第1、2章 混凝土结构设计原理

1、混凝土结构混凝土结构上册上册 第五版第五版第第1 1章章 绪论绪论1.混凝土结构混凝土结构以混凝土为主要材料构成的结构以混凝土为主要材料构成的结构包括：包括：素混凝土结构素混凝土结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构预应力混凝土结构一、混凝土结构的概念和特点一、混凝土结构的概念和特点1.1.混凝土结构混凝土结构素混凝土结构：无筋或不配置受力钢筋的混素混凝土结构：无筋或不配置受力钢筋的混凝土结构凝土结构 基础、砌块、重力堤坝、路面、机场跑道基础、砌块、重力堤坝、路面、机场跑道钢筋混凝土结构：配置受力的普通钢筋、钢钢筋混凝土结构：配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架筋网或钢筋骨架预应力混

2、凝土结构：配置受力的预应力钢筋预应力混凝土结构：配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土通过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土结构结构一、混凝土结构的概念和特点一、混凝土结构的概念和特点PPPP素混凝土梁承载素混凝土梁承载力小，破坏突然力小，破坏突然属属脆性破坏脆性破坏钢筋混凝土梁承载钢筋混凝土梁承载力大，变形性能好，力大，变形性能好，破坏有预兆破坏有预兆属属延性破坏延性破坏2. 配筋的作用与要求配筋的作用与要求一、混凝土结构的概念和特点一、混凝土结构的概念和特点PP 在混凝土中配置适量的受力钢筋，并使得在混凝土中配置适量的受力钢筋，并使得混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力

3、混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力，就能起到就能起到充分利用材料充分利用材料，提高提高结构承载能力结构承载能力和和变形能力变形能力的作用的作用2. 配筋的作用与要求配筋的作用与要求一、混凝土结构的概念和特点一、混凝土结构的概念和特点 混凝土和钢筋共同工作的原因混凝土和钢筋共同工作的原因混凝土硬化后和钢筋粘结在一起，相互传混凝土硬化后和钢筋粘结在一起，相互传递内力，二者之间有良好的工作性能，在荷递内力，二者之间有良好的工作性能，在荷载作用下可共同受力，共同变形载作用下可共同受力，共同变形 两者的温度线膨胀系数很接近，当温度变化时避免产两者的温度线膨胀系数很接近，当温度变化时避免产生较大的相对变

4、形而破坏两者的粘结力，生较大的相对变形而破坏两者的粘结力，混凝土：混凝土：1.010-51.5 10-5/，钢筋钢筋： 1.2 10-5 / /PP混凝土包裹着钢筋，可以保护钢筋免遭锈蚀混凝土包裹着钢筋，可以保护钢筋免遭锈蚀一、混凝土结构的概念和特点一、混凝土结构的概念和特点 3.3.混凝土结构的优缺点混凝土结构的优缺点优点：优点：取材容易取材容易合理用材合理用材耐久性好耐久性好耐火性好耐火性好整体性好整体性好可模性好可模性好缺点：缺点： 自重大自重大 抗裂性差抗裂性差 施工复杂、工序多、工期长、施工复杂、工序多、工期长、 施工受季节天气的影响较大施工受季节天气的影响较大 混凝土一旦破坏，修复

5、、加固、混凝土一旦破坏，修复、加固、补强比较困难补强比较困难 隔热隔声性能差隔热隔声性能差随着科学技术的不断发展，正逐渐被克服随着科学技术的不断发展，正逐渐被克服结构设计的一般原则和方法结构设计计算方法发展过程：结构设计计算方法发展过程：1.1.容许应力法容许应力法： 以弹性理论为基础，但未考虑材料的塑性。以弹性理论为基础，但未考虑材料的塑性。2.2.破坏阶段法破坏阶段法： 考虑了材料的塑性，但仅仅用一个笼统的安全系考虑了材料的塑性，但仅仅用一个笼统的安全系数考虑超载，材料的变异等。数考虑超载，材料的变异等。3.3.极限状态法极限状态法： 用分项系数把不同的荷载、不同材料及不同构件用分项系数把

6、不同的荷载、不同材料及不同构件的受力性质等用不同的安全系数区别开来。的受力性质等用不同的安全系数区别开来。 按精确程度不同分为三个水准，半经验半概率设按精确程度不同分为三个水准，半经验半概率设计法、计法、近似概率设计法近似概率设计法、全概率设计法。、全概率设计法。结构的功能要求结构的功能要求 安全性安全性+ +适用性适用性+ +耐久性可靠性耐久性可靠性结构的可靠性结构的可靠性 结构在结构在规定的时间规定的时间内，在内，在规定的条件规定的条件下，完成下，完成预定功能预定功能的的能力能力设计使用年限设计使用年限正常设计、正正常设计、正常施工、正常常施工、正常使用和维护使用和维护结构的可靠度结构的可

7、靠度 结构在结构在规定的时间规定的时间内，在内，在规定的条件规定的条件下，完成下，完成预定功能预定功能的的概率概率。1 1 结构的功能要求：结构的功能要求：u 安全性安全性 Safety结构在预定的使用期间内（一般为结构在预定的使用期间内（一般为5050年），应能年），应能承受正常施工、正常使用情况下可能出现的各种承受正常施工、正常使用情况下可能出现的各种作用（荷载、外加变形（如支座不均匀沉降）、作用（荷载、外加变形（如支座不均匀沉降）、约束变形（温度和收缩变形受到约束）约束变形（温度和收缩变形受到约束） 在偶然事件（如地震、爆炸、冲击）发生时及发在偶然事件（如地震、爆炸、冲击）发生时及发生后

8、，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失或连续破坏而造成生命财产的严重损失1 1 结构的功能要求结构的功能要求u适用性适用性 Serviceability结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。例结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。例如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度到不安的过大的裂缝宽度u耐久性耐久性 Durability结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足

9、够结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。即结构不发生严重劣化、腐蚀、脱落、的耐久性。即结构不发生严重劣化、腐蚀、脱落、碳化、钢筋不发生锈蚀等，达到设计预期的使用碳化、钢筋不发生锈蚀等，达到设计预期的使用年限年限结构的极限状态结构的极限状态 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，就整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。功能的极限状态。 我国将建筑结构的极限状态分为：我国将建筑结构的极限状态分为： 承载能力极限状态（承载能力极限状态（ultimate limit st

10、ate） 正常使用极限状态正常使用极限状态( (serviceability limit state)结构的极限状态结构的极限状态承载能力极限状态：承载能力极限状态：指结构或构件达到最大承载力或指结构或构件达到最大承载力或出现不适于继续承载的变形的状态。它是结构出现不适于继续承载的变形的状态。它是结构安全性安全性功功能极限状态。能极限状态。包括下列之一：包括下列之一： （1 1）结构或结构的一部分作为刚体失去平衡；）结构或结构的一部分作为刚体失去平衡； （2 2）结构、结构构件或其连接因超过材料强度而）结构、结构构件或其连接因超过材料强度而破坏，或因过度的塑性变形而不能继续承载；破坏，或因过度

11、的塑性变形而不能继续承载； （3 3）结构转变为机动体系；）结构转变为机动体系； （4 4）结构或结构构件丧失稳定；）结构或结构构件丧失稳定； （5 5）地基丧失承载能力而破坏）地基丧失承载能力而破坏 超过超过承载能力极限状态承载能力极限状态后，结构或构件不能满足后，结构或构件不能满足安全性安全性正常使用极限状态正常使用极限状态 这种极限状态对应于结构或结这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。 影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或外观的变形； 影响正常使用或耐久性能的局部损坏（如过影响正常使用或耐久性能的局部损坏（

12、如过大的裂缝宽度）大的裂缝宽度） 影响正常使用的振动；影响正常使用的振动； 影响正常使用的其它特定状态（相对沉降量影响正常使用的其它特定状态（相对沉降量过大）。过大）。超过超过正常使用极限状态正常使用极限状态后，结构或构件不能满足后，结构或构件不能满足适适用性用性和和耐久性耐久性的要求的要求建筑结构荷载作用：使结构产生内力或变形的原因作用：使结构产生内力或变形的原因直接作用（荷载）直接作用（荷载）间接作用：间接作用：地震地震、温度变化、混凝土收缩等、温度变化、混凝土收缩等作用效应（作用效应（S） 也叫也叫荷载效应荷载效应，指作用使结构产生的指作用使结构产生的内力内力（例如，（例如，弯矩、剪力、

13、轴力、扭矩等）、弯矩、剪力、轴力、扭矩等）、变形变形（挠度、转角）（挠度、转角）和和裂缝裂缝。 结构上的直接作用（荷载）结构上的直接作用（荷载）永久荷载（恒荷载）：永久荷载（恒荷载）： 荷载值不随时间变化的荷载。如：荷载值不随时间变化的荷载。如：结构自重、结构自重、土压力、预应力土压力、预应力可变荷载：可变荷载： 荷载值随时间变化的荷载。如：荷载值随时间变化的荷载。如：楼面活荷载、楼面活荷载、风荷载、雪荷载风荷载、雪荷载偶然荷载：偶然荷载： 在设计基准期内不一定出现，一旦出现，其在设计基准期内不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载，如值很大且持续时间很短的荷载，如爆炸、撞击爆炸、撞

14、击 1 1 荷载代表值荷载代表值永久荷载（恒载）代表值永久荷载（恒载）代表值：标准值标准值，为结构设计尺寸和材料为结构设计尺寸和材料的自重的乘积。的自重的乘积。可变荷载代表值：可变荷载代表值：标准值、频遇值、准永久值、组合值标准值、频遇值、准永久值、组合值。 标准值：标准值：基本代表值基本代表值 频遇值标准值频遇值标准值频遇值系数频遇值系数( (1 11)1) 准永久值标准值准永久值标准值准永久值系数准永久值系数( (2 21) 荷载的标准值荷载的标准值3 材料强度的标准值材料强度的标准值n钢筋抗拉强度标准值钢筋抗拉强度标准值 97.73%n混凝土抗压强度标准值混凝土抗压强度标准值 95%4

15、4 材料强度设计值（承载能力极限状态设计时用材料强度设计值（承载能力极限状态设计时用ykysffckccff混凝土抗压强度设计值混凝土抗压强度设计值钢筋抗拉强度设计值钢筋抗拉强度设计值 混凝土材料分项混凝土材料分项系数，系数，1.4钢筋材料分项系钢筋材料分项系数，数，1.11.2材料强度的设计值材料强度的设计值 材料强度的标准值材料强度的标准值承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式基本表达式0SR结构重要性系数结构重要性系数结构抗力的结构抗力的设计值设计值kRRR荷载效应组荷载效应组合的设计值合的设计值skSS荷 载 分 项 系荷 载 分 项 系数（数（11）荷载效应的标荷载效应

16、的标准值准值抗力分项系抗力分项系数（数（11）抗力的标准值抗力的标准值承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式0结构重要性系数：按安全等级或设计使用年限确定结构重要性系数：按安全等级或设计使用年限确定对安全等级为一级或设计使用年限为对安全等级为一级或设计使用年限为100100年及年及以上的结构构件不应小于以上的结构构件不应小于1.11.1对安全等级为二级或设计使用年限为对安全等级为二级或设计使用年限为5050年的结年的结构构件不应小于构构件不应小于1.01.0对安全等级为三级或设计使用年限为对安全等级为三级或设计使用年限为5 5年及以年及以下的结构构件不应小于下的结构构件不应小于0

17、.90.9在抗震设计中取在抗震设计中取1.01.0承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式-荷载效应组合荷载效应组合S Sn作用效应有作用效应有基本组合、偶然组合、标准组合、频遇组合、准基本组合、偶然组合、标准组合、频遇组合、准永久组合永久组合n按按承载能力极限状态设计承载能力极限状态设计时，一般考虑作用效应的时，一般考虑作用效应的基本组合基本组合，必要时尚应考虑作用效应的必要时尚应考虑作用效应的偶然组合偶然组合。n荷载有永久荷载和可变荷载，可变荷载不止一个，多个可变荷载有永久荷载和可变荷载，可变荷载不止一个，多个可变荷载也不一定会同时发生，为此，考虑到两个或两个以上可荷载也不一定

18、会同时发生，为此，考虑到两个或两个以上可变荷载同时出现的可能性较小，引入变荷载同时出现的可能性较小，引入荷载组合值系数荷载组合值系数对其标对其标准值折减。准值折减。n建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范规定：对于规定：对于基本组合基本组合，荷载效应组合，荷载效应组合的设计值应从的设计值应从由可变荷载效应控制的组合由可变荷载效应控制的组合和和由永久荷载效应由永久荷载效应控制控制的两组组合中取的两组组合中取最不利值最不利值确定确定。 正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式kSCC结构构件达到正常使用要求的规定限制结构构件达到正常使用要求的规定限制。 按按正常使用极限状态设计正常使用极限状

19、态设计，主要是，主要是验算构件的变形和验算构件的变形和裂缝宽度裂缝宽度。因其危害程度不及承载力引起的结构破坏造。因其危害程度不及承载力引起的结构破坏造成的损失那么大，所以适当降低对可靠度的要求，取成的损失那么大，所以适当降低对可靠度的要求，取荷荷载标准值载标准值 根据不同的设计要求，采用根据不同的设计要求，采用标准组合、频遇组合和准标准组合、频遇组合和准永久组合永久组合sk正常使用情况下荷载效应组合值正常使用情况下荷载效应组合值第二章第二章 钢筋和混凝土材料力学性钢筋和混凝土材料力学性能能 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 立方体试件的强度比较稳定，因此

20、把立方体试件的强度比较稳定，因此把立方体抗压强度立方体抗压强度作为混作为混凝土强度的凝土强度的基本指标基本指标(1)混凝土的立方体抗压强度混凝土的立方体抗压强度 fcu,k 边长为边长为150mm的混凝土立方体试件，在标准条件下（温度为的混凝土立方体试件，在标准条件下（温度为203，湿度，湿度90%）养护）养护28天，用标准试验方法（天，用标准试验方法（加载速度加载速度0.30.5N/mm2/s(混凝土强度等级混凝土强度等级C60); );两端不涂润滑剂两端不涂润滑剂）测测得的得的具有具有95%保证率保证率的抗压强度的抗压强度1. 单轴应力状态下混凝土的强度单轴应力状态下混凝土的强度2.1混凝

21、土的物理力学性能混凝土的物理力学性能混凝土的强度等级混凝土的强度等级是用是用立方体抗压强度标准值立方体抗压强度标准值来划分的来划分的立方体抗压强度标准值（立方体抗压强度标准值（fcu,k）是评定是评定混凝土强度混凝土强度等级等级的指标，的指标， 规范规范根据强度范围，根据强度范围，从从C15-C80C15-C80共划分为共划分为1414个强度等级，个强度等级，级差为级差为5N/mm25N/mm2。C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80（C50以上为高以上为高强混凝土强混凝土）混凝土混凝土Concrete立方体抗压强度标准值

22、立方体抗压强度标准值立方体抗压强度只有标准值，没有设计值立方体抗压强度只有标准值，没有设计值立方体抗压强度的影响因素立方体抗压强度的影响因素承压板承压板试块试块摩擦力摩擦力不涂润滑剂不涂润滑剂涂润滑剂涂润滑剂强度大于强度大于我国规范规定的标准试验方法：我国规范规定的标准试验方法：不涂润滑剂不涂润滑剂影响因素：影响因素：试验方法、试验方法、龄期、加载速度、试块龄期、加载速度、试块尺寸等尺寸等（1）试验方法的影响）试验方法的影响标准试块：标准试块：150150 150非标准试块：非标准试块：100100 100 换算系数换算系数 0.95 200200 200 换算系数换算系数 1.05（4）试件

23、尺寸的影响（尺寸效应）试件尺寸的影响（尺寸效应）承压板试块（2）加载速度的影响）加载速度的影响（3）龄期的影响）龄期的影响加载速度越快，强度越高加载速度越快，强度越高龄期增长，强度越高龄期增长，强度越高（2)2)棱柱体抗压强度（轴心抗压强度）棱柱体抗压强度（轴心抗压强度）fck承压板试块标准试块：标准试块：150150 300非标准试块：非标准试块：100100 300 换算系数换算系数 0.95 200200 400 换算系数换算系数 1.05考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于大于棱柱体抗压强度，且有：棱柱体抗压强度，且有：fck=0.76f

24、cu,k (试验结果)考虑到构件和试件的区别，取考虑到构件和试件的区别，取fck=0.67fcu,k国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（柱体试件（d=150, h=300），有），有fc=（0.790.81）fcu,k 圆柱体抗压强度圆柱体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：kcuckfkkf,2188. 0 式中：式中： k为棱柱体强度与立方体强度之比，对不大为棱柱体强度与立方体强度之比，对不大于于C50

25、级的混凝土取级的混凝土取0.76，对，对C80取取0.82，其间按线性插，其间按线性插值。值。k2为高强混凝土的脆性折减系数，对为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，中间按直线规律变化取值。，中间按直线规律变化取值。0.88为考虑实际为考虑实际结构的砼强度与试件砼强度之间的差异而取用的折减系结构的砼强度与试件砼强度之间的差异而取用的折减系数。数。 fcu,k立方体抗压强度标准值即为混凝土强度等级立方体抗压强度标准值即为混凝土强度等级C30表示表示fcu,k=30N/mm22. 单轴受力状态下混凝土的抗拉强度轴心抗拉强度轴心抗拉强度ftk10010015015

26、0500162.1混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能试验结果：试验结果：ftk=0.26fcu,k2/3考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷速度等的影响，取加荷速度等的影响，取 ftk=0.23fcu,k2/3轴心受拉试验轴心受拉试验2.1 混凝土的物理力学性能 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 kffk混凝土轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系劈拉强度劈拉强度fts根据试验

27、结果回归分析根据试验结果回归分析劈拉强度平均值与抗压强劈拉强度平均值与抗压强度平均值之间的关系：度平均值之间的关系： fts=0.19fcu,k 3/4FftsdFFdF弧形钢垫条木质三合板垫层2tsFfdl劈裂试验劈裂试验 3. 复合应力状态下混凝土的强度复合应力状态下混凝土的强度双轴应力下的强度双轴应力下的强度1.01.01.21.2-0.2-0.22/fc1/fc拉压/fc/fc0.20.1-0.10.00.61.0单轴抗拉强度单轴抗压强度双向正应力下的强度曲线双向正应力下的强度曲线法向应力和剪应力下的强度曲线法向应力和剪应力下的强度曲线2.1混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能3.

28、 复合应力状态下混凝土的强度复合应力状态下混凝土的强度三向受压时的混凝土强度三向受压时的混凝土强度 1=fcc 1=fcc 2= 3= fLfL-侧向约束压应侧向约束压应力（加液压）力（加液压）圆柱体试验圆柱体试验有等侧向压应力有等侧向压应力2时时的圆柱体抗压强度的圆柱体抗压强度无侧向约束时圆无侧向约束时圆柱体的单轴抗压柱体的单轴抗压强度强度2(4.57.0)cccff2.1混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 混凝土单轴受力时的应力混凝土单轴受力时的应力- -应变关系的重要性：应变关系的重要性：反映了混凝土受力全过程的重要力学特征反映了混凝土受力全过程的重要力学特征, ,是分析混凝土构件

29、应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据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是利用计算机进行非线性分析的基础是利用计算机进行非线性分析的基础。试验方法：采用棱柱体试件，在普通试验机上采用试验方法：采用棱柱体试件，在普通试验机上采用等应力速等应力速度度加载，达到轴心抗压强度加载，达到轴心抗压强度f fc c时，试验机中集聚的弹性应变能时，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，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，只能测得应力只能测得应力- -应变曲线的应变曲线的上升段上升段。 采用采用等应变速度等应变速度加载，在试件旁附

30、设高弹性元件与试件一同加载，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，可以测得应力受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力- -应变曲应变曲线的线的下降段下降段。5 5、单轴受压应力、单轴受压应力- -应变关系（全曲线）应变关系（全曲线）2.1混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能02468102030(MPa)e 10-3BACEDA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，对普通强提高而增加，对

31、普通强度混凝土度混凝土 A约为约为 (0.30.4)fc ，对高强混，对高强混凝土凝土 A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、骨料下沉以及温度变化等料下沉以

32、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混凝土的长期抗压

33、强度。普通强度混凝土强度。普通强度混凝土 B约为约为0.8fc，高强强度，高强强度混凝土混凝土 B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。D点称为拐点点称为拐点随应变增长，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向

34、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。收通形成斜向破坏面。收敛点敛点E的应变的应变e e = (23) e e 0，应力，应力 = (0.40.6) fc强度等级越高，线弹性段强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增越长，峰值应变也有所增大。混凝土强度越高，下大。混凝土强度越高，下降段越陡，延性越差。降段越陡，延性越差。不同强度等级的混凝土应力不同强度等级的混凝土应力- -应变曲线应变曲线混凝土应力混凝土应力-应变曲线的数学模型（本构方程）应变曲线的

35、数学模型（本构方程）eu=0.0038e0=0.002ocfcec0.15fc2011-cccfee0015. 01eeeeucccfeu=0.0035e0=0.002ocfcec2011eecccf美国美国Hognestad模型模型德国德国Rsch模型模型2.1混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能混凝土应力混凝土应力-应变曲线的数学模型应变曲线的数学模型-中国规范中国规范ecue0ocfcecncccf011ee22),50(6012nnfncu时，取当500.0020.550100.002cufe50.003350100.0033cucufe6. 混凝土单轴受拉变形混凝土单轴受拉变形n

36、曲线形状与受压类似，也有上曲线形状与受压类似，也有上升段和下降段，但下降段很陡升段和下降段，但下降段很陡n受拉时曲线的原点切线斜率与受拉时曲线的原点切线斜率与受压基本一致，受压受拉采用受压基本一致，受压受拉采用相同的弹性模量相同的弹性模量Ec/MPa变形变形/mm/mm混凝土的变形模量混凝土的变形模量eccceceeep01弹性模量弹性模量（原点切线模量原点切线模量）：拉压相同）：拉压相同0tan/cceEe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）1tan/cccEe切线模量切线模量tancccdEdecccecEEEee弹性系数弹性系数：弹性应变与：弹性应变与总应变的

37、比值，随应力总应变的比值，随应力增大而减小增大而减小受压时，为受压时，为0.41.0；受拉破坏时，为受拉破坏时，为1.0卸荷瞬时恢复变形卸荷瞬时恢复变形 c0.5fc，线性徐变，线性徐变 c0.8fc，非线性徐变，非线性徐变长期荷载作用下混凝土的变形性能长期荷载作用下混凝土的变形性能-徐变徐变0.51.01.52.02.505101520253035e(10-3)(月月)e ecre eelae eelae eelae ecrP原因之一，胶凝原因之一，胶凝体的粘性流动体的粘性流动原因之二，混凝原因之二，混凝土内部微裂缝的不土内部微裂缝的不断发展断发展徐变徐变荷载不变的情况下混凝土应变随时间增长

38、的现象荷载不变的情况下混凝土应变随时间增长的现象c=0.5fc加荷瞬时变形加荷瞬时变形徐变变形徐变变形残余变形残余变形弹性后效弹性后效影响徐变的因素影响徐变的因素l内在因素：混凝土的组成和配比内在因素：混凝土的组成和配比骨料刚度越大，徐变越小骨料刚度越大，徐变越小水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大l环境影响：养护和使用条件环境影响：养护和使用条件养护时温度高、湿度大，徐变小养护时温度高、湿度大，徐变小构件所处环境温度高、湿度小，徐变大构件所处环境温度高、湿度小，徐变大l应力条件：初应力水平和龄期应力条件：初应力水平和龄期 混凝土的应力越大，徐变越大混凝土的应力

39、越大，徐变越大 c c0.5fc0.5fc，徐变变形与应力成正比，徐变变形与应力成正比-线性徐变线性徐变0.5fc0.5fc c c0.8fc0.8fc0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定，造成混凝土破坏，不稳定加荷时混凝土的龄期越早，徐变越大加荷时混凝土的龄期越早，徐变越大混凝土的收缩混凝土的收缩-结硬过程中混凝土体积缩小的性质结硬过程中混凝土体积缩小的性质水泥品种：等级越高，收缩越大水泥品种：等级越高，收缩越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大养护条件：温度湿度越大，收缩越小养护条件：温度湿度越大，收缩越小体表比：体表比越大，收缩越小体表

40、比：体表比越大，收缩越小骨料：骨料越硬，收缩越小骨料：骨料越硬，收缩越小制作方法：混凝土越密实，收缩越小制作方法：混凝土越密实，收缩越小使用环境：温度、湿度大，收缩越小使用环境：温度、湿度大，收缩越小外加剂品种及用量等外加剂品种及用量等 7. 混凝土的疲劳强度混凝土的疲劳强度破坏重复荷载下的应力重复荷载下的应力-应变曲线应变曲线fcf321e疲劳强度fcfcf的确定原则：的确定原则：100100 300或或150150 450 的棱的棱柱体试块，加载应力柱体试块，加载应力0.50.5fc，试件试件承受承受200200万万次（或以上）循环荷次（或以上）循环荷载时发生破坏的压应载时发生破坏的压应力

41、值力值2.2.1钢筋的种类柔性钢筋柔性钢筋劲性钢筋：劲性钢筋：型钢、钢轨或者用钢板焊成的钢骨架型钢、钢轨或者用钢板焊成的钢骨架光圆钢筋光圆钢筋变形钢筋变形钢筋2.2钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范提出了推广高强度、高性能钢筋提出了推广高强度、高性能钢筋HRB400和和HRB500的要求，特别是的要求，特别是HRB400,逐步淘汰逐步淘汰HRB335 箍筋宜采用箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HRB335和和HPB300。 光圆钢筋光圆钢筋HPB300虽然也可用作纵向受力钢筋，因其强度较低，虽然也可用作纵向受力钢筋，因其强度较低，故主要用作箍筋。故

42、主要用作箍筋。 当当HRB500和和HRBF500用作箍筋时，只能用于约束混凝土的间接用作箍筋时，只能用于约束混凝土的间接钢筋，即螺旋箍筋或焊接环筋。钢筋，即螺旋箍筋或焊接环筋。 细晶粒系列细晶粒系列HRBF钢筋、钢筋、HRB500和热处理钢筋和热处理钢筋RRB400都不能用都不能用作承受作承受疲劳作用疲劳作用的钢筋，这时宜采用的钢筋，这时宜采用HRB400钢筋。钢筋。 工地上常把上述工地上常把上述4个强度等级的钢筋俗称为个强度等级的钢筋俗称为级、级、级、级、级和级和级钢筋，但在施工图和正式文件中，都不应采用此俗称。级钢筋，但在施工图和正式文件中，都不应采用此俗称。o e eABBCDE2.2

43、.3. 钢筋的强度和变形（应力钢筋的强度和变形（应力-应变曲线）应变曲线）上屈服点不稳定上屈服点不稳定下屈服点下屈服点极限抗拉强度极限抗拉强度D D点以后出现颈缩点以后出现颈缩拉断拉断BCBC段为屈服平台段为屈服平台CDCD段为强化段段为强化段0.2% e e p0.2标距标距有明显流幅的钢筋有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋钢筋受压和受拉时的应力钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同应变曲线几乎相同Es=/比例极限比例极限条件屈服强度条件屈服强度2.变形性能指标v冷弯性能冷弯性能：将钢筋绕直径为将钢筋绕直径为D D的弯芯弯曲到规定的角度后的弯芯弯曲到规定的角度后无裂无裂纹、鳞

44、落或断裂现象。纹、鳞落或断裂现象。D越小，弯转角越大，钢筋塑性越好越小，弯转角越大，钢筋塑性越好v均匀伸长率均匀伸长率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比值钢筋拉断后的伸长值与原长的比值 伸长率越大，塑性越好伸长率越大，塑性越好3. 钢筋的冷加工和热处理钢筋的冷加工和热处理冷拉冷拉残余变形残余变形冷拉伸长率冷拉伸长率无时效无时效经时效经时效特性：特性：只提高抗拉强度，不提高抗只提高抗拉强度，不提高抗压强度，提高抗拉强度，塑性下降压强度，提高抗拉强度，塑性下降ZKoeBKZo冷拉控制应力冷拉控制应力冷拉率冷拉率冷拔冷拔经过冷拔后钢筋没有明显的经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅，属于硬钢屈服点和流幅，

45、属于硬钢经过冷拔后钢筋强度显著提经过冷拔后钢筋强度显著提高，塑性显著下降高，塑性显著下降冷拔既能提高抗拉强度又能冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度提高抗压强度5. 钢筋应力钢筋应力-应变曲线的数学模型应变曲线的数学模型sess=Eseseyes,hfysess=Eseseyes,hfyfs,ues,u有明显流幅的钢筋有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋双直线（完全弹塑性模型）：适用于流幅较长的低强度钢筋。双直线（完全弹塑性模型）：适用于流幅较长的低强度钢筋。 三折线（完全弹塑性加硬化模型）：适用于流幅较短的软钢。三折线（完全弹塑性加硬化模型）：适用于流幅较短的软钢。 双斜线（弹塑

46、性模型）：适用于没有流幅的高强钢筋或钢丝。双斜线（弹塑性模型）：适用于没有流幅的高强钢筋或钢丝。sess=Eseseyfyes,ufs,u6. 钢筋的疲劳钢筋的疲劳n钢筋的疲劳是指钢筋在承受重复、周期性的动荷载作用钢筋的疲劳是指钢筋在承受重复、周期性的动荷载作用下，经过一定次数后，突然下，经过一定次数后，突然脆性断裂脆性断裂的现象。的现象。n钢筋疲劳断裂的原因：钢筋有内部和外部的缺陷，薄弱钢筋疲劳断裂的原因：钢筋有内部和外部的缺陷，薄弱处容易产生处容易产生应力集中应力集中n钢筋的疲劳强度低于其在静荷载作用下的极限强度钢筋的疲劳强度低于其在静荷载作用下的极限强度n原状钢筋原状钢筋的疲劳强度最低的

47、疲劳强度最低n钢筋的疲劳试验方法钢筋的疲劳试验方法n直接进行单根原状钢筋轴拉试验直接进行单根原状钢筋轴拉试验n将钢筋埋入混凝土中使其重复受拉或受弯的试验将钢筋埋入混凝土中使其重复受拉或受弯的试验1 1）强度强度：要求钢筋有足够的强度和适宜的强屈比要求钢筋有足够的强度和适宜的强屈比( (极限极限强度与屈服强度的比值强度与屈服强度的比值) )。例如，对抗震等级为一、二。例如，对抗震等级为一、二级的框架结构，其纵向受力钢筋的实际强屈比不应小于级的框架结构，其纵向受力钢筋的实际强屈比不应小于1.251.25。2 2）延性延性：要求钢筋应有足够的变形能力要求钢筋应有足够的变形能力。3 3）可焊性可焊性：

48、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 4）机械连接性能机械连接性能5 5）施工适应性施工适应性6 6）钢筋与混凝土的粘结力钢筋与混凝土的粘结力：要求钢筋与混凝土之间有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足够的粘结力，以保证两者共同工作。7.钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求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1粘结的意义粘结的意义混凝土与钢筋的粘结是指钢筋与周围混凝土之间的相互混凝土与钢筋的粘结是指钢筋与周围混凝土之间的相互作用，包括沿

49、钢筋长度的作用，包括沿钢筋长度的粘结粘结和钢筋端部的和钢筋端部的锚固锚固两种情两种情况。钢筋和混凝土之间的粘结是钢筋和混凝土形成整体、况。钢筋和混凝土之间的粘结是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础。共同工作的基础。2.3混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结2粘结力的组成粘结力的组成光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理，其粘结作用光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理，其粘结作用主要由三部分组成：主要由三部分组成：（）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结胶结力力）。一般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起）。一般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，该力即消失。作用，当接触面发生相对滑移时，该力即消失。（）混凝土收缩握裹钢筋而产生的（）混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力摩阻力。（）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的（）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作机械咬合作用力（咬合力用力（咬合力）。对于光圆钢筋，这种咬合力来自于）。对于光圆钢筋，这种咬合力来自于表面的粗糙不平。表面的粗糙不平。u 变形钢筋与混凝土之间的变形钢筋与混凝土之间的机械咬合作用机械咬合作