第二章 材料力学性能

主要内容：混凝土的物理力学性能钢筋的物理力学性能钢筋与混凝土的粘结第二章混凝土结构材料的物理力学性能

材料的力学性能钢筋混凝土两者间的粘结强度变形粘结破坏的过程和机理第二章工程结构材料的物理力学性能2.1钢材2.1钢筋

SteelReinforcement一、钢筋的品种(Reinforcementtypes)

热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、冷加工钢筋三大系列。第二章工程结构材料的物理力学性能2.1钢材1、热轧钢筋

HotRolledSteelReinforcingBar

热轧钢筋：是指钢厂用熔化的钢水直接轧制而成的钢筋。它属于普通低碳钢钢筋和普通低合金钢钢筋。与世界上许多国家相比，我国建筑用钢筋的强度偏低。根据节材、减耗及对性能的要求，本次规范修订淘汰低强钢筋，强调应用高强高性能钢筋。规范根据钢筋产品标准的修改，不再限制钢筋材料的化学成分，而按性能确定钢筋的牌号和强度级别。特别注意，为了节约合金资源，降低价格，列入靠控温轧制而具有一定延性的HRBF系列细晶粒热轧带肋钢筋。第二章工程结构材料的物理力学性能2.1钢材HPB300级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HRBF335级、HRBF400级、HRB500级、HRBF500级HPBHotrolledPlainBarHRBHotrolledRibbedBarRRBRemainedRibbedBar屈服强度fyk（标准值=钢材废品限值，保证率97.73%）HPB300级：fyk=300N/mm2HRB335级：fyk=335N/mm2HRB400级、HRBF400、RRB400级：fyk=400N/mm2第二章工程结构材料的物理力学性能2.1钢材HPB300级(Ⅰ级)钢筋多为光面钢筋（PlainBar），多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋HRB335级(Ⅱ级)、

HRB400级(Ⅲ级)、HRB500(Ⅳ级）钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋。

RRB400：是钢筋热轧后快速冷却，利用钢筋内温度自行回火而成，淬火钢筋强度提高，但塑性降低，可焊性降低。不宜作为重要部位的受力钢筋，不应用于直接承受疲劳荷载的构件。HRBF335/HRBF400/HRBF500:延性、可焊性、机械连接性能较好，推广使用。第二章工程结构材料的物理力学性能2.1钢材2、中、高强钢丝和钢绞线

钢丝Wire：中强钢丝的强度为800~1230MPa，高强钢丝、钢绞线(StrandorTendon)的强度为1570~1960MPa；延伸率d10=6%，d100=3.5~4%；钢丝的直径5~9mm；外形有光面和螺旋肋两种，另有三股和七股钢绞线，外接圆直径8.6~21.6mm。中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。3、冷加工钢筋Coldworkingrebar冷加工钢筋：是指在常温下采用某种工艺（冷拉、冷拔、冷轧、冷扭）对热轧钢筋进行加工得到的钢筋。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。在非预应力结构构件中是否采用冷加工钢筋，应进行性价比等比较。冷加工钢筋已经禁止使用，是一种误解。第二章工程结构材料的物理力学性能2.1钢材

在钢筋混凝土结构中，受力钢筋强度不宜太高，受正常使用极限状态控制，预应力结构钢筋强度不宜太低，否则建立的有效预应力值很小。纵向受力普通钢筋宜采用HRB400、

HRB500、HRBF500、HRBF400钢筋,亦可用HPB300、HRB335、HRBF335、RRB400。梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋。HRB335级和

HRB400级。箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋，亦可用HRB335、HRBF335钢筋。预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。se第二章工程结构材料的物理力学性能2.1钢材二、钢筋的应力-应变关系Stress-StrainRelation

◆有明显屈服点的钢筋Rebarwithyieldpointa’为比例极限proportionallimit

s=Esea’a为弹性极限elasticlimitade为强化段strainhardeningstagebb为屈服上限upperyieldstrengthc为屈服下限，即屈服强度

fyloweryieldstrengthcdcd为屈服台阶yieldplateauefue为极限抗拉强度fu

ultimatetensilestrengthfyf第二章工程结构材料的物理力学性能3.1钢材几个指标(Index)：屈服强度yieldstrength：是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。屈强比反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.7~0.8。延伸率elongationstrain：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋的基本性能钢筋标距通常取为5d或10d，标距范围包括了钢筋的颈缩区域，而该区域的变形占试件变形的绝大部分且与试件标距的大小关系不大，所以导致不同标距的试件测得的延伸率不同。目前多采用均匀延伸率来反映钢筋的变形能力第二章工程结构材料的物理力学性能2.1钢筋钢筋最大力下的总伸长率（均匀伸长率）

均匀伸长率是对应最大应力时应变，包括了残余应变与弹性应变，反映了钢筋的真实变形能力。

延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。冷弯性能是反映钢筋变形能力的另一个指标第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋的基本性能弯芯直径越小，弯过的角度越大，冷弯性能越好，钢筋的塑性性能越好。第二章工程结构材料的物理力学性能2.1钢筋有明显屈服点钢筋的应力-应变关系一般可采用双线性的理想弹塑性关系1Es第二章工程结构材料的物理力学性能2.1钢材◆无明显屈服点的钢筋Rebarwithoutyieldpointa点：比例极限，约为0.75fua点前：应力-应变关系为线弹性a点后：应力-应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点强度设计指标——条件屈服点(Equivalentyieldpoint)残余应变为0.2%所对应的应力《规范》取s0.2=0.85fu硬钢的简化模型

第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋的基本性能第二章钢筋和混凝土的材料性能三、钢筋的蠕变、松弛和疲劳蠕变：钢筋在高应力作用下，其应变随时间而增加的现象。松弛：钢筋受力后，长度不变，则其应力随时间增长而降低的现象。2.1钢筋的基本性能3、疲劳：（1）疲劳破坏的概念：钢筋在重复、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。（3）需验算钢筋疲劳的构件：（2）影响钢筋疲劳的因素：钢筋的疲劳应力幅、钢筋的应力变化幅度、钢筋的最小应力值、钢筋外表面的几何形状、钢筋直径、钢筋等级和试验方法等。吊车梁、桥梁面板等承受重复荷载的钢筋混凝土的构件。2.1钢筋的基本性能第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋的基本性能第二章钢筋和混凝土的材料性能四、钢筋的冷加工－－冷拉和冷拔1、冷拉的概念冷拉是将钢筋拉至超过屈服强度的某一应力，然后卸载为零，再次拉伸时钢筋的屈服强度得到提高，是一种提高钢筋受拉屈服强度的方法。2、冷拉的目的提高钢筋的抗拉强度，节约钢筋。第二章钢筋和混凝土的材料性能时效：常温：20天

1000:2小时钢筋在冷拉后，未经时效前，一般没有明显的屈服台阶；经过停放或加热后进一步提高了屈服强度并恢复了屈服台阶，这种现象称为冷拉时效硬化。3、说明冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，不能提高钢筋的抗压强度。第二章钢筋和混凝土的材料性能4、冷拔的概念概念：用强力将钢筋拔过比它自身直径还小的硬质合金拔模，是一种提高钢筋强度的方法。作用：可大大提高抗拉、抗压强度。但塑性降低很多。不提倡采用冷加工钢筋用巨大的延性损失，换来较小的强度提高。不合理！五、混凝土结构对钢筋性能的要求1屈服强度2极限强度3伸长率4冷弯性能5焊接性能6耐久性能和耐火性能7粘结性能变形指标强度指标检验钢筋性能的四大指标第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋的基本性能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。混凝土是由水泥结晶体、水泥凝胶体和内部微裂缝组成的2.2混凝土的基本性能第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土的基本性能注意：1.骨料的分布及骨料与基相之间在界面的结合强度是影响混凝土强度的重要因素；

2.在荷载的作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土的强度一、混凝土的强度混凝土立方抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土抗拉强度150×150×150150×150×300100×100×500第二章混凝土结构材料的物理力学性能2.2混凝土的强度一、混凝土的强度(Strengthofconcrete)1、混凝土强度等级（StrengthGrade

）混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度(CompressiveStrength)。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抗压强度来划分的

混凝土强度标准值：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下[20±3℃，≥90%湿度]养护28天或设计规定龄期，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(CubeStrength)。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土的基本性能

套箍效应:

不涂润滑油涂润滑油

影响因素：

尺寸效应：尺寸越大，内部缺陷较多，强度较低。

加载速度：加载速度越快，强度越高。

端部约束：涂润滑油，强度降低。

龄期：随龄期逐渐增长，增长速度开始较快后来逐渐减慢。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2.2混凝土的基本性能

非标准试块强度换算系数：

200mm×200mm×200mm:1.05；

100mm×100mm×100mm:0.95。第二章钢筋和混凝土的材料性能

（2）混凝土的强度等级：《规范》是根据混凝土立方体抗压强度标准值来划分的。从C15~C80共划分为14个强度等级（如C30表示fcu,k=30N/mm2），级差为5N/mm2。C50以上为高强混凝土.2.2混凝土的强度

钢筋混凝土结构，混凝土强度等级不应低于C20，采用强度等级400MPa及以上的钢筋时，不应低于C25；

预应力混凝土结构，不宜低于C40，且不应低于C30。

素混凝土结构，强度等级不应低于C15；

承受重复荷载构件的混凝土，不应低于C30；混凝土强度等级的选用2.2混凝土的强度美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径150mm，高300mm）标准试件测定的抗压强度来划分强度等级，符号记为fc'。圆柱体强度(Cylinderstrength)与我国标准立方体抗压强度(Unfactoredcubestrength)的换算关系为，立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的受力状态，只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准（制作、测试方便）。第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土的强度2、轴心抗压强度AxialCompressiveStrength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=2~4，我国通常取150mm×150mm×300mm的棱柱体试件。

棱柱体高度的取值：

①摆脱端部摩擦力的影响；②试件不致失稳。第二章工程结构材料的物理力学性能对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为，混凝土强度等级≤C40C45C50C55C60C65C70C75C80c10.760.760.760.770.780.790.800.810.82c21.000.9840.9680.9510.9350.9190.9030.8870.87结构混凝土强度与试块混凝土强度的差异而采取的修正系数脆性影响系数

棱柱体强度与立方体强度之比值第二章钢筋混凝土结构材料的物理力学性能2.2混凝土的强度思考、混凝土破坏机理FailureMechanismfc<fcu

?不涂润滑剂涂润滑剂>≈第二章钢筋混凝土结构材料的物理力学性能2.2混凝土的强度3、轴心抗拉强度AxialTensileStrength

也是其基本力学性能，用符号ft表示。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。混凝土的抗拉强度比抗压强度低得多，一般只有抗压强度的1/20～1/10，且不与抗压强度成正比。混凝土的强度等级越高，抗拉强度与抗压强度的比值越低。2.2混凝土的强度轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系0102030405060708090100123456

GBJ10-89规范55.0395.0cu,mt,mff=3/226.0cu,mt,mff=▲轴心抗拉强度试验第二章工程结构材料的物理力学性能第二章钢筋和混凝土的材料的物理力学性能拉压压▲劈裂试验

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裂试验测定混凝土的抗拉强度.(SplittingStrength)劈拉强度劈拉试验FdF2.2混凝土的强度第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土的强度第二章钢筋混凝土结构材料的物理力学性能2.2混凝土的强度4、复杂应力下混凝土的受力性能（强度）◆双轴应力状态

BiaxialStressState实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土的强度5、复杂应力下混凝土的受力性能◆双轴应力状态

BiaxialStressState实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。双向受压强度大于单向受压强度，最大受压强度发生在两个压应力之比为0.3~0.6之间，约为1.27fc。双轴受压状态下混凝土的应力-应变关系与单轴受压曲线相似，但峰值应变均超过单轴受压时的峰值应变。第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土的强度在一轴受压一轴受拉状态下(第二、四象限)，任意应力比情况下均不超过其相应单轴强度。并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小。5、复杂应力下混凝土的受力性能◆双轴应力状态

BiaxialStressState实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土的强度5、复杂应力下混凝土的受力性能◆双轴应力状态

BiaxialStressState实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。在双轴受拉状态下（第一象限），则不论应力比多大，抗拉强度均与单轴抗拉强度接近。第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土的强度◆构件受剪或受扭时常遇到剪应力t和正应力s共同作用下的复合受力情况。混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小随压应力增大而增大当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大，压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。/fc/fc第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土的强度◆三轴应力状态

TriaxialStressState三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。一般采用圆柱体在等侧压条件下的试验测定抗压强度。第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土的强度◆三轴应力状态

TriaxialStressState三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。一般采用圆柱体在等侧压条件下的试验测定抗压强度。◆局部抗压强度LocalBearingStrength第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土的强度

一次短期荷载下

受力变形长期荷载下砼变形多次重复荷载下收缩变形

体积变形

膨胀变形温度变形二、混凝土的变形Deformation第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土的变形第二章钢筋和混凝土的材料性能1、一次短期荷载下的变形

在普通试验机上采用等应力速度加载，达到轴心抗压强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得曲线的上升段。

（1）单轴单调受压时的应力-应变关系2.2混凝土的基本性能

常采用棱柱体试件来测定。在试件的四侧面安装应变仪测读纵向压应变的变化。第二章钢筋和混凝土的材料性能

采用等应变速度加载，在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得曲线的下降段。2.2混凝土的基本性能02468102030s(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点应变e=(2~3)e0，应力s=(0.4~0.6)fc。2.2混凝土的基本性能第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土不同强度混凝土的应力-应变关系曲线强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。强度等级越低，峰值应变越小，极限应变越大，下降段越平缓——延性越好。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土的基本性能第二章钢筋混凝土结构材料的物理力学性能2.2混凝土的变形了解混凝土的破坏机理，不仅可以解释各种不同试验混凝土强度的差别，还可以通过约束混凝土的横向变形来提高混凝土的抗压强度。如图采用配置螺旋箍筋形成所谓“约束混凝土”，可显著提高混凝土的抗压强度，并且可以提高混凝土变形能力。螺旋箍筋约束混凝土第二章钢筋混凝土结构材料的物理力学性能2.2混凝土的变形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(LateralConstraint)，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。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。局部受压试件螺旋箍筋约束混凝土第二章钢筋混凝土结构材料的物理力学性能2.2混凝土的变形由螺旋箍筋约束混凝土的应力-应变曲线可见，当应力较小时，横向变形很小，箍筋的约束作用不明显；当应力超过B点的应力时，由于混凝土的横向变形开始显著增大，侧向膨胀使螺旋箍筋产生环向拉应力，其反作用力使混凝土的横向变形受到约束，从而使混凝土的强度和变形能力都得到提高。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土的变形“约束混凝土(ConfinedConcrete)”的概念在工程中许多地方都有应用，如螺旋箍筋柱、后张法预应力锚具下局部受压区域配置的钢筋网或螺旋筋等。而钢管混凝土(ConcreteFilledTube)对内部混凝土的约束效果更好，因此近年来在我国工程中得到许多应用。约束混凝土可以提高混凝土的强度，但更值得注意的是可以提高混凝土的变形能力(DeformationCapacity)，这一点对于抗震结构非常重要。在抗震结构对于可能出现塑性铰的区域，均要求加密箍筋配置来提高构件的变形能力，达到坏而不倒的目的。2.2混凝土第二章工程结构材料的物理力学性能（2）混凝土单轴受压应力－应变关系模型◆Hognestad建议的应力-应变曲线第二章工程结构材料的物理力学性能◆《规范》应力-应变关系上升段：下降段：2.2混凝土第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土（3）、混凝土受拉应力-应变关系（4）、箍筋约束混凝土受压的应力-应变关系第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土◎螺旋箍筋约束对强度和变形能力均有很大提高◎矩形箍筋约束对强度的提高不是很显著，但对变形能力有显著改善第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土⑴箍筋与内部混凝土的体积比；⑵箍筋的屈服强度；⑶箍筋间距与核心截面直径或边长的比值；⑷箍筋直径与肢距的比值；◆影响因素第二章钢筋和混凝土的材料性能R.Park建议的矩形封闭箍筋约束混凝土的应力-应变曲线2.2混凝土2、混凝土在重复荷载作用下的变形性能－疲劳第二章钢筋和混凝土的材料性能（1）一次重复荷载作用下的应力-应变曲线2.2混凝土的基本性能破坏fcf321疲劳强度<fc（2）多次重复荷载作用下的应力-应变曲线第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土的基本性能第二章钢筋和混凝土的材料性能（3）混凝土疲劳强度试验▲标准试件：150×150×300或150×150×450mm

的棱柱体▲200万次▲疲劳应力比值是影响疲劳强度大小的关键因素

▲混凝土疲劳强度fcffcf=gr

fc见教材P346附表12▲疲劳破坏的特征：裂缝小而变形大第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土（4）、混凝土受拉应力-应变关系t(MPa)0

(mm)cr=0.00012试：7619305mmfc=44MPa43210.010.020.030.040.050.06标距＝83mm重复荷载第二章工程结构材料的物理力学性能3、混凝土的弹性模量

ModulusofElasticity原点切线模量InitialModulus割线模量SecantModulus切线模量TangentModulus弹性系数n

(coefficientofelasticity)

随应力增大而减小n

=1~0.52.2混凝土eel第二章钢筋和混凝土的材料性能▲混凝土弹性模量的测定与计算se5次epAA=0.4fc2.2混凝土的基本性能注意：混凝土不是弹性材料▲混凝土剪变模量GcGc=0.4EcGc=Ec/(2+2νc),νc=0.2第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土4、混凝土的徐变Creep混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。徐变与时间有关。在测定混凝土的徐变时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形。第二章钢筋和混凝土的材料性能应变与时间的关系曲线（t0

时刻加载，t时刻卸载）t0elashcrela,ela,,cr,eteeeeee瞬时恢复应变弹性后效残余应变加载瞬时应变

收缩应变

徐变

▲特点：开始快、以后慢；半年完成大部分、一年稳定、三年终止徐变与时间的关系第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土▲内在因素：是混凝土的组成和配比。骨料的刚度（弹性模量）越大，体表比越大，徐变就越小;

水灰比越小，水泥用量越少，徐变也越小。▲环境影响：包括养护和使用条件。受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。影响徐变的因素第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土

当初始应力水平si/fc≤0.5时，徐变值与初应力基本上成正比，这种徐变称为线性徐变。产生线性徐变的主要原因是凝胶体的塑性流动。

当初应力si

在(0.5~0.8)fc

范围时，徐变最终虽仍收敛，但最终徐变与初应力si不成比例，这种徐变称为非线性徐变。产生非线性徐变的主要原因是裂缝的出现与发展。▲应力条件：是指初应力水平si

/fc是影响徐变的非常主要的因素。

当初应力si

>0.8fc时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，徐变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。因此将0.8fc作为混凝土的长期抗压强度。徐变对混凝土结构的影响PAsPAss1c1Ps2Ass2P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂徐变：s，c第二章钢筋和混凝土的材料性能第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土▲不利影响：徐变会使结构（或构件）的变形增大（如挠度）

；引起预应力损失；在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。▲有利影响：

有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力；减小大体积混凝土内的温度应力；受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。徐变对结构的影响第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土5、混凝土的收缩Shrinkage膨胀和温度变形混凝土在空气中硬化(hardening)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。

AssAss收缩：钢筋受压，混凝土受拉As第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土

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。第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。一般情况下，最终收缩应变值约为(2~5)×10-4

混凝土开裂应变为(0.5~2.7)×10-4第二章工程结构材料的物理力学性能2.2混凝土◆影响因素

混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。

水泥用量多、水灰比越大，收缩越大

骨料弹性模量高、级配好，收缩就小

干燥失水及高温环境，收缩大

小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小高强混凝土收缩大影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响——施工缝。圆环试验钢环混凝土环第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土膨胀的概念

混凝土在水中硬化时体积会增大，这种现象称为混凝土的膨胀。

但混凝土的膨胀值一般较小，对结构的影响也较小，所以经常不予考虑。膨胀对结构的影响第二章钢筋混凝土结构材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结无粘结梁受荷前ss=0无粘结梁受荷后相对滑移受力性能同素混凝土梁2.3钢筋与混凝土的粘结一、粘结的概念第二章材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结端部有锚固无粘结梁受荷前ss=常数端部有锚固无粘结梁受荷后第二章材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结有粘结梁受荷前sssst+dssssss+dss

dx

有粘结梁受荷后dx

通过粘结可实现钢筋与混凝土之间的应力传递，保证两种材料结合在一起共同工作。第二章材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结三、两类粘结

1、锚固粘结二、粘结的作用锚固长度：当钢筋应力达到fy

时，所需的埋入长度。2、局部粘结(缝间粘结)NNt裂缝间粘结应力第二章材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结1粘结力的组成⑴混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶结力；⑵混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的钢筋与混凝土间的摩擦力；⑶由于钢筋表面凹凸不平而产生的机械咬合力。第二章材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结四、粘结的机理▲然后主要由摩擦力发挥作用。▲当摩擦力不能阻止两者间的相对滑动时：

对于光面钢筋，粘结就遭到破坏；

对于带肋钢筋，其后主要由机械咬合力发挥作用，最后机械咬合力不能阻止两者间的相对滑动时，粘结遭到破坏。第二章材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结▲首先胶结力发挥作用。当钢筋与混凝土产生相对滑动后，胶结作用即丧失。

光面钢筋与混凝土的粘结强度较低，通常需在钢筋端部增设弯钩。第二章材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结2光面钢筋的粘结手工弯钩机械弯钩（1）

肋的作用：可显著增加钢筋与混凝土的机械咬合作用，从而大大增加了粘结强度。（2）

肋的形式：人字纹、月牙纹和螺纹。第二章材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结3带肋钢筋的粘结（2）水平分力使钢筋周围的混凝土轴向受拉、受剪，并使混凝土产生内部斜向锥形裂缝。第二章材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结4带肋钢筋与砼间机械咬合作用的受力机理斜向挤压力径向分力水平分力（1）变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力。径向分力使混凝土中产生环向拉力，并使混凝土产生内部径向裂缝。（3）径向裂缝发展到构件表面，产生劈裂裂缝，机械咬合作用很快丧失，产生劈裂式粘结破坏。第二章材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结第二章材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结（4）若肋前部的混凝土在水平分力和剪力作用下被挤碎，发生沿肋外径圆柱面的剪切破坏，即形成“刮梨式”粘结破坏。（在钢筋周围的横向钢筋较多或混凝土的保护层厚度较大时发生）。（5）

“刮梨式”粘结破坏是变形钢筋与混凝土粘结强度的上限。五、粘结强度1拔出试验第二章材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结（1）锚固长度拔出试验

五、粘结强度1拔出试验第二章材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结

钢筋屈服时未被拔出的最小埋长称的基本锚固长度。（1）锚固长度拔出试验

（2）粘结强度拔出试验

粘结强度tu

：粘结破坏（钢筋拔出或混凝土劈裂）时的最大平均粘结应力第二章材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结第二章材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结2影响粘结强度的主要因素

（1）混凝土强度：混凝土强度等级高、粘结强度大；且与

ft

成正比。（2）钢筋的外形特征:变形钢筋的粘结强度大于光面钢筋的粘结强度。（3）

保护层厚度和钢筋净间距：相对保护层厚度c/d

越大，粘结强度越高。钢筋净距s与钢筋直径d的比值s/d

越大，粘结强度也越高。第二章材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结第二章材料的力学性能2.3钢筋与混凝土的粘结（4）

横向配筋：限制了径向裂缝的发展，使粘结强度得到提高。

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存在侧压力可提高粘结强度；

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受反复荷载作用的钢筋，肋前后的混凝土均会被挤碎