钢筋混凝土的力学性能

1.1.1钢筋的性能钢筋作用受力钢筋架立钢筋分布钢筋纵向构造钢筋(腰筋)构造箍筋1.1钢筋主要承担拉力，也可加强砼的抗压能力.保证受力钢筋的设计位置不因捣制砼而有所移动将构件所受到的外力分布在较广的范围，以改善在板中受力情况，同时固定受力钢筋。改善梁、柱中受力情况，同时固定受力钢筋。梁截面高度较大时梁中构造钢筋1受力、架立和分布钢筋并不一定能绝对区别开来，即同一钢筋往往可同时起上述两种以上的作用，此外，钢筋往往还有其它作用，如，一般砼收缩及温度变化的应力能常就利用受力与分布钢筋来承受，但有时也设专门的温度钢筋。2砼结构对钢筋质量要求适当强度：屈服和极限强度，屈服强度是计算主要依据；可焊性好：要求钢筋焊接后不产生裂纹及过大变形；足够塑性：以伸长率和冷弯性能为主要指标，即要求钢筋断裂前有足够变形，在钢筋混凝土结构中，能给出构件将要破坏的预告信号，同时保证钢筋冷弯要求。一般而言强度高的钢筋塑性和可焊性就差些；钢筋耐火性：热轧钢筋最好，冷拉钢筋其次，预应力钢筋最差，设计时注意砼保护层厚度满足耐火极限要求。与砼粘结良好:保证共同工作。31.1.2钢筋品种、级别和分类《砼结构设计规范》规定，用于钢筋混凝土结构的国产普通钢筋可使用热轧钢筋。用于预应力砼结构的国产预应力钢筋可使用预应力钢丝（消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝）、钢绞线，也可使用热处理钢筋。热轧钢筋

由低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成。按其强度由低到高分为HPB235（原Ⅰ级）、HRB335（Ⅱ级）、HRB400（Ⅲ级）和RRB400（余热处理Ⅲ级，可作为三级钢筋使用，但焊接受热回火可能降低强度且高强部分集中在钢筋表层，疲劳性能、冷弯性能受到影响。）其余钢筋的制作工艺可参考相关资料。《规范》规定钢筋混凝土结构中的纵向受力钢筋宜优先采用HRB400级钢筋。4用冷拉或冷拔的冷加工方法可提高热轧钢筋强度。冷拉时，钢筋冷拉应力值必须超过钢筋屈服强度。冷拉后经过一段时间钢筋屈服点有所提高，这种现象称为时效硬化。时效硬化和温度有关，温度过高（450℃以上）强度反而有所降低而塑性性能却有所增加，温度超过700℃，钢材会恢复到冷拉前力学性能，不会发生时效硬化。为避免冷拉钢筋在焊接时高温软化，要先焊好后再进行冷拉。钢筋经过冷拉和时效硬化，能提高屈服强度、节约钢材，但冷拉后钢筋塑性有所降低。为了保证钢筋在强度提高的同时又具有一定的塑性，冷拉时应该同时控制应力和控制应变。冷拔钢筋是将钢筋用强力拔过比小直径硬质合金拔丝模，同时受到纵向拉力和横向压力作用，截面变小而长度拔长。经过几次冷拔，钢丝的强度比原来有很大提高，但塑性降低很多。冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，冷拔则可同时提高抗拉及抗压强度。应用冷加工钢筋应参照相应的行业标准。知识点：冷拉及冷拔钢筋5知识点：按外形特点分类目前广泛使用的变形钢筋是纵肋与横肋不相交的月牙纹钢筋，与螺纹钢筋相比，月牙纹钢筋避免了纵横肋相交处的应力集中现象，使钢筋的疲劳强度和冷弯性能得到一定改善，而且还具有在轧制过程中不易卡辊的优点；不足的是与螺纹钢筋相比，月牙纹钢筋与砼的粘结强度略有降低。光面钢筋螺纹钢筋月牙纹钢筋人字纹钢筋6知识点：柔性及劲性钢筋

钢筋混凝土结构中使用的钢筋又可以分为柔性钢筋及劲性钢筋。柔性钢筋常用的普通钢筋的统称。其外形有光圆和带肋两类，带肋钢筋又可分为等高肋和月牙肋两种。I级钢筋是光圆钢筋，II级、III级钢筋是带肋的，统称为变形钢筋。钢丝的外形通常为光圆，也有在表面刻痕的。柔性钢筋可绑轧或焊接成钢筋骨架或钢筋网，分别用于梁、柱、板、壳结构中。劲性钢筋是由各种型钢与钢筋焊接成的骨架。劲性钢筋本身刚度很大，施工时模板及混凝土的重力可以由劲性钢筋本身来承担，因此能加速并简化支模工作，承载能力也比较大。7软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋)硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(钢丝、热处理钢筋)1.1.3钢筋的强度和变形81.1.3钢筋的强度和变形1、钢筋的变形指标lPP伸长率——钢筋拉断后的伸长值与原长的比值

伸长率越大，塑性越好。冷弯性能——将直径为d的钢筋绕过直径为D的弯芯弯曲到规定角度后无裂纹断裂及起层现象为合格

D越小，弯转角越大，塑性越好。92钢筋应力－应变曲线oa－弹性阶段,ac－流塑阶段,cd－强化阶段,de－颈缩阶段a－比例极限,b－屈服强度,d－极限强度,0.2－条件屈服强度比例极限屈服强度极限强度o(N/mm2)fyfted流幅abc0.2%0.2(N/mm2)o软钢硬钢103钢筋强度设计计值的取值依依据对于软钢取屈服强度fy作为强度设计依据。对于硬钢取条件屈服强度0.2作为强度设计依据(取0.2=0.8fsu)。由于构件中钢钢筋的应力达达到屈服点后后，会产生很很大的塑性变变形，使得钢钢筋混凝土构构件出现很大大的变形和过过宽的裂缝，，以致不能使使用，所以对对有明显流幅幅的钢筋，在在计算承载力力时以屈服点点作为钢筋强强度限值。对对没有明显流流幅或屈服点点的预应力钢钢丝、钢绞线线和热处理钢钢筋，为了与与钢筋国家标标准相一致，，《规范范》中也也规规定定在在构构件件承承载载力力设设计计时时，，取取极极限限抗抗拉拉强强度度80％作作为为条条件件屈屈服服点点。。钢筋筋受受压压性性能能在在到到达达屈屈服服强强度度前前与与受受拉拉时时应应力力应应变变规规律律相相同同，，其其屈屈服服强强度度也也与与受受拉拉时时基基本本一一样样。。在在达达到到屈屈服服强强度度之之后后，，由由于于试试件件发发生生明明显显的的塑塑性性压压缩缩，，截截面面积积增增大大，，因因而而难难以以给给出出明明确确的的抗抗压压极极限限强强度度。。111.1.4钢筋的强强度和变变形指标标1钢筋强度度指标钢筋力学学性能要要求：屈屈服强度度、极限限强度、、伸长率率、冷弯弯性能。。（1）软钢：：屈服强度度、极限限强度当某截面面钢筋应应力达到到屈服强强度后，，试件将将在荷载载基本不不增加情情况下产产生持续续塑性变变形，构构件可能能在钢筋筋尚未进进入强化化阶段之之前就已已破坏或或产生过过大的变变形与裂裂缝。因因此，钢筋的屈屈服强度度是钢筋筋关键性性强度指指标；此外，，钢筋的屈屈强比（（屈服强强度与极极限强度度之比））表示结结构可靠靠性潜力力。在抗震震结构中中，考虑虑受拉钢钢筋可能能进入强强化阶段段，要求求其屈强强比≤0.8，因而钢钢筋极限限强度是是检验钢钢筋质量量的另一一强度指指标。（2）硬钢：：极限强度度由于其条条件屈服服点不易易测定，，钢筋质质量检验验以极限限强度作作为主要要强度指指标，并并规定取取条件屈屈服强度度为极限限强度0.8倍，即f0.2＝0.8fsu。122钢筋变形形性能指指标（1）伸长率率为钢筋试试件拉断断后的伸伸长值与与原长的的比率。。伸长率率是衡量量钢筋塑塑性性能能的一个个指标，，伸长率率越大，，塑性越越好。塑塑性好的的钢筋，，拉断前前有明显显的预兆兆，反之之，则呈呈脆性特特征。（2）冷弯试试验是检验钢钢筋塑性性的另一一种方法法，伸长长率一般般不能反反映钢材材脆化的的倾向，，为使钢钢筋在弯弯折加工工时不易易断裂和和使用过过程中不不致脆断断，应进进行冷弯弯试验，，并保证证满足规规定的指指标。冷冷弯试验验的合格格标准为为在规定定弯心直直径和冷冷弯角度度下冷弯弯后的钢钢筋应无无裂纹、、鳞落或或断裂现现象。注：屈服强度度、极限强度度、伸长率和和冷弯性能是是对软钢进行行质量检验的的四项主要指指标，而对无无明显屈服点点的钢筋，则则只测后三项项。131.1.5钢筋的冷拉和和冷拔钢筋的冷加工工包括冷拉与与冷拔。钢筋筋冷加工是将将热轧钢筋或或线材通过冷冷加工工艺以以改变材质、、提高强度，，达到节约材材料目的。1冷拉将钢筋拉伸至至超过其屈服服强度某一应应力，后卸荷荷至零以提高高钢筋强度的的方法。冷拉拉强化和时效效硬化。屈服服强度提高，，塑性下降。。ofyftedabc冷拉未经时效冷拉经时效14合理选择控制制点，可使钢钢筋既保持一一定的塑性又又能提高强度度，控制点的的应力称为冷冷拉控制应力力，对应的应应变称为冷拉拉控制应变或或冷拉率。相相应的冷拉工工艺有应力控制和应应变控制两种。当采用用应力控制时时，冷拉控制制应力直接取取强度标准值值；当采用控控制应变时，，冷拉控制应应力取强度标标准值加30N/mm2，并按应力确确定相应的冷冷拉率。通常常为了保证钢钢筋在强度提提高的同时又又具有一定的的塑性，冷拉拉时应同时控控制应力和控控制应变。值值得注意的是是，时效硬化化和温度有很很大关系，温温度过高（450摄氏度以上））强度反而有有所降低而塑塑性性能却有有所增加，温温度超过700摄氏度，钢材材会恢复到冷冷拉前的力学学性能，不会会发生时效硬硬化。焊接时时产生的高温温会使钢筋软软化，因此需需焊接的钢筋筋应先焊好再再进行冷拉；；同时，冷拉拉只能提高钢钢筋的抗拉强强度而不能提提高抗压强度度。1冷拉15将钢筋用强力力拔过比其直直径小的硬质质合金拔丝模模。钢筋受到到纵向拉力和和横向压力的的作用，内部部结构发生变变化，截面变变小而长度拔拔长。经过几几次反复冷拔拔，钢筋强度度比原来的有有很大的提高高，而塑性则则显著降低，，且没有明显显屈服点。冷冷拔可同时提提高钢筋的抗抗拉强度和抗抗压强度。2冷拔161.1.6钢筋疲劳1疲劳定义：钢筋承受受重复周期期性动载作作用，经过过一定次数数后，突然然脆性断裂裂现象。吊吊车梁、桥桥面板、轨轨枕等钢砼砼构件在正正常使用时时会由于疲疲劳发生破破坏。钢筋筋的疲劳强强度与一次次循环应力力中最大和和最小应力力的差值（（应力幅度度）有关，，钢筋的疲疲劳强度是是指在某一一规定应力力幅度内经经受一定次次数循环荷荷载后发生生疲劳破坏坏的最大应应力值。2产生原因：一般认为为是由于钢钢筋内部和和外部的缺缺陷，容易易引起应力力集中。应应力过高，，钢材晶体体滑移，产产生疲劳裂裂纹，应力力重复作用用次数增加加，裂纹扩扩展。3影响因素：疲劳强度度主要与应应力变化的的幅值有关关，其它有有：最小应应力值的大大小、钢筋筋外表面几几何尺寸和和形状、钢钢筋的直径径、钢筋的的强度、钢钢筋的加工工和使用环环境以及加加载的频率率等。由于承受重重复性荷载载的作用，，钢筋的疲疲劳强度低低于其在静静荷载作用用下的极限限强度。原原状钢筋疲疲劳强度最最低。埋置置在砼中钢钢筋的疲劳劳断裂通常常发生在纯纯弯段内裂裂缝截面附附近，疲劳劳强度稍高高。171.1.7钢筋筋应应力力应应变变的的数数学学模模型型1完全弹塑性双线型模型双直线模型适用于流幅较长的低强度钢材模型型将将钢钢筋筋的的应应力力－－应应变变曲曲线线简简化化为为图图1－9（a）所所示示的的两两段段直直线线，，不不计计屈屈服服强强度度的的上上限限和和由由于于应应变变硬硬化化而而增增加加的的应应力力181.1.7钢筋筋应应力力应应变变的的数数学学模模型型2完全弹塑性强化三线型模型三折线模型适用于流幅较短的软钢可以以描描述述屈屈服服后后立立即即发发生生应应变变硬硬化化（（应应力力强强化化））的的钢钢材材，，正正确确地地估估计计高高出出屈屈服服应应变变后后的的应应力力。。193弹塑性双双斜线型型模型双斜线型模型适用于没有流幅的高强度钢筋或钢丝201.2.1混凝土立立方体抗抗压强度度虽然实际际工程中中的混凝凝土构件件和结构构一般处处于复合合应力状状态，但但是单向向受力状状态下混混凝土的的强度是是复合应应力状态态下强度度的基础础和重要要参数。。混凝土的的强度与与水泥强强度等级级、水灰灰比有很很大关系系，骨料料的性质质、混凝凝土的级级配、混混凝土成成型方法法、硬化化时的环环境条件件及混凝凝土的龄龄期等也也不同程程度地影影响混凝凝土的强强度。试试件的大大小和形形状、试试验方法法和加载载速度也也影响混混凝土强强度试验验结果，，各国对对各种单单向受力力下的混混凝土强强度都规规定了统统一的标标准试验验方法。。21砼立方体体强度的的定义：立方体体试件的的强度比比较稳定定，我国国把立方方体强度度值作为为混凝土土强度的的基本指指标，并并把立方方体抗压压强度作作为评定定混凝土土强度等等级的标标准。我我国《规范》规定：，，用ƒcu,k表示，单单位N/mm2。1混凝土立立方体抗抗压强度度的定义义和强度度等级22立方体标标准强度度（ƒcu,k）两重含义义：1、采用边边长为150㎜㎜的立方体体试块，，在标准准条件（（温度为为17～23℃，湿度在在90％以上））下养护护28d，按照标标准的试试验方法法加压到到破坏测测得的立立方体抗抗压强度度。2、作为标标准值，，所测得得的混凝凝土的立立方体抗抗压强度度不小于于该值的的保证率率为95％，也即即强度低低于该值值的概率率不大于于5％。23砼强度等等级规定定：《规范》规定混凝凝土强度度等级应应按立方方体抗压压强度标标准值确确定。《规范》规定的混混凝土强强度等级级有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80共14个等级。。例如，，C30表示立方方体抗压压强度标标准值为为30N/mm2。其中C50～C80属于高强强度混凝凝土范畴畴。24试验方法法对混凝土土的立方方体强度度有很大大影响。。试件在在试验机机上单向向受压时时，竖向向缩短，，横向扩扩张，由由于混凝凝土与压压力机垫垫板弹性性模量和和横向变变形系数数不同，，压力机机垫板的的横向变变形明显显小于砼砼的，垫垫板通过过接触面面上的摩摩擦力约约束混凝凝土试块块横向变变形，就就象在试试件上下下端各加加了一个个套箍，，致使混混凝土破破坏时形形成两个个对顶的角角锥形破破坏面，抗压强强度比没没有约束束的情况况要高。。如果在在试件上上下表面面涂一些些润滑剂剂，测得得的抗压压强度就就低。我国规定定的标准准试验方方法是不不涂润滑滑剂的。。加载速速度对立方方体强强度也也有影影响，，加载载速度度越快快，测测值越越大。。通常常规定定加载载速度度为：：混凝凝土强强度等等级低低于C30时，取取每秒秒0.3～0.5N/mm2；高于于或等等于C30时，取取每秒秒0.5～0.8N/mm2。2影响混混凝土土立方方体抗抗压强强度的的因素素25《规范》规定，，钢筋筋混凝凝土结结构的的混凝凝土强强度等等级不不应低低于C15；当采采用HRB335级钢筋筋时，，混凝凝土强强度等等级不不宜低低于C20；当采采用HRB400和RRB400级钢筋筋以及及承受受重复复荷载载的构构件，，混凝凝土群群雕的的不得得低于于C20。预应力混混凝土结构构的混凝土土强度等级级不应低于于C30；当采用钢钢绞线、钢钢丝、热处处理钢筋作作预应力钢钢筋时，混混凝土强度度等级不宜宜低于C40。3钢筋混凝土土结构对混混凝土强度度等级的要要求261.2.2混凝土轴心心抗压强度度混凝土抗压压强度与试试件形状有有关，采用用棱柱体比比立方体能能更好的反反映混凝土土结构的实实际抗压能能力。用混混凝土棱柱柱体试件测测得的抗压压强度称为为轴心抗压压强度。我我国《普通混凝土土力学性能能试验方法法》规定以150mm×150mm×300mm的棱柱体作作为混凝土土轴心抗压压强度试验验的标准试试件。试件件制作同立立方体试件件，试件上上下表面不不涂润滑剂剂。271.2.3混凝土轴心心抗压强度度由于棱柱体体试件的高高度越大，，试验机压压板与试件件之间摩擦擦力对试件件高度中部部的横向变变形的约束束影响越小小，所以棱棱柱体试件件的抗压强强度都比立立方体强度度值小，并并且棱柱体体试件高宽宽比越大，，强度越小小。但是，，当高宽比比达到一定定值后，这这种影响就就不明显了了。在确定定棱柱体试试件尺寸时时，一方面面要考虑到到试件具有有足够的高高度以不受受试验机压压板与试件件承压面间间摩擦力的的影响，在在试件的中中间区段形形成纯压状状态，同时时也要考虑虑到避免试试件过高，，在破坏前前产生的附附加偏心而而降低抗压压极限强度度。根据资资料，一般般认为试件件的高宽比比为2～3时，可以基基本消除上上述两种因因素的影响响。《规范》规定以上述述棱柱体试试件测得具具有95％保证率的的抗压强度度为混凝土土轴心抗压压强度标准准值，用ƒck表示示。。28知识识点点：：混混凝凝土土轴轴心心抗抗压压强强度度与与立立方方体体抗抗压压强强度度的的关关系系《规范范》基于于安安全全取取偏偏低低值值，，轴轴心心抗抗压压强强度度标标准准值值与与立立方方体体抗抗压压强强度度标标准准的的关关系系按按下下式式确确定定：：c1为棱棱柱柱体体强强度度与与立立方方体体强强度度之之比比，，对对混混凝凝土土强强度度等等级级为为C50及以以下下的的取取c1＝0.76，对对C80取c1＝0.82，在此之间按按直线规律变变化取值。c2为高强度混凝凝土的脆性折折减系数，对对C40及以下取c2＝1.00，对C80取c2＝0.87，中间按直线线规律取值。。0.88为考虑实际构构件与试件混混凝土强度之之间的差异而而取用的折减减系数。291.2.4混凝土轴心抗抗拉强度砼抗拉强度远远低于抗压强强度，仅抗拉拉强度5％～10％，与立方体体抗压强度不不是线性关系系，立方体抗抗压强度越高高，比值ft/fcu越小。在钢筋筋砼构件的破破坏阶段，处处于受拉工作作状态的砼一一般早已开裂裂，故在构件件的承载力计计算多数情况况下是不考虑虑受拉砼工作作的。但是砼砼的抗拉强度度对钢筋构件件多方面的工工作性能有重重要影响，而而且在构件的的抗裂、抗扭扭、抗冲切等等计算中还常常直接利用砼砼的抗拉强度度，新规范在在抗剪计算中中亦考虑的抗抗拉强度。因因此，砼的抗抗拉强度也是是一项必须确确定的重要指指标。30混凝土的轴心心抗拉强度可可以采用直接接轴心受拉的的试验方法来来测定。但是是由于混凝土土内部的不均均匀性，加之之安装试件的的偏差等原因因，准确测定定抗拉强度很很困难。所以以国内外常用用圆柱体或立方方体的劈裂试试验来间接测试砼砼的轴心抗拉拉强度。1.2.4混凝土轴心抗抗拉强度311混凝土轴心抗抗拉强度测定定方法－直接接测试法116对两端预埋钢钢筋的棱柱体体试件（钢筋筋位于试件轴轴线上）施加加拉力，试件件破坏时的平平均拉应力即即为砼的抗拉拉强度，这种种测试对试件件尺寸及钢筋筋位置要求较较严。32采用边长为a的立方体试件件，通过5mm的方钢垫条采采用压力试验验机施加压力力F。试件破坏时时，被劈裂成成两半。2混凝土轴心抗抗拉强度测定定方法－劈拉拉测试法5mm方钢条压拉试验表明劈拉强度略大于直接受拉强度，劈裂试件大小对试验结果有一定影响。333混凝土轴心抗抗拉强度与立立方体强度的的关系341.2.6复合应应力状状态下下的混混凝土土的强强度实际砼砼构件件大多多是处处于复复合应应力状状态，，例如如框架架梁、、柱，，节点点区砼砼受力力更复复杂。。至今今尚未未建立立完善善的复复合应应力状状态下下的强强度理理论。。1混凝土双向受力强度（教材图1－9）——拉压（1）第一象限双向受拉区，σ1、σ2相互影响不大，不同应力比值σ1/σ2下的双向受拉强度均接近于单向受拉强度，为fc大约0.1倍。（2）第三象限双向受压区，大体上一向的强度随另一向压力的增加而增加，混凝土双向受压强度比单向受压强度最多可提高27％。而在两向压力相等的情况下，其强度增加仅为16％左右。（3）第二、四象限为拉－压应力状态，此时混凝土的强度均低于单向拉伸或压缩时的强度。351混凝土土双向向受力力强度度——剪压或或剪拉拉这说明明：梁梁受弯弯矩和和剪力力共同同作用用以及及柱在在受到到轴压压的同同时也也受到到水平平地震震作用用产生生的剪剪力作作用时时，结结果中中有剪剪应力力会影影响梁梁与柱柱中受受压区区混凝凝土的的强度度。另另外，，还可可看出出，抗抗剪强强度随随着拉拉应力力的增增大而而减小小，也也就是是说剪剪应力力的存存在也也会使使抗拉拉强度度降低低。轴拉纯剪剪压轴压（1）剪应力的存在，混凝土抗压强度要低于单向抗压强度；（2）压应力低时，抗剪强度随压应力的增大而增大；（3）当压应力约超过0.6ƒˊc时，抗剪强度随压应力的增大而减小。362混凝凝土土三三向向受受压压强强度度砼三向受压，由于受到侧向压力约束作用，最大主压应力轴抗压强度σ1有较大增长，其变化规律随两侧向压应力（σ2、σ3）的比值和大小而不同。常规的三轴受压是在圆柱体周围加液压，在两侧向等压（σ2＝σ3＝σr）的情况下进行的。试验表明，当侧向液压值不很大时，最大主压应力轴的抗压强度随两侧向应力的增大而提高，由试验得到的经验公式为：σ1—有侧向压力约束试件的轴心抗压强度；

σ2—侧向约束压应力；（4.0～7.0）—侧向应力系数，侧向压力较低时得到的系数值较高。37在工工程程实实践践中中，，为为了了进进一一步步提提高高混混凝凝土土的的抗抗压压强强度度，，常常常常用用横横向向钢钢筋筋约约束束混混凝凝土土。。例例如如，，螺螺旋旋钢钢箍箍柱柱，，钢钢管管混混凝凝土土等等，，它它们们都都是是用用螺螺旋旋形形钢钢箍箍、、钢钢管管和和矩矩形形钢钢箍箍来来约约束束混混凝凝土土以以限限制制其其横横向向变变形形，，使使混混凝凝土土处处于于三三向向受受压压的的应应力力状状态态，，从从而而提提高高混混凝凝土土的的强强度度，，但更主要的的是横向钢钢筋可以提提高混凝土土耐受变形形的能力。。这对提高高钢筋混凝凝土结果抗抗震性能具具有重要意意义。2混凝土三向向受压强度度38混凝土在一一次短期加加载、荷载载长期作作用和多次次重复荷载载作用下会会产生变形形，

这类类变形称为为受力变形形。另外，，混凝土由由于硬化化过程中的的收缩以及及温度和湿湿度

变化化也会产生生变形，这这类变形称称为体积变变形。变变形是混凝凝土的一个个重要力学学性

能。。1.3混凝土的变变形391.3混凝土的变变形1.3.1短期加载时时混凝土的的变形1混凝土受压压时的应力力－应变关关系（受拉拉基本相同同）混凝土的应应力应变曲曲线是砼力力学性能的的一个重要要方面，是是钢筋砼构构件应力分分析、建立立强度和变变形计算理理论不可少少的依据。。比例极限弹性阶段裂缝稳定扩展阶段裂缝不稳定扩展阶段下降段峰值应力后裂缝继续扩展阶段收敛段典型的混凝凝土应力——应变曲线401.3.1短期加载时时混凝土的的变形比例极限弹性阶段裂缝稳定扩展阶段裂缝不稳定扩展阶段下降段峰值应力后裂缝继续扩展阶段收敛段上升段：三三个阶段弹性阶段：：砼的变形形主要是骨骨料和水泥泥结晶体的的弹性变形形，应力应应变曲线大大体呈直线线；稳定裂缝扩扩展阶段：：临界点B相对应的应应力可作为为长期受压压强度的依依据。裂缝不稳定定扩展阶段段：此后试试件中所积积蓄的应变变能始终保保持大于裂裂缝发展所所需的能量量形成裂缝缝快速发展展的不稳定定状态直到到C点。应力达到到最高点即应应力峰值点。。对应的应变变为峰值应变变。411.3.1短期加载时混混凝土的变形形比例极限弹性阶段裂缝稳定扩展阶段裂缝不稳定扩展阶段下降段峰值应力后裂缝继续扩展阶段收敛段下降段：下降段CE是砼到达峰值应力后裂缝继续扩展、贯通，从而使应力－应变关系发生变化。在峰值应力以以后，裂缝迅迅速发展，内内部结构的整整体受到愈来来愈严重的破破坏，赖以传传递荷载的传传力路线不断断减少，试件件的平均应力力强度下降，，所以应力－－应变曲线向向下弯曲，直直到凹向发生生改变，曲线线出现“拐点点”。超过““拐点”，曲曲线开始凸向向应变轴，这这时，只靠骨骨料间的咬合合力及摩擦力力与残余承压压面来承受荷荷载。随着变变形的增加，，应力－应变变曲线逐渐凸凸向水平轴方方向发展，此此段曲线中曲曲率最大的一一点E称为“收敛点点”。从收敛敛点E开始以后的曲曲线称为收敛敛段，这时贯贯通的主裂缝缝已经很宽，，内聚力几乎乎耗尽，对无无侧向约束的的混凝土，收收敛段EF已失去结构意意义。42不同强度砼应应力－应变曲曲线有相似形形状。但随着着混凝土强度度提高，尽管管上升段和峰峰值应变变化化不很显著，，但是下降段段的形状有显显著差异。砼砼强度越高，，下降段越陡陡，延性越差差。1.3.1短期加载时混混凝土的变形形43知识点：配置置横向钢筋对对混凝土变形形的影响配置矩形箍筋筋的约束砼试试件的全曲线线，在应力到到达无约束砼砼试件的临界界应力以前，，箍筋作用并并不明显，曲曲线基本重合合，当超过临临界应力（0.8fc）以后，随着着配箍量的增增加和箍筋间间距的减小，，约束砼的曲曲线的峰值应应力有所提高高，峰值应变变的增长较为为明显，而下下降段的变化化最为显著。。这是因为箍箍筋的约束作作用延缓了裂裂缝的扩展，，提高了裂缝缝面上的摩擦擦咬合力，使使应力下降减减缓，改善了了砼的后期变变形能力。因因此，承受地地震作用的构构件如梁、柱柱和节点区，，采用间距较较密的箍筋约约束砼可以有有效地提高构构件的延性。。442混凝土受压应应力－应变曲曲线数学模型型（1）混凝土单轴轴受压应力－－应变曲线数数学模型①Hognestad公式：：上升升段为为二次次抛物物线，，下降降段为为斜直直线；；②Rűsh公式：：上升升段采采用二二次抛抛物线线，下下降段段采用用水平平直线线。Hognestad公式Rűsh公式45③我我国《砼结构构设计计规范范》GB50010-2002采用用的的模模型型如如图图1-20所示示：：模模型型采采用用抛抛物物线线上上升升段段和和直直线线水水平平段段形形式式。。P14(公式式更更正正)463混凝凝土土模模量量和和弹弹性性系系数数P15计算算超超静静定定结结构构内内力力、、温温度度变变化化和和支支座座沉沉降降产产生生的的内内力力以以及及预预应应力力砼砼构构件件的的预预压压应应力力时时，，同同常常近近似似地地把把砼砼看看作作弹弹性性材材料料分分析析，，此此时时，，就就需需要要用用到到砼砼的的弹弹性性模模量量。。但但对对砼砼来来说说，，应应力力应应变变关关系系为为一一曲曲线线，，因因此此怎怎样样恰恰当当规规定定砼砼的的弹弹性性指指标标成成为为我我们们要要解解决决的的首首要要问问题题。。问题的提提出：473混凝土模模量和弹弹性系数数P15原点切线模量弹性模量割线模量变形模量切线模量变形模量与原点弹性模量关系（引入弹性系数）其取值为:切线模量砼的模量表达484混凝土弹弹性模量量测定我国规范范弹性模模量测定定方法：：采用棱棱柱体或或圆柱体体试件，，取应力力上限为为0.3fc，重复加加载5～10次。由于于混凝土土的非弹弹性性质质，每次次卸载到到零时，，存在残残余变形形。但是是随着荷荷载重复复次数的的增加，，残余变变形逐渐渐减小，，最后趋趋于稳定定，应力力应变趋趋于直线线。该直直线的斜斜率就是是混凝土土的弹性性模量。。混凝土受受压弹性性模量与与受拉弹弹性模量量大致相相等。混混凝土剪剪切模量量很小直直接测试试，根据据弹性力力学由弹弹性模量量确定。。491.3.2混凝土在在重复荷荷载作用用下的变变形（2）σ>(0.4-0.5)fc时，则当当滞回环环收敛成成一直线线后继续续循环时时，将在在某一次次循环后后塑性变变形重新新开始出出现，而而且塑性性变形的的积累转转变为发发散的，，即累加加塑性变变形一次次比一次次大，且且加载曲曲线由收收敛成直直线以前前的凸向向应力轴轴，转向向凸向应应变轴，，循环若若干次后后，由于于累积变变形超过过砼变形形能力而而突然破破坏，这这种现象象称为疲劳。加卸载循循环多次次，形成成塑性变变形积累累：（1）σ<(0.4-0.5)fc，在一一定循环环次数内内塑性变变形积累累为收敛敛，即随随着循环环次数增增加，累累加塑性性变形越越来越小小，加卸卸载滞回回环越来来越接近近于直线线。501.3.3混凝土在在长期荷荷载作用用下的变变形－徐徐变徐变―在不变的的应力长长期持续续作用下下，变形形随时间间增长的的现象。徐变早期期发展较较快。六个月内内完成约约70%－80%；一年可完完成90%；2－3年后徐变变基本终终止。－加载瞬时变形－徐变变形－卸载后弹性后效－残余变形－卸载瞬时恢复变形两年后卸卸载时徐徐变恢复复情况511砼徐变产产生原因因尚无一致致解释，，一般认认为与水水泥凝胶胶体粘滞滞性、砼砼内部水水分迁移移及微裂裂缝发展展等因素素有关。。2砼徐变影响因素（1）持续应力越大，徐变越大（应力条件）；（2）加载龄期越短，徐变越大（环境因素）；（3）振捣好，养护时间长，养护和工作环境湿度大，徐变越小（环境因素）；（4）水灰比越大，水泥用量越大，徐变越大（内因）；（5）骨料质地坚硬，级配好，徐变小（内因）；（6）构件尺寸越大，表面积相对越小，徐变越小（内因）。3砼徐变对结构的影响变形增大，产生预应力损失，结构产生内力重分布，引起应力松弛，引起偏压构件偏心距增大。但是徐变有时也有利的一面：有利于充分发挥材料强度，降低温度应力。524砼徐变系系数曲线等间距分布，徐变与初应力成正比，为线性徐变；徐变与应力不成比例，徐变变形比应力增长快，为非线性徐变；徐变随时间不收敛。σ＝0.8fc为砼长期抗压强度。砼构件在在使用期期间，应应当避免免经常处处于不变变的高应应力状态态。531.3.4混凝土的的收缩变变形收缩―混凝土在在空气中中结硬时时体积随随时间缩缩小的现现象（混混凝土在在水中结结硬体积积产生膨膨胀，混混凝土收收缩量比比膨胀量量大得多多）。砼收缩早早期发展展较快，，一周完完成1/4，一个月月完成1/2，三个月月后增展展缓慢，，两年后后基本稳稳定。1影响砼收缩的因素（1）水灰比和水泥用量越大，收缩越大；（2）骨料级配越好，收缩越小；（3）振捣越密实，养护时湿度越大，收缩越小；（4）环境温度越高，收缩越大；（5）高强水泥的收缩较大；（6）构件的体表比越大，收缩越小。2砼收缩对结构的影响不利影响包括：引起宏观的收缩裂缝，产生预应力损失，对跨度变化比较敏感的结构如拱产生不利的内力。541.4钢筋与混混凝土的的共同工工作1.4.1粘结的作作用与粘粘结力的的组成粘结是指指钢筋与与周围砼砼界面间间的一种种相互作作用，粘粘结力是是指钢筋筋砼受力力后沿其其接触面面上产生生的一种种剪应力力。粘结结和锚固固是钢筋筋和砼形形成整体体、共同同工作的的基础。。锚固粘粘结应应力：：（锚固固长度度）1、粘结应力的分类钢筋伸进支座或连续梁中承担负弯矩的上部钢筋在跨中截断时，需延伸的一段长度。两相邻开裂截面之间产生。粘结应力使钢筋与砼之间的应力发生传递。局部粘结应力：552、粘结力组组成胶着力混凝土收缩缩裹压钢筋筋产生。由由于砼凝固固时收缩，，对钢筋产产生垂直于于摩擦面的的压应力。。这种压应应力越大，，接触面的的粗糙程度度越大，摩摩阻力越大大。钢筋表面凹凹凸不平引引起。对于于光面钢筋筋这种咬合合力来自表表面的粗糙糙不平。(光面钢筋和和变形钢筋筋具有不同同的粘结机机理。)1）光面钢筋筋的粘结：：2）变形钢筋筋的粘结：：对于变形钢钢筋，咬合合力是由于于变形钢筋筋肋间嵌入入砼而产生生。变形钢钢筋的粘结结主要来自自钢筋表面面凸出的肋肋与砼的机机械咬合作作用。变形形钢筋的横横肋对砼的的挤压如同同一个锲，，会产生很很大的机械械咬合作用用，从而提提高变形钢钢筋粘结能能力。钢筋和砼接接触面上的的化学吸附附作用力。。浇注时水水泥浆体对对钢筋表面面氧化层的的渗透及水水化时水泥泥晶体的生生长和硬化化。一般很很小，仅在在受力阶段段的局部无无滑移区域域起作用。。接触面发发生相对滑滑移时即消消失。摩阻力机械咬合力力56光面钢筋和和变形钢筋筋的粘结机机理的主要要差别是，，光面钢筋筋粘结力主主要来自胶胶结力和摩摩阻力；而而变形钢筋筋的主要来来自机械咬咬合作用。。二者的差差别可以用用钉入木料料中的普通通钉和螺丝丝钉的差别别来理解。。两者粘结机机理的区别别5