钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能资料课件.ppt

1、结构设计原理结构设计原理广西工学院土木工程系广西工学院土木工程系 第一章 钢筋混凝土结构的基本概念及材料钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能的物理力学性能 v 本章的主要内容l钢筋混凝土的基本概念钢筋混凝土的基本概念 l混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能 l钢筋的品种、级别及其力学性能钢筋的品种、级别及其力学性能 l钢筋和混凝土的粘结钢筋和混凝土的粘结 v 1.1 钢筋混凝土结构的基本概念一、钢筋混凝土结构的定义一、钢筋混凝土结构的定义 钢筋混凝土结构：钢筋混凝土结构：由配置受力的普通钢筋或钢筋骨架由配置受力的普通钢筋或钢筋骨架的混凝土制的混凝

2、土制 成的结构。成的结构。钢筋混凝土的产生钢筋混凝土的产生：将钢筋和混凝土结合在一起共同：将钢筋和混凝土结合在一起共同工作，混凝土承受压力，钢筋承受工作，混凝土承受压力，钢筋承受拉力，将可以充分发挥各自的优势。拉力，将可以充分发挥各自的优势。l混凝土：非均匀材料：抗压强度高，抗拉强度很低混凝土：非均匀材料：抗压强度高，抗拉强度很低 为抗压强度的（为抗压强度的（1/81/18）。）。l钢筋：抗拉和抗压强度都很高，主要承受拉力钢筋：抗拉和抗压强度都很高，主要承受拉力P=4.4 kNP=62.5 kN v 板板PPPPee柱柱简支梁简支梁PPPP连续梁连续梁常见的钢筋混凝土结常见的钢筋混凝土结构构

3、v 为什么常见的板、梁、柱中要设置钢筋？为什么常见的板、梁、柱中要设置钢筋？分析一些常见的板梁开裂现象：分析一些常见的板梁开裂现象：v 例例：一跨度为一跨度为4m，跨中作用集中荷载的试验梁，梁截面，跨中作用集中荷载的试验梁，梁截面尺寸尺寸200300mm，混凝土为，混凝土为C20。如图所示：。如图所示：4000AAFa)200300AAb)4000BBBB200300210316 v 试验结果：试验结果：l a a）图中，素砼梁极限荷载）图中，素砼梁极限荷载 P=8kNP=8kN，由砼抗拉强度，由砼抗拉强度控制，破坏形态：控制，破坏形态：脆性破坏脆性破坏l b b）图中，钢筋砼梁极限荷载）图中

4、，钢筋砼梁极限荷载 P=36kNP=36kN，由钢筋受由钢筋受拉、砼受压而破坏，破坏形态：拉、砼受压而破坏，破坏形态：延性破坏延性破坏（配筋适（配筋适量）量）善善 由此可得出：钢筋和混凝土结合的有效性：由此可得出：钢筋和混凝土结合的有效性：l 结构的受力性能得到改结构的受力性能得到改 v 2 2、钢筋和混凝土共同工作的原因、钢筋和混凝土共同工作的原因 (1)(1)二者之间有良好的粘结力二者之间有良好的粘结力 (2)(2)两者温度线膨胀系数接近两者温度线膨胀系数接近 (3)(3)混凝土包住钢筋，可以防止钢筋生锈。混凝土包住钢筋，可以防止钢筋生锈。钢筋钢筋 st=1.2 105 混凝土混凝土 ct

5、=1.0 1.5 105 v（1）就地取材，节约钢筋；就地取材，节约钢筋；（2）耐久性好，耐火性好；耐久性好，耐火性好；（3）可模性好，便于结构型式的实现可模性好，便于结构型式的实现（4）现浇结构的整体性好。现浇结构的整体性好。l 优点：优点：3 3、钢筋混凝土结构的主要优缺点、钢筋混凝土结构的主要优缺点 v l 缺点：缺点：（2）抗裂性能差，带裂缝工作）抗裂性能差，带裂缝工作（3）施工受气候条件影响，建造期长）施工受气候条件影响，建造期长。（4）耗费较多的模具和木料。）耗费较多的模具和木料。（5）加固和改建较困难，隔热和隔声性能较差。）加固和改建较困难，隔热和隔声性能较差。（1）自重大）自重

6、大 轻骨料砼。轻骨料砼。施加预应力施加预应力 解决方法解决方法解决方法解决方法1.2 混凝土混凝土混凝土是用水泥、砂子和石子三种材料，经水拌和凝固是用水泥、砂子和石子三种材料，经水拌和凝固硬化后制成的人工石材。硬化后制成的人工石材。混凝土的要求：混凝土的要求：和易性好和易性好 强度要高强度要高(重点重点)耐久性要好耐久性要好 经济上要节省经济上要节省 评定混凝土评定混凝土 品质的品质的主要指标主要指标 检测砼塌落度 一、混凝土的强度一、混凝土的强度 cufcftfl 影响因素：影响因素：材料的性质、混凝土配合比、养护环材料的性质、混凝土配合比、养护环境、施工方法、境、施工方法、试件的形状与尺寸

7、，试验方法，加试件的形状与尺寸，试验方法，加载条件和试件的受力性质。载条件和试件的受力性质。v （1）定义：）定义：按照标准方法制作养护（温度按照标准方法制作养护（温度203、相对、相对湿度不小于湿度不小于90%的潮湿空气中养护的潮湿空气中养护28d）的边长）的边长150mm的的立方体试件，在立方体试件，在28d龄期用标准试验方法（试件表面不涂龄期用标准试验方法（试件表面不涂润滑剂，全截面受压，加载速度润滑剂，全截面受压，加载速度0.150.25MPa/sec）测得）测得的具有的具有95%保证率的抗压强度。保证率的抗压强度。1.1.混凝土的立方体抗压强度混凝土的立方体抗压强度 cuf-基本强度

8、指标基本强度指标立方体抗压强度fcu承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂强度大于我国规范的方法：不涂润滑剂压力压力试件试件裂缝裂缝发展发展扩张扩张整个体整个体系解体，丧失承载力系解体，丧失承载力另影响强度的因素另影响强度的因素还有：龄期、加载速还有：龄期、加载速率、试块尺寸等率、试块尺寸等单轴受力状态下混凝土的抗压强度 v（2）影响因素影响因素 试件尺寸试件尺寸(尺寸效应尺寸效应)直接受压直接受压(标准试验方法标准试验方法)间接受压间接受压 (试块与承压板之间涂有油脂或填以塑料薄片试块与承压板之间涂有油脂或填以塑料薄片)试验方法试验方法 加载速度越快加载速度越快,强度越高强度越高 v（3）对混凝

9、土强度等级的要求对混凝土强度等级的要求 混凝土强度从混凝土强度从C20C80共分为共分为14个等级，中间以个等级，中间以5MPa进级。进级。C50以下为普通强度混凝土，以下为普通强度混凝土，C50及以上为高强及以上为高强度混凝土度混凝土 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范规定：规定：l 钢筋混凝土构件钢筋混凝土构件不应低于不应低于C20，当采用，当采用HRB400、KL400级钢筋配筋时，不应低于级钢筋配筋时，不应低于C25 l 预应力混凝土构件预应力混凝土构件不应低于不应低于C40。v 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范规定：规定：钢筋混凝土构

10、件不应低于钢筋混凝土构件不应低于C15，当采用，当采用HRB335级钢筋配筋时，混凝土强度等级不级钢筋配筋时，混凝土强度等级不宜低于宜低于C20；当采用；当采用HRB400、RRB级钢筋级钢筋以及重复荷载的构件，混凝土强度等级不得以及重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于低于C20 预应力混凝土构件，混凝土强度等级不预应力混凝土构件，混凝土强度等级不应低于应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于低于C40 v 例如，美国、日本和欧洲混凝土协会、例如，美国、日本和欧洲混凝土协会、(CEB)

11、采用直径采用直径6英寸英寸(152mm)、高、高12英寸英寸(305mm)的圆柱体标准试件的的圆柱体标准试件的抗压强度作为轴心抗压强度的指标，记作抗压强度作为轴心抗压强度的指标，记作 。对。对C60以下的混凝土，圆柱体抗压强度和立方体抗压强度标准以下的混凝土，圆柱体抗压强度和立方体抗压强度标准值值fcu,k之间的关系可按下式折算：之间的关系可按下式折算：kcucff,79.0cf l 国外常采用混凝土圆柱体试件确定国外常采用混凝土圆柱体试件确定混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度 当当fcu,k超过超过60N/mm2后随着抗压强度提高，与后随着抗压强度提高，与fcu,k的比值的比值(即即公式中

12、的系数公式中的系数)要提高。要提高。CEB-FIPMC-90给出：对给出：对C60的混的混凝土，比值为凝土，比值为0.833；对；对C70的混凝土，比值为的混凝土，比值为0.857；对；对C80的混凝土，比值为的混凝土，比值为0.875。v 2.棱柱体强度（轴心抗压强度棱柱体强度（轴心抗压强度)（1）定义：）定义：真实真实反映以受压为主的混凝土结构构件的反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度，用抗压强度，用150mm150mm300mm棱柱体为标准试棱柱体为标准试件测得的抗压强度。件测得的抗压强度。注：注：试件制作、养护和加载试验方法同立方体试件试件制作、养护和加载试验方法同立方体试件（2）

13、轴心抗压强度标准值轴心抗压强度标准值 与立方体抗压强度标准值与立方体抗压强度标准值 的换算的换算:k,cuckf.f880 注：注：C50及以下混凝土，及以下混凝土，=0.76；C55C80混凝土，混凝土，=0.760.82考虑考虑C40以上混凝土具有脆性，还需取折减系以上混凝土具有脆性，还需取折减系数数C40C80为为1.00.87，中间按直线插入。，中间按直线插入。kcuf,cfckf棱柱体抗压强度fc承压板试块标准试块：150150 300非标准试块：100100 300 换算系数 0.95 200200 400 换算系数 1.05考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大考虑到承压板对

14、试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu(试验结果)考虑到构件和试件的区别，取考虑到构件和试件的区别，取fc=0.67fcu 对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150,h=300），有），有fc=0.79fcu 圆柱体抗压强度 v 3.轴心抗拉强度轴心抗拉强度()是钢筋混凝土构件设计中确定混凝土抗裂度的重要指标是钢筋混凝土构件设计中确定混凝土抗裂度的重要指标 tf11818tcfftf0.550.45,1500.880.395(11.645)tkcu kfl

15、ff150fl边长为边长为150mm立方体试件抗压强度的变异系数立方体试件抗压强度的变异系数表达式表达式：式中：式中：v 试验方法试验方法 直接轴向拉伸法直接轴向拉伸法劈裂法劈裂法钢筋钢筋拉压+直接轴向拉伸法直接轴向拉伸法劈裂法劈裂法 v l 立方体强度是各种力学指标的基本代表值立方体强度是各种力学指标的基本代表值 cufcftf4.复合应力状态下混凝土强度复合应力状态下混凝土强度 1,2 (压压压压)混凝土强度增加混凝土强度增加（第三象限第三象限）1,2 (拉压拉压)混凝土强度降低混凝土强度降低（第二、四象限第二、四象限）1,2 (拉拉拉拉)混凝土强度基本不混凝土强度基本不变（变（第一象限第

16、一象限）6.04.02.00.12.18.04.02.06.08.00.12.12112c2/fc1/fc227.1f1c22c1c25.12fc127.1maxfc15.0f01.0（1 1）双向正应力作用）双向正应力作用(如下图如下图)（2）正应力和剪应力作用）正应力和剪应力作用（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）l当当/fc（0.50.7)时时,抗剪强度随压应力的增大而增大抗剪强度随压应力的增大而增大 l当当/fc（0.50.7)时时,抗剪强度随压应力的增大而减小抗剪强度随压应力的增大而减小 l当压应力在当压应力在 左右时，左右时，抗剪强度

17、达到最大抗剪强度达到最大，压应力，压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。力的增大而减小。cf6.0cf/cf/20050N/mm2 35N/mm2 12210N/mm2 15010050051015202512(N/mm2)1()（3）三轴受压（抗压强度提高）三轴受压（抗压强度提高）2cc kffc混凝土圆柱体三向受压的轴心抗压强度混凝土圆柱体三向受压的轴心抗压强度 与侧压与侧压 的经验公式：的经验公式：2cfc 1-21-2v工程应用工程应用钢管砼、密配螺钢管砼、密配螺旋箍筋旋箍筋纵向钢筋纵向钢筋螺旋箍筋螺旋箍筋

18、工程应用工程应用钢管混凝土、密配螺旋箍筋钢管混凝土、密配螺旋箍筋 v 二、混凝土的变形二、混凝土的变形 1、混凝土变形性能的特点、混凝土变形性能的特点 影响因素影响因素加载方式、荷载作用时间、温度、加载方式、荷载作用时间、温度、湿度、试验的尺寸、形状、湿度、试验的尺寸、形状、混凝土强度等。混凝土强度等。外荷载作用而产生的外荷载作用而产生的受力变形受力变形：体积变形体积变形：包括温度变形和收缩变形：包括温度变形和收缩变形长期荷载作用下的变形长期荷载作用下的变形一次短期加载下的变形一次短期加载下的变形重复荷载作用下的变形重复荷载作用下的变形分类分类 v（1）混凝土的应力应变曲线混凝土的应力应变曲线

19、 2.混凝土在单调、短期加载作用下的变形性能混凝土在单调、短期加载作用下的变形性能 残余应力（峰值应力）（反弯点）收敛点)（峰值应变）受力过程：OA 弹性阶段（弹性阶段（0.3fc）AB 弹塑性阶段（裂缝稳定阶段）（弹塑性阶段（裂缝稳定阶段）（=0.3fc 0.8fc）BX 裂缝不稳定阶段：裂缝不稳定阶段：（=0.8fc 1.0fc）特征值 fc：峰值应力（轴心抗压强度）：峰值应力（轴心抗压强度）0：对应于应力峰值点的应变：对应于应力峰值点的应变 规范规范 c0=0.002 cu：最大应变（混凝土极限压应：最大应变（混凝土极限压应 变）变）规范规范 cu=3.010-3（2）影响混凝土轴心受压

20、应力应变曲线的主要因素：）影响混凝土轴心受压应力应变曲线的主要因素：l 混凝土的强度：混凝土的强度：9 15 22 28 32 40 30 20 10 0 0.001 0.002 0.003 0.004 强度等级不同的混凝土的应力应变曲线强度等级不同的混凝土的应力应变曲线 混凝土强度愈高，应力应变曲线下降愈剧烈，延性就混凝土强度愈高，应力应变曲线下降愈剧烈，延性就愈差（延性是材料承受变形的能力）。愈差（延性是材料承受变形的能力）。v l 加载速度加载速度 应变速率小，峰值应力应变速率小，峰值应力fc降低，降低，c0 增大，下降段曲线增大，下降段曲线坡度显著地减缓。坡度显著地减缓。l 测试技术和

21、试验条件测试技术和试验条件 应该采用等应变加载。应该采用等应变加载。试验机的刚度对下降段的影响很大。如果试验机的刚度试验机的刚度对下降段的影响很大。如果试验机的刚度不足，无法测出应力应变曲线的下降段。不足，无法测出应力应变曲线的下降段。应变测量的标距也有影响，应变量测的标距愈大，曲线应变测量的标距也有影响，应变量测的标距愈大，曲线坡度陡；标距愈小，坡度愈缓。坡度陡；标距愈小，坡度愈缓。v 压应力线拉应力线摩擦力横向变形实际压应力假定均匀压应力上承压板拉压水平应力C)C)承压板和试件上下承压板和试件上下 表面之间涂以油脂润滑剂表面之间涂以油脂润滑剂a)a)不加油脂润滑剂的试验方法不加油脂润滑剂的

22、试验方法 b b）破坏状态）破坏状态 l 侧向约束侧向约束 试件的上下表面与试验机承压板之间存在摩阻力，破坏时，形成两试件的上下表面与试验机承压板之间存在摩阻力，破坏时，形成两个对顶叠置的截头方锥体。个对顶叠置的截头方锥体。（测得的强度较高测得的强度较高）试件的上下表面与试验机承压板之间涂抹润滑剂，其破坏形态如试件的上下表面与试验机承压板之间涂抹润滑剂，其破坏形态如c)图所示。图所示。（测得的强度较低，应力应变曲线没有下降段测得的强度较低，应力应变曲线没有下降段）v kc c 0 ce cp 0h（3）混凝土的模量）混凝土的模量 抗压弹性模量（三种表示方法）抗压弹性模量（三种表示方法）原点弹性

23、模量原点弹性模量 切线弹性模量切线弹性模量 割线弹性模量割线弹性模量 v （初始弹性模量）（初始弹性模量）过原点作切线，该切过原点作切线，该切线的斜率：线的斜率：ce0ctgE 过应力应变曲线上某一点作切线，该切线的斜率：过应力应变曲线上某一点作切线，该切线的斜率：tgEcl切线模量切线模量l原点弹性模量原点弹性模量cceccccecpcecpceEE 连接混凝土应力应变曲线的原点连接混凝土应力应变曲线的原点O及曲及曲线上某一点线上某一点K，该割线的斜率，也称割线模量或弹塑，该割线的斜率，也称割线模量或弹塑性模量，即性模量，即式中：式中：弹性特征系数，即弹性特征系数，即 1cec反映了混凝土的

24、弹塑性性质反映了混凝土的弹塑性性质，越大，越大，越小越小 l变形模量变形模量()2.混凝土在重复荷载作用下的变形(如图）0fcf21CDl 混凝土的剪切模量混凝土的剪切模量 G：2(1)cccEGc混凝土的泊松比混凝土的泊松比l规范规范中抗压弹性模量中抗压弹性模量 的测定方法的测定方法 用棱柱体标准试件，将应力增加到用棱柱体标准试件，将应力增加到 然后卸载至零，然后卸载至零，在在0 间加载间加载510次，不断消除塑性变形，直至应次，不断消除塑性变形，直至应力力-应变曲线逐渐稳定成为直线，该直线斜率即为混凝应变曲线逐渐稳定成为直线，该直线斜率即为混凝土弹性弹性模量土弹性弹性模量由统计分析得经验公

25、式为：由统计分析得经验公式为：)(74.342.210,5MPafEkcuc3 3、混凝土单轴向受压应力、混凝土单轴向受压应力-应变曲线的数学模型应变曲线的数学模型 v 国内外采用广泛的描述混凝土单轴向受压应力国内外采用广泛的描述混凝土单轴向受压应力-应变曲线应变曲线模型模型 上升段为二次抛物线，下降段为斜直线。上升段为二次抛物线，下降段为斜直线。上升段：上升段：下降段：下降段：v 式中，式中，峰值应变峰值应变 极限压应变极限压应变)(2200cf)15.01(00ucf002.000038.0u 补充补充v我国我国规范规范采用的混凝土单轴向受压应力采用的混凝土单轴向受压应力-应变应变 曲线模

26、型曲线模型 该模型形式较简单，上升段采用二次抛物线，下降段采用该模型形式较简单，上升段采用二次抛物线，下降段采用水平直线。水平直线。上升段：上升段：水平段：水平段：式中，参数取值如下：式中，参数取值如下：)1(1 0ncccf)(c0 ccf)(uc00.2)50(6012,kcufn002.010)50(5.0002.05,0kcuf0033.010)50(0033.05,kcucuf、补充补充4.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 徐变徐变在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，亦即在应力不变的情况下，混凝土的应

27、变随时间继续增长，这亦即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间继续增长，这种现象被称为种现象被称为徐变。徐变。l 徐变定义：徐变定义：在荷载长期作用下，混凝土凝胶体中的水分逐渐压出，在荷载长期作用下，混凝土凝胶体中的水分逐渐压出，水泥石逐渐发生粘性流动，微细空隙逐渐闭合，结晶体水泥石逐渐发生粘性流动，微细空隙逐渐闭合，结晶体内部逐渐滑动，微细裂缝逐渐发生等各种因素的综合结内部逐渐滑动，微细裂缝逐渐发生等各种因素的综合结果。果。(凝胶体的粘性流动要持续一个较长时间，内部裂缝凝胶体的粘性流动要持续一个较长时间，内部裂缝不断产生和发展）不断产生和发展）l 徐变产生的原因徐变产生的原因 v 塑性变形：

28、塑性变形：混凝土中结合面裂缝的扩展延伸引起；只有当应混凝土中结合面裂缝的扩展延伸引起；只有当应力超过材料的弹性极限强度后才产生塑性变形，力超过材料的弹性极限强度后才产生塑性变形，且具有不可且具有不可恢复性。恢复性。徐变：徐变：应力不大时为混凝土内未结晶的水泥胶体的应力重分应力不大时为混凝土内未结晶的水泥胶体的应力重分布所致（水泥石中的胶体具有流动的性质）；应力较大时，布所致（水泥石中的胶体具有流动的性质）；应力较大时，是混凝土内微裂缝发展的结果（裂缝促进徐变发展）；是混凝土内微裂缝发展的结果（裂缝促进徐变发展）；应力应力较小时就会发生，部分可恢复。较小时就会发生，部分可恢复。l 徐变和塑性变形

29、的区别徐变和塑性变形的区别l 影响混凝土徐变的因素影响混凝土徐变的因素 （1）加载龄期：加载龄期：加载龄期越老，水泥石晶体所占比重越大，胶体粘加载龄期越老，水泥石晶体所占比重越大，胶体粘流就越小，徐变就越小。流就越小，徐变就越小。当应力当应力 0.5cf时，徐变大致与应力成正比，时，徐变大致与应力成正比，产生线性徐变。产生线性徐变。（2）加载应力大小：加载应力大小：0.8cf时，徐变急剧增加，不收敛。时，徐变急剧增加，不收敛。(0.5 0.8)cf产生非线性徐变。产生非线性徐变。时，徐变的增长较应力快，时，徐变的增长较应力快，当应力当应力 当应力当应力 工程应用工程应用工程应用工程应用预应力混

30、凝土构件的预加力过高危险预应力混凝土构件的预加力过高危险 应避免过早的应避免过早的施加预应力施加预应力 v（3）周围湿度：周围湿度：混凝土周围的湿度是影响徐变大小的主要因素之一，混凝土周围的湿度是影响徐变大小的主要因素之一，外界相对湿度越低，混凝土的徐变就越大。外界相对湿度越低，混凝土的徐变就越大。（4）混凝土的组成成份和配合比：混凝土的组成成份和配合比：水泥用量、水灰比、水泥品种，养护条件等对徐水泥用量、水灰比、水泥品种，养护条件等对徐变有影响，水泥用量多，水灰比大，徐变则大，水泥的变有影响，水泥用量多，水灰比大，徐变则大，水泥的活性越低，徐变越大。活性越低，徐变越大。v l 徐变的作用徐变

31、的作用 不利方面不利方面：引起挠度增大，造成预应力损失。引起挠度增大，造成预应力损失。有利方面有利方面：减少由于支座不均匀沉降产生的应力；分：减少由于支座不均匀沉降产生的应力；分散应力集中，引起应力重分布（由于徐变而使应力集中散应力集中，引起应力重分布（由于徐变而使应力集中缓和）；降低温度应力缓和）；降低温度应力。应力重分布：应力重分布：某一个给定的截面在梁的不同阶段受拉区某一个给定的截面在梁的不同阶段受拉区与受压区的应力相对初始弹性分布时期的变化。与受压区的应力相对初始弹性分布时期的变化。v 5.混凝土的非荷载变形混凝土的非荷载变形 收缩收缩（1）定义：）定义：在混凝土凝结和硬化的物理化学过

32、程中在混凝土凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减小的现象称为体积随时间推移而减小的现象称为收缩收缩。蒸汽养护蒸汽养护常温养护常温养护051015200.10.20.30.4收缩收缩(103)时间时间(月月)v（2）收缩的原因）收缩的原因硬化初期，硬化初期，水泥石在凝固过程中产生的体水泥石在凝固过程中产生的体积变化（化学性收缩，本身的体积收缩）积变化（化学性收缩，本身的体积收缩）后期，后期，主要是混凝土内自由水分蒸发而引起主要是混凝土内自由水分蒸发而引起的干缩（物理收缩，失水干燥）的干缩（物理收缩，失水干燥）（3）影响收缩的）影响收缩的主要主要 因素因素混凝土的组成和配比混凝土的组成和配

33、比 构件的养护条件、使用环境的温度和湿度构件的养护条件、使用环境的温度和湿度以及凡是影响混凝土中水分保持的因素以及凡是影响混凝土中水分保持的因素 构件的体表比：比值越小，收缩越大构件的体表比：比值越小，收缩越大 v 构件未受荷之前产生裂缝构件未受荷之前产生裂缝 预应力构件中预应力损失（预应力筋和混凝土预应力构件中预应力损失（预应力筋和混凝土一同回缩引起预应力损失一同回缩引起预应力损失 超静定结构产生次内力超静定结构产生次内力 （4）收缩对结构的影响）收缩对结构的影响 v 一一、钢筋的品种、钢筋的品种 普通钢筋可选取普通钢筋可选取R235（HPB235）、HRB335、HRB400、KL400（

34、RRB400）热轧钢筋热轧钢筋 注：注：括号内蓝色字体的表示方法适用于括号内蓝色字体的表示方法适用于混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范，以下同，以下同 预应力钢筋应选用钢绞线和钢丝，中小型构件或竖、预应力钢筋应选用钢绞线和钢丝，中小型构件或竖、横向钢筋也可选用精轧螺纹钢筋横向钢筋也可选用精轧螺纹钢筋预应力筋预应力筋1.3 钢 筋 v 20MnSi2V 碳素钢碳素钢普通低合金钢普通低合金钢低碳钢（含碳量少于低碳钢（含碳量少于0.25%）中碳钢（含碳量中碳钢（含碳量0.25%0.6%）高碳钢（含碳量大于高碳钢（含碳量大于0.6%)1.1.按化学成份分按化学成份分 v 注：由于冷加工钢筋延性较差，

35、目前较少使用，若由于冷加工钢筋延性较差，目前较少使用，若在工程中采用时，应遵守专门规程的规定。在工程中采用时，应遵守专门规程的规定。l热轧钢筋热轧钢筋 光圆钢筋（光圆钢筋（R235（HPB235）带肋钢筋带肋钢筋(HRB335,HRB400,KL400（RRB400）)2、按钢筋的加工方法、按钢筋的加工方法冷拉钢筋冷拉钢筋 冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋 冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋 l热处理钢筋热处理钢筋 l 冷加工钢筋冷加工钢筋 v 2、热轧钢筋热轧钢筋按外型特征分类按外型特征分类光面钢筋光面钢筋螺纹钢筋螺纹钢筋月牙纹钢筋月牙纹钢筋人字纹钢筋人字纹钢筋v光圆钢筋光圆钢筋（R235（HPB235）带肋钢筋

36、带肋钢筋(HRB335,HRB400,KL400（RRB400）)v 软钢：有明显屈服台阶的钢筋软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋热轧钢筋、冷拉钢筋)硬钢：无明显屈服台阶的钢筋硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(高强碳素钢丝、钢绞线高强碳素钢丝、钢绞线)3、按力学性能不同可分为、按力学性能不同可分为 v 主要物理力学指标：主要物理力学指标：对于有明显屈服台阶的软钢取屈服强度对于有明显屈服台阶的软钢取屈服强度 fsk 作作为强度设计依据。为强度设计依据。对于无明显屈服台阶的硬钢取条件屈服强度对于无明显屈服台阶的硬钢取条件屈服强度 0.2作为强度设计依据。作为强度设计依据。屈服强度、抗拉极限强

37、度、伸长率、冷弯性能屈服强度、抗拉极限强度、伸长率、冷弯性能二、钢筋的强度和变形二、钢筋的强度和变形 v oa弹性阶段弹性阶段 a比例极限比例极限fd强化阶段强化阶段 d极限强度极限强度de 颈缩阶段颈缩阶段比例极限比例极限屈服强度屈服强度极限强度极限强度o(N/mm2)fy ft ed流幅流幅abcfcf屈服台阶屈服台阶 c屈服强度屈服强度 极限压应变极限压应变四个受力阶段四个受力阶段四个特征值四个特征值 lPPAAPll 钢筋拉伸试验 v （1）c点的屈服强度点的屈服强度是钢筋混凝土结构设计计算中强度是钢筋混凝土结构设计计算中强度取值的主要依据，因为钢筋应力达到屈服极限后，荷载不增取值的主

38、要依据，因为钢筋应力达到屈服极限后，荷载不增加，应变继续增大，使得钢筋混泥土裂缝开尺过宽，变形过加，应变继续增大，使得钢筋混泥土裂缝开尺过宽，变形过大，结构不能正常使用。大，结构不能正常使用。（2）d点的极限强度点的极限强度材料的实际破坏强度，衡量钢筋材料的实际破坏强度，衡量钢筋经大变形后的抗拉能力，不能作为计算依据。经大变形后的抗拉能力，不能作为计算依据。屈强比屈强比极限抗拉强度极限抗拉强度屈服强度屈服强度 v 屈强比：屈强比：表示结构的可靠性潜力，屈强表示结构的可靠性潜力，屈强比小则结构的可靠性高，但太小钢材利比小则结构的可靠性高，但太小钢材利用率太低。但为了保证钢筋的综合强度用率太低。但

39、为了保证钢筋的综合强度性能，在检验钢筋的质量时，仍要保证性能，在检验钢筋的质量时，仍要保证它的极限抗拉强度并满足检验标准的要它的极限抗拉强度并满足检验标准的要求，特别在抗震结构中，由于构件要进求，特别在抗震结构中，由于构件要进入大变形工作，考虑到钢筋可能受拉进入大变形工作，考虑到钢筋可能受拉进入强化阶段。入强化阶段。v（1）伸长率）伸长率又称延伸率，又称延伸率，e点所对应的横坐标，用点所对应的横坐标，用（指标注为（指标注为10倍或倍或5倍钢筋直径即）表示，倍钢筋直径即）表示，%100001lll（2）冷弯性能）冷弯性能指钢材在冷加工过程中产生塑性变形指钢材在冷加工过程中产生塑性变形时，对产生裂

40、缝的抵抗能力。通过冷弯试验，检查试件表时，对产生裂缝的抵抗能力。通过冷弯试验，检查试件表面是否有裂纹或分层断裂来反映塑性。面是否有裂纹或分层断裂来反映塑性。dldl10511015弯弯弯折钩折 v 主要针对强度高，塑性差，脆性大的钢筋。主要针对强度高，塑性差，脆性大的钢筋。条件流限条件流限（或条件屈服强度）（或条件屈服强度）经加载、卸载后尚存有经加载、卸载后尚存有0.2%的残余变形时的应力，用的残余变形时的应力，用 0.2表示。一般取极限强度的表示。一般取极限强度的85%。0.2%0.2 (N/mm2)o 0.2条件屈服强度条件屈服强度 v（3）双斜线模型）双斜线模型（2）三折线模型）三折线模

41、型（完全弹塑性加硬化模型）（完全弹塑性加硬化模型）（1）双直线模型（完全弹塑性模型）双直线模型（完全弹塑性模型）sssysE，时时当当)fE(yysysus,syf，时时当当时时当当u,ssh,stgffhssys)(,ssEEtg01.0其中：其中：sssysE，时时当当)fE(yys 时时当当u,ssy tgfysys)(yusyussffEtg ,式中：式中：yshssy,；时，时，表达式同（表达式同（1 1）v（2）影响因素影响因素：初始应力、温度、钢筋品种初始应力、温度、钢筋品种（3）分类分类：分普通松弛和低松弛（低松弛约为普通松弛：分普通松弛和低松弛（低松弛约为普通松弛值的值的1/

42、3）两类）两类 （1）定义：定义：钢筋受力长度保持不变的情况下，应力随时间钢筋受力长度保持不变的情况下，应力随时间 增长而降低的现象。增长而降低的现象。v 焊接接头焊接接头 机械连接接头机械连接接头 绑扎接头绑扎接头 套筒挤压套筒挤压 接头接头镦粗直螺纹接头镦粗直螺纹接头 1、钢筋的接头、钢筋的接头 对焊对焊 电弧搭接焊电弧搭接焊(夹杆式电弧焊夹杆式电弧焊 搭叠式电弧焊搭叠式电弧焊)绑扎接头的钢筋直径：一般不宜大于绑扎接头的钢筋直径：一般不宜大于28mm 受压构件中的受压钢筋可不大于受压构件中的受压钢筋可不大于32mm 钢筋的搭接长度可见电子教材相关内容钢筋的搭接长度可见电子教材相关内容(p9

43、3-94)有绑扎接头的受力钢筋的截面积：受拉有绑扎接头的受力钢筋的截面积：受拉区不超过区不超过25%；受压区不超过；受压区不超过50%v 普通钢筋的焊接接头普通钢筋的焊接接头 a)a)闪光接触闪光接触 b)b)夹杆式电弧焊夹杆式电弧焊 c)c)搭叠式电弧焊搭叠式电弧焊 钢筋的绑扎搭接接头钢筋的绑扎搭接接头（1）受拉的光面钢筋需在）受拉的光面钢筋需在端头设半圆弯钩端头设半圆弯钩（2）带肋钢筋设）带肋钢筋设直角形弯钩直角形弯钩（3）弯折处钢筋内侧弯曲直径）弯折处钢筋内侧弯曲直径D不得小于不得小于20d(表表1-1)2、钢筋的弯钩和弯折、钢筋的弯钩和弯折 弯弯弯折钩折钢筋的弯钩与弯折示意图钢筋的弯钩

44、与弯折示意图 （尺寸单位：（尺寸单位：mmmm）a)a)钢筋钢筋135135弯钩弯钩 b)b)钢筋的弯折钢筋的弯折v五、混凝土结构对钢筋的要求五、混凝土结构对钢筋的要求 v 1.钢筋的强度钢筋的强度 v 屈强比小则结构的可靠性高，但太小钢材屈强比小则结构的可靠性高，但太小钢材利用率太低。利用率太低。v 2.钢筋的塑性钢筋的塑性 v 为了使钢筋在断裂前有足够的变形需要为了使钢筋在断裂前有足够的变形需要求钢材有一定的塑性。钢筋的伸长率和冷弯性求钢材有一定的塑性。钢筋的伸长率和冷弯性能是施工单位验收钢筋是否合格的主要指标。能是施工单位验收钢筋是否合格的主要指标。v 3.钢筋的可焊性钢筋的可焊性 v

45、可焊性是评定钢筋焊接后的接头性能的可焊性是评定钢筋焊接后的接头性能的指标。可焊性好，即要求在一定的工艺条件下指标。可焊性好，即要求在一定的工艺条件下钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形。钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形。v v 4.钢筋的耐火性钢筋的耐火性 v热轧钢筋的耐火性能最好，冷轧钢筋其次，热轧钢筋的耐火性能最好，冷轧钢筋其次，预应力钢筋最差。结构设计时应注意混凝预应力钢筋最差。结构设计时应注意混凝土保护层厚度满足对构件耐火极限的要求。土保护层厚度满足对构件耐火极限的要求。v 5.钢筋与混凝土的粘结力钢筋与混凝土的粘结力 v为了保证钢筋与混凝土共同工作，要求钢为了保证钢筋与混凝土共同工作，要

46、求钢筋与混凝土之间必须有足够的粘结力。钢筋与混凝土之间必须有足够的粘结力。钢筋表面的形状是影响粘结力的重要因素。筋表面的形状是影响粘结力的重要因素。v v 4 钢筋与混凝土之间的粘结一、粘结的作用一、粘结的作用 抵抗钢筋滑动，保证两种材料共同工作抵抗钢筋滑动，保证两种材料共同工作 二、粘结机理分析二、粘结机理分析 三、影响粘结强度的因素三、影响粘结强度的因素 四、钢筋的锚固四、钢筋的锚固 钢筋的最小锚固长度钢筋的最小锚固长度主要内容：（以自学为主）（以自学为主）v 1.基本概念基本概念 粘结粘结:钢筋和混凝土界面之间的一种相互作用力。钢筋和混凝土界面之间的一种相互作用力。粘结应力：粘结应力：钢

47、筋与混凝土接触面上所产生的沿钢筋纵向钢筋与混凝土接触面上所产生的沿钢筋纵向的剪应力。的剪应力。粘结强度：粘结强度：粘结失效（钢筋被拔出或混凝土被劈裂）粘结失效（钢筋被拔出或混凝土被劈裂）时的最大平时的最大平 均粘结应力。均粘结应力。v 2.粘结的作用粘结的作用抵抗钢筋滑动，保证两种材料共同工作抵抗钢筋滑动，保证两种材料共同工作 v 3.粘结机理粘结机理（1）粘结力的组成）粘结力的组成:化学胶着力化学胶着力:钢筋和混凝土表面的化学吸附作用钢筋和混凝土表面的化学吸附作用.摩擦力摩擦力:混凝土收缩紧握钢筋而产生的混凝土收缩紧握钢筋而产生的.机械咬合力机械咬合力:钢筋表面凹凸不平和混凝土之间产生机械钢

48、筋表面凹凸不平和混凝土之间产生机械咬合力咬合力 v lTdmax（2）粘结应力分析）粘结应力分析(以拉拔试验为例以拉拔试验为例)u v 应力分析：应力分析：v加荷端钢筋加荷端钢筋 v v试件端混凝土：试件端混凝土：v v v应变差产生应变差产生，粘结应力，粘结应力将钢筋拉力逐步向混凝土传递，钢筋将钢筋拉力逐步向混凝土传递，钢筋的应力应变减小，而混凝土的应力应变增加，直到长度的应力应变减小，而混凝土的应力应变增加，直到长度l处处 v sssssEAF,0,0cc0,cs加载初期：加载初期：传力过程：传力过程：v 结论：结论：v粘结应力分布呈曲线形；粘结应力分布呈曲线形；v光圆钢筋和带肋钢筋的粘结

49、应力分布图形不同；光圆钢筋和带肋钢筋的粘结应力分布图形不同；v带肋钢筋与混凝土的粘结强度比光圆钢筋高得多。带肋钢筋与混凝土的粘结强度比光圆钢筋高得多。钢筋的粘结应力分布图钢筋的粘结应力分布图 a)a)光圆钢筋情况光圆钢筋情况 b)b)带肋钢筋情况带肋钢筋情况（MPa）（MPa）（MPa）（MPa）a)b)v（3）破坏过程）破坏过程:l 光面钢筋光面钢筋:粘结力：粘结力：胶着力、摩擦力、机械咬合力。胶着力、摩擦力、机械咬合力。破坏过程：破坏过程：没有产生滑移前，只有化学吸附作用，没有产生滑移前，只有化学吸附作用，一旦混凝土和钢筋发生滑移后，则由摩擦力和钢筋一旦混凝土和钢筋发生滑移后，则由摩擦力和

50、钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力提供。表面粗糙不平产生的机械咬合力提供。破坏形态：破坏形态：剪切破坏（钢筋从混凝土中被拔出），剪切破坏（钢筋从混凝土中被拔出），破坏面是钢筋和混凝土之间的接触面。破坏面是钢筋和混凝土之间的接触面。措施：措施：端部做弯钩和足够的锚固长度（受压时，可端部做弯钩和足够的锚固长度（受压时，可不做弯钩）。不做弯钩）。v l 带肋钢筋带肋钢筋:粘结力：粘结力：胶着力、摩擦力、机械咬合力。胶着力、摩擦力、机械咬合力。破坏过程：破坏过程：没有产生滑移前，只有化学吸附作用，没有产生滑移前，只有化学吸附作用，一旦混凝土和钢筋发生滑移后，则由摩擦力和机械一旦混凝土和钢筋发生滑移后，则