混凝土结构设计原理课件.ppt

1、混凝土结构混凝土结构上册混凝土结构设计原理上册混凝土结构设计原理第一章第一章 绪绪 论论 以混凝土材料为主的结构均可称为以混凝土材料为主的结构均可称为混凝土结构混凝土结构。包括钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构和素混凝包括钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构和素混凝土结构等。土结构等。1.1 混凝土结构的一般概念1.1.1混凝土结构的定义与分类第一章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点1.1.2 钢筋与混凝土共同工作的条件：钢筋和混凝土两种材料的物理力学性能很不相同，他们可以结合在一起共同工作，是因为：钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力；钢筋与混凝

2、土具有基本相同的温度线膨胀系数（钢材为1.210-5，混凝土为(1.01.5)10-5），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏。第一章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点1.1.3 1.1.3 混凝土结构的优缺点：混凝土结构的优缺点：优点优点 材材料料利利用用合合理理：钢钢筋筋和和混混凝凝土土的的材材料料强强度度可可以以得得到到充充分分发发挥挥，结结构构承承载载力力与与刚刚度度比比例例合合适适，基基本本无无局局部部稳稳定定问问题题，单单位位应应力力价价格格低低，对对于于一一般般工工程程结结构构，经济指标优于钢结构。经济指标优于钢结构。可可模模性性好好：混混凝

3、凝土土可可根根据据需需要要浇浇筑筑成成各各种种性性质质和和尺尺寸寸，适适用用于于各各种种形形状状复复杂杂的的结结构构，如如空空间间薄薄壳壳、箱箱形结构等。形结构等。耐耐久久性性和和耐耐火火性性较较好好，维维护护费费用用低低：钢钢筋筋有有混混凝凝土土的的保保护护层层，不不易易产产生生锈锈蚀蚀，而而混混凝凝土土的的强强度度随随时时间间而而增增长长；混混凝凝土土是是不不良良热热导导体体，30mm厚厚混混凝凝土土保保护护层层可耐火可耐火2小时小时，使钢筋不致因升温过快而丧失强度。，使钢筋不致因升温过快而丧失强度。第一章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点 现现浇浇混混凝凝土土结结构构的的整整体体性性

4、好好，且且通通过过合合适适的的配配筋筋，可可获获得得较较好好的的延延性性，适适用用于于抗抗震震、抗抗爆爆结结构构；同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。刚度大、阻尼大，有利于结构的变形控制。刚度大、阻尼大，有利于结构的变形控制。易易于于就就地地取取材材：混混凝凝土土所所用用的的大大量量砂砂、石石，易易于于就就地地取取材材，近近年年来来，已已有有利利用用工工业业废废料料来来制制造造人人工工骨骨料料，或或作作为为水水泥泥的的外外加加成成分分，改改善善混混凝凝土土的的性性能。能。第一章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点缺点：缺点：自重大：不适用于

5、大跨、高层结构。自重大：不适用于大跨、高层结构。第一章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点 抗裂性差：普通抗裂性差：普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，环境较差环境较差(露天、沿海、化学侵蚀露天、沿海、化学侵蚀)时会影响耐久性；也限制时会影响耐久性；也限制了普通了普通RC用于大跨结构，高强钢筋无法应用。用于大跨结构，高强钢筋无法应用。承载力有限：在重载结构和高层建筑底部结构，构件尺寸太承载力有限：在重载结构和高层建筑底部结构，构件尺寸太大，减小使用空间。大，减小使用空间。施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工复杂，工序多（支模、

6、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工受季节、天气的影响较大。施工受季节、天气的影响较大。混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。1.21.2混凝土结构的发展与应用概况混凝土结构的发展与应用概况v1824年英国人阿斯普丁年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥。发明硅酸盐水泥。v1849年法国人朗波年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢筋混制造了第一只钢筋混凝土小船。凝土小船。v 1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。v混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅混凝土结构的开始应用于土木工程距

7、今仅150多年。多年。v与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，是目前土木工程结构中应用不长，但发展非常迅速，是目前土木工程结构中应用最为广泛结构，而且最为广泛结构，而且高性能混凝土高性能混凝土和和新型混凝土结构新型混凝土结构形式还在不断发展。形式还在不断发展。第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用第一阶段：第一阶段：从钢筋混凝土的发明至上世纪初。从钢筋混凝土的发明至上世纪初。钢筋和混凝土的强度都比较低。钢筋和混凝土的强度都比较低。主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等

8、构件。构件。计算理论：计算理论：结构内力和构件截面计算均套用弹性结构内力和构件截面计算均套用弹性理论，采用容许应力设计方法。理论，采用容许应力设计方法。第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用混凝土结构的发展第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用第二阶段：第二阶段：从上世纪从上世纪2020年代到第二次世界大战前后。年代到第二次世界大战前后。混凝土和钢筋强度的不断提高。混凝土和钢筋强度的不断提高。19281928年法国杰出的土木工程师年法国杰出的土木工程师E.FreyssnetE.Freyssnet发明了预发明了预应力混凝土，使得混凝土结构可以用来建造大跨度应力混凝土，使得混凝

9、土结构可以用来建造大跨度计算理论：计算理论：前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫（.）开始考虑混凝土塑性性能开始考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法，的破损阶段设计法，5050年代又提出更为合理的极限状年代又提出更为合理的极限状态设计法，奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算理态设计法，奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算理论。论。第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用第三阶段：第三阶段：二战以后到现在二战以后到现在随着建设速度加快，对材料性能和施工技术提出更高随着建设速度加快，对材料性能和施工技术提出更高要求，出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土要求

10、出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土等工业化生产技术。等工业化生产技术。高强混凝土和高强钢筋的发展、计算机的采用和先进高强混凝土和高强钢筋的发展、计算机的采用和先进施工机械设备的发明，建造了一大批超高层建筑、大施工机械设备的发明，建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程，成跨度桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程，成为现代土木工程的标志。为现代土木工程的标志。设计计算理论：设计计算理论：发展了以概率理论为基础的极限状态发展了以概率理论为基础的极限状态设计法，基础理论问题大都得到解决，而新型混凝土设计法，基础理论问题大都得到解决，而新型混凝土材料及其复合结构形

11、式的出现又不断提出新的课题，材料及其复合结构形式的出现又不断提出新的课题，并不断促进混凝土结构的发展。并不断促进混凝土结构的发展。1 1、加强实验、实践性教学环节并注意扩大知识面、加强实验、实践性教学环节并注意扩大知识面。混凝土结构的基本理论相当于钢筋混凝土及预应力混凝土结构的基本理论相当于钢筋混凝土及预应力混凝土的材料力学，它是以实验为基础的，因此除混凝土的材料力学，它是以实验为基础的，因此除了课堂学习以外，还要加强实验的教学环节，以进了课堂学习以外，还要加强实验的教学环节，以进一步理解学习内容和训练实验的基本技能。一步理解学习内容和训练实验的基本技能。第一章 绪论1.3 混凝土结构课程学习

12、中应注意的问题1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题第一章 绪论1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题2 2、突出重点并注意难点的学习。本课程的内容多、突出重点并注意难点的学习。本课程的内容多、符号多、计算公式多、构造规定也多，学习时要遵符号多、计算公式多、构造规定也多，学习时要遵循教学大纲的要求，贯彻循教学大纲的要求，贯彻“少而精少而精”的原则，突出的原则，突出重点内容的学习。重点内容的学习。3 3、深刻理解重要的概念，熟练掌握设计计算的基、深刻理解重要的概念，熟练掌握设计计算的基本功，切记死记硬背。要求熟练掌握、深刻理解一本功，切记死记硬背。要求熟练掌握、深刻理解一些重要的概念并在今后

13、的学习中不断的深入理解。些重要的概念并在今后的学习中不断的深入理解。第二章第二章 混凝土结构材料的物理混凝土结构材料的物理力学性能力学性能第二章 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 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.1.1混凝土的组成结构混凝土的组成结构通常把混凝土的结构分为三种类型：通常把混凝土的结构分为三种类型：.微观结构：微观结构：也即水泥石结构，包括水泥凝胶、晶体骨架、未也即水泥石结构，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。水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成。.亚微观结构：亚微观结构：即混凝土中的水泥砂浆结构。即混凝土中的水泥砂浆结构

14、宏观结构：宏观结构：即砂浆和粗骨料两组分体系。即砂浆和粗骨料两组分体系。注意：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；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。着极为重要的影响。第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2.1.2单轴应力状态下的混凝土强度单轴应力状态下的混凝土强度 混凝土结构中，混凝土结构中，主要是利用它的主要是利用它的抗压强度抗压强度。因此抗压强度是。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主

15、要和最基本的指标。混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的2.1 混凝土的物理力学性能（1 1）单向受力状态下混凝土的强度）单向受力状态下混凝土的强度1）立方体抗压强度）立方体抗压强度：边长为150mm的混凝土立方体试件，在标准条件下（温度为203，湿度90%）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/s，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的抗压强度，用符号C表示。规范根据强度范围，从C15C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。2 2）轴心抗压强度）轴心抗压强度按标准方法制作的150mml

16、50mm300mm的棱柱体试件，在温度为20土3和相对湿度为90以上的条件下养护28d，用标准试验方法测得的具有95保证率的抗压强度。对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。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为：2.1 混凝土的物理力学性能式中：k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。k2为高强混凝土的脆性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87，中间按直线规律变化取值。0.88为考虑实际构件与试件

17、混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。fcu,k立方体强度标准值即为混凝土强度等级fcu。2.1 混凝土的物理力学性能3 3）轴心抗拉强度）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FaF拉压压第二章 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在平面应力状态下，当两方向应力均为压应力时，抗压强度相互提高，最大可增加2

18、7，而当一方向为压应力，另一方向为拉应力时，强度相互降低。当压应力不太高时，其存在可提高混凝土的抗剪强度，拉应力的存在会降低混凝土的抗剪强度。剪应力的存在降低混凝土的抗压和抗拉强度。侧向压应力的存在可提高混凝土的抗压强度，关系为: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。侧向压应力的存在还可提高混凝土的延性。（3 3）复合受力状态下混凝土的强度）复合受力状态下混凝土的强度第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1.3复杂应力下混凝土的受力性能双轴应力状态双轴应力状态实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处

19、于双双向向或或三向三向受力状态。受力状态。双向受压强度大于单向受双向受压强度大于单向受压强度，最大受压强度发压强度，最大受压强度发生在两个压应力之比为生在两个压应力之比为0.3 0.6之间，约之间，约(1.251.60)fc。双轴受压状态下混凝双轴受压状态下混凝土的应力土的应力-应变关系与单轴应变关系与单轴受压曲线相似，但峰值应受压曲线相似，但峰值应变均超过单轴受压时的峰变均超过单轴受压时的峰值应变。值应变。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在一轴受压一轴受拉状态在一轴受压一轴受拉状态下，任意应力比情况下均下，任意应力比情况下均不超过其相应单轴强度。不超过其相应单轴强度

20、并且抗压强度或抗拉强度并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小。应力的增加而减小。双轴应力状态双轴应力状态2.1 混凝土的物理力学性能实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双双向向或或三向三向受力状态。受力状态。2.1.3复杂应力下混凝土的受力性能第二章 钢筋和混凝土的材料性能构件受剪或受扭时常遇到剪应力构件受剪或受扭时常遇到剪应力t t 和正应力和正应力s s 共同作用下的复共同作用下的复合受力情况。合受力情况。混凝土的抗剪强度：随混凝土的抗剪强度：随拉拉应力增大而减小应力增大而减小

21、 随随压压应力增大而增大应力增大而增大当压应力在当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大，左右时，抗剪强度达到最大，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，抗剪强度将随压应力的增大而减小。力的增大而减小。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三轴应力状态三轴应力状态三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。采用圆柱体在等

22、侧压条件进行。2.1 混凝土的物理力学性能由试验得到的经验公式为由试验得到的经验公式为:式中式中 被约束混凝土的轴心抗压强度；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；非约束混凝土的轴心抗压强度；侧向约束压应力。侧向约束压应力。侧向压应力的存在还可提高混凝土的延性。侧向压应力的存在还可提高混凝土的延性。第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2.1.42.1.4混凝土的变形混凝土的变形1、单轴受压应力、单轴受压应力-应变关系应变关系 混凝土单轴受力时的应力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应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学特征程的重要力学特征,是分析混

23、凝土构件应力、建立承载力和变形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。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。混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试件来应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定。测定。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，达到轴心抗压加载，达到轴心抗压强度强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应时，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，只能测得应力变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲应变曲

24、线的线的上升段上升段。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，可以测得应力同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力-应变应变曲线的曲线的下降段下降段。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02468102030s(MPa)e 10-3第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土BACEDA点以前点以前，微裂缝没有，微裂缝没有明显发展，混凝土的变明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。应变

25、关系近似直线。A点应力随混凝土强度点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通的提高而增加，对普通强度混凝土强度混凝土s sA约为约为 (0.30.4)fc，对高强对高强混凝土混凝土s sA可达可达(0.50.7)fc。A点以后点以后，由于微裂缝，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增部分塑性变形，应变增长开始加快，应力长开始加快，应力-应应变曲线逐渐偏离直线。变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是该阶段微裂缝的发展是稳定的。稳定的。混凝土在结硬过

26、程中，混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。缝的发展造成的。达到达到B点，内部一些微点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导裂缝

27、会持续发展最终导致破坏。取致破坏。取B点的应力点的应力作为混凝土的长期抗压作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土强度。普通强度混凝土s sB约为约为0.8fc，高强强度混高强强度混凝土凝土s sB可达可达0.95fc以上。以上。达到达到C点点fc，内部微裂缝内部微裂缝连通形成破坏面，应变连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰点的纵向应变值称为峰值应变值应变 e e 0，约为约为0.002。纵向应变发展达到纵向应变发展达到D点，点，内部裂缝在试件表面出内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。力方向的纵向裂缝。随应变增

28、长，试件上相随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。通形成斜向破坏面。E点的应变点的应变e e=(23)e e 0，应力应力s s=(0.40.6)fc。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 混凝土不同强度混凝土的应力-应变关系曲线强度等级越高，线弹性段强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂大。但高强混凝土中，砂浆与骨

29、料的粘结很强，密浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降破坏时脆性越显著，下降段越陡。段越陡。2.1 混凝土的物理力学性能2.1 混凝土第二章 钢筋和混凝土的材料性能Hognestad建议的应力建议的应力-应变曲线应变曲线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规范规范应力应力-应变关系应变关系上升段：下降段：2.1 混凝土2.1 混凝土的物理力学性能第二章 钢筋和混凝土的材料性能2 2、混凝土的变形模量、混凝土的变形模量弹性模量弹性模量变形模量变形模量切线模量切线模量2.1 混凝

30、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第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2.1.52.1.5混凝土的收缩和徐变混凝土的收缩和徐变1、混凝土的收缩混凝土的收缩 混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。的收缩。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。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）的约当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引

31、起混凝土的开裂。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。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。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 影响因素影响因素 混混凝凝土土的的收收缩缩受受结结构构周周围围的的温温度度、湿湿度度、构构件件断断面面形形状状及及尺尺寸寸、配配合合比比、骨骨料料性性质质、水水泥泥性性质质、混混凝凝土土浇浇筑筑质质量量及及养养护护条件等许多因素有关。条件等许多因素有关。（1）水水泥泥的的品品种种：水水泥泥强强度度等等级级越越高高，制制成成的的混混凝凝土土收收缩缩越越大。大。（2）水泥的

32、用量：）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。（3）骨料的性质：）骨料的性质：骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。（4）养护条件：）养护条件：干燥失水及高温环境，收缩大。干燥失水及高温环境，收缩大。（5）混凝土制作方法：）混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。混凝土越密实，收缩越小。（6）使用环境：）使用环境：使用环境温度、湿度越大，收缩越小。使用环境温度、湿度越大，收缩越小。（7）构件的体积与表面积比值：）构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。比值大时，收缩小。2.1 混凝土的物理力学性能第二章 钢筋和混凝土的材

33、料性能2.1 混凝土2、混凝土的徐变 混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的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称为徐变。现象称为徐变。徐变对混凝土结构和构件的工作性能有很大影响。由于混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。应力重分布，在预应力混凝土结构中会造成预应力的损失。混凝土的徐变特性主要与时间参数有关。混凝土的徐变特性主要与时间参数有关。2.1 混凝土的物理力学性能第二章 钢筋和混凝土的

34、材料性能2.1 混凝土 在应力（在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变弹性应变e eel（=s si/Ec(t0)，t0加荷时的龄期）。加荷时的龄期）。随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增个月徐变增长较快，长较快，6个月可达最终徐变的（个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓，以后增长逐渐缓慢，慢，23年后趋于稳定。年后趋于稳定。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 记记(t-t0)时时间间后后的的总总应应变变为为e e c(t,t0)，此此时时混混凝凝土土的的收收

35、缩缩应应变变为为e esh(t，t0)，则徐变为，则徐变为，e ecr(t,t0)=e ec(t,t0)-e e c(t0)-e esh(t,t0)=e ec(t,t0)-e eel-e esh(t,t0)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 混凝土如在时间如在时间t 卸载，则会产生卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变瞬时弹性恢复应变e eel。由于混凝土由于混凝土弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变e eel小于加载时的瞬时弹小于加载时的瞬时弹性应变性应变 e eel。再经过一段时间后，还有一部分应变再经过一段时间后，还有一部分应变e e

36、el可以恢复，可以恢复，称为称为弹性后效弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变e ecr2.1 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 混凝土影响因素影响因素内在因素内在因素是混凝土的组成和配比。骨料是混凝土的组成和配比。骨料(aggregate)的刚度（弹的刚度（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。也越小。环境影响环境影响包括养护和使用条件。受荷前养护包括养护和使用条件。受荷前养护(curing)的温湿度的温湿度越高，水泥水化作用月充分，徐变就

37、越小。采用蒸汽养护可使越高，水泥水化作用月充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（徐变减少（2035）%。受荷后构件所处的环境温度越高，相对。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。湿度越小，徐变就越大。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3、混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形）疲劳强度疲劳强度混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用100mm100mm300mm 或着或着150mm150mm450mm的棱柱的棱柱体，把棱柱体试件承受体，把棱柱体试件承受200万次或其以上循环荷载而发生破坏万次或其以上循

38、环荷载而发生破坏的压应力值称为的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度混凝土的疲劳抗压强度。影响因素影响因素施加荷载时的应力大小是影响应力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。的幅度有关。在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力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第二章 钢筋

39、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热轧钢筋的分类HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级屈服强度屈服强度 fyk（标准值标准值=钢材废品限值，保证率钢材废品限值，保证率97.73%）HPB235级：fyk=235 N/mm2HRB335级：fyk=335 N/mm2HRB400级、RRB400级：fyk=400 N/mm2第二章 钢筋和混凝土的材料性能 HPB235级(级)钢筋钢筋多为光面

40、钢筋多为光面钢筋，多作为现浇楼多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。板的受力钢筋和箍筋。HRB335级(级)和 HRB400级(级)钢筋钢筋强度较高，强度较高，多多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用也有用级钢筋作箍筋以级钢筋作箍筋以增强与混凝土的粘结增强与混凝土的粘结，外形外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋。RRB400级(级)钢筋钢筋强度太高强度太高，不适宜作为钢筋混不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。一般冷拉后作预应力筋。延伸率延伸率d d5 5=25、16、14、

41、10%，直径直径840。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钢丝，中强钢丝的强度为中强钢丝的强度为8001200MPa，高强钢丝、钢绞线的高强钢丝、钢绞线的为为 1470 1860MPa；延伸率延伸率d10=6%，d100=3.54%；钢丝的直钢丝的直径径39mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径股和七股钢绞线，外接圆直径9.515.2 mm。中高强钢丝和钢中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。绞线均用于预应力混凝土结构。冷加工钢筋冷加工钢筋是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加是由

42、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。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。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。近年来，冷加工钢筋的品近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。种很多，应根据专门规程使用。热处理钢筋热处理钢筋是将是将级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处级钢筋通过加热、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。应力混凝土结构。2.2 钢筋的物理力学性能s se e第二章

43、 钢筋和混凝土的材料性能2.2.2 2.2.2 钢筋的强度与变形钢筋的强度与变形 有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋aabcdefua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fycd为屈服台阶e为极限抗拉强度fufyfef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：几个指标：屈服强度屈服强度：是钢筋强度的设计依据是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将发生很大，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的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复不可恢复，这会使钢筋混凝土，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

44、屈服上限与加载速度有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。关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。延延 伸伸 率率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比率钢筋拉断后的伸长值与原长的比率，是反映钢筋塑性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。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。屈屈 强强 比：比：反映钢筋的强度储备，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1Es2

45、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无明显屈服点的钢筋a点：比例极限，约为点：比例极限，约为0.65fua点前：应力点前：应力-应变关系为线弹性应变关系为线弹性a点后：应力点后：应力-应变关系为非线性，应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈有一定塑性变形，且没有明显的屈服点服点强度设计指标强度设计指标条件屈服点条件屈服点残余应变为残余应变为0.2%所对应的应力所对应的应力规范规范取取s s0.2=0.85 fu2.2 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

46、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：要求钢筋应有足够的变形能力。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。2.2.3 混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求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 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结2.3.1粘结的意义粘结的意义粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础作的基础钢筋与混凝土之间粘结

47、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 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结2.3.2粘结力的形成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：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（）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（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，无滑移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，该力即消失。该力即消失。（

48、混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。（）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（）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。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 2.3 混凝土与钢筋的粘结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。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

49、凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结2.3.3粘结强度粘结强度测试测试第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结计算公式计算公式式中式中N钢筋的拉力；钢筋的拉力；钢筋的直径；钢筋的直径；粘结的长度。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 2.3 混凝土与钢筋的粘结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 2.3 混凝土与

50、钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结2.3.4影响粘结的因素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，主要有混凝土强度混凝土强度、保护层厚度保护层厚度及及钢筋净间距钢筋净间距、横向配横向配筋筋及及侧向压应力侧向压应力，以及，以及浇筑混凝土时钢筋的位置浇筑混凝土时钢筋的位置等。等。.光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度都随混凝土强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。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。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。钢筋间的净距对粘