混凝土理论课件第二章

1、第二章第二章 混凝土结构材料的物理混凝土结构材料的物理力学性能力学性能第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋2.1 钢筋Steel Reinforcement2.2.1钢筋的品种(Reinforcement types)和级别按按化化学学成成分分碳素钢碳素钢低合金钢低合金钢在碳素钢基础上加入少量的硅、锰、在碳素钢基础上加入少量的硅、锰、 钛、钒、铬等合金元素。有效提高钢钛、钒、铬等合金元素。有效提高钢 材的强度，改善钢材的其它性能。材的强度，改善钢材的其它性能。低碳钢含碳量低碳钢含碳量第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土未采取减摩措施未采取减摩措施采取减摩措施后采取减摩措施后第二章

2、 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土加载速度：加载速度：加载速度越快，测得的强度越高加载速度越快，测得的强度越高。通常混凝土。通常混凝土强度等级低于强度等级低于C30时，取每秒时，取每秒0.30.5N/mm2；混凝土强度等混凝土强度等级高于或等于级高于或等于C30时，取每秒时，取每秒0.50.8N/mm2 。加载龄期：立方体抗压强度随着加载龄期的增长，加载龄期：立方体抗压强度随着加载龄期的增长，开始增开始增长较快，后期较慢长较快，后期较慢。第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土混凝土的选用原则混凝土的选用原则第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土2. 2. 轴心抗压强度轴心抗压强

3、度（采用棱柱体试件测得的抗压强度采用棱柱体试件测得的抗压强度） 按标准方法制作的按标准方法制作的150mml50mm 300mm的棱柱体试的棱柱体试件，在温度为件，在温度为20土土3和相对湿度为和相对湿度为90以上的条件下养护以上的条件下养护28d，用标准试验方法测得的具有，用标准试验方法测得的具有95保证率的抗压强度保证率的抗压强度 。对于同一混凝土，对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。 棱柱体试件的棱柱体试件的高宽比越大，测得的强度越小高宽比越大，测得的强度越小（达到一定比（达到一定比值后影响不明显）。值后影响不明显）。 确定棱柱体试件尺寸注意

4、确定棱柱体试件尺寸注意高宽比要合适高宽比要合适： 保证试件有足够的高度以不受试验机压板与试件承压面保证试件有足够的高度以不受试验机压板与试件承压面间摩擦影响，使试件中间区段形成纯压状态；间摩擦影响，使试件中间区段形成纯压状态； 试件不要过高使得破坏前产生较大的附加偏心而降低抗试件不要过高使得破坏前产生较大的附加偏心而降低抗压极限强度。压极限强度。 一般控制高宽比为一般控制高宽比为2 23 3。2.2 混凝土第二章 钢筋和混凝土的材料性能 式中：式中： k为棱柱体强度与立方体强度之比，对不大于为棱柱体强度与立方体强度之比，对不大于C50级的混凝土取级的混凝土取0.76，对，对C80取取0.82，

5、其间按线性插值。，其间按线性插值。k2为为高强混凝土的脆性折减系数，对高强混凝土的脆性折减系数，对C40取取1.0，对，对C80取取0.87，中，中间按直线规律变化取值。间按直线规律变化取值。0.88为考虑实际构件与试件混凝土强为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。度之间的差异而取用的折减系数。 kcuckfkkf,2188. 0fcu,k立方体强度标准值即为混凝土强度等级立方体强度标准值即为混凝土强度等级fcu。2.2 混凝土第二章 钢筋和混凝土的材料性能考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况，实际构件强度与考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况，实际构件强度与试件强度之

6、间存在差异，试件强度之间存在差异，规范规范基于安全取偏低值，规定轴基于安全取偏低值，规定轴心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系为：心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系为：3.3.轴心抗拉强度轴心抗拉强度 混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验方混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验方法来测定，但由于试验比较困难，目前国内外主要采用圆柱法来测定，但由于试验比较困难，目前国内外主要采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。2.2 混凝土劈拉试验FdF拉压压dlFfsp2第二章 钢筋和混凝土

7、的材料性能第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范规定轴心抗拉强度标准值与规定轴心抗拉强度标准值与立方体抗压强度标准值的换算关系为：立方体抗压强度标准值的换算关系为：0.450.55,20.88 0.3951 1.645tkcu kff混凝土轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2.2.22.2.2混凝土的变形混凝土的变形1、单轴受压应力、单轴受压应力-应变关系应变关系 混凝土单轴受力时的应力混凝土单轴受力时的应力-应变关系反映了混凝土受力全过应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学特征程的重要力学特征,是分析混

8、凝土构件应力、建立承载力和变形是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。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。 混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试件来应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定。测定。 在普通试验机上采用在普通试验机上采用等应力速度等应力速度加载，达到轴心抗压加载，达到轴心抗压强度强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲应

9、变曲线的线的上升段上升段。 采用采用等应变速度等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力-应变应变曲线的曲线的下降段下降段。22 混凝土02468102030s(MPa)e 10-3第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土BACEDA点以前点以前，微裂缝没有，微裂缝没有明显发展，混凝土的变明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度的点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强提高而

10、增加，对普通强度混凝土度混凝土s sA约为约为 (0.30.4)fc ，对高强混，对高强混凝土凝土s sA可达可达(0.50.7)fc。A点以后点以后，由于微裂缝，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增部分塑性变形，应变增长开始加快，应力长开始加快，应力-应应变曲线逐渐偏离直线。变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是该阶段微裂缝的发展是稳定的。稳定的。混凝土在结硬过程中，混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温

11、度变化等料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。缝的发展造成的。达到达到B点，内部一些微点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导裂缝会持续发展最终导致破坏。取致破坏。取B点的应力点的应力作为混凝土的长期抗压作为

12、混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土强度。普通强度混凝土s sB约为约为0.8fc，高强强度，高强强度混凝土混凝土s sB可达可达0.95fc以上。以上。达到达到C点点fc，内部微裂缝，内部微裂缝连通形成破坏面，应变连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰点的纵向应变值称为峰值应变值应变 e e 0，约为，约为0.002。纵向应变发展达到纵向应变发展达到D点，点，内部裂缝在试件表面出内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。力方向的纵向裂缝。随应变增长，试件上相随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵继出现多条不连续的纵

13、向裂缝，横向变形急剧向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。通形成斜向破坏面。E点的应变点的应变e e = (23) e e 0，应力应力s s = (0.40.6) fc。2.2 混凝土临界点临界点比例极限比例极限峰值应力，通常作为混峰值应力，通常作为混凝土棱柱体抗压强度凝土棱柱体抗压强度不同强度混凝土的应力-应变关系曲线强度等级越高，线弹性段越长强度等级越高，线弹性段越长，峰值，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密

14、实性好，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时破坏，破坏时脆性越显著脆性越显著，下降段越，下降段越陡陡，即，即延性越差延性越差。第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土加荷速度：加荷速度：加荷速度增加，加荷速度增加，最大应力值增加，峰值应最大应力值增加，峰值应变减小，下降段陡峭。变减小，下降段陡峭。横向约束作用：横向约束作用：横向约束横向约束增大，峰值应力、应变均增大，峰值应力、应变均增大，下降段减缓。增大，下降段减缓。2 . 应力应变曲线的数学模型应力应变曲线的数学模型美国美国E. Hognestad建议的模型建议的模

15、型uuccffeeeeeeeseeeeees0000200 15. 010 200.0020.0038 fc0.15 fcsee0eu第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土德国德国Rush建议的模型建议的模型uccffeeeseeeeees00200 0 200.0020.0035 fcsee0eu第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2.2 混凝土规范规范应力应力-应变关系应变关系上升段：)1 (1 0ncccfees0ee下降段：ccfsueee055010)50(0033. 010)50(5 . 0002. 0)50(6012cuucucufffnee规范混凝土应力-应变曲线参

16、数fcuC50C60C70C80n21.831.671.5e00.0020.002050.00210.00215eu0.00330.00320.00310.00300.0010.0020.0030.00410203040506070C80C60C40C20se第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2.2 混凝土seEc= tan 弹性模量（原点模量）弹性模量（原点模量）Elastic Modulus0sesddEcseEc= tan 2切线模量切线模量Tangent ModulusesddEc escEeeelacEcEseEc= tan 1割线模量割线模量(变形模量）变形模量）Seca

17、nt Moduluselae弹性系数弹性系数 (coefficient of elasticity) 随应力增大而减小随应力增大而减小 =10.5ccEE3 3、混凝土的变形模量、泊松比和剪变模量、混凝土的变形模量、泊松比和剪变模量第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土弹性模量测定方法)N/mm(7 .342 . 21025cucfEse0.4fc5次标准尺寸的棱柱体试件（标准尺寸的棱柱体试件（150mm 150mm 300mm)，加载至，加载至0.4fc，然后卸载至然后卸载至0，重复加卸载，重复加卸载510次。应力应变曲线稳定为直线的斜次。应力应变曲线稳定为直线的斜率即为弹性模量。率即

18、为弹性模量。第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土2.2.3 复合应力下的混凝土受力性能复合应力下的混凝土受力性能 实际混凝土结构构件大多处于实际混凝土结构构件大多处于复合应力复合应力状态，即状态，即双向双向或或三向三向受力状态。如框架梁、柱既受到柱轴向力作用，又受到弯距和剪受力状态。如框架梁、柱既受到柱轴向力作用，又受到弯距和剪力的作用，形成压弯、弯剪以及弯剪扭和压弯剪扭等构件。力的作用，形成压弯、弯剪以及弯剪扭和压弯剪扭等构件。双轴应力状态双轴应力状态双向受拉，影响不双向受拉，影响不大，其抗拉强度几大，其抗拉强度几乎和单向抗拉强度乎和单向抗拉强度一样一样双向拉压，拉压强度均不超过其相

19、应双向拉压，拉压强度均不超过其相应单轴强度。且均随另一方向拉应力或单轴强度。且均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小。压应力的增加而减小。双向压压区，一向强度随双向压压区，一向强度随另一向压力的增加而增加，另一向压力的增加而增加，双向受压强度比单轴强度双向受压强度比单轴强度最多提高最多提高27%。Biaxial Stress State第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土构件受剪或受扭时常遇到剪应力构件受剪或受扭时常遇到剪应力t t 和正应力和正应力s s 共同作用下的共同作用下的复合受力情况。复合受力情况。混凝土的抗剪强度：随混凝土的抗剪强度：随拉拉应力增大而减小应力增大而减小 随随

20、压压应力增大而增大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，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应压应力继续增大，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。力的增大而减小。 当压应力不太高时，其存在可提高混凝土的抗剪强度，当压应力不太高时，其存在可提高混凝土的抗剪强度，拉应力的存在会降低混凝土的抗剪强度。剪应力的存在降低拉应力的存在会降低混凝土的抗剪强度。剪应力的存在降低混凝土的抗压和抗拉强度。混凝土的抗压和抗拉强度。第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土三轴应力状态三轴应力状态三轴应力状态有多种组合，实际

21、工程遇到较多的螺旋箍筋柱和三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。采用圆柱体在等侧压条件进行。由试验得到的经验公式为由试验得到的经验公式为: 式中式中 被约束混凝土的轴心抗压强度；被约束混凝土的轴心抗压强度； 非约束混凝土的轴心抗压强度；非约束混凝土的轴心抗压强度； 侧向约束压应力；侧向约束压应力； k 侧向压力系数，一般可取侧向压力系数，一般可取4.0。 侧向压应力的存在还可提高混凝土的延性。侧向压应力的存在还可提高混凝土的延性。 ccf cf

22、 lfLccckfffTriaxial Stress State第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土第二章 钢筋和混凝土的材料性能局部受压强度局部受压强度混凝土局部受压区域内基本处于三轴受压状态。实验表明局部混凝土局部受压区域内基本处于三轴受压状态。实验表明局部受压强度与均匀（轴心）受压强度的关系为：受压强度与均匀（轴心）受压强度的关系为：2.2 混凝土 式中式中fcl混凝土的局部受压强度；混凝土的局部受压强度； fc混凝土的轴心受压强度；混凝土的轴心受压强度； Ab混凝土局部受压面积；混凝土局部受压面积； Al影响局部受压强度的计算底面积，按与影响局部受压强度的计算底面积，按与Al同

23、心同心、对称、有效的原则确定；、对称、有效的原则确定； l局部受压时的混凝土强度提高系数。局部受压时的混凝土强度提高系数。clbclclfAAff第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土2.2.4 混凝土的徐变 creep 混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的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。现象称为徐变。 混凝土的徐变特性主要与时间参数有关。混凝土的徐变特性主要与时间参数有关。徐变的不利之处徐变的不利之处：徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。引起预应

24、力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。有利之处有利之处：徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力，减小大体积混凝土的温度应力。结构的受力，减小大体积混凝土的温度应力。影响徐变的因素影响徐变的因素：内在因素内在因素； 环境因素环境因素； 应力因素应力因素。第二章 钢筋和混凝土的材料性能 在应力（在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变弹性应变e eel（= s si/Ec(t0)，t0加荷时的龄期）。加荷时的龄期）。 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

25、徐变增个月徐变增长较快，长较快，6个月可达最终徐变的（个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐，以后增长逐渐缓慢，缓慢，23年后趋于稳定。年后趋于稳定。2.2 混凝土第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土如在时间如在时间t 卸载，则会产生卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变瞬时弹性恢复应变e eel。由于混凝土。由于混凝土弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变e eel小于加载时的瞬时弹小于加载时的瞬时弹性应变性应变 e eel。再经过一段时间后，还有一部分应变。再经过一段时间后，还有一部分应变e eel可以恢复，可以恢复，称为称为弹性后效弹性后效或徐变恢复

26、，但仍有不可恢复的残留永久应变或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变e ecr第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土影影响响徐徐变变的的因因素：素：a. 应力大小应力大小应力越大徐变也越大；当应力较小时，徐变与应力越大徐变也越大；当应力较小时，徐变与应力成正比，称为线形徐变，应力较大时，徐变变形比应力应力成正比，称为线形徐变，应力较大时，徐变变形比应力增长要快，称为非线形徐变。增长要快，称为非线形徐变。b. 加载龄期加载龄期龄期越早，徐变越大；龄期越早，徐变越大；c.混凝土的制作方法、养护条件混凝土的制作方法、养护条件特别是养护时的温度和湿特别是养护时的温度和湿度对徐变有重要影响，养护

27、时温度高、湿度大，水泥水化作度对徐变有重要影响，养护时温度高、湿度大，水泥水化作用充分，徐变越小。受荷后，环境温度越高，湿度越低，则用充分，徐变越小。受荷后，环境温度越高，湿度越低，则徐变越大；徐变越大；d. 骨料弹性性质骨料弹性性质骨料越坚硬，弹性模量越高，对水泥石徐骨料越坚硬，弹性模量越高，对水泥石徐变的约束作用越大，混凝土徐变越小；变的约束作用越大，混凝土徐变越小；e.混凝土组成混凝土组成水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐变水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐变越大；越大；f. 构件的形状、尺寸构件的形状、尺寸大尺寸试件内部失水受到限制，徐变减大尺寸试件内部失水受到限制，徐变减小。

28、小。第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土2.2.5 2.2.5 混凝土疲劳性能混凝土疲劳性能疲劳破坏。疲劳破坏。疲劳强度疲劳强度混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用100mm100mm100mm100mm300mm 300mm 或着或着150mm150mm150mm150mm450mm450mm的棱柱体，的棱柱体，把棱柱体试件承受把棱柱体试件承受200200万次或其以上循环荷载而发生破坏的压万次或其以上循环荷载而发生破坏的压应力值称为应力值称为混凝土的疲劳抗压强度混凝土的疲劳抗压强度。 疲劳破坏特征：疲劳破坏特征：裂缝小变性大。裂缝小变性大。 影响因

29、素影响因素施加荷载时的应力大小是影响应力施加荷载时的应力大小是影响应力- -应变曲线不同的发展和变应变曲线不同的发展和变化的关键因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化化的关键因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度有关。的幅度有关。在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力比值的增大而增大。比值的增大而增大。第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土混凝土在荷载重复作用下的应力-应变关系第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土2.2.6 2.2.6 混凝土的收缩混凝土的收缩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混凝土在空

30、气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。收缩。 收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。 当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。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力损失。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。 第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土影响因素影响因素 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构

31、件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。条件等许多因素有关。（1）水泥的品种：水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越）水泥的品种：水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越大。大。（2）水泥的用量：）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。（3）骨料的性质：）骨料的性质：骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。（4）养护条件：）养护条件：干燥失水及高温环境，收缩大。干燥失水及高温环境，收缩大。（5）混凝土制作方法：）混凝土制作方法：混凝

32、土越密实，收缩越小。混凝土越密实，收缩越小。（6）使用环境：）使用环境：使用环境温度、湿度越大，收缩越小。使用环境温度、湿度越大，收缩越小。（7）构件的体积与表面积比值：）构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。比值大时，收缩小。第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结2.3.1粘结的两个问题粘结的两个问题粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础础通过钢筋与砼界面的粘结应力，可以实现钢筋与砼之通过钢筋与砼界面的粘结应力，可以实现钢筋与砼之间的间的应力传递应力传递，从而使两

33、种材料可以结合在一起共同，从而使两种材料可以结合在一起共同工作。工作。粘结应力通常是指钢筋与砼界面间的剪应力。粘结应力通常是指钢筋与砼界面间的剪应力。粘结性能用粘结性能用粘结力、粘结应力滑移曲线粘结力、粘结应力滑移曲线来标志。来标志。钢筋与混凝土之间粘结应力示意图（a）锚固粘结应力 （b）裂缝间的局部粘结应力粘结应力可分为：粘结应力可分为：裂缝间局部粘结应力裂缝间局部粘结应力和和钢筋端部的钢筋端部的锚固粘结力锚固粘结力。其丧失会降低构件刚度和影响裂缝开展其丧失会降低构件刚度和影响裂缝开展第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的

34、粘结2.3.2粘结力的组成及其影响因素粘结力的组成及其影响因素光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理。光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理。光圆钢筋与混凝土的粘结作用主要由三部分组成：光圆钢筋与混凝土的粘结作用主要由三部分组成：a. 钢筋与混凝土中的水泥凝胶体间的钢筋与混凝土中的水泥凝胶体间的化学吸附作用力（胶着力）化学吸附作用力（胶着力）；来自浇注时水泥浆体对钢筋表面氧化层的渗透以及水化过程来自浇注时水泥浆体对钢筋表面氧化层的渗透以及水化过程中水泥晶体的生长和硬化。中水泥晶体的生长和硬化。b. 混凝土收缩握裹钢筋而产生混凝土收缩握裹钢筋而产生摩擦力摩擦力；混凝土凝固时收缩，对钢筋产生垂直与摩擦

35、面的压应力。压混凝土凝固时收缩，对钢筋产生垂直与摩擦面的压应力。压应力越大，接触面的粗糙程度越大，摩阻力就越大。应力越大，接触面的粗糙程度越大，摩阻力就越大。c. 钢筋表面凹凸不平与混凝土之间的机械钢筋表面凹凸不平与混凝土之间的机械咬合作用力（咬合力咬合作用力（咬合力）；对光圆钢筋这种咬合力来自表面的粗糙不平。对光圆钢筋这种咬合力来自表面的粗糙不平。第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结变形钢筋变形钢筋与混凝土之间的机械咬合作用与混凝土之间的机械咬合作用主要是由于变形钢筋肋间嵌入混凝土而主要是由于变形钢筋肋间嵌入混凝土而产生的。产生的。变形钢筋和混凝土的机械咬合作用第二章 钢

36、筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结影影响响粘粘结结强强度度的的因因素素混凝土的强度混凝土的强度光圆钢筋与变形钢筋的粘结强度均随混凝光圆钢筋与变形钢筋的粘结强度均随混凝土的强度等级的提高而提高。不与土的强度等级的提高而提高。不与fcu成正成正比，而是与比，而是与ft成正比。成正比。与光圆钢筋相比，变形钢筋具有较高的粘结强度。与光圆钢筋相比，变形钢筋具有较高的粘结强度。钢筋间的净距钢筋间的净距净间距过小，外围混凝土发生水平劈裂，净间距过小，外围混凝土发生水平劈裂，形成贯穿整个梁宽的劈裂裂缝，粘结强度形成贯穿整个梁宽的劈裂裂缝，粘结强度显著降低。显著降低。横向钢筋（如箍筋）可以限制混凝土

37、内部裂缝的发横向钢筋（如箍筋）可以限制混凝土内部裂缝的发展，提高粘结强度展，提高粘结强度直接支承的支座处，粘结强度得到提高直接支承的支座处，粘结强度得到提高浇筑混凝土时钢筋的位置浇筑混凝土时钢筋的位置深度过大，钢筋底面的混凝土出深度过大，钢筋底面的混凝土出现沉淀收缩和离析泌水，使二者现沉淀收缩和离析泌水，使二者之间产生强度较低的疏松空隙层。之间产生强度较低的疏松空隙层。第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结2.3.3 2.3.3 保证可靠粘结的构造措施保证可靠粘结的构造措施(1)对不同等级的混凝土和钢筋，要保证最小搭接长度和锚固长度；对不同等级的混凝土和钢筋，要保证最小搭接长

38、度和锚固长度；(2)为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结，必须满足钢筋最小为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结，必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求；间距和混凝土保护层最小厚度的要求；(3)在钢筋的搭接接头内应加密箍筋；在钢筋的搭接接头内应加密箍筋；(4)为了保证足够的粘结在钢筋端部应设置弯钩；为了保证足够的粘结在钢筋端部应设置弯钩；(5)对大深度混凝土构件应分层浇筑或二次浇捣；对大深度混凝土构件应分层浇筑或二次浇捣；(6)一般除重锈钢筋外，可不必除锈一般除重锈钢筋外，可不必除锈。第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结dffltyab为钢筋外形系数；为钢筋外形系数

39、；d为钢筋直径。为钢筋直径。aball锚固长度修锚固长度修正系数正系数第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度计算公式：alll式中，为受拉钢筋搭接长度修正系数，它与同一连接区内搭接钢筋的截面面积有关，详见规范。v光面钢筋表面凹凸程度小，机械咬合作用不大光面钢筋表面凹凸程度小，机械咬合作用不大, ,与砼的粘结强度较低。与砼的粘结强度较低。v为保证光面钢筋的锚固，为保证光面钢筋的锚固，规范规定受力的光面规范规定受力的光面钢筋末端必须作成半圆弯钩。如图所示：钢筋末端必须作成半圆弯钩。如图所示：第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结v接

40、长钢筋有三种办法：接长钢筋有三种办法：绑扎搭接；焊接；机械连接。绑扎搭接；焊接；机械连接。v机械连接是指使用机械外力使两根钢筋连接在一起的连接方法。机械连接是指使用机械外力使两根钢筋连接在一起的连接方法。目前应用较多的接头的类型是目前应用较多的接头的类型是挤压套筒接头和螺纹套筒接头挤压套筒接头和螺纹套筒接头。它。它们的连接可靠性较焊接要好，操作也较简单，适用于大直径钢筋们的连接可靠性较焊接要好，操作也较简单，适用于大直径钢筋的现场连接，现在也是大直径钢筋现场连接的主要方法。的现场连接，现在也是大直径钢筋现场连接的主要方法。v绑扎搭接时，必须有足够的绑扎搭接时，必须有足够的搭接长度搭接长度ll : :受拉钢筋的受拉钢筋的ll1.2la且且ll300mm；受压钢筋的；受压钢筋的ll0.85la且且ll200mm。v钢筋不能在同一截面同时接长。钢筋不能在同一截面同时接长。第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.3 混凝土与钢筋的粘结第一章 钢筋砼结构的材料本 章 要