钢筋混凝土材料的主要力学性能ppt课件

1、第1章 钢筋混凝土资料的主要力学性能 混凝土构造资料 主要力学性能主要力学性能混凝土混凝土钢筋钢筋强度和变形强度和变形 第一节第一节 混凝土的主要力学性能混凝土的主要力学性能一混凝土的强度一混凝土的强度 荷载的性质和受力条件不同，使混凝土具有荷载的性质和受力条件不同，使混凝土具有不同的强度不同的强度 立方体抗压强度立方体抗压强度单向应力形状下的强度单向应力形状下的强度 轴心抗压强度轴心抗压强度 轴心抗拉强度轴心抗拉强度复合应力形状下的强度复合应力形状下的强度 双向受力强度双向受力强度 三向受压强度三向受压强度1混凝土的立方体抗压强度和强度等级2/N mmcuf,cu kf规范实验条件 规范方法

2、制造边长150mm立方体, (203) 湿度90%以上 28天龄期 用规范实验方法测立方体抗压强度规范值： 95%保证率的立方体抗压强度值。用途：力学性能的根本代表值，混凝土强度等级划分根据。强度等级：按立方体抗压强度规范值分为14级，“C+规范值 ,cu kf常用等级：C15，C20，C25，C30，C35， C40，C45，C50，C55， C60，C65，C70，C75， C80混凝土强度等级：l例如例如 C20, 表示表示 l 2,20/cu kfN mm,1500.95100cu kcu kff当边长不是150mm时，可经过尺寸效应换算系数换算成规范试块的强度。规范规定其换算关系为：

3、,1501.05200cu kcu kff混凝土立方体抗压强度实验混凝土抗压强度实验破坏照片 影响立方体抗压强度的要素：影响立方体抗压强度的要素：1实验方法：实验方法： 分为涂光滑剂和不涂光滑剂。分为涂光滑剂和不涂光滑剂。通常试块与实验机垫板之间存在摩擦，这种摩擦通常试块与实验机垫板之间存在摩擦，这种摩擦对试块有对试块有“套箍作用套箍作用引起抗压强度提高。引起抗压强度提高。假设涂光滑剂，摩擦力大大减小，横向不受约束，假设涂光滑剂，摩擦力大大减小，横向不受约束，强度不提高。强度不提高。 留意：我国规定的规范实验方法是不涂光滑剂留意：我国规定的规范实验方法是不涂光滑剂的。的。2试件尺寸：尺寸越小，

4、强度越高。试件尺寸：尺寸越小，强度越高。3加载速度：速度越快，强度越高。加载速度：速度越快，强度越高。4混凝土龄期：随龄期的增长而提高。混凝土龄期：随龄期的增长而提高。2 2混凝土的轴心抗压强度混凝土的轴心抗压强度 l 用规范棱柱体试件150mm 150mm 300 mm采用规范实验方法与立方体一样测定的混凝土抗压强度轴心抗压强度。l 普通以为当 h / b = 24 时，可以消除摩擦力的影响，中间为纯压形状，接近实践情况。ckfcfl 经过实验分析， l给出轴心抗压强度规范值与立方体抗压强度规范值的关系按下式确定：l l 棱柱体强度与立方体强度的比值，C50以下取 l 0.76， C80取0

5、.82。l 高强混凝土的脆性折减系数，C40及以l 下，取1.0，C80取0.87。l 0.88思索实践构件与试件混凝土之间的差别而取的折减系数。92. 070. 0/,kcuckff12,0.88ckcccu kff 12l小贴示：在以后计算受弯构件，轴心受压小贴示：在以后计算受弯构件，轴心受压构件和偏心受压构件的正截面承载力时，构件和偏心受压构件的正截面承载力时，都是以都是以 作为强度计算目的的。作为强度计算目的的。cf3混凝土的轴心抗拉强度 l 普通只为抗压强度的 1/18 1/9。l 轴心抗拉强度可由实验直接测得 l 轴心受拉实验直接 l 劈裂实验 间接tftkfl 经过实验分析，给出

6、轴心抗拉强度规范值与立方体抗压强度规范值的关系l l留意：混凝土强度越高， 与 的比值越小。0.5520.88 0.395tcufftfcufl小贴示：在以后实践计算时， ， 不用上式计算，当混凝土强度等级一定时，直接查表，见附录。tfcf4、复合应力形状下的混凝土的强度l实践上混凝土构件都处于复合应力形状，实践上混凝土构件都处于复合应力形状，l 梁既受梁既受M又受又受V，柱同时受，柱同时受M、N、V，所，所以以l 需研讨复合应力形状下混凝土的强度。需研讨复合应力形状下混凝土的强度。1 1混凝土的双向受力强度正应力混凝土的双向受力强度正应力双向受拉：双向受拉： 、 相互影响不大，相互影响不大，

7、双向受拉双向受拉 强度接近于单向受强度接近于单向受拉强度。拉强度。双向受压：双向受压： 一向的强度随另一向压力的添一向的强度随另一向压力的添加加 而添加，双向受而添加，双向受压强度比单向受压压强度比单向受压 强度最多可提高强度最多可提高27% 27% 。一向受压、一向受拉：一向受压、一向受拉： 双向异号应力使单向双向异号应力使单向 受受压或受拉强度降低。压或受拉强度降低。 122 2在法向应力和剪应力组合下的混凝在法向应力和剪应力组合下的混凝土强度土强度l“拉剪形状拉剪形状 压应力低时，抗剪强度随压应压应力低时，抗剪强度随压应力的增大而增大，当压应力超越力的增大而增大，当压应力超越 时，抗时，

8、抗剪强度随压应力的增大而减小。剪强度随压应力的增大而减小。l也就是说：由于剪应力存在，混凝土的抗压强也就是说：由于剪应力存在，混凝土的抗压强度低于单向抗压强度。度低于单向抗压强度。l“压剪形状压剪形状 抗剪强度随拉应力增大而减小。抗剪强度随拉应力增大而减小。l也就是说：由于剪应力存在，混凝土的抗拉强也就是说：由于剪应力存在，混凝土的抗拉强度降低。度降低。 6 . 0cf3 3混凝土的三向受压强度混凝土的三向受压强度l 混凝土在三向受压时，由于侧向压应力的约束作用，最大的主压应力轴的抗压强度大大增大。l实验阅历公式：l实践工程中，配有螺旋钢箍柱、钢管混凝土柱等都是利用此性质，强度、延性大大提高l

9、“套箍作用Lcccfff0 . 75 . 4二二. . 混凝土的变形混凝土的变形混凝土的变形分为混凝土的变形分为: 一次短期加载下的变一次短期加载下的变形形 1. 混凝土的受力变形混凝土的受力变形 荷载长期作用下荷载长期作用下的变形的变形 反复荷载作反复荷载作用下的变形用下的变形 2. 混凝土的体积变形混凝土的体积变形 收缩、膨胀、温度收缩、膨胀、温度变化变化 1. 1. 一次短期加载下混凝土的变形性能一次短期加载下混凝土的变形性能1混凝土受压时的应力混凝土受压时的应力应变曲线应变曲线经过应力经过应力应变曲线，可以了解混凝土各阶应变曲线，可以了解混凝土各阶段的强度和变形段的强度和变形 采用棱柱

10、体试件测定混凝土受压时应力采用棱柱体试件测定混凝土受压时应力应应变变全曲线，包括：上升段和下降段全曲线，包括：上升段和下降段上升段上升段OC:a加载到加载到 ，接近直线，混凝土处于弹，接近直线，混凝土处于弹性阶段；性阶段； A点点比例极限。比例极限。b加载加载 ，图形逐渐弯曲，混凝土，图形逐渐弯曲，混凝土呈现出弹塑性性质，呈现出弹塑性性质，E不是常数；不是常数； B点点混凝土长期抗压强度的取值根据。混凝土长期抗压强度的取值根据。c加载至峰点加载至峰点C，应变增大，图形更弯曲。，应变增大，图形更弯曲。 C点点混凝土棱柱体抗压强度混凝土棱柱体抗压强度 ， 对应的应变对应的应变 。下降段下降段CE:

11、 缓慢卸荷，裂痕继续扩展、贯缓慢卸荷，裂痕继续扩展、贯 通，变形增大。通，变形增大。 收敛点收敛点E应变应变cf4 . 03 . 0ccff8 . 04 . 03 . 0cf002. 00max0.003 0.004 特点：特点：1混凝土的应力应变图形是一曲线，阐明混凝混凝土的应力应变图形是一曲线，阐明混凝土是一种弹塑性资料，只需压应力很小时，才土是一种弹塑性资料，只需压应力很小时，才可视为弹性资料。可视为弹性资料。2混凝土强度对应力应变曲线下降段有较大影混凝土强度对应力应变曲线下降段有较大影响，混凝土强度高，应力下降快，延性越差；响，混凝土强度高，应力下降快，延性越差；强度低，下降段越平缓，

12、延性好。强度低，下降段越平缓，延性好。 经过上述受压应力应变曲线，获得混凝土的变形性能目的 2混凝土的弹性模量、变形模量 是一曲线，非线性，E是变量不是常数。a弹性模量：过 曲线上的原点作曲线的切线，该切线的斜率为弹性模量原点弹性模量规定采用反复加荷的方法确定 对规范棱柱体试件 ，取 反复加荷、卸载5至10次，随加载次数添加， 接近直线，该直线斜率即为弹性模量 。0tgEccE3300150150mmcf5 . 0 据实验值的统计分析，得出 与 的关系式： kN/mm2实践设计时， 可以根据混凝土等级查表。 小贴士：只需在应力很小时，才干用 ，混凝土进入弹塑性形状，要用变形模量或切线模量来表示

13、应力应变关系。cEkcuf,2,1034.72.2ccu kEfcEcEb b变形模量割线模量弹塑性模量变形模量割线模量弹塑性模量 衔接原点至曲线上任一点处割线的斜率为衔接原点至曲线上任一点处割线的斜率为该点的变形模量该点的变形模量 变量，各点不同变量，各点不同 c c切线模量切线模量 过某一应力过某一应力 作曲线切线，其斜率为作曲线切线，其斜率为 规律：规律： 随荷载增大，随荷载增大， 和和 不断减小。不断减小。 3 3混凝土轴向受拉时的应力应变曲线混凝土轴向受拉时的应力应变曲线 与受压时类似与受压时类似上升段、下降段上升段、下降段 但其应力、应变峰值小的多，但其应力、应变峰值小的多，cE1

14、tgEcc cE cEcE0001. 0u弹性模量弹性模量0tgEc变形模量变形模量1tgEc切线模量切线模量tgEc 混凝土在长期荷载下，压应力不变，应变随时混凝土在长期荷载下，压应力不变，应变随时间而增长的景象间而增长的景象 徐变徐变徐变景象：在荷载长期作用下，变形将随时间徐变景象：在荷载长期作用下，变形将随时间而添加；而添加；徐变缘由：凝胶体的粘性流动，内部微裂痕不徐变缘由：凝胶体的粘性流动，内部微裂痕不断产生和开展等断产生和开展等徐变影响：导致变形增大，应力重分布和内力徐变影响：导致变形增大，应力重分布和内力分布等。分布等。 2. 荷载长期作用下混凝土的变形性能荷载长期作用下混凝土的变

15、形性能徐变的特点：徐变的特点：a与时间有关：开场添加快，以后慢，六个月完成大部分，与时间有关：开场添加快，以后慢，六个月完成大部分，12年后稳定年后稳定.徐变应变约徐变应变约为瞬时应变的为瞬时应变的14倍倍b与应力大小有关：与应力大小有关： 当应力较小当应力较小 时，徐变大致与应力成正比时，徐变大致与应力成正比线性徐变。线性徐变。 当应力较大时当应力较大时 ，徐变增长大于应力增长，徐变增长大于应力增长非线性徐变。非线性徐变。 当应力过高当应力过高 时，徐变急剧增大，不收敛，试件破坏时，徐变急剧增大，不收敛，试件破坏 所以普通取所以普通取 为混凝土的长期极限强度。为混凝土的长期极限强度。cf 5

16、 . 0cf5 . 0cf8.0ccff8 . 075. 0c c与混凝土的龄期有关：与混凝土的龄期有关： 加载时混凝土的龄期越早，徐变越大加载时混凝土的龄期越早，徐变越大d d与混凝土的组成成分有关：与混凝土的组成成分有关： 水泥用量越多或水灰比越大，徐变越大。骨料质量水泥用量越多或水灰比越大，徐变越大。骨料质量好，徐变越小。好，徐变越小。e e与混凝土养护条件有关：与混凝土养护条件有关： 养护温度高，湿度大，徐变越小；养护温度高，湿度大，徐变越小； 受力后环境温度越高，湿度低，徐变就越大。受力后环境温度越高，湿度低，徐变就越大。f f与构件外形、尺寸有关：与构件外形、尺寸有关： 体表比大，

17、徐变小。体表比大，徐变小。影响徐变的要素归纳为三个方面：影响徐变的要素归纳为三个方面： 内在要素、环境要素、应力要素。内在要素、环境要素、应力要素。卸载时变形恢复卸载时变形恢复: 瞬时弹性恢复、弹性后效，永久应变瞬时弹性恢复、弹性后效，永久应变减小徐变的措施：减小徐变的措施：1选用优质骨料、优质水泥，减小水泥用量和水选用优质骨料、优质水泥，减小水泥用量和水灰比。灰比。2加强养护，尽量捣实，坚持温度、湿度。加强养护，尽量捣实，坚持温度、湿度。3适当控制混凝土龄期。适当控制混凝土龄期。3. 3. 反复荷载作用下混凝土的变形反复荷载作用下混凝土的变形 在荷载反复作用下，混凝土的强度和变形有很在荷载反

18、复作用下，混凝土的强度和变形有很大大变化，混凝土在荷载反复作用下引起的破坏称为变化，混凝土在荷载反复作用下引起的破坏称为疲劳破坏。疲劳破坏。 容易出现疲劳破坏的构件：容易出现疲劳破坏的构件： 吊车梁、钢筋混凝土道桥、港口海岸的混凝土吊车梁、钢筋混凝土道桥、港口海岸的混凝土构造等。构造等。疲劳抗压强度：混凝土的疲劳强度用疲劳实验测疲劳抗压强度：混凝土的疲劳强度用疲劳实验测定。疲劳实验采用定。疲劳实验采用100mm100mm300mm或或150mm150mm450mm的棱柱体，把能使棱的棱柱体，把能使棱柱体试件接受柱体试件接受200万次或其以上循环荷载而发万次或其以上循环荷载而发生破坏的压应力值称

19、为混凝土的疲劳抗压强度。生破坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度。一次反复加载下加载：随应力添加应变添加卸载：不反复加载轨迹，有弹性后效和剩余变形 多次反复加载下峰值小于疲劳强度：每循环成环，面积逐渐减少，至直线；峰值大于疲劳强度：开场与小应力的类似； 成直线后，凸凹方向改动，斜率降低，裂痕和变形严重混凝土疲劳破坏：因荷载反复作用而引起的破坏混凝土疲劳强度：疲劳破坏需求反复荷载的最小应力峰值 疲劳抗压强度与应力变化幅度有关：疲劳抗压强度与应力变化幅度有关：式中：式中： ， 表示截面同一纤维上的混表示截面同一纤维上的混凝土最小应力和最大应力。凝土最小应力和最大应力。fcfcfcmax,min,f

20、c min,fc max,4.4.混凝土的收缩和膨胀体积变形混凝土的收缩和膨胀体积变形 混凝土在空气中结硬时体积减小的景象混凝土在空气中结硬时体积减小的景象 收缩收缩 混凝土在水中结硬时体积增大的景象混凝土在水中结硬时体积增大的景象 膨胀膨胀 膨胀值远小于收缩值，普通不思索。膨胀值远小于收缩值，普通不思索。收缩与时间有关，半年完成收缩与时间有关，半年完成 80 809090。当这种自发的变形遭到外部支座或内部钢筋的当这种自发的变形遭到外部支座或内部钢筋的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土约束时，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的开

21、裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。力损失。混凝土收缩在钢筋混凝土构造中会产生不利影响混凝土收缩在钢筋混凝土构造中会产生不利影响 开裂开裂第二节第二节 钢筋的主要力学性能钢筋的主要力学性能一、钢筋的种类和级别一、钢筋的种类和级别 一钢筋的种类分类一钢筋的种类分类按化学成分分类：按化学成分分类： 低碳钢低碳钢 碳素钢碳素钢 中碳钢中碳钢 随含碳量添加，钢筋强度提高，随含碳量添加，钢筋强度提高， 高碳钢高碳钢 塑性性能降低。塑性性能降低。 普通低合金钢：除碳素钢已有的成分外，再参与少量的普通低合金钢：除碳素钢已有的成分外，再参与少量的 硅、锰、钛、钒等合金元素。硅、锰、钛、钒等合金元

22、素。 强度显著提高，塑性性能也好。强度显著提高，塑性性能也好。 按外形分类按外形分类 光面钢筋光面钢筋外表光滑，与混凝土粘结力差。外表光滑，与混凝土粘结力差。 变形钢筋变形钢筋外表带肋，螺旋纹、人字纹、外表带肋，螺旋纹、人字纹、 月牙纹，月牙纹， 与混凝土粘结力高。与混凝土粘结力高。 热轧钢筋热轧钢筋 用于钢筋混凝土构造用于钢筋混凝土构造按消费工艺分类按消费工艺分类 预应力钢丝和钢绞线、热处置钢筋预应力钢丝和钢绞线、热处置钢筋 用于预应力混凝土构造用于预应力混凝土构造 冷加工钢筋冷加工钢筋 用于预应力混凝土构造用于预应力混凝土构造 三种钢筋的消费工艺不同，见三种钢筋的消费工艺不同，见P22P2

23、2 二钢筋的级别二钢筋的级别 1、热轧钢筋：由普通低碳碳素钢、低合金钢、热轧钢筋：由普通低碳碳素钢、低合金钢轧制而成轧制而成软钢软钢 性能：随着钢筋级别的添加，强度提高，塑性降低。性能：随着钢筋级别的添加，强度提高，塑性降低。 三钢筋的冷加工对钢筋进展冷加工，可以提高强度1.冷拉 对热轧钢筋进展张拉，张拉应力超越原屈服点，然后放松，再张拉，屈服强度提高了，但塑性降低。伸长率降低 2.冷拔 将 光面钢筋经过强力拔过直径小的钨合金拔丝模孔，塑性变形后3，4mm钢丝。 冷拉：提高抗拉强度不宜作受压钢筋冷拔：同时提高抗拉、抗压强度,冷拉有屈服明显的屈服台阶，冷拔那么没有。86D公称直径 A3 股钢绞线

24、量测尺寸钢绞线图 2-1 常用钢筋形式刻痕钢丝螺旋肋钢丝四影响钢材性能的普通要素四影响钢材性能的普通要素(1)化学成分化学成分碳：提高强度；但塑性，可焊性、耐锈蚀性等劣化。碳：提高强度；但塑性，可焊性、耐锈蚀性等劣化。锰：提高强度，改善脆性锰：提高强度，改善脆性,但对可焊性和耐锈力不利。但对可焊性和耐锈力不利。硅：提高强度，但含量过高，对塑性可焊性耐锈力不利。硅：提高强度，但含量过高，对塑性可焊性耐锈力不利。硫：高温时变脆，降低塑性韧性抗疲劳才干和耐锈才干。硫：高温时变脆，降低塑性韧性抗疲劳才干和耐锈才干。磷：提高强度和耐锈力，低温变脆，降低塑性可焊性等。磷：提高强度和耐锈力，低温变脆，降低塑

25、性可焊性等。 (2)钢材缺陷钢材缺陷偏析偏析:钢中化学成分的不一致性和不均匀性钢中化学成分的不一致性和不均匀性裂纹：先天的裂纹，或是微观的或是宏观的裂纹：先天的裂纹，或是微观的或是宏观的分层：在厚度方向分成多层，各层相互衔接，并不脱离分层：在厚度方向分成多层，各层相互衔接，并不脱离夹杂物：尤其是硫化物和氧化物等夹杂物：尤其是硫化物和氧化物等(3)钢材的硬化时效硬化：景象：时间添加，强度提高，塑性下降。 特点：过程很长，反复荷载和高温下易产生。冷作硬化：常温下产生塑性变形后屈服点提高，塑性降低。应变时效：产生塑性变形后，特别是在高温下，使曾经产生冷作硬化的钢材又发生时效硬化。(4)温度 在正常温

26、度下：根本不随温度变化 在高温度下：温度升高，强度、弹性模量均有下降趋势 蓝脆景象：250左右，抗拉强度反而提高， 塑性和韧性下降。 在低温时：温度降低，强度略提高， 塑性等下降，有脆性倾向。 冷脆景象：当温度降低至某一温度以下时， 资料变脆。 五构造对钢材的要求五构造对钢材的要求(1)(1)构造对钢材的要求构造对钢材的要求 具有较高的屈服强度和极限强度；具有较高的屈服强度和极限强度； 具有良好的塑性和韧性具有良好的塑性和韧性 具有良好的工艺加工性能；具有良好的工艺加工性能； 良好的耐锈蚀才干良好的耐锈蚀才干 与混凝土良好的粘结力与混凝土良好的粘结力(2)(2)钢材的选择：钢材的选择： 构造或

27、构件的类型及重要性；构造或构件的类型及重要性； 作用的性质静力和动力作用；作用的性质静力和动力作用； 衔接方式焊接、铆接或螺栓衔接；衔接方式焊接、铆接或螺栓衔接； 任务环境温度和腐蚀等。任务环境温度和腐蚀等。 二、钢筋的强度和变形经过拉伸实二、钢筋的强度和变形经过拉伸实验获得的应力应变曲线来阐明验获得的应力应变曲线来阐明1 1、应力、应力应变曲线分两类：应变曲线分两类：有明显的流幅：热轧钢筋软钢有明显的流幅：热轧钢筋软钢无明显的流幅：高碳钢硬钢预应力钢丝、钢绞线、无明显的流幅：高碳钢硬钢预应力钢丝、钢绞线、热处置钢筋热处置钢筋设计强度取值根据：设计强度取值根据：有明显流幅钢筋，取其屈服点强度作

28、为设计取值根据。有明显流幅钢筋，取其屈服点强度作为设计取值根据。无明显流幅钢筋，取无明显流幅钢筋，取 极限抗拉强度作为条件极限抗拉强度作为条件屈服点。屈服点。屈服阶段弹性阶段强化阶段颈缩简单应力下钢材的性能 (1)钢材的应力-应变关系 曲线方式： 有明显流幅的： 弹性、屈服、强化和颈缩阶段 没有明显流幅的： 没有明显的屈服阶段 曲线简化：屈服前：完全弹性的；屈服后：完全塑性的。 (2)钢材的强度目的屈服强度：设计时钢材允许到达的最大应力 有明显流幅的钢材：取屈服点的应力； 无有明显流幅的钢材：取条件屈服强度。 条件屈服强度：剩余应变为0.2%对应的应力；或取 极限抗拉强度作为条件屈服点。极限强

29、度：资料能接受的最大应力反映平安贮藏屈强比：屈服强度/极限强度 (3)钢材的塑性目的伸长率：拉断后构件伸长率截面收缩率：拉断后面积减少率 冷弯性能：以冷弯的角度来衡量 b85. 02、复杂应力下钢材的性能(1)复杂应力形状下的屈服条件判别方法：用能量实际建立屈服条件，用折算应力判别 当 时，钢材没有屈服 当 时，钢材屈服。折算应力 以主应力表示： 以应力分量表示 yzsfzs213232221)()()(21zs)(3)(222222zxyzxyxzzyyxzyxzsyzsf 分析结果： 主应力同号时，不易屈服， 塑性下降，越接近越明显。 主应力异号时，易屈服，破 坏呈塑性，差别越大越明显。(

30、2)反复荷载下钢材的疲劳 疲劳破坏：在低于强度的应力反复作用下，所发生破坏。 疲劳破坏特点： 包括裂纹构成，缓慢开展和迅速断裂三个过程 没有明显的变形，脆性破坏 影响要素： 荷载的的性质：拉、压、剪等 应力循环特征：(应力比 ) 静载=1 同号循环0 脉冲循环(=0) 异号循环(0) 完全对称循环-1 循环次数: 应力比一定时， 疲劳强度与荷载的循环次数有关。 maxmin/疲劳极限：当最大应力小于某一数值， 反复荷载循环无穷次，资料也不会破坏。 疲劳曲线(实验结果) 循环N次 包络线ABCD简化疲劳曲线 ABCD的方程 BCD(拉为主) AB(压为主) 6102Nmin0maxkkp10ma

31、xkp0min第三节 钢筋和混凝土的粘结与锚固一、粘结的作用和分类一、粘结的作用和分类 钢筋和混凝土之间的粘结，是保证两者共同任务钢筋和混凝土之间的粘结，是保证两者共同任务的前提。的前提。 钢筋混凝土构造受力后，假设钢筋和混凝土有相对变钢筋混凝土构造受力后，假设钢筋和混凝土有相对变形滑移就会在其交界面上产生剪应力形滑移就会在其交界面上产生剪应力 ,这种剪这种剪应力应力 称为钢筋和混凝土之间的粘结力。称为钢筋和混凝土之间的粘结力。 部分粘结应力部分粘结应力 粘结应力分为：粘结应力分为： 锚固粘结应力锚固粘结应力 钢筋与混凝土之间粘结应力表示图a锚固粘结应力 b裂痕间的部分粘结应力没有应力差的位置

32、没有粘结力 部分粘结应力： 发生在裂痕间。 作用：钢筋应力发生变化，使相邻两个裂痕之间的 混凝土参与受拉。 其丧失，会开裂。 锚固粘结应力： 发生在钢筋端部支座内。 作用：钢筋需有一定锚固长度，以积累足够的粘 结力，到达需求的拉力。否那么，发生锚固 破坏。钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土粘结的作用钢筋与混凝土粘结的作用作用：保证力的相互传送，是共同任务的根本条件作用：保证力的相互传送，是共同任务的根本条件 单元分析：单元分析：假设：一端力假设：一端力T T，另端为，另端为T+dTT+dT根据平衡条件：根据平衡条件：分析结果分析结果 应力变化大，粘结力大，变化小，粘结小应力变化大

33、，粘结力大，变化小，粘结小当钢筋应力没有变化时，粘结应力等于零当钢筋应力没有变化时，粘结应力等于零 dxdAdxdTss有关的设计问题钢筋端部的锚固裂痕间应力的传送裂痕截面：拉力为零分开一段间隔：混凝土有拉力 两条裂痕中间：混凝土拉力最大 钢筋的根本锚固长度 钢筋的根本锚固长度取决于钢筋的强度及混凝土抗拉强度，并与钢筋的外形有关。规定纵向受拉钢筋的锚固长度作为钢筋的根本锚固长度，其计算公式为：dfflty二、粘结力的组成二、粘结力的组成1钢筋和混凝土接触面上的化学吸附作用力钢筋和混凝土接触面上的化学吸附作用力化学胶结力化学胶结力2混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力

34、摩摩阻力阻力3钢筋外表凹凸不平与混凝土之间产生的机械钢筋外表凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬协作用力咬协作用力机械咬合力机械咬合力 光圆钢筋粘结力主要来自胶结力和摩阻力。光圆钢筋粘结力主要来自胶结力和摩阻力。 变形钢筋粘结力主要来自机械咬合力。变形钢筋粘结力主要来自机械咬合力。三、影响粘结强度的要素三、影响粘结强度的要素 平均粘结应力平均粘结应力 式中：式中：N为钢筋的拉力，为钢筋的拉力，d为钢筋的直径，为钢筋的直径，l为粘结长度。为粘结长度。 影响粘结强度的主要要素：影响粘结强度的主要要素：1混凝土强度等级：粘结强度与混凝土的抗拉强度混凝土强度等级：粘结强度与混凝土的抗拉强度 大致成比例。大

35、致成比例。2维护层厚度及钢筋净间距：越大，粘结强度越高。维护层厚度及钢筋净间距：越大，粘结强度越高。3横向钢筋箍筋及侧向压应力：可以限制裂痕的横向钢筋箍筋及侧向压应力：可以限制裂痕的开展、提高粘结强度。开展、提高粘结强度。4浇注位置。浇注位置。dlNtf四、保证钢筋和混凝土粘结力的措施四、保证钢筋和混凝土粘结力的措施 用构造措施用构造措施保证保证1 1对不同等级的混凝土和钢筋，要保证基对不同等级的混凝土和钢筋，要保证基 本的锚固长度和最小搭接长度。本的锚固长度和最小搭接长度。2 2满足钢筋最小间距和混凝土维护层最小满足钢筋最小间距和混凝土维护层最小 厚度。厚度。3 3加密箍筋接头范围内。加密箍

36、筋接头范围内。4 4钢筋端部设弯钩光面钢筋。钢筋端部设弯钩光面钢筋。第四节 钢筋和混凝土的选用混凝土的选用原那么：混凝土的选用原那么：建筑工程中建筑工程中钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C15; 当采用当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20;当采用当采用HRB400和和RRB400级钢筋以及接受反复荷载级钢筋以及接受反复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于的构件，混凝土强度等级不得低于C20; 预应力混凝土构造的混凝土强度等级不应低于预应力混凝土构造的混凝土强度等级不应低于C30; 当采用钢绞线，钢丝，

37、热处置钢筋作预应力钢筋时，当采用钢绞线，钢丝，热处置钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于混凝土强度等级不宜低于C40。u钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C20; u当采用当采用HRB400级钢筋时，混凝土强度等级不级钢筋时，混凝土强度等级不得低于得低于C25。u预应力混凝土构造的混凝土强度等级不应低于预应力混凝土构造的混凝土强度等级不应低于C40.公路桥涵中公路桥涵中钢筋的选用原那么：钢筋的选用原那么：钢筋混凝土构造中的钢筋和预应力混凝土构造中的非预应钢筋混凝土构造中的钢筋和预应力混凝土构造中的非预应力钢筋宜优先采用力钢筋宜优先采用HRB335

38、和和HRB400级钢筋，以节级钢筋，以节省钢筋用量，改善我国建筑构造的质量。除此以外，省钢筋用量，改善我国建筑构造的质量。除此以外，也可以采用也可以采用HPB235 级和级和RRB400级热轧钢筋及强度级热轧钢筋及强度级别较低的冷拔，冷轧钢筋。级别较低的冷拔，冷轧钢筋。预应力钢筋宜采用预应力钢绞线，中高强钢丝，也可以采预应力钢筋宜采用预应力钢绞线，中高强钢丝，也可以采用热处置钢筋。除此以外，还可以采用冷拉钢筋和用热处置钢筋。除此以外，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钢筋。公路桥强度级别较高的冷拔低碳钢丝和冷轧钢筋。公路桥涵工程中还可以采用精制螺纹钢筋。涵工程中还可以采用精制

39、螺纹钢筋。思索题思索题l1-1 混凝土的根本强度目的有哪些？它们之间的换算关系如何？l1-4 混凝土的轴心受压应力-应变曲线有何特点？影响该曲线外形的主要要素有哪些？l1-6 何谓混凝土的徐变？影响混凝土徐变的主要要素有哪些？徐变对混凝土构件有何影响？采取什么措施可以减少混凝土的徐变？l1-9 钢筋混凝土构造对钢筋性能有何要求？l1-13 在实践工程中，选用钢筋和混凝土时普通应思索哪些要素？ 按混凝土试件的按混凝土试件的“尺寸效应，一样的混凝土试尺寸效应，一样的混凝土试块块当边长为当边长为200mm、150mm、100mm时，其实测立方时，其实测立方体强度相对比值为：体强度相对比值为： 。 由混凝土应力应变曲线的下降段可知：混凝土强由混凝土应力应变曲线的下降段可知：混凝土强度越高，剩余应力相对的度越高，剩余应力相对的 , 高强度混凝土变形能高强度混凝土变形能力力 。 混凝土的极限压应变值包括混凝土的极限压应变值包括 和和 两部两部分，其中分，其中 变形越大，阐明混凝土的延性越好。变形越大，阐明混凝土的延性越好。 采用约束混凝土不仅可以提高混凝土的采用约束混凝土不仅可以提高混凝土的 强强度，而且可以提高构件的耐受度，而且可以提高构件的耐受 的才干。的才干。 混凝土在荷载的混凝土在荷载的 作用