河海大学钢砼.pptx

1第第1 1章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能 1.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 1.3 钢筋和混凝土的粘结钢筋和混凝土的粘结 1.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能21.1.掌握钢筋混凝土结构中常用钢筋的品种、强度等级和符号。掌握钢筋混凝土结构中常用钢筋的品种、强度等级和符号。2.2.掌握钢筋的强度性能和变形特点及设计强度取值。掌握钢筋的强度性能和变形特点及设计强度取值。3.3.掌握混凝土的强度等级及其他强度指标的确定方法，了解混掌握混凝土的强度等级及其他强度指标的确定方法，了解混 凝土在荷载作用和温湿度变化时的变形性能。凝土在荷载作用和温湿度变化时的变形性能。4.4.掌握钢筋与混凝土之间的粘结性能，理解保证黏结的工程构掌握钢筋与混凝土之间的粘结性能，理解保证黏结的工程构 造措施。造措施。31.1 1.1 钢筋的力学性能钢筋的力学性能钢筋的力学性能钢筋的力学性能一、钢筋的化学成分一、钢筋的化学成分铁铁Fe、碳、碳C和其他合金元素等。和其他合金元素等。制作钢筋的钢材按照化学成分可以分为：制作钢筋的钢材按照化学成分可以分为：碳素钢碳素钢低合金钢低合金钢低碳钢（含碳量低碳钢（含碳量0.6%）含碳量越高，强度含碳量越高，强度越高，塑性、可焊性越高，塑性、可焊性越低越低 在碳素钢的基础上，冶炼时在碳素钢的基础上，冶炼时加入少量合金元素（如硅、锰加入少量合金元素（如硅、锰等）而成等）而成。强度高、塑性好强度高、塑性好 有害元素：硫、磷有害元素：硫、磷Steel bar4二、钢筋的表面形状二、钢筋的表面形状光圆钢筋光圆钢筋带肋钢筋带肋钢筋表面光滑表面光滑表面肋纹表面肋纹螺旋纹螺旋纹人字纹人字纹月牙肋月牙肋光面圆钢筋光面圆钢筋螺旋纹钢筋螺旋纹钢筋人字纹钢筋人字纹钢筋月牙纹钢筋月牙纹钢筋 提高与混凝土的粘提高与混凝土的粘结锚固能力结锚固能力5三、常用钢筋的品种三、常用钢筋的品种热轧钢筋热轧钢筋、钢丝钢丝、钢绞线钢绞线、热处理钢筋热处理钢筋等。等。热轧钢筋热轧钢筋钢丝钢丝钢绞线钢绞线用低碳钢、普通低用低碳钢、普通低合金钢在高温下轧合金钢在高温下轧制而成。制而成。直径较小，有冷拉钢丝、消直径较小，有冷拉钢丝、消除应力钢丝等，外形有光面、除应力钢丝等，外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，一般用刻痕和螺旋肋三种，一般用于预应力砼结构。于预应力砼结构。由多根高强钢丝在绞丝机上绞由多根高强钢丝在绞丝机上绞合，再经过低温回火制成。通合，再经过低温回火制成。通常有二股、三股和七股钢绞线，常有二股、三股和七股钢绞线，用于预应力砼结构用于预应力砼结构6热轧钢筋热轧钢筋 热轧钢筋是用低碳钢、普通低合金钢等在高温下轧制而成。热轧钢筋是用低碳钢、普通低合金钢等在高温下轧制而成。根据力学指标（强度）的高低，可以分为根据力学指标（强度）的高低，可以分为4级：级：强度等级代号强度等级代号级别级别符号符号表面形状表面形状强度强度塑性塑性HPB300光面钢筋HRB335变形钢筋HRB400变形钢筋HRB500变形钢筋（1）级别）级别7H P B 300Hot rolledPlain(光圆光圆)Bars屈服强度标准值屈服强度标准值H R B 335Hot rolledRibbed(变形变形)Bars屈服强度标准值屈服强度标准值热轧钢筋热轧钢筋光圆钢筋光圆钢筋公称直径：公称直径：6、8、10、12、14、16、18、20、22变形钢筋变形钢筋公称直径：公称直径：6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40、508强度等级代号强度等级代号级别级别符号符号特点特点用途用途HPB300HRB335HRB400HRB500一般用于楼板的受力钢一般用于楼板的受力钢筋和梁、柱的箍筋筋和梁、柱的箍筋一般用于钢筋混凝土梁、一般用于钢筋混凝土梁、柱的受力钢筋柱的受力钢筋应用受到一定限制，用应用受到一定限制，用于预应力钢筋砼结构于预应力钢筋砼结构光面低碳钢筋，光面低碳钢筋，强度低、塑性好强度低、塑性好低合金钢，强度低合金钢，强度较高较高强度高、保留一强度高、保留一定的塑性定的塑性热轧钢筋热轧钢筋 热轧钢筋是用低碳钢、普通低合金钢等在高温下轧制而成。热轧钢筋是用低碳钢、普通低合金钢等在高温下轧制而成。根据力学指标（强度）的高低，可以分为根据力学指标（强度）的高低，可以分为4级：级：（1）级别）级别9钢筋拉伸试验图钢筋拉伸试验图fyfuabc defoa：弹性阶段：弹性阶段a：比例极限：比例极限b：屈服上限：屈服上限c：屈服下限或屈服点：屈服下限或屈服点cd：屈服平台：屈服平台de：强化阶段：强化阶段e：极限抗拉强度：极限抗拉强度ef：颈缩阶段：颈缩阶段热轧钢筋热轧钢筋（2）力学性能）力学性能单向拉伸应力单向拉伸应力应变曲线应变曲线10热轧钢筋热轧钢筋（2）力学性能）力学性能单向拉伸应力单向拉伸应力应变曲线应变曲线弹性阶段弹性阶段屈服阶段屈服阶段强化阶段强化阶段破坏阶段破坏阶段颈缩颈缩 设计时取屈服强度设计时取屈服强度fy还是还是极限抗拉强度极限抗拉强度fu作为设计的依作为设计的依据？为什么？据？为什么？11 设计时取屈服强度设计时取屈服强度fy作为钢筋强度设计值的依据作为钢筋强度设计值的依据 钢钢筋筋达达到到屈屈服服强强度度后后，塑塑性性变变形形急急剧剧增增加加，构构件件出出现现很很大大的的变变形形和和过过宽宽的的裂裂缝缝，以以致致构构件件不不能能正正常常使使用用。但但因因为为钢钢筋筋屈屈服服完完成成后后，还还有有一一强强化化阶阶段段，还还能能继继续续承承受受更更大大的的荷荷载载，此此时构件并未破坏。时构件并未破坏。极限抗拉强度类似于钢筋的极限抗拉强度类似于钢筋的“强度储备强度储备”。因此，钢筋的极限。因此，钢筋的极限抗拉强度值不能与屈服强度太接近，应与屈服强度有足够大的差值。抗拉强度值不能与屈服强度太接近，应与屈服强度有足够大的差值。v屈屈 强强 比比fy/fu：反映钢筋的反映钢筋的强度储备强度储备，fy/fu=0.60.7。12 不同级别热轧钢筋的应力应变曲线不同级别热轧钢筋的应力应变曲线热轧钢筋级别越高，强度越热轧钢筋级别越高，强度越 ，屈服平台越，屈服平台越 ，塑性，塑性越越 。高高差差短短13GB50010-2010新规范：新规范：14塑性性能塑性性能伸长率伸长率冷弯性能冷弯性能伸长率越高，塑性性能越好。伸长率越高，塑性性能越好。冷弯直径越小，角度冷弯直径越小，角度越大，塑性越好。越大，塑性越好。ll把钢筋在常温下围绕把钢筋在常温下围绕直径为直径为D的辊轴弯转的辊轴弯转角角而要求不发生裂纹。而要求不发生裂纹。15冷拉冷拉冷拉冷拉kk软钢软钢软钢软钢常温下张拉常温下张拉常温下张拉常温下张拉应力超过屈服强度应力超过屈服强度应力超过屈服强度应力超过屈服强度k k立即重立即重立即重立即重新张拉新张拉新张拉新张拉obocdede卸载卸载卸载卸载o o o o kdekde放置相当一段放置相当一段放置相当一段放置相当一段时间后重新张拉时间后重新张拉时间后重新张拉时间后重新张拉o o k k d d e e 高温下短时间高温下短时间高温下短时间高温下短时间后重新张拉后重新张拉后重新张拉后重新张拉o o k k d d e e 冷拉可提高钢筋的屈服强度，但塑性降低冷拉可提高钢筋的屈服强度，但塑性降低时效硬化1、冷拉仅能提高钢筋的抗拉屈服强度，、冷拉仅能提高钢筋的抗拉屈服强度，不能提高其抗压屈服强度。不能提高其抗压屈服强度。2、人工加热时温度不可过高，否则将、人工加热时温度不可过高，否则将失去冷拉效果。失去冷拉效果。（3）钢筋的冷加工）钢筋的冷加工热轧钢筋热轧钢筋冷拉强化16冷拔冷拔冷拔冷拔n 在拔丝机上用强力将钢筋拉过硬质合金钢模上比钢筋直径在拔丝机上用强力将钢筋拉过硬质合金钢模上比钢筋直径稍小的拔丝孔，迫使钢筋截面缩小，长度增大。稍小的拔丝孔，迫使钢筋截面缩小，长度增大。n 在拉拔过程中，钢筋同时受到纵向拉力及横向压力的作用在拉拔过程中，钢筋同时受到纵向拉力及横向压力的作用后，后，强度比原来有很大提高，但塑性降低很多。强度比原来有很大提高，但塑性降低很多。冷拔可冷拔可同时提高同时提高钢筋的钢筋的抗拉抗拉和和抗压强度。抗压强度。（3）钢筋的冷加工）钢筋的冷加工热轧钢筋热轧钢筋17预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋 强度较高，均强度较高，均无明显的屈服点和屈服台阶无明显的屈服点和屈服台阶，主要用于预应力，主要用于预应力混凝土结构。混凝土结构。无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋硬钢硬钢软钢软钢 对于硬钢，通常以卸载后对于硬钢，通常以卸载后残余残余应变为应变为0.2%时对应的应力值时对应的应力值0.2作为作为屈服极限，称为屈服极限，称为“条件屈服极限条件屈服极限”，并取，并取0.2=0.85b。硬钢的应力硬钢的应力-应变曲线应变曲线18四、钢筋的弹性模量四、钢筋的弹性模量五、钢筋的疲劳强度五、钢筋的疲劳强度 疲劳破坏疲劳破坏：钢筋在承受重复、周期动荷载作用下，经过一钢筋在承受重复、周期动荷载作用下，经过一定次数后，从塑性破坏的性质转变成脆性突然断裂的现象。定次数后，从塑性破坏的性质转变成脆性突然断裂的现象。疲劳强度疲劳强度:在某一规定应力幅度内，经受某一规定次数循在某一规定应力幅度内，经受某一规定次数循环加载后，才发生疲劳破坏的最大应力值。环加载后，才发生疲劳破坏的最大应力值。s sps stt疲劳应力比：疲劳应力比：20重复次数：我国重复次数：我国规范规范取取200200万次万次应力比越小，疲劳强度越小。应力比越小，疲劳强度越小。200万次时，疲劳强度约为万次时，疲劳强度约为0.440.55 f y水工建筑中，一般可不验算材料的疲劳强度。水工建筑中，一般可不验算材料的疲劳强度。五、钢筋的疲劳强度五、钢筋的疲劳强度 试验方法试验方法：钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯与单根钢筋：钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯与单根钢筋的轴拉疲劳的轴拉疲劳21六、钢筋砼结构对钢筋性能的要求六、钢筋砼结构对钢筋性能的要求（1 1）强强度度：要要求求钢钢筋筋有有足足够够的的强强度度和和适适宜宜的的强强屈屈比比(极极限限强强度度与与屈屈服服强强度度的的比比值值)。例例如如，对对抗抗震震等等级级为为一一、二二、三三级级的的框框架架结结构构，其其纵纵向向受受力力钢钢筋筋的的实实际际强强屈屈比比不不应应小小于于1.251.25。（2 2）塑性塑性：要求钢筋在断裂前有足够的变形能力。：要求钢筋在断裂前有足够的变形能力。22六、钢筋砼结构对钢筋性能的要求六、钢筋砼结构对钢筋性能的要求（3 3）可可焊焊性性：要要求求钢钢筋筋焊焊接接后后不不产产生生裂裂缝缝和和过过大大的的变变形，焊接接头受力性能良好。形，焊接接头受力性能良好。（4 4）与与混混凝凝土土的的粘粘结结力力：要要求求钢钢筋筋与与混混凝凝土土之之间间有有足足够的粘结力，以保证两者共同工作。够的粘结力，以保证两者共同工作。232.2 2.2 混凝土的力学性能混凝土的力学性能混凝土的力学性能混凝土的力学性能 混凝土（混凝土（Concrete）是由）是由水泥水泥、砂砂、石子石子和和水水等按一定比例配等按一定比例配合搅拌而成的人造石材，合搅拌而成的人造石材，不是匀质弹性材料不是匀质弹性材料。+搅拌搅拌成型、养护成型、养护砼砼 tng242.2 2.2 混凝土的力学性能混凝土的力学性能混凝土的力学性能混凝土的力学性能一、混凝土的强度一、混凝土的强度单向受力下的单向受力下的抗压强度抗压强度抗拉强度抗拉强度立方体立方体棱柱体棱柱体轴拉轴拉劈拉劈拉复合受力下的复合受力下的双压、双拉双压、双拉拉压拉压剪压，三向压、拉剪压，三向压、拉252.2 2.2 混凝土的力学性能混凝土的力学性能混凝土的力学性能混凝土的力学性能一、混凝土的强度一、混凝土的强度在钢筋混凝土结构中，混凝土主要用于在钢筋混凝土结构中，混凝土主要用于抗压抗压。1、影响混凝土强度的因素、影响混凝土强度的因素影响混凝土强度的因素很多，可以总结为以下几方面：影响混凝土强度的因素很多，可以总结为以下几方面：材料材料水泥用量、水泥强度、水灰比、骨料品种、配合比等水泥用量、水泥强度、水灰比、骨料品种、配合比等浇筑、养护浇筑、养护捣制方法、养护温度、湿度等捣制方法、养护温度、湿度等试验方法试验方法试件形状、尺寸、加载速度等试件形状、尺寸、加载速度等26试验方法试验方法试件形状、尺寸、加载速度等试件形状、尺寸、加载速度等（1）试件形状）试件形状150150150150150450ABA、B试块，材料、养护条件等均相同，二者强度的大小关系？试块，材料、养护条件等均相同，二者强度的大小关系？AB，为什么？，为什么？27压力压力试件产生横向变形试件产生横向变形 加载板与试件间产生摩擦加载板与试件间产生摩擦阻力，对试块的横向变形产阻力，对试块的横向变形产生约束，且约束的大小随着生约束，且约束的大小随着离接触面的垂直距离的增大离接触面的垂直距离的增大而减小。而减小。产生摩擦阻力产生摩擦阻力产生摩擦阻力产生摩擦阻力产生摩擦阻力产生摩擦阻力产生摩擦阻力产生摩擦阻力对试件中部的约束对试件中部的约束AB，所以，抗压强度所以，抗压强度AB。加强对混凝土横向变形的约加强对混凝土横向变形的约束，可以提高其抗压强度。束，可以提高其抗压强度。试验方法试验方法试件形状、尺寸、加载速度等试件形状、尺寸、加载速度等（1）试件形状）试件形状28（2）试块尺寸）试块尺寸ABC100100100150150150200200200A、B、C三个试块，材料、养护条件等均相同，三者强度的大小关系？三个试块，材料、养护条件等均相同，三者强度的大小关系？AB C，为什么？，为什么？试验方法试验方法试件形状、尺寸、加载速度等试件形状、尺寸、加载速度等29（3）润滑剂）润滑剂A150150150B150150150涂润滑剂涂润滑剂涂润滑剂涂润滑剂A、B两个试块，材料、养护条件等均相同，二者强度的大小关系？两个试块，材料、养护条件等均相同，二者强度的大小关系？（AB）试验方法试验方法试件形状、尺寸、加载速度等试件形状、尺寸、加载速度等30（4）加载速度）加载速度（5）加载龄期）加载龄期加载速度越快，测得的强度越高。加载速度越快，测得的强度越高。加载龄期越长，测得的强度越高。加载龄期越长，测得的强度越高。影响混凝土强度的因素，尤其是试验方法对强度的影影响混凝土强度的因素，尤其是试验方法对强度的影响因素众多，因此，如何区分不同级别的混凝土？规范规响因素众多，因此，如何区分不同级别的混凝土？规范规定：混凝土的强度等级用定：混凝土的强度等级用“立方体抗压强度立方体抗压强度”来划分。来划分。试验方法试验方法试件形状、尺寸、加载速度等试件形状、尺寸、加载速度等31立方体抗压强度立方体抗压强度fcu,k用用标准试块标准试块按照按照标准方法标准方法测得的强度测得的强度 采用采用边长为边长为150mm的立方体试件的立方体试件，在，在温度温度203，湿度湿度90%以上以上的潮湿空气中养护的潮湿空气中养护28天天，依据，依据标准试验方法标准试验方法对试件进对试件进行加压，测得的行加压，测得的具有具有95%保证率保证率的抗压强度为混凝土的立方体的抗压强度为混凝土的立方体抗压强度标准值抗压强度标准值fcu,k，作为划分混凝土强度等级的依据。作为划分混凝土强度等级的依据。2、不涂润滑剂不涂润滑剂控制加载速度控制加载速度32立方体抗压强度立方体抗压强度fcu,k2、立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的受力立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的受力状态，只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的状态，只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准（制作、测试方便）。标准（制作、测试方便）。欧洲砼协会、美国、加拿大、日本等欧洲砼协会、美国、加拿大、日本等国外测定混凝土抗压强度国外测定混凝土抗压强度等级的试件形状等级的试件形状150mm立方体立方体圆柱体圆柱体 15030033立方体抗压强度立方体抗压强度fcu,k2、水工混凝土结构设计规范水工混凝土结构设计规范根据混凝土立方体抗压强度将混凝根据混凝土立方体抗压强度将混凝土划分为土划分为10个强度等级：个强度等级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60C15CConcrete15立方体抗压强度标准值为立方体抗压强度标准值为15N/mm2。若无边长为若无边长为150mm的立方体试件，也可用边长为的立方体试件，也可用边长为100mm或或200mm的试件代替，但测得的强度应乘以相应的换算系数：的试件代替，但测得的强度应乘以相应的换算系数：100mm200mm0.951.05水利水电工程中水利水电工程中 钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C15 HRB335钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C20 HRB400、RRB400钢筋混凝土结构的混凝土强度等级钢筋混凝土结构的混凝土强度等级 不应低于不应低于C20 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30 当采用钢绞线、钢丝作预应力筋时，混凝土强度等级当采用钢绞线、钢丝作预应力筋时，混凝土强度等级 不宜低于不宜低于C4034混凝土强度等级选用原则混凝土强度等级选用原则35fckfcu,k棱柱体抗压强度平均值与立方体抗压强度平均值之间存在棱柱体抗压强度平均值与立方体抗压强度平均值之间存在线性关系，比值平均值为线性关系，比值平均值为0.76。规范规定规范规定：轴心抗压强度标准值轴心抗压强度标准值fck与立方体抗压强度标准与立方体抗压强度标准值值fcu,k之间的关系如下式：之间的关系如下式：考虑实际构件与试件混凝土之间的差异等，引入的修正系数。考虑实际构件与试件混凝土之间的差异等，引入的修正系数。轴心抗压强度轴心抗压强度fck3、采用边长为采用边长为150mm150mm300mm的棱柱体试件作为混的棱柱体试件作为混凝土轴心抗压强度的标准试件，制作养护方法与立方体试凝土轴心抗压强度的标准试件，制作养护方法与立方体试件的方法相同。件的方法相同。36轴心抗拉强度轴心抗拉强度ftk 轴心抗拉强度轴心抗拉强度ftk远小于轴心抗压强度远小于轴心抗压强度fck，一般只有，一般只有5%10%，且强度等级越高，这个比值越小且强度等级越高，这个比值越小。测定方法测定方法：轴心受拉试验轴心受拉试验500150150150150100100直径直径16-20mm压压拉拉PPPPPdd劈裂试验劈裂试验4、d：立方体边长或：立方体边长或圆柱体直径圆柱体直径l：立方体边长或：立方体边长或圆柱体长度圆柱体长度P37 根据试验结果统计分析，取混凝土根据试验结果统计分析，取混凝土轴心抗拉强度试验平均轴心抗拉强度试验平均值值ft与与立方体抗压强度试验平均值立方体抗压强度试验平均值fcu的关系为：的关系为：规范规定规范规定轴心抗拉强度标准值轴心抗拉强度标准值ftk与立方体抗压强度标准值与立方体抗压强度标准值fcu,k的关系为：的关系为：考虑实际构件与试件混凝土之间的差异等，引入的修正系数。考虑实际构件与试件混凝土之间的差异等，引入的修正系数。轴心抗拉强度轴心抗拉强度ftk4、38立方体抗压强度立方体抗压强度fcu,k轴心抗压强度轴心抗压强度fck轴心抗拉强度轴心抗拉强度ftk 不同强度等级混凝土的不同强度等级混凝土的fck、ftk的值可查附录的值可查附录2中的附表中的附表6。fcu,k、fck、ftk的大小关系？的大小关系？39复合应力状态下的混凝土强度复合应力状态下的混凝土强度5、在钢筋混凝土结构中，混凝土一在钢筋混凝土结构中，混凝土一般处于复合应力状态。般处于复合应力状态。双向应力状态：双向应力状态：双向应力状态：双向应力状态：1 1 1 1 2 2 2 2当双向受压时，一向的抗压强度随另一向应力的增加而增加。当双向受压时，一向的抗压强度随另一向应力的增加而增加。当双向受拉时，一向的抗拉强度基本上与另一向拉应力大小无关。当双向受拉时，一向的抗拉强度基本上与另一向拉应力大小无关。当一向受拉、一向受压时，混凝土的抗压强度随另一向拉应力的增当一向受拉、一向受压时，混凝土的抗压强度随另一向拉应力的增加而降低。加而降低。I40双向应力状态：双向应力状态：双向应力状态：双向应力状态：2 2 2 2混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低。混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低。混凝土的抗剪强度随着拉应力的增大而减小。混凝土的抗剪强度随着拉应力的增大而减小。混凝土的抗剪强度随着压应力的增大先增大后减小混凝土的抗剪强度随着压应力的增大先增大后减小-0.141三向受压状态：三向受压状态：三向受压状态：三向受压状态：三向受压时，混凝土一向抗压强度随另二向压应力的增加而增加，三向受压时，混凝土一向抗压强度随另二向压应力的增加而增加，且混凝土的极限压应变也大大增加。且混凝土的极限压应变也大大增加。42二、混凝土的变形二、混凝土的变形变形变形荷载荷载作用作用下的变形下的变形非荷载非荷载作用作用下的变形下的变形短期一次荷载短期一次荷载作用下的变形作用下的变形长期荷载长期荷载作用下的变形作用下的变形热胀冷缩、湿胀干缩热胀冷缩、湿胀干缩水化时的水化时的收缩与膨胀收缩与膨胀431、混凝土在短期一次加载时的变形、混凝土在短期一次加载时的变形 混凝土短期一次加载是指荷载从零开始单调增加至试件破坏，混凝土短期一次加载是指荷载从零开始单调增加至试件破坏，通常采用通常采用棱柱体试件棱柱体试件来测定，其应力来测定，其应力-应变关系是混凝土最基本的力应变关系是混凝土最基本的力学性能之一。学性能之一。从开始加载到从开始加载到A点（约为点（约为0.3fc）时，砼基本处于弹性状态，应力）时，砼基本处于弹性状态，应力应变关系接近直线。应变关系接近直线。随着应力的增大，砼出现塑性，随着应力的增大，砼出现塑性，应力在应力在0.3fc0.8fc(AB段段)时，应变增时，应变增长速度较应力快。长速度较应力快。超过超过B点，应变增长速度更快，点，应变增长速度更快，试件中部出现平行于压力方向的裂试件中部出现平行于压力方向的裂缝，应力很快达到了砼的抗压强度缝，应力很快达到了砼的抗压强度fc（C点）。点）。应力达到应力达到fc后，试件承载能力下降，裂缝迅速发展。应力应后，试件承载能力下降，裂缝迅速发展。应力应变曲线向下弯曲。直到凹向发生弯曲，出现变曲线向下弯曲。直到凹向发生弯曲，出现“拐点拐点”（D）点。）点。超过超过“拐点拐点”，曲线开始凸向应变轴，此段曲线中曲率最大，曲线开始凸向应变轴，此段曲线中曲率最大的一点的一点E称为称为“收敛点收敛点”。E后的曲线为收敛段。后的曲线为收敛段。上升段上升段下降段下降段（1）受压砼的应力）受压砼的应力应变曲线应变曲线拐点拐点收敛点收敛点44fcfc：最大应力值，轴心抗压强度。最大应力值，轴心抗压强度。0：最大应力值对应的应变，大致为最大应力值对应的应变，大致为0.002。0cucu：混凝土破坏前的最大应变，极限压应变。混凝土破坏前的最大应变，极限压应变。混凝土本构关系曲线混凝土本构关系曲线45 在普通试验机上采用在普通试验机上采用等应力速度等应力速度加载，达到轴心抗压强度加载，达到轴心抗压强度 fc 时，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，只能测得应力件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲线的应变曲线的上升段上升段。采用采用等应变速度等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一同加载，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-应变曲线的应变曲线的下下降段降段。46（2）强度对砼的应力）强度对砼的应力-应变曲线的影响应变曲线的影响下降段：下降段：混混凝凝土土强强度度越越高高，曲曲线线下下降降段段越越陡陡；强强度度越越低低，下下降降段段越越平平坦坦，曲曲线越长。线越长。上升段：上升段：混混凝凝土土强强度度影影响响较较小小，强强度度越越大大，曲曲线线越越陡陡，与与应应力力峰峰值值点点对对应应的的应应变变0 0大致为大致为0.002。混凝土强度越高，曲线越陡，混凝土强度越高，曲线越陡，cucu越小，延性越差。越小，延性越差。47（3）加载速度对砼应力）加载速度对砼应力应变曲线的影响应变曲线的影响 加载速度较快时，加载速度较快时，fc有所提高，曲线比较陡。有所提高，曲线比较陡。加载速度缓慢时，加载速度缓慢时，fc略有降低，曲线（尤其是下降段）平缓，略有降低，曲线（尤其是下降段）平缓，0和和cu增大。增大。48混凝土破坏机理混凝土破坏机理49（4）砼）砼受拉受拉应力应力应变曲线应变曲线与混凝土受压时的应力与混凝土受压时的应力应变曲线类似。应变曲线类似。通常通常取取t0=0.00015=0.00015。50重复荷载下混凝土的强度和变形重复荷载下混凝土的强度和变形-疲劳疲劳a）一次加载卸载）一次加载卸载 b)多次加载卸载多次加载卸载混凝土在短期重复荷载下的应力应变关系曲线混凝土在短期重复荷载下的应力应变关系曲线51p多次重复加载下混凝土的应力应变关系多次重复加载下混凝土的应力应变关系 当当应力峰值小于混凝土的疲劳强度应力峰值小于混凝土的疲劳强度时：时：每次循环形成环状，面积逐渐减少，直至成直线；每次循环形成环状，面积逐渐减少，直至成直线；当当应力峰值大于混凝土的疲劳强度应力峰值大于混凝土的疲劳强度时：时：开始的数次循环中，与小应力的相似；开始的数次循环中，与小应力的相似；直线后，曲线凸凹方向改变，斜率降低，裂缝和变直线后，曲线凸凹方向改变，斜率降低，裂缝和变 形严重。形严重。52 混凝土的疲劳强度混凝土的疲劳强度 疲劳破坏：因荷载重复作用而引起的破坏疲劳破坏：因荷载重复作用而引起的破坏（拉、压）（拉、压）疲劳强度疲劳强度：产生疲劳破坏所需要重复荷载的：产生疲劳破坏所需要重复荷载的最小应力峰值：最小应力峰值：疲劳强度疲劳强度修正系数疲劳强度疲劳强度修正系数砼强度砼强度0.20.2,0.3)0.3,0.4)0.4,0.5)0.5,1)0.740.80.860.931.053（5）砼的弹性模量和变形模量）砼的弹性模量和变形模量匀质弹性材料匀质弹性材料 混凝土混凝土 00弹性模量弹性模量Ec 混凝土应力与相应的混凝土应力与相应的弹性应变之比，也称弹性应变之比，也称“原原点切线模量点切线模量”常量常量54变形模量变形模量Ec 混凝土应力应变曲线上任一混凝土应力应变曲线上任一点对应的应力和应变之比，也点对应的应力和应变之比，也称称“割线模量割线模量”随着应力增加而减小随着应力增加而减小切线模量切线模量Ec 混凝土应力应变曲线上任一混凝土应力应变曲线上任一点应力增量与应变增量之比点应力增量与应变增量之比（切线的斜率）。（切线的斜率）。随着应力增加而减小随着应力增加而减小弹性系数弹性系数55 弹性模量测定弹性模量测定（5）混凝土轴向受拉时的应力应变关系562、混凝土在荷载长期作用下的变形、混凝土在荷载长期作用下的变形 在长期不变荷载作用下，在长期不变荷载作用下，应力不变，混凝土变形随应力不变，混凝土变形随时间增长的现象称为时间增长的现象称为徐变徐变。（1 1）徐变特点：）徐变特点：1 1、徐变速度：先快后慢，开、徐变速度：先快后慢，开、徐变速度：先快后慢，开、徐变速度：先快后慢，开始增长较快，以后逐渐减慢，始增长较快，以后逐渐减慢，始增长较快，以后逐渐减慢，始增长较快，以后逐渐减慢，经过较长一段时间后趋于稳定。经过较长一段时间后趋于稳定。经过较长一段时间后趋于稳定。经过较长一段时间后趋于稳定。2 2、徐变大小：徐变是瞬时应、徐变大小：徐变是瞬时应、徐变大小：徐变是瞬时应、徐变大小：徐变是瞬时应变的变的变的变的2-32-3倍倍倍倍。3 3、徐变可部分恢复。、徐变可部分恢复。、徐变可部分恢复。、徐变可部分恢复。（2 2）徐变原因：）徐变原因：混凝土中未晶体化的水泥凝胶体，在持续外荷载作用下产生黏性流混凝土中未晶体化的水泥凝胶体，在持续外荷载作用下产生黏性流动，压应力逐渐转移给骨料。卸载后，水泥凝胶体又恢复原状，骨料又动，压应力逐渐转移给骨料。卸载后，水泥凝胶体又恢复原状，骨料又将应力转回给凝胶体。此外，混凝土内部裂缝不断发展也使变形增加。将应力转回给凝胶体。此外，混凝土内部裂缝不断发展也使变形增加。57（3）影响徐变的因素：）影响徐变的因素：材料（砼的组成成分）：材料（砼的组成成分）：水泥用量越多，水灰比越大，徐变越水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大；骨料越坚硬，弹性模量越高，徐变越小。大；骨料越坚硬，弹性模量越高，徐变越小。环境（养护、使用时的温湿度）：环境（养护、使用时的温湿度）：养护时温度高，湿度大，水养护时温度高，湿度大，水泥水化作用就充分，徐变就小。使用时处于高温、干燥条件下，泥水化作用就充分，徐变就小。使用时处于高温、干燥条件下，徐变将增大。徐变将增大。应力：应力：持续作用的应力值越大，徐变越大。持续作用的应力值越大，徐变越大。58（3）影响徐变的因素：）影响徐变的因素：加载龄期：加载龄期：其他：其他：如构件的形状、尺寸等。如大试件内部失水受到限制，如构件的形状、尺寸等。如大试件内部失水受到限制，徐变减小。徐变减小。加载时混凝土龄期越长，硬结程度就越好，产生加载时混凝土龄期越长，硬结程度就越好，产生的徐变就越小，反之徐变越大。的徐变就越小，反之徐变越大。59（4 4）徐变对结构的影响：）徐变对结构的影响：qq不利不利：由于压区混凝土的徐变，可能使构件的长期挠度显著增加，：由于压区混凝土的徐变，可能使构件的长期挠度显著增加，降低构件的承载力，预应力混凝土结构中引起预应力损失降低构件的承载力，预应力混凝土结构中引起预应力损失,等等。等等。有利：有利：引起构件截面应力重分布或内力重分引起构件截面应力重分布或内力重分布，等等。布，等等。徐徐变变使使截截面面中中混混凝凝土土的的应应力力逐逐渐渐减减小小，纵纵向向钢钢筋筋的的应应力力逐逐渐渐增增大大，使使两两种种材材料料的的强强度度得得到到充充分分利利用。用。60（5 5）徐变与塑性变形的区别）徐变与塑性变形的区别p发生机理发生机理徐变：徐变：低应力状态低应力状态凝胶体凝胶体 高应力状态高应力状态微裂纹微裂纹塑性变形：塑性变形：应力较大，超过弹性极限，界面等裂纹开展应力较大，超过弹性极限，界面等裂纹开展p是否可以恢复？是否可以恢复？徐变：徐变：可部分恢复可部分恢复塑性变形：塑性变形：不可恢复不可恢复613、混凝土在非荷载作用下的变形、混凝土在非荷载作用下的变形（1）结硬时的收缩与膨胀）结硬时的收缩与膨胀 混凝土在空气中结硬时，体积缩小混凝土在空气中结硬时，体积缩小（收缩）（收缩），混凝土在水中或处于混凝土在水中或处于饱和湿度中结硬时，体积增大饱和湿度中结硬时，体积增大（膨胀）膨胀）。混凝土的组成和养护的条件混凝土的组成和养护的条件 但与收缩量相比，混凝土的膨胀值要小得多，对结构影响甚微，一般但与收缩量相比，混凝土的膨胀值要小得多，对结构影响甚微，一般忽略。忽略。水泥水化引起的体积收缩、水分蒸发引起的干水泥水化引起的体积收缩、水分蒸发引起的干缩等等。缩等等。收缩与膨胀收缩与膨胀收缩与膨胀收缩与膨胀引起收缩的原因引起收缩的原因引起收缩的原因引起收缩的原因影响收缩的因素影响收缩的因素影响收缩的因素影响收缩的因素危害及防止危害及防止危害及防止危害及防止收缩引起收缩裂缝。收缩引起收缩裂缝。防止盲目提高水泥用量和水灰比；加强对砼的振捣和养护以减小其收防止盲目提高水泥用量和水灰比；加强对砼的振捣和养护以减小其收缩；设置伸缩缝、配置缩；设置伸缩缝、配置适当适当钢筋等等。钢筋等等。62混凝土的收缩是随时间而增长的变形，混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成，一个月可完成50%，以后，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。混凝土的收缩与膨胀影响因素63（2）温度和湿度引起的变形）温度和湿度引起的变形热胀冷缩、湿胀干缩热胀冷缩、湿胀干缩 当温（湿）度引起的变形受到约束时，在结构内部就会产当温（湿）度引起的变形受到约束时，在结构内部就会产生生温度应力温度应力，特别是在，特别是在大体积混凝土大体积混凝土中。如果不采取措施可能中。如果不采取措施可能导致结构开裂或破坏。导致结构开裂或破坏。防止措施防止措施：设置伸缩缝；：设置伸缩缝；适当配置适当配置钢筋等。钢筋等。64墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形652.3 2.3 钢筋和混凝土的粘结钢筋和混凝土的粘结钢筋和混凝土的粘结钢筋和混凝土的粘结 钢筋和混凝土之间的粘结是保证这两种力学性能不同的材料钢筋和混凝土之间的粘结是保证这两种力学性能不同的材料在结构构件中形成整体而变形协调地共同工作的重要条件。在结构构件中形成整体而变形协调地共同工作的重要条件。粘结应力（纵向剪应力）粘结应力（纵向剪应力）力力钢筋钢筋混凝土混凝土粘结应力粘结应力（混凝土）（混凝土）（钢筋）（钢筋）粘结力的组成粘结力的组成水泥胶的胶结力水泥胶的胶结力水泥水化后产生在钢筋表面产生的水泥水化后产生在钢筋表面产生的胶结力胶结力摩擦力摩擦力 混凝土收缩，紧紧握裹住钢筋，相互滑动时产生的混凝土收缩，紧紧握裹住钢筋，相互滑动时产生的摩擦力摩擦力机械咬合力机械咬合力 钢筋表面粗糙或凹凸不平，与砼产生的钢筋表面粗糙或凹凸不平，与砼产生的机械咬合力机械咬合力附加咬合力附加咬合力钢筋末端设置弯钩，加焊短筋等钢筋末端设置弯钩，加焊短筋等66平均粘结强度的测定平均粘结强度的测定拔出试验拔出试验影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素砼的强度等级砼的强度等级钢筋的表面形状钢筋的表面形状钢筋周围混凝土厚度钢筋周围混凝土厚度混凝土强度等级越高，粘结强度也越高混凝土强度等级越高，粘结强度也越高变形钢筋比光面钢筋的粘结强度高变形钢筋比光面钢筋的粘结强度高钢筋外混凝土要有足够的厚度（不小于钢筋直径）钢筋外混凝土要有足够的厚度（不小于钢筋直径）钢筋的受力情况钢筋的受力情况钢筋受压时粘结强度高于钢筋受拉时钢筋受压时粘结强度高于钢筋受拉时67保证钢筋和砼粘结的措施保证钢筋和砼粘结的措施钢筋的锚固钢筋的锚固钢筋的弯钩钢筋的弯钩钢筋绑扎搭接钢筋绑扎搭接砼保护层厚度砼保护层厚度68钢筋的锚固钢筋的锚固v附录四表附录四表2影响锚固长度的因素：影响锚固长度的因素：v钢筋表面特征钢筋表面特征v钢筋直径钢筋直径v钢筋强度等级钢筋强度等级v砼强度砼强度保证钢筋和砼粘结的措施保证钢筋和砼粘结的措施69钢筋的弯钩钢筋的弯钩光圆钢筋光圆钢筋受拉状态受拉状态带肋钢筋？带肋钢筋？绑扎绑扎or 焊接？焊接？受压状态？受压状态？保证钢筋和砼粘结的措施保证钢筋和砼粘结的措施70钢筋绑扎搭接钢筋绑扎搭接 接头的承载能力、变形性能不能比被连接的钢筋差，接头的存在不应接头的承载能力、变形性能不能比被连接的钢筋差，接头的存在不应对钢筋与混凝土的共同工作产生不利影响，还应便于施工等。对钢筋与混凝土的共同工作产生不利影响，还应便于施工等。常用的连接方式：常用的连接方式：绑扎搭接绑扎搭接、焊接焊接和和机械连接机械连接搭接一定的长度并用搭接一定的长度并用细钢丝捆绑成型细钢丝捆绑成型通过和混凝土的粘结力来传递通过和混凝土的粘结力来传递内力，因此对绑扎搭接的长度内力，因此对绑扎搭接的长度有一定的要求有一定的要求构造简单、施工方便、应用广构造简单、施工方便、应用广泛泛绑扎搭接绑扎搭接保证钢筋和砼粘结的措施保证钢筋和砼粘结的措施71焊接工艺、方法很多：闪光对焊接工艺、方法很多：闪光对焊、电弧焊等焊、电弧焊等优点：性能良好、传力直接、优点：性