混凝土结构设计原理课件01[1].材料力学性能

1、1第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋1.1 1.1 钢钢 筋筋 Steel Reinforcement 一、钢筋的应力-应变关系 有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋 Steel bar with yield pointa为比例极限proportional limit s =Esea为弹性极限elastic limitb为屈服上限upper yield strengthc为屈服下限，即屈服强度 fylower yield strengthcd为屈服台阶yield plateaude为强化段strain hardening stagee为极限抗拉强度 fu ultimate tensil

2、e strengths se eaacdefufyfb第一章第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋和混凝土材料的力学性能2第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋几个指标：几个指标：屈服强度屈服强度yield strength：是钢筋强度的设计依据是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复不可恢复，这会使钢，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。载速度有关，不太稳定，一般取

3、屈服下限作为屈服强度。延延 伸伸 率率elongation rate：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性：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0010or 5lll se残余变形er弹性变形ee均匀延伸率均匀延伸率 gt对应最大应力时应变，对应最大应力时应变，包括了残余应变和弹性应变，反映包括了残余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力了钢筋真实的变形能力(2.5%)屈屈 强强 比比反映钢筋的强度储备，反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.60.7。3第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1

4、钢筋有明显屈服点钢筋的应力-应变关系一般可采用双线性的理想弹塑性关系yyysfEeeseees fy ey1Es钢筋的弹性模量(N/mm2)种 类EsHPB235 级钢筋2.1105HRB335 级钢筋、HRB400 级钢筋、RRB400 级钢筋、热处理钢筋2.0105消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝2.05105钢绞线1.951054第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋Steel bar without yield pointa0.2%s0.2 fua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

5、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规范取取s s0.2 =0.85 fu5第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋二、钢筋的品种 成分成分 碳素钢：除含铁元素外还有少量碳、硅、锰、硫、磷等元素碳素钢：除含铁元素外还有少量碳、硅、锰、硫、磷等元素 低碳钢（含碳量低碳钢（含碳量0.25%0.25%） 中碳钢（含碳量为中碳钢（含碳量为0.250.250.6%0.6%） 高碳钢（含碳量为高碳钢（含碳量为

6、0.60.61.4%1.4%） 普通低合金钢：在碳素钢基础上加入少量合金元素普通低合金钢：在碳素钢基础上加入少量合金元素( (钛、钒等钛、钒等) ) 砼结构对钢筋的要求砼结构对钢筋的要求 强度、塑性、可焊性、与砼有足够粘结力、严寒地区有低强度、塑性、可焊性、与砼有足够粘结力、严寒地区有低温性能。温性能。 钢筋的类型钢筋的类型 柔性钢筋柔性钢筋 钢筋：光面和带肋钢筋两种钢筋：光面和带肋钢筋两种 钢丝：直径在钢丝：直径在5mm5mm以内以内 劲性钢筋劲性钢筋 用于砼中的型钢用于砼中的型钢6第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋 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常

7、用钢筋形式D公称直径 A 3股钢绞线量测尺寸钢绞线刻痕钢丝螺旋肋钢丝7第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋8第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢 筋热轧钢筋热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRolledBarRRBRolledRibbedBar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97.73%）HPB235级： fyk = 235 N/mm2HRB335级： fyk =

8、335 N/mm2HRB400级、RRB400级： fyk = 400 N/mm29第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢 筋 HPB235级(级)钢筋钢筋多为光面钢筋（多为光面钢筋（Plain BarPlain Bar），），多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋 HRB335级(级)和 HRB400级(级)钢筋钢筋强度较高，强度较高，多多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用也有用级钢筋作箍筋的级钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘结为增强与混凝土的粘结（BondBond），外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋），

9、外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（Deformed BarDeformed Bar）。）。 级钢筋级钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的强度太高，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配筋，一般冷拉后作预应力筋 延伸率延伸率d d5 5=25=25、1616、1414、10%10%，直径，直径840840。10第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋钢丝钢丝，中强钢丝的强度为中强钢丝的强度为8001200MPa，高强钢丝、钢绞线，高强钢丝、钢绞线的为的为 1470 1860MPa；延伸率延伸率d10=6%，d100=3.54%；钢丝的；钢丝的直径直径39mm；外形有光

10、面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、；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，外接圆直径三股和七股钢绞线，外接圆直径9.515.2 mm。中高强钢丝和。中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。钢绞线均用于预应力混凝土结构。热处理钢筋热处理钢筋是将是将级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺级钢筋通过加热、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。预应力混凝土结构。冷加工钢筋冷加工钢筋是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷

11、加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。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。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。近年来，冷加工钢筋的品近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。种很多，应根据专门规程使用。11第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋冷拉冷拉: : 冷拉是将钢筋拉到超过钢筋屈服强度的某一应力值，冷拉是将钢筋拉到超过钢筋屈服强度的某一应力值，以提高钢筋的抗拉强度，达到节约钢材的目的。以提高钢筋的抗拉强度，达到节约钢材的目的。 冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，塑性下降；应先焊接后冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，塑性下降；应先焊接后冷

12、拉；冷拉钢筋不宜用作为受压钢筋和承受冲击力或重复荷冷拉；冷拉钢筋不宜用作为受压钢筋和承受冲击力或重复荷载及负温下的结构中。载及负温下的结构中。12第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋 冷拔冷拔：冷拔是将：冷拔是将D6D6D8D8的的HPB235HPB235级钢筋，用强力从直径较级钢筋，用强力从直径较小硬质合金拔丝模拔过，使它产生塑性变形，拔成较细直径小硬质合金拔丝模拔过，使它产生塑性变形，拔成较细直径的钢丝，以提高其强度的冷加工方法。的钢丝，以提高其强度的冷加工方法。 冷拔可同时大幅提高抗拉和抗压强度，塑性也大幅降低，冷拔可同时大幅提高抗拉和抗压强度，塑性也大幅降低，钢筋由软钢变为硬钢。

13、钢筋由软钢变为硬钢。13第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 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，其数值相当于时的废品限值，其数值相当于fy,m- -3s s，具有，具有97.73%的保证率，的保证率，满足满足建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准材料强度标准值保证率材料强度标准值保证率95%的的要求。要求。普通钢筋强度标准值（N/mm2）种 类符号fykHPB235(Q235)235HRB335(20MnSi)3

14、35热轧钢筋HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)RRB400(20MnSi)40014第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋15第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土1.2 1.2 混凝土混凝土一、混凝土的强度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。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。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立方体抗压强度来划分的混凝土的强度等级是用立方体抗压强度来划分的 混凝土强度等级混凝土强度等级：边长：边长150mm

15、立方体标立方体标准试件，在标准条件下（准试件，在标准条件下（203，90%湿湿度）养护度）养护28天，用标准试验方法（加载速度天，用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测，两端不涂润滑剂）测得的得的具有具有95%保证率保证率的立方体抗压强度。的立方体抗压强度。 规范规范根据强度范围，根据强度范围，从从C15C80共共划分为划分为14个强度等级个强度等级，级差为，级差为5N/mm2。用。用符号符号C表示，表示，C30表示表示fcu,k=30N/mm2 不涂润滑剂16第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 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

16、方体强度与标准立方体强度之间的换算关系100150cucuff小于小于C50的混凝土，修正系数的混凝土，修正系数 =0.95。随混凝土强度的提高，修。随混凝土强度的提高，修正系数正系数 值有所降低。当值有所降低。当fcu100=100N/mm2时，换算系数时，换算系数 约为约为0.9 美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径150mm，高，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）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的换算关系为，圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为，

17、cucff)81. 079. 0( 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）。质的标准（制作、测试方便）。17第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土2、轴心抗压强度、轴心抗压强度 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，它比表示，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

18、为为h/b=34，我国通常取，我国通常取150mm150mm450mm的棱柱体试的棱柱体试件，也常用件，也常用100100300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。棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为，棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为，cucfkfcucucucffff76. 0)002. 066. 0( 规范规范对小于对小于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考虑结构中混凝土强度与混凝土试件强度的比值，还需乘以考虑结构中混凝土强度与混凝

19、土试件强度的比值，还需乘以0.88；18第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 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，用符号也是其基本力学性能，用符号 ft 表示。混凝土构件开裂、裂缝、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。变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。 500 150 15010016轴心受拉试验0102030405060708090100123456 ft fcuGBJ10-89 规范轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系55. 0395. 0cutff 3/226. 0cutff 19第一章 钢筋和混凝

20、土的材料性能1.2 混凝土劈拉试验PaP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劈拉试验测定混凝土的抗拉强度22aPfsp4/319. 0cuspff20第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土4、混凝土强度的标准值、混凝土强度的标准值规范规范规定材料强度的标准值规定材料强度的标准值 fk 应具有不小于应具有不小于95%的保证率的保证率)645. 11 (mkff 立方体强度标准值即为混凝土强度等级立方体强度标准值即为混凝土强度等级fcu。规范规范在确在确定混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值

21、时，假定它们的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。均值的换算关系，便可按上式计算得到。 同时，同时，规范规范考虑到试件与实际结构的差异以及高强混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，还采用了以下两个以下两个折减系数折减系数：结构中混凝土强度与混凝土试件强度的结构中混凝土强度与混凝土试件强度的比值，取比值，取0.88；脆性折减系数，对；脆性

22、折减系数，对C40取取1.0，对，对C80取取0.87，中间按线性规律变化。中间按线性规律变化。21第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土混凝土强度标准值（N/mm2）混混 凝凝 土土 强强 度度 等等 级级强度种类强度种类符号符号C15C20C25C30C35轴心抗压强度轴心抗压强度fck10.013.416.720.123.4轴心抗拉强度轴心抗拉强度ftk1.271.541.782.012.20混混 凝凝 土土 强强 度度 等等 级级C40C45C50C55C60C65C70C75C8026.829.632.435.538.541.544.547.450.22.402.512.652

23、.742.852.933.003.053.10例 fcu=30MPa, =0.12, fcu,m=fcu/(1-1.645) fc,m=0.76fcu,m fc,k=fc,m(1-1.645)0.881.0 =0.76fcu0.88 1.0 =20.06MPa22第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土混凝土破坏机理fc fcu ?不涂润滑剂涂润滑剂 xd 当 x时，y0，0ddxy x0，0y 135第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土根据以上条件，过镇海提出的应力根据以上条件，过镇海提出的应力-应变全曲线表达式应变全曲线表达式1 ) 1(1 )2()23()(232xxxxxx

24、axaaxxyca=Ec/E0，Ec为初始弹性模量；为初始弹性模量；E0为峰值点时的割线模量，为峰值点时的割线模量，为满足条件和，一般为满足条件和，一般应有应有1.5a3； c 为下降段为下降段参数参数00.0020.0040.0060.0080.01204060s (MPa)eC20C40C60C80361.2 混凝土第一章 钢筋和混凝土的材料性能Hognestad建议的应力建议的应力-应变曲线应变曲线uuccffeeeeeeeseeeeees0000200 15. 010 200.0020.0038 fc0.15 fcsee0eu37第一章 钢筋和混凝土的材料性能规范规范应力应力-应变关系

25、应变关系上升段：)1 (1 0ncccfees0ee下降段：ccfsueee066010)50(0033. 010)50(5 . 0002. 0)50(6012cuucucufffnee规范混凝土应力-应变曲线参数fcuC50C60C70C80n21.831.671.5e00.0020.002050.00210.00215eu0.00330.00320.00310.0031.2 混凝土00.0010.0020.0030.00410203040506070C80C60C40C20se38第一章 钢筋和混凝土的材料性能2 2、混凝土的弹性模量、混凝土的弹性模量 Elastic ModulusseE

26、c= tan 原点切线模量原点切线模量Elastic Modulus0sesddEcseEc= tan 割线模量割线模量Secant ModulusescEseEc= tan 切线模量切线模量Tangent ModulusesddEc 弹性系数弹性系数n n (coefficient of elasticity) 随应力增大而减小随应力增大而减小n n =10.51.2 混凝土eeelcEcEn39第一章 钢筋和混凝土的材料性能弹性模量测定方法se0.5fc510 次)N/mm(74.342 . 21025cucfE1.2 混凝土403、箍筋约束混凝土受压的应力-应变关系第一章 钢筋和混凝土的

27、材料性能1.2 混凝土 螺旋箍筋约束对强度和变形能力均有很大提高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显著改善(a) 螺旋箍筋压应变压应力(N/mm2)箍筋 s=(b) 矩形箍筋压应变压力箍筋 d=4.76mm，s=38.1mm箍筋 d=4.76mm，s=63.5mm无箍筋41第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土 箍筋与内部混凝土的体积比；箍筋与内部混凝土的体积比； 箍筋的屈服强度；箍筋的屈服强度； 箍筋间距与核心截面直径或边长的比值；箍筋间距与核心截面直径或边长的比值； 箍

28、筋直径与肢距的比值；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。混凝土强度，对高强混凝土的约束效果差一些。影响因素42第一章 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A0.002BCDe50ue50he50e20cfZtan约束混凝土非约束混凝土cf 0.5cf 0.2cf se1.2 混凝土43第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土4 4、混凝土受拉应力、混凝土受拉应力- -应变关系应变关系se ftet0ctctcttEfEfEf25 . 00e44第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土四、混凝土的收缩和徐变四、混凝土

29、的收缩和徐变Shrinkage and Creep 1、混凝土的收缩、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。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。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。混凝土收缩会使预应力混凝土构件

30、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。45墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形46第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土 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(25

31、)10-4 混凝土开裂应变为混凝土开裂应变为(0.52.7)10-414d 28dtesh(25)10-425%50%47第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土收缩产生的原因 凝缩：砼中水泥和水起化学作用引起的体积变化（早期凝缩：砼中水泥和水起化学作用引起的体积变化（早期 完成）完成） 干缩：砼中自由水蒸发引起的体积变化砼的收缩是砼产干缩：砼中自由水蒸发引起的体积变化砼的收缩是砼产 生初始内部裂缝的主要原因。生初始内部裂缝的主要原因。14d 28dtesh(25)10-425%50%48第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土影响因素影响因素 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件

32、断面形状及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。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

33、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。施工缝。49第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土2 2、混凝土的徐变、混凝土的徐变 Creep 混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的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现象称为徐变徐变。 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。

34、与混凝土的收缩一样，徐变也与时间有关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。50第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 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。t0eeleeleshecreeleelecret51第一章 钢筋和混凝土的材料性能1

35、.2 混凝土记(t-t0)时间后的总应变为e c(t,t0)，此时混凝土的收缩应变为esh(t，t0)，则徐变为，ecr (t,t0) = ec(t,t0)- e c(t0)- esh(t,t0)= ec(t,t0)- eel- esh(t,t0)t0eeleeleshecreeleelecret52第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土如在时间t 卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变eel。由于混凝土弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变eel小于加载时的瞬时弹性应变 eel。再经过一段时间后，还有一部分应变eel可以恢复，称为弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变ecr 徐变产生的原

36、因徐变产生的原因 砼中水泥凝胶体在荷载下粘性流动，并将压力传给粗骨料，砼中水泥凝胶体在荷载下粘性流动，并将压力传给粗骨料，骨料压力，试件变形，（骨料压力，试件变形，（c c 较小时）较小时） 微裂缝在长期荷载作用下不断发展、增加导致应变增加微裂缝在长期荷载作用下不断发展、增加导致应变增加（cc较大时）较大时）53第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土徐变系数徐变系数 j (t，t0) Creep Coefficientelcrtttteej),(),(00 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，最年以后可趋于稳定，最终的徐变系数终的徐变系数j j

37、=24。影响因素影响因素内在因素内在因素是混凝土的组成和配比。骨料是混凝土的组成和配比。骨料(aggregate)的刚度（弹的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。也越小。环境影响环境影响包括养护和使用条件。受荷前养护包括养护和使用条件。受荷前养护(curing)的温湿度越的温湿度越高，水泥水化作用月充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐高，水泥水化作用月充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（变减少（2035）%。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大

38、。度越小，徐变就越大。54第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土应力条件应力条件是指初应力水平si /fc和加荷时混凝土的龄期t0，它们影响徐变的非常主要的因素。当初始应力水平si /fc 0.5时，徐变值与初应力基本上成正比，也即（最终）徐变系数j =ecr /eel =Ececr /si =常数，这种徐变称为线性徐变线性徐变。 当初应力si 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，也即徐变系数j 随si的增大而增大，这种徐变称为非线性徐变非线性徐变。当初应力si 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，

39、最终导致混凝土的破坏。因此将将0.8fc作为混凝土的长期抗压强度作为混凝土的长期抗压强度。 高强混凝土的密实性好，在相同的s /fc比值下，徐变比普通混凝土小得多。但由于高强混凝土承受较高的应力值，初始变形较大，故两者总变形接近。此外，高强混凝土线性徐变的范围可达0.65fc，长期强度约为0.85fc，也比普通混凝土大一些。55第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土56第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土571.3 1.3 钢筋与混凝土的粘结性能钢筋与混凝土的粘结性能一、粘结的概念钢筋与混凝土间具有足够的粘结是保证钢筋与混凝土共同钢筋与混凝土间具有足够的粘结是保证钢筋与混凝土共同

40、受力变形的基本前提。通过钢筋与混凝土界面的粘结应力受力变形的基本前提。通过钢筋与混凝土界面的粘结应力(bond stress)，可以实现钢筋与混凝土之间的应力传递，从而，可以实现钢筋与混凝土之间的应力传递，从而使两种材料可以结合在一起共同工作。使两种材料可以结合在一起共同工作。粘结应力通常是指钢筋与混凝土界面间的剪应力。粘结应力通常是指钢筋与混凝土界面间的剪应力。粘结应力使钢筋应力沿长度方向发生数量变化，即粘结应力使钢筋应力沿长度方向发生数量变化，即没有粘结没有粘结应力应力就不会产生钢筋应力变化；反之，没有钢筋应力变化就就不会产生钢筋应力变化；反之，没有钢筋应力变化就不存在粘结应力不存在粘结应

41、力。第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能58NNNNltltdxssscsc+dscss-dssssss-dsst42dddxdsstdxddsst4第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能59第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能NNt60二、粘结的作用1 1、锚固粘结、锚固粘结第一章 钢筋和混凝土的材料性能laM 图Mmax钢筋截断梁柱节点1.3 钢筋与混凝土的粘结性能柱脚61第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能2 2、裂缝间粘结、裂缝间粘结62三、粘结的机理钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成：钢筋与

42、混凝土的粘结作用由三部分组成：混凝土中水泥胶体与钢筋表面的混凝土中水泥胶体与钢筋表面的胶结力胶结力；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摩擦力；钢筋表面粗糙不平产生的钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力。机械咬合力。当钢筋与混凝土产生相对滑动后，胶结作用即丧失。当钢筋与混凝土产生相对滑动后，胶结作用即丧失。摩擦力的大小取决于握裹力和钢筋与混凝土表面的摩擦系数。摩擦力的大小取决于握裹力和钢筋与混凝土表面的摩擦系数。第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能63第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能

43、对于光面钢筋，表面轻度锈蚀有利于增加摩擦力，但摩对于光面钢筋，表面轻度锈蚀有利于增加摩擦力，但摩擦作用也很有限。擦作用也很有限。由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合作用也由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合作用也不大。因此，不大。因此，光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的。为保证光面钢筋的锚固为保证光面钢筋的锚固，通常需在钢筋端部弯钩、弯折或，通常需在钢筋端部弯钩、弯折或加焊短钢筋以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动。加焊短钢筋以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动。1355dD=4d(级钢筋)5d(级钢筋)5ddd5ddd64将钢筋表面轧制出

44、肋形成将钢筋表面轧制出肋形成带肋钢筋带肋钢筋，即变形钢筋，可，即变形钢筋，可显著增加钢筋与混凝土的机械咬合作用，从而大大增加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。了粘结强度。对与强度较高的钢筋，均需作成变形钢筋，以保证钢对与强度较高的钢筋，均需作成变形钢筋，以保证钢筋与混凝土间具有足够的粘结强度使钢筋的强度得以充筋与混凝土间具有足够的粘结强度使钢筋的强度得以充分发挥。分发挥。第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能65变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力斜向挤压力，其水平分力使钢筋周围的混凝土轴向受拉、

45、受剪，径向分其水平分力使钢筋周围的混凝土轴向受拉、受剪，径向分力使混凝土产生力使混凝土产生环向拉力环向拉力。轴向拉力和剪力使混凝土产生内部轴向拉力和剪力使混凝土产生内部斜向锥形裂缝斜向锥形裂缝，环向拉力使混凝土产生内部环向拉力使混凝土产生内部径向裂缝径向裂缝。第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能66 当混凝土保护层和钢筋间距当混凝土保护层和钢筋间距较小时，径向裂缝可发展达到较小时，径向裂缝可发展达到构件表面，产生劈裂裂缝，机构件表面，产生劈裂裂缝，机械咬合作用将很快丧失，产生械咬合作用将很快丧失，产生劈裂式粘结破坏劈裂式粘结破坏。第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢

46、筋与混凝土的粘结性能在钢筋周围配置在钢筋周围配置横向钢筋横向钢筋（箍筋或螺旋钢筋）或增加混（箍筋或螺旋钢筋）或增加混凝土的凝土的保护层厚度保护层厚度（c/d），可提高粘结强度。），可提高粘结强度。67第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能68第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能钢筋如果钢筋周围的横向钢筋较多或混凝土的保护层（如果钢筋周围的横向钢筋较多或混凝土的保护层（c/dc/d）较大，径向裂缝很难发展达到构件表面，则肋前部的混凝土较大，径向裂缝很难发展达到构件表面，则肋前部的混凝土在水平分力和剪力作用下最终将被挤碎，发生沿肋外径圆柱在水平分力和剪

47、力作用下最终将被挤碎，发生沿肋外径圆柱面的剪切破坏，形成所谓的面的剪切破坏，形成所谓的“刮梨式刮梨式”破坏，破坏，“刮梨式刮梨式”破坏是变形钢筋与混凝土粘结强度的上限。破坏是变形钢筋与混凝土粘结强度的上限。69四、粘结强度 Bond Strength dlAdlFssust第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能Fd自由端加载端套管1005d23d拔出试验拔出试验 Pull out test粘结强度粘结强度t tu ：粘结破坏：粘结破坏（钢筋拔出（钢筋拔出或混凝土劈裂）时钢筋与混凝土界或混凝土劈裂）时钢筋与混凝土界面上的最大平均粘结应力面上的最大平均粘结应力70影响粘结强度

48、的主要因素影响粘结强度的主要因素 Influence factors 混凝土强度、保护层厚度和钢筋净间距、横向配筋、钢筋混凝土强度、保护层厚度和钢筋净间距、横向配筋、钢筋表面和外形特征、受力情况及锚固长度表面和外形特征、受力情况及锚固长度 混凝土强度混凝土强度：光面钢筋和变形钢筋的粘结强度均随混凝土强光面钢筋和变形钢筋的粘结强度均随混凝土强度的提高而增加，度的提高而增加，但并不与立方体强度但并不与立方体强度fcu成正比成正比，而与抗拉强，而与抗拉强度度 ft 成正比。成正比。保护层厚度和钢筋净间距保护层厚度和钢筋净间距：对于变形钢筋，粘结强度主要取对于变形钢筋，粘结强度主要取决于劈裂破坏。因此

49、相对保护层厚度决于劈裂破坏。因此相对保护层厚度c/d 越大，混凝土抵抗劈裂越大，混凝土抵抗劈裂破坏的能力也越大，粘结强度越高。破坏的能力也越大，粘结强度越高。当当c/d 很大时，若锚固长度很大时，若锚固长度不够，则产生剪切不够，则产生剪切“刮梨式刮梨式”破坏。破坏。同理，钢筋净距同理，钢筋净距s与钢筋直与钢筋直径径d 的比值的比值s/d 越大，粘结强度也越高。越大，粘结强度也越高。第一章 钢筋和混凝土的材料性能7 1.3 钢筋与混凝土的粘结性能71横向配筋横向配筋：横向钢筋的存在限制了径向裂缝的发展，使粘结横向钢筋的存在限制了径向裂缝的发展，使粘结强度得到提高。强度得到提高。 由于劈裂裂缝是顺钢筋方向产生的，其对钢筋锈蚀的影响由于劈裂裂缝是顺钢筋方向产生的，其对钢筋锈蚀的影响比受弯垂直裂缝更大，将严重降低构件的耐久性。比受弯垂直裂缝更大，将严重降低构件的耐久性