第二章钢筋混凝土材料的力学性能.ppt

第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能第一节第一节 钢筋混凝土的一般概念钢筋混凝土的一般概念第二节第二节 钢筋的主要力学性能钢筋的主要力学性能第三节第三节 混凝土的主要力学性能混凝土的主要力学性能第四节第四节 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结P1P2(a)P1P2中和轴受拉钢筋(b)概念：由钢筋和混凝土结合在概念：由钢筋和混凝土结合在一起共同工作的材料，该材料一起共同工作的材料，该材料可充分利用混凝土的抗压性能可充分利用混凝土的抗压性能和钢筋的抗拉性能和钢筋的抗拉性能特点：特点： ① ①与砖木结构相比强度高；与砖木结构相比强度高； ② ②钢材用量少；钢材用量少； ③ ③耐久性好；耐久性好； ④ ④耐火性好；耐火性好； ⑤ ⑤可模性好；可模性好； ⑥ ⑥整体性好；整体性好； ⑦ ⑦材料来源广泛材料来源广泛. .图2.1素混凝土和钢筋混凝土破坏情况对比第一节第一节 钢筋混凝土的一般概念钢筋混凝土的一般概念①①软刚和硬刚钢筋的强度和变形性软刚和硬刚钢筋的强度和变形性能主要由单向拉伸测得的应力－应能主要由单向拉伸测得的应力－应变曲线来表征。

试验表明，钢筋的变曲线来表征试验表明，钢筋的拉伸应力－应变曲线可分为两类：拉伸应力－应变曲线可分为两类：有明显的流幅的钢筋（也称为软钢）有明显的流幅的钢筋（也称为软钢），没有明显流幅的钢筋（也称为硬，没有明显流幅的钢筋（也称为硬钢）②②比例极限比例极限 有明显流幅的钢筋应力－应变有明显流幅的钢筋应力－应变曲线，轴向拉伸时，在达到比例极曲线，轴向拉伸时，在达到比例极限限a a点之前，材料处于弹性阶段，软点之前，材料处于弹性阶段，软钢应力与应变的比值为常数，即为钢应力与应变的比值为常数，即为钢筋的弹性模量钢筋的弹性模量EsEs，，a a为应力应变成为应力应变成比例的极限状态，它所对应的应力比例的极限状态，它所对应的应力称为比例极限称为比例极限σ(MPa)εabcde比例极限屈服强度极限强度流幅③③屈服极限屈服极限 当应力达到当应力达到b b点后，材料开始屈点后，材料开始屈服，服，b b点称屈服的上限点，过点称屈服的上限点，过b b点后，点后，应力与应变曲线出现上下波动，形应力与应变曲线出现上下波动，形成一个明显的屈服台阶，屈服台阶成一个明显的屈服台阶，屈服台阶的下限的下限c c点所对应的应力称为点所对应的应力称为““屈屈服强度＂。

服强度＂ 一、钢筋的强度和变形一、钢筋的强度和变形④④极限强度极限强度当当钢钢筋筋屈屈服服塑塑流流到到一一定定程程度度，，即即到到达达点点c c以以后后，，应应力力－－应应变变曲曲线线又又开开始始上上升升，，抗抗拉拉能能力力有有所所提提高高，，随随着着曲曲线线上上升升到到最最高高点点d d，，相相应应的的应应力力称称为为钢钢筋筋的的极极限限强强度度，，cdcd段段称称为为钢钢筋筋的的强强化化阶阶段段过过了了d d点点以以后后，，钢钢筋筋在在薄薄弱弱处处的的断断面面将将显显着着缩缩小小，，发发生生局局部部颈颈缩缩现现象象，，变变形形迅迅速速增增加加，，应应力力随随之下降，直到过点之下降，直到过点e e时试件被拉断时试件被拉断第二节第二节 钢筋的主要力学性能钢筋的主要力学性能σ(MPa)ε0.85σb σb 0.2%⑤⑤条件屈服强度（硬刚）条件屈服强度（硬刚） 高碳钢与低碳钢不同，见右图，高碳钢与低碳钢不同，见右图，它没有明显的屈服台阶，塑性变形它没有明显的屈服台阶，塑性变形小，延伸率亦小，但极限强度高小，延伸率亦小，但极限强度高通常用残余应变为通常用残余应变为0.2%0.2%的应力，约的应力，约0.85σ0.85σb b作为假想屈服点作为假想屈服点( (或称条件或称条件屈服点屈服点) )，用，用σσ0.20.2表示，表示， 0.85σ0.85σb b 作为条件屈服强度。

作为条件屈服强度 σσb b 极限抗拉强度值极限抗拉强度值硬钢应力应变曲线⑥⑥钢筋的伸长率钢筋的伸长率 除强度指标外，钢筋还应具有一定的塑性变形能力反除强度指标外，钢筋还应具有一定的塑性变形能力反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能所谓伸长率映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能所谓伸长率即钢筋拉断后的伸长值与原长的比率：即钢筋拉断后的伸长值与原长的比率：式中：式中： δ δ 伸长率（伸长率（% %）） l 试件受力前的标距长度（有试件受力前的标距长度（有5d、、10d、、100d）） l1 试件拉断后的标距长度试件拉断后的标距长度 伸长率越大的钢筋塑性越好，即拉伸前有足够的伸长，伸长率越大的钢筋塑性越好，即拉伸前有足够的伸长，使构件的破坏有预兆；反之构件的破坏具有突发性而呈现脆使构件的破坏有预兆；反之构件的破坏具有突发性而呈现脆性⑦⑦钢筋的冷弯性能钢筋的冷弯性能 为了使钢筋在加工成型时不发生断裂，要求钢筋具有一为了使钢筋在加工成型时不发生断裂，要求钢筋具有一定的冷弯性能。

冷弯是将直径为定的冷弯性能冷弯是将直径为d d的钢筋绕某一规定直径为的钢筋绕某一规定直径为D D的钢辊进行弯曲，在达到规定的冷弯角度（的钢辊进行弯曲，在达到规定的冷弯角度（180180度）时钢筋度）时钢筋不发生裂纹、鳞落或断裂，就表示合格见表不发生裂纹、鳞落或断裂，就表示合格见表1-11-1表1-1 各种钢筋伸长率及冷弯试验要求钢筋种类HPB235HRB335HRB400伸长率δ5（%）251614冷弯要求 (冷弯角度)180018001800δ5 表示试件长度为5d的钢筋的伸长率二、钢筋的成分、分类、级别、品种二、钢筋的成分、分类、级别、品种成分：成分： 钢筋的主要成分为铁、还有少量的碳、锰、硅、钒、钛钢筋的主要成分为铁、还有少量的碳、锰、硅、钒、钛及一些有害元素如磷、硫等及一些有害元素如磷、硫等 钢材的强度随含碳量的增加而增加，但其塑性性能及可钢材的强度随含碳量的增加而增加，但其塑性性能及可焊性随之降低焊性随之降低 锰、硅、钒、钛等少量合金元素可将钢材的强度、塑性锰、硅、钒、钛等少量合金元素可将钢材的强度、塑性等综合性能提高等综合性能提高。

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、在碳素钢基础上加入少量的硅、锰、 钛、钒、铬等钛、钒、铬等合金元素有效提高钢材的强度，改善钢材的其它性能合金元素有效提高钢材的强度，改善钢材的其它性能低碳钢－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%ⅠⅠ级级热轧钢筋、钢丝热轧钢筋、钢丝 ⅡⅡ、、ⅢⅢ、、ⅣⅣ级级热轧钢筋、热处理钢筋热轧钢筋、热处理钢筋 分类：分类： 我国建筑工程中采用的钢筋，按我国建筑工程中采用的钢筋，按化学成分化学成分可分为可分为碳素钢碳素钢和和普通普通低合金钢低合金钢两大类热热轧轧钢钢筋筋 －－ 将将低低碳碳钢钢、、低低合合金金钢钢在在高高温温下下轧轧制制而而成成，，为为软软钢钢根据强度高低，分为根据强度高低，分为四个级别四个级别消消除除应应力力光光面面钢钢丝丝－－将将钢钢筋筋拉拉拔拔，，校校直直，，中中温温回回火火消消除除应应力力并并稳定化处理的光面钢丝按照直径分为六个级别稳定化处理的光面钢丝按照直径分为六个级别………按按制制造造工工艺艺品种及级别：品种及级别：《《混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范》》规定：用于钢筋混凝土结构的国产普规定：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国产预应力通钢筋可使用热轧钢筋；用于预应力混凝土结构的国产预应力钢筋可使用消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝、钢绞线或钢筋可使用消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝、钢绞线或热处理钢筋。

热处理钢筋热热处处理理钢钢筋筋 －将将热热轧轧的的螺螺纹纹钢钢筋筋再再通通过过加加热热、、淬淬火火和和回回火火的的调调质热处理，可显著提高强度质热处理，可显著提高强度螺螺旋旋肋肋钢钢丝丝 －由由热热轧轧圆圆盘盘条条经经冷冷轧轧减减小小直直径径后后在在其其表表面面冷冷轧轧成成带有月牙肋的钢筋按照直径分级别带有月牙肋的钢筋按照直径分级别刻刻痕痕钢钢丝丝 －在在光光面面钢钢丝丝的的表表面面进进行行机机械械刻刻痕痕处处理理，，增增加加与与混混凝凝土的粘结能力土的粘结能力钢绞线钢绞线：由多根高强钢丝捻制在一起，低温回火消除应力后：由多根高强钢丝捻制在一起，低温回火消除应力后制成，分为制成，分为3 3股、股、7 7股三种 HPB235HRB335HRB400高强钢丝σ(Mpa)ε0热轧钢筋级别：热轧钢筋级别： 我国建筑工程中采用的热我国建筑工程中采用的热轧钢筋有以下轧钢筋有以下4 4级：级：①①HPB235(Q235)ⅠⅠ级级: 热轧光热轧光面面235235级，级，用于混凝土板、箍筋用于混凝土板、箍筋;②②HRB335(20MnSi)ⅡⅡ级级: 热轧热轧带肋带肋335335级，级，应用广泛应用广泛;③③HRB400(20MnSiV，20MnSiPb，20MnTi) ⅢⅢ级级: 热热轧轧月月牙牙肋肋400400级级。

用于预应力钢筋用于预应力钢筋;④④RRB400(K20MnSi) 余热处理ⅢⅢ级级: :用用HRB335(20MnSi)HRB335(20MnSi)穿穿水水热热处处理理而而成，成，用于预应力钢筋用于预应力钢筋 2020表表示示含含碳碳量量为为0.2%0.2%，，其其余余合合金金元元素素的的含含量量在在1.5%1.5%以以下下，， k k为为控控制制的意思普通钢筋强度标准值及设计值(N/mm2)钢筋种类钢筋种类符号符号d(mm)fykfyfy＇＇HPB235(Q235)φ8~20235210210HRB335(20MnSi)6~50335300300HRB400(20MnSiV、、 20MnSiNb、、 20MnTi)6~50400360360RRB400(K20MnSi)8~40400360360R注：注：1. 1. 当当d d大于大于40mm40mm时，应有可靠的工程经验时，应有可靠的工程经验 2. 2. fykfyk钢筋的标准强度，具有钢筋的标准强度，具有95%95%以上的保证率，由屈服极限确定以上的保证率，由屈服极限确定 3. 3. fyfy钢筋的抗拉强度设计值，钢筋的抗拉强度设计值，fyfy‘‘钢筋的抗压强度设计值。

钢筋的抗压强度设计值             HPB－HOT ROLLED PLAIN STEEL BAR             HRB－HOT ROLLED RIBBED STEEL BAR              RRB－REMAINED HEAT TREATMENT RIBBED STEEL BAR三、钢筋的冷拉和冷拔三、钢筋的冷拉和冷拔(1)(1)冷拉冷拉 冷冷拉拉是是将将热热轧轧钢钢筋筋在在常常温温下下拉拉到到超超过过钢钢筋筋屈屈服服强强度度的的某某一一应应力力值值冷冷拉拉能能提提高高钢钢筋筋抗抗拉拉强强度度，，但但不不能能提提高高抗抗压压强强度度冷冷拉拉具具有有节省钢材，调直钢筋，自动除锈，检查焊接质量的作用节省钢材，调直钢筋，自动除锈，检查焊接质量的作用2)(2)冷拔冷拔 冷冷拔拔是是将将Φ6Φ6～～Φ8Φ8的的HPB235HPB235级级钢钢筋筋，，常常温温下下用用强强力力从从直直径径较较小小的的硬硬质质合合金金拔拔丝丝模模拔拔出出，，使使它它产产生生塑塑性性变变形形，，拔拔成成较较细细直直径径的的钢钢丝丝，，以以提提高高其其强强度度的的冷冷加加工工方方法法。

冷冷拔拔后后钢钢筋筋的的强强度度得得到到了了较较大大的的提提高高，，但但塑塑性性却却有有较较大大的的降降低低经经过过冷冷拔拔加加工工的的低低碳碳钢钢丝丝，，须须逐逐盘盘检检验验，，分分为为甲甲、、乙乙两两级级，，甲甲级级用用作作预预应应力力钢钢筋筋，，乙乙级级用用作作非非预预应应力力钢筋σσadeo冷拉伸长率ε冷拉后的应力—应变曲线kσklεkk’d’e’φb5φb4φb3σ200o冷拔钢筋的应力—应变曲线 21.9φ6400600ε(10-2) 冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，故不宜用作受压钢筋；冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，故不宜用作受压钢筋；而冷拔可同时提高抗拉和抗压强度而冷拔可同时提高抗拉和抗压强度 ！！！必须指出，上述冷加工钢筋以大幅度牺牲延性来换！！！必须指出，上述冷加工钢筋以大幅度牺牲延性来换取强度的有限提高，终究不是提高结构性能的有效途径，近年取强度的有限提高，终究不是提高结构性能的有效途径，近年来，强度高、性能好的钢筋（钢丝、钢绞丝）在我国已可充分来，强度高、性能好的钢筋（钢丝、钢绞丝）在我国已可充分供应，故冷拉钢筋和冷拔钢丝不在列入新供应，故冷拉钢筋和冷拔钢丝不在列入新《《混凝土规范混凝土规范》》，但，但并不是不允许使用这些钢筋。

当应用这些钢筋时，应符合专门并不是不允许使用这些钢筋当应用这些钢筋时，应符合专门规程的规定规程的规定 四、钢筋的形式四、钢筋的形式(b)(a)(c)(d)光面钢筋光面钢筋 (a):HPB235带肋钢筋带肋钢筋 (b)_(d): (b)螺纹钢筋螺纹钢筋 (c)人字纹钢筋人字纹钢筋 (d) 月牙形钢筋月牙形钢筋 我国带肋钢筋的外形目前生产的我国带肋钢筋的外形目前生产的是月牙形是月牙形HRB335—表面有阿拉表面有阿拉伯数字伯数字“2”，， HRB400—表面有阿表面有阿拉伯数字拉伯数字“3”1、、立方体抗压强度立方体抗压强度（（fcu））及强度等级及强度等级 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的强度等级是用抗压强度来划分的混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的混凝土强度等级：边长混凝土强度等级：边长150mm立方体立方体标准试件标准试件，在，在标准条件标准条件下下（（20±3℃，，≥90%湿度）养护湿度）养护28天天，用，用标准试验方法标准试验方法（加载速度（加载速度0.15~0.3N/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%保证率保证率的的立方体抗压强度，用符号立方体抗压强度，用符号C表示，例如表示，例如C30表示表示fcu,k=30N/mm2 ，， fcu,k表示混凝土强度标准值，注意：表示混凝土强度标准值，注意： fcu与与fcu,k的区别在于是否具有的区别在于是否具有95%的保证率。

的保证率第三节第三节 混凝土的主要力学性能混凝土的主要力学性能一、混凝土的强度一、混凝土的强度 根据根据《《规范规范》》强度范围，强度范围，从从C15~C80共划分为共划分为14个强度个强度等级等级，级差为，级差为5N/mm2C50以上为以上为高强混凝土高强混凝土 如果采用的是如果采用的是100mm、、200mm的非标准试件，应乘以的非标准试件，应乘以0.95、、1.05的系数将其折算成标准试件的系数将其折算成标准试件 规规范范《《GB50010—2..2》》4.1.2规规定定：：在在钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构中中，，混混凝凝土土的的强强度度等等级级不不宜宜低低于于C15；；当当采采用用HRB335级级钢钢筋筋时时，，混混凝凝土土强强度度等等级级不不应应低低于于C20；；当当采采用用HRB400和和RRB400级级钢钢筋筋以以及及的的对对承承受受重重复复荷荷载载的的构构件件，，混混凝凝土土强强度度等等级级不不得得低低于于C20预预应应力力混混凝凝土土结结构构的的混混凝凝土土强强度度等等级级不不应应低低于于C30；；当当采采用用预预应应力力钢钢丝丝、、钢钢绞绞线线、、热热处处理理钢钢筋筋作作预预应应力力钢钢筋筋时时，，混凝土强度等级不宜低于混凝土强度等级不宜低于C40。

影响立方体抗压强度的因素：影响立方体抗压强度的因素：试验方法试验方法：压力机垫板的横向摩擦约束，造成混凝土试块端部处在：压力机垫板的横向摩擦约束，造成混凝土试块端部处在多轴受力状态，就象在试件上下端各加了一个套箍，致使破坏时形多轴受力状态，就象在试件上下端各加了一个套箍，致使破坏时形成两个对顶的角锥破坏面，抗压强度高于无约束情况成两个对顶的角锥破坏面，抗压强度高于无约束情况不涂润滑剂涂润滑剂>加载速度：加载速度：加载速度越快，测得的强度越高通常取每秒加载速度越快，测得的强度越高通常取每秒0.2~0.3N/mm2成型龄期成型龄期：立方体抗压强度随着：立方体抗压强度随着成型成型龄期的增长，开始增长较快，龄期的增长，开始增长较快，后期较慢后期较慢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，用符号轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号fc表示，比较表示，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h/b=2~3，，我国通常以我国通常以150mm×150mm×300mm的棱柱体试件为的棱柱体试件为标准试件。

不采取减摩措施标准试件不采取减摩措施 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柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为 0.88—实验试件与实际结构的差异修正系数实验试件与实际结构的差异修正系数αc1—棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值，棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值， 对对C50以下取以下取0.76，对，对C80取取0.82，其间按线性差值计算其间按线性差值计算 αc2—C40以上混凝土脆性折减系数，以上混凝土脆性折减系数， C40取取1.0，，C80取取0.87，其间线性，其间线性差值计算差值计算 3、混凝土轴心抗拉强度、混凝土轴心抗拉强度 混凝土轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度ft是采用是采用100mm×100mm ×500mm的棱柱体，两端设有螺纹钢筋，在实验机的棱柱体，两端设有螺纹钢筋，在实验机上受拉来测定的当试件拉裂时测得的平均拉应力上受拉来测定的当试件拉裂时测得的平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉强度实验表明，混凝土的即为混凝土的轴心抗拉强度实验表明，混凝土的抗拉强度比抗压强度低得多，混凝土轴心抗拉强度抗拉强度比抗压强度低得多，混凝土轴心抗拉强度只是混凝土立方体抗压强度的只是混凝土立方体抗压强度的1/17～～1/8倍倍,而且随而且随混凝土强度等级的提高而减小。

混凝土强度等级的提高而减小劈拉试验PaP拉压压第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能4、混凝土强度指标、混凝土强度指标 混混凝凝土土强强度度也也有有标标准准值值和和设设计计值值之之分分，，混混凝凝土土强强度度的的标标准准 值值 具具 有有 95%的的 保保 证证 率率 ，， 若若 将将 其其 除除 以以 材材 料料 分分 项项 系系 数数 γc（（γc=1.4）），，即即得得混混凝凝土土强强度度设设计计值值，，混混凝凝土土强强度度标标准准值值按按下下表采用表表1-5二、混凝土的变形二、混凝土的变形 Deformation混凝土混凝土变形变形受力变形受力变形－一次短期加载、荷载长期作用（徐变）和多次－一次短期加载、荷载长期作用（徐变）和多次重复加载作用（疲劳）下产生的变形重复加载作用（疲劳）下产生的变形体积变形体积变形－硬化过程中的收缩以及温度和湿度变化－硬化过程中的收缩以及温度和湿度变化1. 1. 一次短期加载作用下混凝土的变形性能一次短期加载作用下混凝土的变形性能 混凝土单轴受力时的混凝土单轴受力时的应力应力-应变关系（应变关系（ s s －－e e ））反映了混凝反映了混凝土受力全过程的重要力学特征，是分析土受力全过程的重要力学特征，是分析混凝土构件应力混凝土构件应力、建立、建立承载力和变形计算理论承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行的必要依据，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）） 混凝土受压时的应力应变关系混凝土受压时的应力应变关系02468102030s(MPa)e ×10-3A比例极限比例极限B临界点临界点C峰点峰点D拐点拐点E收敛点收敛点上升段上升段下降段下降段上上升升段段OA段－加载至段－加载至(0.3~0.4)fc，，变形主要是骨料和水泥结晶体受力产变形主要是骨料和水泥结晶体受力产生的弹性变形生的弹性变形AB段－裂缝稳定扩展阶段段－裂缝稳定扩展阶段，，B点点的应力可以作为长期抗压强度的依据的应力可以作为长期抗压强度的依据BC段－不稳定裂缝扩展阶段段－不稳定裂缝扩展阶段，， C点的应力为棱柱体的抗压强度点的应力为棱柱体的抗压强度fc，，相相应的应变称为峰值应变应的应变称为峰值应变 ，一般在，一般在0.002附近下降段下降段CE是混凝土达到峰值应力后裂是混凝土达到峰值应力后裂缝继续扩展、贯通缝继续扩展、贯通C点后，裂缝迅速点后，裂缝迅速扩展，内部结构的整体受到严重破坏，扩展，内部结构的整体受到严重破坏，赖以传递荷载的传力路线不断减少，应赖以传递荷载的传力路线不断减少，应力强度不断下降，曲线先下弯，直到凹力强度不断下降，曲线先下弯，直到凹向发生改变，出现拐点向发生改变，出现拐点D。

D点后，只点后，只靠骨料间的咬合力和摩擦力与残余承载靠骨料间的咬合力和摩擦力与残余承载面承受荷载面承受荷载收敛点收敛点E是曲线中曲率最是曲线中曲率最大的一点，大的一点，E开始以后的开始以后的曲线称为收敛段曲线称为收敛段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，强度等级越高，上上升段和峰值应变升段和峰值应变的的变化不显著，但，变化不显著，但，下降段的形状有较下降段的形状有较大的差异大的差异，，强度越强度越高高，下降段，下降段越陡越陡，，即即延性越差延性越差（（2）） 应力应变曲线的数学模型应力应变曲线的数学模型a. a. 美国美国E. Hognestad建议的模型建议的模型上升段上升段下降段下降段b. b.《《混凝土设计规范混凝土设计规范》》模型模型上升段：下降段：（（3 3）弹性模量测定方法）弹性模量测定方法se0.4fc5次 标准尺寸的棱柱体试件（标准尺寸的棱柱体试件（150mm ×150mm × 300mm)，，加载加载至至0.4fc，，然后卸载至然后卸载至0，重复加卸载，重复加卸载5次应力－应变曲线稳定次应力－应变曲线稳定为直线的斜率即为弹性模量。

为直线的斜率即为弹性模量2. 2. 荷载长期作用下混凝土的变形性能－荷载长期作用下混凝土的变形性能－徐变徐变Creep 结构或材料承受的荷载不变，而应变和变形随时间增长的结构或材料承受的荷载不变，而应变和变形随时间增长的现象称为徐变徐变主要与时间参数有关现象称为徐变徐变主要与时间参数有关徐变的不利之处徐变的不利之处：：徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，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，甚至会导致破坏引起预应力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏有利之处有利之处：：徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低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温结构的受力（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度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现 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，随，随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前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个月可达最终徐变的（个月可达最终徐变的（70~80））%，以后增长逐渐缓慢，，以后增长逐渐缓慢，2~3年后趋于稳定。

年后趋于稳定t加荷瞬时加荷瞬时应应 变变徐变应变徐变应变残余应残余应 变变ε卸荷瞬时卸荷瞬时恢复应变恢复应变卸卸 荷荷 后后弹性后效弹性后效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，徐变与－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，徐变变形比应力应力成正比，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；c.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和湿－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，水泥水化作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，湿度越低，则用充分，徐变越小受荷后，环境温度越高，湿度越低，则徐变越大；徐变越大；d. 骨料弹性性质骨料弹性性质－骨料越坚硬，弹性模量越高，对水泥石徐－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；变的约束作用越大，混凝土徐变越小；e.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，徐变－水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐变越大；越大；f. 构件的形状、尺寸构件的形状、尺寸－大尺寸试件内部失水受到限制，徐变减－大尺寸试件内部失水受到限制，徐变减小。

小3. 3. 混凝土的收缩变形混凝土的收缩变形 混凝土在水中硬化时体积会膨胀，但其值较小，对混凝土混凝土在水中硬化时体积会膨胀，但其值较小，对混凝土影响不大影响不大 混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩 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）的约当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂混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凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失 某些某些对跨度比较敏感的超静定结构对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也（如拱结构），收缩也会引起不利的内力会引起不利的内力图：1-17 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，早期收缩变形发早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的展较快，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(2~5)×10-4 混凝土开裂应变为混凝土开裂应变为(0.5~2.7)×10-4◆◆◆◆ 影响因素影响因素 混混凝凝土土的的收收缩缩受受结结构构周周围围的的温温度度、、湿湿度度、、构构件件断断面面形形状状及及尺尺寸寸、、配配合合比比、、骨骨料料性性质质、、水水泥泥性性质质、、混混凝凝土土浇浇筑筑质质量量及及养养护条件等许多因素有关护条件等许多因素有关 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 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 干燥失水及高温环境，收缩大干燥失水及高温环境，收缩大 小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小 高强混凝土收缩大高强混凝土收缩大 影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难 在在实实际际工工程程中中，，要要采采取取一一定定措措施施减减小小收收缩缩应应力力的的不不利利影影响响——施工缝。

施工缝 钢筋与混凝土的粘结力，是保证钢筋和混凝土共同工作的必要条钢筋与混凝土的粘结力，是保证钢筋和混凝土共同工作的必要条件，其在混凝土中的粘结锚固力有以下四个方面：件，其在混凝土中的粘结锚固力有以下四个方面：①①钢筋和混凝土接触面上的粘结钢筋和混凝土接触面上的粘结——化学吸附力化学吸附力，亦称，亦称胶结力胶结力这来源于浇注时水泥浆体向钢筋表面氧化层的渗透和养护过程中水泥晶体源于浇注时水泥浆体向钢筋表面氧化层的渗透和养护过程中水泥晶体的生长和硬化，从而使水泥胶体与钢筋表面产生吸附胶着作用这种的生长和硬化，从而使水泥胶体与钢筋表面产生吸附胶着作用这种化学吸附力只能在钢筋和混凝土的界面处于原生状态时才存在，一旦化学吸附力只能在钢筋和混凝土的界面处于原生状态时才存在，一旦发生滑移，它就失去作用发生滑移，它就失去作用 ，其值很小，不起明显作用其值很小，不起明显作用②②钢筋与混凝土之间的钢筋与混凝土之间的摩阻力摩阻力由于混凝土凝固时收缩．使钢筋与混由于混凝土凝固时收缩．使钢筋与混凝土接触面上产生正应力，因此，当钢筋和混凝土产生相对滑移时凝土接触面上产生正应力，因此，当钢筋和混凝土产生相对滑移时(或有相对滑移的趋势时或有相对滑移的趋势时)，在钢筋和混凝土的界面上将产生摩阻力。

在钢筋和混凝土的界面上将产生摩阻力光面钢筋与混凝土的粘结力主要靠摩阻力光面钢筋与混凝土的粘结力主要靠摩阻力 第四节第四节 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结一、钢筋与混凝土的粘结作用一、钢筋与混凝土的粘结作用③③钢筋与混凝土的钢筋与混凝土的咬合力咬合力对于光面钢筋，咬合力是指表面粗糙不平对于光面钢筋，咬合力是指表面粗糙不平而产生的咬合作用；对于带肋钢筋，咬合力是指带肋钢筋肋间嵌入混而产生的咬合作用；对于带肋钢筋，咬合力是指带肋钢筋肋间嵌入混凝土而形成的机械咬合作用，这是带肋钢筋与混凝土粘结力的主要来凝土而形成的机械咬合作用，这是带肋钢筋与混凝土粘结力的主要来源④④机械锚固力机械锚固力弯钩、弯折及附加锚固措施所提供的粘结锚固作用弯钩、弯折及附加锚固措施所提供的粘结锚固作用σraad劈裂裂缝ftft(a)挤压产生的咬合力(b)A-A剖面上的力◆◆◆◆光面钢筋与混凝土的粘结强度光面钢筋与混凝土的粘结强度光面钢筋与混凝土的粘结强度光面钢筋与混凝土的粘结强度（（（（τ τμ μ））））主要取决于胶结力和摩主要取决于胶结力和摩主要取决于胶结力和摩主要取决于胶结力和摩擦阻力◆◆变形钢筋与混凝土的粘结强度变形钢筋与混凝土的粘结强度变形钢筋与混凝土的粘结强度变形钢筋与混凝土的粘结强度（（（（τ τμ μ））））主要取决于咬合力。

主要取决于咬合力主要取决于咬合力主要取决于咬合力 τ τμ μ通过拔出试验按下式确定：通过拔出试验按下式确定：通过拔出试验按下式确定：通过拔出试验按下式确定：ldTτμmaxτ 影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素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土的强度等级的提高而提高不与fcu成正成正比，而是与比，而是与ft成正比与与光圆钢筋相比，变形钢筋具有较高的粘结强度光圆钢筋相比，变形钢筋具有较高的粘结强度钢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，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，粘结强度形成贯穿整个梁宽的劈裂裂缝，粘结强度显著降低显著降低横向钢筋（如箍筋）可以限制混凝土内部裂缝的发横向钢筋（如箍筋）可以限制混凝土内部裂缝的发展，提高粘结强度展，提高粘结强度直接支承的支座处，粘结强度得到提高直接支承的支座处，粘结强度得到提高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深度过大，钢筋底面的混凝土出现沉淀收缩和离析泌水，使二者之间沉淀收缩和离析泌水，使二者之间产生强度较低的疏松空隙层。

产生强度较低的疏松空隙层 (1)钢筋的锚固钢筋的锚固 为为了了使使钢钢筋筋和和混混凝凝土土能能可可靠靠地地共共同同工工作作，，钢钢筋筋在在混混凝凝土土中中必必须有可靠的锚固须有可靠的锚固①①受拉钢筋的锚固受拉钢筋的锚固 当当计计算算中中充充分分利利用用钢钢筋筋的的强强度度时时，，混混凝凝土土结结构构中中纵纵向向受受拉拉钢钢筋的锚固长度应按下列公式计算：筋的锚固长度应按下列公式计算：普通钢筋：普通钢筋：预应力钢筋：预应力钢筋：二、钢筋的锚固与搭接二、钢筋的锚固与搭接式中式中 la ——受拉钢筋的锚固长度；受拉钢筋的锚固长度； fy、、fpy——普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值 ft——混混凝凝土土轴轴心心抗抗拉拉强强度度设设计计值值当当混混凝凝土土强强度度大大于于C40时，按时，按C40取用 d ——钢筋的公称直径；钢筋的公称直径； α——钢钢筋筋的的外外形形系系数数，，按按下下表表取取用用对对应应《《规规范范》》表表9.3.1 钢筋的外形系数钢筋的外形系数α钢筋类型钢筋类型光面钢筋光面钢筋带肋钢筋带肋钢筋刻痕钢筋刻痕钢筋螺旋肋钢筋螺旋肋钢筋三股钢绞线三股钢绞线七股钢七股钢绞线绞线α0.160.140.190.130.160.17当符合下列条件时，锚固长度应加以修正：当符合下列条件时，锚固长度应加以修正：※对于直径大于对于直径大于25mm的的HPB335、、HRB400和和RRB400时，其锚固时，其锚固长度应取计算结果乘以修正系数长度应取计算结果乘以修正系数1.1 。

※为了减少锚固长度，可在受拉钢筋末端采用机械锚固措施对为了减少锚固长度，可在受拉钢筋末端采用机械锚固措施对于于HRB335、、HRB400和和RRB400级钢筋，当采用机械锚固措施时，级钢筋，当采用机械锚固措施时，其锚固长度（包括附加锚固端头在内）可取按公式计算的锚固长其锚固长度（包括附加锚固端头在内）可取按公式计算的锚固长度的度的0.7倍详见 《《规范规范》》9.3.1和和9.3.2条条P114、、P115la锚固长度D=4dd5d1350(a)末端带1350弯钩dd5d（b）末端与钢板穿孔塞焊dd5dd（c）末端与短钢筋双面贴焊钢筋机械锚固的形式及构造要求钢筋机械锚固的形式及构造要求②②受压钢筋的锚固受压钢筋的锚固 当当计计算算中中充充分分利利用用纵纵向向钢钢筋筋的的受受压压强强度度时时，，其其锚固长度不应小于受拉钢筋锚固长度的锚固长度不应小于受拉钢筋锚固长度的0.7倍 必必须须注注意意，，对对于于光光面面钢钢筋筋（（受受拉拉或或受受压压）），，其其末末端端均均应应做做180o标标准准弯弯钩钩焊焊接接骨骨架架、、焊焊接接网网中中的的光面钢筋可不做弯钩光面钢筋可不做弯钩。

 绑扎搭接是指将两根钢筋的端头在一定长度内并放，并采用绑扎搭接是指将两根钢筋的端头在一定长度内并放，并采用适当的连接将一根钢筋的力通过钢筋与混凝土之间的粘结力传给适当的连接将一根钢筋的力通过钢筋与混凝土之间的粘结力传给另一根钢筋另一根钢筋钢筋搭接的原则是钢筋搭接的原则是：：接头应设置在受力较小处，同一根钢筋上应接头应设置在受力较小处，同一根钢筋上应尽量少设接头，机械连接接头能产生较牢固的连接力，应优先采尽量少设接头，机械连接接头能产生较牢固的连接力，应优先采用机械连接用机械连接搭接长度要求：搭接长度要求： 受拉钢筋：受拉钢筋： 受压钢筋：受压钢筋： (2)钢筋的搭接钢筋的搭接接长钢筋的办法：接长钢筋的办法：绑扎搭接；焊接；机械连接绑扎搭接；焊接；机械连接  。