第一章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能

1、2022-3-28目录1. 钢筋混凝土结构的基本概念2. 混凝土结构的发展状况3. 混凝土的强度指标及变形性能4. 钢筋的强度指标及变形性能5. 钢筋和混凝土的粘结性能2022-3-28 以以混凝土混凝土材料为主，并根据需要配置钢筋、预应力筋、材料为主，并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、钢管或纤维等形成的主要承重结构，均可称为钢骨、钢管或纤维等形成的主要承重结构，均可称为混凝土混凝土结构结构（Concrete Structures）。）。1.钢筋混凝土结构的基本概念素混凝土素混凝土Plain Concrete纤维增强混凝土纤维增强混凝土Fiber Reinforced Concrete钢骨混

2、凝土钢骨混凝土Steel Reinforced Concrete钢筋混凝土钢筋混凝土Reinforced Concrete钢管混凝土钢管混凝土Concrete Filled Steel Tube预应力混凝土预应力混凝土Prestressed Concrete钢混凝土组合结构钢混凝土组合结构Composite Structure1基本概念2022-3-28 抗压强度高，而抗拉强度却很低抗压强度高，而抗拉强度却很低 通常抗拉强度只有抗压强度的通常抗拉强度只有抗压强度的1/81/20 破坏时具有明显的破坏时具有明显的脆性特征脆性特征混凝土混凝土的材料特性的材料特性1基本概念2022-3-28 抗拉和

3、抗压强度都很高抗拉和抗压强度都很高 具有具有屈服屈服现象，破坏时表现出现象，破坏时表现出较好的延性较好的延性 细长的钢筋受压时极易细长的钢筋受压时极易压曲压曲钢筋钢筋的材料特性的材料特性1基本概念2022-3-28混凝土结构的混凝土结构的特点特点素混凝土梁L=1500mm120200C20P钢筋混凝土梁L=1500mm1202002f f14C20PP=4.4 kNP=62.5 kN 由上述对比试验可知：由上述对比试验可知： 钢筋混凝土梁的钢筋混凝土梁的承载力承载力比素混凝土梁比素混凝土梁大大提高（大大提高（14倍倍）；）； 素混凝土梁素混凝土梁破坏突然，没有明显预兆；破坏突然，没有明显预兆；

4、而钢筋混凝土梁则而钢筋混凝土梁则 表现出较好的表现出较好的延性延性，破坏前，破坏前有明显预兆；有明显预兆； 钢筋混凝土梁最终由于混凝土被压碎而破坏，此时钢筋已钢筋混凝土梁最终由于混凝土被压碎而破坏，此时钢筋已 经屈服，钢筋和混凝土的经屈服，钢筋和混凝土的材料强度均得到充分利用。材料强度均得到充分利用。1基本概念2022-3-28将将混凝土混凝土和和钢筋钢筋这两种材料有机地结合在一起，这两种材料有机地结合在一起，可以取长补短，充分发挥各自的材料性能。可以取长补短，充分发挥各自的材料性能。共同工作的主要原因：共同工作的主要原因：*混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者可靠地结合在一起，可共同受力，

5、共混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形同变形 * 两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：凝土：1.010-51.5 10-5/C，钢筋：，钢筋： 1.2 10-5 /C* 混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化 1基本概念2022-3-28目录1. 钢筋混凝土结构的基本概念2. 混凝土结构的发展状况3. 混凝土的强度指标及变形性能4. 钢筋的强度指标及变形性能5. 钢筋和混凝土的粘结性能

6、2022-3-282.混凝土结构的发展状况混凝土结构的混凝土结构的发展取决于发展取决于混凝土混凝土材料的发展材料的发展2.1 钢筋混凝土结构的诞生* 1824年，英国人年，英国人J. Aspdin 发明了波特兰水泥，有了混凝土；发明了波特兰水泥，有了混凝土； * 1849年，法国人年，法国人Joseph Louis Lambot 用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成小船小船-最早的钢筋混凝土结构；最早的钢筋混凝土结构； * 1861年，法国花匠年，法国花匠J. Monier 用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后由申请年了钢筋混凝

7、土板、管道、拱桥等专利后由申请年了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利-尽管他不懂钢筋混凝土尽管他不懂钢筋混凝土结构的受力原理，甚至将钢筋配置在板的中部，他却被认为是钢筋混凝土结构的受力原理，甚至将钢筋配置在板的中部，他却被认为是钢筋混凝土结构的发明者；结构的发明者； * 1884年，德国人年，德国人Wayss, Bauschingger和和Koenen等提出了钢筋应配置在构等提出了钢筋应配置在构件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。渐得到了推广应用。2022-3-28强度不断提高，性能不断改

8、善强度不断提高，性能不断改善 美国美国60年代混凝土抗压强度平均值：年代混凝土抗压强度平均值：28N/mm2，70年代年代 ：42N/mm2，有特殊需要时：有特殊需要时： 40N/mm2100 N/mm2，试验室中：，试验室中： 300 N/mm2轻质混凝土的应用轻质混凝土的应用 容重一般为：容重一般为：14kN/m318kN/m3(普通混凝土为普通混凝土为24kN/m3)，加气混凝，加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等无砂混凝土无砂混凝土(Non-fines concrete):只有粗骨料，无细骨料只有粗骨料，无细骨料 容重小，水的毛细

9、现象不显著，透水性大，水泥用量少，施工简单容重小，水的毛细现象不显著，透水性大，水泥用量少，施工简单 FRP筋的应用筋的应用(强度高，质量轻，抗腐蚀强度高，质量轻，抗腐蚀) 用用FRP筋代替钢筋筋代替钢筋2.2 材料方面的发展2 发展状况2022-3-28绿色混凝土：环保节能绿色混凝土：环保节能 透明混凝土透明混凝土 透水混凝土透水混凝土 清水混凝土清水混凝土 粉煤灰加气混凝土粉煤灰加气混凝土世博宁波馆独特的竖条毛竹模板清水混凝土剪力墙 2022-3-28 智能混凝土智能混凝土 智能智能能感知环境条件，做出相应行动能感知环境条件，做出相应行动 自诊断：碳纤维，光纤传感自诊断：碳纤维，光纤传感

10、自调节：形状记忆合金自调节：形状记忆合金 SMA 自修复自修复: 自行愈合和再生自行愈合和再生2022-3-282.3 结构方面的发展2 发展状况预应力混凝土结构的应用预应力混凝土结构的应用 在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构的抗裂度，在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构的抗裂度，减轻构件的自重减轻构件的自重结构体系的丰富结构体系的丰富 不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：混凝土结构、钢不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：混凝土结构、钢与混凝土的组合结构、与混凝土的组合结构、FRP混凝土及预应力混凝土结构等混凝土及预应力混凝土结构等2022-3-282.4 理论研

11、究方面的发展2 发展状况设计方法允许应力设计法破坏阶段设计法极限状态设计法半经验半概率法近似概率法全概率法KSR=f/KS(kqiqik)R(fck/kc, fsk/ks, As, b)2022-3-28结构基本理论-如何设计一个新结构荷载的确定方法荷载的确定方法结构的力学分析：线性和非线性结构的力学分析：线性和非线性构件的承载力计算、设计方法和构造措施构件的承载力计算、设计方法和构造措施计算机的应用与发展，结构整体空间作用分析方法的完善与应用计算机的应用与发展，结构整体空间作用分析方法的完善与应用2.4 理论研究方面的发展2 发展状况2022-3-282.4 理论研究方面的发展结构基本理论-

12、旧结构的维护、改造与加固（80年代中期发展起来）承载力计算承载力计算耐久性评估耐久性评估寿命预测寿命预测损伤分析损伤分析加固理论加固理论修复理论修复理论灾害评估等灾害评估等2 发展状况2022-3-282.4 理论研究方面的发展2 发展状况结构基本理论-计算机仿真技术的应用Ansys, Abaqus, Femap，PKPM, ADINA2022-3-282.5 混凝土结构的应用2 发展状况房屋工程：我国超过100m高的高层建筑中绝大多数是混凝土结构或为混凝土和钢的组合结构http:/ ：位于中国台北，2004年建成，共101层，楼高1671英尺(509米)，八根巨型的钢管混凝土2022-3-2

13、8上海环球金融中心上海环球金融中心：目前为中国大陆第一高楼、世界最高的平顶式大楼，楼高492米（1,614英尺），地上101层。 2022-3-28马来西亚首都吉隆坡的双子塔：马来西亚首都吉隆坡的双子塔：(Petronas Towers)，高1483英尺(452米)，88层。这两座高楼于1998年完工，也是目前世界上最高的双子楼。钢骨混凝土，C80 http:/ 发展状况2022-3-282022-3-28交通工程：隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁大都采用混凝土结构。2 发展状况苏通大桥苏通大桥 2022-3-28水利工程大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等多用混凝土结构2 发展状况三峡大坝全

14、景图 2022-3-28特种工程：核电站的安全壳、热电厂的冷却塔、储水池、储气灌、海洋石油平台、电视塔等多伦多电视塔（549米）预应力混凝土结构2 发展状况2022-3-28http:/ 450吨800吨50吨;最引人瞩目的是长118米、重450吨的钢天线桅杆 2022-3-28钢钢 筋筋混混 凝凝 土土两者间的粘结两者间的粘结强强 度度变变 形形粘结破坏的粘结破坏的过程和机理过程和机理2022-3-28目录1. 钢筋混凝土结构的基本概念2. 混凝土结构的发展状况3. 混凝土的强度指标及变形性能4. 钢筋的强度指标及变形性能5. 钢筋和混凝土的粘结性能2022-3-283.混凝土的强度指标及变

15、形性能 PasteSandMortarGravelConcreteCementWater混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例组成，经凝结和硬化形混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例组成，经凝结和硬化形成的复合材料。成的复合材料。2022-3-283 砼3.1 混凝土强度(Strength of Concrete)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混凝土复合强度混凝土复合强度Cubic Compressive Strength Compressive Strength Tensile Strength Multi-

16、Strength 抵抗外力产生的某种应力的能力抵抗外力产生的某种应力的能力2022-3-283 砼混凝土立方体抗压强度混凝土立方体抗压强度fcu承压板试块混凝土强度等级应按边长为150mm立方体试件的抗压强度标准值确定。抗压强度标准值系指用标准方法制作、养护至28d龄期，以标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度(以MPa计).C15, C20, C25, C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80Normal-strength concretehigh-strength concretefm-1.645 fmkmm1.645(1 1.645)f

17、ff正态分布2022-3-28立方体抗压强度影响因素 端部约束：润滑剂 试件尺寸： 加载速度：C30, 0.3-0.5MPa/s；C30, 0.5-0.8MPa 龄期：随龄期逐渐增长3 砼标准试块：150mm150mm 150mm非标准试块：100mm100mm 100mm 换算系数 0.95 200mm200mm 200mm 换算系数 1.05混凝土立方体抗压强度混凝土立方体抗压强度fcu摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂2022-3-28混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度fc：按照与立方体试件相同条件制作和试验方法 测得的棱柱体试件的极限抗压强度值3 砼承压板试块标准试块:150150 300mm

18、 ccu,kcu,kcu,kcu,k0.79C600.833C600.857C700.875C80fffffc1棱柱体强度与立方体强度之比值，对C50及C50以下混凝土取0.76；C55取0.78,对C80砼取0.82,中间按线性规律变化；c1C40以上混凝土脆性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87，中间按线性规律变化。0.88-考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异，对混凝土强度的修正系数。国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件612in (152305mm)ckc1c2cu,k0.88ff 2022-3-28混凝土

19、抗拉强度混凝土抗拉强度ft 500 150 15010016轴心受拉试验3 砼劈裂强度劈裂强度fts Splitting Strength实验表明：ftfts2022-3-28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 C15 C20 C25 C30 C35 轴心抗压强度轴心抗压强度 fck 10.0 13.4 16.7 20.1 23.4 轴心抗拉强度轴心抗拉强度 ftk 1.27 1.54 1.78 2.01 2.20 混混 凝凝 土土 强强 度度 等等 级级 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80

20、26.8 29.6 32.4 35.5 38.5 41.5 44.5 47.4 50.2 2.40 2.51 2.65 2.74 2.85 2.93 3.00 3.05 3.10 0.550.45tkcu,kf150c20.88 0.395(1 1.645)fff150150mm立方体抗压强度的变异系数。2022-3-28复合应力状态下的混凝土强度复合应力状态下的混凝土强度双轴应力下的强度(Biaxial Stress State)3 砼 双向受拉，接近单轴双向受拉，接近单轴抗拉强度；抗拉强度； 双向受压，混凝土的双向受压，混凝土的侧向变形受到约束，侧向变形受到约束，强度强度提高提高 ； 一拉

21、一压，一拉一压，加速了混加速了混凝土内部微裂缝的发凝土内部微裂缝的发展展 ，抗拉、抗压强度，抗拉、抗压强度均均降低降低。 2022-3-28复合应力状态下的混凝土强度复合应力状态下的混凝土强度剪应力和正应力共同作用(shear and normal stress)混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小，随压应力增大而增大混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小，随压应力增大而增大 当压应力在当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大，左右时，抗剪强度达到最大， 压应力继续增大，则压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小

22、。3 砼2022-3-28复合应力状态下的混凝土强度复合应力状态下的混凝土强度三向受压强度(Triaxial compressive strength testing )1=fcc1=fcc2= 32 -侧向约束压应力（加液压）2cccffk无侧向约束时圆柱体的单轴抗压强度有侧向约束时的抗压强度k侧向效应系数 (4.5-7.0)3 砼2022-3-28混凝土的疲劳强度混凝土的疲劳强度Fatigue Strength破坏重复荷载下的应力-应变曲线fcf321疲劳强度fcfcf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

23、值3 砼2022-3-283 砼2022-3-28 受力变形受力变形：砼由于荷载作用下的变形单调短期加载：应力-应变关系 荷载长期作用：徐变 多次重复荷载作用下 体积变形体积变形：砼收缩以及温度变化产生的变形收缩3.2 混凝土的变形(Deformation of Concrete)3 砼2022-3-28混凝土单调短期加载下的变形性能Stress- strain Relationship分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。3 砼02468102030(MPa) 10-3BACEDFO试件为棱柱体或圆柱体2022-3-28A点以前，微裂缝没

24、有明点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力应变要弹性变形，应力应变关系近似直线。关系近似直线。A点应力点应力随混凝土强度的提高而增随混凝土强度的提高而增加，对普通强度混凝土加，对普通强度混凝土 A A约为约为 (0.30.4)fc ，对高强，对高强混凝土混凝土 A A可达可达(0.50.7)fc cu02468102030(MPa) 10-3ABCEDFO轴心受压混凝土的应力应变曲线2022-3-28到达到达B点以后，混凝土产点以后，混凝土产生部分塑性变形，应力生部分塑性变形，应力应变逐渐偏离直线。应变逐渐偏离直线。B点点时的裂缝发展已不稳定，时的裂缝

25、发展已不稳定，试件的横向变形突然增大，试件的横向变形突然增大，常取常取 B B作为混凝土的长期作为混凝土的长期抗压强度抗压强度 ；普通强度混；普通强度混凝土凝土 B B约为约为0.8 fc ，高强，高强混凝土混凝土 B B可达可达0.95 fc cu02468102030(MPa) 10-3BACEDFO轴心受压混凝土的应力应变曲线2022-3-28到达到达C点时，内部微裂缝点时，内部微裂缝连通形成破坏面，试件承连通形成破坏面，试件承载力开始减小而进入下降载力开始减小而进入下降段。段。C点时的应力称为点时的应力称为峰峰值应力值应力，即为混凝土棱柱，即为混凝土棱柱体抗压强度；相应的纵向体抗压强度

26、；相应的纵向压应变称为压应变称为峰值应变，峰值应变，约约为为0.002。继续发展至。继续发展至D点点时，破坏面初步形成。时，破坏面初步形成。(fc,0)cu02468102030(MPa) 10-3BACEDFO 0 fc轴心受压混凝土的应力应变曲线2022-3-28E点以后，纵向裂缝形成点以后，纵向裂缝形成一个斜向的破坏面，此破一个斜向的破坏面，此破坏面在正应力和剪应力的坏面在正应力和剪应力的作用下形成作用下形成破坏带破坏带。此时。此时试件的强度由破坏面上试件的强度由破坏面上骨骨料间的摩阻力料间的摩阻力提供。随着提供。随着应变进一步发展，摩阻力应变进一步发展，摩阻力不断下降，试件的残余强不断

27、下降，试件的残余强度约为度约为0.10.4 fc02468102030(MPa) 10-3BACEDFO（拐点）（收敛点）轴心受压混凝土的应力应变曲线2022-3-28轴心受压混凝土的应力应变曲线02468102030(MPa) 10-3BACEDFO1.三个特征值 峰值应力 fc 峰值应变0 极限压应变cu 2. 混凝土是一种弹塑性材料3.曲线上升段高低反映混凝土强度大小，下降段陡缓反映混凝土变形能力的大小(fc,0)cu2022-3-28影响因素 砼的强度：峰值应变增大，延性低 应变速率 ：峰值应变增大，坡度缓 试验条件：应变加载，标距，约束混凝土单调短期加载下的变形性能(MPa)fco0

28、(10-3)abcd225201510546810混凝土强度提高加载速度减慢cu约束混凝土非约束混凝土ccfccfcEsecEc c0 2c0 sp cco环箍断裂3 砼2022-3-28弹性模量(Modulus of Elasticity or Elastic Modulus)混凝土单调短期加载下的变形性能3 砼2022-3-28单向受拉混凝土单调短期加载下的变形性能 ftt0tu上升段：加载初期，变形与应力线形增长，至极值应力的40-50%达到比例极限；76-83%出现临界点(不稳定扩展开始)；峰值对应的应变随抗拉强度的增加而增大，在50-270范围内波动。当混凝土C15-C40时，极限拉

29、伸值小于受压，计算时取tu=100u 。下降段：随着混凝土强度的提高而更为陡峭。Et=Ec3 砼2022-3-28混凝土的弹性模量的试验方法（150150 300标准试件）c/fcc0.5510次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec5ccu,k10(MPa)34.742.2Ef混凝土单调短期加载下的变形性能经验公式 (Poissons ratio)(Poissons ratio)：在压力较小时在压力较小时0.15-0.180.15-0.18，接近破坏时，接近破坏时0.50.5以上，一般以上，一般0.20.2混凝土的剪切模量为混凝土的剪切模量为Shear Modulus)1 (2cccEG3

30、 砼2022-3-28混凝土在重复荷载作用下的变形性能（疲劳变形）混凝土的疲劳是在荷载重复作用下产生的。混凝土在荷载重混凝土在荷载重复作用下引起的破坏称为疲劳破坏。复作用下引起的破坏称为疲劳破坏。疲劳现象大量存在于工程结构中，疲劳现象大量存在于工程结构中，钢筋混凝土吊车梁受到重钢筋混凝土吊车梁受到重复荷载的作用，钢筋混凝土道桥受到车辆振动的影响复荷载的作用，钢筋混凝土道桥受到车辆振动的影响以及以及港港口海岸的混凝土结构受到波浪冲击而损伤等都属于疲劳破坏口海岸的混凝土结构受到波浪冲击而损伤等都属于疲劳破坏现象。现象。疲劳破坏的特征是疲劳破坏的特征是裂缝小而变形大，裂缝小而变形大，在重复荷载作用在

31、重复荷载作用下，混凝土的下，混凝土的强度强度和和变形变形有着重要的变化。有着重要的变化。2022-3-28O13fcf混凝土多次重复加载卸载的应力混凝土多次重复加载卸载的应力应变曲线应变曲线2022-3-28混凝土长期加载下的变形性能徐变(Creep)P100100400mmRH: 65% T: 20C =0.5fc随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前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，个月徐变增长较快，6个月个月可达最终徐变的（可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓慢，以后增长逐渐缓慢，23年后趋于稳定。年后趋于稳定。3 砼在荷载不变的情况下随时间而增长的变形称

32、为徐变 2022-3-28 徐变对结构的影响徐变对结构的影响使受弯构件的挠度增大；使柱的偏心矩增大；使预应力混凝土的预应力损失；徐变使预应力混凝土构件缩短，因而引起钢筋中的预拉应力的减小，成为预应力损失。使截面上的应力重分布。以柱为例，任一时刻，外界荷载P=Pc+Ps。当徐变发生后，混凝土似乎变软，受到钢筋的拉力反力，减小了混凝土的承压力，而钢筋的压力增大。混凝土长期加载下的变形性能徐变3 砼2022-3-28徐变的主要原因 水泥凝胶体在荷载作用下发生粘性流动，结晶体内部逐渐滑动，造成变形增大(针对应力不大时的主要原因)。 混凝土内部的微裂缝发展的结果(针对应力较大时的主要原因)。混凝土长期加

33、载下的变形性能徐变3 砼2022-3-28徐变的影响因素应力大小 0.8fc ，曲线为发散性。可用作为普通混凝土长期抗压强度。龄期影响 龄期越长，混凝土硬化越充分，水泥石晶体所占比例越大，gel粘性流动少，徐变小。 混凝土长期加载下的变形性能徐变3 砼2022-3-28 材料组成骨料本身没有徐变特性，但作为刚度较大的弹性体，可以限制约束徐变的大小。因此，骨料的刚度越大，在混凝土结构中所占比例越大，则徐变越小。水灰比小，使gel的粘滞度降低，徐变减小。 外部环境：养护及使用条件下的温度和湿度养护时，温度越高，湿度大，则水泥水化作用越充分(晶体多，gel少)，徐变小。使用时，温度高，相对湿度低，徐

34、变大，因为在总徐变还包括由于混凝土内部水分受到外力后向外溢出的徐变。试件体表比小，表面积相对大，徐变大。混凝土长期加载下的变形性能徐变徐变与塑性徐变与塑性的区别？的区别？3 砼2022-3-28体积变形混凝土的收缩(Shrinkage)混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。在水中结硬时，体积膨胀(dilation or swelling)14d 28dtsh(25)10-425%50%收缩变形与时间的关系早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的25%，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。通常，最终收缩应变值约为(25)10-4。3 砼20

35、22-3-28收缩对结构的影响 受到制约，在砼中产生拉应力，导致混凝土产生裂缝，影响正常使用； 在预应力结构中， 可引起预应力损失。措施：浇注时设置施工(伸缩)缝，待混凝土收缩充分收缩后再将缝浇好。收缩的主要原因 凝缩(Setting Shrinkage)：水泥水化作用过程中形成的晶体比原材料 体积小 干缩(Drying Shrinkage)：混凝土硬化后期混凝土内部自由水分的蒸发 或湿度下降引起混凝土的收缩(Shrinkage)3 砼2022-3-28收缩的影响因素混凝土的组成和配比是影响主要因素。水泥用量大(水泥晶体多)，水灰比大(后期失水)，收缩大。骨料对收缩也有制约作用，所以骨料所占体

36、积大，刚度高，制约作用强，收缩小。混凝土的收缩(Shrinkage)3 砼2022-3-28养护和使用条件下的温度和湿度：蒸汽养护可加快水化作用，减少混凝土中的自由水(游离水)，使以后蒸发用水减少，从而减小收缩。使用环境温度高，湿度低，都容易使自由水蒸发，使收缩增大。另外，体表比小，表面积相对大，加快蒸发，收缩也大。混凝土的收缩(Shrinkage)蒸汽养护常温养护0510150.4收缩(103)时间 (月)2022-3-28AssAs s收缩：收缩： 钢筋受压， 混凝土受拉AsPAsPAs s1c1Ps2As s2P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂徐变：徐

37、变： s， c徐变和收缩徐变和收缩2022-3-28公路桥涵受力构件的混凝土强度等级按下列规定采用： 钢筋混凝土构件不应低于C20，当用HRB400、KL400级钢筋时，不应低于C25。 预应力混凝土构件不应低于C40。严寒区、海水区或使用除冰盐且受影响的桥涵构件，不应低于C30；有气态、液态或固态侵蚀物质的环境不应低于C35。3.3 混凝土的选用原则3 砼2022-3-28目录1. 钢筋混凝土结构的基本概念2. 混凝土结构的发展状况3. 混凝土的强度指标及变形性能4. 钢筋的强度指标及变形性能5. 钢筋和混凝土的粘结性能2022-3-284.1 钢筋的分类(Steel Reinforceme

38、nt)碳素钢(Fe, C, Si, Mn, P, S)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(Ti, V, Mn)硅系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系按化学成分Carbon steelLow alloy-steel强度高，塑性和低温冲击韧性好 强度高，塑性可焊性低4 钢筋2022-3-28 钢筋(4-40mm)热轧钢筋：将钢材(低碳钢，普通低合金钢)在高温状态下用机械方法扎制冷加工钢筋：由热轧钢筋在常温下机械拉伸而成，提高强度和节约钢材热处理钢筋：将HRB400、KL400钢筋通过加热、淬火、回火而成按加工工艺碳素钢丝光面钢丝：一般以钢绞线

39、的形式应用刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力(indented wire)钢绞线 不同数量钢丝成螺旋状铰绕在一起。其中7股用得较多。 强度高柔软，盘弯运输，在大跨桥中用。螺旋肋钢丝：与刻痕钢丝(4-9mm)，先张法预应力混凝土，粘结性能良好4.1 钢筋的分类4 钢筋2022-3-28外形种类强度级别强度等级代号ftk屈服强度(MPa)工程符号直径范围d/mm光圆钢筋低碳钢IR235(HPB235)2358-20带肋钢筋低合金钢IIHRB3353356-50IIIHRB4004006-50余热处理KL400(RRB)4408-40常用热轧钢筋常用热轧钢筋R4 钢筋表面形状：表面

40、形状：plain 屈服强度屈服强度 HPB235 生产工艺：生产工艺： hot rolled 钢筋：钢筋：bar HRB335 hot rolledribbed bar RRB400 Remained heat treatmentribbed bar 2022-3-28HPB235：质量稳定，塑性好易成型，但屈服强度较低，不质量稳定，塑性好易成型，但屈服强度较低，不宜用于结构中的受力钢筋；宜用于结构中的受力钢筋；HRB335：带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和塑性均较好，是塑性均较好，是目前目前主要应用的钢筋品种之一；主要应用的钢筋品种之一；H

41、RB400：带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和塑性均较好，是塑性均较好，是今后今后主要应用的钢筋品种之一；主要应用的钢筋品种之一；RRB400：是是HRB335钢筋热轧后快速冷却，利用钢筋内温钢筋热轧后快速冷却，利用钢筋内温度自行回火而成，淬火钢筋强度提高，但塑性降度自行回火而成，淬火钢筋强度提高，但塑性降低，余热处理后塑性有所改善。一般冷拉后作预应力低，余热处理后塑性有所改善。一般冷拉后作预应力筋筋2022-3-28强度指标的确定(钢材废品限值)ftk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一定保证率（钢筋为97.73%

42、）的统计特征值：强度标准值强度标准值= =强度平均值强度平均值- -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公路桥规：钢筋的抗拉强度标准值应具有不小于95%的保证率。4 钢筋2022-3-28BKZZK残余变形冷拉伸长率无时效经时效特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降冷拉经过停放或加热后进一步提高了屈服强度并恢复了屈服台阶，这种现象称为冷拉时效硬化。* 温度过高(450度以上)强度有所降低而塑性性能却有所增加,温度超过700度，钢材会恢复到冷拉前的力学性能，不会发生时效硬化。为了避免冷拉钢筋再焊接时高温软化，要先焊好后再进行冷拉！4 钢筋在常温下用在常温下用机

43、械机械方法将有明显流幅的钢筋拉到方法将有明显流幅的钢筋拉到超过超过屈屈服强度的某一应力值，然后服强度的某一应力值，然后卸载至零卸载至零。2022-3-28冷拔经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度，但塑性降低。将钢筋(HPB235)用强力拔过比本身直径小的硬质合金拔丝模，使钢筋产生塑性变形，同时拉伸力和挤压力。4 钢筋2022-3-28按外形4.1 钢筋的分类光圆(round)：表面平整，截面为圆形变形或带肋(deformed,ribbed)螺纹钢筋人字纹月牙纹4 钢筋2022-3-28按供应方式4.1 钢筋的分类盘圆或盘条钢筋：直径为6-10mm的钢筋卷成圆

44、盘直条或碾条钢筋：直径大于12mm的钢筋轧成6-12m长一根4 钢筋2022-3-284.2 钢筋的强度和变形有有明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋(软钢软钢)无无明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋(硬钢硬钢)单向拉伸实验单向拉伸实验4 钢筋2022-3-28ABBCDE上屈服点不稳定下屈服点fu拉断BC段为屈服平台CD段为强化段标距有有明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋钢筋计算的基本指标钢筋计算的基本指标fy 屈服下限屈服下限结构构件某一截面屈服后，将在荷载不增加的情况下产生持续的塑性变形，构件可能在钢筋未进入强化段前就产生过大的变形和裂缝，结果不能正常使用或已破坏。在RC构件中，受到混凝土极限应

45、变的限制，截面达到破坏时钢筋不大可能进入这样大的应变状态。 fyfy/fu屈强比(强屈比) :反映出结构可靠性能的大小, 小表明结构的可靠储备越大,一般要求=10l钢筋拉断或重新拼和后量侧断口两侧的标距，即产生残留伸长后的标距。00100%AAA断面收缩率(Percentage Reduction of Area) ) 555HPB235,25%HRB335,18%RRB400,14%延性好4 钢筋l0l2022-3-28)(00sbEllll0不包含颈缩区拉伸前的量测标距长度l拉伸断裂后不包含颈缩区的量测标距长度b最大拉伸应力Es钢筋的弹性模量4 钢筋均匀拉伸率最大应力时应变，包括了残余应变

46、和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力最大应力时应变，包括了残余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力2022-3-28有有明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋冷弯性能(Cold Bending Property)伸长率一般不能反映钢材的脆化倾向，为使钢筋在弯折加工时不致断裂和在使用过程中不致脆断，应进行冷弯试验。将钢筋在常温下绕一定直径D(弯心直径)的辊轴弯折一定的角度(冷弯角度)，用放大镜检查试件表面，如无裂缝、分层以及鳞落等现象，认为材料的冷弯性能合格。 D越小，越大，则钢筋的冷弯性能越好，说明钢筋的塑性好。4 钢筋2022-3-28无无明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋(硬钢硬钢)硬钢(消除

47、应力钢丝，钢绞线):强度高，但低，塑性差，脆性大加载到拉断，没有明显的屈服段。用其配筋的RC构件，受拉往往突然断裂，没有明显的预兆 曲线特性：比例极限a点前:直线，弹性变化a点后:一定的塑性，应力和应变均持续增长极限强度b :颈缩出现下降段，直到拉断。“协定流限”(条件屈服点)作为强度标准，即加载及卸载后，相应于残余应变为0.2%的应力，用表示，一般相当于b的70-85%，条件屈服强度：0.2=0.85 b4 钢筋2022-3-284.3钢筋的徐变和松弛徐变(蠕变)Creep应力不变，随时间的增长应变继续增加松弛Stress Relaxation长度不变，随时间的增长应力降低对结构，尤其是预应

48、力结构，产生不利的影响，需采取必要的措施4 钢筋2022-3-284.4 混凝土结构对钢筋的要求4 钢筋 保证构件具有一定的保证构件具有一定的强度储备强度储备。（1 1）适当的屈强比）适当的屈强比（2 2）足够的塑性）足够的塑性 避免发生避免发生脆性脆性破坏。破坏。（4 4）耐久性和耐火性）耐久性和耐火性（3 3）可焊性）可焊性 要求钢筋具备良好的要求钢筋具备良好的焊接焊接性能。性能。 （5 5）与混凝土具有良好的）与混凝土具有良好的粘结粘结 必要的混凝土保护层厚度以满足对构件必要的混凝土保护层厚度以满足对构件耐火极限耐火极限的要求。的要求。 （6 6）寒冷地区，防止钢筋）寒冷地区，防止钢筋低温冷脆低温冷脆导致破坏。导致破坏。 2022-3-284.4 混凝土结构对钢筋的要求公路桥规：公路混凝土桥涵