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1、混混凝凝土土是是用用水水泥泥、砂砂子子和和石石子子三三种种材材料料，经经水水拌拌和和凝凝固固硬化后制成的人工石材。（硬化后制成的人工石材。（砼砼）混凝土的要求混凝土的要求 和易性好 强度要高强度要高 耐久性要好 经济上要节省 评评定定混混凝凝土土品品质质的的主要指标主要指标 1.21.2 混凝土混凝土第1页/共74页 一、混凝土的强度一、混凝土的强度一、混凝土的强度一、混凝土的强度 u混凝土结构中，主要是利用它的混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度抗压强度。因此。因此抗压强度抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。u混凝土的强度等级是用混凝土的强度
2、等级是用立方体抗压强度立方体抗压强度来划分的。来划分的。u 三个强度指标三个强度指标：fcu fc ft u影响因素影响因素：材料的性质、混凝土配合比、养护环境、施工：材料的性质、混凝土配合比、养护环境、施工方法、方法、试件的形状与尺寸，试验方法，加载条件和试件的试件的形状与尺寸，试验方法，加载条件和试件的受力性质。受力性质。1.21.2 混凝土混凝土第2页/共74页（1 1）定义）定义n按规定的立方体按规定的立方体标准试件标准试件和和标准试验方法标准试验方法得到的混凝土强得到的混凝土强度基本代表值。度基本代表值。n标准试件：标准试件：150mm x 150mm x 150mm的的立方体立方体
3、n养护条件：按标准制作的试件在养护条件：按标准制作的试件在20C2C温度和相对湿温度和相对湿度度95%以上的潮湿环境中养护以上的潮湿环境中养护28dn标准试验方法：试件表面不涂润滑剂标准试验方法：试件表面不涂润滑剂1.1.混凝土的立方体抗压强度混凝土的立方体抗压强度（fcu）-基本强度指标普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081-2002第3页/共74页承压板试块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我国规范的方法：不涂润滑剂1.混凝土的立方体抗压强度（fcu）（2）混凝土立方体抗压强度试验）混凝土立方体抗压强度试验第4页/共74页未采取减摩措施未采取减摩措施采取减摩措施后
4、采取减摩措施后（2）混凝土立方体抗压强度试验）混凝土立方体抗压强度试验第5页/共74页（3）影响立方体抗压强度的因素：）影响立方体抗压强度的因素：1 1）试验方法）试验方法：压力机垫板的：压力机垫板的横向摩擦约束横向摩擦约束，造成混凝土试块，造成混凝土试块端部处在端部处在多轴受力状态多轴受力状态，就像在试件上下端各加了一个，就像在试件上下端各加了一个套箍套箍，致使破坏时形成致使破坏时形成两个对顶的角锥两个对顶的角锥破坏面，破坏面，抗压强度高于抗压强度高于无约束无约束情况。情况。不涂润滑剂不涂润滑剂涂润滑剂涂润滑剂第6页/共74页（3）影响立方体抗压强度的因素：）影响立方体抗压强度的因素：2）试
5、件尺寸效应：尺寸大强度会降低。标准试验方法采用边长为150mm的立方体。采用200mm或100mm时，应乘以换算系数1.05和0.95。第7页/共74页3）加载速度：加载速度越快，测得的强度越高。通常取每秒0.20.3N/mm2。4）加载龄期：立方体抗压强度随着加载龄期增长，开始增长较快，后期较慢。（2）影响立方体抗压强度的因素：）影响立方体抗压强度的因素：（3）混凝土强度等级）混凝土强度等级n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：C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土表示混凝土 Conc
6、rete立方体抗压强度立方体抗压强度第8页/共74页强度指标的确定强度随机变量强度标准值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率（95%）的统计特征值：强度标准值=强度平均值-1.645均方差概率密度材料强度强度平均值强度标准值第9页/共74页（4 4）对混凝土强度等级的要求对混凝土强度等级的要求 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范规定：u钢筋混凝土构件不应低于C20，当采用HRB400、KL400级钢筋配筋时，不应低于C25；u预应力混凝土构件不应低于C40。第10页/共74页2.2.棱柱体抗压强度轴心抗压强度棱柱体抗压强度轴心抗压强度 fc轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用
7、符号fc表示。棱柱体试件高宽比一般为h/b=23，我国以150150300mm的棱柱体试件为标准试件。试件制作、养护和加载试验方法同立方体试件，不采取减摩措施。（1 1）轴心抗压强度的概念）轴心抗压强度的概念n对于同一混凝土，对于同一混凝土，棱柱体棱柱体抗压强度抗压强度小于小于立方体抗压立方体抗压强度。强度。第11页/共74页也是混凝土的基本力学性能，也是混凝土的基本力学性能，是钢筋混凝土构件设计中确是钢筋混凝土构件设计中确定混凝土抗裂度的重要指标，定混凝土抗裂度的重要指标，用符号用符号 ft 表示。表示。混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、
8、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。等的承载力均与抗拉强度有关。混凝土抗拉强度比抗压强度低很多！拉、压强度比值大约混凝土抗拉强度比抗压强度低很多！拉、压强度比值大约为为1/81/18。3.3.轴心抗拉强度轴心抗拉强度 ft第12页/共74页抗拉强度试验抗拉强度试验n试验结果：ft=0.395fcu 0.55n考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷速度等的影响，取 ft=0.348fcu 0.551001001501505001 1）直接轴向拉伸法）直接轴向拉伸法第13页/共74页u我国根据100mm立方体的劈裂与抗压试验结果有：fts=0.19fcu 3/4u实验表明：ftfts ft=0
9、.9 fts抗拉强度试验抗拉强度试验劈裂试验劈裂试验n由于直接轴心受拉试验比较困难，目前国内外主要采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。A-劈裂面面积劈裂面面积第14页/共74页1.01.2-0.2-0.22/fc拉1.01.21/fc压双向正应力下的强度曲线双向正应力下的强度曲线4.4.复合应力状态下混凝土强度复合应力状态下混凝土强度（1）双向正应力作用n 1,2(压压压压)一向混凝一向混凝土的强度随另一向压应力土的强度随另一向压应力的增加而增加（的增加而增加（第三象限第三象限）n 1,2(拉拉拉拉)混凝土强混凝土强度基本不变，双向受拉接度基本不变，双向受拉接近于单向抗
10、拉强度（近于单向抗拉强度（第一第一象限象限）n 1,2(拉压拉压)混凝土强混凝土强度低于单向受力的强度度低于单向受力的强度（第二、四象限第二、四象限）s1s1s2s2第15页/共74页/fc/fc0.20.1-0.10.00.61.0单轴抗拉强度单轴抗压强度法向应力和剪应力下的强度曲线法向应力和剪应力下的强度曲线4.4.复合应力状态下混凝土强度复合应力状态下混凝土强度（2）剪应力 和正应力 共同作用混凝土的混凝土的抗剪强度抗剪强度：随拉应力增大而减小随拉应力增大而减小;随压应力增大先增大后减小随压应力增大先增大后减小当压应力在当压应力在0.50.7fc左右时，左右时，抗剪强度达到最大抗剪强度达
11、到最大，压应力继续增大，则由，压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小抗剪强度将随压应力的增大而减小。n由于剪应力的存在，抗拉、抗压强度由于剪应力的存在，抗拉、抗压强度均低于单轴抗拉、单轴抗压强度均低于单轴抗拉、单轴抗压强度。第16页/共74页（3 3）三向受压状态）三向受压状态砼轴心抗压强度随另两向压应力的增加而增加。有侧向约束有侧向约束时的抗压强时的抗压强度度无侧向约束无侧向约束时圆柱体的时圆柱体的单轴抗压强单轴抗压强度度4.4.复合应力状态下混凝土强度复合应力状态下混凝土强度1=fcc1=fcc2222侧压效应侧压效应系数系数第17页/共74
12、页工程应用工程应用钢管砼、密配螺钢管砼、密配螺旋箍筋旋箍筋纵向钢筋纵向钢筋螺旋箍筋螺旋箍筋工程应用工程应用钢管混凝土、密配螺旋箍筋钢管混凝土、密配螺旋箍筋第18页/共74页二、二、混凝土的变形混凝土的变形变形是混凝土的一个重要力学性能。变形是混凝土的一个重要力学性能。混凝土变形分为两类：混凝土变形分为两类：受力变形受力变形和和体积变形。体积变形。受力变形受力变形：在荷载作用下产生的变形。如单调短期加在荷载作用下产生的变形。如单调短期加载的变形、荷载长期作用下的变形以及多次重复加载载的变形、荷载长期作用下的变形以及多次重复加载的变形。的变形。体积变形体积变形：与受力无关，如硬化过程中的收缩以及温
13、：与受力无关，如硬化过程中的收缩以及温度和湿度变化等引起的变形。度和湿度变化等引起的变形。第19页/共74页二、二、混凝土的变形混凝土的变形1.1.混凝土在单调、短期加载作用下的变形性能混凝土在单调、短期加载作用下的变形性能混凝土单轴受力时的混凝土单轴受力时的应力应力-应变应变关系（关系（-）反映了混凝土受反映了混凝土受力全过程的重要力学特征，是力全过程的重要力学特征，是分析分析混凝土构件应力混凝土构件应力、建立、建立承承载力和变形计算理论载力和变形计算理论的必要依的必要依据，也是利用计算机进行据，也是利用计算机进行非线非线性分析性分析的基础。的基础。（1）混凝土的应力混凝土的应力-应变曲线应
14、变曲线第20页/共74页02468102030(MPa)10-3BACEDA点以前，微裂缝没有明显点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主要弹发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力性变形，应力-应变关系近应变关系近似直线。似直线。A点应力随混凝土点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强度的提高而增加，对普通强度混凝土强度混凝土 A约为约为 (0.30.4)fc，对高强混凝土，对高强混凝土 A可达可达(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
15、展是稳定的。混凝土在结硬过程中，由于混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨料下沉以水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等原因，在骨料及温度变化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多和水泥石的界面上形成很多微裂缝微裂缝，成为混凝土中的薄，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终破坏弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝的发展就是由于这些微裂缝的发展造成的。造成的。达到达到B点，内部一些微裂缝点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展已不稳相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形突然增大，体定，横向变形突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，裂在此应力的长期作用
16、下，裂缝会持续发展最终导致破坏。缝会持续发展最终导致破坏。取取B点的应力作为混凝土的点的应力作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混长期抗压强度。普通强度混凝土凝土 B约为约为0.8fc，高强强度，高强强度混凝土混凝土 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，应变增长速通形成破坏面，应变增长速度明显加快，度明显加快，C点的纵向应点的纵向应变值称为峰值应变变值称为峰值应变 e e 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(反弯反弯点点)，内部裂缝在试件表面，内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受力出现第一条可见平行于受力
17、方向的纵向裂缝。混凝土极方向的纵向裂缝。混凝土极限压应变限压应变e ecu=0.0030.005随应变增长，试件上相继出随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵向裂缝，现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧发展，承载力横向变形急剧发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破坏，裂浆的粘结不断遭到破坏，裂缝连通形成斜向破坏面。缝连通形成斜向破坏面。E点的应变点的应变e e=(23)e e 0，应力，应力 =(0.40.6)fc。（1 1）混凝土的应力混凝土的应力-应变曲线应变曲线峰值应力fc峰值应变c0极限压应变cu第21页/共74页(MPa)fco0(10-3)
18、abcd225201510546810混凝土强度提高影响混凝土轴心受压应力影响混凝土轴心受压应力-应变曲线的主要因素：应变曲线的主要因素：1）混凝土的强度：上升段上升段，混凝土强度的，混凝土强度的影响较小影响较小。强度等级越。强度等级越高，线弹性段越长，峰高，线弹性段越长，峰值应变基本不变。值应变基本不变。下降段的形状有较大的差异，强度越高，下降段越陡，即延性越差。第22页/共74页(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810应变速率减慢应变速率小，峰值应力fc降低，c0 增大，下降段曲线坡度显著地减缓。2）应变速率第23页/共74页应该采用等应变加载。应该采用等应变加
19、载。试验机的刚度对下降段的影响很大。如果试验机的试验机的刚度对下降段的影响很大。如果试验机的刚度不足，无法测出应力应变曲线的下降段。刚度不足，无法测出应力应变曲线的下降段。应变测量的标距也有影响，应变量测的标距愈大，应变测量的标距也有影响，应变量测的标距愈大，曲线坡度陡；标距愈小，坡度愈缓。曲线坡度陡；标距愈小，坡度愈缓。3）测试技术和试验条件第24页/共74页（2 2）混凝土的弹性模量、变形模量混凝土的弹性模量、变形模量 原点弹性模量u过原点作切线，该切线的斜率即为原点弹性模量n三种表示方法：原点弹性模量 切线弹性模量 割线弹性模量弹性模量（原点模量）弹性模量（原点模量）Elastic Mo
20、dulusa0第25页/共74页（2 2）混凝土的弹性模量、变形模量混凝土的弹性模量、变形模量 切线模量u过应力应变曲线上某一点作切线，该切线的斜率即为切线模量Ec=tan a2切线模量切线模量第26页/共74页（2 2）混凝土的弹性模量、变形模量混凝土的弹性模量、变形模量 变形模量u连接混凝土应力应变曲线的原点连接混凝土应力应变曲线的原点O及曲线上某一点及曲线上某一点K，该，该割线的斜率，也称割线模量或弹塑性模量。割线的斜率，也称割线模量或弹塑性模量。割线模量割线模量(变形模量变形模量)Ec =tan a1n n反映了混凝土的弹塑性性质反映了混凝土的弹塑性性质 s s越大，越大，n n越小；
21、越小；混凝土强度越高，混凝土强度越高，n n越大越大cecpnco式中式中:n n弹性特征系数，即弹性特征系数，即 第27页/共74页弹性模量测定方法弹性模量测定方法0.5fc5-10次标准尺寸的棱柱体试件（150mm 150mm 300mm)，加载至0.5fc，然后卸载至0，重复加卸载5-10次。不断消除塑性变形，直至应力-应变曲线逐渐稳定成为直线，该直线斜率即为混凝土弹性弹性模量。由统计分析得经验公式为：混凝土的剪切模量 G：mc混凝土的泊松比混凝土的泊松比，在压力较小时为0.150.18,接近破坏时可达0.5以上，一般可取0.2第28页/共74页2.2.荷载长期作用下混凝土的变形性能荷载
22、长期作用下混凝土的变形性能徐变徐变定义：定义：在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，亦即在亦即在应力不变应力不变的情况下，混凝土的的情况下，混凝土的应变随时间继续增长应变随时间继续增长，这，这种现象被称为种现象被称为徐变。徐变。徐变产生的原因：在荷载长期作用下，混凝土凝胶体中的水分逐渐压出，水泥石逐渐发生粘性流动，微细空隙逐渐闭合，结晶体内部逐渐滑动，微细裂缝逐渐发生等各种因素的综合结果。(凝胶体的粘性流动要持续一个较长时间，内部裂缝不断产生和发展）第29页/共74页t徐变徐变徐变主要与时间参数有关随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前
23、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，个月徐变增长较快，6个月个月可达最终徐变的（可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓慢，以后增长逐渐缓慢，23年后趋于稳定。年后趋于稳定。瞬时恢复瞬时恢复弹性后效弹性后效残余应变残余应变徐变应变徐变应变卸载卸载加载加载cicicccirchrcp瞬时应变瞬时应变第30页/共74页影影响响徐徐变变的的因因素素a.应力大小应力大小应力越大徐变也越大；当应力较小时，徐应力越大徐变也越大；当应力较小时，徐变与应力成正比，称为线形徐变，应力较大时，徐变变变与应力成正比，称为线形徐变，应力较大时，徐变变形比应力增长要快，称为非线形徐变。形比应力
24、增长要快，称为非线形徐变。b.加载龄期加载龄期龄期越早，徐变越大；龄期越早，徐变越大；e.混凝土的制作方法、养护条件混凝土的制作方法、养护条件特别是养护时的温度特别是养护时的温度和湿度对徐变有重要影响，养护时温度高、湿度大，水和湿度对徐变有重要影响，养护时温度高、湿度大，水泥水化作用充分，徐变越小。受荷后，环境温度越高，泥水化作用充分，徐变越小。受荷后，环境温度越高，湿度越低，则徐变越大；湿度越低，则徐变越大；f.构件的形状、尺寸构件的形状、尺寸尺寸越大，体表比越大，试件内尺寸越大，体表比越大，试件内部失水越少，徐变减小。部失水越少，徐变减小。应力因素c.骨料弹性性质骨料弹性性质骨料越坚硬，弹
25、性模量越高，对水泥骨料越坚硬，弹性模量越高，对水泥石徐变的约束作用越大，混凝土徐变越小；石徐变的约束作用越大，混凝土徐变越小；d.混凝土组成混凝土组成水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐变越大；徐变越大；内部因素环境因素第31页/共74页徐变的影响徐变的影响有利：减少由于支座不均匀沉降产生的应力；分散应力集中，引起应力重分布（由于徐变而使应力集中缓和）；降低温度应力；受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。不不利利（1）会使结构（构件）的变形增大；（2）引起预应力损失（3）在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。第33页/共74页徐变对混凝土结构的影响徐变对混凝土结构的
26、影响PAsPs1c1Pc2s2P除去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂徐变：s，c第34页/共74页3.3.混凝土的收缩混凝土的收缩n定义定义：混凝土在空气中硬化时：混凝土在空气中硬化时体积会缩小体积会缩小，这种现象称为混，这种现象称为混凝土的收缩。凝土的收缩。n混凝土收缩包括混凝土收缩包括凝缩凝缩和和干缩干缩两部分，凝缩是由于水泥结晶体两部分，凝缩是由于水泥结晶体比原材料的体积小；干缩是混凝土内自由水分蒸发引起的。比原材料的体积小；干缩是混凝土内自由水分蒸发引起的。n收缩的原因：收缩的原因：硬化初期，硬化初期，水泥石在凝固过程中产生的体积变水泥石在凝固过程中产生的体积变化（化学性收缩
27、，本身的体积收缩）。化（化学性收缩，本身的体积收缩）。后期，后期，主要是混凝主要是混凝土内自由水分蒸发而引起的干缩（物理收缩，失水干燥）土内自由水分蒸发而引起的干缩（物理收缩，失水干燥）第35页/共74页14d 28dtesh(25)10-425%50%2y混凝土收缩随时间增长，早期发展较快，逐渐变缓。混凝土的收缩是混凝土的收缩是随时间而增长的变形随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较快，两周可完，早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的成全部收缩的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，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。通常，最终收缩应变值约
28、为缩过程可延续两年以上。通常，最终收缩应变值约为(25)10-4，而混凝土，而混凝土开裂应变为开裂应变为(0.52.7)10-4，说明收缩会导致开裂说明收缩会导致开裂。第36页/共74页1)1)水泥的品种：水泥的品种：水泥强度等级越高，制成的混凝土收水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越大。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、粒径大，骨料弹性模量高、级配好、粒径大，收缩就小。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
29、)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：比值大时，收缩小。比值大时，收缩小。混凝土收缩的影响因素第37页/共74页收缩对混凝土结构的影响收缩对混凝土结构的影响As收缩：钢筋受压，混凝土受拉Asn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，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。某些对跨度比
30、较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。cAs sAs第39页/共74页力学性能力学性能软软钢钢：热热轧轧钢钢筋筋（、级级）以以及及冷冷拉拉钢钢筋筋，力学性质较软，亦称有明显屈服点的钢筋，力学性质较软，亦称有明显屈服点的钢筋硬硬钢钢：热热处处理理钢钢筋筋及及高高强强钢钢丝丝，力力学学性性质质高高强强而而硬硬，亦称无明显屈服点的钢筋亦称无明显屈服点的钢筋一、钢筋的强度与变形 1.3 1.3 钢筋钢筋第40页/共74页a为比例极限为比例极限 oa：弹性阶段弹性阶段a de：强化阶段强化阶段bb为屈服上限为屈服上限c为屈服下限，即为屈服下限，即屈服强度屈服强度cd bd：屈服阶段屈服
31、阶段efue为为极限抗拉强度极限抗拉强度fyf强度设计指标标距1、有明显流幅的钢筋 ef：破坏阶段破坏阶段5d或10dO第41页/共74页两个强度指标：两个强度指标：c c点的点的屈服强度屈服强度是钢筋混凝土结构设计计算中强度取是钢筋混凝土结构设计计算中强度取值的主要依据，因为钢筋应力达到屈服极限后，荷载不增值的主要依据，因为钢筋应力达到屈服极限后，荷载不增加，应变继续增大，使得钢筋混凝土裂缝过宽，变形过大，加，应变继续增大，使得钢筋混凝土裂缝过宽，变形过大，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，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，以致以致结构不能正常使用。结构不
32、能正常使用。屈服上限与加载速度有关，不太屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取稳定，一般取屈服下限屈服下限作为作为屈服强度屈服强度。e点的极限强度材料的实际破坏强度，衡量钢筋经大变形后的抗拉能力，不能作为计算依据。第42页/共74页屈强比表示结构的可靠性潜力，屈强比小则结构的可靠性高，但太小钢材利用率太低，一般要求0.8。为了保证钢筋的综合强度性能，在检验钢筋的质量时，仍要保证它的极限抗拉强度并满足检验标准的要求，特别在抗震结构中，构件要进入大变形工作，钢筋可能受拉进入强化阶段。两个强度指标：两个强度指标：第43页/共74页两个塑性指标：两个塑性指标：（1）伸长率又称延伸率，钢筋拉断时的应变
33、，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。l0钢筋拉伸试验试件的应变量侧标距，常采用钢筋拉伸试验试件的应变量侧标距，常采用l0=5d(5)或或l0=10d(10)，d为钢筋的直径。为钢筋的直径。l1钢筋拉断或重新拼和后量侧断口两侧的标距，即产生残留钢筋拉断或重新拼和后量侧断口两侧的标距，即产生残留伸长后的标距。伸长后的标距。第44页/共74页（2 2）冷弯性能）冷弯性能u冷冷弯弯性性能能是是指指钢钢材材在在冷冷加加工工过过程程中中产产生生塑塑性性变变形形时时，对对产产生生裂裂缝缝的的抵抵抗抗能能力。力。u通通过过冷冷弯弯试试验验，检检查查试试件件表表面面是是否否
34、有有裂纹或分层断裂来反映塑性。裂纹或分层断裂来反映塑性。uD D越越小小，越越大大，则则钢钢筋筋的的冷冷弯弯性性能能越越好，说明钢筋的塑性好。好，说明钢筋的塑性好。两个塑性指标：两个塑性指标：第45页/共74页a点点：比例极限，约为：比例极限，约为0.75 ba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，且没有明显的有一定塑性变形，且没有明显的屈服点。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，残余应变为残余应变为0.2%0.2%所对应的应力所对应的应力公路桥规公路桥规取取 0.2=0.85 b2.
35、2.无明显流服钢筋的应力应变曲线无明显流服钢筋的应力应变曲线b第46页/共74页按按化化学学成成分分碳素钢碳素钢低合金钢低合金钢在碳素钢基础上加入少量的硅、锰、钛、在碳素钢基础上加入少量的硅、锰、钛、钒、铬等合金元素。有效提高钢材的强度，钒、铬等合金元素。有效提高钢材的强度，改善钢材改善钢材的塑性性能。的塑性性能。低碳钢含碳量低碳钢含碳量0.25%中碳钢含碳量中碳钢含碳量0.25%0.6%高碳钢含碳量高碳钢含碳量0.6%1.4%20MnSi2V含碳含碳万分数万分数 含锰、硅、钒含锰、硅、钒强度高，塑性、可焊性低二、钢筋的成分、级别和品种二、钢筋的成分、级别和品种第47页/共74页热轧钢筋热轧钢
36、筋 将钢材在高温下轧制而成，根据强度高低，分将钢材在高温下轧制而成，根据强度高低，分 为为、四个级别四个级别冷拉钢筋冷拉钢筋 由热轧钢筋在常温下机械拉伸而成，屈服强度由热轧钢筋在常温下机械拉伸而成，屈服强度 得到提高（得到提高（冷拉时效冷拉时效）冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋 由热轧圆盘条经冷轧减小直径后在其表面冷由热轧圆盘条经冷轧减小直径后在其表面冷 轧成带有斜肋的钢筋，明显提高屈服强度。轧成带有斜肋的钢筋，明显提高屈服强度。热处理钢筋热处理钢筋 将热轧的螺纹钢筋再通过淬火和回火的调质热将热轧的螺纹钢筋再通过淬火和回火的调质热 处理，显著提高强度。处理，显著提高强度。按按加加工工方方法法钢丝钢丝：
37、碳素钢丝、刻痕钢丝及钢绞线：碳素钢丝、刻痕钢丝及钢绞线 冷拔钢筋冷拔钢筋 在常温下，使钢筋拉过一个直径较小的设备（拔在常温下，使钢筋拉过一个直径较小的设备（拔 丝模）改变力学性能。丝模）改变力学性能。二、钢筋的成分、级别和品种二、钢筋的成分、级别和品种第48页/共74页u热轧钢筋热轧钢筋按外型特征分按外型特征分类类光面钢筋螺纹钢筋月牙纹钢筋人字纹钢筋光圆钢筋（R235（HPB235,HPB300）带肋钢筋（HRB335（HRBF335）、HRB400（HRBF400）、KL400（RRB400）、HRB500（HRBF500）Hot Rolled Plain Steel BarsHot Rol
38、led Ribbed Steel Bars第49页/共74页外形种类强度级别强度等级代号ftk屈服强度(MPa)工程符号直径范围d/mm光圆钢筋低碳钢IR235(HPB235)2358-20带肋钢筋低合金钢IIHRB3353356-50IIIHRB4004006-50余热处理KL400(RRB)4408-40常用热轧钢筋R R我国钢筋直径为我国钢筋直径为6 6，8 8，10,12,14,16,18,20,22,25,28,30,32,10,12,14,16,18,20,22,25,28,30,32,36,40,50mm36,40,50mm。公称直径公称直径：与钢筋公称横截面积相等的圆的直径，即
39、以公称直径所得的圆面：与钢筋公称横截面积相等的圆的直径，即以公称直径所得的圆面积就是钢筋的截面面积。积就是钢筋的截面面积。热轧光圆钢筋热轧光圆钢筋的公称直径等于实际直径，的公称直径等于实际直径，热轧带肋热轧带肋钢筋钢筋有纵肋和横肋，实际外径大于公称直径。有纵肋和横肋，实际外径大于公称直径。HRB500 500第50页/共74页R235：质量稳定，塑性好易成型，但屈服强度较低，不质量稳定，塑性好易成型，但屈服强度较低，不 宜用于结构中的受力钢筋；宜用于结构中的受力钢筋；HRB335：带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和 塑性均较好，是塑性均较好，是
40、目前目前主要应用的钢筋品种之一；主要应用的钢筋品种之一；HRB400：带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和 塑性均较好，是塑性均较好，是目前目前主要应用的钢筋品种之一；主要应用的钢筋品种之一；KL400(RRB400)：是热轧钢筋经高温淬水、余热处理后提高是热轧钢筋经高温淬水、余热处理后提高 强度。强度。GHTHRB335-20：环氧树脂涂层钢筋，直径环氧树脂涂层钢筋，直径20，用于钢筋易，用于钢筋易 受腐蚀的环境中。受腐蚀的环境中。u热轧钢筋的性能特点第51页/共74页冷冷拉拉是是将将钢钢筋筋用用机机械械张张拉拉超超过过它它的的屈屈服服强强度度
41、，然然后后放放松松，经经过过一一段段时时间间后后，钢钢筋筋就就会会获获得得比比原原来来屈屈服服强强度度高高的的新新屈屈服服强强度。度。n冷拉能提高钢筋的抗拉强度而不能提高钢筋的抗压强度。强度提高，塑性下降。冷拉钢筋BKZZK残余变形冷拉伸长率无时效nK点的选择：应力控制和应变控制n温度的影响：温度达700C时恢复到冷拉前的状态，先焊后拉n冷拉钢筋属于软钢。第52页/共74页u冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度。u经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅。冷拔钢筋属于硬钢。u由于冷加工钢筋延性较差，目前较少使用，若在工程中采用时，应遵守专门规程的规定。冷拔钢筋第53页/共74页对特定钢号的钢筋进行
42、淬火和回火处理强度提高，塑性降低不降低强度的前提下，不降低强度的前提下，消除由淬火产生的内消除由淬火产生的内力，改善塑性和韧性力，改善塑性和韧性热处理钢筋 钢筋经淬火处理，无明显屈服点。第54页/共74页强度要求：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：伸长率和冷弯要求可焊性可焊性与混凝土的与混凝土的粘结性粘结性三混凝土结构对钢筋的要求第55页/共74页1.4 钢筋与混凝土之间的粘结一、粘结的作用n钢筋与混凝土之间的粘结是钢筋和混凝土形成整体、共同钢筋与混凝土之间的粘结是钢筋和混凝土形成整体、共同受力的基础和基本前提。受力的基础和基本前提。1.基本概念u粘结:钢筋和混凝土界
43、面之间的一种相互作用力。u粘结应力：钢筋与混凝土接触面上所产生的沿钢筋纵向的剪应力。u粘结强度：粘结失效（钢筋被拔出或混凝土被劈裂）时的最大平均粘结应力。2.粘结的作用第56页/共74页lTd max u3.粘结应力分析拉拔试验第57页/共74页加荷端钢筋：加荷端钢筋：试件端面混凝土：试件端面混凝土：应变差产生应变差产生，粘结应力，粘结应力将钢筋拉力逐步向混凝土传将钢筋拉力逐步向混凝土传递，钢筋的应力应变减小，而混凝土的应力应变增加，递，钢筋的应力应变减小，而混凝土的应力应变增加，直到长度直到长度l处，应变相同，无相对滑移，有：处，应变相同，无相对滑移，有：加载初期：加载初期：传力过程：传力过
44、程：3.粘结应力分析拉拔试验lFd第58页/共74页3.粘结应力分析以拉拔试验为例 (s+d s)As sAs取长为dx的微段可见，粘结应力使钢筋应力沿长度发生变化。dxlFddx第59页/共74页粘结应力分布粘结应力分布呈曲线形；光圆钢筋和带肋钢筋的粘结应力分布图形不同；带肋钢筋与混凝土的粘结强度比光圆钢筋高得多。钢筋的粘结应力分布图 a)光圆钢筋情况 b)带肋钢筋情况（MPa）（MPa）（MPa）（MPa）a)b)第60页/共74页u钢筋与混凝土的粘结强度通常采用拔出试验来测定4.粘结强度钢筋与砼的粘结面上所能承受的平均剪应力的最大值。Pd自由端加载端套管1005d23d第61页/共74页
45、u钢筋与混凝土的粘结作用主要由三部分组成：钢筋与混凝土的粘结作用主要由三部分组成：a.钢筋与混凝土中的水泥凝胶体间的钢筋与混凝土中的水泥凝胶体间的化学胶着力化学胶着力来自浇注时水泥浆体对钢筋表面氧化层的渗透以及水化过来自浇注时水泥浆体对钢筋表面氧化层的渗透以及水化过程中水泥晶体的生长和硬化。程中水泥晶体的生长和硬化。1.粘结力的组成b.混凝土收缩握裹钢筋而产生混凝土收缩握裹钢筋而产生摩擦力摩擦力混凝土硬化时收缩，对钢筋产生垂直于摩擦面的压应力。混凝土硬化时收缩，对钢筋产生垂直于摩擦面的压应力。压应力越大，接触面的粗糙程度越大，摩阻力就越大。压应力越大，接触面的粗糙程度越大，摩阻力就越大。c.钢
46、筋表面凹凸不平与混凝土之间的机械钢筋表面凹凸不平与混凝土之间的机械咬合力咬合力主要是由于钢筋表面凹凸不平产生的。主要是由于钢筋表面凹凸不平产生的。二、粘结机理分析二、粘结机理分析第62页/共74页2.2.粘结破坏机理分析粘结破坏机理分析1 1）光圆钢筋）光圆钢筋:l粘结力：胶着力、摩擦力、机械咬合力l破坏过程：没有产生滑移前，只有化学吸附作用，一旦混凝土和钢筋发生滑移后，则由摩擦力和钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力提供。l破坏形态：剪切破坏（钢筋从混凝土中被拔出），破坏面是钢筋和混凝土之间的接触面。l措施：端部做弯钩和足够的锚固长度（受压时，可不做弯钩）。l粘结强度：1.5-3.5MPa（较低
47、）第63页/共74页 2）带肋钢筋:l粘结力：胶着力、摩擦力、机械咬合力。l破坏过程：没有产生滑移前，只有化学吸附作用，一旦混凝土和钢筋发生滑移后，则由摩擦力和钢筋凸肋对混凝土的斜向挤压力提供。l破坏形态：剪切型粘结破坏（保护层厚度较厚或有环向箍筋约束）劈裂型粘结破坏（保护层厚度较小或未配环向箍筋）l粘结强度：2.5-6.0MPa2.2.粘结破坏机理分析粘结破坏机理分析第64页/共74页纵向分量径向分量构件纵向开裂劈裂粘结破坏劈裂粘结破坏：钢筋外围钢筋外围混凝土较薄混凝土较薄,或或无环向钢筋无环向钢筋约束混约束混凝土变形。径向裂缝达到试件表面，形成沿钢筋的纵向劈裂凝土变形。径向裂缝达到试件表面
48、，形成沿钢筋的纵向劈裂裂缝。裂缝。第65页/共74页剪切型粘结破坏：剪切型粘结破坏：钢筋外围钢筋外围混凝土较厚混凝土较厚,或或有环向钢筋有环向钢筋约束约束混凝土变形。钢筋沿肋外径整体由混凝土中拔出混凝土变形。钢筋沿肋外径整体由混凝土中拔出,达到剪切达到剪切破坏强度。破坏强度。纵向分量径向分量混凝土撕裂混凝土局部挤碎刮出式破坏第66页/共74页三、影响粘结强度的因素三、影响粘结强度的因素混凝土的强度混凝土的强度光圆钢筋与变形钢筋的粘结强度均随混凝土的光圆钢筋与变形钢筋的粘结强度均随混凝土的强度等级的提高而提高。不与强度等级的提高而提高。不与fcu成正比，而是成正比，而是与与ft成正比。成正比。钢
49、筋间的净距钢筋间的净距净间距过小，外围混凝土发生水平劈裂，形成净间距过小，外围混凝土发生水平劈裂，形成贯穿整个梁宽的劈裂裂缝，粘结强度显著降低。贯穿整个梁宽的劈裂裂缝，粘结强度显著降低。浇筑混凝土时钢筋的位置浇筑混凝土时钢筋的位置深度过大，钢筋底面的混凝土出现沉淀深度过大，钢筋底面的混凝土出现沉淀收缩和离析，使二者之间产生强度较低收缩和离析，使二者之间产生强度较低的疏松空隙层。的疏松空隙层。保护层厚度保护层厚度混凝土保护层较薄时，其粘结力降低，并在保混凝土保护层较薄时，其粘结力降低，并在保护层最薄弱位置容易出现劈裂裂缝，促使粘结护层最薄弱位置容易出现劈裂裂缝，促使粘结力提早破坏。力提早破坏。钢
50、筋表面形状带肋钢筋表面凹凸不平，与混凝土之间的机械咬合力较好，破坏时粘结强度大；光面钢筋的粘结强度则较小，所以要在钢筋端部做成弯钩，可以增加其拔出力。第67页/共74页v砼立方体抗压强度是评定砼强度的基本标准。区分砼立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度及复合应力状态下砼强度的物理意义及相互关系。v砼短期一次加载应力应变曲线；徐变、收缩。v软钢与硬钢的应力应变曲线不同。软钢以屈服强度作为强度设计指标；硬钢以名义屈服强度作为强度设计指标。v钢筋和混凝土的粘结：粘结强度，破坏机理本章要点本章要点第68页/共74页双向受压、三向受压时，强度和变形能力提高；双向受压、三向受压时，强度和变形能力提高