钢筋混凝土材料力学性能

1、2018年9月21日星期五9时31分58秒,1,钢筋混凝土材料力学性能,变形：,1）受力变形,2）体积变形,一次短期加载 荷载长期作用 多次重复加载,砼收缩、膨胀 温度、湿度变化引起变形,四、砼的变形性能,1）砼的受压时的关系曲线分析：,曲线的测定,1、砼一次短期加载时的变形性能：,上升段OC ： OA： 0.8fc ，砼内部微裂缝进入 非稳态的发展阶段 下降段CF： 试验机刚度小，测不来。 规范取u = 0.0033。,影响曲线的因素,a 、强度,b、加荷速度,随强度提高，上升段和峰值变化不很显著，强度越高，峰值越大，但下降段越陡，说明延性较差。,加荷速度越低，应力峰值越小，但达到峰值时的应变增大，下 降段越平缓，说明延性较好。,2）砼受压曲线数学模型：,美国 E.Hogestad 建议的模型：,上升段为二次抛物线， 下降段为斜直线,上升段：当 0时,下降段： 0 cu，,取0 = 0.002, cu = 0.0038,2018年9月21日星期五9时31分58秒,5,前西德 Rusch 建议的模型,上升段： 0, 抛物线,下降段： 0 cu, 水平直线=fc,取0 = 0.002,

2、cu = 0.0035, 三向复合应力状态下，砼的强度比单向受压时增大，并且延性提高。 试验知，试件的侧向液体压力增加，试件的强度和延性提高。,3）砼处于三向受压状态时的变形特点：,工程中通过设置密排螺旋筋或箍筋约束砼，这是一种波动的约束方式，如轴向压力较小，则内部砼无约束；只有当轴向压力较大时，砼才处于三向受力状态。螺旋筋和箍筋愈密，强度和延伸性提高的越多，密排箍筋对提高延伸性较好，但对于提高强度相对较差。延伸性好，抗震性能就好。,4）砼的变形模量,图中，砼应力为时的总应变 为=ela + pla ela砼的弹性应变部分， pla砼的塑性应变部分,弹性模量 Ec：,变形模量 Ec（或割线模量）,（3）切线模量,Ec=tg0=c/ela,Ec=tg1=c/c,在应力c处作一切线，其应力增量与应变增量之比值即为相应于应力为c时的砼的切线模量。E“c= tg=dc/dc,Ec和Ec 的关系,Ecela= Ecc Ec=(ela/c )Ec=Ec砼受压时的弹性系数应力较小时，对于弹性阶段 =1应力值增高时，处于弹塑性阶段 1 并且越 高，越小。,弹性模量 Ec的测定：,150*150*300

3、mm试件，加荷至=0.5 fc ，然后卸荷重复加载 5 10 次，曲线接近直线，直线的斜率就为 Ec 统计：,5）砼受拉时的关系：,也存在上升段与下降段 受拉弹性模量 Ec和受压弹性模量 Ec基本相同。,2、砼重复加载下的变形性能 （砼的疲劳性能）：,一次加卸荷后，会出现 BB 这样可恢复变形，称为弹性后效， BO称为残余变形。 多次重复加荷作用下一次加卸荷应力1 ffc ，开始时曲线突向轴，多次后变成直线，再多次突向应变轴，这就标志着砼内部微裂缝的发展加剧，构件趋于破坏；随次数增加，直线的倾角变小，至荷载重复到某一定次数时，砼会因严重开裂或变形过大而开裂破坏。这种在多次重复荷载作用下的破坏称疲劳破坏。,疲劳强度ffc大致在0.5fc 左右,3 、砼在长期荷载作用下的变形性能,1）徐变定义：,2）典型的徐变曲线：,100 mm * 100 mm* 400 mm的棱柱体试件 ela：瞬时应变 c：徐变应变 c= ( 1 4 ) ela ela ：瞬时恢复应变 ela ela“ela ：弹性后效 c ：残余应变,2018年9月21日星期五9时31分58秒,13,3）徐变原因,a、砼中结硬的

4、水泥凝胶体，在持续外力作用下，产生粘性蠕动，压应力逐渐传给骨料，使其应力增大，相应变形也增大。卸荷后，水泥胶体又逐渐恢复原状，骨料逐渐将这部分应力传给胶凝体，于是就产生弹性后效。（当较小时） b、砼内部微裂缝发展也使应变加大（当应力较大时）,4）徐变的分类,a、线性徐变：应力（ 0.5 fc）较大时，徐变变形与应力不成正比，徐变比应力增长得快。,2018年9月21日星期五9时31分58秒,14,5）长期极限强度：,高压力状态下可能会引起砼的破坏，所以取（0.75 0.80）fc为砼的长期极限强度。,6）徐变影响因素,a）时间 b）应力 c）龄期,d）成份：水泥越多，徐变越大；W/C 越大，徐变越大,e）骨料：越坚硬，弹性模量越高，以及骨料所占体积比越大，徐变越小。,f）外部环境：养护时温度高，湿度大，徐变小；蒸汽养护，徐变小，受荷后所处的环境温度越高，徐变越大。,2018年9月21日星期五9时31分58秒,15,7）徐变的特点：,优点：,缺点：,会缓和应力集中，降低温度应力，减小不均匀沉降引起的结构内力，延缓收缩裂缝在受拉构件中的产生。,a）引起构件内部应力的重分布，使砼应力减小，钢筋

5、 应力增大；使受弯和偏压构件的受压区变形加大，故受弯构件挠度增加，使偏压构件的附加偏心距加大，而导致构件的承载力降低。 b）在预应力砼结构中引起预应力损失。 c）还有其他缺点，对此设计时应加以考虑。,4、砼的收缩和膨胀变形,1）收缩,定义：,产生原因：,特点：（缺点）,a、产生拉应力，甚至导致砼产生裂缝。 b、预应力砼结构中，产生预应力损失。 c、在钢筋和砼中引起应力重分布，钢筋受到压应力而 砼则受到拉应力，为缩小构件中的收缩应力，可设置伸缩缝，必要时可使用膨胀水泥。 注意：钢砼比素砼的收缩量要小,砼的干缩和凝缩,影响因素,a、水泥的品种和用量：水泥强度越高， Shrinka ge 越大水泥用量越多，收缩越大；水灰比越大，收缩大 、骨料的性质：弹性模量小，收缩小。 c、养护条件：周围湿度大，收缩小 d、砼的制作方法：密实，收缩小 e、使用环境：湿度大，收缩小 f、体表比：体表比大，收缩小,2）膨胀变形,砼在水中结硬时，体积要膨胀，但此值相对于收缩来说很小，且膨胀对结构是有利的，设计时可不予考虑。,第三节 钢筋与砼间的粘结,一、粘结力的概念 二、粘结力的组成 三、粘结力的试验 四、粘结力

6、的破坏机理和影响 粘结强度的因素,本节内容,一、粘结力的概念,分布在钢筋和砼的接触面，并且沿着纵向的剪应力。,二、粘结力的组成：,1、砼凝结时，水泥胶体的化学作用，使钢筋和砼表 面上产生的胶结力。（此力很小，接触面发生滑移时，将消失）,2、由于砼凝结时收缩，握裹住钢筋，在发生相对滑动时产生的摩阻力。,3、钢筋表面粗糙不平或变形钢筋凸起的肋纹与砼的咬合力。,4、当采用锚固措施后所造成的机械锚固力等,（锚固是通过在钢筋一定长度上粘结力的积累成某种构造措施，将钢筋“锚固”在砼中，保证钢筋和砼共同工作。）,三、粘结力的试验：,1、钢筋锚固端的粘结应力（锚固粘结）,1）光园钢筋拔出试验：（拉拔试验）,钢筋埋入的越长，拔出时所需拉力越大，如过长，则过长 部分上应力分布近于零，此部分不起作用。受拉钢筋在支座或节点处应有足够的长度，即“锚固长度” 沿钢筋纵向的粘结应力，其平均值 =P/dl a 粘结强度：通常指粘结失效（钢筋被拔出或砼被劈裂）时的最大平均粘结应力。但对埋入端头做有弯钩或弯折的钢筋，其锚固要考虑滑移量。,2）变形钢筋拔出试验,与光圆钢筋不同的是，其应力分布衰减段略有凹进，随着荷载的增加，

7、应力分布长度将增大，不过分布长度增大缓慢，应力图形的峰值也将增大，光圆钢筋的峰值不断向埋入端内移，到破坏时呈三角形，而变形钢筋的峰值则移动很少，且在破坏时才明显内移。,3）压入试验,进行压入试验时，因钢筋受压缩短，直径增大，在应用时钢筋的端头又有砼顶住，对粘结性能有利，所得的粘结力要比拔出试验为大，粘结锚固强度高，这样钢筋埋置的锚固长度可较短。,2、钢筋中的粘结应力（局部粘结）,1） 轴心受拉试件,当外伸钢筋承受拉力后，在试件两端端部，钢筋与砼之间有了应变差，从而就导致粘结力的产生。通过粘结力逐步把钢筋承受的一部分拉力传给砼。 当拉力增大到一定程度，在试件的薄弱处由于砼的拉力超过砼的抗拉强度ft，而出现微裂缝。在裂缝处，砼将拉力传给钢筋，使钢筋伸长，砼向裂缝两边回缩，砼与钢筋接触而产生滑移。由于粘结力的存在，砼的收缩受到制约而逐渐减小，当减小到相对滑移为零的截面处，砼又能承受拉力，即粘结力又恢复作用，使钢筋应力逐渐减小，砼的拉应力逐渐增大，直到某截面砼的拉应力超过ft，而出现第二条裂缝。 这时裂缝两侧的粘结应力就称为局部粘结应力，它与构件的裂缝宽度计算及刚度计算有着重要的关系。,2）

8、板梁试件,四、粘结力的破坏机理和影响粘结强度的因素,1）光圆钢筋的粘结破坏：,粘结力主要是胶结力，在低应力状态下产生的滑移就是导致粘 结力破坏。为提高抗滑移性能，端部加弯钩，或弯转、弯折以加强锚固。这样做是为使钢筋至屈服而不被拔出，但滑移量较大，所以确定允许粘结力时，也可采 用一定的滑移量（如 0.20mm）作为依据。,2）变形钢筋的粘结破坏：,机械咬合力是粘结力的主要成份，变形钢筋比光圆钢筋的粘结强度大2 3 倍，滑移量较小。,1、粘结力的破坏机理,2018年9月21日星期五9时31分58秒,24,2、影响粘结强度的因素,1）粘结强度 随砼强度等级的提高而提高，与砼的抗拉强度等级成正比关系。锚固长度la与砼的抗拉强度的大小成正比。,2）砼的质量 水泥质量好，骨料强度高，级配均匀， 振捣，养护好，则粘结力大。,3）钢筋形式 变形钢筋粘结力大，月牙纹低于螺纹 5 15%，所以锚固略需 加长，变形钢筋直径加大时，肋相对变矮，粘结力变小。,4）保护层厚度 为保证粘结锚固性能可靠，保护层厚度 Cd ，防止发生劈裂裂缝。,2018年9月21日星期五9时31分58秒,25,5）横向钢筋对粘结粘结力的影响横向钢筋 能延缓裂缝和劈裂裂缝的发展，提高粘结强度。,7）反复荷载对粘结力的影响反复荷载对粘结力不利，反复荷载产生的粘应力愈大，重复次数越多，则粘结力受到的损害越严重。,6）钢筋有横向压力时对粘结力的影响：砼横向变形受到约束，摩阻力增大，抵抗滑移好，有利于粘结强度，故而在梁的简支支座处，可以相应地减少钢筋在支座处的锚固长度 。,

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