混凝土结构课件

第二章钢筋和混凝土材料力学性能2-1钢筋的形式和品种2-2钢筋的力学性能2-3钢筋的冷加工和热处理2-4对钢筋的质量的要求2-5钢筋的蠕变、松弛和疲劳2-6混凝土的强度等级2-7混凝土的强度2-8荷载作用下混凝土的变形性能2-9混凝土的徐变和收缩2-10钢筋与混凝土间的粘结2-11钢筋混凝土的一般构造规定

2-1钢筋的形式和品种按用途分:

用于钢筋混凝土中的钢筋

热轧钢筋:在高温状态下轧制而成

HPB235(Ⅰ级钢):光面,锚固性能差

HRB335,HRB400(Ⅱ,Ⅲ级钢):强度高,延性好,锚固性能好

新规范推荐使用HRB400(钢筋规格齐全)

用于预应力钢筋混凝土中的钢筋

钢丝：直径4—9mm,外型有光面,刻痕，螺旋肋

钢绞线：由三股或七股合在一起捻制而成

热处理钢筋：热轧钢筋经加热、回火等工艺处理，强度得到提高,延伸率降低不多。2-2钢筋的力学性能1.软钢的应力应变曲线

(1)a´(比例极限),自开始加荷到a´,σ=Eε。

(2)a(弹性极限)点之前,卸荷后变形可恢复,此时σ,ε不成比例。

(3)b,c两点称为上,下屈服点,下屈服点对应的应力称为屈服强度。过a点后,卸荷后应变已不可完全恢复，当σ达到屈服极限b后，应变出现塑性流动,b为屈服上限，之后下降。c点为屈服下限,σ不变的条件下,ε增长很快,直到f点这种现象叫屈服。

c，f之间的ε值为流幅。

(4)d点对应的应力为极限抗拉强度。

过f点以后，σ开始增长，塑性变形明显。

fd段为强化阶段，当σ达到一定的数值后在构件的薄弱部位出现颈缩现象。2.硬钢（无明显屈服点）

规范规定取残余应变的0.2%所对应的应力作为强度指标,即条件屈服点。硬钢的应力应变曲线2-3

钢筋的冷加工和热处理

冷拔：

经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅，冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度。热处理

对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理不降低强度的前提下，消除由淬火产生的内力，改善塑性和韧性强度提高塑性降低2-4对钢筋质量的要求1.屈服强度

是钢筋最关键的质量指标。在一般结构的设计中取屈服强度(或条件屈服强度)作为可以利用的应力上限,也就是钢筋的强度。2.极限强度

(抗拉,抗压,抗剪强度)是材料能承受的最大应力。当接近此强度时，产生了较大的塑性变形，同屈服强度相比，极限强度越高，材料的安全储备越大，fu

/fy

越大，钢材的强度储备就越大。3.伸长率

反映钢筋受拉时的塑性性质。伸长率大的钢筋,塑性较好。4.冷弯性能

按规定直径D,规定的弯心角α把试件弯曲,合格的标准是不出现裂纹。冷弯要求：将直径为d的钢筋绕直径为D的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂。

2-5钢筋的蠕变、松弛和疲劳蠕变应力不变，随时间的增长应变继续增加松弛长度不变，随时间的增长应力降低对结构，尤其是预应力结构，产生不利的影响，需采取必要的措施疲劳钢筋在周期性重复荷载作用下会发生疲劳破坏。疲劳强度是指在规定的应力幅度内，经一定次数的重复荷载后，发生疲劳破坏的最大应力值。对钢筋用疲劳应力幅来表示其疲劳强度。2-6混凝土的强度等级混凝土的强度等级是按立方体抗压强度标准值确定的,用符号C表示,规范中列出14个等级,C15~C80。立方体抗压强度标准值是指边长为150mm的立方体标准试件在标准条件、标准方法下测得的具有95%保证率的立方体抗压强度,用fcu,k表示。混凝土的立方体强度是衡量混凝土强度大小的基本指标,也是评价混凝土等级的标准。C30表示fcu,k=30N/mm2

。2-7混凝土的强度1.立方体抗压强度fcu承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂强度大于压力试件裂缝发展扩张整个体系解体，丧失承载力另影响强度的因素还有：龄期、加载速率、试块尺寸等我国规范的方法：不涂润滑剂2.棱柱体抗压强度fc承压板试块标准试块：150×150×300非标准试块：100×100×300换算系数

0.95200×200×400换算系数

1.05考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu

(试验结果)考虑到构件和试件的区别，取fc=0.67fcu

3.混凝土的轴心抗拉强度ft直接受拉试验ft100100150150500试验结果：ft

=0.26fcu

2/3考虑到构件和试件的区别,尺寸效应,加荷速度等的影响，取ft

=0.23fcu2/34.复杂受力状态下的混凝土的强度三向受压时的混凝土强度1=fcc’1=fcc’2=3=fLfL----侧向约束压应力（加液压）双轴应力下的强度1.01.01.21.2-0.2-0.22/fc1/fc拉压双向正应力下的强度曲线圆柱体试验2-8荷载作用下混凝土的变形性能1.混凝土的应力-应变关系

单轴受压时的应力-应变曲线OA段,弹性阶段,σ-ε关系为直线;AB段,σ-ε关系表现出明显的非弹性特征;BC段,σ-ε关系的塑性性能明显,即使荷载不增加,内部裂缝也会开展。应力逐渐减小,应变不断加大。

fc:应力峰值,当压应力达到fc之后,混凝土构件就不能承受更大的荷载;ε0:

与fc对应的应变(峰值应变)，取0.002;εmax:破坏时的极限应变值,塑性部分越长，变形能力越大，延性愈好。上升段:下降段:特征值:2.混凝土在多次重复荷载下的应力-应变关系fcf321疲劳强度<fc破坏重复荷载下的应力-应变曲线当加载应力不超过混凝土的疲劳强度时,即使荷载重复次数达上百万次混凝土也不会发生破坏;当加载应力超过混凝土的疲劳强度,经过多次重复加卸载混凝土即会发生脆性的疲劳破坏。重复荷载是对试件在一个方向加载、卸载、再加载、再卸载……的过程。3.混凝土的弹性模量原点切线模量（弹性模量）：拉压相同变形模量（割线模量、弹塑性模量）切线模量cc10cccep受压时，为0.4~1.0；受拉破坏时，为1.02-9混凝土的徐变和收缩长期荷载作用下混凝土的变形性能----徐变原因:胶凝体的粘性流动,混凝土内部微裂缝的不断发展c<0.5fc，线性徐变c<0.8fc，非线性徐变e’e’’cr’0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)creP影响徐变的因素应力：c<0.5fc，徐变变形与应力成正比----线性徐变

0.5fc<c<0.8fc，非线性徐变

c>0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大骨料越硬，徐变越小养护温度越高，湿度越大，徐变越小构件体表比越小，徐变越大混凝土的收缩----空气中结硬过程中混凝土体积缩小的性质水泥品种：等级越高，收缩越大水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大

骨料：骨料越硬，收缩越小养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等对混凝土的收缩也有影响影响因素2-10钢筋和混凝土间的粘结一.定义

粘结应力:

通常是指钢筋与混凝土

界面的剪应力粘结强度:

钢筋单位表面积上所能承担的最大纵向剪应力按平衡条件τbSdx+σsAs=(σs+dσs)As

τb=dσsAs/Sdx二.按粘结的作用分类1.钢筋的锚固(锚固粘结)

若锚固的深度较小时,在拉力作用下,钢筋会被拔出。锚固通过钢筋在一定长度上粘结应力的积累,将钢筋锚固在混凝土中。

2.裂缝间应力的传递(裂缝间的局部粘结)

裂缝截面处，由于混凝土开裂，拉应力为零，钢筋应力最大，离开裂缝一段距离，由于粘结作用，混凝土逐渐承受拉力，钢筋承受的拉力渐小，离开裂缝截面的距离达到一定程度，拉应力达到最大值，钢筋的应力达到最小值，因此，粘结力使混凝土继续参加工作。三.粘结力的构成1.混凝土中的水泥胶体与钢筋表面的胶结力（钢筋和混凝土相对滑动后消失）。2.混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的钢筋和混凝土之间的摩擦力。3.由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间的机械咬合力（光面钢筋凹凸程度较小，端部加弯钩阻止相对滑移）。四.粘结破坏形态(拔出试验)纵向分量径向分量径向分量使构件纵向开裂,形成劈裂裂缝1.光圆钢筋:钢筋自混凝土被拔出的剪切破坏2.变形钢筋:纵向分量径向分量纵向分量引起混凝土撕裂纵向分量引起混凝土局部挤碎纵向分量引起刮出式破坏五.影响粘结强度的主要因素1.钢筋表面和外形特征2.混凝土的强度随混凝土的强度的提高而提高,和ft成正比。3.横向钢筋横向钢筋的存在限制了径向裂缝的发展。径向裂缝的产生：变形钢筋的肋和混凝土之间有挤压力，挤压力达到一定数值，沿每条横肋会出现。4.保护层厚度c>d,防止劈裂裂缝六.保证粘结力的构造措施规范不进行粘结计算,规定了若干构造措施:

钢筋的最小搭接长度、钢筋最小锚固长度、钢筋的最小间距、混凝土保护层的最小厚度、搭接范围内箍筋加密、受力光圆钢筋端部做弯钩2-11钢筋混凝土的一般构造规定1.混凝土的保护层规范要求：不小于钢筋的直径和并筋的等效直径；不小于最大骨料粒径的1.5倍。2.钢筋的锚固

钢筋的锚固长度应满足公式:3.钢筋的连接同一构件各根钢筋的搭接接头宜错开，接头长度一般要大于200mm,且要