第2章 钢筋混凝土材料物理力学性能

1、第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能2.1.1 钢筋的品种与级别钢筋的品种与级别2.1钢筋钢筋消除应力钢丝2.1 建筑中常用钢材种类热轧钢筋中强度预应力钢丝预应力螺纹钢筋钢绞线余热处理钢筋第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能u 热轧钢筋是由低碳钢、普通低合金钢或细晶粒钢在高温状态下轧制而成，有明显的屈服点和流幅，断裂时有“颈缩”现象，伸长率比较大。按其强度由低到高分为HPB300级、HRB335级、 HRBF335级、HRB400级、HRBF400级、RRB400级、 HRB500级和 HRBF500级。u 冷加工钢筋在混凝土结构

2、中也有一定的应用，它是将某些热轧光面钢筋（称为母材）经冷拉、冷拔或冷轧、冷扭等工艺进行加工而得到的直径较细的光面或变形钢筋，有冷拉钢筋、冷拔钢筋、冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋。热轧钢筋经冷加工后强度提高，但是钢筋的塑性（伸长率）明显降低，因此冷加工钢筋主要用于对延性要求不高的板类构件，或作为非受力构造钢筋。 近年来，我国强度高，性能好的预应力钢筋(钢丝、钢绞线)已可充分供应，故冷加工钢筋不再列入冷加工钢筋不再列入20102010版版混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范，工程应用时可按相关的冷加工钢筋技术标准执行，比如冷轧扭钢筋混凝土构件技术规程冷轧扭钢筋混凝土构件技术规程（JGJ115-2006）

3、。）。 第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能u钢丝是由热轧钢筋经冷拔而成，根据强度不同又分为中强度预应力钢丝、消除应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋，故钢丝有：中强度预应力钢丝 光面PM、螺旋肋HM预应力螺纹钢筋（精扎螺纹粗钢筋：18mm、25mm、32mm、40mm、50mm） 螺纹T 消除应力钢丝 光面P 、螺旋肋H钢绞线 三股或七股 S u上述钢筋主要用于预应力混凝土结构中的预应力筋，应上述钢筋主要用于预应力混凝土结构中的预应力筋，应用时注意其极限强度标准值。用时注意其极限强度标准值。第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能u余热

4、处理钢筋由轧制钢筋经高温淬水，余热处理后提高强度。其延性、可焊性、机械连接性能及施工适应性降低，一般可用于对变形性能及加工性能要求不高的构件一般可用于对变形性能及加工性能要求不高的构件中，如基础、大体积混凝土、楼板、墙体以及次要的中中，如基础、大体积混凝土、楼板、墙体以及次要的中小结构构件等。小结构构件等。 光面钢筋螺纹钢筋月牙纹钢筋人字纹钢筋第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能 HPB 热轧光面钢筋，桥梁规范用热轧光面钢筋，桥梁规范用R表示；表示； HRB 普通低合金热轧月牙纹变形钢筋；普通低合金热轧月牙纹变形钢筋； HRBF 细晶粒热轧月牙纹变形钢筋；细晶粒

5、热轧月牙纹变形钢筋； RRB 余热处理月牙纹变形钢筋，桥梁规范用余热处理月牙纹变形钢筋，桥梁规范用KL表示。表示。v热轧钢筋（热轧钢筋（2002版版混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范）400840RRB400(K20MnSi)400650HRB400(20MnSiV, 20MnSiNb,20MnTi)335650HRB335(20MnSi)235620HPB235(Q235)fyk/(N/mm2)d/(mm)符号符号种种 类类第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能v热轧钢筋（热轧钢筋（2010版版混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范）第第2章章 钢筋混凝土材料的

6、物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能v普通钢筋强度设计值（普通钢筋强度设计值（2010版版混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范）第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能v预应力筋强度设计值（预应力筋强度设计值（2010版版混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范）第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能v热轧钢筋（热轧钢筋（2010对对2002版版混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范的修订）的修订） 本次修订根据“四节一环保”的要求，提倡应用高强、高性能钢筋。根据混凝土构件对受力的性能要求，规定了各种牌号钢筋的选用原则。u 1 增加强度为

7、500MPa级的热轧带肋钢筋；推广400、500MPa级高强热轧带肋钢筋作为纵向受力的主导钢筋；限制并准备逐步淘汰335MPa级热轧带肋钢筋的应用；用300MPa级光圆钢筋取代235MPa级光圆钢筋。在规范的过渡期及对既有结构进行设计时，235MPa级光圆钢筋的设计值仍按原规范取值。第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能u 2 推广具有较好的延性、可焊性、机械连接性能及施工适应性的HRB系列普通热轧带肋钢筋。列入采用控温轧制工艺生产的HRBF系列细晶粒带肋钢筋。u 3 RRB系列余热处理钢筋由轧制钢筋经高温淬水，余热处理后提高强度。其延性、可焊性、机械连接性能及施

8、工适应性降低，一般可用于对变形性能及加工性能要求不高的构件中，如基础、大体积混凝土、楼板、墙体以及次要的中小结构构件等。u 4 增加预应力筋的品种：增补高强、大直径的钢绞线；列入大直径预应力螺纹钢筋(精轧螺纹钢筋)；列入中强度预应力钢丝以补充中等强度预应力筋的空缺，用于中、小跨度的预应力构件；淘汰锚固性能很差的刻痕钢丝。第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能 注意常用普通钢筋的选用原则：注意常用普通钢筋的选用原则：u1 纵向受力普通钢筋宜采用纵向受力普通钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋，也可采用钢筋，也可采用HPB300、H

9、RB335、HRBF335、RRB400钢筋；钢筋；u2 梁、柱纵向受力普通钢筋应采用梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋；钢筋；u3 箍筋宜采用箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋，也可采用钢筋，也可采用HRB335、HRBF335钢筋；钢筋；u4 预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能2.1.2 钢筋的强度与变形钢筋的强度与变形 钢筋的 曲线lPPAAPll第

10、第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能比例极限屈服强度极限抗拉强度o(N/mm2)fyfued流幅abc0.2% 0.2(N/mm2)ooa弹性阶段a比例极限b屈服强度cd强化阶段d极限抗拉强度de 颈缩阶段 0.2条件屈服强度第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能u由力学性能不同分成：由力学性能不同分成：软钢软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋)硬钢硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(高强钢丝、余热处理钢筋)u钢筋力学性能指标：钢筋力学性能指标：对于有明显屈服台阶的软钢取屈服强度 fy 作为强度设计依据。对于无明显屈服台阶的硬钢取条

11、件屈服强度 0.2作为强度设计依据。屈服强度、极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能。屈服强度、极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能。强屈比：强屈比：反映钢筋的反映钢筋的强度储备，在抗震结强度储备，在抗震结构中考虑到钢筋可能构中考虑到钢筋可能进入强化阶段，要求进入强化阶段，要求fu/fy不小于不小于1.25。第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能取相应于残余应变 = 0.2%时的应力 0.2作为名义屈服点。常取 0.2=0.85 fu。伸长率：（：（2002版版混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范）0.2的定义：1510100100%510100mmlllldldl l1ld:

12、同一根钢筋同一根钢筋上述伸长率只反映断口附近残留变形大小，不反映上述伸长率只反映断口附近残留变形大小，不反映钢筋总伸长率情况。钢筋总伸长率情况。105第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能普通钢筋及预应力筋在最大应力下的总伸长率（均匀伸长率）：（：（2010版版混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范）0gt0100%bsLLLE 上式中上式中第一项第一项反映了钢筋的塑性残余变形，反映了钢筋的塑性残余变形，第二项第二项反映了钢筋在最大拉应力下的弹性变形。反映了钢筋在最大拉应力下的弹性变形。第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能冷弯性能：弯

13、心直径冷弯角度 钢筋的冷弯性能是检验钢筋韧性、内部质量和加工可钢筋的冷弯性能是检验钢筋韧性、内部质量和加工可适性的有效方法。适性的有效方法。 钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。 =90,180 ,反复弯曲反复弯曲要要求：冷弯过程中无裂缝、鳞求：冷弯过程中无裂缝、鳞落或断裂。落或断裂。D 愈小，要求愈高。愈小，要求愈高。反复次数愈高，要求愈高。反复次数愈高，要求愈高。Dd第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋的疲劳：钢筋的疲劳：钢筋的疲劳强度：钢筋的疲劳强度：影响钢筋疲劳强度的因素：影响钢筋疲劳强度的因素： 钢筋在承受重复、

14、周期性的动荷载作用下，经钢筋在承受重复、周期性的动荷载作用下，经过一定的次数后，从塑性破坏变成脆性破坏的现象。过一定的次数后，从塑性破坏变成脆性破坏的现象。吊车梁、桥面板、轨枕等承受重复荷载的混凝土构吊车梁、桥面板、轨枕等承受重复荷载的混凝土构件，在正常使用期间会由于疲劳而发生破坏。件，在正常使用期间会由于疲劳而发生破坏。 指在某一规定的应力幅内，经受一定次数（我指在某一规定的应力幅内，经受一定次数（我国规定为国规定为200万次）循环荷载后发生疲劳破坏的最大万次）循环荷载后发生疲劳破坏的最大应力值。应力值。 疲劳应力幅、最小应力值的大小、钢筋外表面疲劳应力幅、最小应力值的大小、钢筋外表面几何形

15、状、钢筋直径、钢筋强度、试验方法等。几何形状、钢筋直径、钢筋强度、试验方法等。第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能1.22.1.3 钢筋的冷加工性能钢筋的冷加工性能l 冷加工的方法冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷轧。l 冷加工的目的冷加工的目的：改变钢材内部结构，提高钢材强度，节约钢筋。l 注意冷加工对钢材性能的影响。(a) 为冷拉，可采用冷拉控制应力和冷拉率控制。为冷拉，可采用冷拉控制应力和冷拉率控制。冷拉后可冷拉后可提高钢材的抗拉强度，不提高抗压强度，且塑性下降。提高钢材的抗拉强度，不提高抗压强度，且塑性下降。(b) 为冷拔，经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅

16、，为冷拔，经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅，可可同时提高钢材的抗拉和抗压强度，塑性降低很多。同时提高钢材的抗拉和抗压强度，塑性降低很多。第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能o冷拉控制应力(N/mm2)冷拉率残余变形oabccdd冷拉无时效冷拉经时效(a)(b)d1d2Pd2d1第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能2.1.4 混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求 1）强度高强度高（包括屈服强度和抗拉强度），（包括屈服强度和抗拉强度），要求钢筋有足够的强度要求钢筋有足够的强度和适宜的强屈比和适宜的强屈比(极限抗拉强

17、度实测值与屈服强度实测值的比值极限抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值)，推广应用推广应用500MPa级或级或400MPa级强度高、延性好的热轧钢筋，在预级强度高、延性好的热轧钢筋，在预应力混凝土结构中推广应用高强预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹应力混凝土结构中推广应用高强预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。钢筋。2）塑性好塑性好：要求钢筋应有足够的变形能力，具体用均匀伸长率满：要求钢筋应有足够的变形能力，具体用均匀伸长率满足要求和冷弯性能合格来衡量。足要求和冷弯性能合格来衡量。 施工单位验收钢筋是否合格的的主要指标为：对有明显屈服点施工单位验收钢筋是否合格的的主要指标为：对有明显屈服点的钢筋为

18、屈服强度的钢筋为屈服强度fy，极限抗拉强度，极限抗拉强度fu，伸长率和冷弯性能四项；而，伸长率和冷弯性能四项；而对无明显屈服点的钢筋则为极限抗拉强度对无明显屈服点的钢筋则为极限抗拉强度fu，伸长率和冷弯性能三，伸长率和冷弯性能三项。项。第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能 3）可焊性好可焊性好：要求钢筋焊接后不产生裂缝和过大的变形，：要求钢筋焊接后不产生裂缝和过大的变形，焊接接头性能良好。焊接接头性能良好。 4）与混凝土有良好的粘结力与混凝土有良好的粘结力：要求钢筋与混凝土之间有足：要求钢筋与混凝土之间有足够的粘结力，以保证两者共同工作。够的粘结力，以保证两者共

19、同工作。焊接弯折光面变形变形钢筋比光面钢筋好变形钢筋比光面钢筋好第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能2.2混凝土混凝土混凝土的组份：水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不同等级的砼。骨 料水泥结晶体水泥凝胶体弹性变形的基础塑性变形的基础混凝土的强度及变形混凝土的强度及变形随时间、随环境的变随时间、随环境的变化而变化。化而变化。 特点特点:1）以固相为主，包含固体、液体、气体的）以固相为主，包含固体、液体、气体的三相体；三相体；2）水化过程长，性能要很长时间才稳定；）水化过程长，性能要很长时间才稳定； 3）水泥石收缩可形成微裂缝；）水泥石收缩可形成微裂缝；4）受制作

20、、养护、使用条件影响大。）受制作、养护、使用条件影响大。 第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度（1） 立方体的抗压强度 fcu（评定混凝土强度等级（评定混凝土强度等级的标准）的标准）1. 单轴受力状态下的单轴受力状态下的抗压强度抗压强度v立方体抗压强度立方体抗压强度（强度等级强度等级）1.标准尺寸：标准尺寸：150mm150mm150mm2.养护条件：养护条件：20 3，湿度，湿度90%；28d 3.加荷方法：加荷速度加荷方法：加荷速度0.150.25MPa/s，垫板，垫板不涂油或垫橡胶板。不涂油或垫橡胶板。 4.强度保证率：

21、强度保证率：95% ，f = -1.645 第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂强度大于我国规范的处理方法：我国规范的处理方法：不涂润滑剂不涂润滑剂u压 力压 力 试 件试 件裂缝发展裂缝发展扩张扩张整个体整个体系解体，丧失系解体，丧失承载力承载力u另 影 响 强 度另 影 响 强 度的因素还有：的因素还有：龄期、加载速龄期、加载速率、试块尺寸率、试块尺寸等等试验方法：试验方法：第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能标准试块：150150 150非标准试块：100100 100 换算系数 0.95

22、200200 200 换算系数 1.05立方体抗压强度fcul立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等级有：土的强度等级有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60, C65，C70，C75，C80 (高强混凝土）高强混凝土），共，共14个等级。个等级。 表示混凝土表示混凝土Concrete立方体抗压强度立方体抗压强度CConcrete,单位：单位：N/mm2或或MPa。第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能u影响立方体抗压强度的因素：内因：内因：如

23、强度与水泥标号、骨料品种、配合比等。外因：外因：试验方法（箍套）、温度、湿度、试件尺寸。由于尺寸效应尺寸效应的影响：fcu(150) = 0.95 fcu(100) fcu(150) = 1.05 fcu(200)注意问题：注意问题：u混凝土结构中，混凝土结构中，主要是利用它的主要是利用它的抗压强度抗压强度。因此抗压强。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。度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土的强度等级是用立方体抗压强度来划分的。混凝土的强度等级是用立方体抗压强度来划分的。第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能混凝土强度等级的选用原则混凝

24、土强度等级的选用原则v 钢筋混凝土结构中钢筋混凝土结构中 素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15； 钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20； 采用强度等级采用强度等级400及以上的钢筋时，混凝土等级及以上的钢筋时，混凝土等级 强度不应低于强度不应低于C25。 v 预应力混凝土结构中预应力混凝土结构中 混凝土强度等级不宜低于混凝土强度等级不宜低于C40，不应低于，不应低于C30。 当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋时，不宜低于当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋时，不宜低于C40。 v 承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土

25、强度等级承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级 不应低于不应低于C30C30。 第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能（2）轴心抗压强度 fc 按标准方法制作的150mml50mm300mm的棱柱体试件，在温度为20土3和相对湿度为90以上的条件下养护28d，用标准试验方法测得的具有95保证率的抗压强度 。对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度抗压强度。 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间存在差异，规范基于安全取偏低值，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：第第2章章 钢筋

26、混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能fcu,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。高强混凝土高强混凝土的脆性影响的脆性影响系数系数 ckc1c2cu,k0.88ff 混凝土强度与试混凝土强度与试块混凝土强度的块混凝土强度的 修正系数修正系数混凝土轴心抗压混凝土轴心抗压强度与立方体抗强度与立方体抗压强度之比值压强度之比值混凝土混凝土强度强度等级等级C40C45C50C55C60C65C70C75C80 c10.760.760.760.770.780.790.800.810.82 c21.000.9840.9680.9510.9350.919

27、0.9030.8870.87 c1 和和 c2 值值第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能对于非标准试件：对于非标准试件：非标准试块：100100 300 换算系数 0.95 200200 400 换算系数 1.05l对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（圆柱体试件（d=150, h=300），），有有fc=0.79fcu 圆柱体抗压强度圆柱体抗压强度第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能u我国建筑工程实际应用的混凝土强度和钢筋强度均低于发达国家。我国结构安全度总体上比国际

28、水平低，但材料用量并不少，其原因在于国际上较高的安全度是依靠较高强度的材料实现的。C15级的低强度混凝土仅限于素混凝土结构，各种配筋混凝土结构的混凝土强度等级也普遍稍有提高。u C80以上的高强混凝土，目前虽偶有工程应用但数量很少，且对其性能的研究尚不够，故暂未列入。 u修订规范还删除了02版规范表注中受压构件尺寸效应的规定。该规定源于前苏联规范，最近俄罗斯规范已经取消。对离心混凝土的强度设计值，应按专门的标准取用，也不再列入。 第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能2. 轴心轴心抗拉强度抗拉强度混凝土的抗拉强度比抗压强度小得多，为抗压强度 ，且不与抗压强度成正比

29、且不与抗压强度成正比。测试方法：测试方法：111020n直接测试方法n间接测试方法(弯折，劈裂)第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能直接受拉试验ft100100150150500试验结果：试验结果： ft=0.26fcu 2/3考虑到构件和试件考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，的区别，尺寸效应，加荷速度等的影响，加荷速度等的影响，规范取规范取：0.550.45tk2cu,k0.880.395(1 1.645 )cff轴心抗拉强度与轴心抗拉强度与立方体抗压强度立方体抗压强度的折算系数的折算系数 试验离散性的试验离散性的影响系数影响系数 试验离散试验离散性系数性系数

30、 第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能上式中的系数上式中的系数0.395和指数和指数0.55是根据原规范确是根据原规范确定抗拉强度的试验数据再加上我国近年来对高强混凝定抗拉强度的试验数据再加上我国近年来对高强混凝土研究的试验数据，统一进行分析后得到的。土研究的试验数据，统一进行分析后得到的。fcu,kC15C20C25C30C35C40C45C50 C55C60 C80 0.210.180.160.140.130.120.120.110.10混凝土立方体强度变异系数混凝土立方体强度变异系数值值第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能劈

31、裂试验ft,sdlFfts2ddftsFFFFn我国根据我国根据100mm立立方体的劈裂与抗压方体的劈裂与抗压试验结果有：试验结果有：n fts=0.19fcu 3/4 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。第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能3. 混凝土在复合应力状态下的混凝土在复合应力状态下的强度

32、强度（1）混凝土的双向受力强度混凝土的双向受力强度 双向正应力作用(如图)1, 2 (压压) 强度增加1, 2 (拉压) 强度降低1, 2 (拉拉) 强度基本不变6 . 04 . 02 . 00 . 12 . 18 . 04 . 02 . 06 . 08 . 00 . 12 . 12112c2/ fc1/ fc227. 1f21221c1.15fc127. 1maxf210.501 . 0第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能1.2（2）混凝土在法向应力和剪应力的作用下的复合强度混凝土在法向应力和剪应力的作用下的复合强度拉拉-剪：抗剪强度随拉应力而降低；剪：抗剪强

33、度随拉应力而降低；压压-剪：当剪：当 时，抗剪强度随压应力提高而增大；时，抗剪强度随压应力提高而增大； 当当 时，内部裂缝增加，抗剪强度随压时，内部裂缝增加，抗剪强度随压 应力的增加而降低。应力的增加而降低。 6 . 0/cf6 . 0/cf注意：注意：构件受构件受剪或受扭时常剪或受扭时常遇到剪应力遇到剪应力t t 和正应力和正应力 共共同作用下的复同作用下的复合受力情况。合受力情况。第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能（3）混凝土三向受压强度混凝土三向受压强度注意：注意：三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的

34、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。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。12: cf抗 压 强 度 提 高工程应用：约束混凝土钢管砼密配螺旋箍筋2002= 50N/mm235N/mm212210N/mm215010050051015202512(N/mm2)1 ()第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能（4） 混凝土的疲劳混凝土的疲劳强度强度破坏重复荷载下的应力-应变曲线fcf321疲劳强度 0.5fc当c 0.8fc ，徐变发展最终导致破坏作为混凝土的长

35、期抗压强度。 0.8fc徐变对结构的影响：徐变对结构的影响：使构件变形增大；使构件变形增大；在轴压构件中，使钢筋应力增加，在轴压构件中，使钢筋应力增加， 混凝土应力减小；混凝土应力减小；在预应力构件中，引起预应力损失；在预应力构件中，引起预应力损失；在超静定结构中，使内力发生重分布。在超静定结构中，使内力发生重分布。第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能影响因素：影响因素：内在因素内在因素是混凝土的组成和配比。骨料是混凝土的组成和配比。骨料(aggregate)的刚的刚度（弹性模量）越大，体表比越大，徐变就越小。水泥度（弹性模量）越大，体表比越大，徐变就越小。水泥

36、用量越多，水灰比越大，徐变也越大。用量越多，水灰比越大，徐变也越大。环境影响环境影响包括养护和使用条件。受荷前养护包括养护和使用条件。受荷前养护(curing)的温的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。采用蒸湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（汽养护可使徐变减少（2035）%。受荷后构件所处的环。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。混凝土的应力条件的影响：混凝土的应力条件的影响：加荷时混凝土的龄期越长，加荷时混凝土的龄期越长，徐变越小；混凝土的应力越大，徐变越大。徐变越小；混凝土的应力越大，徐变越

37、大。第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能2.混凝土的收缩变形（1） 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。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。的收缩。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。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。收缩的性质收缩的性质自由收缩约束收缩来自内部的钢筋约束来自支座的外部约束收缩对结构的影响收缩对结构的影响自由收缩一般不会引起拉应力，故不会开裂约束收缩产生收缩拉应力甚至开

38、裂第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能收缩的特点：收缩的特点：早期快，可延续早期快，可延续12年。年。蒸汽养护常温养护051015200.10.20.30.4收缩(103)时间 (月)第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能影响因素影响因素 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及及尺寸、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。养护条件等许多因素有关。（1）水泥的品种：）水泥的品种：水泥强度等级越高，

39、混凝土收缩越大。水泥强度等级越高，混凝土收缩越大。（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

40、，收缩小。第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能收缩对结构的影响：收缩对结构的影响： 当收缩受到约束时，引起构件开裂。当收缩受到约束时，引起构件开裂。减少收缩的措施：减少收缩的措施： 限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护；限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护； 构造钢筋数量加强；设置变形缝；掺膨胀剂。构造钢筋数量加强；设置变形缝；掺膨胀剂。AssAs s收缩：收缩： 钢筋受压，钢筋受压， 混凝土受拉混凝土受拉As第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能2.3钢筋混凝土的粘结钢筋混凝土的粘结u 产生钢筋和混凝土粘结强度的主要原因：产生钢筋和混凝土粘结强度的主要原因： 混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力； 混凝土颗粒的化学作用产生的混凝土与钢筋之间的胶合力； 钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的局部粘结应力； 钢筋端部在混凝土内的锚固作用。第第2章章 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能u 粘结应力的类型： 由弯曲引起粘结应力； 两相邻裂缝间钢筋应力不均匀引起的局部粘结应力； 锚