《混凝土结构基本原理》G第02章

2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能第2章混凝土结构材料的物理力学性能第一页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能2.钢筋的基本力学性能；本章主要介绍：1.混凝土的基本力学性能；3.钢筋与混凝土的共同工作性能。第二页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能§2.1混凝土的物理力学性能第三页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能2.1.2单轴向应力状态下的混凝土强度强度：结构材料所能承受的极限应力。影响混凝土强度的因素内因：水泥强度、骨料特性、级配、水灰比、成型方法、龄期、试件尺寸、形状等……；外因：养护环境、试验方法、受力状态、加载速率等……第四页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能(1)立方体抗压强度和强度等级立方体抗压强度

fcu

(cube)

（单位：N/mm2、MPa）●标准试件：边长为150mm的立方体●标准养护条件：温度20±3℃、相对湿度90％、养护28天●标准试验方法：标准加载速率、试件表面不涂油在上述条件下测得的抗压强度为fcu。 混凝土强度等级CXX1.混凝土的抗压强度第五页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能●按立方体抗压强度标准值fcu,k划分混凝土的强度等级，《混凝土结构设计规范》GB50010-2010规定有：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80，共14个等级。CXX中的XX即为fcu,k

，单位为N/mm2。影响立方抗压强度的因素压力机垫板的摩擦现象：压力机垫板与混凝土试块的弹性模量和横向变形系数不同而产生“套箍作用”第六页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能

原因：试件受压产生纵向压缩、横向膨胀，受压试件的上下表面受到垫板向内的摩擦力，阻碍试件横向变形，就如在试件上下端设置了一个“套箍”。破坏时试件中部外围混凝土的横向变形受约束小，首先发生剥落。影响机理：“套箍作用”→约束横向变形→限制裂缝开展→强度提高。思考：如果试件的尺寸变小（或变大），这种“套箍作用”

对混凝土强度的影响变化？如果将试件的高度加大,这种“套箍作用”对强度

的影响如何变化？

第七页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能混凝土立方体强度随龄期的变化1——在潮湿环境下；2——在干燥环境下加载速度加载速度越快，测得强度越高（变形发展不充分）。龄期与环境条件龄期越长、环境越潮湿，强度越高（混凝土强度随时间的增长有“先快后慢”的规律）。第八页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能a)轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）fc

(compression)标准试件：150mm×150mm×300mm的棱柱体标准养护条件标准试验方法在上述条件下测得的抗压强度为fcb)轴心抗压强度标准值fckc)轴心抗压强度的工程意义高宽比对试件的强度有影响标准棱柱体试件基本消除了压力机垫板和附加偏心影响多数实际受压构件的几何尺寸关系倾向于棱柱体3.轴心抗压强度第九页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能试件高宽比对混凝土强度的影响返回第十页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能a)试验结果

试验值f0c和

f0cu的统计平均值大致呈线性关系b)规范公式（基于强度标准值）式中：ac1

—棱柱体与立方体抗压强度之比（C50及以下

取0.76，C80取0.82，其间线性内插）

ac2

—高强混凝土的脆性折减系数（C40及以下取

1.0，C80取0.87，其间线性内插）

0.88—考虑实际构件与试件间差异（制作、养护、运输和受力条件等）引入的修正系数4.轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系第十一页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系返回第十二页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能试件直径6in×高12in（直径152mm×高305mm）的圆柱体采用国家

美国、日本、欧洲混凝土协会（CEB）f'ck与fcu,k

的换算关系式中：a—C60以下0.79，C60取0.833，C70取0.857，

C80取0.8755.圆柱体试件的轴心抗压强度f'c第十三页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能a)试验方法直拉试验、劈裂试验直拉与劈裂试验方法结果的比较劈拉强度略大于直拉强度；劈拉强度与试件尺寸有关；直拉强度受试件对中、局部粘结情况等因素影响较大，不易控制。b)试验结论混凝土轴心抗拉强度约为立方体抗压强度的1/20～1/8，随混凝土强度等级的提高，ft/fcu的比值下降。ftk与fcu,k的关系6.混凝土轴心抗拉强度ft（tension）第十四页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能混凝土轴心抗拉强度试验返回第十五页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能2.1.3复合应力状态下混凝土的强度1.平面应力状态第十六页，共一百二十八页。（1）平面主应力状态

Kupfer试验

双向受压应力状态下

相互约束了横向变形，受压强度比单向受压最可提高近30%。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能第十七页，共一百二十八页。拉－压应力状态下

拉应力加大了另一向的受压横向变形，抗拉和抗压强

度均分别低于单轴抗拉、压时的强度。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能第十八页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能双向受拉应力状态下

相互影响不大，强度与单轴向抗拉强度接近。第十九页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能Kupfer曲线第二十页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能双向受压应力状态下相互约束了横向变形→受压强度比单向受压最多可提高约30%。拉－压应力状态下拉应力加大了另一向的受压横向变形→抗拉抗压强度均分别低于单轴向拉、压时的强度。双向受拉应力状态下相互影响不大→强度与单轴向抗拉强度接近。第二十一页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能主要特征a)存在τ时,抗拉和抗压强度均低于单轴向抗拉f't

和抗压强度f'cb)压应力σ＜0.6f'c

时，抗剪强度随压应力σ的增大（或轴向拉应力的减小）而增大c)压应力σ＞0.6f'c

后，抗剪强度随压应力σ的增大而减小d)当压应力或拉应力σ

＝0时，抗剪强度τ

＝0.1f'c

(2)平面剪压（或剪拉）应力状态第二十二页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能法向应力和剪应力组合的破坏曲线返回第二十三页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能(3)三向受压状态第二十四页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能侧向压应力

约束了混凝土的横向变形，限制了裂缝的形成和发展→混凝土抗压强度大大提高

。当侧向压应力

较低时，上式中的侧向压应力系数值较高。当侧向压应力

不很大时，f'cc的经验公式为：

第二十五页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能混凝土三轴应力试验装置返回第二十六页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能三轴应力下的混凝土破坏面第二十七页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能混凝土三轴应力下的拉压子午面返回第二十八页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能2.1.4混凝土的变形预备概念体积变形：硬化过程中的收缩及随温、湿度变化产生的变形。受力变形：一次短期加载、荷载长期作用或多次重复荷载作用下的变形。第二十九页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能（1）混凝土受压应力－应变曲线

a)试验方法

采用棱柱体试件，用具有伺服装置的试验机获得应力－应变曲线的下降段。1.短期单调加载下混凝土的变形性能第三十页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能混凝土棱柱体受压应力－应变（s-e）曲线返回第三十一页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能受压应力－应变全曲线的特征上升段O～A原点→比例极限点应力－应变关系接近直线，变形主要为骨料和水泥结晶体受力产生的弹性变形比例极限点应力通常为0.3～0.4fc(普通强度混凝土)A～B比例极限点→临界点微裂缝稳定扩展阶段,应变的增长速度超过应力，应力－应变关系呈现一定的塑性特征临界点应力作为长期抗压强度的依据，通常为0.7～0.8fcB～C临界点→应力峰值点裂缝不稳定扩展阶段，应变快速增长，应力－应变关系呈现出显著的塑性特征峰值应力即

fc对应的应变εc＝0.0015～0.0025，通常取0.002第三十二页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能混凝土棱柱体受压应力－应变（s-e）曲线返回第三十三页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能混凝土棱柱体受压应力－应变（s-e）曲线返回第三十四页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能混凝土棱柱体受压应力－应变（s-e）曲线返回第三十五页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能下降段C～D应力峰值点→拐点裂缝迅速发展，内部结构严重破坏，应变增长不太大而应力迅速下降，曲线形状下凹，平均应力强度显著下降拐点——下降段形态的关键特征点D～E拐点→收敛点主要靠骨料咬合力、摩擦力和残余承压面承受压力，应力下降一定的情况下应变增长较大，曲线形状向上凹，应变增长显著收敛点——曲率最大E～F收敛段贯通主裂缝很宽，应变较大，残余平均应力强度较低收敛段——已无结构意义第三十六页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能混凝土棱柱体受压应力－应变（s-e）曲线返回第三十七页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能混凝土棱柱体受压应力－应变（s-e）曲线返回第三十八页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能混凝土棱柱体受压应力－应变（s-e）曲线返回第三十九页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能高强混凝土单向受压应力－应变全曲线上升段的线性段随着强度的增加而变大,可达到（0.7~0.9）fc；峰值应变随着强度的增加有所增大，通常取0.0025；混凝土强度越高，下降段形状越陡，延性越差，在C80时通常只能达到0.003。第四十页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能加载速度对应力－应变曲线的影响加载速度快→峰值应力偏高，峰值应变减小，下降段陡；加载速度慢→峰值应力偏低，峰值应变增大，下降段平缓。第四十一页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能2.混凝土单轴受压应力－应变曲线的数学模型E.Hognestad（美国）模型Rüsch（德国）模型第四十二页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能c)《混凝土结构设计规范》GB50010-2010用于正截面承载力计算的简化模型式中：第四十三页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能3.三向受压状态下混凝土的变形特点横向压应力（约束）限制了裂缝的开展，混凝土的抗压强度和延性均有显著提高。约束效应越强（横向压应力越大），强度和延性的提高效果越明显。主动约束：如侧向施加液体压力。被动约束：如箍筋、钢管所提供的约束。第四十四页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能混凝土圆柱体三向受压(主动约束)时的轴向应力－应变曲线返回第四十五页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能用螺旋筋约束的混凝土圆柱体的应力－应变曲线返回第四十六页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能工程中采用的被动约束方式第四十七页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能4.混凝土的变形模量弹性材料：混凝土：→弹性模量Ec→变形模量（割线模量）E'c

Ec=tgα0

E'c

=tgα1

E''c

=tgα

第四十八页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能a)混凝土模量的表示方法

弹性模量Ec（原点模量）

应力－应变曲线过原点切线的斜率：变形模量E'c（割线模量、弹塑性模量）

应力－应变曲线上任意一点割线的斜率：切线模量E''c

曲线上任意一点切线的斜率：第四十九页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能变形模量不同表示方法之间的关系弹性模量：反映近似弹性状态下的应力－应变关系

割线模量：近似反映混凝土非线性应力－应变关系

切线模量：反映某一应力点应力增量－应变增量关系对于给定的应力－应变曲线（混凝土强度确定），弹性模量不变，而割线模量和切线模量均随应力的增大而减小进入弹塑性阶段后，有：Ec

＞E'c

＞E''c第五十页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能Ec=tgα0

E'c

=tgα1

E''c

=tgα第五十一页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能从应力－应变（s-e）曲线上测定

Ec

有困难规范方法：棱柱体试件，应力为下，重复加载5～10次，残余变形趋于稳定,曲线斜直线（平行于过原点的切线）根据实测值的统计分析,Ec

与

fcu,k

有下述关系：弹性模量Ec

的测定第五十二页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能返回混凝土弹性模量Ec

的测定方法第五十三页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能d)混凝土轴向受拉时的应力－应变关系

具有如下特征：形状与受压时近似，亦可分为上升段和下降段应力峰值点对应的应变

e0t

=75～115×10－6下降段比受压更陡，混凝土强度越高，陡峭程度越大受拉弹性模量与受压弹性模量基本相等，即Et

≈Ec第五十四页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能返回混凝土轴向受拉应力－应变曲线

（标距100mm）第五十五页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能第五十六页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能（1）徐变的概念及混凝土变形的组成徐变（又称蠕变，creep）

结构或构件承受的荷载或应力不变，而应变或变形随时间增长的现象。长期荷载作用下混凝土变形的组成在荷载长期作用下混凝土的变形性能主要与混凝土的

徐变特性有关。加载时，瞬时应变（elastic）持荷时，徐变应变卸荷时，瞬时恢复应变2.荷载长期作用下混凝土的变形性能徐变系数弹性后效残余应变第五十七页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能返回混凝土徐变示意图第五十八页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能（2）

产生徐变的原因内在原因：凝胶体的粘性流动性质环境原因：水泥水化作用程度应力原因：微裂缝的不断发展（3）

影响徐变的因素时间因素荷载作用时间越长，徐变越大初期增长较快，后期逐渐减慢，最后趋于稳定应力大小应力越大，徐变越大，反之越小线性徐变非收敛徐变非线性徐变第五十九页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能返回混凝土徐变示意图第六十页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能返回压应力与徐变的关系第六十一页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能返回不同应力/强度比值的徐变－时间曲线第六十二页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能加载时的龄期混凝土组成成分的影响水泥用量越大，徐变越大水灰比大，徐变大骨料越坚硬，徐变越小制作、养护条件的影响振捣充分，徐变小；养护温度高、湿度大，徐变小受荷环境条件的影响受荷环境温度高、湿度低时，徐变大g)构件尺寸的影响h)钢筋用量的影响加载龄期越早，徐变越大构件尺寸大，徐变小配筋率高，徐变小第六十三页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能返回骨料对徐变的影响第六十四页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能（1）基本概念疲劳破坏：混凝土在荷载重复作用下引起的破坏。疲劳破坏特征：裂缝小而变形大混凝土疲劳抗压强度总是小于单调加载下的混凝土单轴抗压强度3.混凝土受重复荷载作用的变形（疲劳变形）第六十五页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能加载应力小于fcf

(fatigue)一次加、卸载形成封闭的环状。多次加、卸载循环后，加、卸载环逐渐密合，最终密合成斜直线（测定弹性模量Ec）——可加卸载几百万次不破坏。加载应力大于fcf

应力－应变曲线由凸向应力轴逐渐转变为斜直线，最后转变为凸向应变轴，加、卸载不能形成封闭环。应力－应变曲线倾角不断减小，至荷载重复到某一次数时，混凝土因严重开裂或变形过大而导致破坏。（2）重复荷载下的应力－应变曲线第六十六页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能返回混凝土在重复荷载作用下的应力－应变曲线第六十七页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能疲劳抗压强度的定义fcf

试验测定时采用100mm×100mm×300mm或150mm×150mm×450mm的棱柱体能使棱柱体试件承受200万次或其以上循环荷载而发生破坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度疲劳强度设计值fcf

、ftf

的确定fcf

、ftf应由混凝土强度设计值（fc

、ft

）乘以相应的疲劳强度修正系数gr确定gr的取值与疲劳应力比值rcf

有关。gr随rcf

的减小而降低（3）

疲劳强度的确定第六十八页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能混凝土强度设计值GB50010-2010表4.1.4强度种类

混凝土强度等级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fc7.29.611.914.316.719.121.123.125.327.529.731.833.835.9ft0.911.101.271.431.571.711.801.891.962.042.092.142.182.22返回第六十九页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能第七十页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能（1）混凝土的收缩与膨胀混凝土凝结硬化时在空气中体积收缩有凝缩、干缩发生规律为：先快后慢最终的收缩值0.0002～0.0005在水中体积膨胀通常收缩值远大于膨胀主要的影响因素有：水泥品种、水泥用量、骨料性质、混凝土制作方法、养护条件、使用环境、构件的体表比4.

混凝土的体积变形第七十一页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能返回混凝土的收缩第七十二页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能

混凝土的温度线膨胀系数为1.0～1.5×10－5/℃a）混凝土的强制应力混凝土能自由收缩和温度变形时,

不会产生任何强制应力只有在有约束条件下，混凝土的变形受到限制时才会导致强制应力→构件可能开裂举例：......。（2）

混凝土的温度变形第七十三页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能§2.2钢筋的物理力学性能2.2.1钢筋的品种与级别常用钢筋的品种及分类①按化学成分1.碳素钢根据含碳量的多少，又可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性降低2.普通低合金钢合金元素使得钢材的强度提高、性能改善应严格控制有害成分硫（S，使钢具有热脆性）、磷（P使钢具有冷脆性）第七十四页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能②按钢筋加工的方法1.热轧钢筋（hot-rolledsteelbar）根据屈服强度标准值fyk

，又可分为：HPB300级（Ⅰ级）光圆HRB335级（Ⅱ级）月牙纹

HRBF335级（Ⅱ级）月牙纹HRB400级（Ⅲ级）月牙纹

HRBF400级（Ⅲ级）月牙纹d)RRB400级（余热处理Ⅲ级，符号3R）月牙纹e)HRB500级（Ⅳ级）月牙纹

HRBF500级（Ⅳ级）月牙纹第七十五页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能热轧钢筋可再加工（如冷轧、热处理）成其它品种的钢筋2.钢丝（steelwire）3.钢铰线（strand）4.热处理钢筋（heat-treatedsteelbar）第七十六页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能第七十七页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能冷轧带肋钢筋

采用普通低碳钢、优质碳素钢或低合金钢热轧盘圆为母材，

经冷轧减径后在其表面冷轧成具有三面或两面月牙形横肋的钢筋二面肋三面肋第七十八页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能冷轧带肋钢筋第七十九页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能冷轧带肋钢筋第八十页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能③

按钢筋的外形1.普通钢筋据其外形又可分为：光圆钢筋（plainbar）如Ⅰ级钢筋带肋钢筋（ribbedbar，ribbedreinforcedbar）如Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢筋（常又称为变形钢筋，deformedbar）肋纹可以是：人字纹、螺纹、月牙纹、竹节纹、螺旋槽等2.劲性钢筋（各种型钢、钢轨、或型钢与钢筋焊成的骨架）第八十一页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能采用Ⅰ级钢筋的剪力墙第八十二页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能Ⅰ级钢筋盘圆第八十三页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能月牙纹钢筋返回第八十四页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能屈服台阶BC

应力基本不变，应变急速增长。强化段CD

应变增长较快，应力有一定幅度的增长。极限应力点D是确定极限强度的依据。上升段OA

应力和应变成比例变化，A点为比例极限。

通过描述钢筋的应力－应变曲线来认识。①有明显屈服点（流幅）的钢筋，即软钢主要是指：热轧钢筋（低碳钢、低合金钢）1.应力－应变曲线的主要特征2.2.2钢筋的强度与变形颈缩段DE

应力下降，应变仍然增长，出现颈缩现象。b）上升段ABA点以后，应变较应力增长快。B'点为屈服上限，其值通常不稳定；B点为屈服下限，它是确定屈服强度的依据。第八十五页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能2.屈服强度fy钢筋屈服后，会产生过大的塑性变形，构件产生不适于继续承载的过大变形或过宽的裂缝，故在钢筋屈服强度的确定时不能利用钢筋强化段的能力。3.伸长率和冷弯性能均匀伸长率 钢筋最大应力（fu）下的伸长值与原长的比率：冷弯性能

将直径为d的钢筋按一定弯心直径D弯曲到规定的角度—设计取用的应力值，强度指标——钢筋的塑性变形能力第八十六页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能4.强度等级的划分300级、335级、400级、500级强度等级提高→屈服强度、极限抗拉强度增长，伸长率和流幅降低，弹性模量变化不大。第八十七页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能高碳钢制成的钢丝、钢铰线；热处理钢筋1.典型的应力－应变曲线主要特征：无明显屈服点、塑性性能相对差。以极限应力点σb为界，分成上升段和下降段。2.条件屈服点σb

极限抗拉强度σb

的

85％（设计取用的应力上限值），对应的残余应变为:ε0.2=0.2％。②

无明显屈服点的钢筋，即硬钢第八十八页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能1.冷拉冷拉工艺冷拉效果只提高抗拉强度，不提高抗压强度温度超过700℃时，冷拉钢筋恢复到冷拉前的性能。冷拉硬化：冷拉后，钢筋屈服强度提高，塑性下降的现象。时效强化：经过一段时间后，钢筋屈服应力超过张拉控制应力的现象。③

钢筋的冷加工第八十九页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能冷拔工艺

以Ⅰ级光园钢筋为母材，将其多次强力拉拔通过小于钢筋直径的硬质合金拔丝模而成。冷拔效果钢筋同时受到纵向拉力和轴向压力的作用。不仅提高抗拉强度，还同时提高抗压强度。强度大大提高，塑性大大降低。冷拔丝呈硬钢性质。2.冷拔第九十页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能①

双直线模型适用于流幅较长的低强度钢筋理想的弹－塑性模型2.2.3钢筋应力－应变曲线的数学模型第九十一页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能适用于流幅较短的软钢理想的弹－塑性模型加硬化2、三折线模型第九十二页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能适用于没有明显流幅的高强钢筋或钢丝3、双折线模型第九十三页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能1、疲劳破坏的现象及原因现象：在重复、周期的动荷载作用下，突然脆性断裂原因：材料缺陷导致应力集中，在高应力状态下由于晶粒滑移产生疲劳裂纹，最终造成断裂2、钢筋的疲劳强度在某一规定应力幅度内，经受200万次循环荷载后发生疲劳破坏的最大应力值疲劳强度低于一次拉伸的强度2.2.4钢筋的疲劳第九十四页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能3、疲劳强度的试验方法单根原状钢筋轴拉试验（规范方法）埋入混凝土中重复受拉或受弯试验4、影响疲劳强度的因素疲劳应力比值最小应力值钢筋外表面几何尺寸和形状钢筋的直径钢筋的强度钢筋的加工和使用的环境加载的频率第九十五页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能1、钢筋的强度（屈服强度、极限强度）

要求强度相对值强屈比≥1.25，以保证钢筋有足够的潜力，不致于迅速断裂2、塑性（延伸率和冷弯性能）保证结构/构件的延性3、可焊性焊接后不产生裂纹及过大变形，其强度应不低于母材4、耐火性混凝土保护层厚度根据钢筋品种，满足耐火等级要求5、钢筋与混凝土的粘结力

与混凝土之间必须有足够的粘结力，保证共同工作2.2.5混凝土结构对钢筋的要求第九十六页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能§2.3混凝土与钢筋的粘结2.3.1粘结的意义（1）意义钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础（2）实质钢筋与混凝土接触面上产生的沿钢筋纵向的剪应力（粘结应力）第九十七页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能第九十八页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能（3）裂缝间的局部粘结应力

开裂截面混凝土退出工作，钢筋拉应力突增。裂缝两侧混凝土回缩受到局部粘结应力阻止。局部粘结的丧失会影响构件的刚度降低和裂缝开展返回第九十九页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能（4）钢筋端部的锚固粘结应力在控制截面处，须充分利用钢筋的设计强度。为此，钢筋必须从控制截面向前延伸一段长度，以积累足够的粘结应力。与此类似，钢筋伸入支座必须有一定的锚固长度，否则将发生锚固破坏。可采取钢筋端部加弯钩、弯折，或在锚固区贴焊短钢筋、贴焊角钢的方法来提高锚固能力。返回第一百页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能1、光圆钢筋与混凝土间粘结力的组成（1）胶结力即钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用，它来源于：水泥浆体对钢筋表面氧化层的渗透水化过程中水泥晶体的生长和硬化

其作用一般很小（2）摩阻力混凝土收缩时对钢筋产生握裹力有相对运动趋势或相对运动时产生摩阻力钢筋表面越粗糙，摩阻力越大（3）机械咬合力因钢筋表面凹凸不平而产生2.3.2粘结力的组成（粘结机理）第一百零一页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能2、变形钢筋与光圆钢筋粘结力的异同粘结力的组成因素相同光圆钢筋的粘结力主要由胶结力和摩阻力提供变形钢筋的粘结力主要由机械咬合力提供变形钢筋肋部对四周的挤压力→混凝土中产生径向拉应力→劈裂型粘结破坏或剪切型粘结破坏第一百零二页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能1、试验方法2、平均粘结应力τ

直接拔出试验：2.3.3粘结强度第一百零三页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能3、粘结应力τ和相对滑移S的关系不同强度混凝土的粘结应力和相对滑移第一百零四页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能a）混凝土强度

粘结强度τu与混凝土抗拉强度

ft

大致成正比

式中，k1——常数b）相对保护层厚度对变形钢筋，若保护层较薄，容易发生沿钢筋的劈裂破坏限制相对保护层厚度不小于一定的限值，可对混凝土劈裂破坏的发生起到一定控制作用相对粘结强度与相对保护层厚度的平方根成正比式中，k2——常数；c——保护层厚度；d——钢筋直径2.3.4影响粘结强度的因素第一百零五页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能c）钢筋的净距钢筋间净距越小，粘结强度降低越多→容易产生水平劈裂裂缝d）横向钢筋的数量横向钢筋可以限制混凝土内部裂缝的发展，防止保护层脱落，并保证后期粘结强度e）横向约束应力（压应力）横向压应力约束了混凝土的横向变形，增大了摩阻力→粘结强度提高第一百零六页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能f）浇筑时钢筋所处位置水平钢筋下方的混凝土可能出现沉淀收缩和离析泌水，气泡溢出。则容易形成强度较低的疏松空隙层→削弱粘结作用g)钢筋表面的形状变形钢筋的粘结强度大于光圆钢筋第一百零七页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能1、保证粘结的构造措施《规范》采用构造措施保证混凝土与钢筋的粘结性能：a）保证最短的锚固长度和搭接长度；b)满足钢筋最小净距和混凝土最小保护层厚度要求；c)必要部位加密箍筋（如搭接区）；d)

光圆钢筋端部设置弯钩以增强粘结能力；e)

施工措施，如分层、二次浇捣等。2.3.5钢筋的锚固与搭接第一百零八页，共一百二十八页。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能2、基本锚固长度lab

基本锚固长度是：充分利用纵向受拉钢筋（fy

）而不发生粘结破坏所需要的最短锚固长度（lab）。

式中:a—钢筋外形系数（光圆钢筋：0.16，带肋钢筋：0.14）—钢筋直径。

第一百零九页，共一百二十八页。采取锚固措施（如:设置弯钩、锚板等机械锚固措施）可有效提高钢筋的锚固力，可减少锚固长度；

但不利情况会增加锚固长度（如带环氧涂层的钢筋）。

考虑这些因素后的锚固长度为：

其中为长度调整系数，。采取机械锚固减小锚固长度应有相应的构造措施。2022年12月8日第2章混凝土结构材料的物理力学性能第一百一十页，共一百二十八页。

受压锚固比受拉锚固有利，因此受压锚固长度取受拉锚固长度的0.7倍。2022年12月8日第2章混凝土结构材