钢筋和混凝土的材料性能.ppt

第二章 钢筋和混凝土材料的力学性能,本章要点,钢筋的品种，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； 混凝土的破坏机理、受压应力-应变曲线、弹性模量； 复杂应力下混凝土的强度； 混凝土的收缩和徐变性能； 材料强度标准值，材料分项系数和材料强度设计值。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,2.1 钢 筋 Steel Reinforcement 一、钢筋的品种 热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢 筋,热轧钢筋是用普通低碳钢(含碳量不大于0.25%)和普通低合金钢(合金元素不大于5)制成。为了简化起见，在设计计算书和施工图上，各种强度等级的热扎钢筋均以下表的符号代表。,常用热轧钢筋的种类、代表符号和直径范围,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢 筋,注意： 钢筋的直径范围并不表示在上表列出的范围内任何直径的钢筋钢厂都生产。钢厂提供的钢筋直径为6mm，6.5mm，8mm，8.2mm，10mm，12mm，14mm，16mm，18mm，20mm，22mm，25mm，28mm，32mm，36mm，40mm，和50mm。其中， 8.2mm的钢筋仅适用于有纵肋的热处理钢筋，设计时应在上表的直径范围和上述的提供的直径内选用钢筋。直径大于40mm的钢筋主要用于大坝一类的大体积混凝土结构中。当采用直径大于40mm的钢筋时，应有可靠的工程经验。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢 筋,HPB235钢筋多为光面钢筋，多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。 HRB335和 HRB400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。 RRB400 是余热处理钢筋，它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形成的变形钢筋。其性能接近于HRB400 钢筋，但不如HRB400 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。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢 筋,HRB335和 HRB400以及RRB400由于强度较高，为了与混凝土更好地粘结，发挥其强度，制做成变形钢筋。变形钢筋有螺旋纹、人字纹和月牙纹。螺旋纹、人字纹的钢筋由两条纵肋和螺旋形横肋或人字形横肋组成，缺点：横肋较密，消耗于肋纹的钢材较多，且纵肋与横肋相交，容易造成应力集中，对钢筋的动力性能不利。而月牙纹钢筋的横肋与纵肋不相交，且横肋比前面两种变 形钢筋大，可以克服前面两种钢筋的缺点，但是，其粘结强度降低不少。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,钢丝，中强钢丝的强度为8001200MPa，高强钢丝、钢绞线的为 1470 1860MPa；钢丝的直径39mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.515.2 mm。中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。 冷加工钢筋是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用，规范未将其列入其中。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,（1）冷拉钢筋,冷拉是使热轧钢筋的冷拉应力值先超过屈服强度，如图至K点，然后卸载，在卸载过程中，应力应变曲线沿直线KO回到O点，这时钢筋产生残余变形OO。如果立刻重新张拉，应力应变曲线将沿OKDE变化，这时的拉伸曲线就是OKDE。如果停留一段时间后再进行张拉，则应力应变曲线将沿OKKDE变化， 屈服点也从K提高到K，这种现象称为时效硬化。为了使钢筋冷拉时效后，既能提高强度，又能使钢材具有一定的塑性，应合理选择张拉控制点K。 冷拉工艺：控制应力和控制应变两种方法。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,（2）冷拔钢筋 冷拔是将钢筋用强力拔过比其直径小的硬质合金模。这时钢筋受到纵向拉力和横向压力的作用，内部结构发生变化，截面变小而长度增加。经过几次冷拔后，钢筋的强度比原来有很大提高，但塑性则显著降低，且没有明显的屈服点。冷拔可以同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,（3）冷轧钢筋 冷轧带肋钢筋是以低碳钢筋或低合金钢筋为原料，在常温下进行轧制而成的表面带有纵肋和月牙纹横肋的钢筋。它的极限强度与冷拔低碳钢丝相近，但伸长率比冷拔低碳钢丝有明显提高。用这种钢筋逐步取代普通低碳钢筋和冷拔低碳钢丝，可以改善构件在正常使用阶段的受力性能和节省钢材。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,（4）冷轧扭钢筋 冷轧扭钢筋是以热轧光面钢筋HPB235为原料，按规定的工艺参数，经钢筋冷轧扭机一次加工轧扁扭曲呈连续螺旋状的冷强化钢筋。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,热处理钢筋是将级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于预应力混凝土结构。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,二、钢筋的应力-应变关系 有明显屈服点的钢筋（热扎钢筋）,a为比例极限proportional limit s =Ese,a为弹性极限elastic limit,de为强化段strain hardening stage,b为屈服上限upper yield strength,c为屈服下限，即屈服强度 fy lower yield strength,cd为屈服台阶yield plateau,e为极限抗拉强度 fu ultimate tensile strength,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,l0 为试件拉伸前量测标距的长度；l为拉断时量测标距的长度（包括颈缩区）,由于延伸率中包含了颈缩断口区域的残余变形，一方面使得不同量测标距长度得到的结果不一致，另一方面也不能全面反映钢筋的变形能力，甚至带来概念上的混乱和错误。 为此，采用均匀延伸率来反映钢筋的变形能力。,反映钢筋力学性能的几个基本指标： 屈服强度：是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，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。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。 延 伸 率：钢筋拉断时的应变，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,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,L为拉断裂后不包含颈缩区的量测 标距长度，L0 为不包含颈缩区拉伸 前的量测标距长度,均匀延伸率dgt：对应最大应力时应变，包括了残余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力,强屈 比：极限强度与屈服强度的比值。反映钢筋的强度储备,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,有明显屈服点钢筋的应力-应变关系 根据热轧钢筋应力应变曲线的基本特征，在建立钢筋截面承载力计算理论时，作以下两点简化： （1）忽略从比例极限到屈服点之间钢筋微小的塑性变形，即假设钢筋应力不大于屈服点时应力应变关系一直服从胡克定律，处于理想弹性阶段； （2）不利用应力强化阶段，假设钢筋混凝土构件截面达到破坏时，钢筋拉应力保持为屈服点应力，应变则处于流幅以内。 经简化，热轧钢筋的应力应变关系简化为如下,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,无明显屈服点的钢筋（钢绞丝、消除应力钢丝、刻痕钢丝）,a点：比例极限，约为0.65fu a点前：应力-应变关系为线弹性 a点后：应力-应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点 强度设计指标条件屈服点 残余应变为0.2%所对应的应力 规范取s0.2 =0.85 fu,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,三、钢筋的强度标准值( Characteristic or Standard Strength) 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,m-3s，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。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,四、混凝土结构对钢筋的要求,1. 强度高 强度指的是屈服强度和极限强度。钢筋的屈服强度是混凝土结构构件的 计算的主要依据之一（对无明显屈服点的钢筋取条件屈服强度）。采用较高 强度的钢筋可以节省钢材，获得较好的经济效益。,2. 塑性好 要求钢筋在断裂前有足够的变形，能给人以破坏的预兆。因此，应保证 钢筋伸长率和冷弯性能合格。,3. 可焊性好 在许多情况下，钢筋的接长和钢筋之间的连接通过焊接。因此，要求在 一定的工艺条件下钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证焊接后的接头 性能良好。,4. 与混凝土的粘结锚固性能好 为了使钢筋的强度能够充分被利用和保证钢筋与混凝土共同工作，二者 之间应有足够的粘结力。 在寒冷地区，对钢筋的低温性能也有一定的要求。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,五、钢筋的选用原则,1. 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钢筋宜优先采用HRB400级和HRB335级钢筋，以节省钢筋用量，改善建筑建筑结构质量。此外，也可采用HRB235级钢筋和RRB400级热轧钢筋以及强度级别较低的冷拔冷轧和冷轧扭钢筋。,2. 预应力钢筋宜采用预应力钢绞丝、中高强钢丝，也可采用热处理钢筋。此外，还可以采用冷拉钢筋和强度级别较高的冷拔低碳钢丝和冷轧扭钢筋。,3. 冷加工钢筋在强度提高的同时，塑性大幅度降低，导致结构 构件的塑性减小，脆性加大。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,2.2 混凝土 在实际工程中，单向受力构件是极少见，一般混凝土均处于 复合应力状态。研究复合应力作用下混凝土的强度必须以单向应力作用下的强度为基础，因此单向受力状态下的混凝土的强度指标就很重要，它是结构构件分析和建立强度理论公式的重要依据。 混凝土的强度与水泥强度、水灰比、骨料品种、混凝土配合比、硬化条件和龄期等有很大关系。此外，试件的尺寸及形状、试验方法和加载时间的不同，所测得的强度也不同。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,一、混凝土的强度 1、混凝土强度等级 混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。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。 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150mm立方体标准试件，在标准条件下（203，90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度，用符号C表示，C30表示fcu,k=30N/mm2 规范GB50010根据强度范围，从C15C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。与原规范GBJ10-89相比，混凝土强度等级范围由C60提高到C80，C50以上为高强混凝土，有关指标和计算公式在C50与原规范GBJ10-89衔接。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,实际工程中常采用边长100mm非标准立方体试件，其强度平均值与标准立方体强度平均值之间的换算关系,小于C50的混凝土，修正系数m =0.95。随混凝土强度的提高，修正系数m 值有所降低。当fcu100=100N/mm2时，换算系数m 约为0.9,美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径150mm，高300 mm）标准试件测定的抗压强度来划分强度等级，符号记为 fc。 圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度平均值的换算关系为，,立方体和圆柱体抗压试验都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、测试方便）。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,2、轴心抗压强度,由于实际结构和构件往往不是立方体，而是棱柱体，所以用棱柱体试件比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。实验证明，轴心抗压钢筋混凝土短柱中的混凝土抗压强度基本上和棱柱体抗压强度相同。可以用棱柱体测得的抗压强度作为轴心抗压强度，又称棱柱体抗压强度。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,轴心抗压强度采用棱柱体试件测定（试验制作、养护和加载试验方法同立方体试件），用符号fc表示，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h/b=34，我国通常取150mm150mm450mm的棱柱体试件，也常用100100300试件。 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的平均值换算关系为，,规范对小于C50级的混凝土取k=0.76，对C80取k=0.82，其间按线性插值,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,3、轴心抗拉强度,也是其基本力学性能，用符号 ft 表示。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。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,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（加载速度C30以下为0.02MPa/s0.05MPa/s，C30以上为0.05MPa/s 0.08MPa/s）,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,4、混凝土强度的标准值,规范规定材料强度的标准值 fk 应具有不小于95%的保证率,立方体强度标准值即为混凝土强度等级fcu。规范在确定混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值时，假定它们的变异系数与立方体强度的变异系数相同，利用与立方体强度平均值的换算关系，便可按上式计算得到。 同时，规范考虑到试件与实际结构的差异以及高强混凝土的脆性特征，对轴心抗压强度和轴心抗拉强度，还采用了以下两个折减系数：结构中混凝土强度与混凝土试件强度的比值，取0.88；脆性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87，中间按线性规律变化。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,例 fcu=30MPa, d =0.12, fcu,m=fcu/(1-1.645d) fc,m=0.76fcu,m fc,k=fc,m(1-1.645d)0.881.0 =0.76fcu0.88 1.0 =20.06MPa,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,二、混凝土破坏机理,fc fcu ?,不涂润滑剂,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,由此可见，当混凝土的横向变形受到约束时，其强度可以得到提高。其原因与混凝土的破坏机理有关。 混凝土是由水泥、水、石骨料按一定的比例混合搅拌后，经过凝固硬化而成的。在硬化过程中，由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成一些不规则的微裂缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终破坏是由于这些微裂缝的发展造成的。 下面请看混凝土棱柱体试件在压力作用下，内部裂缝的发展过程：,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,由上述混凝土的破坏机理可知，微裂缝的发展导致横向变形的 增大。对横向变形加以约束，就可以限制微裂缝的发展，从而 可提高混凝土的抗压强度。立方体试件受约束范围大，而棱柱 体试件中部未受约束，因此造成了不同受压试件强度的差别和 破坏形态的不同。,混凝土局部受压强度fcl 比轴心抗压强度 fc 大很多，也是因为局部受压面积以 外的混凝土对局部受压区 域内部混凝土微裂缝产生 了较强的约束。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,了解混凝土的破坏机理，不仅可以解释各种不同试验混凝土强度的差别，还可以通过约束混凝土的横向变形来提高混凝土的抗压强度。如图采用配置螺旋箍筋形成所谓“约束混凝土”，可显著提高混凝土的抗压强度，并且可以提高混凝土变形能力。,由螺旋箍筋约束混凝土的应力-应变曲线可见，当应力较小时，横向变形很小，箍筋的约束作用不明显；当应力超过B点的应力时，由于混凝土的横向变形开始显著增大，侧向膨胀使螺旋箍筋产生环向拉应力，其反作用力使混凝土的横向变形受到约束，从而使混凝土的强度和变形能力都得到提高。,“约束混凝土”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等。而钢管混凝土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。 约束混凝土可以提高混凝土的强度，但更值得注意的是可以提高混凝土的变形能力，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 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,三、混凝土的变形 1、单轴（单调）受压应力-应变关系Stress- strain Relationship,混凝土单轴受力时的应力-应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学特征 是分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。 混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定。 在普通试验机上采用等应力速度加载，达到轴心抗压强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲线的上升段。 采用等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力-应变曲线的下降段。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,反映混凝土全部受压力学性能，可采用混凝土应力-应变全曲线的形式。 若采用无量纲坐标x=e/e0，y=s/fc，则混凝土应力-应变全曲线的几何特征必须满足,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,根据以上条件，过镇海提出的应力-应变全曲线表达式,a=Ec/E0， Ec为初始弹性模量； E0为峰值点时的割线模量， 为满足条件和，一般应有1.5a3；ac 为下降段参数,2.2 混凝土,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,Hognestad建议的应力-应变曲线,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,规范应力-应变关系,上升段：,下降段：,2.2 混凝土,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2、混凝土的弹性模量 Elastic Modulus,原点切线模量 Elastic Modulus,割线模量 Secant Modulus,切线模量 Tangent Modulus,弹性系数n (coefficient of elasticity) 随应力增大而减小 n =10.5,2.2 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(使用棱柱体标准试件),2.2 混凝土,3、箍筋约束混凝土受压的应力-应变关系,螺旋箍筋约束对强度和变形能力均有很大提高 矩形箍筋约束对强度的提高不是很显著，但对变形能力有显著改善,Confinement with Transverse Reinforcement, 箍筋与内部混凝土的体积比； 箍筋的屈服强度； 箍筋间距与核心截面直径或边长的比值； 箍筋直径与肢距的比值； 混凝土强度，对高强混凝土的约束效果差一些。,影响因素,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,R.Park建议的矩形封闭箍筋约束混凝土的应力-应变曲线,2.2 混凝土,4、混凝土受拉应力-应变关系,混凝土受拉应力应变曲线 上升段与受压情况相似； 原点切线摸量与受压时基 本一致。当应力达到抗拉 强度时， n =0.5，此时峰 值拉应变为：,注意：混凝土的实际断裂不是发生在达到最大拉应力时，而是发生在到达极限拉应变。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,四、复杂应力下混凝土的受力性能,双轴应力状态 Biaxial Stress State,实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。,双向受压强度大于单向受压强度，最大受压强度发生在两个压应力之比为0.3 0.6之间，约为(1.251.60 )fc。双轴受压状态下混凝土的应力-应变关系与单轴受压曲线相似，但峰值应变均超过单轴受压时的峰值应变。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,在一轴受压一轴受拉状态下，任意应力比情况下均不超过其相应单轴强度。并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小。,四、复杂应力下混凝土的受力性能,双轴应力状态 Biaxial Stress State,实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,在一轴受压一轴受拉状态下，任意应力比情况下均不超过其相应单轴强度。并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小。,四、复杂应力下混凝土的受力性能,双轴应力状态 Biaxial Stress State,实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,构件受剪或受扭时常遇到剪应力t 和正应力s 共同作用下的复合受力情况。,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。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,三轴应力状态 Triaxial Stress State,三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。,局部抗压强度 Local Bearing Strength,混凝土局部受压试验，局部受压区的混凝土基本处于三轴受力状态，局部受压强度与均匀（轴心）受压强度的关系为：,Al 局部承压面积,Ab 影响局部受压强度的计算面积,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,五、混凝土的收缩和徐变Shrinkage and Creep 1、混凝土的收缩 Shrinkage 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。 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。 某些对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。,墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的25%，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。 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(0.52.7)10-4,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土, 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。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,2、混凝土的徐变 Creep 实验表明，把混凝土棱柱体加压到某个应力之后维持荷载不变，则混凝土会在加载瞬间时变形的基础上，产生随时间而增长的应变。这种在荷载保持不变的情况下随时间而增长的变形称为徐变。徐变对于结构的变形和强度，预应力混凝土中的钢筋应力都将产生重要的影响,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,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。 不过，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度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。 与混凝土的收缩一样，徐变也与时间有关。因此，在测定混凝土的徐变时，应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。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变eel（= si/Ec(t0)，t0加荷时的龄期）。 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，6个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓慢，23年后趋于稳定。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,记(t-t0)时间后的总应变为e c(t,t0)，