钢筋和混凝土材料的力学性能讲解学习

1、河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院钢筋和混凝土材料的力学性能河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院本章重点本章重点 熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则；及其选用原则；熟悉熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能及其选用原则；变形性能及其选用原则；了解了解钢筋与混凝土的粘结性能。钢筋与混凝土的粘结性能。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院1.1.定义：定义： 在混凝土结构中采用的棒在混凝土结构中采用的棒状、丝状钢材。状、丝状钢材。一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能河南理

2、工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能按化学成分按化学成分碳素钢碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）低碳钢（含碳量0.25%）中碳钢（含碳量0.250.6%）高碳钢（含碳量0.61.4%）普通低合金钢普通低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、铬等）锰系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系2. 钢筋的成分、级别和品种钢筋的成分、级别和品种含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性减低河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院钢筋钢筋热轧钢筋：热轧钢筋：由低碳钢和普通低合金钢在高温状态下轧制而成冷加工钢筋：冷加工钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械加工而成热处理钢筋：热处理

3、钢筋：将HRB400、RRB400钢筋通过加热、淬火、回火而成按加工方法按加工方法钢丝钢丝碳素钢丝：碳素钢丝：钢筋通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成刻痕钢丝：刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力钢绞线：钢绞线：几根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院冷加工钢筋热轧钢筋热轧钢筋低合金钢筋低合金钢筋冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭冷加工钢筋冷加工钢筋提高强度塑性降低河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院光圆钢丝光圆钢丝 钢丝、钢绞线钢丝、钢绞线 预应力钢筋预应力钢筋4mm、5mm、6m

4、m、7mm、8mm、9mm2股、股、3股、股、7股股1570MPa1770MPa河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能按表面形状按表面形状光圆钢筋光圆钢筋变形钢筋变形钢筋无明显屈服点钢筋（无明显屈服点钢筋（“硬钢硬钢”）按力学性能按力学性能有明显屈服点钢筋（有明显屈服点钢筋（“软钢软钢”）按使用用途按使用用途普通钢筋普通钢筋预应力钢筋预应力钢筋螺旋纹螺旋纹人字纹人字纹月牙纹月牙纹河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能强度等级代号强度等级代号

5、钢种钢种符号符号d/mmHPB235Q235（低碳钢）（低碳钢）620HRB33520MnSi（低合金钢）（低合金钢）650HRB40020MnSiV,20MnSiNb,20MnTi（低合金钢）（低合金钢）650RRB400K20MnSi（低合金钢）（低合金钢）840表表1-1 1-1 常用热轧钢筋的种类、代表符号和直径范围常用热轧钢筋的种类、代表符号和直径范围 注：注：第一个字母第一个字母H（hotrolled）表示热轧，）表示热轧，R(Remainedheattreated)表示为余热表示为余热处理；处理；第二个字母第二个字母P(Plain)表示光圆，表示光圆，R(ribbed)表示带肋；

6、表示带肋；第三个字母第三个字母B（Bar）代表钢筋；代表钢筋；数字数字表示标准强度。表示标准强度。 河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院钢厂提供的钢筋直径为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和和50mm。其中，。其中，d=8.2mm的钢筋仅适用于有纵肋的热处理钢筋。设计时，应在表的钢筋仅适用于有纵肋的热处理钢筋。设计时，应在表1-1的的直径范围和上述提供的直径内选择钢筋。当采用直径大于直径范围和上述提供的直径内选择钢筋。当采用直径大于40m

7、m的钢筋时，应有可靠的工程经验。的钢筋时，应有可靠的工程经验。一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能ABBCDE上屈服点不稳定下屈服点出现颈缩拉断BC段为屈服平台CD段为强化段0.2%0.2标距有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋钢筋受压和受拉时的应力钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同应变曲线几乎相同2. 钢筋的应力钢筋的应力-应变曲线应变曲线河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院ABBCDE强度指标强度指标* 有明显流幅的钢筋：有明显流幅的钢筋：在建立钢筋混凝土构在建立钢筋混凝土构件

8、截面承载力计算理论时，以件截面承载力计算理论时，以下屈服点下屈服点对应对应的强度作为设计时钢筋强度的取值（的强度作为设计时钢筋强度的取值（fy）。）。一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能两点简化：两点简化：A.A. 钢筋应力不大于屈服点时应力钢筋应力不大于屈服点时应力- -应变关系应变关系- -直服从胡克定律，处于理想弹性阶段；直服从胡克定律，处于理想弹性阶段； B.B.不利用应力强化阶段，假设钢筋混凝土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构件截面达到破坏时，钢筋拉应力保持为屈服点应力。钢筋的极限强度点应力。钢筋的极限强度作为一种安全储备。作为一种

9、安全储备。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院0.2%0.2强度指标强度指标* 无明显流幅的钢筋：无明显流幅的钢筋：残余应变为残余应变为0.2%时所对应的应力时所对应的应力作为其强度限值，称为作为其强度限值，称为条件屈服强度条件屈服强度，混凝土规范取，混凝土规范取0.20.85 b， b为极限抗拉强度。为极限抗拉强度。一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能s,usss=Essyfys,hfs,u河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能强度指标的确定强度指标的确定强度随机变量强度标准值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有9

10、5以上保证率（钢筋为97.73% ）的统计特征值：强度标准值（强度标准值（fykyk）= =强度平强度平均值均值-2-2均方差均方差概率密度材料强度强度平均值强度标准值钢筋强度用钢筋强度用标准值标准值和和设计值设计值表示。表示。钢筋强度的设计值钢筋强度的设计值fy等于钢筋强度等于钢筋强度标准值除以材料分项系数标准值除以材料分项系数s，即，即 sykyff河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院钢筋变形指标钢筋变形指标河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能变形指标变形指标*伸长率：伸长率：钢筋拉断后的伸长与原长的比值钢筋拉断后的伸长与

11、原长的比值* 冷弯性能：冷弯性能：将直径为将直径为d的钢筋绕直径为的钢筋绕直径为D的钢辊的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂及起层现象弯成一定的角度而不发生断裂及起层现象 为防止在弯折加工时断裂和使用过程中脆断，钢筋还为防止在弯折加工时断裂和使用过程中脆断，钢筋还应具有一定的塑性变形能力。应具有一定的塑性变形能力。 伸长率越大，塑性越好。伸长率用表示，用钢筋试样拉断后断口两侧的残留应变(用百分率表示)作伸长率，即 %100lll 弯芯的直径越小，弯转角越大，塑性越好河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院钢筋的力学性能指标钢筋的力学性能指标fyfu-屈服强度屈服强度-极限抗拉强度极限抗拉强

12、度fy / fu-屈强比屈强比强度指标强度储备强度储备塑性指标延伸率延伸率冷弯性能冷弯性能一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能冷拉BKZZK残余变形冷拉伸长率无时效经时效K点的选择：应力控制和应变控制温度的影响：温度达700C时恢复到冷拉前的状态，先焊后拉特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降冷加工钢筋的力学性能指标冷加工钢筋的力学性能指标河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能冷拔经过冷拔后钢筋强度提高，塑性降低，没有明显的

13、屈服点和流幅冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院冷轧带肋钢筋以低碳钢筋或低合金钢筋为原材料，在以低碳钢筋或低合金钢筋为原材料，在常常温温下进行轧制而成的表面带有纵肋和月牙下进行轧制而成的表面带有纵肋和月牙纹横肋的钢筋。纹横肋的钢筋。它的极限强度与冷拔低碳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钢丝相近，但伸长率比冷拔低碳钢丝有明显提高显提高。冷轧扭钢筋 以热轧光面钢筋以热轧光面钢筋HPB235为原材料，为原材料，按规定的工艺参数，经钢筋冷轧扭机一按规定的工艺参数，经钢筋冷轧扭机一次加工轧扁扭曲呈连续螺旋状。次加工轧扁扭曲呈连续螺

14、旋状。一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院徐变应力不变，随时间的增长应变继续增加松弛长度不变，随时间的增长应力降低对结构，尤其是预应力结构，产生不利的影响一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能3.钢筋的徐变与松弛钢筋的徐变与松弛河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院强度要求强度要求：保证经济性。屈服强度和极限强度，抗震设计时还要：保证经济性。屈服强度和极限强度，抗震设计时还要 求有一定的屈强比求有一定的屈强比塑性要求塑性要求：保证结构延性，给人以破坏的预兆。伸长率和冷弯：保证结构延性，给人以破坏的预兆。伸长率和冷弯要求要求

15、可焊性可焊性：钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证焊接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。后的接头性能良好。与混凝土的粘结性与混凝土的粘结性：保证钢筋和混凝土共同工作。：保证钢筋和混凝土共同工作。4. 混凝土结构对钢筋的要求混凝土结构对钢筋的要求一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能普通钢筋宜优先采用普通钢筋宜优先采用HRB400级级和和HRB335级级钢筋，以节省钢筋用量。钢筋，以节省钢筋用量。也可以采用也可以采用HPB235级和级和RRB400级热轧钢筋以及强度级别较

16、低的冷拔、级热轧钢筋以及强度级别较低的冷拔、冷轧和冷轧扭钢筋。冷轧和冷轧扭钢筋。 预应力钢筋宜采用预应力预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、中高强钢丝钢绞线、中高强钢丝，也可以采用热，也可以采用热处理钢筋。还可以采用冷拉钢筋和强度级别较高的冷拔低碳钢处理钢筋。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。丝和冷轧扭钢筋。5. 钢筋的选用原则钢筋的选用原则河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院混混凝土的组成特点凝土的组成特点混凝土水泥水砂石混凝土水泥水砂石混凝土是多空隙、不均匀的物体，混凝土是多空隙、不均匀的物体，内部存在许多微裂纹内部存在许多微裂纹水化过程长，性能需较长时间才

17、能稳定水化过程长，性能需较长时间才能稳定二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院重点：重点：混混凝土的强度凝土的强度u立方体抗压强度立方体抗压强度u轴心抗压强度轴心抗压强度u轴心抗拉强度轴心抗拉强度u复合应力状态下的强度复合应力状态下的强度二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能立方体抗压强度立方体抗压强度fcu1） 单轴受力状态下混凝土的抗压强度单轴受力状态下混凝土的抗压强度1. 混凝土的强度混凝土的强度承压板试块温度：温度：2020

18、33湿度：湿度：9090边长为边长为150mm150mm的的标准立方体试块标准立方体试块标准条件标准条件养护养护28d28d标准试验方法标准试验方法加载速度：加载速度：0.150.150.25MPa/s0.25MPa/s全截面受力，表面不涂润滑剂全截面受力，表面不涂润滑剂抗压强度抗压强度内部微裂纹的扩展内部微裂纹的扩展混凝土破坏实质：河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能ffkcuf645. 1,fcu,k与平均值与平均值f和标准差和标准差 f的关系为的关系为混凝土的强度等级混凝土的强度等级:具有95保证率的抗压强度标准值 (以N/mm

19、2计)kcuf,14级级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80高强混凝土高强混凝土混凝土混凝土强度等级强度等级的选用：的选用： 采用采用HRB335HRB335、HRB400/RRB400HRB400/RRB400级钢筋时级钢筋时, ,不得不得低于低于C20C20；承受重复荷载构件的混凝土，承受重复荷载构件的混凝土，不得不得低于低于C20C20；预应力混凝土结构，预应力混凝土结构，不应不应低于低于C30C30；采用高强钢丝作预应力钢筋时，采用高强钢丝作预应力钢筋时，不宜不宜低于低于C40C40。表示混凝土Concrete立方体抗压强度标准值河南理工

20、大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能立方体抗压强度的影响因素立方体抗压强度的影响因素1） 单轴受力状态下混凝土的抗压强度单轴受力状态下混凝土的抗压强度1. 混凝土的强度混凝土的强度承压板试块温度：温度：202033湿度：湿度：9090边长为边长为150mm150mm的的标准标准立方体立方体试块试块标准条件标准条件养护养护28d28d标准试验方法标准试验方法加载速度：加载速度：0.150.150.25MPa/s0.25MPa/s全截面受力，表面不涂润滑剂全截面受力，表面不涂润滑剂抗压强度抗压强度河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院影

21、响一：润滑剂摩擦力不涂润滑剂不涂润滑剂涂润滑剂涂润滑剂试块受压、纵向压缩，横试块受压、纵向压缩，横向扩张，试块表面与垫板间的向扩张，试块表面与垫板间的摩擦力约束了横向扩张，限制摩擦力约束了横向扩张，限制了微裂缝的开展，从而提高试了微裂缝的开展，从而提高试件抗压强度。件抗压强度。强度大于二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能立方体抗压强度的影响因素立方体抗压强度的影响因素河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院影响二：尺寸标准试块150150 150非标准试块100100 100 非标准试块200200 200 1.05:1:0.95尺寸越大尺寸越大, ,内部缺陷较多内部缺陷较

22、多; ;尺寸越大，套箍作用越不明显。尺寸越大，套箍作用越不明显。试块尺寸越大，实测破坏强度越低。试块尺寸越大，实测破坏强度越低。二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院影响三：加载速度加载速度快，内部微裂纹来不及扩展，实测强度提高二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院棱柱体抗压强度棱柱体抗压强度fc承压板试块标准试块：150150 300mm二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能 抗压强度与试件形状有关，实际构件往往是棱抗压强度与试件形状有关，实际构件往往是棱柱体，棱柱体

23、抗压强度比立方体试件能更好地反映柱体，棱柱体抗压强度比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。混凝土的实际抗压能力。 中部横向变形不受端部摩擦力的约束，代表了中部横向变形不受端部摩擦力的约束，代表了混凝土处于单向全截面均匀受压的应力状态混凝土处于单向全截面均匀受压的应力状态。 试验量测到试验量测到fc值比值比fcu值小，并且棱柱体试值小，并且棱柱体试件高宽比件高宽比( (即即h/b) )越大，它的强度越小。越大，它的强度越小。真实反映混凝土的实际工作状态。真实反映混凝土的实际工作状态。摆脱端部摩擦力的影响；摆脱端部摩擦力的影响； 试件不致失稳。试件不致失稳。42bh河南理工大学土木工程学院

24、河南理工大学土木工程学院 fc 与与 fcu 的关系：的关系： cucff2188. 0立方体抗压强度立方体抗压强度脆性折减系数：脆性折减系数：C40以下：以下：C80：1287. 0282. 0C8076. 050C111：立方体强度棱柱体强度考虑实际构件的工作条考虑实际构件的工作条件与试件所处条件的差件与试件所处条件的差异引入的修正系数异引入的修正系数二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院混凝土轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度ft2）单轴受力状态下混凝土的抗拉强度）单轴受力状态下混凝土的抗拉强度二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理

25、力学性能 由于混凝土构件由于混凝土构件内部的不均匀性内部的不均匀性，加之安装，加之安装试件偏差试件偏差的原因，的原因，通过直接受拉试验测量抗拉强度是很困难的，试验数据离散性很通过直接受拉试验测量抗拉强度是很困难的，试验数据离散性很大。大。100100150150500 直接测试法 误差大难实现河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院劈裂试验劈裂试验ft,sdlFfst2,ddftsFFFF二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能根据弹性理论试件中间垂直截面除加力点试件中间垂直截面除加力点附近很小的范围外，有均匀附近很小的范围外，有均匀分布的水平拉应力。当拉应分布的水平拉应力。当

26、拉应力达到混凝土的抗拉强度时，力达到混凝土的抗拉强度时，试件被劈成两半。试件被劈成两半。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院抗拉强度抗拉强度ft与立方体抗压强度与立方体抗压强度fcu之间的折算关系为之间的折算关系为二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能55. 02395. 088. 0cutff混凝土的脆性系数，当混凝土的强度等级不大于混凝土的脆性系数，当混凝土的强度等级不大于C40时，时，=1.0；当混凝土的强度等级为；当混凝土的强度等级为C80时，时，=0.87；其间按线性插值；其间按线性插值；222 0.88考虑结构中的混凝土强度与试块混凝上强度之间的差异等考虑结构

27、中的混凝土强度与试块混凝上强度之间的差异等因素的修正系数。因素的修正系数。55. 0,395. 0kcuf为轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算关系为轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算关系河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院双轴应力下的强度双轴应力下的强度3）复合受力状态下混凝土的强度）复合受力状态下混凝土的强度二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能双向受拉，双向受拉，1与与2的相互影响不大，双向受拉强度均接近于单向的相互影响不大，双向受拉强度均接近于单向受拉强度。受拉强度。一向受拉，另一向受压，混凝土强度均低于单向拉伸或压缩的强度，一向受拉，另一向受压，混凝土强度均低于单

28、向拉伸或压缩的强度，即即双向异号应力使强度降低双向异号应力使强度降低双向受压，一向强度随另一向应力的增加而增加双向受压，一向强度随另一向应力的增加而增加。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三向受压时的混凝土强度三向受压时的混凝土强度3=fcc3=fcc1= 2= fLfL-侧向约束压应力（加液压）圆柱体试验Lcccfff4有侧向约束时的抗压强度无侧向约束时圆柱体的单轴抗压强度二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能混凝土一向抗压强度随另两向侧压力的增加而提高。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院对于纵向受压的混凝土，约束混凝土的侧向变形，可使混对于纵向受压的混

29、凝土，约束混凝土的侧向变形，可使混凝土的抗压强度有较大提高。钢管混凝土柱、螺旋钢箍柱凝土的抗压强度有较大提高。钢管混凝土柱、螺旋钢箍柱二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能2. 混凝土的变形性能混凝土的变形性能混凝土的变形混凝土的变形非受力变形非受力变形受力变形受力变形一次短期加载下的变形一次短期加载下的变形荷载长期作用下的变形荷载长期作用下的变形 多次重复荷载作用下的变形多次重复荷载作用下的变形 硬化过程中的收缩变形硬化过程中的收缩变形 温湿度变化引起的变形温湿度变化引起的变形 河南理工

30、大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能受压时的应力受压时的应力-应变关系应变关系作用是：峰值应力后，作用是：峰值应力后，吸收试验机的变形能，吸收试验机的变形能，测出下降段测出下降段1）一次短期加载下的变形）一次短期加载下的变形棱柱体试块骨料和水泥结晶体弹性变形内部微裂缝稳定扩展内部微裂缝非稳定扩展峰值应变峰值应变0取取0.002。裂缝迅速发展，内部整体性严重破坏河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土强度提高混凝土强

31、度提高加载速度减慢加载速度减慢影响因素影响因素 混凝土强度对下降段影响很大，强度越高，下降段越陡峭，混凝土强度对下降段影响很大，强度越高，下降段越陡峭，延性越差。延性越差。加载速度越大，下降段越陡峭。加载速度越大，下降段越陡峭。横向箍筋横向箍筋河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院中国规范中国规范 u 0ocfccncccf01122n)50(6012,nfnkcu时，取大于当5,010505 . 0002. 0kcuf5,10500033. 0kcuuf二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能受压时应力受压时应力-应变关系的数学模型应变关系的数学模型 c c河南理工大学土木

32、工程学院河南理工大学土木工程学院受压时应力受压时应力-应变关系的数学模型应变关系的数学模型 u=0.0038 0=0.002o cfc c0.15fc2011cccf0015. 01ucccf美国美国Hognestad模型模型二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院u=0.00350=0.002ocfcc2011cccf德国德国Rsch模型模型二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能受压时应力受压时应力-应变关系的数学模型应变关系的数学模型河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学

33、性能受拉时混凝土的应力受拉时混凝土的应力-应变关系应变关系 t to t0 tu ft理论模型理论模型河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院破坏破坏重复荷载下的应力-应变曲线fcf321fcf的确定原则：100100 300或150150 450 的棱柱体试块承受200万次（或以上）循环荷载时发生破坏的最大压应力值二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能2）重复荷载下混凝土的变形性能）重复荷载下混凝土的变形性能河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院1二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能3)混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量 c c ccpe原点切线模量（弹

34、性模量）：拉压相同原点切线模量（弹性模量）：拉压相同0tgEc变形模量变形模量弹塑性模量（割线模量、弹塑性模量（割线模量、切线模量）切线模量）1tgEc切线模量切线模量tgEc 是材料变形性能的主要指标，是材料变形性能的主要指标，计算构件变形、计算构件变形、截面应力和预应力构件的预应力损失等时用。截面应力和预应力构件的预应力损失等时用。0河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能混凝土弹性模量的试验方法混凝土弹性模量的试验方法重复加载试验重复加载试验c/fcc0.5510次此线和原点切线此线和原点切线基本平行，取其基本平行，取其斜率作为斜率

35、作为Ec)/(7 .342 . 2102,5mmNfEkcuc（150150 300标准试件）取应力上限为取应力上限为0.50.5fc重复加载重复加载5 51010次次。试验结试验结果回归果回归 c c0破坏破坏重复荷载下的应力-应变曲线fcf321河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的剪变模量为混凝土的剪变模量为ccccEEG4 . 0)1 (2混凝土的泊松比（混凝土的泊松比（试件的横向应变与纵向应变之比试件的横向应变与纵向应变之比） ，在压力，在压力较小时为较小时为0.150.

36、18，接近破坏时可达，接近破坏时可达0.5以上，规范取以上，规范取0.2ccG河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能4）长期荷载作用下混凝土的变形性能）长期荷载作用下混凝土的变形性能-徐变徐变0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月) cr ce ce ce crP荷载保持不变，荷载保持不变，随时间而增长随时间而增长的变形的变形加荷瞬时变形加荷瞬时变形徐变变形徐变变形原因原因之一之一，胶凝体，胶凝体的粘性流动的粘性流动原因原因之二之二，混凝土，混凝土内部微裂缝的不断发内部微裂缝的不断发展展河南理工大学土

37、木工程学院河南理工大学土木工程学院徐变对结构设计的影响：徐变对结构设计的影响：使钢筋混凝土构件截面产生使钢筋混凝土构件截面产生内力重分布内力重分布；使钢筋混凝土构件使钢筋混凝土构件变形加大变形加大；使预应力混凝土构件产生使预应力混凝土构件产生预应力损失预应力损失；在高应力作用下还会使在高应力作用下还会使构件破坏构件破坏。二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能有利的有利的河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能徐变对混凝土结构的影响徐变对混凝土结构的影响PAsPAs s1c1Pc2As s2P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混

38、凝土开裂徐变：徐变： s， c河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能影响徐变的因素影响徐变的因素应力应力： c0.5fc，徐变变形与应力成正比，徐变变形与应力成正比-线性徐变线性徐变 0.5fc c0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定，造成混凝土破坏，不稳定加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)crelaeecr0.5fcc0.8fc，非线性徐变c0.5fc，线性徐变

39、养护温度越高、湿度越大，水化越充分，徐变越小养护温度越高、湿度越大，水化越充分，徐变越小受荷后温度越高、湿度越低，徐变越大受荷后温度越高、湿度越低，徐变越大河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能5）混凝土的收缩）混凝土的收缩-在空气中在空气中结硬时混凝土体积缩小的性质结硬时混凝土体积缩小的性质水泥品种：等级越高，收缩越大水泥品种：等级越高，收缩越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大骨料：骨料越硬，收缩越小；骨料粒径越大，收缩越小骨料：骨料越硬，收缩越小；骨料粒径越大，收缩越小养护条件

40、、制作方法、使用环境等养护条件、制作方法、使用环境等由凝缩和干缩组成由凝缩和干缩组成（干燥失水干燥失水是引起收缩的重要因素）是引起收缩的重要因素）河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能收缩对混凝土结构的影响收缩对混凝土结构的影响AssAs s收缩：收缩： 钢筋受压， 混凝土受拉As 混凝土的收缩对处于完全自由状态的构件只会引起构件的缩短混凝土的收缩对处于完全自由状态的构件只会引起构件的缩短而不开裂。对于周边有约束而不能自由变形的构件，而不开裂。对于周边有约束而不能自由变形的构件， 收缩会引起收缩会引起构件内混凝土产生拉应力，甚至会有裂缝

41、产生。构件内混凝土产生拉应力，甚至会有裂缝产生。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院热胀冷缩热胀冷缩 当温度变形受到外界的约束而不能自由发生时，将在构件内产生当温度变形受到外界的约束而不能自由发生时，将在构件内产生温度应力。温度应力。 大体积混凝土中大体积混凝土中 ，内部混凝土对试图缩小体积的表面混凝土形，内部混凝土对试图缩小体积的表面混凝土形成约束，在表面混凝土形成拉应力。成约束，在表面混凝土形成拉应力。 6）混凝土的温度变形混凝土的温度变形二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结

42、1. 粘结力的定义及分类粘结力的定义及分类当钢筋与混凝土之间产生相对变形（滑移），在钢筋和当钢筋与混凝土之间产生相对变形（滑移），在钢筋和混凝土的交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，混凝土的交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，此作用力称为粘结力。此作用力称为粘结力。粘结力：粘结力：与素混凝土梁无异与素混凝土梁无异河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结弯曲粘结应力弯曲粘结应力粘结应力分类粘结应力分类局部粘结应力局部粘结应力锚固粘结应力锚固粘结应力粘结应力大小与粘结应力大小与M沿纵向钢筋分布沿纵向钢筋分布规律有关，和力学中剪力分布规律规

43、律有关，和力学中剪力分布规律相同，此粘结应力称相同，此粘结应力称弯曲粘结应力弯曲粘结应力。 钢筋两端不存在拉力差，就不存在粘结力钢筋两端不存在拉力差，就不存在粘结力即粘结应力存在，钢筋应力沿长度才发生变化。即粘结应力存在，钢筋应力沿长度才发生变化。 河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结弯曲粘结应力弯曲粘结应力粘结应力分类粘结应力分类局部粘结应力局部粘结应力钢筋在支座处的锚固粘结应力是钢筋在支座处的锚固粘结应力是构件承载力至关重要的因素。构件承载力至关重要的因素。钢筋的端头应力为零，在经过不钢筋的端头应力为零，在经过不长的粘结距离长的粘结距

44、离(称锚固长度称锚固长度)后，钢后，钢筋的应力应能达到其设计强度。筋的应力应能达到其设计强度。锚固粘结应力锚固粘结应力河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结弯曲粘结应力弯曲粘结应力粘结应力分类粘结应力分类局部粘结应力局部粘结应力梁开裂后，混凝土开梁开裂后，混凝土开裂前承受的拉力通过裂前承受的拉力通过粘结应力粘结应力传递给钢传递给钢筋、从而使裂缝处钢筋、从而使裂缝处钢筋应力增大、这种粘筋应力增大、这种粘结应力称为局部粘结结应力称为局部粘结应力，其作用是使裂应力，其作用是使裂缝之间的混凝土参与缝之间的混凝土参与受拉。受拉。锚固粘结应力锚固粘结应

45、力河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结化学胶结力化学胶结力钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（一般钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（一般很小，一旦产生相对滑移即消失）。很小，一旦产生相对滑移即消失）。2、粘结力的组成：、粘结力的组成：摩擦力摩擦力混凝土收缩后将钢筋紧握产生的摩擦力，钢筋表面越混凝土收缩后将钢筋紧握产生的摩擦力，钢筋表面越粗糙，摩擦力越大。（钢筋表面微锈摩擦力增加）。粗糙，摩擦力越大。（钢筋表面微锈摩擦力增加）。机械咬合力机械咬合力钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用（是

46、变形钢筋粘结力的主要组成部分）。（是变形钢筋粘结力的主要组成部分）。钢筋端部的锚固作用钢筋端部的锚固作用钢筋端部的弯钩、弯折，在钢筋端部焊钢筋端部的弯钩、弯折，在钢筋端部焊短钢筋、短角钢等措施。短钢筋、短角钢等措施。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院化学胶着力化学胶着力3 粘结破坏机理粘结破坏机理（1）光圆钢筋的粘结破坏：）光圆钢筋的粘结破坏：三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结摩擦力摩擦力破坏破坏（2） 变形钢筋的粘结破坏变形钢筋的粘结破坏化学胶着力化学胶着力摩擦力摩擦力机械咬合力机械咬合力破坏破坏河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院拔出试验拔出试验 钢筋与混凝土界面上的平均粘结应力钢筋与混凝土界面上的平均粘结应力F为为F/(dl)三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结4. 粘结强度粘结强度：粘结失效时的最大（平均）粘结应力粘结失效时的最大（平均）粘结应力。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院粘结强度的测试粘结强度的测试三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、钢筋与混凝土的粘结三