建筑结构课件：混凝土结构材料的性能敎案二.ppt

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1、,建筑结构 BS2,Building Structure 主讲 丰振俭,第2章 混凝土结构材料的性能,混凝土结构基本原理,主讲教师：丰振俭,建 筑 结 构 BS2,第 2 章 混凝土结构材料的性能 BS2,基础知识构架:,強度-屈服強度,极限強度塑性-最大力下总伸长率,冷弯性能可焊性,可加工性;与砼粘结力;,钢筋性能強度等级-分类,牌号,符号表达,钢筋,混凝土性能,单轴抗压单轴抗拉-劈裂抗拉试验-抗拉強度复合应力状态-双向,三向,立方体抗压-混凝土強度等级棱柱体抗压-轴心抗压強度,強度,变形,耐久性,一次短期加载-应力应变曲线荷载长期作用-徐变循环荷载作用-疲劳。,钢筋与混凝土的粘结,二者共同

2、工作原理。,粘结-粘结力的組成;影响粘结的因素;锚固-锚固长度;保证锚固的措施;,受力变形非受力变形,收缩.膨胀。,第2章 材料的物理力学性能,主要内容：,钢筋的物理力学性能混凝土的物理力学性能钢筋与混凝土共同工作原理 钢筋与混凝土的粘结 钢筋的锚固和连接,重点：,钢筋的品种.级别.强度和变形性能及其选用原则混凝土的强度和变形性能及其选用原则钢筋与混凝土共同工作原理;锚固与连接构造,1.按生产工艺及形状分类：,钢筋,热轧钢筋：热轧光面钢筋HPB300，热轧带肋钢筋HRB335、HRBF335,HRB400，HRBF400,HRB500,HRBF500,余热处理钢筋RRB400,冷加工钢筋：由热

3、轧钢筋在常温下用机械冷拉.冷拔,冷轧,冷轧扭而成,热处理钢筋：将HRB400、RRB400钢筋通过加热、淬火、回火而成,钢丝,碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成,刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力,钢绞线：3根,7根.相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起,冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成,2.1 建筑用钢筋的物理力学性能 P48,2.1.1建筑钢筋分类,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,热轧钢筋按其强度由低到高分为HPB300、HRB335、HRBF335、HRB400、HRBF400、RRB400、HRB500、HRBF500。计

4、八个牌号冷加工钢筋是通过对某些等级的热轧钢筋在常温下(203)进行冷加工(冷拉,冷拔.冷扭)而成。,2.1.1建筑钢筋分类,钢丝是由热轧钢筋经冷拔而成，根据原材料不同又分为：,热处理钢筋是对某些特定型号的热轧钢筋进行热处理(加热,焠火,回火)得到的。,碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力钢绞线：若干根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,2.1.1建筑钢筋分类,经淬火处理得，fptk=1470MPa，无明显屈服点。,第2章 材料的物理力

5、学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的种类及符号说明,热轧钢筋的符号说明,HPB300,生产工艺：hot rolled,表面形状：plain,钢筋：bar,屈服强度标准值,热轧光面钢筋,第2章 材料的物理力学性能,钢筋的种类及符号解释,热轧钢筋的符号说明,HRB335,hot rolled,ribbed,bar,RRB400,remained heat treatment,ribbed,bar,2.1 钢筋的物理力学性能,热轧带肋钢筋,余热处理钢筋,细晶粒热轧钢筋,细晶粒热轧钢筋：在热轧过程中，通过控轧和控冷工艺形成的细晶粒钢筋。其金相组织主要是铁素体加珠光体，不得有影响使用性能的其他组织

6、存在，晶粒度不粗于9级。,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的种类及符号解释,附：钢筋牌号的鉴别方法,产品规格为18,生产厂厂标,“4”代表HRB400,带肋钢筋表面的标志,(a)普通热轧钢筋（HRB)(b)细晶粒热轧钢筋（HRBF）(C)余热处理钢筋（RRB）钢筋品牌的判断,根据金相组织观感的不同，判断钢筋的品牌,2.按化学成分分类：,普通低合金钢筋,碳素钢钢筋,低 碳：C0.25%,中 碳：C=0.250.6%,高 碳：C0.6%,Mn 锰，Si 硅，V 钒，Nb 铌，Ti 钛，C 碳,20MnSiV,含碳万分数,含碳量,硬度和强度,塑性和韧性,材性变脆，其焊接性

7、也随之变差,脱氧剂,塑性及韧性,含量应控制,2.1.1建筑钢筋分类,钢筋牌号及化学成份,2.1.1建筑钢筋分类,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋牌号及化学成份,HPB 热轧光面钢筋，桥梁规范用R表示；HRB 热轧带肋钢筋；RRB 余热处理钢，桥梁规范用KL表示。,Mn 锰，Si 硅，V 钒，Nb 铌，Ti 钛，C 碳,钢筋牌号及化学成份,用于混凝土结构的钢筋，应具有较高的强度和良好的塑性，便于加工和焊接，并应与混凝土间具有足够粘接力。特别是用于预应力混凝土结构的预应力钢筋应具有很高的强度，只有如此，才能建立起较高的张拉力，从而获得较好的预压效果。,（1）普通钢筋 普通钢筋指用于钢筋混凝土结构中

8、的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋。用于钢筋混凝土结构的热轧钢筋分为HPB300.HRB335、HRB400,HRB500四个強度级別。俗称I,II,III,IV级钢筋。混凝土结构规范规定，普通钢筋的主导钢筋宜采HRB400级和HRB500级钢筋。,2.1.1建筑钢筋分类,HPB300级钢筋：光圆钢筋，公称直径范围为820mm，推荐直径为8、10、12、16、20mm。实际工程中只用作板、基础和荷载不大的梁、柱的受力主筋、箍筋以及其他构造钢筋。,2.1.1建筑钢筋分类,HRB400级,HRB500钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围和推荐直径同HRB335钢筋。是混凝土结构的主导钢筋,实际工程

9、中主要用作结构构件中的受力主筋。,HRB335级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围为650mm，推荐直径为6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm。是混凝土结构的辅助钢筋，实际工程中也主要用作结构构件中的受力主筋。,RRB400级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围为840mm，推荐直径为8、10、12、16、20、25、32和40mm。强度虽高，但疲劳性能、冷弯性能以及可焊性均较差，其应用受到一定限制。,外形分为：光圆钢筋和带肋钢筋（人字纹、螺旋纹、月牙纹）供货形式分为：盘圆和条状供货,低碳钢热轧圆盘条,低合金钢热轧带肋钢筋,HRB400,HRB500主导钢筋；HRB335辅助钢筋；

10、HPB300一般不推荐使用；RRB400强度虽高，但疲劳性能、冷弯性能以及可焊性均较差，应用受限,用于张拉预应力筋。,2.1.1建筑钢筋分类,新品种:细晶粒钢筋,如 HRBF400,HRBF500;牌号加E为抗震构件专用钢筋,如 HRB400E,HRB500E。,预应力钢筋优先采用钢绞线和钢丝，也可采用热处理钢筋。,（2）预应力钢筋,钢绞线：由多根高强钢丝绞织在一起而形成的，有3股和7股两种，多用于后张法大型构件。预应力钢丝：主要是消除应力钢丝，其外形有光面、螺旋肋、三面刻痕三种。钢絲直径d6mm。热处理钢筋：包括40Si2Mn、48Si2Mn及45Si2Cr几种牌号，它们都以盘条形式供应，无

11、需焊接、冷拉，施工方便。,2.1.1建筑钢筋分类,中、高强钢丝、钢绞线,做预应力筋用,2.1.1建筑钢筋分类,预应力钢丝外形有光面、螺旋肋、三面刻痕三种。,预应力螺旋肋钢丝外形图,（2)预应力钢筋,预应力钢丝,钢绞线,錨具,混凝土结构的钢筋应按下列规定选用：1 纵向受力普通钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋，也可采用HPB300、HRB335、HRBF335、RRB400钢筋；2 梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋；3 箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500

12、钢筋，也可采用HRB335、HRBF335钢筋；4 预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,建筑钢筋的选用,热轧钢筋強度标准值,500,650,HRB500HRBF500,400,650,HRB400HRBF400RRB400,335,650,HRB335HRBF335,300,622,HPB300,抗拉強度标准值fyk/(N/mm2),直径d/(mm),符号,牌 号,建筑钢筋的強度,F,F,R,435,360,300,270,抗圧強度标准值fyk/(N/mm2),抗拉强度设计值,抗压强度设计值,普通钢筋强度设计值,第2章 材

13、料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,fy=fyk/s,强度标准值除以材料分项系数即为材料强度设计值,热轧钢筋1.10，预应力钢筋1.20。,建筑钢筋的強度,极限强度标准值,抗拉强度设计值,抗压强度设计值,预应力筋强度,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,第2章 材料的物理力学性能,270,270,钢筋强度和弹性模量,由力学性能不同分成：,软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋),硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(钢丝、热处理钢筋),第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,2.1.4 钢筋的强度与变形,钢材拉伸实验,软钢应力应变曲线,*明显流幅的钢

14、筋：下屈服点对应的强度作为设计强度的依据，因为，钢筋屈服后会产生大的塑性变形，钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝，以至不能使用.,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,明显流幅的钢筋应力应变曲线,软钢的应力应变曲线,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,硬钢的应力应变曲线,b 极限抗拉强度,c 极限应变,条件屈服强度=0.85 b：,取残余应变为0.2%所对应的应力作为无明显流幅钢筋的强度限值，通常称为条件屈服强度。实际应用中可取极限抗拉强度b的85%作为条件屈服点。,比例极限,屈服强度,极限抗拉强度,fy,ft,e,d,流幅,a,b,c,第

15、2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,0.2%,0.2,E=tg-弹性模量,2.1.4 钢筋的强度与变形,软钢,硬钢,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的塑性性能,（1）延伸率：,延伸率越大，钢筋的塑性和变形能力越好。,塑性好 用延伸率和冷弯性能衡量。,同一根钢筋,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的塑性性能,断后延伸率只反映了钢筋的残余变形的大小，包括了断口颈缩区域的局部变形，忽略了钢筋的弹性变形，不能反映钢筋受力时的总体变形能力。,新规范采用钢筋最大拉力下的总伸长率（均匀伸长率）来表示钢筋的变形能力。,（2）冷弯性能：,=

16、90,180,反复弯曲要求：冷弯过程中无裂缝、鳞落或断裂。D越小，弯过的角度越大，冷弯性能越好，反复次数愈高，要求愈高。,冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的塑性性能,钢筋的塑性性能,第2章 材料的物理力学性能,塑性性能,冷弯性能,断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比称为伸长率，它是衡量钢材塑性的重要指标。,冷弯性能由冷弯试验来确定，试验时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件弯成180，如试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。,冷弯试验,伸长率测试仪,结构钢常测冲击韧性指标,第2章

17、材料的物理力学性能,冲击韧性,韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。韧性是钢材强度和塑性的综合指标。,冲击韧性随温度的降低而下降。其规律是开始下降缓慢，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种性质称为钢材的冷脆性。,冲击韧性试验机,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,2.1.4 钢筋的强度与变形,钢筋力学性能指标：,屈服强度、极限强度、延伸率、冷弯性能。,屈 强 比：反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.60.7,或強屈比fu/fy1.25。,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的应力应变简化模型,（1）理想弹塑性模型,（2）三段线性模型,（3）无明显

18、屈服点的钢筋,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的应力应变简化模型,冷加工钢筋,工艺：冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭,冷拉钢筋仍有屈服台阶,目的：提高强度，节约钢材。但塑性减小。,2.1 建筑用钢筋的分类,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的冷加工,冷拉：,在常温下用机械方法将有明显流幅的钢筋拉到超过屈服强度的某一应力值，然后卸载至零。,第2章 材料的物理力学性能,钢筋的冷加工,钢筋在冷拉后，未经时效前，一般没有明显的屈服台阶；经过停放或加热后进一步提高了屈服强度并恢复了屈服台阶，这种现象称为冷拉时效硬化。,2.1 钢筋的物理力学性能,第2章 材料

19、的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的冷加工,冷拔：,将HPB235级热轧钢筋强行拔过小于其直径的硬质合金拔丝模具。,经过几次冷拔的钢丝，抗拉、抗压强度均大大提高，但塑性降低。,冷加工钢筋主要用于对延性要求不高的板类构件，或作为非受力构造钢筋。由于冷加工钢筋的性能受母材和冷加工工艺的影响，混凝土结构设计规范（GB50010-2010）中未列入冷加工钢筋，工程应用时可按相关的冷加工钢筋技术标准执行。,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,冷拉，可采用冷拉控制应力和冷拉率控制。冷拉后可提高钢材的抗拉强度，不提高抗压强度，且塑性下降。冷拔，经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点

20、和流幅，可同时提高钢材的抗拉和抗压强度，塑性降低很多。,钢筋的冷加工,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,混凝土结构对钢筋性能的要求,（1）强度：保证构件具有一定的强度储备。強屈比fu/fy1.25,（2）足够的塑性 避免发生脆性破坏。软钢：钢筋的屈服强度、极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能是施工单位验收钢筋是否合格的4个主要指标。硬钢：钢筋的极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能是施工单位验收钢筋是否合格的3个主要指标。,（4）与混凝土的粘结力強,（3）可焊性：要求钢筋具备良好的焊接性能，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，保证焊接后的接头性能良好。,第2章 材

21、料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的直径,常用：6mm，6.5mm，8mm，8.2mm，10mm，12mm，14mm，16mm，18mm，20mm，22mm，25mm，28mm，32mm，36mm，40mm，50mm。其中，8.2mm仅适用有纵肋的热处理钢筋。,钢筋的选用,普通钢筋：宜用HRB400和HRB500钢筋 可用HPB300、HRB335,RRB400和冷加工钢筋预应力筋：宜用钢铰线、钢丝 可用热处理钢筋和强度较高的冷加工钢筋,d=650mm,第2章 材料的物理力学性能,混凝土结构对钢筋性能的要求,300,第2章 材料的物理力学性能,不同级别钢筋的比较,混凝土结构对钢

22、筋性能的要求,变形钢筋比光面钢筋好,与混凝土粘结锚固性好,可加工性好,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,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,混凝土结构对钢筋性能的要求,2.2 混凝土的物理力学性能,1.砼立方体抗压强度（fcu,k）-混凝土強度等级 试块尺寸：150150150mm3养护时间：28天养护条件：温度203，相对湿度90%加荷速度：每秒0.150.3N/mm2 保 证 率:95,混凝土按立方体抗压强度的标准值（fcu,k）的大小，分为14亇強度等级，它们是C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C50C80为髙強度混

23、凝土。,（左图）试件表面无润滑剂，产生套箍效应，工程中常采用这种方法。（右图）试件表面涂有润滑剂，摩擦阻力小，测得的抗压强度小，工程中一般不采用。,立方体混凝土试块,2.2.1混凝土强度,影响因素,尺寸效应：尺寸越大，内部缺陷较多，强度较低。100100100mm3,或200200200mm3 试模作出的结果,应分别乘系数0.95或1.05。,加载速度：加载速度越快，强度越高。强度等级低于C30时，每秒0.30.5N/mm2；高于C30，每秒0.50.8N/mm2,端部约束：涂润滑油，强度降低。标准方法不涂油。,立方体抗压强度标准值fcu.k,实验强度平均值,实验强度标准差,强度等级编号C,2

24、.2.1 混凝土强度,(N/mm2),非标准试块强度换算系数：200mm200mm200mm:1.05；100mm100mm100mm:0.95。612圆柱体：1.20（1=2.54cm）612棱柱体：1.32 分级：C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80(高强混凝土），共14个等级。CConcrete,单位：N/mm2或MPa。,2.2.1 混凝土强度,素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于 C20；采用强度等级400及以上的钢筋时，混凝土等级强度不应低于C25；预应力混凝土结

25、构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30；承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于C30,混凝土强度等级的选用,第2章 材料的物理力学性能,2.2.1混凝土强度,2.2.1混凝土强度,2、砼轴心抗压强度（fc,k）试块尺寸：150150300mm3 养护时间：28天 养护条件：温度203，相对湿度90%,棱柱强度与立方强度之比,考虑C40以上混凝土脆性的折减系数,2.2.1混凝土强度,2.2 混凝土的物理力学性能,2.轴心抗压强度标准值,棱柱体高度的取值：,摆脱端部摩擦力的影响；试件不致失稳。,试验目的：采用棱柱体试件，反映混凝土的实际工作状态。,试件尺寸：我国取 mm3

26、为标准试件。,试验表明，当高宽比h/b由1增加到2时，抗压强度降低很快，由2增加到4时，抗压强度变化不大。,2、轴心抗压强度,混凝土强度与试块混凝土强度的修正系数,脆性影响系数,棱柱体强度与立方体强度之比值,抗压强度标准值,2.2.1 混凝土强度,b=150mm,h=300mm,c1 和 c2 值,2.2.1 混凝土强度,与 的关系：,棱柱体强度与立方体强度之比，对C50及以下混凝土取0.76，C80取0.82，中间按线性插值；高强混凝土脆性折减系数，对C40取1.0，C80取0.87，中间按线性插值；0.88结构中混凝土的实体强度与立方体试件混凝土强度差异等因素的修正系数。,2.2.1混凝土

27、强度,2.2 混凝土的物理力学性能,2.轴心抗压强度标准值,2.2 混凝土的物理力学性能,3.轴心抗拉强度 标准值,与 的关系：,直接受拉试验,劈裂试验,2.2.1混凝土强度,tk,ftk,3、轴心抗拉强度-抗拉強度标准值ftk,轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算系数,试验离散性的影响系数,试验离散性系数,2.2.1 混凝土强度,2.2.1混凝土强度,3.砼轴心抗拉强度（ftK）混凝土为脆性材料，内部存在许多细小孔隙，因此其抗拉强度很低。,试验方法：国内外多采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测定。,混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，只有抗压强度的1/101/18。,2.2.1混凝土强度,4.混凝

28、土的设计指标,1.混凝土的强度 混凝土的强度标准值应具有不小于95%的保证率。混凝土强度设计值：等于混凝土强度标准值除以混凝土材料分项系数（rs=1.4)。各种强度等级的混凝土强度标准值、强度设计值规范规定采用。,2.2.1混凝土强度,4.混凝土的设计指标,砼三大强度标准值：立方抗压强度 fcu,k-基本強度值,最大轴心抗压强度 fc,k-可換算,数值居中轴心抗拉强度 ftk-可換算,数值最小,5、单轴受压时的应力-应变关系的数学模型,美国Hognestad模型,德国Rsch模型,2.2.1 混凝土强度,5、单轴受压时的应力-应变关系的数学模型,中国规范采用的模型,2.2.1 混凝土强度,6、

29、复杂应力下的强度,【双向受力】,压-压：强度提高；拉-拉：强度不变；拉-压：抗拉和抗压强度都低。,2.2.1 混凝土强度,【剪力存在时】,拉-剪：抗拉、抗剪强度都降低；压-剪：当 时，抗剪强度随压应力提高而增大；当 时，内部裂缝增加，抗剪抗压强度 均降低。,2.2.1 混凝土强度,【三向受力】,三向受压时，强度增加，最大增加5倍。,侧向受约束时混凝土的变形特点,2.2.1 混凝土强度,1.一次短期加载下混凝土受压的应力应变曲线,2.2.2 混凝土的变形,OA-弹性阶段AB-塑性变形穏定阶段BC-塑性变形不稳定阶段C-压力峰值点D-拐点,出现第一条可见缝E-收敛点,斜裂破坏,此时达 极限压应变,

30、u=0.0033,0,fcs,u,0.3fcs,0.8fcs,曲线ab段：水泥凝胶体的粘性流动和内部微裂缝的扩展使混凝土表现出越来越明显的塑性，应力应变关系偏离直线，应变的增长速度比应力增长快。内部微裂缝有所发展，但处于稳定状态，故b点称为临界应力点，相应的应力相当于条件屈服强度。(0.8fc-长期荷载限值),曲线bc段：应变增长速度进一步加快，应力应变曲线的斜率急剧减小，混凝土内部微裂缝进入非稳定发展阶段,裂缝快速发展。峰点c的峰值应力为砼棱柱体強度试验值fc,0a段：应力应变关系接近于直线,称a点为比例极限点。变形主要取决于骨料和水泥结晶体受力产生的弹性变形，水泥胶体的黏性流动及初始微裂变

31、化很微小。,曲线ce段：峰值应力后,裂縫迅速发展.贯通,内部破坏愈来愈严重,试件平均应力强度下降,曲线出现拐点d,表面出现可见裂缝。超过拐点曲线下突,这时只靠骨料间的咬合力及摩擦力和残余承压面来承受荷载,直到曲率最大点e称为收敛点。进入收敛段ef后,主裂缝已经很宽,内聚力几乎耗尽,对无侧向约束砼,收敛段已失去结构意义。,混凝土轴心受压时的应力应变关系,混凝土结构设计规范(GB50010)取u=0.0033。,峰值应变0随混凝土强度等级不同约在0.00150.0025之间变动，结构计算中一般取0=0.002。,。,(0.30.4)fc,。,d,f,0.8fc,fc,不同强度等级的受压混凝土棱柱体

32、应力应变曲线,强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，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。峰值应力fc所对应的应变0约为0.002左右，应力小于0.3fc时混凝土处于弹性阶段，混凝土内部几乎没有裂缝，0.30.8 fc之间，混凝土内部裂缝发展，但能保持稳定，大于0.8 fc混凝土内部裂缝发展很快，塑性变形显著增大，体积应变逐渐由压缩转为扩张。,高强混凝土：，,0,cu,2.2.2 混凝土的变形,2.2 混凝土的物理力学性能,应力应变曲线说明:砼強度等级越高,曲线越陡峻,強度峰值增大,但塑性降低。,混凝土受压

33、破坏机理可概括为：随着应力的增大，沿粗骨料界面和砂浆内部的微裂缝逐渐延伸和扩展，导致砂浆的损伤不断积累；裂缝贯通后，混凝土的连续性遭到破坏，逐渐丧失其承载力，破坏的实质是由连续材料逐步变成不连续材料的过程。,2.2.2混凝土的变形,2.2 混凝土的物理力学性能,混凝土受压破坏机理,2.2.2混凝土的变形,2.2 混凝土的物理力学性能,结论：混凝土受压破坏是由于混凝土内裂缝的扩展所致，如果对混凝土的横向变形加以约束，限制裂缝的开展，可以提高混凝土的纵向抗压强度。,混凝土受压破坏机理,2.多次加载：疲痨強度,弹性滞后,2.2.2 混凝土的变形,2.2.2 混凝土的变形,2.2 混凝土的物理力学性能

34、,3.混凝土的弹性模量、变形模量和切线模量,混凝土的 变形模量,原点切线模量（弹性模量）：拉压相同,割线模量(弹塑性模量）,切线模量,弹性系数，随着应力的增大而减小，当 时，；当 时，取；当 时，取 受拉破坏时，为0.5,发生单位应变所需要的应力值,称作变形模量。由于砼并非是完全的弹性体,故其变形模量有不同的表达方式。因割线模量较易测定,故应用较广。,2.2.2 混凝土的变形,2.2 混凝土的物理力学性能,混凝土的弹性模量的试验方法（150150 300标准试件）,混凝土的泊松比和剪切模量：,混凝土的泊松比（横向应变与纵向应变的比值），在压力较小时为0.180.22，接近破坏时可达0.5以上，

35、一般可取0.2。,混凝土的剪切模量为：取，我国规范近似取,3.混凝土的弹性模量、变形模量和切线模量,5-10次,受压:,受拉：Ec=0.5 Ec,4.受力变形:徐变,定义：在荷载保持不变的情况下，变形随时间推移 继续增大的现象。,特点：早期发展快，但可以延续数年。,2.2.2 混凝土的变形,徐变对结构的影响：使构件变形增大；在轴压构件中，使钢筋应力增加，混凝土应力减小；在预应力构件中，使预应力发生损失；在超静定结构中，使内力发生重分布。,影响因素：加载时的混凝土龄期；持续压力大小；混凝土的组成材料及配合比；混凝土的制作养护条件。,2.2.2 混凝土的变形,5.体积变形:收缩,定义：混凝土在空气

36、中结硬时体积减小的现象。收缩率：310-4。收缩=凝缩+干缩特点：早期快，可延续12年。,2.2.2 混凝土的变形,收缩对结构的影响：当收缩受到约束时，引起构件开裂。,减少收缩的措施：限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护；构造钢筋数量加强；设置变形缝；掺膨胀剂。,影响因素：混凝土的组成及配合比，尤其是水灰比；养护条件；使用时的温度与湿度。,2.2.2 混凝土的变形,什么是粘结力？它与哪些因素相关？,保证和提高粘结力的构造措施有哪些？,2.3.钢筋与混凝土的粘结,第2章 材料的物理力学性能,2.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固,2.3.1 粘结应力的定义,粘结应力是钢筋和混凝土接触面上的剪应力，

37、由于这种剪应力的存在，使钢筋和周围混凝土之间的内力得到传递。,2.3 钢筋与混凝土的粘结,粘结应力的意义,钢筋与混凝土之间的粘结性能是钢筋和混凝土共同工作的基础。,无粘结梁：梁中的钢筋与混凝土没有粘结，在荷载作用下，钢筋不受力，该梁如同素混凝土梁。端部有锚固无粘结梁：钢筋仅在梁端部设置机械锚固，钢筋应力沿全长相等，受力犹如二铰拱，不是梁的受力状态。,所以，只有梁中的钢筋沿全长与混凝土有可靠的粘结，并在端部有可靠的锚固，才符合梁的受力特点。,第2章 材料的物理力学性能,2.2 混凝土的物理力学性能,第2章 材料的物理力学性能,2.2 混凝土的物理力学性能,粘结強度及其分布规律-抗拉试验测定,2.

38、3.3 粘结强度的测定,第2章 材料的物理力学性能,2.2 混凝土的物理力学性能,第2章 材料的物理力学性能,2.2 混凝土的物理力学性能,取微元体利用极限平衡条件推证粘结强度,由此式可推出基本锚固长度,式中lab 受拉钢筋的基本锚固长度；fy、fpy普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值按P5254表3-7、表3-8,3-9取用；ft混凝土轴心抗拉强度设计值，按P44表3-5采用。当混凝土强度大于C40时，按C40取用。d 钢筋的公称直径；钢筋的外形系数，按下表3-14取用。表1-7 钢筋的外形系数,第2章 材料的物理力学性能,表3-14钢筋的外形系数,。,第2章 材料的物理力学性能,2.3

39、钢筋与混凝土的粘结与锚固,2.3.4 粘结应力的组成,化学胶结力：浇筑时水泥浆体向钢筋表面氧化层的渗透和养护过程中水泥晶体的生长和硬化，使水泥胶体和钢筋表面产生吸附胶着作用。摩擦力：混凝土凝结时收缩，使钢筋和混凝土接触面上产生正应力，将钢筋紧紧地握裹住。机械咬合力：钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合力作用而产生的力。钢筋端部的锚固力：一般在钢筋端部弯钩、弯折，在锚固区焊短钢筋、短角钢等方法来提供锚固力,第2章 材料的物理力学性能,2.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固,2.3.5 粘结破坏机理,（1）光圆钢筋的粘结破坏：粘结作用在钢筋与混凝土间出现相对滑移前主要取决于化学胶着力，发生滑移后则由摩

40、擦力和机械咬合力提供。（2）变形钢筋的粘结破坏 粘结强度仍由化学胶着力、摩擦力和机械咬合力组成。但主要为机械咬合力。,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。,第2章 材料的物理力学性能,2.2 混凝土的物理力学性能,第2章 材料的物理力学性能,2.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固,影响粘结的因素：.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。.变形钢筋的粘结力比光面钢筋高23倍，因此光面钢筋锚固端头需要作弯钩以提高粘结强度，变形钢筋所需的锚固长度比光面钢筋短。.钢筋间的净距过小，可能导致保护层崩落，粘结强度显著降低。.横

41、向钢筋（如箍筋）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。如“顶部”水平钢筋。,保证粘结的构造措施-锚固与连接(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光面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2章 材料的物理力学性能,2.3 钢筋与

42、混凝土的粘结与锚固,钢筋弯钩和机械锚固的形式和技术要求,第2章 材料的物理力学性能,2.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固,增加粘结锚固的措施,光面钢筋端部做弯钩：,第2章 材料的物理力学性能,机械弯钩：,第2章 材料的物理力学性能,机械锚固,第2章 材料的物理力学性能,2.3.6 钢筋的锚固与连接(1)钢筋的锚固为了使钢筋和混凝土能可靠地共同工作，钢筋在混凝土中必须有可靠的锚固。受拉钢筋的锚固当计算中充分利用钢筋的强度时，混凝土结构中纵向受拉钢筋的基本锚固长度应按下列公式计算：,第2章 材料的物理力学性能,锚固长度,基本锚固长度,受拉钢筋的基本锚固长度lab和锚固长度la,2.3.6 钢筋的锚固与

43、连接,采用机械锚固措施时，在锚固长度范围内的箍筋不应少于3个，其直径不应小于锚固钢筋直径的0.25倍；间距不应小于锚固直径的5倍。当锚固钢筋的混凝土保护层厚度不小于钢筋公称直径的5倍时，可不配置上述箍筋。受压钢筋的锚固当计算中充分利用纵向钢筋的受压强度时，其锚固长度不应小于受拉钢筋锚固长度的0.7倍。！必须注意，对于光面钢筋（受拉或受压），其末端均应做180o标准弯钩。焊接骨架、焊接网中的光面钢筋可不做弯钩。,第2章 材料的物理力学性能,2.3.6 钢筋的锚固与连接,(2)钢筋的连结 钢筋的接头可分为三种：绑扎搭接、机械连接或焊接。接头宜设在受力较小处，同一根钢筋上宜少设接头。绑扎搭接 绑扎搭

44、接的工作原理是通过钢筋与混凝土之间的粘结强度来传递内力的。因此，钢筋的绑扎接头要有足够的搭接长度。规范规定：纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度应根据位于同一连接区段内(1.3ll)的搭接钢筋面积百分率按下列公式计算，但任何情况下均不应小于300mm。,第2章 材料的物理力学性能,搭接长度,2.3.6 钢筋的锚固与连接,式中 ll 受拉钢筋的搭接长度；la受拉钢筋的锚固长度，按前面公式计算。l纵向受拉钢筋搭接长度修正系数，按下表规定取用。,第2章 材料的物理力学性能,2.3.6 钢筋的锚固与连接,轴心受拉及小偏心受拉杆件的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接接头。当受拉钢筋直径d28mm及受压钢筋的直径

45、d32mm时，不宜采用绑扎搭接接头。构件中的纵向受压钢筋，当采用搭接连接时，其受压搭接长度不应小于规范规定的纵向受拉钢筋搭接长度的0.7倍，且在任何情况下不应小于200mm。,第2章 材料的物理力学性能,钢筋搭接接头的错开要求,2.3.6 钢筋的锚固与连接,在纵向受力钢筋搭接长度范围内应配置箍筋，其直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍。当钢筋受拉时，箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100mm；当钢筋受压时，箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的10倍，且不应大于200mm。当受压钢筋直径d25mm时，尚应在搭接接头两个端面外100mm范围内设置两个箍筋。,第2章 材料的物理力

46、学性能,2.3.6 钢筋的锚固与连接,机械连接或焊接 指通过连接件用机械的方法把钢筋连接在一起。机械连接接头能产生较牢固的连接力，具有工艺操作简便、接头性能可靠、连接速度快、节省钢材和能源、施工安全等特点，所以应优先采用机械连接。但要求连接件的保护层厚度不应小于纵向受力钢筋最小保护层厚度，连接件的之间净距不应小于25mm，当采用焊接接头时，上述机械连接或焊接接头也应相互错开，要求用绑扎接头，但其接头连接区段长度均取为35d（d为纵筋的较大直径），位于同一连接区段内的纵向受拉钢筋接头面积百分率均不应大于50%，受压钢筋可不受限制。,第2章 材料的物理力学性能,锥螺纹钢筋连接,第2章 材料的物理力

47、学性能,2.3.6 钢筋的锚固与连接,第2章 材料的物理力学性能,挤压钢筋连接,第2章 材料的物理力学性能,第2章 材料的物理力学性能,1 软钢和硬钢的区别是什么？应力一应变曲线有什么不同？设计时分别采用什么強度值作为依据？2我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有几个种类？我国热轧钢筋的强度分为几个等级,有哪些牌号？3钢筋冷加工的目的是什么？冷加工方法有哪几种？简述冷拉方法？4什么是钢筋的均匀伸长率？均匀伸长率反映了钢筋的什么性质？5在钢筋混凝土结构中，宜采用哪些钢筋？6试述钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求。7简述混凝土立方体抗压强度。8简述混凝土轴心抗压强度。9混凝土的强度等级是如何确定的。10简述混凝土三轴受压强度的概念。11简述混凝土在单轴短期加载下的应力应变关系。12什么是混凝土的弹性模量、割线模量和切线模量？13什么叫混凝土徐变？其影响因素有哪些？砼徐变对结构有什么影响？14.什么叫混凝土收缩？其影响因素有哪些？砼收缩对结构有什么影响？15钢筋与混凝土之间的粘结力是如何组成的？16锚固长度是如何确定的？17简述绑扎搭接连接的构造要求。,思 考 题,第2章 材料的物理力学性能,The End,