混凝土结构设计原理混凝土结构材料的物理力学性能-文档资料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,第二章 混凝土结构材料的,物理力学性能,学习要点：,钢筋和混凝土材料的物理力学性能；,钢筋和混凝土两者共同工作的特性；,钢筋和混凝土两种不同材料在不同受力条件下的强度和变形规律。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 混凝土的物理力学性能,2.1,混凝土的物理力学性能,2.1.1,混凝土的组成结构,通常分为三种类型：,.,微观结构：,也即水泥石结构，包括水泥凝胶、晶体骨架、未,水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成。,.,亚微观结构：,即混凝土中的水泥砂浆结构。,.,宏观结构：,即砂浆和粗骨料两系结构。,注意：,1.骨料的分布及骨料与基相之间在界面的结合强度是影响混凝,土强度的重要因素；,2.在荷载的作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着极,为重要的影响。,影响混凝土强度的因素,水泥强度等级,水灰比,骨料性质,配合比,制作方法,硬化条件,龄期,混凝土的强度,单轴向应力状态下的强度,立方体抗压强度,棱柱体轴心抗压强度,轴心抗拉强度,复合应力状态下的强度,双向受力强度,三向受压强度,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 混凝土,2.1.2 单轴向应力状态下的混凝土强度,2.1 混凝土的物理力学性能,（,1,）单轴向应力状态下的混凝土强度,1）立方体抗压强度,：边长为150mm的混凝土立方体,试件,，在,标准试验条件,下（温度为203，湿度90%）养护28天，用,标准试验方法,（匀速加载0.3,0.8N/mm,2,/s，,两端不涂润滑剂,）测得的,试验结果,具有95%保证率的抗压强度，用,符号,f,cu,k,表示。,使用意义：评定,混凝土强度等级,的标准,强度等级划分：混凝土结构设计规范规定，,从C15,C80共划分为14个强度等级，,级差为5N/mm,2,。,2）轴心抗压强度,150l50300mm的,棱柱体试件,，试验条件、试验方法同立方体试件，测得具有95%保证率的抗压强度为,轴心抗压强度标准值,，用,符号,f,ck,表示。,对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度，但基本能反映构件的实际抗压能力。,考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况，实际构件强度与试件强度之间存在差异，规范基于安全取偏低值，规定轴心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系式为：,2.1 混凝土的物理力学性能,式中：,为棱柱体强度与立方体强度之比，对不大于C50级的混凝土取0.76，对C80取0.82，其间按线性插值。,2,为高强混凝土的脆性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87，其间线性内插。,0.88,为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。,使用意义：,设计计算混凝土构件的受弯、受压承载力时采用。,2.1 混凝土的物理力学性能,3）轴心抗拉强度,混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验方法来测定，但由于试验比较困难，目前国内外主要采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。,2.1 混凝土的物理力学性能,劈拉试验,F,a,F,拉,压,压,两种试验方法,直接测试法轴心拉拔试验：100l00500mm,棱柱体试件,间接试验法劈裂试验：,边长150mm,立方体试件,轴心抗拉强度标准值,用符号,f,tk,表示,使用意义：,用于分析混凝土构件的开裂、裂缝宽度、变形及计算混凝土构件的受冲切、受扭、受剪等承载力,。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 混凝土的物理力学性能,混凝土结构设计规范规定轴心抗拉强度标准值与立方体抗压强度标准值的换算关系为：,混凝土轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系,混凝土结构和构件通常受到轴力、弯矩、剪力和扭矩的不同组合作用，混凝土很少处于理想的单向受力状态，而更多的是处于双向或三向受力状态，因此分析混凝土在复合应力作用下的强度就很有必要。由于混凝土的特点，在复合应力作用下的强度至今尚未建立起完善的强度理论，目前仍只有借助有限的试验资料，推荐一些近似方法作为计算的依据。,（,2）复合应力状态下混凝土的强度,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,1）混凝土的双向（法向）受力,强度,第一象限：,双拉,第三象限：,双压,第二、四象限：,拉压,结论：,双拉,强度接近于单拉强度；,双压,强度比单压强度有很大提高（最多可提高,27,）；,双向,拉压,异号应力使强度降低。,2.1 混凝土的物理力学性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2）混凝土在剪应力和正应力共同作用下的复合强度,混凝土的抗剪强度,：随,拉,应力增大而减小，随,压,应力增大而增大；当压应力在,0.6,f,c,左右时，抗剪强度达到最大；压应力继续增大，由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力增大而减小,结论：,剪,压强度低于单压强度,剪应力使抗拉强度降低,2.1 混凝土的物理力学性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,3）混凝土的,三向受压强度,三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件下进行。,2.1 混凝土的物理力学性能,由试验得到的经验公式为:,式中 被约束混凝土的轴心抗压强度,非约束混凝土的轴心抗压强度,侧向约束压应力,结论：三压强度比单压强度显著提高！,规范规定最高取,5倍,应用：,钢管混凝土柱、螺旋钢箍柱等,2.1.4混凝土的变形,分两大类：受力变形、非受力（体积）变形,1、,受力变形,：分三种情况：,1）（一次、单调）,短期,加载：分三种情形：,a、单轴向受压模量,b、三向受压,c、轴向受拉,2）,长期,加载徐变,3）,重复,荷载疲劳,2、,非受力变形,：分两种情况:,1)收缩与膨胀,2）温度变形,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 混凝土,1、,单轴向受压应力-应变关系,混凝土单轴受力时的应力-应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学特征,是分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。,试验分析：,采用棱柱体试件来测定。在普通试验机上采用,等应力速度,加载，达到轴心抗压强度,f,c,时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲线的,上升段,。,采用,等应变速度,加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力-应变曲线的,下降段,。,2.1 混凝土的物理力学性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 混凝土,2.1 混凝土的物理力学性能,0,2,4,6,8,10,20,30,s,(MPa),e,10,-3,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,B,A,C,E,D,2.1 混凝土的物理力学性能,曲线特征分析：,全曲线包括,两大段,：上升段和下降段，以,C,点为分界点；,每大段又各由,三小段,组成：,OA段接近直线段 AB段微曲线段,BC段曲线段 CD段曲线凹向应变轴段,DE段曲线凸向应变轴段 EF段凸向至平行应变轴,全曲线有,六个关键点,：,A点比例极限点 B点临界点 C点峰点,D点拐点 E点收敛点 F点终点,A,点以前,，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主要是弹性变形，应力-应变关系近似直线。,A,点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强度混凝土,A,约为,(0.3,0.4),f,c，,对高强混凝土,A,可达,(0.5,0.7),f,c。,A,点以后,，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力,-,应变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是稳定扩展的。,达到,B,点,，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展是快速而不稳定，横向变形突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导致破坏。,取,B,点的应力作为混凝土的长期抗压强度,。普通强度混凝土,B,约为,0.8,f,c,，高强度混凝土,B,可达,0.95,f,c,以上。随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。,达到C点,时内部微裂缝连通形成破坏面，应变增长速度明显加快。C点的应力最大，该峰值应力,max,即为,混凝土棱柱体抗压强度,f,c,，相应C点的纵向应变值称为,峰值应变,e,0,，其值为0.00150.0025，通常取均值,e,0,=0.002,。,纵向应变发展,达到D点,，内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受力方向的纵向主裂缝，曲线发生,反向弯曲,直到出现拐点D。,从D点发展到,E点，,应力下降变快，应变增长较快，曲线凸向应变轴并逐渐凸向水平轴方向发展，,曲率最大处,为E点，此处,e,E,=(23),e,0,，应力,E,=(0.40.6),f,c。,从E点到,F点,，主裂缝贯通很宽，,内部结构完全破坏,，对无侧向约束的混凝土，此段已失去结构意义。,混凝土破坏的根本原因,：混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等原因，在,骨料和水泥石的界面,上形成很多,微裂缝,，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 混凝土,不同强度混凝土的应力-应变,关系曲线,上升段,：形状和峰值应变的变化不显著，即强度等级越高，线弹性段越长、峰点越高、峰值应变有所增大。,下降段,：形状有较大差异，强度越高，坡度越陡，即应力下降相同幅度时变形越小、延性越差。这在高强混凝土中尤为明显，因水泥石与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。,2.1 混凝土的物理力学性能,混凝土单轴向受压应力应变曲线的数学模型（本构方程）,曲线是混凝土构件受力性能分析的依据，因此应确定其数学模型。模型很多，国际上应用较广泛的有两种：,1）美国模型：上升段为二次抛物线，下降段为斜直线。,2）德国模型：上升段为二次抛物线，下降段为水平直线。,3）我国模型：上升段为多次抛物线，下降段为水平直线。,2.1 混凝土,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,美国E.,Hognestad建议的应力-应变曲线,2.1 混凝土的物理力学性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,我国,规范应力-应变关系,上升段：,下降段：,2.1 混凝土,2.1 混凝土的物理力学性能,混凝土的变形模量,应用意义,：用于计算混凝土构件的截面应力和变形、预应力混凝土构件的预压应力及由于温度变化、支座沉降产生的内力。,混凝土受压,-,曲线上,在不同的应力阶段，其应力与应变的比值是一个常数。混凝土的变形模量有三种表示方法：,1),弹性,模量（原点模量）,2),变形,模量（割线模量、弹塑性模量）,3),切线,模量,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2、混凝土的变形模量,弹性模量,变形模量,切线模量,2.1 混凝土,2.1 混凝土的物理力学性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,弹性模量测定方法,2.1 混凝土,2.1 混凝土的物理力学性能,三向受压状态下混凝土的变形,（图,2-13,）,混凝土试件横向受到约束时，可提高强度，也可提高延性。用圆柱体试件周围施加恒定液体压力，逐渐增加轴向压力直至破坏，测其轴向应变的变化。,结论,：随着侧向压力的增加，试件的强度和延性都显著提高。,工程应用,：配置密排螺旋筋或箍筋的钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱，从侧向约束了混凝土，使混凝土的受力及变形性能得到改善。,混凝土轴向受拉时的应力-应变关系,（图,2-16,）,1）曲线形状与受压时相似，有上升段和下降段。,2）原点切线斜率与受压时基本一致。,3）A点在（0.40.5）,max,时出现，,B点在（0.760.83）,max,时出现.,4）f,c,越大，上升段越长，峰点越高，但对应的变形几乎没有增大；,f,c,越大，下降段越陡峭，变形反而越小。,5）,max,时,0,=,0.0000750.00015,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 混凝土,2.1.5,混凝土的收缩、膨胀和温度变形,1、混凝土的收缩,定义：,混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。,收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。,当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。,引起混凝土收缩的原因：,1）水泥凝胶体的体积凝结缩小；,2）混凝土失水干缩。,收缩试验曲线：,图2-22,2.1 混凝土的物理力学性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 混凝土,影响因素,混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。,1）,水泥品种：,水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越大。,2）,水泥用量：,水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。,3）,骨料性质：,骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。,4）,养护条件：,干燥失水及高温环境，收缩大。,5）,制作方法：,混凝土越密实，收缩越小。,6）,使用环境：,使用环境温度、湿度越大，收缩越小。,7）,形状尺寸：,构件的体积与表面积比值大时，收缩小。,2.1 混凝土的物理力学性能,影响因素多而复杂，准确地计算收缩量十分困难，所以针对原因、因素采取一些,技术措施,来降低因收缩而引起的不利影响，如加强养护、减小水灰比、减少水泥用量、加强振捣、在初凝时压光构件表面等。,2,、混凝土的膨胀,定义：,混凝土在水中结硬时体积增大的现象。,混凝土的膨胀值比收缩值小很多，而且,膨胀往往是有利的,，故一般不予考虑，以分析研究收缩为主。,3、混凝土的温度变形,当温度变化时，混凝土的体积同样也有热胀冷缩的性质。当温度变形受到外界的约束而不能自由发生时，将在构件内产生温度应力。,对,较长结构,，应按规范规定设置温度缝；,对,大体积混凝土,，因内部混凝土对试图缩小体积的表面混凝土形成约束，就会在表面形成拉应力若内外变形差较大，会造成表层混凝土开裂，设计时应予考虑。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 混凝土,2.1.6,混凝土的,徐变,定义：,混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象。,徐变对混凝土结构和构件的工作性能有很大影响。由于混凝土的徐变，会使构件的变形增加，在钢筋混凝土截面中引起应力重分布，在预应力混凝土结构中会造成预应力的损失。,徐变曲线（,-t曲线,）：,图2-17，试件100,100,400,，,混凝土的徐变特性主要与时间参数有关。徐变由五部分组成：,瞬时应变,ela,:,加载应力达到,0.5,f,c,作时，其加载瞬间产生的应变，属弹性应变。,2.1 混凝土的物理力学性能,徐变应变,cr:,荷载保持不变，随着时间的增加而增长的应变，前4个月增长较快，6个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓慢，1年后趋于稳定，3年左右基本终止，,cr,（,1,4,）,ela,。,瞬时恢复应变,ela:,两年后卸载，,瞬时恢复的一部分应变，,ela,ela,。,弹性后效,ela:,卸载后徐变继续,恢复的应变，,20,天左右结束，,ela,cr12,。,残余应变,cr：,不可恢复的大部分应变。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 混凝土,2.1 混凝土的物理力学性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 混凝土,影响因素,内在因素,是混凝土的组成、配比及构件的形状、尺寸。骨料的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小；水灰比越小，徐变也越小；水泥含量越大，徐变越大。,环境因素,包括养护和使用条件。受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（2035）%。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。受荷时龄期越长，徐变越小。,应力因素,指加荷时的应力及持荷时间。加荷时应力越大、持荷时间越长，徐变越大。混凝土构件在使用期间，应避免经常处于不变的高应力状态。,2.1 混凝土的物理力学性能,引起混凝土徐变的主要原因,1),具有粘性流动性质的水泥凝胶体，在荷载长期作用下产生粘性流动；,2,）内部微裂缝在荷载长期作用下不断发展和增加。,徐变对混凝土的影响,1),不利影响：引起混凝土结构构件变形增大及导致预应力混凝土结构中预应力损失，严重时会引起结构破坏；,2,）有利影响：引起钢筋混凝土截面中的应力重发布，减小各种外界因素对超静定结构的不利影响，降低附加应力。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 混凝土,2.1.7混凝土在荷载重复作用下的变形-疲劳变形,疲劳强度,混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用100mm100mm300mm 或着150mm150mm450mm的棱柱体，把棱柱体试件承受200万次或其以上循环荷载而发生破坏的压应力值称为,混凝土的疲劳抗压强度,。,影响因素,施加荷载时的应力大小是影响应力-应变曲线不同的发展和变化的关键因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度有关。在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力比值的增大而增大。,2.1 混凝土的物理力学性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 混凝土,混凝土在荷载重复作用下的应力-应变关系,2.1 混凝土的物理力学性能,结论,1）在荷载重复作用下，混凝土的强度和变形发生重要变化，即强度降低、变形增大；,2）引起疲劳破坏的主要原因是由于混凝土内部的骨料与水泥凝胶体接触处的微裂缝在荷载重复作用下不断形成、发展和贯通，导致疲劳破坏；,3)疲劳破坏的特征：裂缝小而变形大，破坏是脆性的，无明显预兆的；,4）混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度有关。,2.1.8 混凝土的选用原则,为保证结构安全可靠、经济耐久，选择混凝土时，要综合考虑材料的力学性能、耐久性能、施工性能和经济性等方面的问题，按照混凝土结构设计规范中的要求进行选用。,1、钢筋混凝土结构：,1）任何情况下不应低于C15；,2）采用HRB335级钢筋时不宜低于C20；,3）采用HRB400、RRB400级钢筋及承受重复荷载时不得低于C20。,2、预应力钢筋混凝土结构：,1）任何情况下不应低于C30；,2）当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时不宜低于C40。,3、当采用山砂混凝土、高炉矿渣混凝土时，尚应符合专门标准的规定。,规范用词说明,为便于在执行规范条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：,1、表示很严格，非这样做不可的用词：,正面词采用“,必须,”，反面词采用“,严禁,”；,2、表示严格，在正常情况下均应这样做的用词：,正面词采用“,应,”，反面词采用“,不应,”或“,不得,”；,3、表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的用词：,正面词采用“,宜,”，反面词采用“,不宜,”；,表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“,可,”。,4、条文中指明必须按其他有关标准、规范执行时，采用“应按.执行”或“应符合.要求或者规定”。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 钢筋的物理力学性能,2.2,钢筋的物理力学性能,2.2.1钢筋的品种和级别,热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 钢筋的物理力学性能,热轧钢筋的分类,HPB235,级,、HRB335,级,、HRB400,级,、RRB400,级,屈服强度,f,yk,（,标准值,=钢材废品限值，保证率,97.73%）,HPB235,级（,）,：,f,yk,=,235 N/mm,2,HRB335,级（,）,：,f,yk,=,335 N/mm,2,HRB400,级（,）,：,f,yk,=,400 N/mm,2,RRB400,级（,）：,f,yk,=,400 N/mm,2,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,HPB235级(级),钢筋,多为光面钢筋，多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。,HRB335级(级)和 HRB400级(级),钢筋,强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用级钢筋作箍筋以增强与混凝土的粘结，外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋。,RRB400级(级)钢筋,强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。,延伸率,d,5,=25、16、14、10%，直径8,40mm。,2.2 钢筋的物理力学性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,钢丝,，,中强钢丝的强度为8001200MPa，高强钢丝、钢绞线的为 1470 1860MPa；,延伸率,d,10,=6%，,d,100,=3.54%；钢丝的直径39mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.515.2 mm。中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。,冷加工钢筋,是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。,但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。,近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。,热处理钢筋,是将级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于预应力混凝土结构。,2.2 钢筋的物理力学性能,s,e,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2.2,钢筋的强度与变形,有明显屈服点的钢筋,a,a,b,c,d,e,f,u,a为比例极限,oa为弹性阶段,de为强化阶段,b为屈服上限,c为屈服下限，即,屈服强度,f,y,cd为屈服台阶,e为极限抗拉强度,f,u,f,y,f,ef为颈缩阶段,2.2 钢筋的物理力学性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,几个指标：,屈服强度,：,是钢筋强度的设计依据,，因为钢筋屈服后将发生很大的塑性变形，且卸载时这部分变形,不可恢复,，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。,延伸率,：钢筋拉断后的伸长值与原长的比率，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。,屈 强 比：反映钢筋的强度储备，,fy/fu=0.60.7。,2.2 钢筋的物理力学性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,有明显屈服点钢筋的应力-应变关系,一般可采用双线性的理想弹塑性关系,1,E,s,2.2 钢筋的物理力学性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,无明显屈服点的钢筋,a点：比例极限，约为0.65,f,u,a点前：应力-应变关系为线弹性,a点后：应力-应变关系为非线性，,有一定塑性变形，且没有明,显的屈服点,强度设计指标,条件屈服点:残余应变为0.2%所对应的应力规范取s0.2=0.85 fu,2.2 钢筋的物理力学性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,1）,强度,：要求钢筋有足够的强度和适宜的强屈比(极限,强度与屈服强度的比值)。例如，对抗震等级为一、,二级的框架结构，其纵向受力钢筋的实际强屈比不,应小于1.25。,2）,塑性(模型P24-25),：要求钢筋应有足够的变形能力,，,保证伸长率和冷弯性能合格。,3）,可焊性,：要求钢筋焊接后不产生裂缝和过大的变形，,焊接接头性能良好。,4）,与混凝土的粘结力,：要求钢筋与混凝土之间有足够的,粘结力，以保证两者共同工作。,5）,耐火性,：要求保护层厚度应满足构件耐火极限的要求,2.2.3 混凝土结构对钢筋性能的要求,2.2 钢筋的物理力学性能,钢筋的选用原则,1、钢筋混凝土结构中的受力筋和预应力钢筋混,凝土结构中的非受力筋：,宜采用HRB400、HRB335级钢筋，并优先采用HRB400级钢筋；也可采用HPB235、RRB400级钢筋。,2、预应力钢筋：,宜采用钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。,3、冷加工钢筋：若采用时应符合专门标准的规定。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,定义：指钢筋在承受重复、周期性的动荷载作用下，经过一定次数后，突然脆性断裂的现象。如吊车梁等。,影响因素：,1）应力变化幅值,2）最小应力值,3）钢筋强度,4）几何形状、钢筋直径,5）钢筋加工和使用环境,2.2.4 钢筋的疲劳,2.2 钢筋的物理力学性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3,混凝土与钢筋的粘结,2.3.1,粘结的意义,粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础,钢筋与混凝土之间粘结应力示意图,（a）锚固粘结应力 （b）裂缝间的局部粘结应力,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3.2,粘结力的形成,光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理，其粘结作用主要由三部分组成：,）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力）。一般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，该力即消失。,）混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。,）,钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力（咬合力）。对于光圆钢筋，这种咬合力来自于表面的粗糙不平。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3 混凝土与钢筋的粘结,变形钢筋与混凝土之间的机械咬合作用主要是由于变形钢筋肋间嵌入混凝土而产生的。,变形钢筋和混凝土的机械咬合作用,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3.3,粘结强度,测试,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3,混凝土与钢筋的粘结,计算公式,式中N钢筋的拉力；钢筋的直径；,粘结的长度。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3 混凝土与钢筋的粘结,不同强度混凝土的粘结应力和相对滑移的关系,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3.4,影响粘结的因素,影响钢筋与混凝土粘结强度的因素很多，主要有,混凝土强度,、,保护层厚度,及,钢筋净间距,、,横向配筋,及,侧向压应力,，以及,浇筑混凝土时钢筋的位置,等。,.光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度都随混凝土强度等级的提高而提高，但不与立方体强度成正比。,.变形钢筋能够提高粘结强度。,.钢筋间的净距对粘结强度也有重要影响。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3.4,影响粘结的因素,.横向钢筋可以限制混凝土内部裂缝的发展，提高粘结强度。,.在直接支撑的支座处，横向压应力约束了混凝土的横向变形，可以提高粘结强度。,.浇筑混凝土时钢筋所处的位置也会影响粘结强度。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3,混凝土与钢筋的粘结,2.3.5,钢筋的锚固与搭接,保证粘结的构造措施,1)对不同等级的混凝土和钢筋，要保证最小搭接长度和锚固长度；,2)为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结，必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求；,3)在钢筋的搭接接头内应加密箍筋；,4)为了保证足够的粘结在钢筋端部应设置弯钩；,5)对大深度混凝土构件应分层浇筑或二次浇捣；,6)一般除重锈钢筋外，可不必除锈。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3 混凝土与钢筋的粘结,钢筋的搭接,钢筋搭接的原则是：接头应设置在受力较小处，同一根钢筋上应尽量少设接头，机械连接接头能产生较牢固的连接力，应优先采用机械连接。,受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度计算公式：,式中，为受拉钢筋搭接长度修正系数，它与同一连接区内搭接钢筋的截面面积有关，详见,第五章,。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3 混凝土与钢筋的粘结,基本锚固长度,钢筋的基本锚固长度取决于钢筋的强度及混凝土抗拉强度，并与钢筋的外形有关。规范规定纵向受拉钢筋的锚固长度作为钢筋的基本锚固长度，其计算公式,（式,5-27,）为,：,