建筑工程钢筋混凝土的力学性能

第一章钢筋混凝土的力学性能1.1钢筋1.2混凝土的强度1.3混凝土的变形1.4钢筋和混凝土的共同工作11.1.1钢筋的性能钢筋作用受力钢筋架立钢筋分布钢筋纵向构造钢筋(腰筋)构造箍筋1.1钢筋主要承担拉力，也可加强砼的抗压能力.保证受力钢筋的设计位置不因捣制砼而有所移动将构件所受到的外力分布在较广的范围，以改善在板中受力情况，同时固定受力钢筋。改善梁、柱中受力情况，同时固定受力钢筋。梁截面高度较大时梁中构造钢筋2受力、架立和分布钢筋并不一定能绝对区别开来，即同一钢筋往往可同时起上述两种以上的作用，此外，钢筋往往还有其它作用，如，一般砼收缩及温度变化的应力能常就利用受力与分布钢筋来承受，但有时也设专门的温度钢筋。3砼结构对钢筋质量要求适当强度：屈服和极限强度，屈服强度是计算主要依据；可焊性好：要求钢筋焊接后不产生裂纹及过大变形；足够塑性：以伸长率和冷弯性能为主要指标，即要求钢筋断裂前有足够变形，在钢筋混凝土结构中，能给出构件将要破坏的预告信号，同时保证钢筋冷弯要求。一般而言强度高的钢筋塑性和可焊性就差些；钢筋耐火性：热轧钢筋最好，冷拉钢筋其次，预应力钢筋最差，设计时注意砼保护层厚度满足耐火极限要求。与砼粘结良好:保证共同工作。41.1.2钢筋品种、级别和分类《砼结构设计规范》规定，用于钢筋混凝土结构的国产普通钢筋可使用热轧钢筋。用于预应力砼结构的国产预应力钢筋可使用预应力钢丝（消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝）、钢绞线，也可使用热处理钢筋。热轧钢筋

由低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成。按其强度由低到高分为HPB235（原Ⅰ级）、HRB335（Ⅱ级）、HRB400（Ⅲ级）和RRB400（余热处理Ⅲ级，可作为三级钢筋使用，但焊接受热回火可能降低强度且高强部分集中在钢筋表层，疲劳性能、冷弯性能受到影响。）其余钢筋的制作工艺可参考相关资料。《规范》规定钢筋混凝土结构中的纵向受力钢筋宜优先采用HRB400级钢筋。5用冷拉或冷拔的冷加工方法可提高热轧钢筋强度。冷拉时，钢筋冷拉应力值必须超过钢筋屈服强度。冷拉后经过一段时间钢筋屈服点有所提高，这种现象称为时效硬化。时效硬化和温度有关，温度过高（450℃以上）强度反而有所降低而塑性性能却有所增加，温度超过700℃，钢材会恢复到冷拉前力学性能，不会发生时效硬化。为避免冷拉钢筋在焊接时高温软化，要先焊好后再进行冷拉。钢筋经过冷拉和时效硬化，能提高屈服强度、节约钢材，但冷拉后钢筋塑性有所降低。为了保证钢筋在强度提高的同时又具有一定的塑性，冷拉时应该同时控制应力和控制应变。冷拔钢筋是将钢筋用强力拔过比小直径硬质合金拔丝模，同时受到纵向拉力和横向压力作用，截面变小而长度拔长。经过几次冷拔，钢丝的强度比原来有很大提高，但塑性降低很多。冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，冷拔则可同时提高抗拉及抗压强度。应用冷加工钢筋应参照相应的行业标准。知识点：冷拉及冷拔钢筋6知识点：按外形特点分类目前广泛使用的变形钢筋是纵肋与横肋不相交的月牙纹钢筋，与螺纹钢筋相比，月牙纹钢筋避免了纵横肋相交处的应力集中现象，使钢筋的疲劳强度和冷弯性能得到一定改善，而且还具有在轧制过程中不易卡辊的优点；不足的是与螺纹钢筋相比，月牙纹钢筋与砼的粘结强度略有降低。光面钢筋螺纹钢筋月牙纹钢筋人字纹钢筋7知识点：柔性及劲性钢筋

钢筋混凝土结构中使用的钢筋又可以分为柔性钢筋及劲性钢筋。柔性钢筋常用的普通钢筋的统称。其外形有光圆和带肋两类，带肋钢筋又可分为等高肋和月牙肋两种。I级钢筋是光圆钢筋，II级、III级钢筋是带肋的，统称为变形钢筋。钢丝的外形通常为光圆，也有在表面刻痕的。柔性钢筋可绑轧或焊接成钢筋骨架或钢筋网，分别用于梁、柱、板、壳结构中。劲性钢筋是由各种型钢与钢筋焊接成的骨架。劲性钢筋本身刚度很大，施工时模板及混凝土的重力可以由劲性钢筋本身来承担，因此能加速并简化支模工作，承载能力也比较大。8软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋)硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(钢丝、热处理钢筋)1.1.3钢筋的强度和变形91.1.3钢筋的强度和变形1、钢筋的变形指标lPP伸长率——钢筋拉断后的伸长值与原长的比值

伸长率越大，塑性越好。冷弯性能——将直径为d的钢筋绕过直径为D的弯芯弯曲到规定角度后无裂纹断裂及起层现象为合格

D越小，弯转角越大，塑性越好。102钢筋应力力－应变曲线线oa－弹性阶段,ac－流塑阶段,cd－强化阶段,de－颈缩阶段a－比例极限,b－屈服强度,d－极限强度,0.2－条件屈服强强度比例极限屈服强度极限强度o(N/mm2)fyfted流幅abc0.2%0.2(N/mm2)o软钢硬钢113钢筋强度度设计值的取取值依据对于软钢取屈服强度fy作为强度设计依据。对于硬钢取条件屈服强度0.2作为强度设计依据(取0.2=0.8fsu)。由于构件中钢钢筋的应力达达到屈服点后后，会产生很很大的塑性变变形，使得钢钢筋混凝土构构件出现很大大的变形和过过宽的裂缝，，以致不能使使用，所以对对有明显流幅幅的钢筋，在在计算承载力力时以屈服点点作为钢筋强强度限值。对对没有明显流流幅或屈服点点的预应力钢钢丝、钢绞线线和热处理钢钢筋，为了与与钢筋国家标标准相一致，，《规范》中也规定定在构件承承载力设计计时，取极极限抗拉强强度80％％作为条件件屈服点。。钢筋受压性性能在到达达屈服强度度前与受拉拉时应力应应变规律相相同，其屈屈服强度也也与受拉时时基本一样样。在达到到屈服强度度之后，由由于试件发发生明显的的塑性压缩缩，截面积积增大，因因而难以给给出明确的的抗压极限限强度。121.1.4钢筋的的强度和变变形指标1钢筋强强度指标钢筋力学性性能要求：：屈服强度度、极限强强度、伸长长率、冷弯弯性能。（1）软钢钢：屈服强度、、极限强度度当某截面钢钢筋应力达达到屈服强强度后，试试件将在荷荷载基本不不增加情况况下产生持持续塑性变变形，构件件可能在钢钢筋尚未进进入强化阶阶段之前就就已破坏或或产生过大大的变形与与裂缝。因因此，钢筋的屈服服强度是钢钢筋关键性性强度指标标；此外，钢筋的屈强强比（屈服服强度与极极限强度之之比）表示示结构可靠靠性潜力。在抗震结结构中，考考虑受拉钢钢筋可能进进入强化阶阶段，要求求其屈强比比≤0.8，因而钢钢筋极限强强度是检验验钢筋质量量的另一强强度指标。。（2）硬钢钢：极限强度由于其条件件屈服点不不易测定，，钢筋质量量检验以极极限强度作作为主要强强度指标，，并规定取取条件屈服服强度为极极限强度0.8倍，，即f0.2＝0.8fsu。132钢筋变变形性能指指标（1）伸长长率为钢筋试件件拉断后的的伸长值与与原长的比比率。伸长长率是衡量量钢筋塑性性性能的一一个指标，，伸长率越越大，塑性性越好。塑塑性好的钢钢筋，拉断断前有明显显的预兆，，反之，则则呈脆性特特征。（2）冷弯弯试验是检验钢筋筋塑性的另另一种方法法，伸长率率一般不能能反映钢材材脆化的倾倾向，为使使钢筋在弯弯折加工时时不易断裂裂和使用过过程中不致致脆断，应应进行冷弯弯试验，并并保证满足足规定的指指标。冷弯弯试验的合合格标准为为在规定弯弯心直径和和冷弯角度度下冷弯后后的钢筋应应无裂纹、、鳞落或断断裂现象。。注：屈服强度、、极限强度、伸伸长率和冷弯性性能是对软钢进进行质量检验的的四项主要指标标，而对无明显显屈服点的钢筋筋，则只测后三三项。141.1.5钢钢筋的冷拉和冷冷拔钢筋的冷加工包包括冷拉与冷拔拔。钢筋冷加工工是将热轧钢筋筋或线材通过冷冷加工工艺以改改变材质、提高高强度，达到节节约材料目的。。1冷拉将钢筋拉伸至超超过其屈服强度度某一应力，后后卸荷至零以提提高钢筋强度的的方法。冷拉强强化和时效硬化化。屈服强度提提高，塑性下降降。ofyftedabc冷拉未经时效冷拉经时效15合理选择控制点点，可使钢筋既既保持一定的塑塑性又能提高强强度，控制点的的应力称为冷拉拉控制应力，对对应的应变称为为冷拉控制应变变或冷拉率。相相应的冷拉工艺艺有应力控控制和和应变变控制制两种。。当采采用应应力控控制时时，冷冷拉控控制应应力直直接取取强度度标准准值；；当采采用控控制应应变时时，冷冷拉控控制应应力取取强度度标准准值加加30N/mm2，并按按应力力确定定相应应的冷冷拉率率。通通常为为了保保证钢钢筋在在强度度提高高的同同时又又具有有一定定的塑塑性，，冷拉拉时应应同时时控制制应力力和控控制应应变。。值值得注注意的的是，，时效效硬化化和温温度有有很大大关系系，温温度过过高（（450摄摄氏度度以上上）强强度反反而有有所降降低而而塑性性性能能却有有所增增加，，温度度超过过700摄摄氏度度，钢钢材会会恢复复到冷冷拉前前的力力学性性能，，不会会发生生时效效硬化化。焊焊接时时产生生的高高温会会使钢钢筋软软化，，因此此需焊焊接的的钢筋筋应先先焊好好再进进行冷冷拉；；同时时，冷冷拉只只能提提高钢钢筋的的抗拉拉强度度而不不能提提高抗抗压强强度。。1冷冷拉16将钢筋筋用强强力拔拔过比比其直直径小小的硬硬质合合金拔拔丝模模。钢钢筋受受到纵纵向拉拉力和和横向向压力力的作作用，，内部部结构构发生生变化化，截截面变变小而而长度度拔长长。经经过几几次反反复冷冷拔，，钢筋筋强度度比原原来的的有很很大的的提高高，而而塑性性则显显著降降低，，且没没有明明显屈屈服点点。冷冷拔可可同时时提高高钢筋筋的抗抗拉强强度和和抗压压强度度。2冷冷拔171.1.6钢钢筋疲疲劳1疲疲劳定定义：钢筋筋承受受重复复周期期性动动载作作用，，经过过一定定次数数后，，突然然脆性性断裂裂现象象。吊吊车梁梁、桥桥面板板、轨轨枕等等钢砼砼构件件在正正常使使用时时会由由于疲疲劳发发生破破坏。。钢筋筋的疲疲劳强强度与与一次次循环环应力力中最最大和和最小小应力力的差差值（（应力力幅度度）有有关，，钢筋筋的疲疲劳强强度是是指在在某一一规定定应力力幅度度内经经受一一定次次数循循环荷荷载后后发生生疲劳劳破坏坏的最最大应应力值值。2产生原原因：一般认为为是由于钢钢筋内部和和外部的缺缺陷，容易易引起应力力集中。应应力过高，，钢材晶体体滑移，产产生疲劳裂裂纹，应力力重复作用用次数增加加，裂纹扩扩展。3影响因因素：疲劳强度度主要与应应力变化的的幅值有关关，其它有有：最小应应力值的大大小、钢筋筋外表面几几何尺寸和和形状、钢钢筋的直径径、钢筋的的强度、钢钢筋的加工工和使用环环境以及加加载的频率率等。由于承受重重复性荷载载的作用，，钢筋的疲疲劳强度低低于其在静静荷载作用用下的极限限强度。原原状钢筋疲疲劳强度最最低。埋置置在砼中钢钢筋的疲劳劳断裂通常常发生在纯纯弯段内裂裂缝截面附附近，疲劳劳强度稍高高。181.1.7钢筋应应力应变的的数学模型型1完全弹塑性双线型模型双直线模型适用于流幅较长的低强度钢材模型将钢筋筋的应力－－应变曲线线简化为图图1－9（（a）所示示的两段直直线，不计计屈服强度度的上限和和由于应变变硬化而增增加的应力力191.1.7钢筋应应力应变的的数学模型型2完全弹塑性强化三线型模型三折线模型适用于流幅较短的软钢可以描述屈屈服后立即即发生应变变硬化（应应力强化））的钢材，，正确地估估计高出屈屈服应变后后的应力。。203弹塑性双斜斜线型模型型双斜线型模型适用于没有流幅的高强度钢筋或钢丝211.2.1混凝土土立方体抗抗压强度虽然实际工工程中的混混凝土构件件和结构一一般处于复复合应力状状态，但是是单向受力力状态下混混凝土的强强度是复合合应力状态态下强度的的基础和重重要参数。。混凝土的强强度与水泥泥强度等级级、水灰比比有很大关关系，骨料料的性质、、混凝土的的级配、混混凝土成型型方法、硬硬化时的环环境条件及及混凝土的的龄期等也也不同程度度地影响混混凝土的强强度。试件件的大小和和形状、试试验方法和和加载速度度也影响混混凝土强度度试验结果果，各国对对各种单向向受力下的的混凝土强强度都规定定了统一的的标准试验验方法。22砼立方体强强度的定义义：立方体试试件的强度度比较稳定定，我国把把立方体强强度值作为为混凝土强强度的基本本指标，并并把立方体体抗压强度度作为评定定混凝土强强度等级的的标准。我我国《规范范》规定：：，用ƒcu,k表示，单位N/mm2。1混凝土立方体体抗压强度的定义义和强度等级23立方体标准强度（（ƒcu,k）两重含义：1、采用边长为150㎜的立方体体试块，在标准条条件（温度为17～23℃，湿度度在90％以上））下养护28d，，按照标准的试验验方法加压到破坏坏测得的立方体抗抗压强度。2、作为标准值，，所测得的混凝土土的立方体抗压强强度不小于该值的的保证率为95％％，也即强度低于于该值的概率不大大于5％。24砼强度等级规定：：《规范》规定混凝凝土强度等级应按按立方体抗压强度度标准值确定。《《规范》规定的混混凝土强度等级有有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80共共14个等级。例例如，C30表示示立方体抗压强度度标准值为30N/mm2。其中中C50～C80属于高强度混凝凝土范畴。25试验方法对混凝土的立方体体强度有很大影响响。试件在试验机机上单向受压时，，竖向缩短，横向向扩张，由于混凝凝土与压力机垫板板弹性模量和横向向变形系数不同，，压力机垫板的横横向变形明显小于于砼的，垫板通过过接触面上的摩擦擦力约束混凝土试试块横向变形，就就象在试件上下端端各加了一个套箍箍，致使混凝土破破坏时形成两个对顶的角锥形破破坏面，抗压强度比没没有约束的情况况要高。如果在在试件上下表面面涂一些润滑剂剂，测得的抗压压强度就低。我国规定的标准准试验方法是不不涂润滑剂的。。加载速度对立方体强度也也有影响，加载载速度越快，测测值越大。通常常规定加载速度度为：混凝土强强度等级低于C30时，取每每秒0.3～0.5N/mm2；高于或等于C30时，取每每秒0.5～0.8N/mm2。2影响混凝土土立方体抗压强强度的因素26《规范》规定，，钢筋混凝土结结构的混凝土强强度等级不应低低于C15；当当采用HRB335级钢筋时时，混凝土强度度等级不宜低于于C20；当采采用HRB400和RRB400级钢筋以以及承受重复荷荷载的构件，混混凝土群雕的不不得低于C20。预应力混凝凝土结构的混凝凝土强度等级不不应低于C30；当采用钢绞绞线、钢丝、热热处理钢筋作预预应力钢筋时，，混凝土强度等等级不宜低于C40。3钢筋混凝土土结构对混凝土土强度等级的要要求271.2.2混混凝土轴心抗压压强度混凝土抗压强度度与试件形状有有关，采用棱柱柱体比立方体能能更好的反映混混凝土结构的实实际抗压能力。。用混凝土棱柱柱体试件测得的的抗压强度称为为轴心抗压强度度。我国《普通通混凝土力学性性能试验方法》》规定以150mm×150mm×300mm的棱柱体体作为混凝土轴轴心抗压强度试试验的标准试件件。试件制作同同立方体试件，，试件上下表面面不涂润滑剂。。281.2.3混混凝土轴心抗压压强度由于棱柱体试件件的高度越大，，试验机压板与与试件之间摩擦擦力对试件高度度中部的横向变变形的约束影响响越小，所以棱棱柱体试件的抗抗压强度都比立立方体强度值小小，并且棱柱体体试件高宽比越越大，强度越小小。但是，当高高宽比达到一定定值后，这种影影响就不明显了了。在确定棱柱柱体试件尺寸时时，一方面要考考虑到试件具有有足够的高度以以不受试验机压压板与试件承压压面间摩擦力的的影响，在试件件的中间区段形形成纯压状态，，同时也要考虑虑到避免试件过过高，在破坏前前产生的附加偏偏心而降低抗压压极限强度。根根据资料，一般般认为试件的高高宽比为2～3时，可以基本本消除上述两种种因素的影响。。《规范范》规规定以以上述述棱柱柱体试试件测测得具具有95％％保证证率的的抗压压强度度为混混凝土土轴心心抗压压强度度标准准值，，用ƒƒck表示。。29知识点点：混混凝土土轴心心抗压压强度度与立立方体体抗压压强度度的关关系《规范范》基基于安安全取取偏低低值，，轴心心抗压压强度度标准准值与与立方方体抗抗压强强度标标准的的关系系按下下式确确定：：c1为棱柱柱体强强度与与立方方体强强度之之比，，对混混凝土土强度度等级级为C50及以以下的的取c1＝0.76，对对C80取取c1＝0.82，在在此之之间按按直线线规律律变化化取值值。c2为高高强度度混凝凝土的的脆性性折减减系数数，对对C40及及以下下取c2＝1.00，对对C80取取c2＝0.87，中中间按按直线线规律律取值值。0.88为为考虑虑实际际构件件与试试件混混凝土土强度度之间间的差差异而而取用用的折折减系系数。。301.2.4混混凝土土轴心心抗拉拉强度度砼抗拉强度度远低于抗抗压强度，，仅抗拉强强度5％～～10％，，与立方体体抗压强度度不是线性性关系，立立方体抗压压强度越高高，比值ft/fcu越小。在钢钢筋砼构件件的破坏阶阶段，处于于受拉工作作状态的砼砼一般早已已开裂，故故在构件的的承载力计计算多数情情况下是不不考虑受拉拉砼工作的的。但是砼砼的抗拉强强度对钢筋筋构件多方方面的工作作性能有重重要影响，，而且在构构件的抗裂裂、抗扭、、抗冲切等等计算中还还常直接利利用砼的抗抗拉强度，，新规范在在抗剪计算算中亦考虑虑的抗拉强强度。因此此，砼的抗抗拉强度也也是一项必必须确定的的重要指标标。31混凝土的的轴心抗抗拉强度度可以采采用直接接轴心受受拉的试试验方法法来测定定。但是是由于混混凝土内内部的不不均匀性性，加之之安装试试件的偏偏差等原原因，准准确测定定抗拉强强度很困困难。所所以国内内外常用用圆柱体或或立方体体的劈裂裂试验来间接测测试砼的的轴心抗抗拉强度度。1.2.4混混凝土轴轴心抗拉拉强度321混凝凝土轴心心抗拉强强度测定定方法－－直接测测试法116对两端预预埋钢筋筋的棱柱柱体试件件（钢筋筋位于试试件轴线线上）施施加拉力力，试件件破坏时时的平均均拉应力力即为砼砼的抗拉拉强度，，这种测测试对试试件尺寸寸及钢筋筋位置要要求较严严。33采用边长为a的立方体试试件，通过5mm的方钢钢垫条采用压压力试验机施施加压力F。。试件破坏时时，被劈裂成成两半。2混凝土轴轴心抗拉强度度测定方法－－劈拉测试法法5mm方钢条压拉试验表明劈拉强度略大于直接受拉强度，劈裂试件大小对试验结果有一定影响。343混凝土轴轴心抗拉强度度与立方体强强度的关系351.2.6复复合应力状状态下的混凝凝土的强度实际砼构件大大多是处于复复合应力状态态，例如框架架梁、柱，节节点区砼受力力更复杂。至至今尚未建立立完善的复合合应力状态下下的强度理论论。1混凝土双向受力强度（教材图1－9）——拉压（1）第一象限双向受拉区，σ1、σ2相互影响不大，不同应力比值σ1/σ2下的双向受拉强度均接近于单向受拉强度，为fc大约0.1倍。（2）第三象限双向受压区，大体上一向的强度随另一向压力的增加而增加，混凝土双向受压强度比单向受压强度最多可提高27％。而在两向压力相等的情况下，其强度增加仅为16％左右。（3）第二、四象限为拉－压应力状态，此时混凝土的强度均低于单向拉伸或压缩时的强度。361混凝土双双向受力强度度——剪压或或剪拉这说明：梁受受弯矩和剪力力共同作用以以及柱在受到到轴压的同时时也受到水平平地震作用产产生的剪力作作用时，结果果中有剪应力力会影响梁与与柱中受压区区混凝土的强强度。另外，，还可看出，，抗剪强度随随着拉应力的的增大而减小小，也就是说说剪应力的存存在也会使抗抗拉强度降低低。轴拉纯剪剪压轴压（1）剪应力的存在，混凝土抗压强度要低于单向抗压强度；（2）压应力低时，抗剪强度随压应力的增大而增大；（3）当压应力约超过0.6ƒˊc时，抗剪强度随压应力的增大而减小。372混凝土三三向受压强度度砼三向受压，由于受到侧向压力约束作用，最大主压应力轴抗压强度σ1有较大增长，其变化规律随两侧向压应力（σ2、σ3）的比值和大小而不同。常规的三轴受压是在圆柱体周围加液压，在两侧向等压（σ2＝σ3＝σr）的情况下进行的。试验表明，当侧向液压值不很大时，最大主压应力轴的抗压强度随两侧向应力的增大而提高，由试验得到的经验公式为：σ1—有侧向压力约束试件的轴心抗压强度；

σ2—侧向约束压应力；（4.0～7.0）—侧向应力系数，侧向压力较低时得到的系数值较高。38在工程实践中中，为了进一一步提高混凝凝土的抗压强强度，常常用用横向钢筋约约束混凝土。。例如，螺旋旋钢箍柱，钢钢管混凝土等等，它们都是是用螺旋形钢钢箍、钢管和和矩形钢箍来来约束混凝土土以限制其横横向变形，使使混凝土处于于三向受压的的应力状态，，从而提高混混凝土的强度度，但更主要的的是横向钢钢筋可以提提高混凝土土耐受变形形的能力。。这对提高高钢筋混凝凝土结果抗抗震性能具具有重要意意义。2混凝土土三向受压压强度39混凝土在一一次短期加加载、荷载载长期作作用和多次次重复荷载载作用下会会产生变形形，

这类类变形称为为受力变形形。另外，，混凝土由由于硬化化过程中的的收缩以及及温度和湿湿度

变化化也会产生生变形，这这类变形称称为体积变变形。变变形是混凝凝土的一个个重要力学学性

能。。1.3混混凝土的的变形401.3混混凝土的的变形1.3.1短期加加载时混凝凝土的变形形1混凝土土受压时的的应力－应应变关系（（受拉基本本相同）混凝土的应应力应变曲曲线是砼力力学性能的的一个重要要方面，是是钢筋砼构构件应力分分析、建立立强度和变变形计算理理论不可少少的依据。。比例极限弹性阶段裂缝稳定扩展阶段裂缝不稳定扩展阶段下降段峰值应力后裂缝继续扩展阶段收敛段典型的混凝凝土应力———应变曲曲线411.3.1短期加加载时混凝凝土的变形形比例极限弹性阶段裂缝稳定扩展阶段裂缝不稳定扩展阶段下降段峰值应力后裂缝继续扩展阶段收敛段上升段：三三个阶段弹性阶段：：砼的变形形主要是骨骨料和水泥泥结晶体的的弹性变形形，应力应应变曲线大大体呈直线线；稳定裂缝扩扩展阶段：：临界点B相对应的的应力可作作为长期受受压强度的的依据。裂缝不稳定定扩展阶段段：此后试试件中所积积蓄的应变变能始终保保持大于裂裂缝发展所所需的能量量形成裂缝缝快速发展展的不稳定定状态直到到C点。应应力达到最最高点即应应力峰值点点。对应的的应变为峰峰值应变。。421.3.1短期加加载时混凝凝土的变形形比例极限弹性阶段裂缝稳定扩展阶段裂缝不稳定扩展阶段下降段峰值应力后裂缝继续扩展阶段收敛段下降段：下降段CE是砼到达峰值应力后裂缝继续扩展、贯通，从而使应力－应变关系发生变化。在峰值应力力以后，裂裂缝迅速发发展，内部部结构的整整体受到愈愈来愈严重重的破坏，，赖以传递递荷载的传传力路线不不断减少，，试件的平平均应力强强度下降，，所以应力力－应变曲曲线向下弯弯曲，直到到凹向发生生改变，曲曲线出现““拐点”。。超过“拐拐点”，曲曲线开始凸凸向应变轴轴，这时，，只靠骨料料间的咬合合力及摩擦擦力与残余余承压面来来承受荷载载。随着变变形的增加加，应力－－应变曲线线逐渐凸向向水平轴方方向发展，，此段曲线线中曲率最最大的一点点E称为““收敛点””。从收敛敛点E开始始以后的曲曲线称为收收敛段，这这时贯通的的主裂缝已已经很宽，，内聚力几几乎耗尽，，对无侧向向约束的混混凝土，收收敛段EF已失去结结构意义。。43不同强度砼应力力－应变曲线有有相似形状。但但随着混凝土强强度提高，尽管管上升段和峰值值应变变化不很很显著，但是下下降段的形状有有显著差异。砼砼强度越高，下下降段越陡，延延性越差。1.3.1短短期加载时混凝凝土的变形44知识点：配置横横向钢筋对混凝凝土变形的影响响配置矩形箍筋的的约束砼试件的的全曲线，在应应力到达无约束束砼试件的临界界应力以前，箍箍筋作用并不明明显，曲线基本本重合，当超过过临界应力（0.8fc）以后，随着配配箍量的增加和和箍筋间距的减减小，约束砼的的曲线的峰值应应力有所提高，，峰值应变的增增长较为明显，，而下降段的变变化最为显著。。这是因为箍筋筋的约束作用延延缓了裂缝的扩扩展，提高了裂裂缝面上的摩擦擦咬合力，使应应力下降减缓，，改善了砼的后后期变形能力。。因此，承受地地震作用的构件件如梁、柱和节节点区，采用间间距较密的箍筋筋约束砼可以有有效地提高构件件的延性。452混混凝土土受压压应力力－应应变曲曲线数数学模模型（1））混凝凝土单单轴受受压应应力－－应变变曲线线数学学模型型①Hognestad公式式：上上升段段为二二次抛抛物线线，下下降段段为斜斜直线线；②Rűsh公公式：：上升升段采采用二二次抛抛物线线，下下降段段采用用水平平直线线。Hognestad公式Rűsh公式46③我我国《《砼结结构设设计规规范》》GB50010-2002采用用的模模型如如图1-20所所示：：模型型采用用抛物物线上上升段段和直直线水水平段段形式式。P14(公公式更更正)473混凝土模量和和弹性系数P15计算超静定结构内内力、温度变化和和支座沉降产生的的内力以及预应力力砼构件的预压应应力时，同常近似似地把砼看作弹性性材料分析，此时时，就需要用到砼砼的弹性模量。但但对砼来说，应力力应变关系为一曲曲线，因此怎样恰恰当规定砼的弹性性指标成为我们要要解决的首要问题题。问题的提出：483混凝土模量和和弹性系数P15原点切线模量弹性模量割线模量变形模量切线模量变形模量与原点弹性模量关系（引入弹性系数）其取值为:切线模量砼的模量表达494混凝土弹性模模量测定我国规范弹性模量量测定方法：采用用棱柱体或圆柱体体试件，取应力上上限为0.3fc，重复加载5～～10次。由于混混凝土的非弹性性性质，每次卸载到到零时，存在残余余变形。但是随着着荷载重复次数的的增加，残余变形形逐渐减小，最后后趋于稳定，应力力应变趋于直线。。该直线的斜率就就是混凝土的弹性性模量。混凝土受压弹性模模量与受拉弹性模模量大致相等。混混凝土剪切模量很很小直接测试，根根据弹性力学由弹弹性模量确定。501.3.2混凝凝土在重复荷载作作用下的变形加载曲线：凸向应应力轴——转向凸凸向应变轴——循循环若干次后，由由于累积变形超过过砼变形能力而突突然破坏——疲劳情形（1）σ<(0.4-0.5)fc特点：加卸载循环环多次，形成塑性性变形积累：收敛加卸载滞回环越来来越接近于直线Ec测定情形（2）σ>(0.4-0.5)fc发散511.3.3混凝凝土在长期荷载作作用下的变形－徐徐变徐变―在不不变的应力力长期持续续作用下，，变形随时时间增长的的现象。徐变早期发展较快。六个月内完成约70%－80%；一年可完成90%；2－3年后徐变基本终止。－加载瞬时变形－徐变变形P－卸载后弹性后效－残余变形－卸载瞬时恢复变形两年后卸载时徐变恢复情况52砼徐变原因因及影响因因素徐变随时间不收敛。σ＝0.8fc为砼长期抗压强度。砼构件在使使用期间，，应当避免免经常处于于不变的高高应力状态态。线性徐变,徐变与初应力成正比——水泥胶体的粘滞性流动所致。非线性徐变,徐变变形比应力增长快，微裂缝的不断开展所致。初应力对徐变的影响53砼徐变影响响因素（6）构件件尺寸越大大，表面积积相对越小小，徐变越越小（内因因）。（1）持续续应力越大大，徐变越越大（应力力条件）；；（2）加载载龄期越短短，徐变越越大（环境境因素）；；（3）振捣捣好，养护护时间长，，养护和工工作环境湿湿度大，徐徐变越小（（环境因素素）；（4）水灰灰比越大，，水泥用量量越大，徐徐变越大（（内因）；；（5）骨料料质地坚硬硬，级配好好，徐变小小（内因））；54PAsPAss1c1Ps2Ass2P拆去，钢筋受压压混凝土受拉，，可能会引起混混凝土开裂徐变：s，c砼徐变对结构的的影响变形增大，产生生预应力损失，，结构产生内力力重分布及截面面应力重分布，，引起应力松弛弛，引起偏压构构件偏心距增大大。但是徐变有有时也有利的一一面：有利于充充分发挥材料强强度。551.3.4混混凝土的收缩变变形收缩——混凝土土在空气中结硬硬时体积随时间间缩小的现象（（混凝土在水中中结硬体积产生生膨胀，混凝土土收缩量比膨胀胀量大得多）。砼收缩早期发展展较快，一周完完成1/4，一一个月完成1/2，三个月后后增长缓慢，两两年后基本稳定定。561.3.4混混凝土的收缩变变形（1）水灰比和和水泥用量越大大，收缩越大；；（2）骨料级级配越好，收缩缩越小；（3））振捣越密实，，养护时湿度越越大，收缩越小小；（4）环境境温度越高，收收缩越大；（5）高强水泥的的收缩较大；（（6）构件的体体表比越大，收收缩越小。1影响砼收缩缩的因素57AssAss收缩：钢筋受压，混混凝土受拉As1.3.4混混凝土的收缩变变形2砼收缩对对结构的影响响不利影响包括括：引起宏观观的收缩裂缝缝，产生预应应力损失等。。581.4钢钢筋与混凝土土的共同工作作1.4.1粘粘结与粘结结力定义粘结是指钢筋与与周围砼界面间间的一种相互作作用，粘结力是是指钢筋砼受力力后沿其接触面面上产生的一种种剪应力。59裂缝出现前的粘粘结作用PPM2=M1+MM1T2=T1+TT1xM2=M1+MM1理想分布实际分布梁中粘结应力的的分布与V的分分布规律相同；；实际上由于微裂裂缝的存在分布布规律还要变化化钢筋的周长1.4.1粘粘结与粘结力定定义601.4钢筋筋与混凝土的共共同工作锚固粘结应力：：（锚固长度）两种粘结应力保证钢筋和混凝凝土共同工作。。锚固长度：钢筋伸进支座或或连续梁中承担担负弯矩的上部部钢筋在跨中截截断时，需延伸伸的一段长度。。两相邻开裂截面面之间产生。粘粘结应力使钢筋筋与砼之间的应应力发生传递，，改善钢筋砼的的耗能性能。局部粘结应力（缝间粘结）：：612、粘结力组成成胶着力混凝土收缩裹压压钢筋产生。由由于砼凝固时收收缩，对钢筋产产生垂直于摩擦擦面的压应力。。这种压应力越越大，接触面的的粗糙程度越大大，摩阻力越大大。钢筋表面凹凸不不平引起。对于于光面钢筋这种种咬合力来自表表面的粗糙不平平。光面钢筋的粘结结：钢筋和砼接触面面上的化学吸附附作用力。浇注注时水泥浆体对对钢筋表面氧化化层的渗透及水水化时水泥晶体体的生长和硬化化。一般很小，，仅在受力阶段段的局部无滑移移区域起作用。。接触面发生相相对滑移时即消消失。摩阻力机械咬合力622、粘结力组成成变形钢筋的粘结结：对于变形钢筋，，咬合力是由于于变形钢筋肋间间嵌入砼而产生生。变形钢筋的的粘结主要来自自钢筋表面凸出出的肋与砼的机机械咬合作用。。变形钢筋的横横肋对砼的挤压压如同一个锲，，会产生很大的的机械咬合作用用，从而提高变变形钢筋粘结能能力。63光面钢筋和变形形钢筋的粘结机机理的主要差别别是，光面钢筋筋粘结力主要来来自胶结力和摩摩阻力；而变形形钢筋的主要来来自机械咬合作作用。二者的差差别可以用钉入入木料中的普通通钉和螺丝钉的的差别来理解。。两者粘粘结机机理的的区别别641.4.2影影响粘粘结强强度的的因素素螺旋型型钢筋筋或箍箍筋有有利于于提高高粘结结强度度———在使使用较较大直直径钢钢筋的的锚固固区、、搭接接长度度范围围内，，以及及当一一排的的并列列钢筋筋根数数较多多时，，需设设置一一定数数量的的附加加箍筋筋，以以防止止砼保保护层层剥落落。与混凝凝土的的抗拉拉强度度基本本成正正比光面钢钢筋、、变形形钢筋筋，轻轻度锈锈蚀钢钢筋钢筋净净间距距过小小，外外围砼砼将发发生水水平劈劈裂，，形成成贯穿穿整个个梁宽宽的劈劈裂裂裂缝，，造成成整个个砼保保护层层剥落落，降降低粘粘结强强度；；浇注时时，深深度过过大（（超过过300））钢