鋼筋的力學性能指標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

13、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材料，在以低碳鋼筋或低合金鋼筋為原材料，在常常溫溫下進行軋制而成的表面帶有縱肋和月牙下進行軋制而成的表面帶有縱肋和月牙紋橫肋的鋼筋。紋橫肋的鋼筋。它的極限強度與冷拔低碳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HPB235為原材料，為原材料，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連續螺旋狀。次加工軋扁扭曲呈連續螺

14、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增加松弛長度不變，隨時間的增長應力降低對結構，尤其是預應力結構，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：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塑性要求：保證結構延性，給人以破壞的預兆。伸長率和冷彎：保證結構延性，給人以破壞的預兆。伸長率和冷彎要求要求

15、可焊性可焊性：鋼筋焊接后不產生裂紋及過大的變形，保證焊接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。與混凝土的粘結性與混凝土的粘結性：保證鋼筋和混凝土共同工作。：保證鋼筋和混凝土共同工作。4. 混凝土結構對鋼筋的要求混凝土結構對鋼筋的要求一、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級級和和HRB335級級鋼筋，以節省鋼筋用量。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

16、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預應力鋼筋宜采用預應力鋼絞線、中高強鋼絲鋼絞線、中高強鋼絲，也可以采用熱，也可以采用熱處理鋼筋。還可以采用冷拉鋼筋和強度級別較高的冷拔低碳鋼處理鋼筋。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. 鋼筋的選用原則鋼筋的選用原則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混凝土的組成特點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

17、能穩定水化過程長，性能需較長時間才能穩定二、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：重點：混混凝土的強度凝土的強度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復合應力狀態下的強度復合應力狀態下的強度二、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） 單軸受力狀態下混凝土的抗壓強度單軸受力狀態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：2020

18、33濕度：濕度：9090邊長為邊長為150mm150mm的的標準立方體試塊標準立方體試塊標準條件標準條件養護養護28d28d標準試驗方法標準試驗方法加載速度：加載速度：0.150.150.25MPa/s0.25MPa/s全截面受力，表面不涂潤滑劑全截面受力，表面不涂潤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實質：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ffkcuf645. 1,fcu,k與平均值與平均值f和標準差和標準差 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95保證率的抗壓強度標準值 (以N/mm

19、2計)kcuf,14級級C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80高強混凝土高強混凝土混凝土混凝土強度等級強度等級的選用：的選用： 采用采用HRB335HRB335、HRB400/RRB400HRB400/RRB400級鋼筋時級鋼筋時, ,不得不得低于低于C20C20；承受重復荷載構件的混凝土，承受重復荷載構件的混凝土，不得不得低于低于C20C20；預應力混凝土結構，預應力混凝土結構，不應不應低于低于C30C30；采用高強鋼絲作預應力鋼筋時，采用高強鋼絲作預應力鋼筋時，不宜不宜低于低于C40C40。表示混凝土Concrete立方體抗壓強度標準值河南理工

20、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因素立方體抗壓強度的影響因素1） 單軸受力狀態下混凝土的抗壓強度單軸受力狀態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的的標準標準立方體立方體試塊試塊標準條件標準條件養護養護28d28d標準試驗方法標準試驗方法加載速度：加載速度：0.150.150.25MPa/s0.25MPa/s全截面受力，表面不涂潤滑劑全截面受力，表面不涂潤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

21、響一：潤滑劑摩擦力不涂潤滑劑不涂潤滑劑涂潤滑劑涂潤滑劑試塊受壓、縱向壓縮，橫試塊受壓、縱向壓縮，橫向擴張，試塊表面與墊板間的向擴張，試塊表面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，限制了微裂縫的開展，從而提高試了微裂縫的開展，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、混凝土的物理力學性能立方體抗壓強度的影響因素立方體抗壓強度的影響因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：尺寸標準試塊150150 150非標準試塊100100 100 非標準試塊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

22、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承壓板試塊標準試塊：150150 300mm二、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能 抗壓強度與試件形狀有關，實際構件往往是棱抗壓強度與試件形狀有關，實際構件往往是棱柱體，棱柱體

23、抗壓強度比立方體試件能更好地反映柱體，棱柱體抗壓強度比立方體試件能更好地反映混凝土的實際抗壓能力。混凝土的實際抗壓能力。 中部橫向變形不受端部摩擦力的約束，代表了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狀態混凝土處于單向全截面均勻受壓的應力狀態。 試驗量測到試驗量測到fc值比值比fcu值小，并且棱柱體試值小，并且棱柱體試件高寬比件高寬比( (即即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際工作狀態。真實反映混凝土的實際工作狀態。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

24、河南理工大學土木工程學院 fc 與與 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考慮實際構件的工作條考慮實際構件的工作條件與試件所處條件的差件與試件所處條件的差異引入的修正系數異引入的修正系數二、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）單軸受力狀態下混凝土的抗拉強度）單軸受力狀態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

25、力學性能 由于混凝土構件由于混凝土構件內部的不均勻性內部的不均勻性，加之安裝，加之安裝試件偏差試件偏差的原因，的原因，通過直接受拉試驗測量抗拉強度是很困難的，試驗數據離散性很通過直接受拉試驗測量抗拉強度是很困難的，試驗數據離散性很大。大。100100150150500 直接測試法 誤差大難實現河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院劈裂試驗劈裂試驗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理論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，有均勻分布的水平拉應力。當拉應分布的水平拉應力。當

26、拉應力達到混凝土的抗拉強度時，力達到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抗拉強度ft與立方體抗壓強度與立方體抗壓強度fcu之間的折算關系為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考慮結構中的混凝土強度與試塊混凝上強度之間的差異等考慮結構

27、中的混凝土強度與試塊混凝上強度之間的差異等因素的修正系數。因素的修正系數。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）復合受力狀態下混凝土的強度）復合受力狀態下混凝土的強度二、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壓縮的強度，一向受拉，另一向受壓，混凝土強度均低于單

28、向拉伸或壓縮的強度，即即雙向異號應力使強度降低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增加而增加雙向受壓，一向強度隨另一向應力的增加而增加。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）圓柱體試驗Lcccfff4有側向約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增加而提高。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，可使混對于縱向受壓的混

29、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用下的變形 多次重復荷載作用下的變形多次重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

30、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，吸收試驗機的變形能，吸收試驗機的變形能，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縫穩定擴展內部微裂縫非穩定擴展峰值應變峰值應變0取取0.002。裂縫迅速發展，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

31、度提高加載速度減慢加載速度減慢影響因素影響因素 混凝土強度對下降段影響很大，強度越高，下降段越陡峭，混凝土強度對下降段影響很大，強度越高，下降段越陡峭，延性越差。延性越差。加載速度越大，下降段越陡峭。加載速度越大，下降段越陡峭。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. 0kcuf5,10500033. 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

32、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

33、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理論模型理論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重復荷載下的應力-應變曲線fcf321fcf的確定原則：100100 300或150150 450 的棱柱體試塊承受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）重復荷載下混凝土的變形性能）重復荷載下混凝土的變形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

34、性模量）：拉壓相同原點切線模量（彈性模量）：拉壓相同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 是材料變形性能的主要指標，是材料變形性能的主要指標，計算構件變形、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試驗方法混凝土彈性模量的試驗方法重復加載試驗重復加載試驗c/fcc0.5510次此線和原點切線此線和原點切線基本平行，取其基本平行，取其斜率作為斜率

35、作為Ec)/(7 .342 . 2102,5mmNfEkcuc（150150 300標準試件）取應力上限為取應力上限為0.50.5fc重復加載重復加載5 51010次次。試驗結試驗結果回歸果回歸 c c0破壞破壞重復荷載下的應力-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混凝土的泊松比（混凝土的泊松比（試件的橫向應變與縱向應變之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.

36、18，接近破壞時可達，接近破壞時可達0.5以上，規范取以上，規范取0.2ccG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荷載保持不變，荷載保持不變，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變變形徐變變形原因原因之一之一，膠凝體，膠凝體的粘性流動的粘性流動原因原因之二之二，混凝土，混凝土內部微裂縫的不斷發內部微裂縫的不斷發展展河南理工大學土

37、木工程學院河南理工大學土木工程學院徐變對結構設計的影響：徐變對結構設計的影響：使鋼筋混凝土構件截面產生使鋼筋混凝土構件截面產生內力重分布內力重分布；使鋼筋混凝土構件使鋼筋混凝土構件變形加大變形加大；使預應力混凝土構件產生使預應力混凝土構件產生預應力損失預應力損失；在高應力作用下還會使在高應力作用下還會使構件破壞構件破壞。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、混凝土的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能徐變對混凝土結構的影響徐變對混凝土結構的影響PAsPAs s1c1Pc2As s2P拆去，鋼筋受壓混凝土受拉，可能會引起混

38、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因素影響徐變的因素應力應力： c0.5fc，徐變變形與應力成正比，徐變變形與應力成正比-線性徐變線性徐變 0.5fc c0.8fc，造成混凝土破壞，不穩定，造成混凝土破壞，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，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

39、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-在空氣中在空氣中結硬時混凝土體積縮小的性質結硬時混凝土體積縮小的性質水泥品種：等級越高，收縮越大水泥品種：等級越高，收縮越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，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

40、、制作方法、使用環境等養護條件、制作方法、使用環境等由凝縮和干縮組成由凝縮和干縮組成（干燥失水干燥失水是引起收縮的重要因素）是引起收縮的重要因素）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結構的影響收縮對混凝土結構的影響AssAs s收縮：收縮： 鋼筋受壓， 混凝土受拉As 混凝土的收縮對處于完全自由狀態的構件只會引起構件的縮短混凝土的收縮對處于完全自由狀態的構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由變形的構件，而不開裂。對于周邊有約束而不能自由變形的構件， 收縮會引起收縮會引起構件內混凝土產生拉應力，甚至會有裂縫

41、產生。構件內混凝土產生拉應力，甚至會有裂縫產生。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熱脹冷縮 當溫度變形受到外界的約束而不能自由發生時，將在構件內產生當溫度變形受到外界的約束而不能自由發生時，將在構件內產生溫度應力。溫度應力。 大體積混凝土中大體積混凝土中 ，內部混凝土對試圖縮小體積的表面混凝土形，內部混凝土對試圖縮小體積的表面混凝土形成約束，在表面混凝土形成拉應力。成約束，在表面混凝土形成拉應力。 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、鋼筋與混凝土的粘結

42、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局部粘結應力局部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規

43、律有關，和力學中剪力分布規律相同，此粘結應力稱相同，此粘結應力稱彎曲粘結應力彎曲粘結應力。 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局部粘結應力局部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因素。構件承載力至關重要的因素。鋼筋的端頭應力為零，在經過不鋼筋的端頭應力為零，在經過不長的粘結距離長的粘結距

44、離(稱錨固長度稱錨固長度)后，鋼后，鋼筋的應力應能達到其設計強度。筋的應力應能達到其設計強度。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局部粘結應力局部粘結應力梁開裂后，混凝土開梁開裂后，混凝土開裂前承受的拉力通過裂前承受的拉力通過粘結應力粘結應力傳遞給鋼傳遞給鋼筋、從而使裂縫處鋼筋、從而使裂縫處鋼筋應力增大、這種粘筋應力增大、這種粘結應力稱為局部粘結結應力稱為局部粘結應力，其作用是使裂應力，其作用是使裂縫之間的混凝土參與縫之間的混凝土參與受拉。受拉。錨固粘結應力錨固粘結應

45、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（一般鋼筋與混凝土接觸面上的化學吸附作用力（一般很小，一旦產生相對滑移即消失）。很小，一旦產生相對滑移即消失）。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，鋼筋表面越混凝土收縮后將鋼筋緊握產生的摩擦力，鋼筋表面越粗糙，摩擦力越大。（鋼筋表面微銹摩擦力增加）。粗糙，摩擦力越大。（鋼筋表面微銹摩擦力增加）。機械咬合力機械咬合力鋼筋表面凹凸不平與混凝土產生的機械咬合作用鋼筋表面凹凸不平與混凝土產生的機械咬合作用（是

46、變形鋼筋粘結力的主要組成部分）。（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試驗拔出試驗 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。河南理工大學土木工程學院河南理工大學土木工程學院粘結強度的測試粘結強度的測試三、鋼筋與混凝土的粘結三、鋼筋與混凝土的粘結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