鋼筋混泥土材料物理力學(xué)性能第一頁，共39頁。第一章鋼筋混凝土材料的物理力學(xué)性能第一節(jié)混凝土的物理力學(xué)性能第二節(jié)鋼筋的物理力學(xué)性能第三節(jié)鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)與錨固第二頁，共39頁。材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土兩者間的粘結(jié)強度變形粘結(jié)破壞的過程和機理第三頁，共39頁。第一節(jié)混凝土的物理力學(xué)性能

混凝土材料混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例組成，經(jīng)凝結(jié)和硬化形成的，屬于復(fù)合材料。混凝土是由水泥結(jié)晶體、水泥凝膠體和內(nèi)部微裂縫組成的第四頁，共39頁。混凝土的強度1、混凝土強度等級混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強度。因此抗壓強度是混凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標(biāo)。混凝土的強度等級是用抗壓強度來劃分的。混凝土強度等級：邊長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28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法（加載速度0.15~0.3N/mm2/sec，兩端不涂潤滑劑）測得的具有95%保證率的立方體抗壓強度，用符號C表示，C30表示fcu,k=30N/mm2

《規(guī)范》根據(jù)強度范圍，從C15~C80共劃分為14個強度等級，級差為5N/mm2。與原《規(guī)范GBJ10-89》相比，混凝土強度等級范圍由C60提高到C80，C50以上為高強混凝土。第五頁，共39頁。混凝土的強度混凝土立方抗壓強度混凝土軸心抗壓強度混凝土抗拉強度第六頁，共39頁。立方體抗壓強度的試驗尺寸效應(yīng)及摩擦力的影響第七頁，共39頁。立方體抗壓強度的換算關(guān)系立方體和圓柱體抗壓試驗都不能代表混凝土在實際構(gòu)件中的受力狀態(tài)，只是用來在同一標(biāo)準(zhǔn)條件下比較混凝土強度水平和品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)（制作、測試方便）100mm立方體強度與標(biāo)準(zhǔn)立方體強度之間的換算關(guān)系小于C50的混凝土，修正系數(shù)m=0.95。隨混凝土強度的提高，修正系數(shù)m值有所降低。當(dāng)fcu100=100N/mm2時，換算系數(shù)m約為0.9200mm立方體強度與標(biāo)準(zhǔn)立方體強度之間的換算關(guān)系，修正系數(shù)1.05。第八頁，共39頁。軸心抗壓強度軸心抗壓強度采用棱柱體試件測定，用符號fc表示，它比較接近實際構(gòu)件中混凝土的受壓情況。棱柱體試件高寬比一般為h/b=2~3，我國通常取150mm×150mm×450mm的棱柱體試件，也常用150×150×300試件。第九頁，共39頁。棱柱體抗壓強度的試驗方法第十頁，共39頁。立方抗壓與軸心抗壓強度的關(guān)系《規(guī)范》對小于C50級的混凝土取k=0.76，對C80取k=0.82，其間按線性插值。對于同一混凝土，棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度。第十一頁，共39頁。軸心抗拉強度也是混凝土的基本力學(xué)性能，用符號

ft表示。混凝土構(gòu)件開裂、裂縫、變形，以及受剪、受扭、受沖切等的承載力均與抗拉強度有關(guān)。第十二頁，共39頁。拉壓壓劈拉試驗aPP由于軸心受拉試驗對中困難，也常常采用立方體或圓柱體劈拉試驗測定混凝土的抗拉強度。第十三頁，共39頁。混凝土的破壞機理A點以前，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點應(yīng)力隨混凝土強度的提高而增加，對普通強度混凝土sA約為

(0.3~0.4)fc

，對高強混凝土sA可達(0.5~0.7)fc

到達B點以后，混凝土產(chǎn)生部分塑性變形，應(yīng)力－應(yīng)變逐漸偏離直線。B點時的裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，試件的橫向變形突然增大，常取sB作為混凝土的長期抗壓強度；普通強度混凝土sB約為0.8fc

，高強混凝土sB可達0.95fc

到達C點時，內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，試件承載力開始減小而進入下降段。B點時的應(yīng)力稱為峰值應(yīng)力，即為混凝土棱柱體抗壓強度；相應(yīng)的縱向壓應(yīng)變稱為峰值應(yīng)變，約為0.002。繼續(xù)發(fā)展至D點時，破壞面初步形成。E點以后，縱向裂縫形成一個斜向的破壞面，此破壞面在正應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用下形成破壞帶。此時試件的強度由破壞面上骨料間的摩阻力提供。隨著應(yīng)變進一步發(fā)展，摩阻力不斷下降，試件的殘余強度約為0.1~0.4fc第十四頁，共39頁。不同強度混凝土應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系的比較強度等級越高，線彈性段越長，峰值應(yīng)變也有所增大。但高強混凝土中，砂漿與骨料的粘結(jié)很強，密實性好，微裂縫很少，最后的破壞往往是骨料破壞，破壞時脆性越顯著，下降段越陡。第十五頁，共39頁。混凝土的彈性模量（ElasticModulus）第十六頁，共39頁。彈性模量的測定方法第十七頁，共39頁。混凝土的收縮和徐變

ShrinkageandCreep混凝土在空氣中硬化時體積會縮小，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。混凝土在長期不變荷載的作用下，其變形隨時間而不斷增長的現(xiàn)象稱為徐變。第十八頁，共39頁。混凝土的收縮是隨時間而增長的變形，早期收縮變形發(fā)展較快，兩周可完成全部收縮的25%，一個月可完成50%，以后變形發(fā)展逐漸減慢，整個收縮過程可延續(xù)兩年以上。通常，最終收縮應(yīng)變值約為(2~5)×10-4

，而混凝土開裂應(yīng)變?yōu)?0.5~2.7)×10-4，說明收縮會導(dǎo)致開裂。混凝土收縮包括凝縮和干縮兩部分，凝縮是由于水泥結(jié)晶體比原材料的體積小；干縮是混凝土內(nèi)自由水分蒸發(fā)引起的。第十九頁，共39頁。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、級配好，收縮就小；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；高強混凝土收縮大。影響收縮的因素多且復(fù)雜，要精確計算尚有一定的困難。在實際工程中，要采取一定措施減小收縮應(yīng)力的不利影響。混凝土收縮的影響因素當(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，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土的開裂。混凝土收縮會使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。第二十頁，共39頁。隨荷載作用時間的延續(xù)，變形不斷增長，前4個月徐變增長較快，6個月可達最終徐變的（70~80）%，以后增長逐漸緩慢，2~3年后趨于穩(wěn)定。混凝土的徐變瞬時恢復(fù)彈性后效殘余應(yīng)變徐變應(yīng)變瞬時應(yīng)變徐變會使結(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。第二十一頁，共39頁。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，徐變也與時間有關(guān)。因此，在測定混凝土的徐變時，應(yīng)同批澆筑同樣尺寸不受荷的試件，在同樣環(huán)境下同時量測混凝土的收縮變形，從徐變試件的變形中扣除對比的收縮試件的變形，才可得到徐變變形。第二十二頁，共39頁。

徐變與混凝土持續(xù)應(yīng)力大小有密切關(guān)系，應(yīng)力越大徐變也越大；混凝土加載齡期越長，徐變越小；水泥含量越大，徐變越大；骨料彈性模量高、級配好，徐變就小；干燥失水及高溫環(huán)境，徐變大；高強混凝土徐變小。混凝土徐變的影響因素產(chǎn)生徐變的主要原因是水泥凝膠體和內(nèi)部微裂縫的擴展第二十三頁，共39頁。第二節(jié)鋼筋的物理力學(xué)性能鋼筋的種類熱軋鋼筋、熱處理鋼筋、冷加工鋼筋、鋼絲或鋼絞線第二十四頁，共39頁。HPB235（HotRolledPlainSteelBar）熱軋光面鋼筋

Q235HRB335

（HotRolledRibbedSteelBar）熱軋帶肋鋼筋

20MnSiHRB400

（HotRolledRibbedSteelBar）熱軋帶肋鋼筋

20MnSiV,20MnSiNb,20MnTiRRB400

（RemainedheattreatmentRibbedSteelBar）

余熱處理鋼筋

常用熱軋鋼筋的分類第二十五頁，共39頁。主要成分為鐵元素，還含有少量的碳、硅、錳、硫、磷等元素，力學(xué)性能主要與碳的含量有關(guān)：含碳量越高，則鋼筋的強度越高，質(zhì)地硬，但塑性變差。若含碳量低于0.25％，則稱為低碳鋼，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中多應(yīng)用的是低碳鋼。20MnSi前面的20指的是平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)，其他化學(xué)元素的含量在1.5％以下。熱軋鋼筋的成分第二十六頁，共39頁。HPB235：質(zhì)量穩(wěn)定，塑性好易成型，但屈服強度較低，不宜用于結(jié)構(gòu)中的受力鋼筋；HRB335：帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強度和塑性均較好，是目前主要應(yīng)用的鋼筋品種之一；HRB400：帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強度和塑性均較好，是今后主要應(yīng)用的鋼筋品種之一；RRB400：是HRB335鋼筋熱軋后快速冷卻，利用鋼筋內(nèi)溫度自行回火而成，淬火鋼筋強度提高，但塑性降低，余熱處理后塑性有所改善。熱軋鋼筋的性能特點第二十七頁，共39頁。鋼筋的強度和變形有明顯屈服點的鋼筋無明顯屈服點的鋼筋第二十八頁，共39頁。有明顯屈服點鋼筋的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系cd段為屈服臺階df段為強化段—比例極限—彈性極限—屈服上限—屈服下限—極限強度第二十九頁，共39頁。反映鋼筋力學(xué)性能的基本指標(biāo)：屈服強度、極限抗拉強度、伸長率和冷彎性能對于有明顯屈服點鋼筋，其屈服強度定義為屈服下限。屈強比為屈服強度與極限強度的比值，熱軋鋼筋通常在

0.6～0.7之間。鋼筋在拉斷時的應(yīng)變稱為伸長率，定義為：為試件的標(biāo)距第三十頁，共39頁。冷彎性能是反映鋼筋變形能力的另一個指標(biāo)第三十一頁，共39頁。無明顯屈服點鋼筋的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系條件屈服點為殘余變形為0.2％時對應(yīng)的應(yīng)力第三十二頁，共39頁。不同鋼筋應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系的比較第三十三頁，共39頁。鋼筋的冷拉性能冷拉、冷拔和冷軋第三十四頁，共39頁。混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求強度－屈服強度延性－延伸率和冷彎性能具有較好的可焊性有較好的粘結(jié)力－帶肋鋼筋第三十五頁，共39頁。粘結(jié)破壞的機理膠結(jié)力摩擦力機械咬合力第三節(jié)鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)與錨固第三十六頁，共39頁。粘結(jié)力的主要影響因素混凝土強度：混凝土強度越高，鋼筋與混凝土的粘結(jié)力也越高；保護層厚度：混凝土保護層較薄時，其粘結(jié)力降低，并在保護層最薄弱位置容易出現(xiàn)劈裂裂縫，促使粘結(jié)力提早破壞；鋼筋表面形狀：帶肋鋼筋表面凹凸不平，與混凝土之間的機械