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1、第第2 2章章 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 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 混凝土的组成结构1.混凝土的组成成分：水泥、砂子、石子和水 凝结硬化后形成“人工石”砼；是一种多相复合材料2.混凝土的组成结构（四个层次）宏观结构砂浆和粗骨料（卵石和碎石）细观结构水泥砂浆结构，（也叫亚微观结构）微观结构水泥石结构 微裂缝(晶体）水泥石结构水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗泥和凝胶孔,其物理力学性能取决于水泥的化学-矿物
2、成分、粉磨度、水灰比和硬化条件。水泥砂浆结构 水泥石为基相，砂子为分散相 砂子和水泥石的结合面为薄弱面，物理力学性能控制因素：除决定水泥石结构的因素外，还有砂浆配合比、砂的颗粒级配、矿物组成、砂粒形状、颗粒表面特性及砂中的杂质含量等砂浆和粗骨料水泥砂浆为基相，粗骨料为分散相 砂浆与粗骨料的结合面为薄弱面，性能影响因素：基相和分散相（粗、细骨料）自身的特性、骨料的分布及其与基相之间结合界面的强度微裂缝由于硬骨料对混凝土泌水引起的沉缩和水泥砂浆收缩的限制，在各层次界面薄弱处引起的结合破坏。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。3.混凝土破坏机理 从加荷到破坏分三阶段 骨料和浆体结合面发生
3、应力集中，产生微裂缝 微裂缝稳定发展，向砂浆延伸，加载停，裂缝扩展停止 微裂缝贯通，形成连续裂缝，混凝土被分割，丧失承载力 混凝土的强度远低于砂浆和粗骨料任一材料成分的强度，混凝土宏观破坏是裂缝累积的过程，从内部结构局部损伤到遭受连续性破坏导致整个体系斜体面丧失承载力的过程。而不是组成成份的基相和分散相自身强度的耗尽。2.1.1、单向受力状态下的混凝土强度 1.立方体抗压强度f cu 是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。是混凝土的强度等级评定的标准。标准试件：150mm150mm150mm。标准条件：（203，90%湿度）养护28天。标准测试方法：限制加载速度0.150.25N/(mm 2
4、.s)，压力机垫板不涂润滑剂，测得的抗压强度值；对边长100mm试件应乘以尺寸换算系数：小于C50的混凝土，修正系数=0.95。随混凝土强度的提高，修正系数值有所降低，当 f cu100=100N/mm2 时，换算系数 约为0.9；对于边长200mm 的试件换算系数1.05。规范根据强度范围，混凝土强度等级分为14级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80 C50以上为高强混凝土。混凝土强度等级的选用原则：素混凝土结构的混凝土强度等级不低于C15钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不低于C20采用强度等级400MPa的钢筋时混凝
5、土强度等级不低于C25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预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30 试验影响因素：a.润滑剂：不涂润滑剂与涂润滑剂相比，试块和试验机之间的摩擦对试块有“套箍”作用，阻碍了试件的横向变形，延缓裂缝的发展，从而提高了试件的抗压极限强度，（破坏见图2.1）。b.f cu与立方体试件大小有关，尺寸越小，测得的抗压强度越高。原因：1）内部缺陷少；2）实验方法的影响，箍的作用。立方体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度水平和品质的标准（制作、测试方法）。2.轴心抗压强度fc试件高宽比适中（
6、23）时，测出的混凝土抗压强 度值比较稳定这样就大部分消除了垫板与试件之 间摩擦力和可能的附加偏心距对试件强度的影响。标准试件：150mm150mm300mm 对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强 度。棱柱体抗压强度和立方体抗压强度平均值之间的换算关系为：ck=0.88 c1 c2 cu,k 规范对小于C50级的混凝土取c1=0.76，对C80取c1=0.82，其间按线性插值；图图 2.22.23.轴心抗拉强度f tk 是混凝土的基本力学性能。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。测定方法有直接轴拉和间接试验两种 直接轴拉：需要较大尺寸的试件和
7、相应的拉力试验机，工作量大，较难进行，测得的数据准确。间接试验：由于轴心受拉时对中困难，且混凝土不均匀，以劈裂代替轴拉，以弯折代替轴拉。劈裂试验采用圆柱体或立方体（以边长150mm的试件为标准试件）(图）图25 劈裂试验FdF t o 2F/d l0.637 F/A 式中 t o混凝土的劈裂抗拉强度（MPA);F破坏荷载(N)；A试件劈裂面面积（mm2）fcu,kC15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C800.210.180.160.140.130.120.120.110.110.10分析：劈拉试验结果受试件大小影响 劈裂抗拉强度略大于直接受拉强度 轴心抗拉强度只有（1/
8、81/17）的立方体抗压强度，且C值越高，比值越小。抗拉强度与立方抗压强度的统计关系：f tk=0.880.395（1-1.645）0.45c2 f cu，k 0.55 系数0.395和指数0.55是根据试验数据得出的。规范对混凝土立方体强度采用的变异系数如下：2.1.2、复合受力状态下混凝土的强度 1双向受力强度（1）双向应力：图2.6 双压；双拉；一拉一压（2）剪压或剪拉：图2.7 图图 2.62.6双向受压时，双向受压强度大于单向受压强度，大体上一向的强度随另一向的压力的增大而增大，最大受压强度发生在两个压应力之0.30.6之间，约为1.27f c。双轴受压状态下混凝土的应力-应变关系与
9、单轴受压曲线相似，但峰值应变均超过单轴受压时的峰值应变处于拉压应力状态时，混凝土的强度均低于单向拉伸或压缩时的强度，即双向异号应力使强度降低。当双向受拉时，不同应力比值下的双向受拉强度均接近于单向抗拉强度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 共同作用下的复合受力情况。共同作用下的复合受力情况。图 2.7混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小 随压应力增大而增大当压应力在0.6fc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，抗剪强度将随压应力的增大而减小。fc1有侧压约束试件的轴心抗压强度 fc 无侧压约束试件的轴心抗压强度 2
10、 侧向约束应力2三向受力强度：强度和变形能力大大提高，这是由于侧向约束限制了混凝土受压向变形，因此提高混凝土的抗压强度，所以提高混凝土的抗压强度可以采用如密排箍筋、螺旋箍筋、钢管混凝土等。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件下进行。侧向压力对混凝土强度的影响2.1.3 混凝土的变形混凝土的变形分为两类：a.受力变形（一次短期加载、长期加载和多次重复荷载作用下的变形）b.体积变形（由于收缩、温度、湿度变化产生的变形）1一次短期加载下 （1）受压时应力-应变全曲线（图2.8）:02468102030s(MPa)e 10-3 曲线上升段：OA段、BA段、CB段 OA段：混凝土表现出理想的弹性性质，
11、应力-应变关系呈直线变化，微裂缝没有发展。对普通强度混凝土 A 约为 (0.30.4)fc，对高强混凝土A可达(0.50.7)fc。因为应力到达A点之前，应力和应变呈正比，此时若卸去荷载，则应变恢复为零，故称A点为比例极限点。B A段：（0.30.8）fc ，混凝土表现出非弹性性质，应变增长开始加快，应力-应变曲线逐渐偏离直线。由于微裂缝处的应力集中，微裂缝已有所发展，但处于稳定阶段。B点称为裂缝稳定扩展的“临界点”，取 B 的应力作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土B 约为0.8 fc，高强强度混凝土 B 可达0.95 fc以上 CB段：（0.81.0）fc，超过B点后，试件所积蓄的弹性
12、应变能始终大于裂缝发展所需要的能量，形成裂缝发展的不稳定状态。峰值应力max称为混凝土抗压强度c，相应的应变称为峰值应变0，其值波动在0.00150.0025之间，平均00.002 曲线下降段：CE段 CD段：超过C点，试件的承载力随应变增长逐渐 缩小，应力开始下降。试件表面出现一些不连续的裂缝，以后应力下降加快，应力应变曲线变陡。应力应变曲线在D点曲线凹向变化，曲率为零，该点称为“拐点”。DE段：超过D点，骨料间的咬料间的咬合力及摩擦力开始与残余承压面共同承受荷载。随着变形的增加，应力应变曲线又逐渐凸向水平方向发展，直到曲率最大点E点（“收敛点”），E点的应变e=(23)e 0，应力 =(0
13、.40.6)fc。曲线收敛段 EF段：E点以后，贯通的主裂缝已很宽，此时试件的强度由斜向破坏面上的骨料间的摩阻力提供。随应变继续发展，摩阻力和粘结力不断下降，但即使在很大的应变下，骨料间仍有一定摩阻力，应力下降减缓，最后趋于稳定的残余应力，约为(0.10.4)fc。下降反映了混凝土内部沿裂缝面的剪切滑移及骨料颗粒处裂缝不断延伸扩展。试验表明，加载速度越大，最大应力值也越大，但到达最大应力值的应变减小，曲线下降较陡峭。试验还表明，随着配箍量的增加及箍筋的加密，曲线峰值和 峰值应变均有所增大，而且下降段减缓也较明显。即强度和变形能力均得到提高。因此约束混凝土对于抗震结构非常重要。在抗震结构中对于可
14、能出现塑性铰的区域，均要求加密箍筋配置来提高构件的变形能力，达到坏而不倒的目的。影响应力应变曲线形状的因素：混凝土的强度等级、组成材料的性质及配合比、试验方法及约束情况等由不同强度混凝土的应力应变曲线（图2.9）可以看出，混凝土强度对上升段曲线影响不大。对于下降段，强度越高，应力下降越剧烈，延性越差。强度越低则下降越平缓，延性越好。图2.9 不同强度混凝土的应力应变关系曲线-（2）混凝土单轴向受压应力-应变曲线的数学模型：美国 E.Hognested 建议的模型该模型的上升段为二次抛物线，下降段为斜直线 c峰值应力；0相应于峰值应力时的应变，取0=0.002；u 极限压应变。取u 0.0038
15、 西德Rusch模型 0 时：0 u 时：=c 式中 00.002；u 0.0035 规范的应力-应变关系上升段：下降段：（3）混凝土受拉时的应力应变关系 具有上升和下降段，切曲线形状与受压时相似。混凝土强度越高上升段越长，曲线峰点越高，但对应的变形几乎没有增大，下降越陡，极限变形反而变小。研究混凝土曲线，一方面看强度，另一方面看后期变形能力（混凝土达到极限强度后，应力下降相同幅度时变形的大小，变形大，表明承受变形的能力高，逐性好）。混凝土强度越高，后期变形能力小,延性较差。2.混凝土的变形模量Modulus of Elasticity（1）弹性模量EC 弹性模量反应了从材料受力后的应力应变性
16、质。当应力较小时，混凝土具有弹性性质，这个阶段的弹性模量可用应力应变曲线过原点切线的正切表示（图），称为初始弹性模量（简称弹性模量）原点切线模量原点切线模量 过原点作应力应变曲线的切线与应变轴间的夹角,上式仅适用于小应力状态，即混凝土近似处于弹性阶段，因此 EC（2）变形模量EC（割线模量）曲线上任一点与原点连线的斜率，即为混凝土的割线模量，由于割线模量表示了曲线上某点总应力和总应变之比，而总应变包括弹、塑性变形，所以割线模量也称为混凝土的变形模量 式中 1割线与应变轴间的夹角；总应变，e+p。割线模量割线模量 e与的比值称为弹性系数 （=10.5）所以 在混凝土应力应变曲线的上升段任意点的应
17、力为：由以上可知，在同样应变条件下，混凝土强度越高，割线模量越大。（3）切线模量EC 在混凝土的应力应变曲线上某一点处作一切线，切线的斜率，即为应力为时的切线模量。应力应变曲线上某点的切线与应变轴间的夹角；EC 主要用于混凝土的非线性分析中。（4）实际用 EC的测定 对棱柱体试件（150mm150mm300mm)先加荷至0.5fc，然后卸荷至零，在重复加荷卸荷510次。每次卸载会产生残余变形。随着加卸载次数的增加，应力应变曲线渐稳定并基本上接近直线，该直线的斜率即为混凝土的弹性模量。经不同强度混凝土的弹性模量分析，得出Ec的经验公式为：（5）受拉弹性模量Et 受拉弹性模量Et与受压时的弹性模量
18、基本相同，峰 值应力时的变形（割线）模量Et（7686）Ec，在构件计算中相应于抗拉强度t时的变形模量（割线模量）可取为Et0.5Ec，即峰值应力的弹性系数0.5。凝土受拉断裂发生于达到极限拉应变时，而不是发生在达到最大拉应力时。受拉极限应变与混凝土配合比、养护条件和强度紧密相关。3长期荷载下（徐变）creep 混凝土在荷载长期作用下产生随时间而增长的变形称为徐变徐变会引起混凝土结构变形增大，导致预应力混凝土发生预应力损失，严重时还会引起结构破坏。同时徐变的发生对结构内力重分布有利，可以减小各种外界因素对超静定结构的不利影响，降低附加应力。受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。在测定混凝土的徐变时，应
19、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，才可得到徐变变形。徐变规律（图）el为加载时立即产生的瞬时应变，cr为随时间而增长的徐变，sh为混凝土的收缩变形。徐变开始时增长很快，6个月可达最终徐变量的（7080），以后增长缓慢，23年后趋于稳定。如卸去全部荷载，则el为卸荷时的瞬时恢复变形，由于混凝土弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变el小于加载时的瞬时弹性应变el。再经过一段时间后，还有一部分应变el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cr 徐变产生的原因徐变产生的原因 其一是混凝土中具有粘性流动性
20、质的其一是混凝土中具有粘性流动性质的水泥凝胶体，在荷载长期作用下逐渐卸载，水泥凝胶体，在荷载长期作用下逐渐卸载，使结晶体体承受了更多的外力产生弹性变使结晶体体承受了更多的外力产生弹性变形，使水泥石变形（混凝土徐变）增加。形，使水泥石变形（混凝土徐变）增加。其二是混凝土中微裂缝在荷载长期作用下其二是混凝土中微裂缝在荷载长期作用下不断发展不断发展 ，导致应变的增加。，导致应变的增加。应力较小应力较小时，以第一种原因为主，应力较大时，以时，以第一种原因为主，应力较大时，以第二种原因为主第二种原因为主 。影响因素影响因素 内在因素：混凝土的组成和配和比。内在因素：混凝土的组成和配和比。骨料弹性模量越大
21、，体积比越大，徐变骨料弹性模量越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变越小。就越小。水灰比越小，徐变越小。环境影响：包括养护和使用条件。养环境影响：包括养护和使用条件。养护时的温湿度越高，水泥水化作用越充护时的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（变减少（20352035）%。受荷后构件所处的。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。越大。应力条件：是影响徐变的非常主要的因素。当应力 0.5fc时，徐变值与初应力基本上成正比，这种徐变称为线性徐变。当应力在(0.50.8)f
22、c 范围时，徐变变形与应力 不成正比，这种徐变称为非线性徐变。但徐变最终仍收敛于与横坐标平行。当应力0.8fc时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，徐变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。因此将0.8fc作为混凝土的长期抗压强度 其它因素：受荷时混凝土龄期越长，徐变越小。构件体表比越小，徐变越大等。徐变系数 当初始应力小于0.5fc时，徐变在2年以后可趋于稳定，最终的徐变系数=2 4。2.1.4 混凝土的疲劳 将混凝土棱柱体试块加载使其应力值达到某个数值，然后卸载至零，并把这一循环多次重复下去，就称为多次重复加载。混凝土在荷载重复作用下引起的破坏称为疲劳破坏 把能使试件在循环200万
23、次发生破坏的压应力称为混凝土的疲劳抗压强度，用cf表示。混凝土在多次重复荷载下的应力应变关系 混凝土每次加卸载将有一部分塑性变形不能恢复。当施加应力较小时，经过若干次加卸载循环后，累积塑性变形不再增长，混凝土的加卸载应力应变曲线变成直线，此后混凝土干弹性性质工作。在工程中，对于承受重复荷载下的构件，如吊车梁、汽锤基础等，必须对混凝土的强度进行验算。5混凝土的收缩和膨胀混凝土的收缩和膨胀 收缩收缩混凝土在空气中结硬时，体积混凝土在空气中结硬时，体积减小的现象，易造成混凝土表面开裂。减小的现象，易造成混凝土表面开裂。膨胀膨胀混凝土在水中或处于饱和湿度混凝土在水中或处于饱和湿度情况下结硬时体积增大的
24、现象。情况下结硬时体积增大的现象。一般情况下混凝土的收缩值比膨胀值大一般情况下混凝土的收缩值比膨胀值大很多，所以分析研究收缩和膨胀的现象以收很多，所以分析研究收缩和膨胀的现象以收缩为主。缩为主。当这种自发的变形受到外部（支座）或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（如拱结某些对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。构）
25、，收缩也会引起不利的内力。混凝土的收缩规律混凝土的收缩是随时间而增长的变形，混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发展早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的较快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。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 混凝土开裂应变为混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4 影响因素影响因素 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
26、许多因素有关。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 影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响施工缝2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能2.2.1 钢钢筋的种筋的种类类合金元素（合金元素（Mn、Si、Ti、V、Cr）能提高强度和改善性能能提高强度和改善性能含碳量越高，则硬度和强度含碳量越高，则硬度和强度提高，而塑性和可焊性降低提高，而塑性和可焊性降低 将将级钢筋再经过加热、淬级钢筋再经过加热、淬火和回火等处理的钢筋火和
27、回火等处理的钢筋变形钢筋：螺旋纹变形钢筋：螺旋纹、月牙纹月牙纹纵横肋不相交纵横肋不相交按化学成分按化学成分按加工方法按加工方法碳素钢碳素钢低碳钢低碳钢 按外形按外形普通低合金钢普通低合金钢中碳钢中碳钢高碳钢高碳钢光面钢筋光面钢筋热轧钢筋：热轧钢筋：HPB300(I)、HRB335(II)、HRB400(III)、RRB400(余热处理余热处理III级级)消除应力钢丝：光面、刻痕、螺旋肋钢筋消除应力钢丝：光面、刻痕、螺旋肋钢筋钢绞线：二、三、七股线钢绞线：二、三、七股线热处理钢筋热处理钢筋冷加工冷加工冷拉：只提高抗拉强度，不宜用作受压钢筋，冷拉：只提高抗拉强度，不宜用作受压钢筋，需接长时应先焊接
28、后冷拉需接长时应先焊接后冷拉 冷拔：既提高抗拉强度，又提高抗压强度冷拔：既提高抗拉强度，又提高抗压强度冷加工钢筋：冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋、冷加工钢筋：冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋、螺旋肋钢筋螺旋肋钢筋避免冷拉钢筋焊接时由于高温使其软化避免冷拉钢筋焊接时由于高温使其软化光圆钢筋光圆钢筋螺纹钢筋螺纹钢筋人字纹钢筋人字纹钢筋月牙纹钢筋月牙纹钢筋钢绞线钢绞线钢筋的性能及应用 （1）热轧钢筋 HPB300级(级)Hot rolled plain steel bars for the reinforcement of concrete.（光圆）300指该种钢筋的屈服强度标准值。fyk=300M/mm2；具有
29、较好的塑性，但强度较低。多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。HRB335级(级)和 HRB400级(级)钢筋 Hot rolled ribbed steel bars for the reinforcement of concrete.（带肋）。fyk=335N/mm2和fyk=400N/mm2。强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用级钢筋作箍筋的。为增强与混凝土的粘结，外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋。RRB400级(余热处理钢筋)：Remained heat treatment ribbed steel bars for the reinforcement of c
30、oncrete.（带肋）；钢筋强度高。HPB300为热轧光面钢筋，普通钢筋，“软钢”HRB335和HRB400是热轧变形钢筋，普通钢筋，“软钢”RRB400是余热处理钢筋，余热处理钢筋是将屈服强度相当于HRB335的钢筋在轧制后穿水冷却，然后利用芯部的余热对钢筋表面的淬水硬壳回火处理而成的变形钢筋。其性能接近于 HRB400级钢筋，但不如 HRB400级钢筋稳定，焊接时钢筋回火强度有所降低，因此应用范围受到限制。(2)热处理钢筋：将热轧钢通过加热，淬火和回火等工艺处理的钢筋，其强度大幅度提高，但塑性降低率不多，适宜于作预应力筋。(3)钢丝：分为光面、刻痕和螺旋肋三种，另有三股和七股钢绞线，中高
31、强钢丝和钢绞线。均用于预应力钢筋混凝土结构。高强钢丝、钢绞线的强度为 1470 1860MPa；延伸率d10=6%，d100=（3.54）%；钢丝的直径39mm；（4）冷加工钢筋 目的：提高热轧钢筋的强度，节约钢材。a.冷拉 将热轧钢筋经过弹性、屈服，在强化阶段放松回弹后继续拉伸，使屈服强度提高，达到节约钢材目的，但其塑性有所降低。冷拉只提高钢筋的抗拉强度。b.冷拔 将直径较小的级热轧钢筋用强力拔过比直径小的硬质合金拔丝模具，使钢筋受到很大的侧向挤压力，从而使钢筋在长度和直径两个方向都产生塑性变形，强度比原来有很大提高，而塑性降低很多。冷拔可以同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度。2.2.2 钢筋
32、的强度和变形 钢筋的应力-应变关系 分为有屈服点的钢筋（有流幅），又称软钢和无屈服点的钢筋（无流幅）又称硬钢。软钢曲线见下图：有明显屈服点的钢筋s se eaabcdfea为比例极限proportional limit s=Esea为弹性极限elastic limitb为屈服上限upper yield strengthc为屈服下限，即屈服强度 fylower yield strengthcd为屈服台阶yield plateaude为强化段strain hardening stagee为极限抗拉强度 fu ultimate tensile strength 四大指标（1）屈服强度（屈服下限为钢筋
33、强度设计的依据）（2）延伸率（拉伸率）国际上改用均匀延伸率（3）强屈比（极限强度和屈服强度的比值）（4）冷弯性能 按冶金钢材质量控制标准，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fy,k具有97.73%的保证率，满足建筑结构设计统一标准材料强度标准值保证率95%的要求。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，且没有明显有一定塑性变形，且没有明显的屈服点的屈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
34、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s0.2=0.85 fu受力性能：没有明显屈服台阶，受力性能：没有明显屈服台阶，伸长率小，强度高，塑性差。伸长率小，强度高，塑性差。2.2.3 钢筋应力-应变曲线的数学模型 1.双直线（完全弹塑性模型）适用于流幅较长的低强度钢筋（无硬化阶段）下图（a）1Es 该模型不计屈服强度的上下限和由于应变硬化而增加的应力。此模型适用于流幅较长的低强度钢材。规范采用此双直线模型。2三折线模型（完全弹塑性加硬化）图中，OB及BC段分别为完全弹性和塑性阶段。CD为硬化阶段。到达D点时受拉应力达到极限值，相应的应变为s,u 此模型适用于流幅较短的软钢3
35、双斜线模型（弹塑性）双斜线模型（弹塑性）适用于没明显屈服阶段的高强钢筋或钢丝（无屈服阶段）2.2.4 钢筋的疲劳 钢筋在承受重复、周期性的动荷载作用下，经过一定次数后，突然脆性断裂的现象为钢筋的疲劳破坏。钢筋疲劳断裂的原因：在外力作用下，钢筋内部或外表的缺陷引起了应力集中，钢筋中超负荷的若晶粒发生滑移，产生疲劳裂纹，最后断裂。影响因素：应力幅度（主要因素）、最小应力值、钢筋外形、钢筋直径、试验方法等。试验：单根直接试验 钢筋埋入混凝土中反复试验规范给出了考虑应力比的钢筋疲劳应力幅度值 疲劳强度验算：以应力幅度值为重。2.2.5混凝土结构对钢筋性能的要求 1、强度：钢筋的屈服强度和极限强度，钢筋
36、强屈比适宜（有足够安全储备）2、塑性：伸长率、冷弯性能 3、可焊性：保证焊接后接头性能良好，不产生裂纹或过大变形 4、与混凝土的粘结：钢筋的外形、锚固措施和锚固长度。5、低温地区：防止发生脆性破坏 6、施工适应性2.3 混凝土与钢筋的粘结2.3.1 粘结的意义粘结的意义 钢筋与混凝土间具有足够的粘结是保证钢筋与混凝土共同受力变形的基本前提。通过钢筋与混凝土界面的粘结应力，可以实现钢筋与混凝土之间的应力传递，从而使两种材料可以结合在一起共同工作。粘结应力通常是指钢筋与混凝土界面间的剪应力。2.3.2 粘结力的组成1、光园钢筋与混凝土的粘结力包括胶结力，摩阻力，咬合力。钢筋与混凝土接触面上胶结力：
37、指钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力。当接触面发生相对滑移时即消失。仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用。混凝土收缩握裹钢筋而产生摩阻力：由于混凝土收缩引起的。钢筋表面凸凹不平与混凝土之间的机械咬合作用力：是变形钢筋粘结作用的主要来源。2、变形钢筋与混凝土的粘结力主要来自钢筋表面凸出的肋与混凝土的机械咬合作用。ssscsc+dscss-dssssss-dsst3、粘结强度=N/dl光面钢筋的粘结性能 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。实际工程中，除重锈钢筋外一般不必除锈 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
38、的。为保证光面钢筋的锚固，具体设计时，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。变形钢筋的粘结性能 将钢筋表面轧制出肋形成带肋钢筋，即变形钢筋，可显著增加钢筋与混凝土的机械咬合作用，从而大大增加了粘结强度。对与强度较高的钢筋，均需作成变形钢筋，以保证钢筋与混凝土间具有足够的粘结强度使钢筋的强度得以充分发挥。变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力；其水平分力使钢筋周围的混凝土轴向受拉、受剪，径向分力使混凝土产生环向拉力。轴向拉力和剪力使混凝土产生内部斜向锥形裂缝；环向拉力使混凝土产生内部径向裂缝。当混凝土保护层和钢筋间距较小时，径向裂缝可发展达到构件表面，产生劈裂裂缝，机械咬合作用将很快丧失，产生劈裂式粘结破坏。在钢筋周围配置横向钢筋（箍筋或螺旋钢筋）或增加混凝土的保护层厚度（c/d），可提高粘结强度。2.3.3 粘结应力滑移关系钢钢筋筋与与混凝土的混凝土的粘结性能主要是由两者之间的粘结粘结性能主要是由两者之间的粘结应力应力与与对应对应的相的相对对滑移滑移的的曲曲线线来来反映的反映的2.3.4 钢筋的锚固受力钢筋端部应设弯钩（尤其是光圆筋）锚固长度锚固钢筋的外形系数dffltyaa=机械锚固的形式及构造要求宜按下图采用