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1、1.1 钢筋1.2 混凝土1.3 钢筋与混凝土的粘结,材料的力学性能,混凝土的组成结构通常把混凝土的结构分为三种类型：.微观结构：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。.亚微观结构：混凝土中的水泥砂浆结构。.宏观结构：砂浆和粗骨料两组份体系。,1.2 混凝土的物理力学性能,1.2.1 混凝土的强度,抗压强度 抗拉强度 复合应力状态下的强度,混凝土结构利用抗压强度。因此抗压强度是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强度等级：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下（203，90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度
2、0.30.5N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度，用符号C表示，C30表示fcu,k=30N/mm2,一、混凝土的强度等级-立方体抗压强度,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。C60以上为高强混凝土。,一、混凝土的强度等级-立方体抗压强度,试验录像,在与压力机压板接触的试件表面涂润滑剂，其抗压强度将比表面不加润滑剂试件的抗压强度低很多，两者的破坏形态也不相同,混凝土的立方体抗压强度与试件的龄期和养护条件有关,100mm立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系,小于C50的混凝土，修正系数为0.95。,立方体抗压强度与
3、试件尺寸大小有关，尺寸越小，强度越高，“尺寸效应”,轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号fc 表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为h/b=34，我国通常取150mm150mm450mm，也常用100100300试件。,二、轴心抗压强度-棱柱体强度,试验录像,在钢筋混凝土结构中，计算轴心受压构件时（如轴心受压柱，桁架受压腹杆等），要采用混凝土的轴心抗压强度!,0.88:考虑结构中的混凝土强度与试块混凝土强度之间的差异等因素的修正系数；c1：棱柱体强度与立方体强度的比值，当不大于 C50时，取 0.76；当为C80时取0.82，其间插值；c2：混凝土的脆性系数，当不
4、大于C40时取1.0；当为 C80时取 0.87，其间插值。,对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度!,砼的抗压强度主要取决于横向变形的约束条件和加载速率：加载速度0.30.5N/mm2/sec（1）加荷速度提高为10/mm2/sec，强度提高约10%；（2）快速加荷的冲击荷载下，105N/mm2/sec,提高60%；.,三、影响抗压强度的主要因素,比抗压强度小得多，用符号 ft 表示。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与抗拉强度有关。,四、轴心抗拉强度,试验录像,轴心受拉试验对中困难，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,规范规定材料强度的
5、标准值 fk 应具有不小于95%的保证率,立方体强度标准值即为混凝土强度等级 fcu，k。,五、混凝土强度的标准值,规范在确定混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值时，考虑它们与立方体强度具有相同的变异系数。,混凝土强度标准值,1、混凝土的双向受力强度,实际结构中，混凝土更多的是处于双向或三向受力状态。,双向受压强度大于单向受压强度，最大受压强度发生在两个压应力之比为2或0.5之间，约为1.27fc。,六、混凝土的复合受力强度,试验录像,拉压共同作用下：试件破坏时强度比单向受力时强度低。,2、拉压共同作用时及双拉时的强度,双向受拉时：其强度比单向受拉时的强度差不多。,混凝土的抗剪强度：随拉应力
6、增大而减小 随压应力增大而增大当压应力在0.5fc左右时，抗剪强度达到最大，在梁、柱中当有剪 应力时，将要影响其受压区混凝土的强度！,3、混凝土在法向应力和剪力作用下的复合强度,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。,4、混凝土的三向受压强度,侧向约束限制了混凝土受压后的横向变形，包括限制了混凝土内部裂缝的产生和发展，从而提高了混凝土在受压方向上的抗压强度。,混凝土三向受压时，各个方向上的抗压强度都有很大的提高。,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程的重要力学特征 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，
7、也是利用计算机进行非线性分析的基础。,1.2.2 混凝土的变形,混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定。在普通试验机上采用等应力速度加载，达到轴心抗压强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲线的上升段。采用等应变速度加载，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-应变曲线的下降段。,一、混凝土在荷载短期作用下的变形,试验录像,A点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强度混凝土sA约为(0.
8、30.4)fc，对高强混凝土sA可达(0.50.7)fc。,A点以后，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力-应变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是稳定的。,混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。,达到B点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导致破坏。取B点的应力作为混凝土的
9、长期抗压强度。普通强度混凝土sB约为0.8fc，高强强度混凝土sB可达0.95fc以上。,达到C点fc，内部微裂缝连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰值应变 e 0，约为0.002。,纵向应变发展达到D点，内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。,随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。E点的应变e=(23)e 0，应力s=(0.40.6)fc。,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，
10、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。,规范应力-应变关系,上升段：,下降段：,原点切线模量,割线模量,切线模量,弹性系数 随应力增大而减小，它反映了混凝土的弹性性质,二、混凝土的弹性模量 Elastic Modulus,弹性模量测定方法,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。,三、混凝土的徐变与收缩,1、混凝土的徐变和收缩,混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩，与荷载无关。,（1）徐变产生的原因,混凝土硬结以后，骨料之间的水泥浆，部分变为弹性结晶体，另一部分尚未转化为结晶体的水泥凝胶体的塑性变形向水泥结晶体应力重分布所造成的结果。混凝土内部微
11、裂缝在荷载长期作用下不断发展和增加，从而导致应变的增加。,由于收缩与外荷无关，在徐变试验中测得的变形也包含了收缩产生的变形。因此，在测定混凝土的徐变时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形，来得到徐变变形。,（2）徐变试验方法,esh：随时间增长的收缩变形,eel：加荷时立即出现的弹性变形,ecr：徐变,在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变eel（t0加荷时的龄期）。随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增长较快，6个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓慢，23年后趋于稳定。,记(t-
12、t0)时间后的总应变为e c(t,t0)，此时混凝土的收缩应变为esh(t，t0)，则徐变为，ecr(t,t0)=ec(t,t0)-e c(t0)-esh(t,t0)=ec(t,t0)-eel-esh(t,t0),徐变系数,如在时间t 卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变eel。再经过一段时间后，还有一部分应变eel可以恢复，称为弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变ecr,内在因素环境影响应力条件,（3）影响徐变的主要因素,a、材性方面（内在因素）,混凝土的组成和配比。骨料的刚度（弹性模量）越大，骨料体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。,包括养护和使用条件。受荷前养护的温湿度
13、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少（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。,b、环境影响,应力条件是指初应力水平s/fc和加荷时混凝土的龄期t0，它们影响徐变的非常主要的因素。线性徐变：当初始应力水平s/fc 0.5时，徐变值与初应力基本上成正比。徐变在2年以后可趋于稳定。最终徐变系数j=ecr/eel=Ececr/s=常数=24,c、应力条件,非线性徐变：当初应力在(0.50.8)fc 范围时，徐变最终虽仍收敛，但最终徐变与初应力不成比例，也即徐变系数j 随的增大而增大。当初应力 0.8fc 时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的
14、状态，徐变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。,高强混凝土的密实性好，在相同的s/fc比值下，徐变比普通混凝土小得多。但由于高强混凝土承受较高的应力值，初始变形较大，故两者总变形接近。此外，高强混凝土线性徐变的范围可达0.65fc，长期强度约为0.85fc，也比普通混凝土大一些。,不利：徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大（23倍）;预应力混凝土构件中引起预应力损失有利：结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力（如支座不均匀沉降），减小大体积混凝土内的温度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。,（4）徐变对构件力学性能的影响,2、混凝土的收缩Shrinkage,混凝土在空气中结硬时体积减
15、小的现象称为收缩，与荷载无关。,早期收缩较快，两周：25%，一个月：50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。一般情况下，最终收缩应变值约为(25)10-4 混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4,当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂-产生收缩裂缝。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。某些对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩会引起不利的内力。,墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形,影响因素 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许
16、多因素有关。水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。干燥失水及高温环境，收缩大。小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。高强混凝土收缩大。,（1）加强混凝土的初期养护，在养护期内使混凝土保持潮湿环境；（2）减小水灰比，水灰比过大，使混凝土收缩量增加（3）减小水泥用量，水泥含量越少，骨料含量相对增加，骨料的体积稳定性比砂浆好，,减小徐变与收缩的措施,砼：水泥砂浆：纯水泥素浆收缩量之比1：2：5,（4）正确处理构件的体表比，体表比越大，收缩越小。（5）加强振捣，混凝土振捣愈密实，内部孔隙愈小，收缩量越小；,（1）现浇板在一定长度范围内预留伸缩缝，减少收缩应力；（2）在混凝土
17、构件内配置一定数量的构造钢筋，使收缩应力均匀，避免产生集中裂缝。（3）在施工上采用后浇施工带的方法。,结构构造上减少混凝土收缩内力的措施,一、粘结的意义粘结应力：分布在钢筋和混凝土接触面上的剪应力。即相对变形（滑移）时，通过粘结应力传递二者之间的应力，使钢筋与砼共同受力。,1.3、混凝土与钢筋的粘结力,根据受力不同，钢筋与混凝土之间的粘结应力分为二类：裂缝间的局部粘结应力钢筋端部的锚固粘结应力,1、锚固粘结,2、裂缝间粘结,裂缝间的局部粘结应力的丧失只影响构件的刚度和裂缝开展；钢筋端部的锚固粘结应力的丧失将使构件提前破坏，降低承载力。,粘结作用主要由三部分组成：（）化学胶结力：钢筋与混凝土接触
18、面上的化学吸附作用力。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，该力即消失。,二、粘结力的机理,（）摩擦力：混凝土收缩后将钢筋紧紧地握裹住而产生的摩阻力。摩阻力是由于混凝土收缩凝固时收缩，对钢筋产生垂直于摩擦面的压应力，这种压应力越大，接触面的粗糙程度越大，则摩擦力越大。,（）机械咬合力：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）。光面钢筋这种咬合力来自表面的粗糙不平。,对于光面钢筋，表面轻度锈蚀有利于增加摩擦力，但摩擦作用也很有限。由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合作用也不大。因此，光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的。,为保证光面钢筋的锚
19、固，通常需在钢筋端部弯钩、弯折或加焊短钢筋以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动。,三、粘结强度测试,塑料套管,100100mm,四、粘结强度,-拔出试验,粘结强度u：粘结破坏（钢筋拔出或混凝土劈裂）时钢筋与混凝土界面上的最大平均粘结应力。,在设计时，我 国规范不需要进行粘结力计算，只是采用构造要求来保证！,作业,1、钢筋与混凝土共同工作的原因？2、钢筋的种类？其应力-应变曲线？规范如何进行简化？钢筋的强度如何确定？3、砼的强度等级如何确定，规范有多少等级？如何将非标准尺寸砼试块的抗压强度换算成标准尺寸砼试块的抗压强度？4、影响砼的强度等级的因素？,5、混凝土的受压应力-应变曲线？规范如何确定？6、解释混凝土的徐变与收缩？二者对构件的影响？何为线性徐变、非线性徐变？7、混凝土的粘结力（组成）？,
