混凝土结构原理-材料性能（PPT,共93）

第2章混凝凝土结构构用材料料的性能能§2.1钢筋§2.2混凝土§2.3钢筋与混混凝土的的粘结§2.1钢筋（steelreinforcement）热轧钢筋筋冷加工钢钢筋钢丝及钢钢绞线2.1.1钢筋的品品种(reinforcementtypes)与性能第2章混凝凝土结构构用材料料的性能能加工工艺艺按化学成成分碳素钢普通低合合金钢锰系硅矾系低碳钢中碳钢高碳钢硅钛系硅锰系硅铬系C<0.25%C=0.25%～0.6%C=0.6%～1.4%有无物理理屈服点点有无钢绞线线热处理钢钢筋钢丝热轧钢筋筋软钢硬钢钢筋的分分类第2章混凝凝土结构构用材料料的性能能含C量影响冷加工钢钢筋轧制和加加工工艺艺HPB300HRB335HRB400RRB400宜用于预预应力混混凝土结结构40Si2Mn48Si2Mn45Si2Cr《规范》未列入，，执行相相应的行行业技术术规程。。冷拉钢筋筋冷拨钢丝丝冷轧带肋肋钢筋冷轧扭钢钢筋钢筋的分分类热处理钢钢筋热轧钢筋筋第2章混凝土结结构用材料的的性能外形：光面、、变形钢筋的-关系stress-strainrelationlPPA※钢筋的强度与与变形第2章混凝土结结构用材料的的性能比例极限屈服强度极限强度o(N/mm2)fyfued流幅abcoa－弹性阶段a－比例极限fpproportionallimitb－屈服强度fyloweryield，是钢筋强度的的设计依据cd－强化阶段d－极限抗拉强强度fuultimatetensilestrengthde－颈缩阶段bc－屈服阶段有明显屈服点点的钢筋-图（简化图）第2章混凝土结结构用材料的的性能0.2%0.2(N/mm2)o无明显屈服点点的钢筋-图0.2－条件屈服强度(equivalentyieldstrength)残余应变为0.2%所对应的应力力《规范》取s0.2=0.85fu第2章混凝土结结构用材料的的性能※第2章混凝土结结构用材料的的性能屈强比=屈服强度fy/极限强度fu原应力-应变图1.热轧钢筋hotrolledsteelreinforcingbarHPB300级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HPBHotrolledPlain光圆BarHRBHotrolledRibbedBarRRBRolled余热处理Ribbed带肋Bar强度标准值fyk（标准值=钢材废品限值值，保证率97.73%）⑴种类第2章混凝土结结构用材料的的性能种类符号fyf

'y热轧钢筋HPB300270270HRB335(20MnSi)300300HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)360360RRB400(K20MnSi)R360360光面钢筋螺纹钢筋月牙纹钢筋人字纹钢筋钢筋的直径：：d＝6；6.5；8；8.2；10；12；14；16；18；20；22；25；28；32；36；40；50mm第2章混凝土结结构用材料的的性能热轧光面钢筋筋HPB300(Ⅰ级)，多作为钢筋筋混凝土板和和小型构件的的受力钢筋以以及各种构件件的构造钢筋筋和箍筋。热轧带肋钢筋筋HRB335(Ⅱ级)，多作为大中中型钢筋混凝凝土结构构件件的受力钢筋筋和构造钢筋筋以及预应力力混凝土结构构构件中的非非预应力钢筋筋，尺寸较大大的构件；也也有用Ⅱ级钢筋作箍筋筋的为增强与与混凝土的粘粘结（Bond），外形制作作成月牙肋或或等高肋的变变形钢筋（DeformedBar）。热轧带肋钢筋筋HRB400(Ⅲ级)强度较高，用用于大中型钢钢筋混凝土结结构和高强混混凝土结构构构件的受力钢钢筋。余热处理钢筋筋RRB400Ⅳ级钢筋强度太高，不不适宜作为钢钢筋混凝土构构件中的配筋筋，一般冷拉拉后作预应力力筋。第2章混凝土结结构用材料的的性能(1)应力应变曲线线1Es热轧钢筋的力力学性能屈强比反映钢筋的强强度储备，fy/fu=0.6~0.7。强度设计值fys为材料分项系系数o(N/mm2)fyfu第2章混凝土结结构用材料的的性能第1章材料的物物理力学性能能1.1钢筋的物理力力学性能4钢筋的应力—应变简化模型（1）理想弹塑性模模型（2）三段线性模型型伸长率（Percentageofelongation）：钢筋拉断断时的应变，，是指钢筋试试件上标距为为10d、5d（d为钢筋的试件件直径）或100mm范围内的极限限伸长率，记记为δ10、δ5和δ100。延伸率大的的钢筋，在拉拉断前有足够够预兆，延性性较好。含碳碳量越低的钢钢筋，屈服台台阶越长，延延伸率也越大大，塑性性能能越好。(2)塑性性能：第2章混凝土结结构用材料的的性能均匀伸长率δgt由非颈缩断口口区域标距的的残余应变εr与恢复的弹性性应变εe组成。均匀伸长率第2章混凝土结结构用材料的的性能冷弯性能是将钢筋围绕绕某个规定的的直径D（D规定为1d，2d，3d等）的辊轴弯弯曲成一定的的角度（90°或180°），弯曲后的的钢筋应无裂裂纹或断裂现现象。钢辊的直径越越小，弯转角角度越大，钢钢筋的冷弯性性能就越好，，冷弯是反映映钢筋塑性性性能的另一项项指标，它与与延伸率对钢钢筋塑性的标标志是一致的的。第2章混凝土结结构用材料的的性能为检验钢材内内在质量和塑塑性性能的综综合指标。2.中高强钢丝（wire）和钢绞线（strandortendon）：均用于预应力力混凝土结构构。预应力钢钢丝是以优质质高碳钢盘条条经等温淬火火再拉拔而成成的钢丝。中中强钢丝的强强度为800～1200MPa，高强钢丝、、钢绞线的为为1470～1860MPa；冷拉低碳钢丝丝φb碳素钢丝φs刻痕钢丝φk钢绞线φj第2章混凝土结结构用材料的的性能钢绞线是用一种稍粗粗的直钢丝为为中心，其余余钢丝围绕其其进行螺旋状状绞合，再经经低温回火处处理，有2股、3股、7股等，常用的的是3股、7股钢绞线。刻痕钢丝螺旋肋钢丝绳状钢绞线钢丝的直径3～9mm；外形有光面面、刻痕和螺螺旋肋三种。。第2章混凝土结结构用材料的的性能硬钢的应力—应变曲线d——极限抗拉强度度e——极限应变条件屈服强度度：取残余应变为为0.2%所对应的应力力作为无明显显流幅钢筋的的强度限值，，通常称为条件屈服强度度。目的：改变钢钢材内部结构构，提高强度度，节约钢筋筋。但经冷加工后后，钢筋的延延伸率降低。。4.冷加工钢筋是指在常温下下采用冷加工工工艺对热轧轧钢筋进行加加工得到的钢钢筋。方法：冷拉、、冷拔、冷轧轧、冷轧扭。3.热处理钢筋（heattreatment）：是将Ⅳ级钢筋通过加加热、淬火和和回火等调质质工艺处理，，使强度得到到较大幅度的的提高，而延延伸率降低不不多。用于预预应力混凝土土结构。第2章混凝土结结构用材料的的性能o冷拉控制应力力(N/mm2)冷拉率残余变形o'abcc'd'd冷拉无时效冷拉经时效冷拉钢筋由热热轧钢筋在常常温下经机械械拉伸而成，，冷拉应力值值应超过钢筋筋的屈服强度度。钢筋经冷冷拉后，抗拉拉屈服强度提提高，但塑性性降低，这种种现象称为冷拉强化。冷拉后，经经过一段时间间钢筋的屈服服点比原来的的屈服点有所所提高，这冷拉第2章混凝土土结构用材材料的性能能d1d2Pd2d1冷拔钢丝是是将钢筋用用强力拔过过比它本身身直径还小小的硬质合合金拔丝模模而成的钢钢丝。分为为甲级和乙乙级两个级级别。可提高钢筋筋的抗拉强强度和抗压压强度，但但塑性降低低很多，冷冷拔低碳钢钢丝的延性较差，且表面光光滑，与混混凝土粘结性差。冷拔第2章混凝土土结构用材材料的性能能冷轧带肋钢钢筋是以普普通低碳钢钢、优质碳碳素钢或低低合金钢热热轧圆盘条条为母材，，在表面冷冷轧成具有有三面或两两面月牙形形横肋的钢钢筋，分为为五个级别别（CRB550、CRB650、CRB800、CRB970和CRB1170），极限强强度与冷拔拔低碳钢丝丝相近，但但伸长率比比冷拔低碳碳钢丝有明明显提高。。冷轧带肋钢钢筋冷轧扭钢筋筋冷轧扭钢筋筋是以热轧轧光面钢筋筋HPB235为原材料，，在常温下下按规定的的工艺参数数，经钢筋筋冷轧扭机机一次加工工，轧扁扭扭曲呈连续续螺旋状的的冷强化钢钢筋，有矩矩形、菱形形和螺旋肋肋几种。第2章混凝土土结构用材材料的性能能2.1.2混凝土结构构对钢筋性性能的要求求2.塑性：要求钢筋混混凝土结构构承载能力力极限状态态为具有有明显预兆兆的塑性破破坏。伸长率冷弯要求3.可焊性：焊接后不应应产生裂纹纹及过大的的变形，以以保证焊接接接头性能能良好。1.强度：强度是钢筋筋质量的重重要目标。。屈服强度、、抗拉强度度、强屈比比。4.与混凝土具具有良好的的粘结第2章混凝土土结构用材材料的性能能微观结构亚微观结构构宏观结构水泥石结构构水泥砂浆结结构砂浆粗骨料料体系混凝土组成成结构1.水泥凝胶2.晶体骨架3.未水化完的的水泥颗粒粒4.凝胶孔1.水泥石为基基相2.砂子为分散散相水泥看作是是基相，粗粗骨料分布布在砂浆中中，砂浆与与粗骨料的的结合面是是薄弱面。。由水泥、砂砂子和石子子三种材料料及水按一定配合比比拌合，经经过凝固硬硬化后做成成的人工石石材§2.2混凝土（concrete）第2章混凝土土结构用材材料的性能能混凝土受压压破坏机理可概括为：：随着应力力的增大，，沿粗骨料料界面和砂砂浆内部的的微裂缝逐逐渐延伸和和扩展，导导致砂浆的的损伤不断断积累；裂裂缝贯通后后，混凝土土的连续性性遭到破坏坏，逐渐丧丧失其承载载力，破坏坏的实质是是由连续材材料逐步变变成不连续续材料的过过程。第2章混凝土土结构用材材料的性能能常用等级：：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80依此确定我国混凝土强度度等级：用标准制作作方式制成成的150mm×150mm×150mm的立方体试试块，在20±3℃℃的温度和相相对湿度在在90%以上的潮湿湿空气中养养护28天，用用标准试验验方法测得得具有95％保证率率的抗压强强度。fcuk=μf-1.645σf2.2.1混凝土的强强度1.抗压强度⑴立方体抗压压强度fcuk第2章混凝土土结构用材材料的性能能影响立方体体抗压强度度的因素：：内因：如强强度与水泥泥标号、骨骨料品种、、配合比等等外因：试验验方法（箍箍套）、加加荷速率、、龄期、温温度、湿度度、试件尺尺寸。尺寸的影响响：fcu(150)=0.95fcu(100)fcu(150)=1.05fcu(200)“箍套”作用用不涂润滑剂剂涂润滑剂第2章混凝土土结构用材材料的性能能未采取减摩措施采取减摩措施后第二章钢钢筋和混混凝土的材材料性能第二章钢钢筋和混混凝土的材材料性能2.1混凝土2、轴心抗压压强度fc（1）轴心抗压强强度的概念念：也称棱柱体体抗压强度度（用符号fc表示），是用高宽宽比为2~4的棱柱体试试件测得的的抗压强度度，我国标标准以150×150×300mm的棱柱体试试件为标准准试件，也常用150×150×450的棱柱体试试件。（2）棱柱体抗压压强度和立立方体抗压压强度的换换算关系结构混凝土强度与试块混凝土强度的比值脆性影响系数

棱柱体强度与立方体强度之比值第二章钢钢筋和混混凝土的材材料性能2.1混凝土二、混凝土土破坏机理理fc<fcu?（a）不涂润滑剂（b）涂润滑剂>≈棱柱体立方体混凝土的破破坏机理A点以前，微微裂缝没有有明显发展展，混凝土土的变形主主要弹性变变形，应力力－应变关关系近似直直线。A点应力随混混凝土强度度的提高而而增加，对对普通强度度混凝土sA约为(0.3~0.4)fc，对高强混混凝土sA可达(0.5~0.7)fc到达B点以后，混混凝土产生生部分塑性性变形，应应力－应变变逐渐偏离离直线。B点时的裂缝缝发展已不不稳定，试试件的横向向变形突然然增大，常常取sB作为混凝土土的长期抗抗压强度；普通强度度混凝土sB约为0.8fc，高强混凝凝土sB可达0.95fc到达C点时，内部部微裂缝连连通形成破破坏面，试试件承载力力开始减小小而进入下下降段。B点时的应力力称为峰值应力，即为混凝凝土棱柱体体抗压强度度；相应的的纵向压应应变称为峰值应变，，约为0.002。继续发展展至D点时，破坏坏面初步形形成。E点以后，纵纵向裂缝形形成一个斜斜向的破坏坏面，此破破坏面在正正应力和剪剪应力的作作用下形成成破坏带。此时试件件的强度由由破坏面上上骨料间的摩摩阻力提供。随着着应变进一一步发展，，摩阻力不不断下降，，试件的残残余强度约约为0.1~0.4fc由上述混凝凝土的破坏坏机理可知知，微裂缝缝的发展导导致横向变变形的增大大。对横向变形形加以约束束，就可以限限制微裂缝缝的发展，，从而可提提高混凝土土的抗压强强度。约束混凝土土可以提高高混凝土的的强度，但更值得注注意的是可可以提高混混凝土的变变形能力，这一点对对于抗震结结构非常重重要。2022/10/27轴心抗拉强度度ft混凝土抗拉强强度ft劈裂强度ftsSplittingStrength实验表明：ft<fts轴心抗拉强度度标准值第二章钢钢筋和混凝土土的材料性能能2.1混凝土《普通混凝土力力学性能试验验方法标准》选用简支梁进进行试验，采采用三分点对对称加载。抗折强度第2章混凝土结结构用材料的的性能第二章钢钢筋和混凝土土的材料性能能3、混凝土强度度的标准值（1）《规范》规定材料强度的标准值fk

应具有不小于95%的保证率（3）轴心抗压强度标准值（2）立方体抗压强度标准值

fcu,k=

fcu,m(1-1.645)第二章钢钢筋和混凝土土的材料性能能2.1混凝土[例]已知fcu,m=30MPa,d=0.14，求fcu,k和fckfcu,k=fcu,m×(1-1.645d)=23.09MPafc,m=0.76fcu,mfck=fcu,m(1-1.645d)×0.88×1.0=0.76fcu,m(1-1.645d)×0.88××1.0=15.44MPa2.392.642.993.11桥规⑴混凝土的双向向受力强度1、2（压－压）强强度增加1、2（拉－压）强强度降低1、2（拉－拉）单单向受拉强度度基本不变3.混凝土在复合合应力作用下下的强度双轴受力试验验一般采用正正方形试件，，试验时沿板板平面内的两两对应边分别别作用法向应应力1和2，沿板厚方向向的法向应力力3=0，板处于平面面应力状态。。由于同时拉压压时，增加了了试件另一方方向的受拉变变形，加速了了内部微裂缝缝的发展，使使混凝土强度度降低。混凝凝土的强度均均低于单轴受受力（拉或压压）强度。第2章混凝土结结构用材料的的性能0第2章混凝土结结构用材料的的性能双轴受力强度度在有剪应力作作用时，混凝凝土的抗压强强度将低于单单向抗压强度度。⑵混凝土在法向向应力和切应应力作用下的的复合强度在剪压应力状状态下，压应应力达到0.6fc前，混凝土的的抗剪强度随随压应力增大大而提高，超超过0.6fc后，抗剪强度度随压应力增增大反而减小小，当压应力力达到混凝土土轴心抗压强强度时，抗剪剪强度为零。。在剪拉应力状状态下，随着着拉应力绝对对值的增加，，混凝土抗剪剪强度降低，，当拉应力约约为0.1fc时，混凝土受受拉开裂，抗抗剪强度降低低为零。第2章混凝土结结构用材料的的性能⑶混凝土的三向向受压强度工程应用：约约束混凝土钢管砼密配螺旋箍筋筋2003=50N/mm235N/mm213310N/mm21501005005101520251—2(N/mm2)1(‰)三向受压时，，混凝土的抗抗压强度和极极限变形都有有较大提高。。第2章混凝土结结构用材料的的性能工程应用——钢管砼、密配配螺旋箍筋纵向钢筋螺旋箍筋工程应用——钢管混凝土、、密配螺旋箍箍筋第2章混凝土结结构用材料的的性能2.2.2混凝土的变形形混凝土的变形形分为两类：：混凝土的受受力变形和非非受力变形一.混凝土的受力力变形1.受压混凝土一一次短期加荷荷的-曲线试件：棱柱体体2022/10/27混凝土单调短短期加载下的的变形性能Stress-strainRelationship分析混凝土构构件应力、建建立承载力和和变形计算理理论的必要依依据，也是利利用计算机进进行非线性分分析的基础。。02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFO试件为棱柱体体或圆柱体2022/10/27A点以前，微裂裂缝没有明显显发展，混凝凝土的变形主主要弹性变形形，应力－应应变关系近似似直线。A点应力随混凝凝土强度的提提高而增加，，对普通强度度混凝土sA约为(0.3~0.4)fc，对高强混凝凝土sA可达(0.5~0.7)fccu02468102030s(MPa)e×10-3ABCEDFO轴心受压混凝凝土的应力—应变曲线2022/10/27到达B点以后，混凝凝土产生部分分塑性变形，，应力－应变变逐渐偏离直直线。B点时的裂缝发发展已不稳定定，试件的横横向变形突然然增大，常取取sB作为混凝土的的长期抗压强强度；普通强度混混凝土sB约为0.8fc，高强混凝土土sB可达0.95fccu02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFO轴心受压混凝凝土的应力—应变曲线2022/10/27到达C点时，内部微微裂缝连通形形成破坏面，，试件承载力力开始减小而而进入下降段段。C点时的应力称称为峰值应力，即为混凝土土棱柱体抗压压强度；相应应的纵向压应应变称为峰值应变，约为0.002。继续发展至至D点时，破坏面面初步形成。。(fc,0)cu02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFOe0fc轴心受压混凝凝土的应力—应变曲线2022/10/27E点以后，纵向向裂缝形成一一个斜向的破破坏面，此破破坏面在正应应力和剪应力力的作用下形形成破坏带。此时试件的的强度由破坏坏面上骨料间的摩阻阻力提供。随着应应变进一步发发展，摩阻力力不断下降，，试件的残余余强度约为0.1~0.4fc02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFO（拐点）（收敛点）轴心受压混凝凝土的应力—应变曲线2022/10/27轴心受压混凝凝土的应力—应变曲线02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFO1.三个特征值峰值应力fc峰值应变0极限压应变cu2.混凝土是一种种弹塑性材料料3.曲线上升段高高低反映混凝凝土强度大小小，下降段陡陡缓反映混凝凝土变形能力力的大小(fc,0)cu第二章钢钢筋和混凝土土的材料性能能2.1混凝土（3）不同强度等级级混凝土的应应力-应变曲线强度越高，峰值应变越越大，极限应应变越小，下下降段越陡峭峭——延性越差强度越低，峰值应变越越小，极限应应变越大，下下降段越平缓缓——延性越好2.1混凝土▲混凝土弹性模模量的测定与与计算建规割线模量。棱棱柱体试件。。受压：受拉：Ec′=0.5Ec泊松比是指一一次短期加载载(受压)时试件的横向向应变与纵向向应变之比。。混凝土的泊松松比c混凝土的切变变模量当压应力较小小时，约为0.15~0.18；接近破坏时时，可达0.5以上。《规范》取c=0.2。c=0.2第2章混凝土结结构用材料的的性能4.受拉混凝土的的变形当拉应力≤0.5ft*时，应力应变变关系接近于于直线；当约为0.8ft*时，反映受拉拉时塑性变形形的发展。试件断裂时的的极限拉应变变一般取t=1.5×10-4。第2章混凝土结结构用材料的的性能第二章钢钢筋和混凝土土的材料性能能2.1混凝土（1）徐变的概念念2、荷载长期作作用下混凝土土的变形性能能－－徐变▲凝胶体的塑性流动。▲裂缝的出现与发展。（2）产生徐变的原因混凝土在荷载载的长期作用用下，其应变变或变形随时时间增长的现现象称为徐变。第二章钢钢筋和混凝土土的材料性能能应变与时间的的关系曲线（t0时刻加载，t时刻卸载）▲特点：开始快、、以后慢；半半年完成大部部分、一年稳稳定、三年终终止（3）徐变与时间间的关系第二章钢钢筋和混凝土土的材料性能能2.1混凝土▲不利影响：徐变会使结构构（或构件））的变形增大（如挠度）；引起预应力损失；在长期高应力作用下，甚至至会导致破坏。▲有利影响：有利利于于结结构构构构件件产产生生内（（应应））力力重重分分布布，降降低低结结构构的的受受力力；；减小小大体体积积混混凝凝土土内的的温温度度应应力力；；受拉拉徐徐变变可可延缓缓收收缩缩裂裂缝缝的出出现现。。（4）徐徐变变对对结结构构的的影影响响在混混凝凝土土的的组组成成成成分分中中，，水水灰灰比比愈愈大大，，水水泥泥水水化化后后残残余余的的游游离离水水愈愈多多，，徐徐变变也也愈愈大大；；水水泥泥用用量量愈愈多多，，凝凝胶胶体体在在混混凝凝土土中中所所占占比比重重也也愈愈大大，，徐徐变变也也愈愈大大；；骨骨料料愈愈坚坚硬硬，，弹弹性性模模量量愈愈大大以以及及骨骨料料所所占占体体积积比比愈愈大大，，则则由由凝凝胶胶体体流流动动后后传传给给骨骨料料压压力力所所引引起起的的变变形形也也愈愈小小，，徐徐变变也也愈愈小小。。1)材料料组组成成影响响徐徐变变的的因因素素：：养护护环环境境湿湿度度愈愈大大，，温温度度愈愈高高，，则则水水泥泥水水化化作作用用愈愈充充分分，，徐徐变变就就愈愈小小，，混混凝凝土土在在使使用用期期间间处处于于高高温温、、干干燥燥条条件件下下所所产产生生的的徐徐变变比比低低温温、、潮潮湿湿时时明明显显增增大大。。此此外外，，由由于于混混凝凝土土中中水水分分的的挥挥发发逸逸散散与与构构件件的的体体积积与与表表面面积积之之比比有有关关，，因因而而构构件件尺尺寸寸愈愈大大，，表表面面积积相相对对愈愈小小，，徐徐变变就就愈愈小小。。2)外部部环环境境第2章混混凝凝土土结结构构用用材材料料的的性性能能当≤0.5fc时，，徐徐变变与与应应力力成成正正比比，，为为线线性性徐徐变变。。3)应力力大大小小当=(0.5~0.8)fc时，，徐徐变变的的增增长长速速度度比比应应力力的的增增长长速速度度快快，，为为非非线线性性徐徐变变。。当σ>0.8fc时，，混混凝凝土土内内部部的的微微裂裂缝缝进进入入非非稳稳态态发发展展，，导导致致混混凝凝土土破破坏坏。。取取σ=0.8fc作为为混混凝凝土土的的长长期期抗抗压压强强度度。。初初应应力力越越大大，，徐徐变变也也越越大大。。第2章混混凝凝土土结结构构用用材材料料的的性性能能加载载时时混混凝凝土土的的龄龄期期越越长长，，徐徐变变越越小小。。为了了减减少少徐徐变变，，应应避避免免过过早早地地给给结结构构施施加加长长期期荷荷载载，，例例如如在在施施工工期期内内避避免免过过早早地地撤撤除除构构件件的的模模板板支支柱柱等等，，也也可可以以采采取取加加快快混混凝凝土土硬硬结结的的措措施施来来减减小小龄龄期期对对徐徐变变的的影影响响。。4)龄期期影影响响第2章混混凝凝土土结结构构用用材材料料的的性性能能第二二章章钢钢筋筋和和混混凝凝土土的的材材料料性性能能2.1混凝凝土土混凝凝土土在在空空气气中中硬硬化化时时体体积积会会缩缩小小，，这种种现现象象称称为为混混凝凝土土的的收收缩缩。（收收缩缩是是混混凝凝土土在在不受受外外力力情况况下下由由于于体体积积变变化化而而产产生生的的变变形形。。））4、混混凝凝土土的的收收缩缩▲物理理方方面面：干干燥燥失失水水。。▲化学学方方面面：混凝凝土土的的碳碳化化（凝胶胶体体中中的的Ca(OH)2CaCO3）。（2）引引起起收收缩缩的的原原因因（1）收收缩缩的的概概念念第二二章章钢钢筋筋和和混混凝凝土土的的材材料料性性能能2.1混凝凝土土▲当收收缩缩受受到到约束束（如如支支座座、、内内部部钢钢筋筋））时时，，将将使使混混凝凝土土中中产生生拉拉应应力力，，甚甚至至引引起起混混凝凝土土的的开开裂裂。。▲混凝凝土土收收缩缩会会使使预应应力力混混凝凝土土构件件产产生生预应应力力损损失失。。（3）收收缩缩对对结结构构的的影影响响图b)墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形图a)钢筋筋混混凝凝土土构构件件的的收收缩缩裂裂缝缝第二二章章钢钢筋筋和和混混凝凝土土的的材材料料性性能能2.1混凝凝土土▲早期期发发展展快快，，两周周可完完成成全全部部收收缩缩的的25%，一个个月月可完完成成50%；以以后后发发展展逐逐渐渐减减慢慢，，整个个收收缩缩过过程程可延延续续两年年以上上。。一般般情情况况下下，，最最终终收收缩缩应应变变值值约约为为(2~5)××10-4混凝凝土土开开裂裂应应变变为为(0.5~2.7)××10-4（4）收收缩缩与与时时间间的的关关系系第二二章章钢钢筋筋和和混混凝凝土土的的材材料料性性能能2.1混凝凝土土▲水泥泥的的强强度度等等级级高高、、用用量量多多、、水水灰灰比比大大，，收收缩缩就就大大；；▲骨料料弹弹性性模模量量高高、、级级配配好好，，收收缩缩就就小小；；▲养护护时时的的湿湿度度大大、、温温度度高高，，收收缩缩就就小小；；▲使用用时时的的湿湿度度大大、、温温度度低低，，收收缩缩就就小小；；▲构件件体体表表比比大大，，收收缩缩就就小小；；▲混凝凝土土越越密密实实，，收缩缩越越小小；；（5）影影响响收收缩缩的的因因素素第二二章章钢钢筋筋和和混混凝凝土土的的材材料料性性能能2.1混凝凝土土（6）膨胀的概念

混凝土在水中硬化时体积会增大，这种现象称为混凝土的膨胀。但混混凝凝土土的的膨膨胀胀值值一一般般较较小小，，对对结结构构的的影影响响也也较较小小，，所所以以经经常常不不予予考考虑虑。。（7）膨膨胀胀对对结结构构的的影影响响2.2.3混凝凝土土的的选选用用原原则则建筑筑工工程程中中，，钢钢筋筋混混凝凝土土构构件件的的混混凝凝土土强强度度等等级级不应应低于于C20当采采用用HRB400级钢钢筋筋时时，，不宜宜低于于C25当采采用用HRB400和RRB400级钢钢筋筋以以及及承承受受重重复复荷荷载载的的构构件件，，不得得低于于C30预应应力力混混凝凝土土结结构构不应应低于于C30采用用钢钢绞绞线线、、钢钢丝丝、、热热处处理理钢钢筋筋作作预预应应力力钢钢筋筋时时，，不宜宜低于于C40第2章混混凝凝土土结结构构用用材材料料的的性性能能第二二章章材材料料的的力力学学性性能能2.3钢筋筋与与混混凝凝土土的的粘粘结结无粘结梁受荷前ss=0无粘结梁受荷后相对滑移受力力性性能能同同素素混混凝凝土土梁梁2.3钢筋筋与与混混凝凝土土的的粘粘结结一、、粘粘结结的的概概念念第二二章章材材料料的的力力学学性性能能2.3钢筋筋与与混混凝凝土土的的粘粘结结端部有锚固无粘结梁受荷前ss=常数端部有锚固无粘结梁受荷后第二二章章材材料料的的力力学学性性能能2.3钢筋筋与与混混凝凝土土的的粘粘结结有粘结梁受荷前sssst+dssssss+dss

dx

有粘结梁受荷后dx通过过粘粘结结可可实实现现钢筋筋与与混混凝凝土土之之间间的应应力力传传递递，，保保证证两两种种材材料料结合合在在一一起起共同同工工作作。。第二二章章材材料料的的力力学学性性能能2.3钢筋筋与与混混凝凝土土的的粘粘结结三、、两两类类粘粘结结1、锚锚固固粘粘结结二、、粘粘结结的的作作用用梁柱节点钢筋搭接

fyttfy钢筋截断悬臂梁la柱脚2、局局部部粘粘结结NNt裂缝间粘结应力第二二章章材材料料的的力力学学性性能能2.3钢筋筋与与混混凝凝土土的的粘粘结结§2.3钢筋筋与与混混凝凝土土的的粘粘结结钢筋筋与与混混凝凝土土之之间间的的粘粘结结是是这这两两种种材材料料共共同同工工作作的的保保证证，，使使之之能能共共同同承承受受外外力力、、共共同同变变形形、、抵抵抗抗相相互互之之间间的的滑滑移移。。产生生钢钢筋筋和和混混凝凝土土粘粘结结力力的的主主要要原原因因：：混凝凝土土收收缩缩将将钢钢筋筋紧紧紧紧握握固固而而产产生生的的摩摩擦擦力力；；混凝凝土土颗颗料料的的化化学学作作用用产产生生的的混混凝凝土土与与钢钢筋筋之之间间的的胶胶合合力力；；钢筋筋表表面面凹凹凸凸不不平平与与混混凝凝土土之之间间产产生生的的局局部部粘粘结结应应力力；；钢筋筋端端部部在在混混凝凝土土内内的的锚锚固固作作用用。。第2章混混凝凝土土结结构构用用材材料料的的性性能能2.3.1粘结结力力的的定定义义若钢钢筋筋和和混混凝凝土土有有相相对对变变形形（（滑滑移移）），，就就会会在在钢钢筋筋和和混混凝凝土土交交界界面面上上产产生生沿沿钢钢筋筋轴轴线线方方向向的的相相互互作作用用力力，，这这种种力力称称为为钢钢筋筋与与混混凝凝土土的的粘粘结结力力。。是指指相相邻邻两两个个开开裂裂截截面面之之间间产产生生的的钢钢筋筋拉拉力力，，通通过过裂裂缝缝两两侧侧的的粘粘结结应应力力部部分分地地向向混混凝凝土土传传递递，，使使未未开开裂裂的的混混凝凝土土受受拉拉。。⑴裂缝缝之之间间局局部部粘粘结结应应力力粘结应应力局部粘粘结应应力锚固粘粘结应应力第2章混混凝土土结构构用材材料的的性能能是指钢钢筋伸伸入支支座或或支座座负弯弯矩钢钢筋在在跨间间截断断时，，必须须具有有足够够的锚锚固长长度，，通过过锚固固长度度积累累的粘粘结力力。按钢筋筋所处处部位位和所所起作作用不不同受受压、、受拉拉、支支座、、节点点及钢钢筋截截断时时，锚锚固长长度各各异。。⑵钢筋端端部的的锚固固粘结结应力力第2章混混凝土土结构构用材材料的的性能能lTdmax以锚固固粘结结应力力为例例：u锚固设设计的的基本本原则则是必必须保保证足足够的的锚固固粘结结强度度以使使钢筋筋强度度得以以充分分利用用，即即第2章混混凝土土结构构用材材料的的性能能2.3.2粘结力力的组组成1.粘结力力的组组成⑴化化学胶胶结力力混凝土土凝结结时，，由于于水泥泥的水水化作作用在在钢筋筋与混混凝土土接触触面上上产生生的化化学吸吸附作作用力力；来来源于于浇筑筑时水水泥浆浆体向向钢筋筋表面面氧化化层的的渗透透和养养护过过程中中水泥泥晶体体的生生长和和硬化化。取取决于于水泥泥的性性质和和钢筋筋表面面的粗粗糙程程度。。这种种力一一般很很小，，只在在钢筋筋和混混凝土土界面面存在在，当当接触触面发发生相相对滑滑移时时就消消失，，仅在在局部部无滑滑移区区内起起作用用。第2章混混凝土土结构构用材材料的的性能能⑵摩擦力力混凝土土收缩缩后将将钢筋筋紧紧紧地握握裹住住，当当钢筋筋和混混凝土土产生生相对对滑移移时，，在钢钢筋和和混凝凝土界界面上上将产产生摩摩擦力力。它它取决决于混混凝土土发生生收缩缩、荷荷载和和反力力等对对钢筋筋的径径向压压应力力、钢钢筋和和混凝凝土之之间的的粗糙糙程度度等。。钢筋筋和混混凝土土之间间的挤挤压力力越大大、接接触面面越粗粗糙，，则摩摩擦力力越大大。第2章混混凝土土结构构用材材料的的性能能钢筋表表面凹凹凸不不平与与混凝凝土产产生的的机械械咬合合作用用而产产生的的力，，即混混凝土土对钢钢筋表表面斜斜向压压力的的纵向向分力力，取取决于于混凝凝土的的抗剪剪强度度。⑶机械咬咬合力力变形钢钢筋的的横肋肋会产产生这这种咬咬合力力，它它的咬咬合作作用往往往很很大，，是变变形钢钢筋粘粘结力力的主主要来来源。。⑷钢筋端端部的的锚固固力采取锚锚固措措施后后所造造成的的机械械锚固固力。。第2章混混凝土土结构构用材材料的的性能能2.光面钢钢筋的的粘结结性能能光面钢钢筋的的粘结结力以以化学学胶结结力和和摩擦擦力为为主。。钢筋与与混凝凝土的的粘结结强度度通常常采用用拔出出试验验来测测定。。设拔拔出力力为F，则以以粘结结破坏坏（钢钢筋拔拔出或或混凝凝土劈劈裂））时钢钢筋与与混凝凝土截截面上上的最最大平平均粘粘结应应力作作为粘粘结强强度。。第2章混混凝土土结构构用材材料的的性能能3.变形钢钢筋的的粘结结性能能粘结强强度仍仍由化化学胶胶结力力、摩摩擦力力和钢钢筋表表面凹凹凸不不平的的机械械咬合合力组组成，，但主主要是是钢筋筋表面面突出出肋与与混凝凝土之之间的的机械械咬合合力。。变形形钢筋筋和光光圆钢钢筋的的主要要区别别是钢钢筋表表面具具有不不同形形状的的横肋肋或斜斜肋。变形钢钢筋外外围混混凝土土的内内裂缝缝第2章混混凝土土结构构用材材料的的性能能2影响粘粘结强强度的的主要要因素素（1）混混凝土土强度度：混凝土土强度度等级级高、粘结强强度大；且且与ft成正比比。（2）钢钢筋的的外形形特征征:变形钢钢筋的的粘结强强度大于光面钢钢筋的粘结结强度度。（3）保护层层厚度度和钢钢筋净净间距距：相对保保护层层厚度度c/d越大，粘结强强度越越高。钢筋筋净距距s与钢筋筋直径径d的比值值s/d越大，，粘结结强度度也越越高。。第二章章材材料料的力力学性性能2.3钢筋与与混凝凝土的的粘结结第二章章材材料料的力力学性性能2.3钢筋与与混凝凝土的的粘结结（4）横向配配筋：：限制了了径向裂裂缝的发展展，使使粘结强强度得到提高。▲存在侧侧压力力可提高粘结强强度；；▲受反复复荷载载作用用的钢筋筋，肋肋前后后的混