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1、第 1 章 混凝土结构用材料的性能 1 第第 1 章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 2 本章学习要点 熟悉土木工程用钢筋的品种熟悉土木工程用钢筋的品种、级别及其性能；级别及其性能； 掌握土木工程对钢筋性能的要求及选用原则；掌握土木工程对钢筋性能的要求及选用原则； 熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能；熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能； 掌握混凝土的选用原则；掌握混凝土的选用原则； 了解钢筋与混凝土的共同工作原理了解钢筋与混凝土的共同工作原理，熟悉保证钢筋熟悉保证钢筋 与混凝土之间协同工作的构造措施与混凝土之间协同工作的构造措
2、施。 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 3 1 1. .1 1 钢筋钢筋 一一、钢筋的品种与性能钢筋的品种与性能 热轧钢筋热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线中高强钢丝和钢绞线、冷加工钢筋冷加工钢筋 D公称直径 A 3 股钢绞线量测尺寸 钢绞线 图 2-1 常用钢筋形式 刻痕钢丝 螺旋肋钢丝 1.1 1.1 钢筋 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 4 1 1、热轧钢筋、热轧钢筋 HPB300级、HRB335级、HRB400级、HRB500级 HRB：hot rolled ribbed bars P:plain round 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
3、，保证率97.73%） HPB300级： fyk = 300 N/mm2 HRB335级： fyk = 335 N/mm2 HRB400级、RRB400级： fyk = 400 N/mm2 HRB500级： fyk = 500 N/mm2 1.1 1.1 钢筋 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 5 HPB300级(级) 光面钢筋光面钢筋，可作为现浇楼板的受力钢筋和构件的箍筋可作为现浇楼板的受力钢筋和构件的箍筋 或构造钢筋。或构造钢筋。 HRB335级(级 )和 HRB400级( 级 ) 变形钢筋，变形钢筋，强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力 钢筋，钢筋，
4、宜优先采用宜优先采用HRB400级的钢筋。级的钢筋。 1.1 1.1 钢筋 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 6 热轧热轧钢筋的应力钢筋的应力- -应变关系应变关系 有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋 s s e e a a c d e fu fy f b a比例极限 s =Ese a弹性极限 de强化段 b屈服上限 c屈服下限，即屈服强度 fyk cd屈服台阶 e极限抗拉强度 fu 1.1 1.1 钢筋 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 7 强度性能强度性能 屈服强度屈服强度：fyk 钢筋设计强度的钢筋设计强度的取值取值依据依据。 极限极限强度强度: fu 屈屈 强强 比比:反映钢筋的
5、强度储备，反映钢筋的强度储备，fyk / fu=0.60.7。 100 ll l 塑性性能塑性性能 延延 伸伸 率率：钢筋拉断时的应变：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标是反映钢筋塑性性能的指标。 延伸率大的钢筋延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆在拉断前有足够预兆，延性较好延性较好。 冷弯性能冷弯性能 ：将直径为：将直径为d的钢筋绕直径为的钢筋绕直径为D的弯芯弯曲到规定的的弯芯弯曲到规定的 角度后无裂纹角度后无裂纹、断裂及起层现象断裂及起层现象。D越小越小，钢筋的塑性越好钢筋的塑性越好。 1.1 1.1 钢筋 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 8 有明显屈服点钢筋的应力有明显屈服点钢
6、筋的应力- -应变关系应变关系 一般可采用双线性的理想弹塑性关系一般可采用双线性的理想弹塑性关系 fy ey 1 Es yy ys f E ees eees 1.1 1.1 钢筋 钢筋的弹性模量 (N/mm 2 ) 种 类 E s HPB300 级钢筋 2.1 10 5 H R B 3 35 级钢筋、 H R B 400 级钢筋、 RR B 400 级钢筋、 热处理钢筋 2.0 10 5 消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝 2.05 10 5 钢绞线 1.95 10 5 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 9 2 2、钢丝和钢绞线、钢丝和钢绞线 中强钢丝的强度为中强钢丝的强度为8001370M
7、Pa， 高强钢丝、钢绞线的为高强钢丝、钢绞线的为 1470 1860MPa； 钢丝的直径钢丝的直径39mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种； 钢绞线有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径钢绞线有二股、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。中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。 1.1 1.1 钢筋 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 10 无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋 a 0.2% s0.2 fu a点点为为比例极限，约为比例极限，约为0.65fu , a点前点前,应力应力-应变关系为线弹性应变关系为
8、线弹性 。 a点后点后,应力应力-应变关系为非线性，有一应变关系为非线性，有一 定塑性变形，但没有明显的屈服点定塑性变形，但没有明显的屈服点 。 设计强度设计强度取值依据取值依据条件屈服点条件屈服点 , 取残余应变为取残余应变为0.2%所对应的应力所对应的应力s s0.2 规范规范取取s s0.2 =0.85 fu 1.1 1.1 钢筋 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 11 钢筋的强度标准值钢筋的强度标准值 按冶金部钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值是取按冶金部钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值是取 其出厂时的废品限值，其数值相当于其出厂时的废品限值，其数值相当于fy,m- -2 2s s
9、，具有，具有97.73% 的保证率，满足的保证率，满足建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准对材料强度标对材料强度标 准值保证率准值保证率95%的要求。的要求。 1.1 1.1 钢筋 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 12 1.1 1.1 钢筋 钢厂提供的钢筋直径为钢厂提供的钢筋直径为6，6.5，8，8.2，10，12，14，16，18， 20，22，25，28，32，36，40和和50mm。 直径直径8 8. .2 2mmmm的钢筋仅适用于有纵肋的热处理钢筋的钢筋仅适用于有纵肋的热处理钢筋。 直径大于直径大于4040mmmm的钢筋主要用于大坝一类大体积混凝土结构中的钢筋主要用于大坝一类大
10、体积混凝土结构中。 当采用直径大于当采用直径大于4040mmmm的钢筋时的钢筋时，应有可靠的工程经验应有可靠的工程经验。 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 13 1.1 1.1 钢筋 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 14 3 3、冷加工钢筋、冷加工钢筋 （1）冷拉钢筋）冷拉钢筋 将钢筋在常温下用卷扬机或将钢筋在常温下用卷扬机或 千斤顶进行强力拉伸。千斤顶进行强力拉伸。 控制冷拉钢筋质量的指标：控制冷拉钢筋质量的指标： 冷拉应力和冷拉率。冷拉应力和冷拉率。 钢筋经冷拉和时效硬化后，钢筋经冷拉和时效硬化后， 屈服强度有所提高，塑性相屈服强度有所提高，塑性相 应降低。应降低。 冷拉提高钢筋的抗
11、拉强度，冷拉提高钢筋的抗拉强度， 但不能提高其抗压强度。但不能提高其抗压强度。 1.1 1.1 钢筋 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 15 （2 2）冷拔钢筋：冷拔钢筋： 将钢筋用强力拔过比它本身直径小的硬质合金拔丝模。将钢筋用强力拔过比它本身直径小的硬质合金拔丝模。 钢筋强度有很大提高钢筋强度有很大提高,但塑性显著降低但塑性显著降低,且没有明显流幅且没有明显流幅,属于硬钢。属于硬钢。 冷拔冷拔 能同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度。能同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度。 1.1 1.1 钢筋 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 16 1.1 1.1 钢筋 （3 3）冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋
12、以低碳钢筋或低合金钢筋为原材以低碳钢筋或低合金钢筋为原材 料料，在常温下进行轧制而成的表面在常温下进行轧制而成的表面 带有纵肋和月牙纹横肋的钢筋带有纵肋和月牙纹横肋的钢筋。 极限强度与冷拔低碳钢丝相近极限强度与冷拔低碳钢丝相近， 但伸长率有明显提高但伸长率有明显提高。 冷轧带肋钢筋的直径从冷轧带肋钢筋的直径从412mm，按按0.5mm变化变化，其抗拉强其抗拉强 度分别为度分别为5501170 MPa。其中其中，550 MPa的冷轧带肋钢筋用的冷轧带肋钢筋用 作非预应力钢筋作非预应力钢筋，其余的用作预应力钢筋其余的用作预应力钢筋。 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 17 1.1 1.1 钢筋
13、（4 4）冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋 以热轧光面钢筋以热轧光面钢筋HPB235为为 原材料原材料，经钢筋冷轧扭机一经钢筋冷轧扭机一 次加工轧扁扭曲呈连续螺旋次加工轧扁扭曲呈连续螺旋 状的冷强化钢筋状的冷强化钢筋。 冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝、冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋都有专门的设冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋都有专门的设 计与施工规程计与施工规程，供设计与施工时查用供设计与施工时查用。 其规格按原材料直径为其规格按原材料直径为6.5，8，10和和12mm，抗拉强度标准抗拉强度标准 值为值为600 Nmm2。 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 18 二、钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求二、钢筋混凝土结构对钢筋性
14、能的要求 1强度高，屈强比适当。强度高，屈强比适当。 2塑性好。塑性好。 3可焊性好。可焊性好。 4与混凝土有良好的粘结力。与混凝土有良好的粘结力。 5低温性能和耐久性能好。低温性能和耐久性能好。 1.1 1.1 钢筋 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 19 三、钢筋的选用原则三、钢筋的选用原则 1.1 1.1 钢筋 1 1、纵向受力普通钢筋宜优先采用纵向受力普通钢筋宜优先采用HRB400级级、HRB500级级、 HRBFHRBF400400级和级和HRBFHRBF500500级钢筋级钢筋。 此外此外，也可以采用也可以采用HPB300级级、HRB335级级、HRBF335和和 RRB400级
15、级热轧钢筋热轧钢筋。 4 4、预应力钢筋宜采用预应力钢绞线预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、中高强钢丝中高强钢丝，也可以也可以 采用预应力螺纹钢筋采用预应力螺纹钢筋。 2 2、梁柱纵向受力钢筋应采用梁柱纵向受力钢筋应采用HRB400级级、HRB500级级、 HRBFHRBF400400级和级和HRBFHRBF500500级钢筋级钢筋。 3 3、箍筋宜采用箍筋宜采用HRB400级级、HRBFHRBF400400级级、HPBHPB300300、HRBHRB500500和和 HRBFHRBF500500级钢筋级钢筋。也可采用也可采用HRBHRB335335、HRBFHRBF335335钢筋钢筋。 第 1
16、 章 混凝土结构用材料的性能 20 1.2 1.2 混凝土混凝土 1 1. .2 2. .1 1 混凝土的组成结构混凝土的组成结构 1 1. .2 2. .2 2 单轴应力状态下混凝土的强度单轴应力状态下混凝土的强度 1 1. .2 2. .3 3 复合应力状态下混凝土的强度复合应力状态下混凝土的强度 1.2.4 1.2.4 混凝土的变形混凝土的变形 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 21 2 2特点：特点： 混凝土混凝土的强度随时间的增长而增长；的强度随时间的增长而增长； 界面微裂缝和内部孔隙是受力破坏的起源；界面微裂缝和内部孔隙是受力破坏的起源； 混凝土混凝土属于
17、非均质属于非均质、不连续不连续、各向异性材料各向异性材料。 一一、混凝土混凝土的组成结构的组成结构 1 1结构组成：结构组成： 水和水泥形成的水泥胶块把砂石骨料粘结在一起水和水泥形成的水泥胶块把砂石骨料粘结在一起。 水泥结晶体和砂石骨料组成水泥结晶体和砂石骨料组成混凝土混凝土的弹性骨架的弹性骨架，承受承受 外力外力，并使并使混凝土混凝土具有弹性变形的特点具有弹性变形的特点。 水泥凝胶体做为填充材料水泥凝胶体做为填充材料，起调整和扩散应力的作用起调整和扩散应力的作用， 并使并使混凝土混凝土具有塑性变形的特点具有塑性变形的特点。 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 22 X
18、光观测混凝土裂缝发展形态示意光观测混凝土裂缝发展形态示意 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 23 混凝土强度等级混凝土强度等级：边长：边长150mm立方体标准试件，在标立方体标准试件，在标 准条件下（准条件下（203，90%湿度）养护湿度）养护28天，用标准试验天，用标准试验 方法（加载速度方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂，两端不涂润滑剂 ）测）测 得的得的具有具有95%保证率保证率的立方体抗压强度，用符号的立方体抗压强度，用符号C表示，表示， C30表示表示fcu,k=30N/mm2 。 二二、单轴应力状态下混凝土的强度单轴应力状态下混
19、凝土的强度 1、混凝土强度等级混凝土强度等级 混凝土的强度等级是用立方体抗压强度混凝土的强度等级是用立方体抗压强度fcu,k来划分的来划分的。 1.2 1.2 混凝土 , 1.645 cu kff fs 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 24 混凝土立方体的破坏情况混凝土立方体的破坏情况 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 25 立方体抗压立方体抗压 试验录像试验录像 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 26 小于小于C50的混凝土，修正系数的混凝土，修正系数k =0.95。 当当fcu,k100=100N/mm2时，换算系数时，换算系数k 约
20、为约为0.9。 100 , 150 ,kcukcu fkf 规范规范根据强度范围根据强度范围，划分为：划分为： C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、 C50、 C55、 C60、 C65、 C70、 C75、 C80 共共14个强度等级个强度等级，级差为级差为5N/mm2。 100mm立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系：立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系： 随混凝土强度的提高随混凝土强度的提高，修正系数修正系数k 值有所降低值有所降低: : 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 27 美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径美国、日本、加
21、拿大等国家，采用圆柱体（直径6in， 高高12in，1in=25.4mm）标准试件测定的抗压强度来划分强）标准试件测定的抗压强度来划分强 度等级，符号记为度等级，符号记为 fck kcuck ff , 83. 0 立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件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 度水平和品质的标准（制作、测试方便）。度水平和品质的标准（制作、测试方便）。 圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为：圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为： 1.2 1
22、.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 28 为实验平均值，为实验平均值，对不大于对不大于C50的混凝土取的混凝土取0.76，对对C80取取0.82， 其间按线性插值。其间按线性插值。 2、轴心抗压强度、轴心抗压强度- fck 采用采用h/b=34棱柱体试件测定强度，它比较接近实际构件棱柱体试件测定强度，它比较接近实际构件 中混凝土的受压情况。我国通常用中混凝土的受压情况。我国通常用150mm150mm450mm 的棱柱体试件，也常用的棱柱体试件，也常用100mm100mm300mm的试件。的试件。 12, 0.88 ckcccu k ff 1c 棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算
23、关系为棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为: 1.2 1.2 混凝土 为脆性折减系数为脆性折减系数，对不大于对不大于C40的混凝土取的混凝土取1.0，对对C80 取取0.87，中间按线性插值中间按线性插值。 2c 0.88为结构中混凝土强度与试件混凝土强度的比值为结构中混凝土强度与试件混凝土强度的比值。 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 29 轴心抗压轴心抗压 试验录像试验录像 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 30 3、轴心抗拉强度、轴心抗拉强度- ftk 混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受
24、扭、受冲切等的承载力均 与抗拉强度有关。与抗拉强度有关。 500 150 150 100 16 轴心受拉试验 0102030405060708090100 1 2 3 4 5 6 ft fcu GBJ10-89 规范 轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系 55. 0 395. 0 cut ff 3/2 26. 0 cut ff 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 31 由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体 劈拉试验测定混凝土的抗拉强度劈拉试验测定混凝土的抗拉强度 劈拉试验 P a P , 2 2 t s P
25、 f a 3/4 , 0.19 t scu ff 拉 压 压 1.2 1.2 混凝土 0.550.45 2, 0.880.395(1 1.645 ) tkccu k ff 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 32 抗拉抗拉 试验录像试验录像 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 33 混凝土强度标准值（N/mm2） 混混 凝凝 土土 强强 度度 等等 级级 强度种类强度种类 符号符号 C15 C20 C25 C30 C35 轴心抗压强度轴心抗压强度 fck 10.0 13.4 16.7 20.1 23.4 轴心抗拉强度轴心抗拉强度 ftk 1.27 1.54 1.78 2
26、.01 2.20 混混 凝凝 土土 强强 度度 等等 级级 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80 26.8 29.6 32.4 35.5 38.5 41.5 44.5 47.4 50.2 2.40 2.51 2.65 2.74 2.85 2.93 3.00 3.05 3.10 例例 fcu,k= 30 MPa, fc,k= 0.88 0.76 1.0 fcu,k = 20.06 MPa 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 34 三、复杂应力状态下混凝土的强度 1.双向应力状态双向应力状态 实际结构中，混凝土更多的是处于实际结构中，混凝土
27、更多的是处于双向双向或或三向三向受力状态。受力状态。 双向受压：双向受压： 某一向的受压强度随另一向某一向的受压强度随另一向 压应力的增大而增大压应力的增大而增大。 一拉一压：一拉一压： 某一向的强度随另一向应力某一向的强度随另一向应力 的增大而降低的增大而降低。 双向受拉：双向受拉：强度变化不大强度变化不大。 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 35 双向受力试验录像双向受力试验录像 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 36 2.剪应力剪应力t t 和正应力和正应力s s 共同作用共同作用 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
28、减小应力增大而减小 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，抗剪强度最大。压应力继续增大，左右时，抗剪强度最大。压应力继续增大， 则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。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。 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 37 3.三向应力状态三向应力状态 实际工程的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向实际工程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。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。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。 21 4s cc
29、 ff 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 38 四、混凝土的变形四、混凝土的变形 反映了混凝土受力全过程的重要力学特征，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、建立承载力计算理论和变形计算是分析混凝土构件应力、建立承载力计算理论和变形计算 理论的必要依据，理论的必要依据， 也是利用计算机进行非线性分析的基础。也是利用计算机进行非线性分析的基础。 1、单轴单轴（单调单调）受压应力受压应力- -应变关系应变关系 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 39 0 2 4 6 8 10 20 30 s (MPa) e 10 -3 B
30、A C E D A点以前点以前，混凝土变形主要为弹性变形，混凝土变形主要为弹性变形， OA段近似直线。段近似直线。A点应力点应力s sA ，对普通强度，对普通强度 混凝土混凝土s sA约为约为 (0.30.4) fc ，对高强混凝土，对高强混凝土 s sA可达可达(0.50.7) fc。 AB段段，裂缝稳定扩展阶段；临界点裂缝稳定扩展阶段；临界点B为长为长 期抗压强度的依据；期抗压强度的依据； BC段段，裂缝快速发展的不稳定状态至峰裂缝快速发展的不稳定状态至峰 点点C混凝土棱柱体的抗压强度混凝土棱柱体的抗压强度 fc ， ， CE下降段下降段，裂缝继续扩展裂缝继续扩展、贯通贯通，至拐至拐 点点
31、D，此时只靠骨料间的咬合力及摩擦力此时只靠骨料间的咬合力及摩擦力 与残余承压面来承受荷载与残余承压面来承受荷载。 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 40 应力应变应力应变 试验录像试验录像 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 41 图 2-13 不同强度混凝土的应力 - 应变关系曲线 高强混凝土中，砂浆与骨料高强混凝土中，砂浆与骨料 的粘结很强，密实性好，微裂缝的粘结很强，密实性好，微裂缝 很少，最后的破坏往往是骨料破很少，最后的破坏往往是骨料破 坏，故破坏时脆性显著，下降段坏，故破坏时脆性显著，下降段 变陡。变陡。 强度等级越高强度等级越高，
32、线弹性段越线弹性段越 长长，峰值应变也有所增大峰值应变也有所增大，但下但下 降段变陡降段变陡。 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 42 规范规范应力应力-应变关系应变关系 上升段：上升段： )1 (1 0 n c cc f e e s 0 ee 下降段：下降段： cc fs u eee 0 6 6 0 10)50(0033. 0 10)50(5 . 0002. 0 )50( 60 1 2 cuu cu cu f f fn e e 00.0010.0020.0030.004 10 20 30 40 50 60 70 C80 C60 C40 C20 s e 规范混凝土应力
33、-应变曲线参数 fcu C50 C60 C70 C80 n 2 1.83 1.67 1.5 e0 0.002 0.00205 0.0021 0.00215 eu 0.0033 0.0032 0.0031 0.003 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 43 2 2、混凝土的弹性模量、混凝土的弹性模量 s e Ec= tan 原点切线模量原点切线模量 0 s e s d d Ec s e Ec?= tan ? 割线模量割线模量 e s c E s e Ec= tan 切线模量切线模量 e s d d Ec 弹性系数弹性系数n n 随应力增大而减小，随应力增大而减小，n n
34、 =10.5 e e elc E c En 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 44 弹性模量测定方法 s e 0.5fc 510 次 )N/mm( 7 .34 2 . 2 10 2 , 5 kcu c f E 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 45 3、箍筋约束混凝土受压的应力-应变关系 螺旋箍筋约束对混凝土强度和变形能力均有很大提高。螺旋箍筋约束对混凝土强度和变形能力均有很大提高。 矩形箍筋约束对混凝土强度的提高不是很显著，但对变形矩形箍筋约束对混凝土强度的提高不是很显著，但对变形 能力有显著改善。能力有显著改善。 (a) 螺旋箍筋 压应变
35、 压应力(N/mm2) 箍筋 s= (b) 矩形箍筋 压应变 压力 箍筋 d=4.76mm，s=38.1mm 箍筋 d=4.76mm，s=63.5mm 无箍筋 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 46 4 4、混凝土受拉应力、混凝土受拉应力- -应变关系应变关系 s e ft et0 c t c t c t t E f E f E f2 5 . 0 0 e 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 47 （1 1）混凝土的徐变）混凝土的徐变 定义：定义：混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增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
36、象称为徐变。长的现象称为徐变。 产生原因：产生原因： 尚未转化为结晶体的水泥凝胶体产生粘性流动尚未转化为结晶体的水泥凝胶体产生粘性流动，压应力逐渐转压应力逐渐转 移给水泥结晶体移给水泥结晶体，使其应力增大使其应力增大，故试件变形也随之增大故试件变形也随之增大。 混凝土混凝土内部的微裂缝在荷载长期作用下不断发展和增加内部的微裂缝在荷载长期作用下不断发展和增加，导导 致应变增加致应变增加。 危害：危害： 使构件的变形增加使构件的变形增加。 在构件截面中在构件截面中，引起难以估计的应力重分布引起难以估计的应力重分布。 造成预应力造成预应力混凝土混凝土结构中预应力损失结构中预应力损失。 1.2 1.2
37、 混凝土 5 5、混凝土的混凝土的徐变徐变和和收缩收缩 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 48 t0 eeleel esh ecr eel? eel? ecr? e t 瞬时弹性恢复应变 弹性后效 残留永久应变 弹性应变 徐变规律：徐变规律： 开始快开始快，随后逐步减慢而趋于稳定随后逐步减慢而趋于稳定。徐变为瞬时变形的徐变为瞬时变形的2 2- -4 4倍倍。 6 6个月可完成总变形的个月可完成总变形的7070- -8080% %，一年完成一年完成9090% %，二年可以完成二年可以完成。 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 49 影响因素：影响因素： 内在因素内在因素
38、 混凝土的组成和配比。混凝土的组成和配比。骨料的刚度（弹性模量）越大，体骨料的刚度（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。积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。 环境影响环境影响 包括养护和使用条件。包括养护和使用条件。受荷前养护的温、湿度越高，水泥受荷前养护的温、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小水化作用越充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减小（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。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。 应力条件应力条件 当初应力当初应力si 0.5
39、 fc时，徐变值与应力基本上成正比，称为时，徐变值与应力基本上成正比，称为线性徐变线性徐变。 当初应力当初应力si (0.50.8) fc 时，徐变最终虽仍收敛，但与初应力不成比例，称时，徐变最终虽仍收敛，但与初应力不成比例，称 为为非线性徐变非线性徐变。 当初应力当初应力si 0.8fc 时，混凝土内部微裂缝的发展处于不稳定的状态，徐变的时，混凝土内部微裂缝的发展处于不稳定的状态，徐变的 发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。 因此将因此将0.8fc作为混凝土的长期抗压强度。作为混凝土的长期抗压强度。 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性
40、能 50 （2）混凝土的收缩混凝土的收缩 定义：定义：混凝土在空气中硬化时体积会缩小混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象这种现象 称为混凝土的收缩称为混凝土的收缩。 危害：危害： 收缩受外部支座或内部钢筋约束时收缩受外部支座或内部钢筋约束时，将在将在混凝土混凝土中产生拉应中产生拉应 力力，甚至导致甚至导致混凝土混凝土产生收缩裂缝产生收缩裂缝。 在预应力在预应力混凝土混凝土结构中产生预应力损失结构中产生预应力损失。 使某些对杆件长度变化比较敏感的超静定结构产生不利内力使某些对杆件长度变化比较敏感的超静定结构产生不利内力。 产生原因：产生原因： 水泥凝胶体结硬引起体积的凝缩水泥凝胶体结硬引起体
41、积的凝缩。 混凝土混凝土内游离水分蒸发逸散引起的干缩内游离水分蒸发逸散引起的干缩。 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 51 14d 28dt esh (25)10-4 25% 50% 一般情况下一般情况下，最终收缩应变值约为最终收缩应变值约为( (2 2- -5 5) )1010- -4 4 混凝土的开裂应变为混凝土的开裂应变为( (0 0. .5 5- -2 2. .7 7) )1010- -4 4 规律：规律：收缩变形的发展也是先快后慢收缩变形的发展也是先快后慢，半月完成半月完成2525% %，一个一个 月完成月完成5050% %，3 3个月后逐渐缓慢个月后逐渐缓
42、慢，2 2年完成年完成。 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 52 影响因素：影响因素： 混凝土的收缩受结构周围的温度混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度湿度、构件断面形状及尺构件断面形状及尺 寸寸、配合比配合比、骨料性质骨料性质、水泥性质水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条混凝土浇筑质量及养护条 件等许多因素有关件等许多因素有关。 水泥用量多水泥用量多、水灰比大水灰比大，收缩大收缩大。 骨料弹性模量高骨料弹性模量高、级配好级配好，收缩小收缩小。 干燥失水及高温环境干燥失水及高温环境，收缩大收缩大。 小尺寸构件收缩大小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小大尺寸构件收缩小。 高强混
43、凝土收缩大高强混凝土收缩大。 实际工程中实际工程中，减小收缩应力的不利影响减小收缩应力的不利影响设置设置施工缝施工缝。 1.2 1.2 混凝土 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 53 六、混凝土的选用原则六、混凝土的选用原则 1.2 1.2 混凝土 钢筋混凝土构件的混凝土强度等级钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应不应低于低于C20； 当采用当采用HRB400级及以上级及以上钢筋时，混凝土强度等级钢筋时，混凝土强度等级不宜不宜低于低于 C25； 承受重复荷载的构件，混凝土强度等级承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得不得低于低于C30。 预预应力混凝土结构的混凝土强度等级应力混凝土结构的混凝土
44、强度等级不应不应低于低于C30，不宜低，不宜低 于于C40； 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 54 1.3 1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 一一、粘结的定义粘结的定义 粘结应力：粘结应力：钢筋混凝土受力后沿钢筋和混凝土接触面上产生钢筋混凝土受力后沿钢筋和混凝土接触面上产生 的剪应力的剪应力。 粘粘 结结 力：力：钢筋和混凝土接触界面上沿钢筋纵向的抗剪能力钢筋和混凝土接触界面上沿钢筋纵向的抗剪能力。 粘结强度：粘结强度：钢筋和钢筋和混凝土混凝土接触界面上每单位面积所能承担的接触界面上每单位面积所能承担的 最大纵向剪应力最大纵向剪应力。 1.3 1.3 钢筋与混凝土的粘结 粘结与
45、锚固是钢筋和混凝土形成整体粘结与锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础共同工作的基础。 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 55 二、粘结力的组成 钢筋和钢筋和混凝土混凝土接触面上的化学吸附力接触面上的化学吸附力（胶结力胶结力）。 混凝土混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。 钢筋表面凹凸不平与钢筋表面凹凸不平与混凝土混凝土之间产生的机械咬合力之间产生的机械咬合力。 三三、粘结力的大小及分布 钢筋锚固端的粘结应力钢筋锚固端的粘结应力 裂缝间的局部粘结应力裂缝间的局部粘结应力 1.3 1.3 钢筋与混凝土的粘结 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 56 四、粘结的破坏机
46、理 1 1光圆钢筋的粘结破坏光圆钢筋的粘结破坏 粘结力主要靠胶结力和摩擦力粘结力主要靠胶结力和摩擦力。粘结强度。粘结强度15- -35N/mm2，破坏面是钢筋与砼破坏面是钢筋与砼 的接触表面。为提高光圆钢筋的粘结力，须在其端部做弯钩。的接触表面。为提高光圆钢筋的粘结力，须在其端部做弯钩。 2 2变形钢筋的粘结破坏变形钢筋的粘结破坏 粘结力以机械咬合力为主粘结力以机械咬合力为主，胶结力和，胶结力和摩摩擦力也有增加。粘结强度为光圆擦力也有增加。粘结强度为光圆 钢筋的钢筋的2- -3倍，达倍，达25- -60 N/mm2。 一般破坏面为沿肋外径形成的圆柱体滑移面。一般破坏面为沿肋外径形成的圆柱体滑移
47、面。剪切型粘结破坏剪切型粘结破坏 钢筋外围砼较薄时，径向裂缝发展使钢筋附近砼劈裂钢筋外围砼较薄时，径向裂缝发展使钢筋附近砼劈裂劈裂型粘结破坏劈裂型粘结破坏。 1.3 1.3 钢筋与混凝土的粘结 第 1 章 混凝土结构用材料的性能 57 五五、影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素 1 1钢筋的表面形状钢筋的表面形状 变形钢筋的粘结力比光圆钢筋高变形钢筋的粘结力比光圆钢筋高2- -3倍；倍； 月牙纹的粘结强度又比螺纹钢筋小月牙纹的粘结强度又比螺纹钢筋小5- -15%。 变形钢筋肋高随变形钢筋肋高随d d增大而变矮小增大而变矮小，故故d25mm后后，ld 应修正应修正 2 2混凝土强度混凝土强度 粘结强度随粘结强度随混凝土混凝土强度的