第2章 材料物理力学性能

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§2.2钢筋的物理力学性能

§2.3混凝土与钢筋的粘结2.1.1单轴力状态的混凝土强度2.1.2复合应力状态的混凝土强度2.1.3混凝土的变形2.1.4混凝土的疲劳§2.1混凝土的物理力学性能2.1.1单轴应力状态下的混凝土强度１.混凝土的抗压强度fcu,k（1）混凝土的立方体抗压强度fcu,k和强度等级1）立方体抗压强度——

边长150mm，温度20±3℃，湿度≥90%，养护28天，加载速度0.15－0.3N/mm2/s，不涂润滑剂，95%保证率。

C15-C80共14等级表示混凝土Concrete立方体抗压强度C20a.试件表面是否涂润滑剂：

不涂时强度高；涂后强度低，原因——“套箍”作用，破坏形态不一样；b.加载速度：速度快强度高，速度慢强度低承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂强度大于★试验方法对立方体抗压强度的影响2）混凝土的轴心抗压强度fckA.确定混凝土轴心抗压强度的标准方法a.标准试件：150mm150mm300mm的棱柱体；b.其余同混凝土立方体抗压强度的标准方法；承压板试块轴心抗压强度更真实反映以受压为主的混凝土结构构件。为消除端部约束的影响

随高宽比的增加，混凝土的轴心抗压强度会降低.B.fck和fcu,k的换算关系2.混凝土的轴心抗拉强度

ftk确定方法：轴心受拉试验和劈裂试验;约为立方体抗压强度的1/17～1/8；在荷载较小时，混凝土即开裂，故混凝土结构一般带裂缝工作，混凝土轴心抗拉强度不起决定作用。2.1.2复合应力状态下混凝土的强度双向应力状态下混凝土的破坏包络图大于单向；1.双向受压时，混凝土抗压强度2.双向受拉时，混凝土抗拉强度3.一向受压和一向受拉时，混凝土抗拉（抗压）强度均4.剪应力的存在，混凝土抗压强度5.压应力的存在，混凝土抗剪强度接近于单向；低于相应的单向；低于单向；有限增加。2.1.3混凝土的变形变形的分类：受力变形—荷载产生的；

体积变形—收缩、温差即湿差产生的。1.一次短期加载下混凝土的变形性能（1）混凝土受压时的应力-应变关系CBDEfc00•••Acu••OA–––弹性阶段A:0.3fcAB–––弹塑性阶段:0.3fc～0.8fc

裂缝稳定阶段BC–––裂缝不稳定阶段:0.8fc～1.0fcCE–––下降段（2）混凝土单轴向受压应力-应变曲线的数学模型１）美国E.Hognestad模型（上升段为二次抛物线，下降段为斜直线）２）德国Rüsch模型（上升段为二次抛物线，

下降段采用水平线）u=0.00350=0.002ocfcc（3）三向受压状态下混凝土的变形特点A.变形特点：侧压力约大，变形能力好，强度高；B.工程意义：设置密排箍筋间接产生侧压力。2１１222（4）混凝土的变形模量

由于混凝土的弹塑性性质，模量是一个变数，通常有三种表示方法。1）弹性模量（切线模量）：重复加载确定002）变形模量（割线模量）3）切线模量：c

=ela

+plakcc10elapla0h割线切线2.荷载长期作用下混凝土的变形性能

徐变：在长期不变的荷载作用下，结构或构件产生的应变或变形。影响徐变的因素：

A.应力（荷载）大小：应力大时，徐变大；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B.加载时的龄期：龄期早，徐变大；C.其它：水泥用量、水灰比、骨料、温度以及湿度。徐变对结构的影响：

A.使结构产生应力重分布；

B.使预应力产生损失。3.混凝土的收缩与膨胀

(1)混凝土的收缩——混凝土在空气中硬化时体积会缩小。影响混凝土收缩的因素：水泥的品种：水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越大。水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。骨料的性质：骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。养护条件：干燥失水及高温环境，收缩大。混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。使用环境：使用环境温度、湿度越大，收缩越小。构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。(2)混凝土的膨胀——混凝土在水中硬化时体积会增大。2.1.4混凝土疲劳疲劳——混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形）（1）疲劳破坏：荷载重复作用引起的破坏；（2）疲劳强度：荷载重复作用下使应力应变曲线始终保持密合直线的最大应力值；混凝土在荷载重复作用下的应力-应变曲线第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§2.2钢筋的物理力学性能

§2.3混凝土与钢筋的粘结2.2.1钢筋的种类2.2.2钢筋的强度和变形2.2.3钢筋应力-应变曲线的数学模型2.2.4钢筋的疲劳2.2.5混凝土结构对钢筋性能的要求§

2.2钢筋的物理力学性能1.钢筋的分类（1）根据化学成分碳素钢：低碳钢、中碳钢及高碳钢。（含碳量的增加，强度提高，脆性增加）普通低合金钢：加入少量合金元素。（2）根据生产工艺热轧钢筋：高温下轧制成型（如碳素钢和普通低合金）；热处理钢：热轧钢经过调质冷加工钢筋：热轧钢筋在常温下进行冷拉或冷拔。2.2.1钢筋的种类热轧钢筋：热轧光面钢筋HotRolledPlainSteelBarHPB300热轧带肋钢筋HotRolledRibbedSteelBarHRB335HRB400，余热处理钢筋RemainedheattreatmentRibbedSteelBarRRB400冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成热处理钢筋：将HRB400、RRB400钢筋通过加热、淬火、回火而成碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力钢绞线：六根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成钢筋钢丝A.柔性钢筋：普通钢筋;a.光圆钢筋：表面是光滑的；b.变形钢筋：表面有肋（如月牙肋等）；c.习惯上，直径大于4mm称为钢筋；小于或等于4mm称为钢丝。B.劲性钢筋：型钢、钢轨及其组合。光面钢筋螺纹钢筋月牙纹钢筋人字纹钢筋（3）根据钢筋外型AB’BCDE（1）.有明显屈服点的钢筋(以屈服强度作为钢筋设计强度的取值依据)0.2%0.2(2).无明显屈服点的钢筋(以条件屈服强度作为钢筋设计强度的取值依据)OA－弹性阶段A－比例极限B－屈服强度CD－强化阶段D－极限强度DE－颈缩阶段0.2－条件屈服强度2.2.2钢筋的强度与变形1钢筋的强度1）钢筋强度标准值（fykfpyk）钢筋强度标准值具有95%的保证率2）钢筋强度设计值rR—分项系数对普通钢筋：对预应力钢筋：2.钢筋的变形力学指标：伸长率和冷弯性(2)冷弯性能：以弯心直径和冷弯角度来衡量(1)伸长率：sss=Essys,hfysss=Essys,hfyfs,us,u2.2.3钢筋应力-应变曲线的数学模型1.双直线（完全弹塑性）2.三折线（完全弹塑性+硬化）3.疲劳强度fcf的确定原则：

100×100×300或150×150×450的棱柱体试块承受200万次（或以上）循环荷载时发生破坏的最大压应力值。2.2.4钢筋的疲劳1.钢筋的疲劳：钢筋在承受重复、周期动荷载作用下，经过一定次数后，从塑性破坏的性质转变成脆性突然断裂的现象2.疲劳强度：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。2.2.5混凝土结构对钢筋性能的要求1.强度2.塑性3.可焊性4.钢筋的耐火性5.与混凝土的粘结力§

2.3混凝土与钢筋的粘结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锚固粘结：保证钢筋和混凝土共同工作缝间粘结：改善钢筋混凝土的耗能性能2.3.1粘结的意义粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础2.3.2粘结力的组成1.光圆钢筋的粘结作用的三个组成部分胶结力摩阻力机械咬合作用力2.变形钢筋与混凝土之间的机械咬合作用主要是由于变形钢筋肋间嵌入混凝土而产生的。2.3.3粘结应力-滑移关系直接拔出试验弯曲拔出试验式中N—钢筋的拉力；ｄ—钢筋的直径；ｌ—粘结的长度。(1)保证最小搭接长度和锚固长度；(2)满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求；(3)在