混凝土结构材料的力学性能二

钢筋混凝土基本构件主讲：范进第二章混凝土结构材料的力学性能2.1钢筋2.2混凝土2.3钢筋与混凝土的黏结2.4钢筋的锚固和连接2.1钢筋2.1.1钢筋的种类2.1.2钢筋的强度和变形2.1.3钢筋的冷加工2.1.4钢筋的疲劳2.1.5混凝土结构对钢筋性能的要求2.1.1钢筋的种类

钢筋的种类

元素组成：碳钢（低、中、高碳钢）

合金钢（锰、硅、钒等）

加工方式：热轧、冷拉、热处理钢筋

强度等级：HPB300、HRB335、HRBF335、HRB400、HRBF400、RRB400、HRB500、HRBF500

外形：光圆钢筋、变形钢筋、钢丝、

钢丝束、钢绞线2.1.1钢筋的种类2.1.2钢筋的强度和变形根据力学性能不同分为：硬钢：无明显流幅的钢筋(钢丝、热处理钢筋)软钢：有明显流幅的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋)2.1.2钢筋的强度和变形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)o2.1.2钢筋的强度和变形钢筋的力学性能指标：

软钢：屈服强度、延伸率、屈强比

硬钢：条件屈服点残余应变为0.2%所对应的应力，《规范》取为0.85fu。2.1.2钢筋的强度和变形钢筋的变形性能：

塑性变形（伸长率、冷弯）最大力下的总伸长率量测方法钢筋的冷弯2.1.3钢筋的冷加工钢筋的冷加工冷拉冷拔冷轧2.1.4钢筋的疲劳疲劳破坏是指钢筋在承受受重复、周期性性的荷载作用下下，经过一定次次数后，突然脆脆性断裂的现象。与一次单调加加载时的塑性破破坏不同，疲劳劳破坏时钢筋的最大应力明显低于静荷载作用下钢筋的极限强度。钢筋的疲劳强度是指在某一规定应应力变化幅度内内，经受一定次次数循环荷载后发生破坏的最大大应力值。钢筋疲劳断裂，，一般认为是由由于钢筋内部和外部的缺缺陷引起。影响钢筋疲劳强度最主要的因素是钢筋的的疲劳应力幅，即。。2.1.5混凝土结构对钢筋性能能的要求适当的强度和屈屈强比塑性好可焊性好与混凝土有良好好的黏结力2.2混凝土1混凝土的强度2混凝土的变形由水泥、石、砂砂、水按一定的的配合比制成，经凝结硬化形形成的复合材料料。通常把混凝土的结构构分为三种类型型：Ａ.微观结构：即水泥石结构Ｂ.亚微观结构：即混凝土中的的水泥砂浆结构构。Ｃ.宏观结构：即砂浆和粗骨骨料两组分体系系。混凝土的组成1、混凝土为多相相、多种材料、、具有初始缺陷；2、骨料的分布及及骨料与基相之之间在界面的结合强度是影响响混凝土强度的重要因素；3、在荷载的作用用下，微裂缝的的扩展对混凝土的力学性能有着着极为重要的影影响。注意:混凝土的组成2.2.1混凝土的强度混凝土立方体抗抗压强度混凝土轴心抗压压强度混凝土抗拉强度度混凝土在复杂应应力下强度2.2.1混凝土的强度在混凝土结构中，，主要是利用它它的抗压强度。。因此抗压强度度是混凝土力学学性能中最主要要和最基本的指指标。（1）立方体的抗压压强度fcu从C15～C80共划分为14个强度等级，级级差为。。混凝土的强度等等级是用抗压强度来划分（2）轴心抗压强度度fc150mm×150mm×300mm棱柱体用立方体强度反反映：考虑实际情况(施工状况、养护护条件等)真实反映以受压压为主的混凝土土结构构件的抗抗压度。2.2.1混凝土的强度混凝土的轴心抗抗拉强度可以采用直接轴轴心受拉或圆柱体或立方体的的劈裂试验的试验方法来测定定。劈拉试验FaF（3）轴心抗拉强度度ft混凝土构件开裂裂、裂缝、变形形，以及受剪、、受扭、受冲切切等的承载力均均与抗拉强度有关。拉压压2.2.1混凝土的强度在平面（两向）应应力状态下，当当两方向应力均均为压应力时，，抗压强度相互互提高，最大可可增加27％，而当一方向向为压应力，另另一方向为拉应应力时，强度相相互降低。复杂应力状态下下的强度2.2.1混凝土的强度2.2.1混凝土的强度同一种混凝土的各各种强度（立方方体抗压强度、轴心抗压强度度、抗拉强度度、两向强度、三向强度、局局压强度）相互互之间都有一定的关系。2.2.1混凝土的强度2.2.1混凝土的强度2.2.2混凝土的变形骨料水泥结晶体水泥凝胶体弹性变形的基础础塑性变形的基础础混凝土变形与材材料组成的关系系混凝土2.2.2混凝土的变形（1）一次短期荷载载作用的变形2.2.2混凝土的变形CBDEfc00•••Acu••一次短期荷载作作用的应力—应变关系OA–––弹性阶段A:0.3fcAB–––弹塑性阶段、裂缝稳定阶段BC–––裂缝不稳定阶段段:0.8fc～1.0fc:0.3fc～0.8fc2.2.2混凝土的变形0–––对应于峰值点应应变《规范》0=0.002cu–––混凝土极限压应变《规范》cu=0.0033fc–––轴心抗压强度特征点：2.2.2混凝土的变形变形模量一次短期荷载作作用的变形模量量弹性模量切线模量2.2.2混凝土的变形（2）长期荷载作用用下的变形—徐变混凝土在荷载的的长期作用下，，其变形随时间间而不断增长的的现象称为徐变。2.2.2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增加引起应力重分布布引起预应力的损损失影响徐变的因素素有混凝土的级级配、水灰比、、初始加载龄期期、初应力大小小，养护使用条条件等。2.2.2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，徐变发展最终导导致破坏，一般取混凝土应力约约作为混凝土的长期抗压强度。0.75～0.8fc2.2.2混凝土的变形（3）长期混凝土的收收缩、膨胀和温温度变形2.2.3混凝土的疲劳重复荷载作用下的变变形—疲劳2.3钢筋与混凝土的的黏结2.3.1黏结的作用与机理2.3.2黏结的含义2.3.3黏结作用的特点2.3.4黏结作用的机理2.3.1黏结的作用与机理粘结和锚固是钢筋和和混凝土形成整整体、共同工作的基础。钢筋与混凝土之间粘粘结应力示意图图（a）锚固粘结应力力（（b）裂缝间的局部部粘结应力黏结的意义：光圆钢筋与变形形钢筋具有不同同的粘结机理，，其粘结作用主要由三部分组组成：（１）胶结：钢筋与混凝土接接触面上的化学学吸附作用力（胶结力），一一般很小，仅在在受力阶段的局局部无滑移区域域起作用，当接触面面发生相对滑移移时，该力即消消失。（２）摩擦：混凝土收缩握裹裹钢筋而产生的的摩阻力。（３）咬合：钢筋表面凹凸不不平与混凝土之之间产生的机械械咬合作用力（咬咬合力）。对于于光圆钢筋，这这种咬合力来自自于表面的粗糙不平平。黏结作用的机理：：2.3.1黏结的作用与机理2.3.1黏结的作用与机理2.3.2影响黏结强度的的因素混凝土强度：混凝土强度越高高，钢筋与混凝凝土的黏结力越高；保护层厚度：混凝土保护层较较薄时，其粘结结力降低，并在在保护层最薄弱位置容易出现劈劈裂裂缝，促使使粘结力提早破破坏；钢筋表面形状：：带肋钢筋表面凹凹凸不平，与混混凝土之间的机机械咬合力较好，破坏时粘粘结强度大；光光面钢筋的粘结结强度则较小，所以要在钢筋筋端部做成弯钩钩，可以增加拔拔力；横向压应力：如支座处的反力力作用在钢筋锚锚固端，增大了了摩阻力有利于黏结锚固。浇筑混凝土时钢钢筋的位置：浇筑混凝土时钢钢筋的位置也会会影响黏结的强度。保证粘结的措施：(1)对不同等级的混凝凝土和钢筋，要要保证最小搭接接长度和锚固长长度。(2)为了保证混凝土与钢钢筋之间有足足够的粘结，必必须满足钢筋最最小间距和混凝凝土保护层最小小厚度的要求；；(3)在钢筋的搭接接接头内应加密箍箍筋；(4)为了保证足够的的粘结在钢筋端端部应设置弯钩钩；(5)对大深度混凝土土构件应分层浇浇筑或二次浇捣捣；(6)一般除重锈钢筋筋外，可不必除除锈。2.4钢筋的锚固和连接钢筋的锚固：通过混凝土中钢筋埋埋置段或机械措措施将钢筋所受受的力传给混凝土，使钢筋筋锚固于混凝土土而不滑出，