gA钢筋和混凝土的力学性能.ppt

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1、gA钢筋和混凝土的力学性能 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望本章要点钢筋的品种和级别，力学性能的基本指标；钢筋的品种和级别，力学性能的基本指标；混凝土强度等级、强度指标及其换算关系；混凝土强度等级、强度指标及其换算关系；混混凝凝土土的的破破坏坏机机理理、单单轴轴受受压压应应力力-应应变变曲曲线线、弹弹性性模模量；量；混凝土的收缩和徐变性能；混凝土的收缩和徐变性能；钢钢筋筋与与混混凝凝土土的的粘粘结结机机理理、钢钢筋筋基基本本锚锚固固长长度度的的计计算

2、算和构造要求、钢筋连接的基本要求和构造要求；和构造要求、钢筋连接的基本要求和构造要求；材料强度标准值，材料分项系数和材料强度设计值；材料强度标准值，材料分项系数和材料强度设计值；建筑结构设计对钢筋和混凝土的要求。建筑结构设计对钢筋和混凝土的要求。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋2.1 2.1 钢钢 筋筋（Steel Reinforcement）2.1.1 钢筋钢筋一、钢筋的分类 根据钢材的化学成分分类：根据钢材的化学成分分类：碳素钢和普通低合金钢碳素钢：除含有铁元素外，还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素。根据含碳量的多少，碳素钢又可分为低碳钢（含碳量少于0.25%）、中碳钢（含碳量

3、介于0.25%-0.6%)、高碳钢（含碳量介于0.6%-1.4%)，含碳量越高强度越高，塑性和可焊性越差。普通低合金钢除碳素钢中已有的成分外，再加入少量的合金元素如硅、锰、钛、铬等，可以有效地提高钢材的强度和改善钢材的其他性能。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋 根据钢筋制作方法分类：根据钢筋制作方法分类：热轧钢筋、热处理钢筋和冷加工钢筋热轧钢筋是由低碳钢、普通低合金钢在高温状况下轧制而成热轧钢筋是由低碳钢、普通低合金钢在高温状况下轧制而成的钢筋。的钢筋。热处理钢筋又称调质钢筋，是用中碳低合金带肋钢筋通过加热、热处理钢筋又称调质钢筋，是用中碳低合金带肋钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺

4、处理的钢筋。淬火和回火等调质工艺处理的钢筋。热处理后，钢筋强度能得到较大幅度提高，而塑性降低不多。热轧钢筋强度不是很高但塑性较好，一般钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力普通钢筋多用热轧钢筋。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋冷加工钢筋是指在常温下采用冷加工工艺对热轧钢筋进行加工冷加工钢筋是指在常温下采用冷加工工艺对热轧钢筋进行加工得到的钢筋。以强度较低的钢筋盘条经冷拔、冷拉、冷扭后截得到的钢筋。以强度较低的钢筋盘条经冷拔、冷拉、冷扭后截面缩小、外形改变而形成的冷拉钢筋、冷拔钢丝、冷轧带肋钢面缩小、外形改变而形成的冷拉钢筋、冷拔钢丝、冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋统称为冷加工

5、钢筋。筋、冷轧扭钢筋统称为冷加工钢筋。冷加工钢筋的设计强度提高，而延性大幅度下降。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢 筋热轧钢筋热轧钢筋（Hot Rolled Steel Reinforcing Bar）按强度分类：HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRibbedBarRRBRemained heat treatmentRibbedBar屈服强度屈服强度 fyk（标准值标准值=钢材废品限值，保证率钢材废品限值，保证率95%）HPB235级：fyk=235 N/mm2HRB335级：fyk=335

6、 N/mm2HRB400级、RRB400级：fyk=400 N/mm2第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢 筋 HPB235级级(级级)为热轧光面钢筋（为热轧光面钢筋（Plain Bar），符号），符号 ，多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。HRB335级级(级级)和 HRB400级级(级级)为热轧带肋钢筋为热轧带肋钢筋(Ribbed Bar)，符号，符号 。钢筋强度较高，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（Bond），外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（Deformed Bar）。HRB400级级(级级)为余热处理钢筋为余热处理钢筋(R

7、emained heat(Remained heat treatment)treatment)，符号，符号 。钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋 根据钢筋在单调受拉时根据钢筋在单调受拉时 应力应力-应变曲线屈服点的不同分类：应变曲线屈服点的不同分类：有物理屈服点的钢筋（软钢）和 无物理屈服点的钢筋（硬钢）。有物理屈服点的钢筋，如热轧钢筋、冷拉钢筋；有物理屈服点的钢筋，如热轧钢筋、冷拉钢筋；无物理屈服点的钢筋，如钢丝、钢绞线及热处理钢筋。无物理屈服点的钢筋，如钢丝、钢绞线及热处理钢筋。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.

8、1 钢筋二、钢筋的形式二、钢筋的形式 普通钢筋（柔性钢筋）普通钢筋（柔性钢筋）光面钢筋和变形钢筋光面钢筋和变形钢筋 劲性钢筋劲性钢筋 劲性钢筋是由各种型钢、钢轨或者用型钢与钢筋焊劲性钢筋是由各种型钢、钢轨或者用型钢与钢筋焊成的骨架。劲性钢筋本身刚度很大，施工时模板及混成的骨架。劲性钢筋本身刚度很大，施工时模板及混凝土的重力可以由劲性钢筋本身来承担，因此能加速凝土的重力可以由劲性钢筋本身来承担，因此能加速并简化支模工作，承载能力也比较大。并简化支模工作，承载能力也比较大。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋三、钢丝和钢绞线三、钢丝和钢绞线 混凝土结构设计规范规定，用于钢筋混凝土结构的国产混

9、凝土结构设计规范规定，用于钢筋混凝土结构的国产普通钢筋可使用热轧钢筋。用于预应力混凝土结构的预应力钢普通钢筋可使用热轧钢筋。用于预应力混凝土结构的预应力钢筋必须采用高强度材料。预应力钢筋可分为筋必须采用高强度材料。预应力钢筋可分为高强度钢筋、预应高强度钢筋、预应力钢丝和钢绞线。力钢丝和钢绞线。o 高强度钢筋高强度钢筋 目前工程上常用目前工程上常用热处理钢筋。热处理钢筋。o 预应力钢丝预应力钢丝 预应力钢丝是以优质高碳钢盘条经等温淬火再拉拔而成的钢预应力钢丝是以优质高碳钢盘条经等温淬火再拉拔而成的钢 丝。目前工程上常用丝。目前工程上常用消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝。消除应力钢丝、螺旋肋钢丝

10、、刻痕钢丝。o 钢绞线钢绞线 钢绞线是用一种稍粗的直钢丝为中心，其余钢丝围绕其进行钢绞线是用一种稍粗的直钢丝为中心，其余钢丝围绕其进行 螺旋状绞合，再经低温回火处理而制成。目前，螺旋状绞合，再经低温回火处理而制成。目前，低松弛的抗低松弛的抗 拉强度设计值为拉强度设计值为1860Mpa的钢绞线的钢绞线是最常见的预应力钢筋。是最常见的预应力钢筋。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋v 常用钢筋形式：常用钢筋形式：第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋2.1.2 2.1.2 钢筋的力学性能钢筋的力学性能一、钢筋的应力一、钢筋的应力-应变关系应变关系

11、 有物理屈服点的钢筋有物理屈服点的钢筋 （Steel bar with yield point）a为比例极限proportional limit s=Esea为弹性极限elastic limitde为强化段strain hardening stageb为屈服上限upper yield strengthc为屈服下限，对应屈服强度 fylower yield strengthcd为屈服台阶yield plateaue为极限抗拉强度 fu ultimate tensile strengths se eaacdefufyfb第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋两个强度指标：两个强度指标：屈服强度

12、屈服强度yield strength：是钢筋混凝土构件设计时钢是钢筋混凝土构件设计时钢筋强度取值的依据筋强度取值的依据，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形且卸载时这部分变形不可恢复不可恢复，这会使钢筋混凝土构件，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，以致无法使用。产生很大的变形和不可闭合的裂缝，以致无法使用。极限强度极限强度ultimated strength：一般用作钢筋的实际破一般用作钢筋的实际破坏强度。坏强度。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋构件计算分析中，有明显屈服点钢筋的应力构件计算分析中，有明显屈服点钢筋的应力

13、-应变关系：应变关系：一般可采用双线性的理想弹塑性关系1Es第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋（Steel bar without yield point）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，且没有明显的屈有一定塑性变形，且没有明显的屈服点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%所对应的应力所对应的应力规范取规范取s s0.2=0.85 fu第二章 钢筋和混凝土的力学性能

14、2.1 钢筋延延 伸伸 率率elongation rate：指钢筋试件上标距为指钢筋试件上标距为10d、5d（d为钢筋的试件直径）或为钢筋的试件直径）或100mm范围内的极限伸长率，记为范围内的极限伸长率，记为 ，反映了钢筋拉断反映了钢筋拉断前的变形能力，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，前的变形能力，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。在拉断前有足够预兆，延性较好。二、钢筋的塑性性能：二、钢筋的塑性性能：冷弯性能冷弯性能：为了使钢筋在加工成型时不发生断裂，加工时不至于脆断，还要为了使钢筋在加工成型时不发生断裂，加工时不至于脆断，还要求钢筋具有一定的

15、冷弯性能。求钢筋具有一定的冷弯性能。冷弯性能是指将钢筋围绕某个规定冷弯性能是指将钢筋围绕某个规定的直径的直径D的辊轴弯曲成一定的角度（的辊轴弯曲成一定的角度（90或或180度），弯曲后的钢筋度），弯曲后的钢筋应无裂纹或断裂现象。应无裂纹或断裂现象。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋钢筋受力后，长度保持不变，钢筋应力随时间增长而降低的现象钢筋受力后，长度保持不变，钢筋应力随时间增长而降低的现象称为松弛。称为松弛。三、钢筋的松弛：三、钢筋的松弛：在预应力混凝土结构中，预应力钢筋张拉后长度基本保持不变，在预应力混凝土结构中，预应力钢筋张拉后长度基本保持不变，钢筋会出现松弛，故而引起预应力损失

16、。钢筋会出现松弛，故而引起预应力损失。四、钢筋的包兴格效应四、钢筋的包兴格效应钢筋混凝土结构或构件在反复荷载作用下，钢筋的力学性能与单钢筋混凝土结构或构件在反复荷载作用下，钢筋的力学性能与单向受拉或受压时的力学性能不同。向受拉或受压时的力学性能不同。当受拉（或受压）超过弹性极限而产生塑性变形后，其反向受压当受拉（或受压）超过弹性极限而产生塑性变形后，其反向受压（或受拉）的弹性极限将显著降低，这种钢筋的软化现象，称为（或受拉）的弹性极限将显著降低，这种钢筋的软化现象，称为包兴格效应。包兴格效应。钢筋在反复荷载作用下力学性能对研究钢筋混凝土钢筋在反复荷载作用下力学性能对研究钢筋混凝土构件的抗震性能

17、具有重要意义。构件的抗震性能具有重要意义。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋钢筋的钢筋的疲劳破坏疲劳破坏是指钢筋在是指钢筋在承受重复、周期动荷载作用承受重复、周期动荷载作用下，钢材下，钢材发生脆性的发生脆性的突然破坏突然破坏，而不是单调加载时的塑性破坏。，而不是单调加载时的塑性破坏。五、钢筋的疲劳性能：五、钢筋的疲劳性能：钢筋的钢筋的疲劳强度疲劳强度是指在某一规定应力变化幅度内，经受一定次数是指在某一规定应力变化幅度内，经受一定次数循环荷载后，才发生疲劳破坏的最大应力值。此值循环荷载后，才发生疲劳破坏的最大应力值。此值低于静荷载作低于静荷载作用下钢筋的极限强度，有时低于屈服强度。用下钢

18、筋的极限强度，有时低于屈服强度。对工业厂房中的吊车梁等承受重复荷载作用的构件，要进行疲劳对工业厂房中的吊车梁等承受重复荷载作用的构件，要进行疲劳验算。验算。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋2.1.3 设计对钢筋性能的要求设计对钢筋性能的要求一、混凝土结构设计规范对钢筋的强度指标的规定一、混凝土结构设计规范对钢筋的强度指标的规定 钢筋的强度标准值钢筋的强度标准值由于材料性能的离散性，实测钢筋屈服强度的概率分布曲线符由于材料性能的离散性，实测钢筋屈服强度的概率分布曲线符合正态分布，材料强度的标准值可取其概率分布的合正态分布，材料强度的标准值可取其概率分布的0.05 分位值分位值确定，即材

19、料强度标准值应具有不小于确定，即材料强度标准值应具有不小于95%的保证率。的保证率。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋 钢筋的强度设计值钢筋的强度设计值钢筋的抗拉强度设计值是钢筋的强度标准值除以钢筋的材料分钢筋的抗拉强度设计值是钢筋的强度标准值除以钢筋的材料分项系数得到的。即项系数得到的。即式中：第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋二、设计对钢筋性能的选择二、设计对钢筋性能的选择 钢筋的规格种类的选择钢筋的规格种类的选择普通钢筋宜采用普通钢筋宜采用HRB4

20、00级和级和HRB335级，也可采用级，也可采用HPB235级级和和RRB400级；预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可级；预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。采用热处理钢筋。注：规范强调以HRB400级热轧钢筋为主导钢筋，以HRB335级热轧钢筋为辅助钢筋，这是由于其高强度、高延性、良好的粘结性能和较高的强度价格比，并且规格齐全。不主张推广应用HPB235级热轧钢筋，原因是光面钢筋强度太低、强度价格比低，其延性虽好但与热轧带肋钢筋相差不大，且由于与混凝土之间的粘结性能很差，作为受力钢筋末端还要加弯钩，设计施工不便。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋二、设计对钢

21、筋性能的选择二、设计对钢筋性能的选择 钢筋的强度钢筋的强度钢筋的强度是指钢筋的屈服强度屈服强度和极限强度极限强度。屈服强度和极限强度之比称为屈强比，屈服强度和极限强度之比称为屈强比，它代表了钢筋的强度储备，也在一定程度上代表了结构的强度储备，所以设计中应选择适当的屈强比，对于抗震结构，为了满足抗震要求，对钢筋的屈强比有一定的要求，一般不应小于不应小于1.25。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋 钢筋的耐久性钢筋的耐久性 钢筋与混凝土之间的粘结性钢筋与混凝土之间的粘结性 钢筋的延性钢筋的延性在工程设计中，要求钢筋混凝土结构（尤其对抗震结构）具有足够的延性，避免脆性破坏。影响钢筋延性的主要

22、因素是材质，碳当量加大虽能提高强度，但延性降低。为了保证钢筋与混凝土共同工作，要求钢筋与混凝土之间必须有足够的粘结力。钢筋表面的形状钢筋表面的形状是影响粘结力的重要因素。钢筋在腐蚀环境中会锈蚀，通常采用阻锈剂处理。二、设计对钢筋性能的选择二、设计对钢筋性能的选择第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.1 钢筋 钢筋的经济性钢筋的经济性 钢筋的适宜施工性钢筋的适宜施工性在施工时钢筋要弯转成型，因而应具有一定的冷弯性能冷弯性能，加工时避免裂缝和折断。具备良好的焊接性能焊接性能，在焊接后不应产生裂纹及过大的变形，以保证焊接接头性能良好。衡量钢筋经济性的指标是强度价格比强度价格比。二、设计对钢筋性能的选择二

23、、设计对钢筋性能的选择第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土2.2 2.2 混凝土混凝土一、混凝土的组成结构一、混凝土的组成结构 混凝土是由混凝土是由水泥、砂子水泥、砂子和和石子石子三种材料及三种材料及水水按一按一定配合比拌合，经过凝固硬化后做成的人工石材，是定配合比拌合，经过凝固硬化后做成的人工石材，是一种各组具有不同性质的多相复合材料。一种各组具有不同性质的多相复合材料。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土二、混凝土的单轴受力强度二、混凝土的单轴受力强度1、立方体抗压强度、立方体抗压强度混凝土结构中，混凝土结构中，主要是利用它的主要是利用它的抗压强度抗压强度。因此抗压强度是混

24、。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。凝土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土标准立方体抗压强度混凝土标准立方体抗压强度：边长：边长150mm立方体标准试件，在立方体标准试件，在标准条件下（标准条件下（203，90%湿度）养护湿度）养护28天，用标准试验方法天，用标准试验方法（加载速度（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的，两端不涂润滑剂）测得的具有具有95%保证率保证率的立方体抗压强度，用符号的立方体抗压强度，用符号fcc表示。表示。在试验时，影响混凝土立方体抗压强度的主要因素有：在试验时，影响混凝土立方体抗压强度的主要因素有：试验方试验方法、尺

25、寸影响、加载速度和混凝土试验时的龄期。法、尺寸影响、加载速度和混凝土试验时的龄期。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土100mm立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系立方体不能代表混凝土在实际构件中的受力状态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，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、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、测试方便）。测试方便）。200mm立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土2、轴心抗压强

26、度、轴心抗压强度 轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，它比较接近实际构件中轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，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混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为h/b=34，我国，我国通常取通常取100 100300试件。试件。对于同一混凝土，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小于立方体抗压强度。棱。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，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，规范对小于规范对小于C50级的混凝土取级的混凝土取k=0.76，对，对C80取取k=0.82，其间按线性插值其间按线性插值

27、第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土3、轴心抗拉强度、轴心抗拉强度 也是其基本力学性能。混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及也是其基本力学性能。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。受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。混凝土的抗拉强度较小，一般只有抗压混凝土的抗拉强度较小，一般只有抗压 强度的强度的5%-10%。测定混凝土的抗拉强度的试验方法有：测定混凝土的抗拉强度的试验方法有：直接试验法，如右图所示，试件尺寸为直接试验法，如右图所示，试件尺寸为 100mm 100mm500mm。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土劈拉试验PaP

28、拉压压由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉由于轴心受拉试验对中困难，也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试验测定混凝土的抗拉强度第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土双向受压双向受压时，两个方向的时，两个方向的抗压强度都有所提高；抗压强度都有所提高；双向受拉双向受拉时，两个方向的时，两个方向的抗拉强度均接近于单轴抗抗拉强度均接近于单轴抗拉强度；拉强度；拉压受力拉压受力时，混凝土的强时，混凝土的强度均低于单轴受力（压或度均低于单轴受力（压或拉）强度。拉）强度。三、混凝土的复合受力强度三、混凝土的复合受力强度 双轴应力状态双轴应力状态 Biaxial Str

29、ess State实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双双向向或或三向三向受力状态。如钢筋混凝土梁弯剪段的剪压区、框架的受力状态。如钢筋混凝土梁弯剪段的剪压区、框架的梁、柱节点区、牛腿、深梁等。梁、柱节点区、牛腿、深梁等。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土剪压、剪拉受力剪压、剪拉受力时，即剪应力时，即剪应力t t 和正应力和正应力s s 共同作用下的复合共同作用下的复合受力情况。受力情况。混凝土的抗剪强度：随混凝土的抗剪强度：随拉拉应力增大而减小应力增大而减小 随随压压应力增大而增大应力增大而增大当压应力在当压应力在

30、0.6fc左右时，抗剪强度达到最大，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。力的增大而减小。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土三轴受压状态三轴受压状态 Triaxial Stress State三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。在这种受力状态下，试件由于侧压限制，其内部裂缝的产生和在这种受力状态下，试件由于侧压限制，其内部裂缝的产生和发展受到阻碍，因此破坏时的轴向抗压强度提高。发展受到阻碍，因此破坏时的轴向抗压强度提高。第

31、二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土在实际工程中，常常采用横向钢筋约束混凝土的办法提高在实际工程中，常常采用横向钢筋约束混凝土的办法提高混凝土的抗压强度。例如，在柱中采用密排螺旋箍筋，或混凝土的抗压强度。例如，在柱中采用密排螺旋箍筋，或采用钢管混凝土柱，由于有效地约束了混凝土的横向变形，采用钢管混凝土柱，由于有效地约束了混凝土的横向变形，所以使混凝土的所以使混凝土的强度强度和和延性延性都有较大的提高。都有较大的提高。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土四、混凝土的变形四、混凝土的变形混凝土的变形可分为两类：荷载作用下的混凝土的变形可分为两类：荷载作用下的受力变形受力变形和和体积变

32、形体积变形，如混凝土的收缩、膨胀以及由于温度变化产生的变形等。如混凝土的收缩、膨胀以及由于温度变化产生的变形等。1、单轴（单调）受力应力、单轴（单调）受力应力-应变关系应变关系Stress-strain Relationship 混凝土单轴短期荷载作用下的应力混凝土单轴短期荷载作用下的应力-应变关系是混凝土材料最应变关系是混凝土材料最基本的力学性能，是对混凝土进行理论分析的基本依据，是研基本的力学性能，是对混凝土进行理论分析的基本依据，是研究和建立混凝土构件了承载力、变形、延性以及应用计算机进究和建立混凝土构件了承载力、变形、延性以及应用计算机进行构件的非线性全过程分析的重要依据。行构件的非线

33、性全过程分析的重要依据。混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力-应变关系曲线应变关系曲线 常采用标准棱柱体或圆柱体试件来测定。常采用标准棱柱体或圆柱体试件来测定。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土左图为轴心受压混凝土左图为轴心受压混凝土典型的应力典型的应力应变曲线。应变曲线。各个特征阶段的特点如各个特征阶段的特点如下所述：下所述：02468102030s(MPa)e 10-3BACEDFO第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土A点相当于混凝土的弹点相当于混凝土的弹性极限。性极限。OA段称为弹性阶段。段称为弹性阶段。A点应力随混凝土强度点

34、应力随混凝土强度的提高而增加，对普通的提高而增加，对普通强度混凝土强度混凝土s sA约为约为 (0.30.4)fc，对高强，对高强混凝土混凝土s sA可达可达0.50.7)fc。02468102030s(MPa)e 10-3ABCEDFO第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土A点以后点以后，裂缝开始出，裂缝开始出现并有所延伸发展，产现并有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力增长开始加快，应力-应变曲线逐渐偏离直线，应变曲线逐渐偏离直线，进入进入裂缝稳定扩展的第裂缝稳定扩展的第二阶段（二阶段（AB段）。段）。02468102030s(MPa)e 10-3

35、BACEDFO第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土B点称为临界应力点，点称为临界应力点，此时裂缝发展已不稳定，此时裂缝发展已不稳定，横向变形突然增大，体横向变形突然增大，体积应变开始由压缩转为积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长期增加。在此应力的长期作用下，裂缝会持续发作用下，裂缝会持续发展最终导致破坏。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。长期抗压强度。普通强普通强度混凝土度混凝土s sB约为约为0.8fc，高强强度混凝土高强强度混凝土s sB可达可达0.95fc以上。以上。02468102030s(MPa)e 10-3BACEDFO第二章 钢

36、筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土BC段称为裂缝快速发展段称为裂缝快速发展的不稳定阶段。的不稳定阶段。应变增应变增长速度明显加快，达到长速度明显加快，达到C点点fc，fc峰值应力，即峰值应力，即混凝土棱柱体的抗压强混凝土棱柱体的抗压强度，度，相应纵向应变值称相应纵向应变值称为为峰值应变峰值应变 e e 0，约为，约为0.002。02468102030s(MPa)e 10-3BACEDFOe e 0 fc第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土下降段下降段CF是混凝土到达是混凝土到达峰值应力后裂缝继续扩峰值应力后裂缝继续扩展、贯通，试件的平均展、贯通，试件的平均应力强度下降，从而使应力强度下

37、降，从而使应力应力-应变曲线向下弯曲。应变曲线向下弯曲。EF段称为收敛段，对于段称为收敛段，对于无侧向约束的混凝土，无侧向约束的混凝土，收敛段已失去结构的意收敛段已失去结构的意义。义。02468102030s(MPa)e 10-3BACEDFO（拐点）（收敛点）第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土 对混凝土单轴短期加载下对混凝土单轴短期加载下 关系曲线的几点认识：关系曲线的几点认识：1、混凝土的混凝土的 关系是一条曲线，说明混凝土是一种关系是一条曲线，说明混凝土是一种弹塑性弹塑性 材料。材料。2、曲线的上升段的高低反映了混凝土强度的大小，下降

38、曲线的上升段的高低反映了混凝土强度的大小，下降 段的陡缓反映了混凝土变形能力的大小。段的陡缓反映了混凝土变形能力的大小。混凝土的变形能力是指混凝土到达极限强度后，在应力下降混凝土的变形能力是指混凝土到达极限强度后，在应力下降 幅度相同的情况下变形的大小，变形大的，说明混凝土耐受幅度相同的情况下变形的大小，变形大的，说明混凝土耐受 变形的能力强，亦即延性好。即下降段越缓的混凝土，其变变形的能力强，亦即延性好。即下降段越缓的混凝土，其变 形能力越好。形能力越好。3、不同强度混凝土的、不同强度混凝土的 曲线有相似的形状，但也有实质性曲线有相似的形状，但也有实质性 区别。混凝土强度越高，其下降段越陡，

39、其延性越差，而上区别。混凝土强度越高，其下降段越陡，其延性越差，而上 升段和峰值应变的变化不大。升段和峰值应变的变化不大。见图。见图。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土强度等级越高，线弹性段强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降破坏时脆性越显著，下降段越陡。段越陡。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土4、关系曲线与加荷速度有关。关系曲线与加荷速度有关

40、。加荷速度增加，最大应力值提高，相应的峰值应变减小，下降加荷速度增加，最大应力值提高，相应的峰值应变减小，下降 段变陡。段变陡。加荷速度降低，最大应力值降低，相应的峰值应变提高，下降加荷速度降低，最大应力值降低，相应的峰值应变提高，下降 段减缓。段减缓。5、对混凝土配置横向钢筋，形成处于三向受压状态的、对混凝土配置横向钢筋，形成处于三向受压状态的“约束混凝约束混凝 土土”，使其峰值应力提高，峰值应变增大，下降段减缓。，使其峰值应力提高，峰值应变增大，下降段减缓。螺旋筋或箍筋使混凝土处于三向受压状态，阻止混凝土的膨胀，螺旋筋或箍筋使混凝土处于三向受压状态，阻止混凝土的膨胀，从而从而提高了试件的纵

41、向强度和延性，提高了试件的纵向强度和延性，而且螺旋筋和箍筋的用量越而且螺旋筋和箍筋的用量越多，其效果越明显，特别是延性提高幅度较大。多，其效果越明显，特别是延性提高幅度较大。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土下图为采用配置螺旋箍筋形成下图为采用配置螺旋箍筋形成“约束混凝土约束混凝土”的应力的应力应变曲线：应变曲线：第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土“约束混凝土约束混凝土”的概念在工程中许多地方都有应用，如螺旋箍的概念在工程中许多地方都有应用，如螺旋箍筋柱、后张法预应力锚具下局部受压区域配置的钢筋网或螺旋筋柱、后张法预应力锚具下局部受压区域配置的钢筋网或螺旋筋等。而筋等。而钢

42、管混凝土钢管混凝土对内部混凝土的约束效果更好，因此近年对内部混凝土的约束效果更好，因此近年来在我国工程中得到许多应用。来在我国工程中得到许多应用。约束混凝土可以提高混凝土的约束混凝土可以提高混凝土的强度强度，但更值得注意的是可以提但更值得注意的是可以提高混凝土的高混凝土的变形能力变形能力，这一点对于抗震结构非常重要。在抗震，这一点对于抗震结构非常重要。在抗震结构对于可能出现塑性铰的区域，均要求加密箍筋配置来提高结构对于可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。构件的变形能力，达到坏而不倒的目的。第二章 钢筋和混凝土的力学性能规范应力规范应力-应变关系应变

43、关系上升段：下降段：2.2 混凝土第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土 混凝土轴心受拉时的应力混凝土轴心受拉时的应力-应变关系应变关系第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土2 2、混凝土在重复荷载作用下的变形性能（疲劳变形）、混凝土在重复荷载作用下的变形性能（疲劳变形）混凝土的疲劳是在荷载重复作用下产生的。混凝土在荷载重复混凝土在荷载重复作用下引起的破坏称为疲劳破坏。作用下引起的破坏称为疲劳破坏。疲劳现象大量存在于工程结构中，疲劳现象大量存在于工程结构中，钢筋混凝土吊车梁受到重复钢筋混凝土吊车梁受到重复荷载的作用，钢筋混凝土道桥受到车辆振动的影响荷载的作用，钢筋混凝土道桥受到车辆

44、振动的影响以及以及港口海港口海岸的混凝土结构受到波浪冲击而损伤等都属于疲劳破坏现象。岸的混凝土结构受到波浪冲击而损伤等都属于疲劳破坏现象。疲劳破坏的特征是疲劳破坏的特征是裂缝小而变形大，裂缝小而变形大，在重复荷载作用下，混凝在重复荷载作用下，混凝土的土的强度强度和和变形变形有着重要的变化。有着重要的变化。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土 混凝土一次加载卸载时应力混凝土一次加载卸载时应力应变曲线：应变曲线：OABB00c卸载时瞬时恢复应变残余应变卸载后弹性后效第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土O13fcf 混凝土多次重复加载卸载的应力混凝土多次重复加载卸载的应力应变曲线：应

45、变曲线：第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土 混凝土疲劳强度的测定：混凝土疲劳强度的测定：混凝土的疲劳强度用疲劳试验测定。混凝土的疲劳强度用疲劳试验测定。疲劳试验采用疲劳试验采用100mm 100mm 300mm或或150mm 150mm 450mm棱柱体，把能使棱柱体试件承受棱柱体，把能使棱柱体试件承受200万次或其以上循万次或其以上循环荷载而发生破坏的压应力值称为环荷载而发生破坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度混凝土的疲劳抗压强度fcf。混凝土的疲劳强度与混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度重复作用时应力变化的幅度有关。在相同有关。在相同的重复次数下，的重复次数下，疲劳强度

46、随着疲劳应力比值疲劳强度随着疲劳应力比值 减小而增大。减小而增大。第二章 钢筋和混凝土的力学性能3 3、混凝土的弹性模量、混凝土的弹性模量 Elastic Modulus原点切线模量原点切线模量Elastic Modulus割线模量割线模量Secant Modulus切线模量切线模量Tangent Modulus弹性系数弹性系数n n (coefficient of elasticity)随应力增大而随应力增大而减小减小n n =10.52.2 混凝土第二章 钢筋和混凝土的材料性能弹性模量测定方法2.2 混凝土第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土4 4、混凝土的徐变、混凝土的徐变 Cr

47、eep 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象称为徐变徐变徐变徐变。不利影响：不利影响：徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大；引徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大；引起预应力损失；在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。起预应力损失；在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。有利影响：徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布；降有利影响：徐变有利于结构构件产生内（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。温

48、度应力；受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。下图为混凝土棱柱体徐变的试验曲线。下图为混凝土棱柱体徐变的试验曲线。第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土在应力（在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变弹性应变e ee（=s si/Ec(t0)，t0加荷时的龄期），荷载持续作用下逐渐完成加荷时的龄期），荷载持续作用下逐渐完成徐变徐变应变应变 。前前4个月徐变增长较快，个月徐变增长较快，6个月可达最终徐变的（个月可达最终徐变的（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。(103)00.51.01.52.051015202530

49、(t/月)ecreecr第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土(103)00.51.01.52.051015202530(t/月)ecreecr如在时间如在时间t 卸载，则会产生卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变瞬时弹性恢复应变e ee。由于混凝土。由于混凝土弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变e eel小于加载时的瞬时弹小于加载时的瞬时弹性应变性应变 e ee。再经过一段时间后，还有一部分应变。再经过一段时间后，还有一部分应变e ee可以恢复，可以恢复，称为称为弹性后效弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变e

50、 ecr第二章 钢筋和混凝土的力学性能2.2 混凝土徐变系数徐变系数j(t，t0)Creep Coefficient当初始应力小于当初始应力小于0.5fc时，徐变在时，徐变在2年以后可趋于稳定，最终的年以后可趋于稳定，最终的徐变系数徐变系数j j=24。影响因素影响因素应力大小应力大小 是指初应力是指初应力(initial stress)的大小。是影响徐变的的大小。是影响徐变的非常主要的因素。初应力越大，徐变也越大。非常主要的因素。初应力越大，徐变也越大。当初始应力水平当初始应力水平s si/fc 0.5时，为时，为线性徐变线性徐变。当初应力当初应力s si 在在(0.50.8)fc 范围时，