第二章 混凝土钢筋的性能

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钢筋与混凝土的粘结性能2.1混凝土的物理力学性能

PasteSandMortarGravelConcreteCementWater混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例组成，经凝结和硬化形成的，属于复合材料。一混凝土强度(StrengthofConcrete)混凝土立方体抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土抗拉强度混凝土复合（多轴）强度CubicCompressiveStrengthCompressiveStrengthTensileStrengthMulti-axialStrength一、混凝土的强度1、混凝土强度等级-立方体抗压强度混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土的强度等级是用立方体抗压强度来划分的混凝土强度等级：边长150mm立方体试件，在20±3℃，相对湿度90%以上潮湿空气中养护28天，用标准试验方法（加载速度0.3~0.8N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度，用符号C表示，如：C30表示fcu,k=30N/mm2

影响立方体抗压强度的因素：试验方法：压力机垫板的横向摩擦约束，造成混凝土试块端部处在多轴受力状态，就象在试件上下端各加了一个套箍，致使破坏时形成两个对顶的角锥破坏面，抗压强度高于无约束情况。不涂润滑剂涂润滑剂>未采取减摩措施采取减摩措施后第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土2、棱柱体抗压强度-轴心抗压强度

轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号fc表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为h/b=2~3，我国通常取150mm×150mm×300mm的棱柱体试件。承压板试块c1—棱柱体强度与立方体强度之比值，对C50及C50以下混凝土取0.76；对C80砼取0.82,中间按线性规律变化；c1—C40以上混凝土脆性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87，中间按线性规律变化。0.88-考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异，对混凝土强度的修正系数。第二章钢筋和混凝土的材料性能3、轴心抗拉强度混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。第二章钢筋和混凝土的材料性能拉压压由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度劈拉试验PaP第二章钢筋和混凝土的材料性能二、混凝土的变形变形是混凝土的一个重要力学性能。混凝土变形受力变形－一次短期加载、荷载长期作用和多次重复加载作用下产生的变形。体积变形－硬化过程中的收缩以及温度和湿度变化。1.一次短期加载作用下混凝土的变形性能（1）混凝土受压时的应力应变关系Stress-strainRelationship02468102030s(MPa)e×10-3第二章钢筋和混凝土的材料性能BACEDA点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强度混凝土sA约为

(0.3~0.4)fc，对高强混凝土sA可达(0.5~0.7)fc。A点以后，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力-应变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是稳定的。混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。达到B点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导致破坏。取B点的应力作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土sB约为0.8fc，高强强度混凝土sB可达0.95fc以上。达到C点fc，内部微裂缝连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰值应变

e0，约为0.002。纵向应变发展达到D点，内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。E点的应变e=(2~3)e0，应力s=(0.4~0.6)fc。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土由上述混凝土的破坏机理可知，微裂缝的发展导致横向变形的增大。对横向变形加以约束，就可以限制微裂缝的发展，从而可提高混凝土的抗压强度。立方体试件受约束范围大，而棱柱体试件中部未受约束，因此造成了不同受压试件强度的差别和破坏形态的不同。混凝土局部受压强度fcl

比轴心抗压强度

fc大很多，也是因为局部受压面积以外的混凝土对局部受压区域内部混凝土微裂缝产生了较强的约束。不同强度混凝土的应力-应变关系曲线强度等级越高，上升段和峰值应变的变化不显著，但，下降段的形状有较大的差异，强度越高，下降段越陡，即延性越差。（2）应力应变曲线的数学模型a.美国E.Hognestad建议的模型上升段下降段b.德国Rush建议的模型上升段下降段00.0020.0035

fcsee0euc.《混凝土设计规范》模型上升段：下降段：（3）混凝土的模量弹性模量（原点模量）ElasticModulusseE’’c=tana2切线模量TangentModulusseE’c=tana1割线模量(变形模量）SecantModulus弹性系数n

(coefficientofelasticity)

随应力增大而减小n==1~0.5弹性模量测定方法标准尺寸的棱柱体试件（150mm×150mm×300mm)，加载至0.4fc，然后卸载至0，重复加卸载5次。应力－应变曲线稳定为直线的斜率即为弹性模量。se0.4fc5次2.荷载长期作用下混凝土的变形性能－徐变Creep结构或材料承受的荷载不变，而应变和变形随时间增长的现象称为徐变。徐变主要与时间参数有关。徐变的不利之处：徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。有利之处：徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力，减小大体积混凝土的温度应力。影响徐变的因素：内在因素；

环境因素；

应力因素。影响徐变的因素：a.

应力大小－应力越大徐变也越大；当应力较小时，徐变与应力成正比，称为线形徐变，应力较大时，徐变变形比应力增长要快，称为非线形徐变。b.

加载龄期－龄期越早，徐变越大；c.混凝土的制作方法、养护条件－特别是养护时的温度和湿度对徐变有重要影响，养护时温度高、湿度大，水泥水化作用充分，徐变越小。受荷后，环境温度越高，湿度越低，则徐变越大；d.

骨料弹性性质－骨料越坚硬，弹性模量越高，对水泥石徐变的约束作用越大，混凝土徐变越小；e.混凝土组成－水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐变越大；f.

构件的形状、尺寸－大尺寸试件内部失水受到限制，徐变减小。第二章钢筋和混凝土的材料性能3、混凝土的收缩Shrinkage混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。

当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。某些对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形2.2钢筋的物理力学性能第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋2.1钢筋

SteelReinforcement一、钢筋的品种热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋第二章钢筋和混凝土的材料性能热轧钢筋

HotRolledSteelReinforcingBarHPB300级、HRB335级、HRB400级、RRB400级，新增HRBF335、HRB500、HRBF400、HRBF500HPBHotrolledPlainBarHRBHotrolledRolledBarRRBRolledRibbedBar屈服强度fyk（标准值=钢材废品限值，保证率95%）HPB300级：fyk=300N/mm2HRB335级：fyk=335N/mm2HRB400级、RRB400级：fyk=400N/mm24.2.1

混凝土结构的钢筋应按下列规定选用：

1纵向受力普通钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500

钢筋，也可采用HPB300、HRB335、HRBF335、RRB400钢筋；

2梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋；

3箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋，也可采用HRB335、HRBF335钢筋；

4预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。

二钢筋的力学性质有明显屈服点的钢筋(软钢)无明显屈服点的钢筋(硬钢)冷拉钢筋有明显屈服点的钢筋

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