建筑結(jié)構(gòu)CD教學(xué)作者釧芳林馬丹丁材料的物理力學(xué)性能實用教案

1、第三章 材料(cilio)(cilio)的物理力學(xué)性能及選用原則 結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能，主要是指材料的強(qiáng)度和變形能力，以及(yj)(yj)材料的本構(gòu)關(guān)系（即應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系）。第1頁/共156頁第一頁，共157頁。3.1 建筑(jinzh)鋼材第2頁/共156頁第二頁，共157頁。3.1 建筑(jinzh)鋼材 鋼是含碳量低于2%2%的鐵碳合金（含碳量高于2%2%時為生鐵），鋼經(jīng)軋制或加工成的鋼筋、鋼絲、鋼板及各種( zhn)( zhn)型鋼，統(tǒng)稱鋼材。 在建筑鋼材中，大量使用碳素結(jié)構(gòu)鋼和普通低合金鋼。 第3頁/共156頁第三頁，共157頁。3.1 建筑(jinzh)鋼材 3.1.1 鋼材(g

2、ngci)的機(jī)械性能 3.1.2 鋼材(gngci)的破壞形式 3.1.3 影響鋼材(gngci)機(jī)械性能的因素 3.1.4 鋼材(gngci)的種類、規(guī)格及選用第4頁/共156頁第四頁，共157頁。3.1.13.1.1鋼材(gngci)(gngci)的機(jī)械性能 1.1.鋼材在單向均勻拉伸時的工作性能 在室溫(sh wn)+20C(sh wn)+20C的條件下，在 拉伸試驗機(jī)上進(jìn)行一次靜力拉 伸驗，直到試件拉斷破壞，并 繪出應(yīng)力- -應(yīng)變曲線。 圖3-1 3-1 低碳鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線 s se eaabcdefufyf第5頁/共156頁第五頁，共157頁。 由圖中曲線可見，低碳鋼一次拉伸試驗時

3、的工作特性可分成四個階段： (1)彈性階段應(yīng)力由零到比例極限,鋼材表現(xiàn)出彈性性能，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，卸荷后變形完全恢復(fù)，符合虎克定律。 (2)彈塑性(sxng)階段由比例極限到屈服點,應(yīng)力超過比例極限后，任一點的變形中都將包括彈性變形和塑性(sxng)變形兩部分，其中的塑性(sxng)變形在卸荷后不再恢復(fù)，稱殘余變形。 (3)塑性(sxng)階段(屈服平臺亦稱塑性(sxng)流動階段) 第6頁/共156頁第六頁，共157頁。(4)(4)強(qiáng)化階段鋼材內(nèi)部結(jié)晶組織自行作了調(diào)整，抵抗外荷載的能力有所提高，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系又開始上升，出現(xiàn)(chxin)(chxin)所謂“自強(qiáng)階段”。 應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度（

4、或稱極限強(qiáng)度）時，在試件某一薄弱截面上出現(xiàn)(chxin)(chxin)頸縮現(xiàn)象而斷裂破壞。 第7頁/共156頁第七頁，共157頁。2.由靜力拉伸試驗(shyn)得出的鋼材的力學(xué)性能指標(biāo) 通過上述拉伸試驗(shyn)，可以得到鋼材的三個主要機(jī)械性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度（極限強(qiáng)度）、屈服點及拉伸率。并得出結(jié)構(gòu)設(shè)計很重要的幾點結(jié)論。第8頁/共156頁第八頁，共157頁。3.1.13.1.1鋼材(gngci)(gngci)的機(jī)械性能（1）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，應(yīng)力達(dá)屈服強(qiáng)度fy時為鋼材的強(qiáng)度承載力極限, 抗拉強(qiáng)度作為強(qiáng)度儲備之用。 在抗震結(jié)構(gòu)中，考慮到受拉鋼材可能進(jìn)入強(qiáng)化階段，故要求其屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值

5、（稱為屈強(qiáng)(q qin)比）不大于0.8，以保證結(jié)構(gòu)的變形能力，因而鋼材的抗拉強(qiáng)度是檢驗鋼材質(zhì)量的另一強(qiáng)度指標(biāo)。作為強(qiáng)度儲備之用。第9頁/共156頁第九頁，共157頁。(2)(2)理想(lxing)(lxing)的彈性- -塑性體 對于沒有缺陷和殘余應(yīng)力影響的試件，比例極限和屈服點比較接近，且屈服點前的應(yīng)變很小（對低碳鋼約為0.15%0.15%），為簡化計算，通常假設(shè)屈服點以前的鋼材為完全彈性的，屈服點以后的為完全塑性的，這樣就可把鋼材視為理想(lxing)(lxing)的彈- -塑性體，其應(yīng)力- -應(yīng)變曲線表現(xiàn)為雙直線，如圖3-23-2所示。 fy ey1Es圖3-2 理想(lxing)的彈

6、塑性體的應(yīng) 力應(yīng)變曲線 第10頁/共156頁第十頁，共157頁。 對于無明顯屈服點的鋼材，屈服條件是根據(jù)實驗分析結(jié)果而人為規(guī)定的，故稱為(chn wi)條件屈服點（或屈服強(qiáng)度）。 條件屈服強(qiáng)度是以卸荷后試件中殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對應(yīng)的應(yīng)力定義的（有時用f0.2表示），這類鋼材不具有明顯的塑性平臺，設(shè)計中不宜利用它的塑性。a0.2%s0.2 fu第11頁/共156頁第十一頁，共157頁。(3) (3) 伸長率 反映鋼材在靜力荷載作用下的塑性變形能力(nngl).(nngl). 塑性: :指鋼材破壞前產(chǎn)生變形的能力(nngl)(nngl)。 第12頁/共156頁第十二頁，共157頁。 伸長率是指試

7、件拉斷后原標(biāo)距的伸長值與原標(biāo)距的比值（以百分率表示）： （3-1）式中 l1試件原標(biāo)距長度，一般(ybn)取5d，d為試件直徑； l2試件拉斷后的標(biāo)距長度； 伸長率（%），當(dāng)l1=5d時記為5，當(dāng)l2=10d時記為10 。 伸長率大的鋼材塑性好，拉斷前有明顯預(yù)兆；伸長率小的鋼材塑性差，破壞會突然發(fā)生，呈脆性特性。有明顯屈服點的鋼材有較大的伸長率。%100112lll第13頁/共156頁第十三頁，共157頁。3. 其他力學(xué)性能指標(biāo)（1）冷彎性能 冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲時產(chǎn)生塑性變形的能力。 由冷彎試驗來確定。 冷彎性能合格是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)(zhungti)下的塑性應(yīng)變能力和鋼材質(zhì)量

8、的綜合指標(biāo)。第14頁/共156頁第十四頁，共157頁。（2）沖擊韌性 韌性是鋼材(gngci)抵抗沖擊荷載的能力，它用材料在斷裂時所吸收的總能量（包括彈性和非彈性能）來度量。 拉伸實驗所表現(xiàn)的鋼材(gngci)性能是靜力性能，而韌性試驗則可獲得鋼材(gngci)的一種動力性能。 韌性 是鋼材(gngci)強(qiáng)度 和塑性的綜 合指標(biāo)。第15頁/共156頁第十五頁，共157頁。3.1.2鋼材(gngci)的破壞形式 鋼材有兩種性質(zhì)完全不同的破壞形式，即塑性破壞和脆性破壞。鋼結(jié)構(gòu)所用的材料雖然有較高的塑性和韌性(rn xn),一般為塑性破壞，但在一定條件下，仍然有脆性破壞的可能性。第16頁/共156頁

9、第十六頁，共157頁。3.1.2鋼材(gngci)的破壞形式 1.塑性破壞 塑性破壞是由于變形過大，超過了材料或構(gòu)件可能的應(yīng)變能力而產(chǎn)生的，而且僅在構(gòu)件的應(yīng)力達(dá)到了鋼材的抗拉強(qiáng)度后才發(fā)生。 破壞特征：破壞前構(gòu)件產(chǎn)生較大的塑性變形，斷裂后的斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗。 破壞后果：在塑性破壞前，由于總有較大的塑性變形發(fā)生，且變形持續(xù)的時間較長，很容易及時發(fā)現(xiàn)而采取措施予以補(bǔ)救，不致引起嚴(yán)重后果。另外，塑性變形后出現(xiàn)內(nèi)力重分布，使結(jié)構(gòu)中原先受力不等的部分應(yīng)力趨于均勻，因而(yn r)提高結(jié)構(gòu)的承載能力。 第17頁/共156頁第十七頁，共157頁。2脆性破壞 脆性破壞前塑性變形很小，甚至沒有塑性變形，計算

10、應(yīng)力可能小于鋼材的屈服點，斷裂從應(yīng)力集中處開始。冶金和機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的缺陷，特別是缺口和裂紋，常是斷裂的發(fā)源地。 破壞特征(tzhng)：破壞前沒有任何預(yù)兆，破壞是突然發(fā)生的，斷口平直并呈有光澤的晶粒狀。 破壞后果：措施，而且個別構(gòu)件的斷裂常引起整個結(jié)構(gòu)的塌毀，危及人民生命財產(chǎn)的安全，后果嚴(yán)重，損失較大。在設(shè)計、施工和使用鋼結(jié)構(gòu)時，要特別注意防止出現(xiàn)脆性破壞。第18頁/共156頁第十八頁，共157頁。3.1.3影響(yngxing)鋼材機(jī)械性能的因素1.化學(xué)成分(chng fn) 鋼筋的力學(xué)性能主要取決于它的化學(xué)成分(chng fn)。其主要成分(chng fn)是鐵元素，此外還含有少量的

11、碳、錳、硅、硫等元素。 增加含碳量可提高鋼材的強(qiáng)度，但塑性和可焊性降低。錳、硅元素可提高鋼材強(qiáng)度，并保持一定的塑性； 磷、硫是有害元素，其含量超過一定限度時，鋼材塑性明顯降低，磷使鋼材冷脆，硫使鋼材熱脆，且焊接質(zhì)量也不宜保證。氧和氮也是有害元素，氧與硫相似，氮與磷相似。第19頁/共156頁第十九頁，共157頁。2.冶煉與軋制 鋼材的化學(xué)成份與含量、金相組織(zzh)及不可避免的冶金缺陷等都是在冶煉過程中形成的，冶煉過程中因脫氧程度不同，分為鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、特種鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼，脫氧程度愈高，鋼材性能愈好。鋼材的軋制是在12001300C高溫下進(jìn)行的。軋制能使金屬晶粒變細(xì)，消除氣泡和裂紋等。通常

12、，厚度小的鋼材的強(qiáng)度較厚度大者高。第20頁/共156頁第二十頁，共157頁。 3鋼材硬化 (1)冷作硬化 鋼材在彈塑性階段或塑性階段卸荷后，如再重新加荷，其屈服強(qiáng)度將提高，而塑性和韌性降低( jingd)，這種現(xiàn)象叫做冷作硬化或應(yīng)變硬化（圖3-6）。 冷彎、冷拉、沖孔、機(jī)械剪切等冷加工使鋼材產(chǎn)生很大塑性變形，從而提高了鋼的屈服點，同時降低( jingd)了鋼的塑性和韌性。 第21頁/共156頁第二十一頁，共157頁。3.1.3影響鋼材(gngci)機(jī)械性能的因素(2)時效硬化時效硬化:冶煉時熔化于鐵中的少量氮和碳，隨著時間的增長(zngzhng)逐漸從純鐵中析出，形成自由碳化物和氮化物，對純鐵

13、體的塑性變形起著遏制作用，從而使鋼材的強(qiáng)度提高，塑性和韌性下降。這種現(xiàn)象稱為時效硬化（圖3-6），俗稱老化。人工實效:時效硬化的過程一般較長，但如在材料塑性變形后加熱，可使時效硬化發(fā)展特別迅速。這種方法謂之人工實效。 第22頁/共156頁第二十二頁，共157頁。圖3-6 冷作硬化(ynghu)和時效硬化(ynghu) 第23頁/共156頁第二十三頁，共157頁。4.溫度影響 鋼材的內(nèi)部晶體組織(zzh)對溫度很敏感，溫度升高與降低都會使鋼材性能發(fā)生變化。溫度高于100C以上時，強(qiáng)度降低，塑性增大；250C左右鋼材的強(qiáng)度略有提高，塑性降低，鋼材呈脆性（藍(lán)脆現(xiàn)象）；當(dāng)溫度超過250350C時，鋼材

14、將產(chǎn)生徐變現(xiàn)象。 隨著溫度下降，鋼材的脆性傾向也將增加。第24頁/共156頁第二十四頁，共157頁。5.5.應(yīng)力集中 在鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中不可避免的存在著孔洞、槽口、凹角、裂紋、厚度變化、形狀改變及內(nèi)部缺陷等統(tǒng)稱為構(gòu)造缺陷。由于構(gòu)造缺陷，鋼材中的應(yīng)力不再保持均勻分布，而是在構(gòu)造缺陷區(qū)域的某些點產(chǎn)生局部應(yīng)力高峰，而在其它一些(yxi)(yxi)點則應(yīng)力降低，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。應(yīng)力集中是構(gòu)成構(gòu)件脆性破壞的主要原因之一。圖3-7 應(yīng)力集中(jzhng)現(xiàn)象 第25頁/共156頁第二十五頁，共157頁。 6. 6.反復(fù)荷載作用 鋼材在反復(fù)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的抗力及性能都會發(fā)生重要變化，甚至(shnzh)

15、(shnzh)發(fā)生疲勞破壞。在直接的連續(xù)反復(fù)的動力荷載作用下，根據(jù)實驗，鋼材的強(qiáng)度將降低，即低于一次靜力荷載作用下的拉伸試驗的極限強(qiáng)度，這中現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞。疲勞現(xiàn)象表現(xiàn)為突然發(fā)生的脆性斷裂。 第26頁/共156頁第二十六頁，共157頁。 原因 實際上疲勞(plo)(plo)破壞乃是累計損傷的結(jié)果。材料總是有“缺陷”的，在反復(fù)荷載作用下，先在其缺陷部位發(fā)生塑性變形和硬化而生成極小的裂痕，此后這種微觀裂痕逐漸發(fā)展成宏觀裂紋，試件截面削弱，而在裂紋根部出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，使材料處于三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，塑性變形受到限制，當(dāng)反復(fù)荷載達(dá)到一定的循環(huán)次數(shù)時，材料終于破壞，并表現(xiàn)為突然的脆性斷裂。第27頁/共

16、156頁第二十七頁，共157頁。7.7.復(fù)雜應(yīng)力作用(zuyng)(zuyng)下鋼材的屈服條件 在復(fù)雜應(yīng)力作用下，鋼材由彈性狀態(tài)進(jìn)入塑性狀態(tài)的條件(tiojin)是按能量強(qiáng)度理論（或第四強(qiáng)度理論）計算的折算應(yīng)力與單項應(yīng)力下的屈服點相比較來判斷： （3-2） 當(dāng) 時，為彈性狀態(tài)；當(dāng) 時，為塑性狀態(tài) reds)( 3)(222222zxyzxyxzzyyxzyxredssssssssssyfredsyf第28頁/共156頁第二十八頁，共157頁。幾種情況： 如三向應(yīng)力有一項很?。ㄈ绾穸容^小，厚度方向的應(yīng)力可忽略不計）或為零時，則屬于平面(pngmin)應(yīng)力狀態(tài)，式（3-2）成為 （3-3） 在一

17、般梁中，只存在 正應(yīng)力和剪應(yīng)力，則 2223xyyxyxredsssss23ssred第29頁/共156頁第二十九頁，共157頁。 當(dāng)只有剪應(yīng)力時， ，則 （3-5） 由此得 （3-6） 因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范確定(qudng)鋼材抗剪設(shè)計強(qiáng)度為抗拉設(shè)計強(qiáng)度的0.58倍。 當(dāng)平面或立體應(yīng)力皆為同號且差值又較小時，材料很難進(jìn)入塑性狀態(tài)，甚至破壞時也沒有明顯的塑性變形，呈脆性破壞。但當(dāng)有一向為異號應(yīng)力，且同號的兩個應(yīng)力又相差較大時，材料比較容易進(jìn)入塑性狀態(tài)。 0syredfs332yyff58.03第30頁/共156頁第三十頁，共157頁。 鋼按用途可分為建筑及工程用鋼、機(jī)器結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能

18、鋼等，建筑及工程用鋼又分為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。1.鋼材的種類 (1)碳素結(jié)構(gòu)鋼 鋼的牌號(piho)由代表屈服點的字母Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號（A、B、C、D）、脫氧方法符號等四個部分按順序組成。3.1.4 鋼材(gngci)的種類、規(guī)格及選用第31頁/共156頁第三十一頁，共157頁。 按質(zhì)量等級將鋼分為A、B、C、D四級，A級鋼只保證抗拉強(qiáng)度(kn l qin d)、屈服點、伸長率，必要時尚可附加冷彎試驗的要求，化學(xué)成分對碳、錳可以不作為交貨條件。B、C、D級鋼均保證抗拉強(qiáng)度(kn l qin d)、屈服點、伸長率、冷彎和沖擊韌性（分別為+20C，0C，-20C）等力學(xué)

19、性能?；瘜W(xué)成分對碳、硫、磷的極限含量比舊標(biāo)準(zhǔn)要求更加嚴(yán)格。 根據(jù)鋼材厚度（直徑）16mm時的屈服點數(shù)值，分為Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。第32頁/共156頁第三十二頁，共157頁。 （2）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 采用與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同的鋼號表示方法，仍然根據(jù)鋼材厚度（直徑）16mm時的屈服點數(shù)值，分為Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。 鋼的牌號仍有質(zhì)量等級符號，除與碳素結(jié)構(gòu)鋼A、B、C、D四個等級相同外增加一個等級E，主要是要求-40C的沖擊韌性。 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一般為鎮(zhèn)靜鋼，因此鋼的牌號中不注明脫氧方法。冶煉方法也有供方自行選擇。 A級鋼應(yīng)進(jìn)行(jnxng

20、)冷彎試驗，其他質(zhì)量級別鋼如供方能保證彎曲試驗結(jié)果符合規(guī)定要求，可不做檢驗。Q460鋼和各牌號D、E級鋼一般不供應(yīng)型鋼和鋼棒。第33頁/共156頁第三十三頁，共157頁。2.鋼材的選用 (1)選擇鋼材時考慮的因素有： 結(jié)構(gòu)的重要性。 荷載情況。 連接方法。 結(jié)構(gòu)所處(su ch)的溫度和環(huán)境。 鋼材厚度。 第34頁/共156頁第三十四頁，共157頁。(2)鋼材的選擇 對鋼材質(zhì)量的要求，一般的 說 ， 承 重 結(jié) 構(gòu) 的 鋼 材 應(yīng) 保 證(bozhng)抗拉強(qiáng)度、屈服點、伸長率和硫、磷的極限含量，對焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)保證(bozhng)碳的極限含量（由于Q235-A鋼的碳含量不作為交換條件，故一般不

21、用于焊接結(jié)構(gòu)）。 焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有冷彎試驗的合格保證(bozhng)。第35頁/共156頁第三十五頁，共157頁。 對于需要驗算疲勞的以及主要的受拉或受彎的焊接結(jié)構(gòu)的鋼材，應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證(bozhng)。當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于0但高于-20時，Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0沖擊韌性的合格保證(bozhng) ；對Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有-20沖擊韌性的合格保證(bozhng)。當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于-20時，Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有-20沖擊韌性的合格保證(bozhng)；對Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有-40沖擊韌性的合格保證(bozh

22、ng)。第36頁/共156頁第三十六頁，共157頁。3.3.鋼材(gngci)(gngci)的規(guī)格 鋼結(jié)構(gòu)采用的型材有熱軋成型的鋼板(gngbn)和型鋼以及冷彎（或冷壓）成型的薄壁型鋼。 (1)熱軋鋼板(gngbn) 熱軋鋼板(gngbn)有厚鋼板(gngbn)（厚度4.560mm）和薄鋼板(gngbn)（厚度為0.354mm），還有扁鋼（厚度為460mm，寬度為30200mm，此鋼板(gngbn)寬度小）。鋼板(gngbn)的表示方法為，在符號“”后加“寬度厚度長度”，如600101200，單位為mm。第37頁/共156頁第三十七頁，共157頁。(2)熱軋(r zh)型鋼 1)角鋼。 分等邊

23、和不等邊兩種。不等邊角鋼的表示方法為，在符號“”后加“長邊寬短邊寬厚度”，如100808，對于等邊角鋼則以邊寬和厚度表示，如1008，單位皆為毫米。2)工字鋼。 工字鋼有普通工字鋼、輕型工字鋼和H型鋼。普通工字鋼和輕型工字鋼用號數(shù)表示，號數(shù)即為其截面高度的厘米數(shù)。20號以上的工字鋼，同一號數(shù)有三種腹板厚度分別為a，b，c三類。如I30a、I30b、I30c。第38頁/共156頁第三十八頁，共157頁。 H型鋼與普通工字鋼相比，其翼緣內(nèi)外(niwi)兩側(cè)平行，便于與其他構(gòu)件相連。它可分為寬翼緣H型鋼（代號HW，翼緣寬度B與截面高度H相等）、中翼緣H型鋼（代號HM，B=（1/22/3）、窄翼緣型鋼

24、（代號，=（1/31/2）。各種型鋼均可剖分為型鋼供應(yīng)，代號分別為、和。型鋼和部分型鋼的規(guī)格標(biāo)記均采用：高度寬度腹板厚度1翼緣厚度2表示。例如340250914，其剖分型鋼為170250914，單位均為。第39頁/共156頁第三十九頁，共157頁。3)3)槽鋼。 有普通槽鋼和輕型槽鋼兩種，也以其截面高度的厘米數(shù)編號，如 。 4)4)鋼管。 有普通鋼管和焊接鋼管兩種, ,用符號“”“”后面加“外徑(wi (wi jn)jn)厚度”表示，如4004006 6，單位為mmmm。 第40頁/共156頁第四十頁，共157頁。3.1.4 鋼材的種類、規(guī)格(gug)及選用圖3-9 熱軋(r zh)型鋼截面第

25、41頁/共156頁第四十一頁，共157頁。(3)(3)薄型鋼板 薄型鋼板（圖3-103-10）是用薄鋼板（一般采用Q235Q235或Q345Q345鋼），經(jīng)模壓(my)(my)或彎曲而制成，其壁厚一般為1.51.55mm5mm。有防銹涂層的彩色壓型鋼板（圖1-81-8）；所用鋼板厚度為0.40.41.6mm1.6mm，用作輕型屋面及墻面等構(gòu)件。3.1.4 鋼材的種類(zhngli)、規(guī)格及選用第42頁/共156頁第四十二頁，共157頁。圖3-10 薄壁型鋼(xnggng)截面第43頁/共156頁第四十三頁，共157頁。第44頁/共156頁第四十四頁，共157頁。第45頁/共156頁第四十五頁，

26、共157頁。第46頁/共156頁第四十六頁，共157頁。3.2 3.2 鋼 筋第47頁/共156頁第四十七頁，共157頁。3.2 3.2 鋼 筋 3.2.1 鋼筋的物理力學(xué)性能 3.2.2 鋼筋的形式和品種(pnzhng) 3.2.3 鋼筋選用及檢驗第48頁/共156頁第四十八頁，共157頁。3.2.1 鋼筋(gngjn)的物理力學(xué)性能1.鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)以及鋼結(jié)構(gòu)中所用的鋼材可分為兩類，即有明顯屈服點的鋼材和無明顯屈服點的鋼材。 對無明顯屈服點的鋼材（混凝土中的熱處理鋼筋和鋼絲），其條件屈服強(qiáng)度不易(b y)測定，這類鋼材在質(zhì)量檢驗時以其抗拉強(qiáng)度作為主

27、要強(qiáng)度指標(biāo)，并以抗拉強(qiáng)度的0.8倍作為條件屈服強(qiáng)度。第49頁/共156頁第四十九頁，共157頁。2.鋼材物理性能指標(biāo) 鋼材在彈性階段的應(yīng)力和相應(yīng)應(yīng)變的比值為常量，該比值即鋼材的彈性模量。 （3-7） 式中： 屈服前的鋼材應(yīng)力（）； 相應(yīng)的鋼材應(yīng)變。 鋼材的彈性模量可由拉伸試驗測定，同一品種(pnzhng)鋼材的受拉和受壓彈性模量相同。 鋼材在單項受壓（粗而短的試件）時，受力性能基本上和單項受拉時相同。受剪的情況也相似，但屈服點及抗剪強(qiáng)度均較受拉時為低；剪變模量G也低于彈性模量E。 sses/ssse第50頁/共156頁第五十頁，共157頁。3.2.2 鋼筋的形式(xngsh)和品種 目前我國鋼

28、筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中采用的鋼筋和鋼絲有熱軋鋼筋、冷拉鋼筋、鋼絲和熱處理鋼筋等種類(zhngli)，其中應(yīng)用量最大的是熱軋鋼筋。圖3-11鋼筋(gngjn)和鋼絲的種類第51頁/共156頁第五十一頁，共157頁。1.1.熱軋鋼筋(gngjn)(gngjn)HPB235HPB235級、HRB335HRB335級、HRB400HRB400級、RRB400RRB400級 HPB235 HPB235級(級) )鋼筋(gngjn)(gngjn)多為光面鋼筋(gngjn)(gngjn)（Plain BarPlain Bar），多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋(gngjn)(gngjn)和箍筋 HRB335

29、HRB335級(級) )和 HRB400 HRB400級(級) )鋼筋(gngjn)(gngjn)強(qiáng)度較高，多作為鋼筋(gngjn)(gngjn)混凝土構(gòu)件的受力鋼筋(gngjn)(gngjn)，尺寸較大的構(gòu)件，也有用級鋼筋(gngjn)(gngjn)作箍筋的為增強(qiáng)與混凝土的粘結(jié)（BondBond），外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋(gngjn)(gngjn)（Deformed Deformed BarBar）。 RRB400 RRB400級(級) ) 強(qiáng)度太高，不適宜作為鋼筋(gngjn)(gngjn)混凝土構(gòu)件中的配筋，一般冷拉后作預(yù)應(yīng)力筋第52頁/共156頁第五十二頁，共157頁。第5

30、3頁/共156頁第五十三頁，共157頁。3.2.2 鋼筋(gngjn)的形式和品種2.冷加工鋼筋（ cold working rebar） 是由熱軋鋼筋和盤條經(jīng)冷拉、冷拔、冷軋、冷扭加工后而成。冷加工的目的是為了提高鋼筋的強(qiáng)度，節(jié)約鋼材。但經(jīng)冷加工后，塑性降低，使鋼材產(chǎn)生硬化(ynghu)，增加鋼結(jié)構(gòu)脆性破壞的危險。近年來，冷加工鋼筋的品種很多，應(yīng)根據(jù)專門規(guī)程使用。第54頁/共156頁第五十四頁，共157頁。3.鋼絲 （wire）按外形預(yù)應(yīng)力鋼絲分為光面鋼絲、螺旋肋鋼絲和刻痕鋼絲三種他們的共同特點是強(qiáng)度高，但伸長率較低。在構(gòu)件中采用預(yù)應(yīng)力鋼絲可收到節(jié)省鋼材、減少構(gòu)件截面和節(jié)省混凝土的效果。 1

31、)刻痕鋼絲是在光面鋼絲的表面經(jīng)過機(jī)械刻痕處理而成，以增加(zngji)與混凝土的粘結(jié)能力。2)螺旋肋鋼絲是以普通低碳鋼或低合金鋼熱軋的圓盤條為母材，經(jīng)冷軋減徑后在其表面冷軋成兩面或三面有月牙肋的鋼筋。3)鋼絞線則是由幾根高強(qiáng)鋼絲捻制在一起經(jīng)過低溫回火處理清除內(nèi)應(yīng)力后而制成，鋼絞線強(qiáng)度高，與混凝土的粘結(jié)力好，多用于大跨度、重荷載的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中。 第55頁/共156頁第五十五頁，共157頁。第56頁/共156頁第五十六頁，共157頁。4.熱處理（ heat treatment ）鋼筋 熱處理是對某些特定鋼號的熱軋鋼筋進(jìn)行淬火和回火處理，鋼筋經(jīng)淬火后硬度大幅度提高，但塑性和韌性降低，通過回火又

32、可以(ky)在不降低強(qiáng)度的前提下，消除由淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，改善塑性和韌性，使這些鋼筋成為較理想的預(yù)應(yīng)力鋼筋。第57頁/共156頁第五十七頁，共157頁。普通鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）種 類符號fykHPB235(Q235)235HRB335(20MnSi)335熱軋鋼筋HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)RRB400(20MnSi)400第58頁/共156頁第五十八頁，共157頁。預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）種 類fptk消除應(yīng)力鋼絲螺旋肋鋼絲491470157016701770刻痕鋼絲5、714701570二股d=10.0d=12.01720三股d=10.8

33、d=12.91720鋼絞線七股d=9.5d=11.1d=12.7d=15.21860186018601860，1820，1720熱處理鋼筋40Si2Mn(d=6)48Si2Mn(d=8.2)45Si2Cr(d=10)14701、 鋼絞線直徑 d 系指鋼絞線外接圓直徑2、 各種直徑、鋼絲、鋼絞線的截面積見附錄第59頁/共156頁第五十九頁，共157頁。3.2.3 鋼筋選用(xunyng)及檢驗1鋼筋的選用（1）鋼筋與混凝土共同工作的原因 1） 二者間的粘結(jié)力是鋼筋和混凝土共同工作的基礎(chǔ)。 2） 鋼筋和混凝土具有相近的溫度線膨脹系數(shù)： 3） 混凝土包裹在鋼筋的外面，提供的堿性環(huán)境可以保護(hù)鋼筋免受銹

34、蝕(xi sh)，從而保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性。第60頁/共156頁第六十頁，共157頁。3.2.3 鋼筋(gngjn)選用及檢驗（2）混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的主要要求是： 1） 強(qiáng)度。強(qiáng)度是指鋼筋的屈服強(qiáng)度和極限 強(qiáng)度。 2） 塑性。 3） 可焊性。 4） 與混凝土的粘結(jié)力。 在寒冷(hnlng)地區(qū)，對鋼筋的低溫性能尚有一定的要求。第61頁/共156頁第六十一頁，共157頁。(3)鋼筋的選用原則(yunz) 鋼筋混凝土設(shè)計規(guī)范（GB50010-2002）規(guī)定：普通鋼筋宜采用HRB400和HRB335級鋼筋，也可采用HPB235級和RRB400級鋼筋；預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼絲、也可采用熱

35、處理鋼筋。第62頁/共156頁第六十二頁，共157頁。 2.鋼筋的檢驗(jinyn) 在 對 有 明 顯 屈 服 點 的 鋼 筋 進(jìn) 行 質(zhì) 量 檢 驗(jinyn)時，主要應(yīng)測定屈服強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度、伸長率和冷彎性能這四項指標(biāo)。必要時，還須補(bǔ)充進(jìn)行抗沖擊韌性和冷彎性能等項檢驗(jinyn)。 由于沒有明顯屈服點的鋼筋的條件屈服強(qiáng)度不容易測定，因此在這類鋼筋的質(zhì)量檢驗(jinyn)中就以極限抗拉強(qiáng)度作為檢測的主要檢測指標(biāo)。于是，在這類鋼筋的質(zhì)量檢驗(jinyn)中需要測定的鋼筋一般只有三項：極限抗拉強(qiáng)度、伸長率和冷彎性能。 第63頁/共156頁第六十三頁，共157頁。3.3 混凝土第64頁/

36、共156頁第六十四頁，共157頁。3.3 3.3 混凝土 3.3.1 混凝土的強(qiáng)度(qingd) 3.3.2混凝土的變形 3.3.3混凝土的徐變和收縮 3.3.4混凝土的選用原則第65頁/共156頁第六十五頁，共157頁。3.3 3.3 混凝土 混凝土是由水、水泥和骨料（包括(boku)粗骨料和細(xì)骨料，粗骨料有碎石、卵石等；細(xì)骨料有粗砂、中砂、細(xì)砂等）等材料按一定配合比拌合、入模澆搗、養(yǎng)護(hù)硬化后形成的人工石材。 第66頁/共156頁第六十六頁，共157頁。3.3.1 混凝土的強(qiáng)度(qingd)1立方體抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度等級 混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強(qiáng)度。因此抗壓強(qiáng)度是混凝土力學(xué)性能中最主要

37、和最基本的指標(biāo)。 混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度是衡量(hng ling)混凝土強(qiáng)度大小的基本指標(biāo)，是評價混凝土強(qiáng)度等級的標(biāo)準(zhǔn)。 第67頁/共156頁第六十七頁，共157頁。 1 1）立方體抗壓強(qiáng)度的確定方法。 規(guī)范規(guī)定混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的確定方法：用邊長為150mm150mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下（溫度(wnd)20 (wnd)20 33，相對濕度不小于90%90%）養(yǎng)護(hù)2828天后，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗方法（試件的承壓面不涂潤滑劑，加荷速度約每秒0.150.150.3N/mm20.3N/mm2）測得的具有95%95%保證率的抗壓強(qiáng)度，作為混凝土的立方抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，用符號fcu,kfcu,k

38、表示。 第68頁/共156頁第六十八頁，共157頁。3.3.1 混凝土的強(qiáng)度(qingd)2）混凝土強(qiáng)度等級。 規(guī)范規(guī)定的混凝土強(qiáng)度等級，是按立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（即有95%超值保證率）確定的，用“C”表示，規(guī)范中列出14個等級，即：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。字母C后面的數(shù)字表示以 為單位(dnwi)的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。2mm/N第69頁/共156頁第六十九頁，共157頁。3)影響強(qiáng)度試驗的因素。尺寸效應(yīng)：尺寸越大，內(nèi)部(nib)缺陷較多，強(qiáng)度較低。加載速度：加載速度越快，強(qiáng)度越低。 端部約束：涂潤滑油，強(qiáng)度

39、降低。第70頁/共156頁第七十頁，共157頁。2混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度（棱柱體強(qiáng)度） 用標(biāo)準(zhǔn)棱柱體試件測定的混凝土抗壓強(qiáng)度，稱為混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度或棱柱體強(qiáng)度，用符號 表示。 采用棱柱體試件，反映混凝土的實際工作狀態(tài)。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，進(jìn)行受彎構(gòu)件、受壓構(gòu)件以及偏心受拉構(gòu)件的承載力計算時，要采用混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度作為設(shè)計指標(biāo)(zhbio)。 國家標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土力學(xué)性能試驗方法（CBJ8185）規(guī)定以150150300的試件作為試驗混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)試件。cf第71頁/共156頁第七十一頁，共157頁。3.3.1 混凝土的強(qiáng)度(qingd) 混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與立方體抗壓強(qiáng)度

40、標(biāo)準(zhǔn)值之間存在下列關(guān)系 （3-1） 式中： 棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比值，對C50混凝土取 0.76，對C80取 0.82，中間按線性規(guī)律變化； C40以上(yshng)混凝土脆性折減系數(shù)，對C40取 1.0，對C80取 0.87，中間按線性規(guī)律變化。 c1kcuccff,2188. 0c1c1c2c2c2第72頁/共156頁第七十二頁，共157頁。3.混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度 混凝土的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度，一般只有抗壓強(qiáng)度的1/181/9。因此，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，一般不采用混凝土承受拉力。但進(jìn)行混凝土以及(yj)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的抗裂度和裂縫寬度計算時，需要知道混凝土的抗拉強(qiáng)度，以及(yj

41、)受剪、受扭、受沖切等的承載力均與抗拉強(qiáng)度有關(guān)?；炷恋妮S心抗拉強(qiáng)度用 表示。 tf第73頁/共156頁第七十三頁，共157頁。 混凝土抗拉強(qiáng)度(kn l qin d)的測定方法分為兩類：一類為直接測試法，另一類為間接測試方法，如劈裂試驗等。 500 150 15010016軸心受拉試驗拉壓壓第74頁/共156頁第七十四頁，共157頁。3.3.1 混凝土的強(qiáng)度(qingd) 混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k之間具有以下(yxi)對應(yīng)關(guān)系： (3-2) 混凝土強(qiáng)度變異系數(shù)2c45. 055. 0k ,cutk)645. 11 (395. 088. 0ff第75頁/

42、共156頁第七十五頁，共157頁。3.3.2混凝土的變形(bin xng) 一類是由于荷載作用(zuyng)而產(chǎn)生的變形: 1)一次短期加荷時的變形。 2)荷載長期作用(zuyng)下的變形。 一類是非荷載作用(zuyng)下的變形： 1）混凝土的化學(xué)收縮。 2）混凝土的干濕變形。 3）混凝土的溫度變形等。第76頁/共156頁第七十六頁，共157頁。1混凝土在短期荷載作用下的變形（1）混凝土在短期荷載作用下的的應(yīng)力-應(yīng)變曲線 混凝土在單軸短期單調(diào)加載過程中的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系（-曲線）是混凝土最基本( jbn)的力學(xué)性能之一，它是研究鋼筋混凝土構(gòu)件強(qiáng)度、裂縫、變形、延性所必須的依據(jù)。 3.3.2混

43、凝土的變形(bin xng)第77頁/共156頁第七十七頁，共157頁。 （1）混凝土在短期荷載作用下的的應(yīng)力(yngl)-應(yīng)變曲線 混凝土的應(yīng)力(yngl)-應(yīng)變曲線通常用棱柱體試件進(jìn)行測定，在試件的四個側(cè)面安裝應(yīng)變儀測讀縱向壓應(yīng)變的變化，如圖所示為軸心受壓混凝土典型的應(yīng)力(yngl)-應(yīng)變曲線，圖中幾個特征階段如下：3.3.2混凝土的變形(bin xng)第78頁/共156頁第七十八頁，共157頁。02468102030s(MPa)e 10-3AA點以前，微裂縫沒有明顯發(fā)展，混凝土的變形主要彈性變形，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似直線。A點應(yīng)力隨混凝土強(qiáng)度的提高而增加(zngji)，對普通強(qiáng)度混凝土s

44、A約為 (0.30.4)fc ，對高強(qiáng)混凝土sA可達(dá)(0.50.7)fc。BCED第79頁/共156頁第七十九頁，共157頁。02468102030s(MPa)e 10-3BAA點以后，由于微裂縫處的應(yīng)力集中，裂縫開始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生部分塑性變形，應(yīng)變(yngbin)增長開始加快，應(yīng)力-應(yīng)變(yngbin)曲線逐漸偏離直線。微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致混凝土的橫向變形（expansion）增加 。但該階段微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的。CED第80頁/共156頁第八十頁，共157頁。02468102030s(MPa)e 10-3BA達(dá)到B點，內(nèi)部一些微裂縫相互連通，裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，橫向變形突然增大，體積應(yīng)變開始

45、由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長期作用下，裂縫會持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。取B點的應(yīng)力作為(zuwi)混凝土的長期抗壓強(qiáng)度。普通強(qiáng)度混凝土sB約為0.8fc，高強(qiáng)強(qiáng)度混凝土sB可達(dá)0.95fc以上。CED第81頁/共156頁第八十一頁，共157頁。02468102030s(MPa)e 10-3BACED達(dá)到C點 fc，內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，應(yīng)變增長速度明顯(mngxin)加快，C點的縱向應(yīng)變值稱為峰值應(yīng)變 e 0，約為0.002。縱向應(yīng)變(yngbin)發(fā)展達(dá)到D點，內(nèi)部裂縫在試件表面出現(xiàn)第一條可見平行于受力方向的縱向裂縫。第82頁/共156頁第八十二頁，共157頁。02468102030s(MP

46、a)e 10-3BACED隨應(yīng)變增長，試件上相繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向裂縫，橫向(hn xin)變形急劇發(fā)展，承載力明顯下降。第83頁/共156頁第八十三頁，共157頁。02468102030s(MPa)e 10-3BACED混凝土骨料與砂漿的粘結(jié)不斷遭到破，裂縫連通(lintng)形成斜向破壞面。E點的應(yīng)變e = (23) e 0，應(yīng)力s = (0.40.6) fc。第84頁/共156頁第八十四頁，共157頁。02468102030s(MPa)e 10-3BACEDE點以后，縱向裂縫形成一斜向破壞面，此破壞面受正應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用繼續(xù)擴(kuò)展(kuzhn)，形成一破壞帶。此時試件的強(qiáng)度由斜向破壞面

47、上的骨料間的摩阻力提供。隨應(yīng)變繼續(xù)發(fā)展，摩阻力和粘結(jié)力不斷下降，但即使在很大的應(yīng)變下，骨料間仍有一定摩阻力，殘余強(qiáng)度，約為(0.10.4) fc。第85頁/共156頁第八十五頁，共157頁。 從混凝土應(yīng)力- -應(yīng)變曲線可以看出：混凝土的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系圖形是一條曲線，這說明混凝土是一種彈塑性材料，只有當(dāng)壓應(yīng)力很小時，才可將其視為彈性材料。曲線分為上升段和下降段，說明混凝土在破壞過程中，承載力有一個從增加到減少的過程，當(dāng)混凝土的壓應(yīng)力達(dá)到(d do)(d do)最大時，并不意味著立即破壞。因此，混凝土最大應(yīng)變對應(yīng)的不是最大應(yīng)力，最大應(yīng)力對應(yīng)的也不是最大應(yīng)變。 影響混凝土應(yīng)力- -應(yīng)變曲線形狀的

48、因素很多，如混凝土強(qiáng)度、組成材料的性質(zhì)及配合比、試驗方法及約束情況等。第86頁/共156頁第八十六頁，共157頁。 試驗表明不同強(qiáng)度的混凝土，對應(yīng)力-應(yīng)變曲線上升段的影響不大，壓應(yīng)力的峰值對應(yīng)的應(yīng)變值大致(dzh)約為0.002。對于下降段，混凝土強(qiáng)度越高，應(yīng)力下降越劇烈，也即延性越差。而強(qiáng)度較低的混凝土，曲線的下降段較平緩，也即低強(qiáng)度混凝土的延性要好些。 不同強(qiáng)度混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線第87頁/共156頁第八十七頁，共157頁。 試驗表明，加荷速度對混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線也有影響。隨著加荷速度的增加(zngji),最大應(yīng)力值也增加(zngji)，但到達(dá)最大應(yīng)力值的應(yīng)變小了，也使曲線的下降

49、比較陡峭。 試驗還表明，橫向鋼筋的約束作用對混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線也有較明顯的影響。隨著配箍量的增加(zngji)及箍筋的加密，混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線的峰值不僅有所提高，而且峰值應(yīng)變的增大，及曲線下降段的下降減緩都比較明顯。在這里橫向鋼筋實際上起到了側(cè)向約束的作用，構(gòu)件已處于多項應(yīng)力狀態(tài)。承受地震作用的構(gòu)件，采用加密箍筋的方法不僅可使混凝土強(qiáng)度有所提高，而且可以有效地提高混凝土構(gòu)件的延性。 第88頁/共156頁第八十八頁，共157頁。（2）混凝土的彈性模量(tn xn m lin)和變形模量 1）彈性模量(tn xn m lin)。 彈性模量反映了材料受力后的應(yīng)力-應(yīng)變性質(zhì)。當(dāng)應(yīng)力較小時，混凝土

50、具有彈性性質(zhì)，混凝土在這個階段的的彈性模量可用應(yīng)力-應(yīng)變曲線過原點切線的正切表示(biosh)（圖3.13），稱為初始彈性模量（簡稱彈性模量）。第89頁/共156頁第八十九頁，共157頁。（2）混凝土的彈性模量(tn xn m lin)和變形模量2）變形模量。 嚴(yán)格說來，當(dāng)混凝土進(jìn)入塑性階段后，初始彈性模量(tn xn m lin)已不能反應(yīng)這時的應(yīng)力-應(yīng)變性質(zhì)。因此有時用切線模量和割線模量來表示這時的應(yīng)力應(yīng)變性質(zhì)。第90頁/共156頁第九十頁，共157頁。 切線模量 ：過某一點(y din)(y din)切線的斜率。 割線模量 ：某一點(y din)(y din)與原點連線的斜率。 割線模量

51、 切線模量 割線模量表示了曲線上某點總應(yīng)力與總應(yīng)變之比，而總應(yīng)變包括彈、塑性變形，所以割線模量也稱為混凝土的變形模量。第91頁/共156頁第九十一頁，共157頁。圖3.13 混凝土彈性模量(tn xn m lin)及變形模量 第92頁/共156頁第九十二頁，共157頁。 混凝土受拉彈性模量與受壓時基本一致，因此可取相同值。 泊 松 比 ： 橫 向 應(yīng) 變 ( y n g b i n )( y n g b i n ) 與 縱 向 應(yīng) 變(yngbin)(yngbin)之比稱為泊松比。 剪切彈性模量 影響混凝土剪切彈性模量的因素一般認(rèn)為與彈性模量相似，可按我國規(guī)范所給的混凝土彈性模量的0.40.4

52、倍采用，相當(dāng)于取=0.2=0.2。)1 (2ccEG第93頁/共156頁第九十三頁，共157頁。3.3.3混凝土的徐變和收縮(shu su)（1）混凝土的徐變1）徐變的過程。概念：混凝土在荷載長期作用下產(chǎn)生隨時間而增長的變形稱為徐變。影響：徐變會造成結(jié)構(gòu)(jigu)的內(nèi)力重分布，會使變形增大，會引起預(yù)應(yīng)力損失，在高應(yīng)力作用下，還會導(dǎo)致構(gòu)件破壞。過程：隨荷載作用時間的延續(xù)，變形不斷增長，前4個月徐變增長較快，6個月可達(dá)最終徐變的（7080）%，以后增長逐漸緩慢，23年后趨于穩(wěn)定。第94頁/共156頁第九十四頁，共157頁。eleeleeleelecre第95頁/共156頁第九十五頁，共157頁。

53、（1）混凝土的徐變2）影響徐變的因素。內(nèi)在因素是混凝土的組成和配比(pi b)。骨料的剛度（彈性模量）越大，體積比越大，徐變就越小。水灰比越小，徐變也越小。環(huán)境影響包括養(yǎng)護(hù)和使用條件。受荷前養(yǎng)護(hù)的溫濕度越高，水泥水化作用充分，徐變就越小。采用蒸汽養(yǎng)護(hù)可使徐變減少（2035）%。受荷后構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高，相對濕度越小，徐變就越大。第96頁/共156頁第九十六頁，共157頁。（1）混凝土的徐變3）徐變對構(gòu)件的影響。鋼筋(gngjn)混凝土軸心受壓構(gòu)件在不變荷載的長期作用下，混凝土將產(chǎn)生徐變。由于鋼筋(gngjn)與混凝土的粘結(jié)作用，兩者共同變形，混凝土的徐變將迫使鋼筋(gngjn)的應(yīng)變增大，

54、鋼筋(gngjn)應(yīng)力也相應(yīng)增大；但外荷載保持不變，由平衡條件可知，混凝土的應(yīng)力必將減少，這樣就產(chǎn)生了應(yīng)力重分布，使得構(gòu)件中鋼筋(gngjn)和混凝土的實際應(yīng)力和設(shè)計計算時所得出的數(shù)值不一樣。徐變使受彎構(gòu)件和偏壓構(gòu)件變形增大。在軸壓構(gòu)件中，徐變使鋼筋(gngjn)應(yīng)力增加，混凝土應(yīng)力減小。在預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中，徐變使預(yù)應(yīng)力發(fā)生損失；在超靜定結(jié)構(gòu)中，徐變使內(nèi)力發(fā)生重分布。第97頁/共156頁第九十七頁，共157頁。3.3.3混凝土的徐變和收縮(shu su)(2)混凝土的收縮1）收縮的過程(guchng)。 混凝土在空氣中結(jié)硬時其體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮?；炷猎谒薪Y(jié)硬時體積會膨脹。收縮

55、和膨脹是混凝土在不受力情況下因體積變化而產(chǎn)生的變形。第98頁/共156頁第九十八頁，共157頁。 通常認(rèn)為混凝土的收縮是由凝膠體本身的體積收縮（即凝結(jié)）和混凝土因失水產(chǎn)生的體積收縮（即干縮）所組成?；炷恋氖湛s在早期發(fā)展較快，以后逐漸放慢(fn mn)（圖3.15），整個收縮過程可延續(xù)2年以上，最后趨于一個最終收縮值。圖3.15 混凝土的收縮(shu su)第99頁/共156頁第九十九頁，共157頁。 2）影響收縮的因素?；炷恋氖湛s受結(jié)構(gòu)周圍的溫度、濕度、構(gòu)件斷面形狀及尺寸、配合比、骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)條件等許多(xdu)因素有關(guān)。 水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。 骨

56、料彈性模量高、級配好，收縮就小。 干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大。 小尺寸構(gòu)件收縮大，大尺寸構(gòu)件收縮小。 高強(qiáng)混凝土收縮大。 影響收縮的因素多且復(fù)雜，要精確計算尚有一定的困難。 在實際工程中，要采取一定措施減小收縮應(yīng)力的不利影響施工縫。第100頁/共156頁第一百頁，共157頁。3）收縮對構(gòu)件的影響。當(dāng)混凝土不能自由收縮時，會在混凝土內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力而引起裂縫。在鋼筋混凝土構(gòu)件中，由于鋼筋限制了混凝土的部分收縮，使構(gòu)件的收縮變形比混凝土的自由收縮要小一些。鋼筋與混凝土之間存在粘結(jié)作用，粘結(jié)應(yīng)力使鋼筋隨混凝土縮短而受壓，其反作用力相當(dāng)于將自由收縮的混凝土拉長，使混凝土受拉，當(dāng)混凝土收縮較大，構(gòu)件結(jié)構(gòu)截面

57、配筋又較多時，會使混凝土構(gòu)件產(chǎn)生收縮裂縫。混凝土的膨脹(png zhng)數(shù)值一般較小，對結(jié)構(gòu)的危害也不大。第101頁/共156頁第一百零一頁，共157頁。3.3.4混凝土的選用(xunyng)原則 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C15C15；當(dāng)采用(ciyng)HRB335(ciyng)HRB335級鋼筋時，混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C20C20；當(dāng)采用(ciyng)HRB400(ciyng)HRB400和RRB400RRB400級鋼筋以及對承受重復(fù)荷載的構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度等級不得低于C20C20。 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C30C30；當(dāng)采用(ciyng)(ciyng)碳

58、素鋼絲、鋼鉸線、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時，混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C40C40。 第102頁/共156頁第一百零二頁，共157頁。3.4 鋼筋(gngjn)與混凝土的相互作用粘結(jié)力第103頁/共156頁第一百零三頁，共157頁。3.4 鋼筋(gngjn)與混凝土的相互作用粘結(jié)力3.4.1粘結(jié)力的概念1.概念鋼筋與混凝土能夠在一起工作，除了二者的溫度(wnd)線膨脹系數(shù)相近以外，還有一個主要原因是鋼筋和混凝土之間存在著粘結(jié)力。通常把鋼筋與混凝土接觸面單位截面面積上的剪應(yīng)力稱為粘結(jié)力。第104頁/共156頁第一百零四頁，共157頁。2.組成粘結(jié)力主要由三部分組成。 一是因為混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而

59、產(chǎn)生的摩擦力。 二是因為混凝土顆粒的化學(xué)作用產(chǎn)生的膠合力。 三是由于鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合力。 其中機(jī)械咬合力約占總粘結(jié)力的一半以上，變形鋼筋的機(jī)械咬合力要大大高于光面鋼筋的機(jī)械咬合力。此外(cwi)，鋼筋表面的輕微銹蝕也增加它與混凝土的粘結(jié)力。 當(dāng)鋼筋與混凝土產(chǎn)生相對滑動后，膠結(jié)作用即喪失。摩擦力的大小取決于握裹力和鋼筋與混凝土表面的摩擦系數(shù)。第105頁/共156頁第一百零五頁，共157頁。 粘結(jié)(zhn ji)強(qiáng)度的測定通常采用拔出試驗方法，將鋼筋一端埋入混凝土中，在另一端施力將鋼筋拔出。 3.4.2粘結(jié)力的測定(cdng)第106頁/共156頁第一百零六頁，共157頁

60、。1.試驗結(jié)論：1)最大粘結(jié)應(yīng)力在離開端部的某一位置出現(xiàn)，且隨拔出力的大小而變化，粘結(jié)應(yīng)力沿鋼筋(gngjn)長度是曲線分布的。2)鋼筋(gngjn)埋入長度越長，拔出力越大；但埋入長度過大時，則其尾部的粘結(jié)應(yīng)力很小，基本不起作用。3)粘結(jié)強(qiáng)度隨混凝土強(qiáng)度等級的提高而增大。4)變形鋼筋(gngjn)的粘結(jié)強(qiáng)度高于光面鋼筋(gngjn)，而在光面鋼筋(gngjn)末端做彎鉤可以大大提高拔出力。3.4.2粘結(jié)力的測定(cdng)第107頁/共156頁第一百零七頁，共157頁。5)混凝土澆筑深度過大時，由于混凝土的泌水下沉氣泡逸出，使其與“頂部”水平鋼筋之間產(chǎn)生空隙層，從而削弱鋼筋與混凝土的粘結(jié)力；