钢筋混凝土教学.

1、南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1 混凝土的性能混凝土的性能2.2 钢筋的性能钢筋的性能2.3 钢筋与混凝土的相互作用钢筋与混凝土的相互作用南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1 混凝土的性能混凝土的性能1 混凝土的组成混凝土的组成2 混凝土的强度混凝土的强度3 混凝土的变形混凝土的变形南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.

2、1.1 混凝土的组成混凝土的组成 由水泥、石、砂、水按一定的配合比制 成，经凝结硬化形成的复合材料。 通常把混凝土的结构分为三种类型： .微观结构：即水泥石结构 .亚微观结构：即混凝土中的水泥砂浆结构。 .宏观结构：即砂浆和粗骨料两组分体系。混凝土的组成南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1.1 混凝土的组成混凝土的组成 1、混凝土为多相、多种材料、具有初、混凝土为多相、多种材料、具有初 始缺陷；始缺陷； 2、骨料的分布及骨料与基相之间在界、骨料的分布及骨料与基相之间在界 面的结合强度是影响混凝土强度的面的结合强度是影响混凝

3、土强度的 重要因素；重要因素； 3、在荷载的作用下，微裂缝的扩展对、在荷载的作用下，微裂缝的扩展对 混凝土的力学性能有着极为重要的影响。混凝土的力学性能有着极为重要的影响。注意:南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1.2 混凝土的强度混凝土的强度混凝土立方体抗压强度混凝土立方体抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度cufcftf混凝土在复杂应力下强度混凝土在复杂应力下强度南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1.2 混凝土的

4、强度混凝土的强度 在混凝土结构中，主要是利用它的抗压强在混凝土结构中，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。和最基本的指标。（1）立方体的抗压强度立方体的抗压强度 f fcucu,k,k 从从C15C15C80C80共划分为共划分为1414个强度等级，级差个强度等级，级差为为 。 混凝土的强度等级是用抗压强度来划分混凝土的强度等级是用抗压强度来划分25mmN南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1.2 混凝土的强度混凝土的强度（2）轴心抗压强度轴心抗

5、压强度 f fc ck k150mm150mm300mm 棱柱体 用立方体强度反映：kcuccckff,2188. 0 真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压度。真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压度。南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1.2 混凝土的强度 混凝土的轴心抗拉强度混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉或圆可以采用直接轴心受拉或圆柱体或立方体的劈裂试验的柱体或立方体的劈裂试验的试验方法来测定。试验方法来测定。劈拉试验FaFFF劈裂试验劈裂试验（3 3）轴心抗拉强度轴心抗拉强度 f ft tk k混凝土构

6、件开裂、裂缝、变形，以混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。均与抗拉强度有关。拉压压南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1.2 混凝土的强度混凝土的强度 在平面（两向）应力状态下，当两在平面（两向）应力状态下，当两方向应力均为压应力时，抗压强度相互方向应力均为压应力时，抗压强度相互提高，最大可增加提高，最大可增加27；当一方向为压；当一方向为压应力，另一方向为拉应力时，强度相互应力，另一方向为拉应力时，强度相互降低；两个方向均受拉时，双向受拉强降低；两个方

7、向均受拉时，双向受拉强度接近于单向受拉强度。度接近于单向受拉强度。(4)复杂应力状态下的强度复杂应力状态下的强度南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1.2 混凝土的强度混凝土的强度南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1.2 混凝土的强度混凝土的强度 同一种混凝土的各种强度（立方体抗同一种混凝土的各种强度（立方体抗压强度、轴心抗压强度压强度、轴心抗压强度 、抗拉强度、两向、抗拉强度、两向强度、三向强度、局压强度）相互之间都强度、三向强度、局压强度）相互之间都

8、有一定的关系。有一定的关系。南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1.3 混凝土的变形混凝土的变形混凝土的变形包括弹性变形、塑性变形，且在外力很小时就产生塑性变形南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1.3 混凝土的变形混凝土的变形（1）一次短期荷载作用的变形强度越高，下强度越高，下降段越陡，说降段越陡，说明破坏时的变明破坏时的变形越小，材料形越小，材料越脆，即延性越脆，即延性越差。越差。南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力

9、学性能混凝土结构材料的力学性能2.1.3 混凝土的变形混凝土的变形CBDEfc00Acu一次短期荷载作用的应力一次短期荷载作用的应力应变关系应变关系OA 弹性阶段A : 0.3fcAB 弹塑性阶段、裂缝稳定阶段BC 裂缝不稳定阶段 : 0.8 fc 1.0 fc : 0.3fc 0.8fc 南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1.3 混凝土的变形混凝土的变形 0 对应于峰值点应变对应于峰值点应变 规范规范 0 = 0.002 cu 混凝土极限压混凝土极限压应变应变规范规范 cu = 0.0033fc 轴心抗压强度轴心抗压强度

10、特征点：南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1.3 混凝土的变形0tgEc变形模量变形模量1tgEctgEc 一次短期荷载作用的变形模量一次短期荷载作用的变形模量弹性模量弹性模量切线模量切线模量南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1.3 混凝土的变形混凝土的变形（2）长期荷载作用下的变形徐变 混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不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徐变。断增长的现象称为徐变。南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学

11、院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1.3 混凝土的变形徐变对混凝土结构工作性能有很大影响。使构件的变形增加引起应力重分布引起预应力的损失影响徐变的因素有混凝土的级配、水灰比、初始加载龄期、初应力大小，养护使用条件等。南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1.3 混凝土的变形混凝土的变形徐变性质：线性徐变 c0.5fc非线性徐变 c 0.5fc当c 0.8fc ，徐变发展最终导致破坏，一般取混凝土应力约 作为混凝0.750.8fc土的长期抗压强度。南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第

12、二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1.3 混凝土的变形混凝土的变形重复荷载作用下的变形疲劳（3）重复荷载作用下的变形疲劳南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.2 钢筋的性能钢筋的性能2.2.1 钢筋的种类2.2.2 钢筋的力学性能2.2.3 钢筋的加工、处理2.2.4 钢筋的质量检验南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.2.1 钢筋的种类钢筋的种类 钢筋的种类 元素组成：元素组成：碳碳 钢（低、中、高碳钢）钢（低、中、高碳钢） 合金钢（

13、锰、硅、钒等）合金钢（锰、硅、钒等） 加工方式：加工方式：热轧、冷拉、热处理钢筋热轧、冷拉、热处理钢筋 强度等级：强度等级：HPB300、HRB335、 HRBF335 、 HRB400、 HRBF400 、 RRB400 、 HRB500 、HRBF500 、 外外 形：形：光圆钢筋、变形钢筋、钢丝、光圆钢筋、变形钢筋、钢丝、 钢丝束、钢绞线钢丝束、钢绞线南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.2.1 钢筋的种类钢筋的种类D公称直径 A3 股钢绞线量测尺寸钢绞线2-1 常用钢筋形式刻痕钢丝螺旋肋钢丝南京理工大学紫金学院南京理工

14、大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.2.2 钢筋的力学性能根据力学性能不同分为：硬钢：硬钢：无明显流幅的钢筋(钢丝、热处理钢筋)软钢：软钢：有明显流幅的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋)南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.2.2 钢筋的力学性能钢筋的力学性能软钢应力应变关系硬钢应力应变关系比例极限屈服强度极限强度o(N/mm2)fyfted流幅abc0.2% 0.2(N/mm2)o南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.2.2

15、 钢筋的力学性能钢筋的力学性能指标： 软钢：屈服强度、伸长率、冷弯性 硬钢：条件屈服点残余应变为0.2%所对应 的应力，规范取为0.85 fu。南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.2.3 钢筋的加工、处理钢筋的加工、处理钢筋的加工与处理 钢筋的冷加工（冷拉、冷拔）钢筋的冷加工（冷拉、冷拔） 钢筋的热处理（淬火、回火）钢筋的热处理（淬火、回火）南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.2.3 钢筋的加工、处理钢筋的加工、处理冷拉冷拉：在常温下，将有明显屈：在常温下

16、，将有明显屈服点的钢筋强力拉伸到其强化服点的钢筋强力拉伸到其强化阶段，然后卸掉全部拉力，使阶段，然后卸掉全部拉力，使钢筋应力重新恢复到零，并停钢筋应力重新恢复到零，并停留一段时间。留一段时间。冷拉后，再加载，屈服点会有所冷拉后，再加载，屈服点会有所提高，但钢筋的塑性会有所降低，提高，但钢筋的塑性会有所降低，这种现象称为这种现象称为冷加工硬化、冷作冷加工硬化、冷作硬化、时效硬化硬化、时效硬化。冷拉钢筋属于软钢冷拉钢筋属于软钢。南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能冷拔冷拔: :将钢筋用强力拔过比它本身直径还小的硬质合金拔丝模，这时钢

17、筋同时受到纵向拉力和横向压力的作用，截面变小而长度拔长。经过几次冷拔，钢筋的强度比原来有很大的提高，但塑性降低很多。冷拉：提高抗拉强度冷拔：提高抗拉、抗压强度。2.2.3 钢筋的加工、处理钢筋的加工、处理南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.2.4 钢筋的质量检验强强 度度塑性变形（伸长率、冷弯）塑性变形（伸长率、冷弯）焊焊 接接机械连接性能机械连接性能施工适应性施工适应性钢筋与混凝土的粘结力钢筋与混凝土的粘结力钢筋的质量检验南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能

18、2.3 钢筋与混凝土的相互作用钢筋与混凝土的相互作用2.3.1 粘结及粘结的作用2.3.2 粘结的组成2.3.3 粘结与滑移的关系2.3.4 影响粘结的因素2.3.5 保证粘结的措施南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.3.1 粘结及粘结的作用粘结及粘结的作用定义：当钢筋与混凝土之间产生相对变形（滑移），在定义：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，此作用力称为粘结力。用力，此作用力称为粘结力。 粘结的意义：钢筋和混凝土之

19、间的粘结，是保证钢筋和混凝土这两种力学性能截然不同的材料在结构构件中共同工作的基本前提之一。南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.3.2 粘结的组成 光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理，其粘结作用光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理，其粘结作用主要由三部分组成：主要由三部分组成：（）胶结：胶结：钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力），一般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，该力即消失。（）摩擦：摩擦：混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。（）咬合：咬合：钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力（咬合力）。对于光圆钢筋，这种咬合力来自于表面的粗糙不平。南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.3.3 粘结与滑移的关系粘结与滑移的关系南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院第二章第二章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.3.4 影响粘结的因素影响粘结的因素混凝土强度：混凝土强度：混凝土强度越高，钢筋与混凝土的粘结力也越高；混凝土强度