钢筋和混凝土材料的力学性能

钢筋和混凝土材料的力学性能

为了合理地进行混凝土结构设计，需要深入地了解混凝土和钢筋的受力性能。对混凝土和钢筋力学性能、相互作用和共同工作的了解，是掌握混凝土结构构件性能并对其进行分析与设计的基础。概述本章重点熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则；

熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能及其选用原则；

了解钢筋与混凝土的粘结性能。1.定义：

在混凝土结构中采用的棒状、丝状钢材。一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能按化学成分碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）低碳钢（含碳量<0.25%）中碳钢（含碳量0.25~0.6%）高碳钢（含碳量0.6~1.4%）普通低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、铬等）锰系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系2.钢筋的成分、级别和品种含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性减低钢筋热轧钢筋：由低碳钢和普通低合金钢在高温状态下轧制而成冷加工钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械加工而成热处理钢筋：将HRB400、RRB400钢筋通过加热、淬火、回火而成按加工方法钢丝碳素钢丝：钢筋通过多次冷拔、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：几根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起一、钢筋的物理力学性能冷加仇工钢筋热轧顽钢筋低合扰金钢抵筋冷拉励、冷探拔、肾冷轧卧、冷虚轧扭冷加煮工钢筋提高溪强度塑性标降低光圆钢丝钢丝肾、钢果绞线预应力钢筋4m哀m、犹5m殃m、祸6m往m、滋7m政m、逃8m页m、袖9m听m2股写、3氧股、逐7股15求70临MP贯a～顷17煎70刮MP追a一、萌钢筋属的物蹦理力班学性衔能按表谢面形绳状光圆甘钢筋变形绢钢筋无明母显屈僚服点曲钢筋脖（“画硬钢敢”）按力衬学性爷能有明哑显屈筛服点畅钢筋齐（“面软钢元”）按使聋用用隐途普通谜钢筋预应爱力钢摆筋螺旋览纹人字焦纹月牙铃纹一、莫钢筋祝的物国理力际学性史能强度等级代号钢种符号d/mmHPB235Q235（低碳钢）6~20HRB33520MnSi（低合金钢）6~50HRB40020MnSiV,20MnSiNb,20MnTi（低合金钢）6~50RRB400K20MnSi（低合金钢）8~40表1取-1愚常宾用热胁轧钢饱筋的蛇种类栗、代源表符贷号和庄直径融范围注：第一重个字选母H（宗ho扭t艘ro躺ll议ed大）表衡示热轧轧，延R(护Re观ma滚in妙ed怒h丧ea益t爪tr凑ea拜te出d)色表示构为余芒热处耗理；第二尼个字灶母P(虽Pl惯ai硬n)注表示拢光圆思，R舱(r炕ib只be归d)饱表示箱带肋奏；第三笼个字模母B（纹Ba摇r）趴代表篮钢筋氧；数字表示辣标准搁强度耗。钢厂暂提供蛮的钢济筋直期径为6mm丛，6.弦5mm凉，8mm司，8.隐2mm篇，10mm园，12mm演，14mm授，16mm帜，18mm蹲，20mm胀，22mm俗，25mm锡，28mm孩，32mm还，36mm据，40mm朵和50mm麦。其省中，慢d=软8.父2示mm仓的钢象筋仅飘适用巧于有雷纵肋浸的热誉处理梨钢筋雪。设旷计时训，应羊在表要1-六1的纱直径漆范围德和上菜述提愤供的闭直径排内选蕉择钢荒筋。炮当采眨用直少径大彩于4千0尤mm暖的钢弹筋时配，应微有可职靠的划工程怜经验叶。一、仇钢筋死的物润理力饶学性执能一、母钢筋蒙的物递理力醉学性拿能

AB’BCDE上屈租服点奥不稳技定下屈碧服点出现请颈缩拉断BC段为咬屈服换平台CD段为钻强化丈段0.2%

0.2标距有明堤显流乒幅的骡钢筋无明页显流纵幅的乖钢筋钢筋编受压狠和受以拉时画的应长力-瞎应变胆曲线恶几乎装相同2.勇钢筋泛的应匆力-割应变万曲线

AB’BCDE强度议指标*有明社显流馅幅的况钢筋曲：在建扩立钢掌筋混里凝土无构件蚕截面近承载半力计轻算理矩论时代，以下屈寸服点对应危的强揪度作依为设得计时符钢筋搞强度辫的取炎值（fy）。一、供钢筋芝的物词理力农学性翁能两点逃简化登：A.钢筋穴应力槐不大退于屈竹服点楼时应麦力-骡应变酒关系吐-直是服从泡胡克逆定律席，处基于理缩慧想弹买性阶敞段；B.不利旅用应显力强低化阶茧段，抬假设质钢筋烫混凝果土构棉件截且面达掠到破恶坏时崭，钢植筋拉秤应力污保持熊为屈贫服点馋应力指。钢筋美的极糖限强栽度作为躁一种冰安全溪储备炭。0.2%

0.2强度痛指标*无明悼显流拼幅的尸钢筋饲：残余搭应变翅为0.抹2%对时所路对应候的应附力作血为其桑强度渡限值任，称及为条件骨屈服葛强度，混迈凝土嚼规范氏取

0.询2＝0.惯85

b，

b为极椅限抗醉拉强订度。一、传钢筋钟的物仓理力哄学性袜能

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s,hfs,u一、无钢筋煤的物棚理力残学性店能强度文指标山的确容定强度随机般变量强度标准值根据隔统计鸣资料路，运充用数昼理统书计方澡法确纽奉定的费具有95底％以圈上保症证率父（钢筋贝为9安7.眨73破%）的统点计特嘉征值女：强度车标准查值（fyk）=停强度绕平均哲值-穿2×纱均方胆差概率密度材料强度强度平均值强度标准值钢筋句强度低用标准凭值和设计限值表示棉。钢筋完强度守的设捏计值fy等于误钢筋征强度织标准坛值除慨以材匪料分米项系乱数γs，即钢筋虽变形胃指标一、异钢筋牌的物理理力伏学性尸能变形伞指标*遍伸长母率：钢筋晒拉断开后的挂伸长荡与原图长的畅比值*冷弯喇性能台：将直帆径为可d的妖钢筋孩绕直染径为帜D的食钢辊凶弯成乖一定秀的角浓度而骨不发忘生断羽裂及骨起层盆现象为防烦止在摆弯折统加工弄时断贸裂和酿使用立过程撒中脆打断，标钢筋默还应暴具有毁一定显的塑担性变恒形能她力。伸长呢率越沉大，亲塑性畏越好牌。伸线长率别用δ表示古，用题钢筋鹅试样芬拉断谋后断附口两久侧的恋残留龄应变喝(用迷百分乔率表神示)白作伸顺长率称，即弯芯很的直柜径越注小，旁弯转押角越壳大，挽塑性滥越好钢筋瓣的力孝学性甩能指预标fyfu--屈服赌强度--矛-极所限抗翠拉强隆度fy/刻fu--呢-屈刑强比强度指标强度储备塑性指标延伸率冷弯性能一、京钢筋暴的物嫩理力餐学性妖能一、蔽钢筋创的物途理力雹学性粪能冷拉

BKZZ’K’残余变形冷拉伸长率无时借效经时冒效K点育的选迹择：苦应力桶控制创和应基变控劫制温度感的影电响：逢温度险达7众00籍ºC披时恢枣复到朴冷拉拆前的盟状态颤，先馆焊后甘拉特性夹：只尺提高页抗拉择强度邻，不丧提高铜抗压狭强度近，强吓度提谨高，投塑性碧下降冷加烦工钢侵筋的宁力学丽性能谈指标一、报钢筋干的物硬理力悟学性耳能冷拔经过万冷拔赶后钢驱筋强岔度提干高，桑塑性疼降低陡，没幕有明裕显的凝屈服章点和狠流幅冷拔洲既能蚀提高阿抗拉局强度牺又能泻提高朵抗压笨强度冷轧带肋钢筋以低碳钢筋或低合金钢筋为原材料，在常温下进行轧制而成的表面带有纵肋和月牙纹横肋的钢筋。它的极限强度与冷拔低碳钢丝相近，但伸长率比冷拔低碳钢丝有明显提高。冷轧扭钢筋

以热轧光面钢筋HPB235为原材料，按规定的工艺参数，经钢筋冷轧扭机一次加工轧扁扭曲呈连续螺旋状。一、植钢筋遭的物洋理力档学性爪能徐变应力写不变扩，随扇时间牙的增偿长应符变继装续增矩加松弛长度惧不变统，随盾时间惑的增血长应局力降决低对结红构，毛尤其歉是预睡应力裳结构怎，产要生不泉利的殃影响一、涝钢筋扬的物乏理力洪学性屡能3.董钢筋伍的徐映变与芦松弛强度该要求：保斗证经量济性两。屈贤服强锹度和水极限特强度退，抗析震设东计时莫还要盈求有齐一定意的屈活强比塑性网要求：保脏证结咱构延筹性，匆给人隶以破器坏的亭预兆艰。伸谨长率呜和冷拔弯要宫求可焊芬性：钢筋巡寿焊接搜后不谜产生幕裂纹震及过淡大的营变形糟，保衰证焊鞭接后途的接隐头性本能良证好。与混凝轧土的豆粘结舱性：保饱证钢职筋和侦混凝令土共篇同工道作。4.脉混凝句土结弹构对指钢筋兆的要养求一、欢钢筋评的物卡理力损学性康能一、彼钢筋哀的物安理力葱学性拴能普通驼钢筋燃宜优稼先采任用HR侍B4罩00级和HR馒B3葛35级钢筋川，以陕节省客钢筋旱用量竖。也补可以沈采用HP厕B2绢35级和RR占B4掏00级热捎轧钢给筋以英及强收度级存别较冻低的府冷拔阻、冷润轧和听冷轧仔扭钢某筋。预应伏力钢谜筋宜骗采用移预应默力钢绞矛线、择中高尼强钢革丝，也参可以氧采用肿热处锡理钢额筋。搭还可象以采脾用冷抹拉钢砖筋和最强度萍级别命较高池的冷款拔低利碳钢放丝和洋冷轧仇扭钢显筋。5.猎钢醋筋的喇选用圈原则混凝土宿的组衡成特层点混凝狮土＝闪水泥当＋水退＋砂量＋石混凝土是多空隙、不均匀的物体，内部存在许多微裂纹水化她过程傍长，怪性能勉需较赏长时达间才故能稳幸定二、舒混凝维土的蒜物理留力学哈性能重点愿：混凝土间的强尤度立方脚体抗颜压强盼度轴心震抗压毒强度轴心圣抗拉晨强度复合卸应力唱状态耕下的泻强度二、遭混凝寄土的鞠物理容力学帮性能二、剑混凝津土的泪物理敏力学第性能立方为体抗富压强闻度fcu1）运单史轴受陶力状奏态下制混凝兔土的弦抗压础强度1.冠混勾凝土娇的强芳度承压板试块温度贝：20株±3凶℃湿度败：9合0％边长为150mm的标准立方体试块标准条件养护28d标准试验方法加载速度：0.15～0.25MPa/s全截面受力，表面不涂润滑剂抗压强度内部微裂纹的扩展混凝土破坏实质：二、拜混凝垂土的昌物理押力学川性能fcu,k与平均值μf和标准差

f的关系为混凝劣土的渴强度斤等级:具觉有9识5％革保证年率的戴抗压赴强度态标准泉值(以按N/俗mm2计)14级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80高强混凝土混凝执土强度北等级的选离用：采用哨HR胃B3虾35扬、H阀RB棵40钱0/接RR免B4投00毕级钢嫁筋时宴,不得低于C2须0；承受哲重复夹荷载爽构件见的混臣凝土钱，不得低于C2狡0；预应财力混畏凝土尽结构脏，不应低于C3替0；采用培高强挨钢丝筐作预宝应力蛙钢筋部时，不宜低于C4握0。表示混凝土Concrete立方体抗压强度标准值二、槽混凝姓土的倘物理料力学粮性能立方管体抗组压强游度的广影响抛因素1）汇单典轴受怀力状练态下爷混凝设土的敲抗压海强度1.耀混牢凝土惯的强外度承压板试块温度别：20欲±3凭℃湿度勇：9掌0％边长为150mm的标准立方体试块标准条件养护28d标准试验方法加载速度：0.15～0.25MPa/s全截面受力，表面不涂润滑剂抗压强度影响县一：润滑纹剂摩擦力不涂俩润滑歌剂涂润研滑剂试块江受压昼、纵散向压烫缩，槽横向另扩张返，试叛块表盖面与烧垫板蕉间的桑摩擦夕力约承束了类横向赢扩张激，限增制了个微裂捏缝的详开展评，从湖而提抄高试卫件抗百压强僵度。套箍软效应强度大于二、撕混凝火土的影物理右力学常性能立方店体抗牺压强曲度的参影响赢因素影响幕二：尺寸尺寸祥效应标准猜试块15生0×爹15保0示×1符50非标准试块100×100×100非标准试块200×200×2001.矮05订:彼1裙:骑0骆.9助5尺寸越大,内部缺陷较多;尺寸越大，套箍作用越不明显。试块尺寸越大，实测破坏强度越低。二、牧混凝腥土的占物理排力学明性能影响耀三：加载泄速度加载蜂速度筹快，拐内部糠微裂沫纹来琴不及服扩展平，实测强度炊提高二、浴混凝爆土的唱物理放力学络性能棱柱暮体抗扁压强巡寿度fc承压板试块标准驼试块倦：1阀50×1荐50逗×总30丘0m亦m二、掀混凝骨土的盛物理口力学惜性能抗压覆强度苏与试违件形焦状有魔关，正实际判构件补往往豆是棱糕柱体编，棱巧柱体阔抗压梁强度桂比立葬方体盲试件规能更半好地终反映圾混凝辛土的咸实际筑抗压这能力订。中部旱横向烤变形浊不受戒端部碌摩擦友力的道约束片，代铺表了混凝详土处赢于单桂向全储截面狸均匀嚼受压乞的应屿力状范态。试验泛量测运到fc值比fcu值小浅，并护且棱钻柱体怪试件乖高宽偏比(骄即h/b)越件大，创它的露强度内越小津。真实反映漏混凝洲土的站实际篮工作润状态蜓。①摆脱端部摩擦力的影响；②试件不致失稳。fc与fcu的关兆系：立方胖体抗逢压强朵度脆性折减系数：C40以下：C80：考虑挪实际块构件掌的工连作条杜件与却试件沿所处返条件靠的差激异引做入的添修正吩系数二、疗混凝菜土的刚物理归力学骂性能混凝左土轴漫心抗侧拉强宴度ft2）蔑单轴汉受力亡状态垒下混挣凝土绝的抗售拉强伸度二、虫混凝唯土的积物理业力学凉性能由于罚混凝凝土构庙件内部筛的不量均匀绳性，加旧之安兰装试件箱偏差的原寇因，黎通过典直接纷受拉守试验椅测量缝抗拉璃强度湿是很圈困难连的，未试验紫数据果离散虾性很举大。100100150150500

直接测试法误差买大难实冻现劈裂穗试验ft,另sddftsFFFF二、凳混凝册土的疮物理脚力学薯性能根据俯弹性纠理论试件膝中间湖垂直平截面宜除加麻力点免附近汪很小者的范级围外叔，有表均匀哨分布软的水纳平拉仆应力浙。当归拉应府力达浙到混待凝土卸的抗炒拉强斑度时冷，试剪件被获劈成顶两半望。抗拉肆强度ft与立占方体财抗压驳强度fcu之间左的折概算关堆系为二、棍混凝眨土的丈物理份力学秋性能——混凝土的脆性系数，当混凝土的强度等级不大于C40时，=1.0；当混凝土的强度等级为C80时，=0.87；其间按线性插值；0.执88育——财考虑迟结构冬中的年混凝啦土强灯度与绩试块贵混凝可上强看度之圆间的堤差异商等因兴素的咏修正驴系数臂。为轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算关系双轴编应力挣下的海强度3）只复合唇受力宵状态汉下混苗凝土摇的强毁度二、扩混凝起土的摔物理垃力学才性能①双啄向受与拉，σ1与σ2的相粘互影售响不申大，拴双向栋受拉哀强度效均接玻近于罢单向栽受拉每强度话。②一袜向受痰拉，曲另一柿向受白压，稻混凝飞土强吨度均艰低于冤单向副拉伸蠢或压壤缩的稻强度心，即双向古异号场应力母使强查度降银低③双挨向受贪压，逗一向伙强度全随另帖一向酬应力宋的增校加而锁增加。三向睡受压丘时的骂混凝箱土强蕉度

3=fcc’

3=fcc’

1=

2=fLfL----侧向约束压应力（加液压）圆柱剃体试芬验有侧睡向约包束时屑的抗单压强胜度无侧望向约等束时怀圆柱亩体的骗单轴程抗压贯强度二、袋混凝素土的犁物理洲力学怒性能混凝馒土一捡向抗达压强撤度随编另两叫向侧膨压力母的增苏加而或提高迎。对于临纵向档受压借的混槐凝土荒，约壶束混独凝土纠的侧各向变圣形，冈可使链混凝供土的醉抗压之强度奶有较教大提武高。尽钢管肌混凝糟土柱矿、螺隔旋钢判箍柱二、林混凝较土的匀物理周力学汽性能二、间混凝娘土的涝物理科力学仪性能2.拖混陵凝土说的变性形性挣能混凝镇土的水变形非受惊力变创形受力筛变形一次锡短期强加载炕下的鸟变形荷载塞长期悟作用吃下的恶变形多次雁重复步荷载劳作用辆下的雪变形硬化骄过程保中的睁收缩职变形温湿先度变锈化引纪起的失变形二、滨混凝榜土的另物理陡力学鸽性能受压冰时的幅应力席-应驴变关有系作用是：峰值应力后，吸收试验机的变形能，测出下降段1）姓一次汉短期抖加载慕下的葬变形棱柱体试块骨料和水泥结晶体弹性变形内部微裂缝稳定扩展内部微裂缝非稳定扩展峰值醋应变ε0取0.盆00姿2。裂缝秘迅速昌发展过，内物部整朝体性物严重围破坏二、暮混凝茅土的脚物理蛾力学这性能

(MPa)fco

0

(

10-3)abcd225201510546810混凝土强度提高加载速度减慢影响丘因素混凝都土强浊度对绩下降半段影扯响很贝大，斗强度缸越高德，下射降段投越陡夕峭，独延性沉越差货。加载它速度掏越大哲，下客降段殖越陡雷峭。横向译箍筋中国浸规范

u

0o

cfc

c二、糖混凝放土的失物理狗力学日性能受压摇时应径力-类应变器关系乏的数熊学模喜型

c

c受压落时应异力-醋应变春关系颜的数插学模逗型

u=0.0038

0=0.002o

cfc

c0.15fc美国念Ho唤gn慢es腰ta必d模辛型二、的混凝呢土的筋物理荒力学乘性能

u=0.0035

0=0.002o

cfc

c德国贩Rüsc言h模冷型二、咸混凝摘土的嘴物理养力学验性能受压用时应救力-赴应变除关系疏的数骆学模逗型二、稍混凝颠土的埋物理盟力学赢性能受拉丈时混填凝土增的应浇力-倦应变默关系

t

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t0

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ft理论剪模型破坏重复荷载下的应力-应变曲线fcf

3

2

1

fcf的确定言原则选：10牧0×1慢00友×搭30划0或15汤0×1袭50仙×夸45迷0的棱迷柱体钩试块变承受20芒0万次庭（或盼以上陵）循舰环荷票载时躺发生活破坏惧的最悼大压堆应力应值二、溜混凝分土的殿物理仰力学年性能2）意重复茂荷载辩下混纤凝土速的变衣形性集能

1二、携混凝糖土的王物理榨力学梦性能3)滩混凝骄土的瓶弹性经模量

c

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原点捞切线低模量地（弹计性模书量）花：拉舒压相胃同变形晋模量棉——青弹塑曲性模聋量（简割线砍模量遇、切倡线模惕量）切线通模量是材扫料变浸形性睬能的刘主要碗指标据，计算估构件烂变形球、截值面应饱力和锯预应熊力构户件的社预应灾力损鲜失等岩时用酱。

0二、喝混凝哑土的拢物理猛力学援性能混凝念土弹古性模哭量的忘试验碑方法松——典重复蒜加载辣试验

c/fc

c0.55~荣10圾次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec（1定50厉×1汤50达×符3俱00绕标准旬试件么）取应蚕力上周限为遣0.舱5fc重复猎加载权5～笑10多次。试验兵结果看回归

c

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0破坏重复荷载下的应力-应变曲线fcf

3

2

1

二、顺混凝榆土的饱物理悔力学扑性能混凝耻土的敢泊松龄比和亚剪切膊模量混凝燥土的匹剪变鸽模量锈为混凝土的泊松比（试件的横向应变与纵向应变之比），在压力较小时为0.15~0.18，接近破坏时可达0.5以上，规范取0.2二、般混凝族土的砖物理际力学马性能4）摸长期撤荷载阿作用演下混欲凝土袭的变愈形性尾能--虹--洁徐变0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)

cr

ce

ce’

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cr’P荷载殖保持拴不变势，随喊时间鹿而增蚊长的臣变形加荷瞬时变形徐变变形原因之一，胶剂凝体再的粘则性流本动原因之二，混师凝土厉内部陆微裂傲缝的记不断灯发展徐变售对结震构设梦计的速影响宜：①使钢能筋混运凝土订构件苍截面拌产生内力荣重分薯布；②使钢谷筋混裹凝土盛构件变形右加大；③使预斧应力次混凝锅土构骆件产捷生预应讲力损繁失；在高载应力黄作用留下还味会使构件珍破坏。二、咽混凝捐土的修物理伸力学忙性能有利准的二、怨混凝米土的年物理镜力学岁性能徐变欲对混兔凝土唤结构摆的影笛响PAsPAs

s1

c1P

c2As

s2P拆去脾，钢嘴筋受碑压混距凝土攀受拉梢，可穗能会谷引起外混凝妹土开缓裂徐变掘：

s，炭

c

二、萍混凝抬土的也物理午力学管性能影响岔徐变叫的因悠素应力：

c<0走.5蹄fc，徐变贤变形拦与应臭力成呢正比--盒--线性委徐变0.纷5fc<

c<0错.8台fc，非线稼性徐丽变

c>0邻.8双fc，造成驱混凝通土破闯坏，棉不稳叨定加荷维时混凝随土的映龄期膊，越伸早，茧徐变众越大水泥挣用量篇越多垃，水扁灰比销越大疑，徐该变越垦大0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)

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cr’0.骡5fc<c<0坏.8fc，非奴线性馒徐变

c<0拣.5fc，线继性徐悟变养护效温度展越高跃、湿许度越翠大，狼水化胀越充慈分，祖徐变裤越小受荷割后温示度越寻高、同湿度轰越低帖，徐展变越今大二、趟混凝量土的略物理站力学蔽性能5）左混凝火土的杰收缩患--岁--在空育气中结硬闷时混参凝土参体积日缩小婆的性民质水泥贩品种垦：等各级越安高，唯收缩难越大水泥穗用量朵：水贝泥用凝量越摸多，斑水灰确比越咽大，炕收缩受越大骨料垫：骨帆料越谨硬，村收缩颤越小的；骨征料粒划径越技大，塘收缩撇越小养护龄条件付、制预作方蝴法、束使用室环境炸等由凝散缩和负干缩玩组成（干燥施失水是引浪起收警缩的中重要肆因素串）二、厅混凝苗土的胶物理哈力学真性能收缩荡对混鞠凝土薪结构萝的影乔响As

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