混凝土结构材料的物理力学性能.ppt

第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,主要内容：,混凝土的物理力学性能 钢筋的物理力学性能 钢筋与混凝土的粘结,重点：,混凝土的强度和变形性能 钢筋的级别、强度和变形性能 粘结破坏机理,混凝土结构设计原理（第2版）配套课件，邵永健主编，北京大学出版社2013年8月出版,2.1 混凝土,2.1 混凝土 一、混凝土的强度,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,（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） （1）立方体抗压强度标准值：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下【202，95%湿度】养护28天，用标准试验方法【加载速度:每秒钟0.30.5mpa（c30）、0.50.8mpa（c30c60）和0.81.0mpa（c60） ;两端不涂润滑剂】测得的具有95%保证率的立方体抗压强度。 fcu,k= fcu,m(1-1.645)。,1、立方体抗压强度fcu，立方体抗压强度标准值fcu,k,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,（2）混凝土的强度等级： 规范是根据混凝土立方体抗压强度标准值来划分的。从c15c80共划分为14个强度等级（如c30表示fcu,k =30n/mm2），级差为5n/mm2。,（3）非标准试块强度换算系数： 200mm200mm200mm:1.05； 100mm100mm100mm:0.95。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,未采取减摩措施,采取减摩措施后,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,2、轴心抗压强度fc,（1）轴心抗压强度的概念：也称棱柱体抗压强度（用符号fc表示），是用高宽比为23的棱柱体试件测得的抗压强度，我国标准以150150300mm的棱柱体试件为标准试件，也常用150150450的棱柱体试件。 （2）棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,c1 和 c2 的取值,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,轴心抗拉强度试验,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,3、轴心抗拉强度ft,劈裂试验,（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裂试验测定混凝土的抗拉强度）,劈拉强度,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,与立方体强度间的换算关系,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,轴心抗拉强度标准值,2.1 混凝土,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,4、混凝土强度的标准值,（1）规范规定材料强度的标准值 fk 应具有不小于95%的保证率,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,例 已知fcu,m=30mpa, d =0.14，求fcu,k和fck fcu,k=fcu,m(1-1.645d) =23.09mpa fc,m=0.76fcu,m fck=fc,m(1-1.645d)0.881.0 =0.76fcu,m (1-1.645d) 0.88 1.0 =15.44mpa,p418附表1-1,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,二、混凝土破坏机理,fc fcu ?,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,三、复杂应力状态下混凝土的受力性能,（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。）,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,任意应力比情况下，其强度均不超过相应的单轴强度。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。,（2）一轴受压一轴受拉（第2、4象限）,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,（ 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。）,2 三轴应力状态,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,（构件受剪或受扭时常遇到）,3 剪应力t 和正应力s 共同作用下的复合受力情况,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,一次短期荷载下 受力变形 长期荷载下 砼变形 多次重复荷载下 收缩变形 体积变形 膨胀变形 温度变形,四、混凝土的变形,2.1 混凝土,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,1、一次短期加载下混凝土的变形性能,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，只能测得曲线的上升段。,（1）单轴单调受压时的应力-应变关系 （常采用棱柱体试件来测定）,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,（2）测定混凝土应力-应变全曲线的试验装置,采用等应变速度加载，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，可以测得曲线的下降段。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,a点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。a点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强度混凝土sa约为 (0.30.4)fc ，对高强混凝土sa可达(0.50.7)fc。,a点以后，由于微裂缝处的应力集中，微裂缝开始发展，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展是稳定的。,混凝土在结硬过程中，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很多微裂缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。,达到b点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开始由压缩转为膨胀。在此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导致破坏。取b点的应力作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土sb约为0.8fc，高强强度混凝土sb可达0.95fc以上。,达到c点，内部微裂缝连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，c点的纵向应变值称为峰值应变 e 0，约为0.002。,达到d点，内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。,2.1 混凝土,（3）不同强度等级混凝土的应力-应变曲线,强度越高，峰值应变越大，极限应变越小，下降段越陡峭 延性越差 强度越低，峰值应变越小，极限应变越大，下降段越平缓延性越好,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土, hognestad建议的模型,（4）混凝土单轴受压应力-应变曲线的数学模型,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,rusch建议的模型,上升段：,下降段：,2.1 混凝土,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,我国规范gb50010模型与rusch模型相似， 见p7071 第4.4.1节,（5）混凝土的变形模量,2.1 混凝土,弹性系数n 随应力增大而减小（n =10.5）,混凝土变形模量的概念,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,混凝土弹性模量的测定与计算,建规,桥规,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,（6）混凝土的泊松比c,泊松比是砼试件受压时的横向应变与纵向应变的比值。 当压应力较小时，约为0.150.18； 接近破坏时，可达0.5以上。 规范gb50010取c =0.2。,（7）混凝土剪变模量gc,gc=0.4 ec,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,由gc=0.5 ec/（1+ c ）,2.1 混凝土,（8）混凝土受拉的应力-应变曲线（lj）,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,（1）徐变的概念,2、荷载长期作用下混凝土的变形性能徐变,混凝土在荷载的长期作用下，其应变或变形随时间增长的现象称为徐变。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,不利影响： 使结构（或构件）的变形增大（如挠度） ； 引起预应力损失； 在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。 有利影响： 有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力； 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。,（2）徐变对结构的影响,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能, 特点： 开始快、以后慢； 半年完成（7080） ，23年后趋于稳定 。,（3）徐变与时间的关系,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,影响徐变的因素可归纳为应力大小、材料组成和外部环境三个方面,（5）影响徐变的因素,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,当初始应力水平sci /fc 0.5时，徐变值与初应力基本上成正比，这种徐变称为线性徐变。产生线性徐变的主要原因是凝胶体的塑性流动。 当初应力sci 在(0.50.8) fc 范围时，徐变最终虽仍收敛，但最终徐变与初应力si不成比例，这种徐变称为非线性徐变。产生非线性徐变的主要原因是裂缝的出现与发展。,应力大小：初应力水平sci /fc是影响徐变的非常主要的因素。,当初应力sci 0.8fc 时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，徐变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。因此将0.8fc作为混凝土的长期抗压强度。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,材料组成：是混凝土的组成和配比。 骨料的刚度（弹性模量）越大，体表比越大，徐变就越小; 水灰比越小，水泥用量越少，徐变也越小。 外部环境：包括养护和使用条件。 受荷前养护的温度越高、湿度越大，水泥水化作用越充分，徐变就越小。 受荷后的环境温度越低、湿度越大，徐变就越小。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,3、混凝土在重复荷载作用下的变形性能疲劳,（1）重复荷载作用下的应力-应变曲线,疲劳破坏的特征：裂缝小而变形大,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,（2）混凝土疲劳强度试验,标准试件：150150300或150150450mm 的棱柱体, 200万次,荷载应力大小，即疲劳应力比值是影响疲劳强度大小的关键因素,混凝土疲劳强度fcf,fcf= gr fc,gr 见规范gb50010的表4.1.6-1,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 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由于体积变化而产生的变形。）,4、混凝土的收缩和膨胀,物理方面：干燥失水，即干缩 。 化学方面：混凝土的碳化（凝胶体中的ca(oh)2 caco3）, 即凝缩 。,（2）引起收缩的原因,（1）收缩的概念,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,早期发展快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成50%；以后发展逐渐减慢，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 而混凝土的开裂应变为(0.52.7)10-4,（3）收缩与时间的关系,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,水泥的强度等级高、用量多、水灰比大，收缩就大； 骨料弹性模量高、级配好，收缩就小； 养护时的湿度大、温度高，收缩就小； 使用时的湿度大、温度低，收缩就小； 构件体表比大，收缩就小； 混凝土越密实，收缩越小；,（4）影响收缩的因素,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,当收缩受到约束（如支座、内部钢筋）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。,（5）收缩对结构的影响,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,图b) 墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形,图a) 钢筋混凝土构件的收缩裂缝,2.1 混凝土,（6）膨胀的概念,混凝土在水中硬化时体积会增大，这种现象称为混凝土的膨胀。,但混凝土的膨胀值一般较小，对结构的影响也较小，所以经常不予考虑。,（7）膨胀对结构的影响,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土,5、混凝土的温度变形和热工参数,温度变化引起热胀冷缩，在结构中产生温度应力。因此，在设计超长结构等时，应考虑温度变形和温度应力的影响。,分析温度变化等间接作用对结构的影响时，需用到混凝土的热工参数。 规范gb50010规定：当温度在0100范围内时，混凝土的热工参数可按下列规定取值： 线膨胀系数c：1105/； 导热系数 ：10.6 kj/（mh）； 比热容c ： 0.96 kj / (kg）。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.2 钢筋,2.2 钢 筋 一、钢筋的成分、品种和级别 1 、钢筋的化学成分：力学性能主要取决于化学成分。,铁元素：主要成分。 碳元素：含碳量增加，强度提高，但塑性和可焊性降低。低碳钢（0.25%)、中碳钢（0.250.6%)、高碳钢（0.61.4%)。 锰、硅元素：可提高强度，并保持一定塑性。 在碳素钢中，加入少量的硅、锰、钒、钛、铬等合金元素即制成普通低合金钢。 磷、硫元素：有害元素，磷使钢材冷脆，硫使钢材热脆，且焊接质量也不易保证。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2 钢筋的品种 规范gb50010列出的品种有：热轧钢筋、中强度预应力钢丝、消除应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,光面钢筋 月牙肋钢筋,预应力筋,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,13预应力钢绞线,17预应力钢绞线,螺旋肋预应力钢丝,光面预应力钢丝,预应力螺纹钢筋（精轧螺纹钢筋）,2.2 钢 筋,（1）普通钢筋,建规： hpb300、hrb335、hrbf335、hrb400、hrbf400、 rrb400、hrb500、hrbf500 桥规： r235、 hrb335、hrb400、kl400,3 钢筋的级别,规范gb50010规定：普通钢筋是指：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，其使用热轧钢筋。 热轧钢筋的级别有：,其中：hrbf为细晶粒带肋钢筋,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.2 钢 筋, 纵向受力普通钢筋宜采用hrb400、hrb500、 hrbf400、hrbf500钢筋，也可采用hpb300 、 hrb335、hrbf335、rrb400钢筋； 梁、柱纵向受力普通钢筋应采用hrb400、 hrb500、hrbf400、hrbf500钢筋； 箍筋宜采用hrb400、hrbf400、hpb300、 hrb500、hrbf500钢筋，也可采用hrb335、 hrbf335钢筋；,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,普通钢筋强度标准值 钢筋屈服强度标准值=钢材废品限值,保证率97.73% (95%),即p418附表1-4,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.2 钢筋,（2）预应力筋,规范gb50010规定：预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋 。,预应力筋强度标准值见p419附表1-6，即下表：,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,二、钢筋的强度与变形 1、 有明显屈服点钢筋的 应力-应变关系,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.2 钢筋,有明显屈服点钢筋应力-应变关系的数学模型 -双线性理想弹塑性模型，即规范模型,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.2 钢筋,2、无明显屈服点钢筋的应力-应变关系,a点：比例极限，约为0.65sb ； a点前：为线弹性关系; a点后：为非线性关系; 没有明显的屈服点; 强度设计指标条件屈服点; 即残余应变为0.2%所对应的应力； 规范取s0.2 =0.85sb,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.2 钢筋,无明显屈服点钢筋应力-应变关系的数学模型 -双斜线模型,y,0,fsu,su,fy,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,（1）屈服强度 屈服强度是钢筋设计强度取值的依据，一般取屈服下限作为屈服强度。 这是因为：一是钢筋屈服后将产生很大的塑性变形，会使砼构件产生很大的变形和过宽的裂缝而无法正常使用 。 二是屈服上限与加载速度有关，不稳定。,3、钢筋力学性能的基本指标,有屈服强度、强屈比、伸长率和冷弯。,前两个为强度指标，后两个为变形指标(塑性指标)。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.2 钢筋,（2）强屈比 强屈比是钢筋的极限抗拉强度与屈服强度的比值，反映了钢筋强度的安全储备。 规范gb50010规定：对于一、二、三级抗震等级框架和斜撑构件中的纵向受力钢筋的强屈比不应小于1.25。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.2 钢筋,（3）伸长率,钢筋的断后伸长率,断后伸长率习惯上称为伸长率， 按下式计算：,伸长率越大，钢筋的塑性和变形能力越好。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.2 钢筋,断后伸长率的不足：,一是受标距l0的影响, l0越小，测得的d 越大； 二是先断再对合，量测有误差； 三是量测时弹性变形已恢复。,因此，近年来国际上大多已采用“钢筋在最大力下的总伸长率gt”来表示钢筋的变形能力。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.2 钢筋,钢筋在最大力下的总伸长率gt 也称“均匀伸长率”,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,可见，gt=（塑性残余变形er +弹性变形ee ）100%,则：,2.2 钢筋,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,规范gb50010规定： gt的限值见下表：,即p420附表1-8,2.2 钢筋,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.2 钢筋,（4）冷弯：,弯芯直径d越小， 弯折角度 越大， 则:冷弯性能越好， 即塑性越好。,d,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,钢筋混凝土用钢gb1499.1和1499.2规定：普通钢筋按下表的弯芯直径弯曲180后，弯曲部位表面不得产生裂纹。, 冷弯要求,p26表2-1,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.2 钢筋,4、钢筋的弹性模量 es,钢筋的弹性模量是弹性阶段钢筋的应力与应变的比值。 由图可知：es=tan=s/s 钢筋受拉与受压的弹性模量相同。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.2 钢筋,钢筋弹性模量es（105n/mm2）,即p420附表1-9,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,1、疲劳： （1）疲劳破坏的概念：钢筋在重复、周期性动荷载作用下，经过一定次数后，从塑性破坏的性质转变成突然脆性断裂的现象。（吊车梁、桥面板） （2）钢筋的疲劳强度 在某一应力幅内，经受一定次数（200万次）循环荷载后发生疲劳破坏的最大应力值。 （3）钢筋的疲劳应力幅 疲劳应力幅=s,maxf- s,minf,2.2 钢筋,三、钢筋的疲劳、蠕变和松弛,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,（4）疲劳应力比值sf fs= s,minf/ s,maxf （5）钢筋的疲劳应力幅限值fyf ： 根据疲劳应力比值sf ， 查规范gb50010表4.2.6-1确定fyf 。 （6）疲劳验算 疲劳应力幅=s,maxf- s,minf fyf,2.2 钢筋,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,规范gb50010表4.2.6-1 普通钢筋疲劳应力幅限值,注：预应力钢筋的详见规范gb50010表4.2.6-2,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,（8）需验算钢筋疲劳的构件：,（7）影响钢筋疲劳的因素：,钢筋的疲劳应力幅、钢筋的疲劳应力比值、钢筋的最大应力值、钢筋外表面的几何形状、钢筋直径、钢筋等级和试验方法等。,吊车梁、桥梁面板等承受重复荷载的钢筋混凝土的构件。,2. 蠕变：钢筋在高应力作用下，其应变随时间而增加的现象。 3. 松弛：钢筋受力后，长度不变，则其应力随时间增长而减小的现象。,2.2 钢筋,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.2 钢筋,四、钢筋的冷加工冷拉和冷拔（冷轧和冷扭） （1）冷拉的概念 冷拉是将钢筋拉至超过屈服强度的某一应力，然后卸载为零，再次拉伸时钢筋的屈服强度得到提高，是一种提高钢筋受拉屈服强度的方法。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,（4）冷拔的概念,概念：用强力将钢筋拔过比它自身直径还小的硬质合金拔模， 是一种提高钢筋强度的方法。 作用： 可大大提高抗拉、抗压强度。但塑性降低很多。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.3钢筋与混凝土的粘结,受力性能同素混凝土梁,2.3 钢筋与混凝土的粘结 一、粘结的概念,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.3钢筋与混凝土的粘结,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.3钢筋与混凝土的粘结,有粘结梁受荷前,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,通过粘结可实现钢筋与混凝土之间的应力传递，保证两种材料结合在一起共同工作。,2.3钢筋与混凝土的粘结,三、两类粘结 1、锚固粘结,二、粘结的作用,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2、局部粘结,2.3钢筋与混凝土的粘结,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,1 粘结力的组成 混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶结力； 混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的钢筋与混凝土间的摩擦力； 由于钢筋表面凹凸不平而产生的机械咬合力。,2.3钢筋与混凝土的粘结,四、粘结力的组成与粘结机理,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,然后主要由摩擦力发挥作用。 当摩擦力不能阻止两者间的相对滑动时： 对于光面钢筋，粘结就遭到破坏； 对于带肋钢筋，其后主要由机械咬合力发挥作用，最后机械咬合力不能阻止两者间的相对滑动时，粘结遭到破坏。,2.3钢筋与混凝土的粘结,首先胶结力发挥作用。当钢筋与混凝土产生相对滑动后，胶结作用即丧失。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,（1） 肋的作用：可显著增加钢筋与混凝土的机械咬合作用，从而大大增加了粘结强度。 （2） 肋的形式：月牙纹、人字纹和螺纹。,2.3钢筋与混凝土的粘结,2 带肋钢筋的粘结,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2）水平分力使钢筋周围的混凝土轴向受拉、受剪，并使混凝土产生内部斜向锥形裂缝。,2.3钢筋与混凝土的粘结,（3）带肋钢筋与砼间机械咬合作用的受力机理,1）变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力。,径向分力使混凝土中产生环向拉力，并使混凝土产生内部径向裂缝。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,3） 径向裂缝发展到构件表面，产生劈裂裂缝，机械咬合作用很快丧失，产生劈裂式粘结破坏。,2.3钢筋与混凝土的粘结,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.3钢筋与混凝土的粘结,4）若肋前部的混凝土在水平分力作用下被挤碎，发生沿肋外径圆柱面的剪切型粘结破坏。（在钢筋周围的横向钢筋较多或混凝土的保护层厚度较大时发生）。,5） 剪切型粘结破坏是变形钢筋与混凝土粘结强度的上限。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,因此，光面钢筋与混凝土的粘结强度较低，通常需在钢筋端部增设180弯钩，弯后平直段长度不应小于3d，但作受压钢筋时可不做弯钩。,2.3钢筋与混凝土的粘结,3 光面钢筋的粘结,光圆钢筋的粘结力主要来自胶结力和摩擦力，而带肋钢筋的粘结力主要来自机械咬合力。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,五、粘结强度,1 拔出试验,2.3钢筋与混凝土的粘结,钢筋屈服时未被拔出的最小埋长称受拉钢筋的基本锚固长度。,（1）锚固长度拔出试验,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,（2）粘结强度拔出试验,粘结强度tu ：粘结破坏（钢筋拔出或混凝土劈裂）时的最大平均粘结应力,2.3钢筋与混凝土的粘结,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2 影响粘结强度的主要因素,（1） 混凝土强度：混凝土强度高、粘结强度大；且与 ft 成正比。 （2） 钢筋的外形特征:变形钢筋的粘结强度远大于光面钢筋的粘结强度。 （3） 保护层厚度和钢筋净间距：相对保护层厚度c/d 越大，粘结强度越高。钢筋净距s与钢筋直径d 的比值s/d 越大，粘结强度也越高。,2.3钢筋与混凝土的粘结,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,（4） 横向配筋：限制了径向裂缝的发展，使粘结强度得到提高。, 存在侧压力可提高粘结强度； 受反复荷载作用的钢筋，肋前后的混凝土均会被挤碎，导致咬合作用降低。,（5） 受力情况,2.3 钢筋与混凝土的粘结,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,1、保证粘结的构造措施,2.4 钢筋的锚固与搭接,（1） 规定钢筋的锚固长度和搭接长度。 （2）规定钢筋的最小间距和混凝土保护层最小厚度。 （3）对钢筋接头范围内的箍筋加密进行了规定。 （4）对钢筋端部的弯钩设置或机械锚固措施进行了 规定。,2.3 钢筋与混凝土的粘结,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,1)受拉钢筋的基本锚固长度lab,锚固钢筋的外形系数a p33表2-2 即gb50010表8.3.1,2、钢筋的锚固,当钢筋末端采用弯钩或机械锚固措施时，包括弯钩或锚固端头在内的锚固长度（投影长度）可取为基本锚固长度lab的60%。 弯钩和机械锚固的要求见规范 gb50010第8.3.3条。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2)受拉钢筋的锚固长度la,且应200mm,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,3) 采用弯钩或机械锚固措施 当纵向受拉钢筋末端采用弯钩或机械锚固措施时，包括弯钩或锚固端头在内的锚固长度（投影长度）可取为基本锚固长度lab的60%。 弯钩和机械锚固的形式和技术要求见p34图2.33和表2-3， 即规范 gb50010第8.3.3条。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,4)受压钢筋的锚固长度,当计算中充分利用纵向钢筋的抗压强度时，其锚固长度不应小于同条件受拉钢筋锚固长度的70%。,2.3 钢筋与混凝土的粘结,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,3 钢筋的连接 （1） 钢筋连接的类型：搭接、机械连接和焊接。 （2） 钢筋搭接,搭接区受力复杂、钢筋净距小导致搭接区的粘结较差，粘结强度降低。 因此，规范取搭接长度为锚固长度乘以一个大于1的系数。,1） 钢筋搭接区的受力性能,2.3 钢筋与混凝土的粘结,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,3） 同一连接区段内受拉钢筋搭接接头面积百分率 要求,对梁、板、墙：不宜 25%; 对柱：不宜 50%;,2）钢筋搭接接头连接区段的长度：1.3 ll,当工程中确有必要增大受拉钢筋搭接接头面积百分率时： 对梁：不宜 50%； 对板、墙、柱：可根据实际情况放宽。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,ll =zl la,4）纵向受拉钢筋的搭接长度ll,gb50010表8.4.4 纵向受拉钢筋搭接长度修正系数zl,且应300mm,2.3 钢筋与混凝土的粘结,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,5） 纵向受压钢筋的搭接长度 取纵向受拉钢筋搭接长度的0.7倍，即0.7ll， 且应 200mm。,6）梁、柱纵筋搭接长度范围内箍筋的配置要求 直径较大纵筋直径的0.25倍； 间距较小纵筋直径的5倍，且不应大于100mm。,2.3 钢筋与混凝土的粘结,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,1）钢筋机械连接方法 常用的有：直螺纹连接、锥螺纹连接、套筒挤压连接。,（3）钢筋机械连接,钢筋机械连接是通过钢筋与连接件的机械咬合作用或钢筋端面的承压作用，将一根钢筋中的力传递至另一根钢筋的连接方法。,2.3 钢筋与混凝土的粘结,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,直螺纹连接,2.3 钢筋与混凝土的粘结,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,锥螺纹连接,2.3 钢筋与混凝土的粘结,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,套筒挤压连接,2.3 钢筋与混凝土的粘结,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2）钢筋机械连接区段长度,2.3 钢筋与混凝土的粘结,35d，d为连接钢筋的较小直径 。,3）钢筋机械连接接头面积百分率,位于同一连接区段内，纵向受拉钢筋接头面积百分率宜50%；但对板、墙、柱及预制构件的拼接处，可根据实际情况放宽。 纵向受压钢筋的接头面积百分率可不受限制。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,（4）钢筋焊接连接,2.3 钢筋与混凝土的粘结,常用的方法有：闪光对焊、电弧焊、电渣压力焊、气压焊、埋弧压力焊和电阻点焊等。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,闪光对焊,2.3 钢筋与混凝土的粘结,将两钢筋安放成对接形式，利用电阻热使接触点金属熔化，产生强烈飞溅，形成闪光，迅速施加顶锻力完成的一种压焊方法。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,电弧焊,2.3 钢筋与混凝土的粘结,以焊条作为一极，钢筋为另一极，利用焊接电流通过产生的电弧热进行焊接的一种熔焊方法。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,电渣压力焊,将两钢筋安放成竖向对接形式，利用焊接电流通过两钢筋端面间隙，在焊剂层下形成电弧过程和电渣过程，产生电弧热和电阻热，熔化钢筋，加压完成的一种压焊方法。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,气压焊,采用氧乙炔火焰或其他火焰对两钢筋对接处加热，使其达到塑性状态（固体）或熔化状态（熔态）后，加压完成的一种压焊方法。,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,埋弧压力焊,将钢筋与钢板安放成t型接头形式，利用焊接电流通过，在焊剂层下产生电弧，形成熔池，加压