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1、第三章 结构材料的力学性能本讲稿第一页，共四十三页目录目录建筑钢材建筑钢材1混凝土混凝土2钢筋与混凝土的相互作用钢筋与混凝土的相互作用粘结力粘结力3 3本讲稿第二页，共四十三页3.13.1钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形3.1.13.1.1钢筋的成分、级别和品种钢筋的成分、级别和品种按化学成分按化学成分碳素钢（铁、碳、硅、碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）锰、硫、磷等元素）低碳钢（含碳量低碳钢（含碳量0.25%0.25%）中碳钢（含碳量中碳钢（含碳量0.250.6%0.250.6%）高碳钢（含碳量高碳钢（含碳量0.61.4%0.61.4%）普通低合金钢（另加硅、普通低合金钢（另加硅、锰、钛
2、、钒、铬等）锰、钛、钒、铬等）硅系硅系硅钒系硅钒系硅钛系硅钛系硅锰系硅锰系硅铬系硅铬系磷和硫是有害的元素磷和硫是有害的元素本讲稿第三页，共四十三页3.13.1钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形3.1.13.1.1钢筋的成分、级别和品种钢筋的成分、级别和品种钢筋钢筋热轧钢筋热轧钢筋：热轧光面钢筋：热轧光面钢筋HPB235HPB235，热轧带肋钢筋，热轧带肋钢筋HRB335HRB335、HRB400HRB400，余热处理钢，余热处理钢筋筋RRB400RRB400冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成热处理钢筋：将热处理钢筋：将HRB400HRB400、R
3、RB400RRB400钢筋通过加热、淬火、回火而成钢筋通过加热、淬火、回火而成按加工方法按加工方法钢丝钢丝碳素钢丝：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：六根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起钢绞线：六根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成本讲稿第四页，共四十三页强度等级代号钢 种符号d/mmHPB235Q235820HRB33520MnSi650HRB4
4、0020MnSiV，20MnSiNb，20MnTi650RRB400K20MnSi R840常用热轧钢筋的种类、代表符号和直径范围常用热轧钢筋的种类、代表符号和直径范围3.13.1钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形3.1.13.1.1钢筋的成分、级别和品种钢筋的成分、级别和品种本讲稿第五页，共四十三页热轧钢筋热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHot Rolled Steel Reinforcing BarHPB235HPB235级级、HRB335HRB335级级、HRB400HRB400级级、RRB400RRB400级级HPBHPBHot rolledHo
5、t rolledPlainPlainBarBarHRBHRBHot rolledHot rolledRibbedRibbedBarBarRRBRRBRemained heat Remained heat treatmenttreatmentRibbedRibbedBarBar屈服强度屈服强度 f fykyk（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%97.73%）HPB235HPB235级级：f fykyk=235 N/mm235 N/mm2 2HRB335HRB335级级：f fykyk=335 N/mm335 N/mm2 2HRB400HRB400级级、RRB400
6、RRB400级级：f fykyk=400 N/mm400 N/mm2 23.13.1钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形3.1.13.1.1钢筋的成分、级别和品种钢筋的成分、级别和品种本讲稿第六页，共四十三页3.13.1钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形3.1.13.1.1钢筋的成分、级别和品种钢筋的成分、级别和品种按表面形状按表面形状光圆钢筋光圆钢筋变形钢筋变形钢筋钢筋的应用范围钢筋的应用范围:非预应力钢筋：非预应力钢筋：HRB235HRB235，HRB335HRB335，HRB400HRB400，RRB400RRB400预应力钢筋：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋，冷拉钢筋预应力钢筋：碳素
7、钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋，冷拉钢筋本讲稿第七页，共四十三页3.1钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 3.1.2钢筋的应力钢筋的应力-应变曲线应变曲线 有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋 Rebar with yield pointa为比例极限为比例极限proportional limit =Es aa为弹性极限为弹性极限elastic limitade为强化段为强化段strain hardening stagebb为屈服上限为屈服上限upper yield strengthc为屈服下限，即为屈服下限，即屈服强度屈服强度 fylower yield strengthcdcd为屈服台阶为
8、屈服台阶yield plateauefue为极限抗拉强度为极限抗拉强度 fu ultimate tensile strengthfyf本讲稿第八页，共四十三页3.13.1钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 3.1.23.1.2钢筋的应力钢筋的应力-应变曲线应变曲线无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋 Rebar without yield pointa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，有一定塑应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点性变形，且没有明显的屈服点强度设计指标强度
9、设计指标条件屈服点条件屈服点(Equivalent yield point)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 0.2=0.85 fu本讲稿第九页，共四十三页3.13.1钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 3.1.33.1.3钢筋的钢筋的强度指标强度指标弹性模量弹性模量即是钢筋应力应变曲线弹性阶段的斜率，是个相当稳定的物理常数。即是钢筋应力应变曲线弹性阶段的斜率，是个相当稳定的物理常数。屈服强度屈服强度yield strength：是钢筋强度的设计依据是钢筋强度的设计依据，因，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这
10、部分变形不可恢不可恢复复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的，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。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服裂缝。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。下限作为屈服强度。屈强比屈强比反映钢筋的强度储备，反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.60.7。极限抗拉强度极限抗拉强度ultimate tensile strength本讲稿第十页，共四十三页3.13.1钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 3.1.43.1.4钢筋的塑性性能钢筋的塑性性能*伸长率伸长率elongation strainelongation st
11、rain：钢筋拉断时的应变，是反映：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。伸长率大的钢筋，在拉断前有足够预钢筋塑性性能的指标。伸长率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好兆，延性较好*冷弯性能冷弯性能：将直径为：将直径为d d的钢筋绕直径为的钢筋绕直径为D D的钢辊弯成一的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂定的角度而不发生断裂 伸长率伸长率d d对应最大应力时应变，对应最大应力时应变，包括了残余应变和弹性应变，包括了残余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力反映了钢筋真实的变形能力(2.5%)本讲稿第十一页，共四十三页3.13.1钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 3.1.53.1.5钢筋的
12、冷加工和热处理钢筋的冷加工和热处理冷拉冷拉 B BK KZ ZZ ZK K残余变形残余变形冷拉伸长率冷拉伸长率无时效无时效经时效经时效K K点的选择：应力控制和应变控制点的选择：应力控制和应变控制温度的影响：温度达温度的影响：温度达700C700C时恢复到冷拉前时恢复到冷拉前的状态，先焊后拉的状态，先焊后拉特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降度，强度提高，塑性下降本讲稿第十二页，共四十三页3.13.1钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 3.1.53.1.5钢筋的冷加工和热处理钢筋的冷加工和热处理冷拔冷拔经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅经过
13、冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度本讲稿第十三页，共四十三页3.13.1钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 3.1.63.1.6钢筋的连接钢筋的连接热轧钢筋的连接方法：热轧钢筋的连接方法：绑扎连接绑扎连接焊接焊接机械连接机械连接本讲稿第十四页，共四十三页3.13.1钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 3.1.73.1.7混凝土结构对钢筋的要求混凝土结构对钢筋的要求强度要求：屈服强度和极限强度，抗震设计时还要求有一定的屈强比强度要求：屈服强度和极限强度，抗震设计时还要求有一定的屈强比塑性要求：伸长率和冷弯要求塑性要求：伸长率和冷弯
14、要求可焊性可焊性与混凝土的粘结性与混凝土的粘结性本讲稿第十五页，共四十三页3.13.1钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 3.1.83.1.8钢筋应力钢筋应力-应变曲线的数学模型应变曲线的数学模型 s s s=Es s y s,hfy s s s=Es s y s,hfyfs,u s,u s,u s s s=Es s yfy s,hfs,u有明显流幅的钢筋有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋本讲稿第十六页，共四十三页3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.1 3.2.1 混凝土的强度混凝土的强度混凝土的强度是其受力性能的一个基本指标。荷载的性质不同混凝土的强度是其受
15、力性能的一个基本指标。荷载的性质不同及混凝土受力条件不同，混凝土就会具有不同的强度。工程中及混凝土受力条件不同，混凝土就会具有不同的强度。工程中常用的混凝土强度有：常用的混凝土强度有：立方体抗压强度立方体抗压强度、棱柱体轴心抗压强度棱柱体轴心抗压强度、轴轴心抗拉强度心抗拉强度等等。本讲稿第十七页，共四十三页3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.23.2.2混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度采用标准试块采用标准试块(规范规定边长为规范规定边长为150mm的混凝土立方体的混凝土立方体)，在标准条，在标准条件下（温度为件下（温度为203，相对湿度在，相对湿度在90%以上）养护以上）
16、养护28天，按规定天，按规定的标准试验方法的标准试验方法(中心加载，平均速度为中心加载，平均速度为0.30.8MPa/s，试件上下，试件上下表面不涂润滑剂表面不涂润滑剂)测得的具有测得的具有95%保证率的抗压强度称为混凝土保证率的抗压强度称为混凝土立方体抗压强度标准值立方体抗压强度标准值fcu,k(N/mm2)。立方体抗压强度立方体抗压强度fcu本讲稿第十八页，共四十三页3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.23.2.2混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度立方体抗压强度立方体抗压强度fcu承压板承压板试块试块摩擦力摩擦力不涂润滑剂不涂润滑剂涂润滑剂涂润滑剂强度大于强度大于我国规
17、范的方法：不涂润滑剂我国规范的方法：不涂润滑剂压力压力试件试件裂缝发展裂缝发展扩张扩张整个体系解体，丧失整个体系解体，丧失承载力承载力另影响强度的因素还有：龄另影响强度的因素还有：龄期、加载速率、试块尺寸等期、加载速率、试块尺寸等本讲稿第十九页，共四十三页3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.23.2.2混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度标准试块：标准试块：150150150150150150非标准试块：非标准试块：100100100 100100100 换算系数换算系数 0.950.95 200200200 200200200 换算系数换算系数 1.051.05立方体抗压强
18、度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等级有：级有：C15C15，C20C20，C25C25，C30C30，C35C35，C40C40，C45C45，C50C50，C55C55，C60C60，C65C65，C70C70，C75C75，C80C80表示混凝土表示混凝土ConcreteConcrete立方体抗压强立方体抗压强度标准值度标准值立方体抗压强度立方体抗压强度fcu本讲稿第二十页，共四十三页3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.23.2.2混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度棱柱体轴心抗压强度棱柱体
19、轴心抗压强度fc承压板承压板试试块块标准试块：标准试块：150150 300150150 300非标准试块：非标准试块：100100 300 100100 300 换算系数换算系数 0.950.95 200200 400 200200 400 换算系数换算系数 1.051.05考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：度，且有：fc=（0.70-0.92）fcu 考虑到构件和试件的区别，取考虑到构件和试件的区别，取本讲稿第二十一页，共四十三页3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.33.2.3混凝
20、土的抗拉强度混凝土的抗拉强度直接受拉试验直接受拉试验ft100100100100150150150150500500试验结果平均值：试验结果平均值：ft,=0.395(fcu,m)0.55考虑修正系数考虑修正系数0.880.88及脆性折减系数，取及脆性折减系数，取此方法离散性大此方法离散性大本讲稿第二十二页，共四十三页3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.33.2.3混凝土的抗拉强度混凝土的抗拉强度劈裂试验劈裂试验ftsddftsFFFF我国根据我国根据100mm立方体的劈裂与立方体的劈裂与抗压试验结果有：抗压试验结果有：fts=0.19fcu 3/4本讲稿第二十三页，共四
21、十三页3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.43.2.4混凝土的变形性能混凝土的变形性能02468102030(MPa)10-3BACEDA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。应变关系近似直线。A点应点应力随混凝土强度的提高而增力随混凝土强度的提高而增加，对普通强度混凝土加，对普通强度混凝土 A约为约为 (0.30.4)fc，对高强，对高强混凝土混凝土 A可达可达(0.50.7)fc。A点以后点以后，由于微裂缝处的，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所应力集中，裂缝开始有所延
22、伸发展，产生部分塑性延伸发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，变形，应变增长开始加快，应力应力-应变曲线逐渐偏离直应变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝线。微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但该阶土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是稳定的。段微裂缝的发展是稳定的。混凝土在结硬过程中，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
23、缝的发展造成的。缝的发展造成的。达到达到B点，内部一些微裂点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展已缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形突然增不稳定，横向变形突然增大，体积应变开始由压缩大，体积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长转为增加。在此应力的长期作用下，裂缝会持续发期作用下，裂缝会持续发展最终导致破坏。取展最终导致破坏。取B点点的应力作为混凝土的长期抗的应力作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土压强度。普通强度混凝土 B约为约为0.8fc，高强强度混凝，高强强度混凝土土 B可达可达0.95fc以上。以上。达到达到C点点fc，内部微裂缝连，内部微裂缝连通形成破坏面，应变增长通形成破坏面，
24、应变增长速度明显加快，速度明显加快，C点的纵点的纵向应变值称为峰值应变向应变值称为峰值应变 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现内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受力方第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。向的纵向裂缝。随应变增长，试件上相继随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵向裂出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧发展，缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，混凝土承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连通形成斜向到破，裂缝连通形成斜向破坏面。破坏面。E点的应变点的应变 =(23)0，应力，应力
25、 =(0.40.6)fc。本讲稿第二十四页，共四十三页不同强度混凝土的应力不同强度混凝土的应力-应变关系曲线应变关系曲线强度等级越高，线弹性段越长，强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越破坏时脆性越显著，下降段越陡。陡。3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.43.2.4混凝土的变形性能混凝土的变形性能本讲稿第二十五页，共四十三页3.23.2混凝土的强
26、度和变形混凝土的强度和变形 3.2.43.2.4混凝土的变形性能混凝土的变形性能单轴受压时的应力单轴受压时的应力-应变关系的数学模型应变关系的数学模型 u u=0.00380.0038 0 0=0.0020.002o o c cf fc c c c0.150.15f fc c u u=0.00350.0035 0 0=0.0020.002o o c cf fc c c c美国美国HognestadHognestad模型模型德国德国RschRsch模型模型本讲稿第二十六页，共四十三页3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.43.2.4混凝土的变形性能混凝土的变形性能单轴受压时的
27、应力单轴受压时的应力-应变关系的数学模型应变关系的数学模型-中国规范中国规范 u u 0 0o o c cf fc c c c本讲稿第二十七页，共四十三页3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.43.2.4混凝土的变形性能混凝土的变形性能侧向受约束时混凝土的变形特点侧向受约束时混凝土的变形特点 cucu约束混凝土约束混凝土非约束混凝土非约束混凝土 c c c cf fccccf fc cE EsecsecE Ec c c0 c0 2 2 c0c0 spsp cccco o环箍断裂环箍断裂本讲稿第二十八页，共四十三页3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.43
28、.2.4混凝土的变形性能混凝土的变形性能长期荷载作用下混凝土的变形性能长期荷载作用下混凝土的变形性能-徐变徐变P P原因之一，胶凝体的粘原因之一，胶凝体的粘性流动性流动原因之二，混凝土内部微裂原因之二，混凝土内部微裂缝的不断发展缝的不断发展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。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。本讲稿第二十九页，共四十三页3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.43.2.4混凝土的变形性能混凝土的变形性能长期荷载作用下混凝土的变形性能长期荷载作用下混凝土的变形性能-影响徐变的因素影响徐变的因素应力：应力：
29、c c0.5f0.5fc c，徐变变形与应力成正比，徐变变形与应力成正比-线性徐变线性徐变 0.5f0.5fc c c c0.8f0.8f0.8fc c，造成混凝土破坏，不稳定，造成混凝土破坏，不稳定加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大骨料越硬，徐变越小骨料越硬，徐变越小本讲稿第三十页，共四十三页3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.43.2.4混凝土的变形性能混凝土的变形性能徐变对混凝土结构的影响徐变对混凝土结构的影响徐变对混凝土结构和构件的工作性能有很大影响徐变对混凝土结
30、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应力重分布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。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。本讲稿第三十一页，共四十三页3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.43.2.4混凝土的变形性能混凝土的变形性能混凝土的收缩混凝土的收缩-结硬过程中混凝土体积缩小的性质结硬过程中混凝土体积缩小的性质（1 1）水泥的品种：）水泥的品种：水泥强度等级越高，制成的混
31、凝土收缩越大。水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越大。（2 2）水泥的用量：）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 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 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 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 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 7）构件的体积与表面积比值：）构件的体积与表面积比值
32、：比值大时，收缩小。比值大时，收缩小。影响因素影响因素本讲稿第三十二页，共四十三页3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.43.2.4混凝土的变形性能混凝土的变形性能收缩对混凝土结构的影响收缩对混凝土结构的影响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）的约束时，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。混凝土收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。缩会使预应力混凝土
33、构件产生预应力损失。本讲稿第三十三页，共四十三页3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.43.2.4混凝土的变形性能混凝土的变形性能混凝土的弹性模量和变形模量混凝土的弹性模量和变形模量 c c c c e p 0 1原点切线模量（弹性模量）：拉压相同原点切线模量（弹性模量）：拉压相同变形模量（割线模量、弹塑性模量）变形模量（割线模量、弹塑性模量）切线模量切线模量受压时，为受压时，为0.41.0；受拉破坏时，为受拉破坏时，为1.0弹性系数弹性系数反映了混凝土的弹塑性性质反映了混凝土的弹塑性性质本讲稿第三十四页，共四十三页3.23.2混凝土的强度和变形混凝土的强度和变形 3.2.
34、43.2.4混凝土的变形性能混凝土的变形性能混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比，在压力较小时为混凝土的泊松比，在压力较小时为0.15-0.180.15-0.18，接近破坏时可达，接近破坏时可达0.50.5以上，一般可取以上，一般可取0.20.2混凝土的剪切模量为混凝土的剪切模量为本讲稿第三十五页，共四十三页3.33.3混凝土与钢筋的相互作用混凝土与钢筋的相互作用粘结力粘结力3.3.13.3.1共同工作的基本条件共同工作的基本条件*混凝土和钢筋之间有良好的混凝土和钢筋之间有良好的粘结力粘结力，两者可靠地结合在一起，两者可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形可共同受力，
35、共同变形 *两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：的粘结力，混凝土：1.0101.010-5-51.5 101.5 10-5-5，钢筋：，钢筋：1.2 101.2 10-5-5 *混凝土包裹在钢筋的外部，混凝土的弱碱性环境可使钢筋免于混凝土包裹在钢筋的外部，混凝土的弱碱性环境可使钢筋免于腐蚀腐蚀主要原因主要原因材料本身固有材料本身固有属性属性保证其耐久性保证其耐久性本讲稿第三十六页，共四十三页3.33.3混凝土与钢筋的相互作用混凝土与钢筋的相互作用粘结力粘结力3.3.23.3.2钢筋和混凝土之间的粘
36、结钢筋和混凝土之间的粘结钢筋和混凝土之间的粘结是保证这两种力学性能不同的材料在结构构钢筋和混凝土之间的粘结是保证这两种力学性能不同的材料在结构构件中形成整体而变形协调的共同工作的重要条件件中形成整体而变形协调的共同工作的重要条件本讲稿第三十七页，共四十三页3.33.3混凝土与钢筋的相互作用混凝土与钢筋的相互作用粘结力粘结力3.3.33.3.3粘结力的组成粘结力的组成化学胶结力：由混凝土中水泥凝胶体和钢筋表面化学变化而产生的吸附作化学胶结力：由混凝土中水泥凝胶体和钢筋表面化学变化而产生的吸附作用力，这种作用力很弱，一旦钢筋与混凝土接触面上发生相对滑移即消失。用力，这种作用力很弱，一旦钢筋与混凝土
37、接触面上发生相对滑移即消失。摩阻力摩阻力(握裹力握裹力)：混凝土收缩后紧紧地握裹住钢筋而产生的力。：混凝土收缩后紧紧地握裹住钢筋而产生的力。这种摩擦力与压应力大小及接触界面的粗糙程度有关，挤压应力这种摩擦力与压应力大小及接触界面的粗糙程度有关，挤压应力越大、接触面越粗糙，则摩阻力越大。越大、接触面越粗糙，则摩阻力越大。机械咬合力：由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合机械咬合力：由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力。变形钢筋的横肋会产生这种咬合力。作用力。变形钢筋的横肋会产生这种咬合力。本讲稿第三十八页，共四十三页3.33.3混凝土与钢筋的相互作用混凝土与钢筋的相互作用
38、粘结力粘结力3.3.43.3.4粘结强度粘结强度钢筋的粘结强度通常采用直接拔出试验来测定，通常按下式计算钢筋的粘结强度通常采用直接拔出试验来测定，通常按下式计算平均粘结应力：平均粘结应力：P拔出力；拔出力；d钢筋直径；钢筋直径；l锚固长度。锚固长度。粘结性能与混凝土强度有关系，混凝土强度等级越高，粘结强度粘结性能与混凝土强度有关系，混凝土强度等级越高，粘结强度越大，相对滑移越小，粘结锚固性能越好，劈裂破坏粘结强度较越大，相对滑移越小，粘结锚固性能越好，劈裂破坏粘结强度较高。高。本讲稿第三十九页，共四十三页3.33.3混凝土与钢筋的相互作用混凝土与钢筋的相互作用粘结力粘结力3.3.53.3.5影
39、响黏结性能的因素影响黏结性能的因素混凝土强度；混凝土强度；保护层厚度；保护层厚度；钢筋净距；钢筋净距；横向配筋；横向配筋；侧向压力；侧向压力；以及浇注混凝土时钢筋的位置等。以及浇注混凝土时钢筋的位置等。本讲稿第四十页，共四十三页3.33.3混凝土与钢筋的相互作用混凝土与钢筋的相互作用粘结力粘结力3.3.63.3.6钢筋的锚固与搭接钢筋的锚固与搭接钢筋锚固与搭接的意义钢筋锚固与搭接的意义为了保证钢筋不被从混凝土中拔出或压出，除要求钢筋与混凝土之间有一定的为了保证钢筋不被从混凝土中拔出或压出，除要求钢筋与混凝土之间有一定的粘结强度之外，还要求钢筋有良好的锚固，如光面钢筋在端部设置弯钩、钢筋粘结强度
40、之外，还要求钢筋有良好的锚固，如光面钢筋在端部设置弯钩、钢筋在伸入支座一定的长度等；当钢筋长度不足、或需要采用施工缝或后浇带等构在伸入支座一定的长度等；当钢筋长度不足、或需要采用施工缝或后浇带等构造措施时，钢筋就需要有接头，为保证在接头部位的传力，就必须有一定的构造措施时，钢筋就需要有接头，为保证在接头部位的传力，就必须有一定的构造要求。锚固与接头的要求也都是保证钢筋与混凝土粘结的措施。造要求。锚固与接头的要求也都是保证钢筋与混凝土粘结的措施。由于粘结破坏机理复杂，影响粘结力的因素众多，工程结构中粘结受力的多样由于粘结破坏机理复杂，影响粘结力的因素众多，工程结构中粘结受力的多样性，目前尚无比较
41、完整的粘结力计算理论。规范采用的是：不进行粘结计算，性，目前尚无比较完整的粘结力计算理论。规范采用的是：不进行粘结计算，用构造措施来保证混凝土与钢筋的粘结。用构造措施来保证混凝土与钢筋的粘结。本讲稿第四十一页，共四十三页3.33.3混凝土与钢筋的相互作用混凝土与钢筋的相互作用粘结力粘结力3.3.63.3.6钢筋的锚固与搭接钢筋的锚固与搭接钢筋锚固的长度钢筋锚固的长度钢筋的锚固可采用机械锚固的形式，主要有弯钩、贴焊钢筋及焊锚板钢筋的锚固可采用机械锚固的形式，主要有弯钩、贴焊钢筋及焊锚板本讲稿第四十二页，共四十三页3.33.3混凝土与钢筋的相互作用混凝土与钢筋的相互作用粘结力粘结力3.3.63.3.6钢筋的锚固与搭接钢筋的锚固与搭接钢筋的连接钢筋的连接钢筋长度不够时就需要把钢筋连接起来使用，但连接必须保证将一根钢钢筋长度不够时就需要把钢筋连接起来使用，但连接必须保证将一根钢筋的力传给另一根钢筋。筋的力传给另一根钢筋。钢筋的连接钢筋的连接可分为三类：绑扎搭接、机械连可分为三类：绑扎搭接、机械连接与焊接连接。由于钢筋通过连接接头传力总不如整体钢筋，所以钢接与焊接连接。由于钢筋通过连接接头传力总不如整体钢筋，所以钢筋搭接的原则是：接头应设置在受力较小处，同一根钢筋上尽量少设筋搭接的原则是：接头应设置在受力较小处，同一根钢筋上尽量少设接头。接头。本讲稿第四十三页，共四十三页