第2章 材料物理力學(xué)性能

第2章混凝土結(jié)構(gòu)材料的

物理力學(xué)性能§2.1混凝土的物理力學(xué)性能§2.2鋼筋的物理力學(xué)性能

§2.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)2.1.1單軸力狀態(tài)的混凝土強(qiáng)度2.1.2復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)的混凝土強(qiáng)度2.1.3混凝土的變形2.1.4混凝土的疲勞§2.1混凝土的物理力學(xué)性能2.1.1單軸應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度１.混凝土的抗壓強(qiáng)度fcu,k（1）混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度fcu,k和強(qiáng)度等級1）立方體抗壓強(qiáng)度——

邊長150mm，溫度20±3℃，濕度≥90%，養(yǎng)護(hù)28天，加載速度0.15－0.3N/mm2/s，不涂潤滑劑，95%保證率。

C15-C80共14等級表示混凝土Concrete立方體抗壓強(qiáng)度C20a.試件表面是否涂潤滑劑：

不涂時強(qiáng)度高；涂后強(qiáng)度低，原因——“套箍”作用，破壞形態(tài)不一樣；b.加載速度：速度快強(qiáng)度高，速度慢強(qiáng)度低承壓板試塊摩擦力不涂潤滑劑涂潤滑劑強(qiáng)度大于★試驗(yàn)方法對立方體抗壓強(qiáng)度的影響2）混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度fckA.確定混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)方法a.標(biāo)準(zhǔn)試件：150mm150mm300mm的棱柱體；b.其余同混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)方法；承壓板試塊軸心抗壓強(qiáng)度更真實(shí)反映以受壓為主的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件。為消除端部約束的影響

隨高寬比的增加，混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度會降低.B.fck和fcu,k的換算關(guān)系2.混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度

ftk確定方法：軸心受拉試驗(yàn)和劈裂試驗(yàn);約為立方體抗壓強(qiáng)度的1/17～1/8；在荷載較小時，混凝土即開裂，故混凝土結(jié)構(gòu)一般帶裂縫工作，混凝土軸心抗拉強(qiáng)度不起決定作用。2.1.2復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度雙向應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的破壞包絡(luò)圖大于單向；1.雙向受壓時，混凝土抗壓強(qiáng)度2.雙向受拉時，混凝土抗拉強(qiáng)度3.一向受壓和一向受拉時，混凝土抗拉（抗壓）強(qiáng)度均4.剪應(yīng)力的存在，混凝土抗壓強(qiáng)度5.壓應(yīng)力的存在，混凝土抗剪強(qiáng)度接近于單向；低于相應(yīng)的單向；低于單向；有限增加。2.1.3混凝土的變形變形的分類：受力變形—荷載產(chǎn)生的；

體積變形—收縮、溫差即濕差產(chǎn)生的。1.一次短期加載下混凝土的變形性能（1）混凝土受壓時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系CBDEfc00???Acu??OA–––彈性階段A:0.3fcAB–––彈塑性階段:0.3fc～0.8fc

裂縫穩(wěn)定階段BC–––裂縫不穩(wěn)定階段:0.8fc～1.0fcCE–––下降段（2）混凝土單軸向受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型１）美國E.Hognestad模型（上升段為二次拋物線，下降段為斜直線）２）德國Rüsch模型（上升段為二次拋物線，

下降段采用水平線）u=0.00350=0.002ocfcc（3）三向受壓狀態(tài)下混凝土的變形特點(diǎn)A.變形特點(diǎn)：側(cè)壓力約大，變形能力好，強(qiáng)度高；B.工程意義：設(shè)置密排箍筋間接產(chǎn)生側(cè)壓力。2１１222（4）混凝土的變形模量

由于混凝土的彈塑性性質(zhì)，模量是一個變數(shù)，通常有三種表示方法。1）彈性模量（切線模量）：重復(fù)加載確定002）變形模量（割線模量）3）切線模量：c

=ela

+plakcc10elapla0h割線切線2.荷載長期作用下混凝土的變形性能

徐變：在長期不變的荷載作用下，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生的應(yīng)變或變形。影響徐變的因素：

A.應(yīng)力（荷載）大小：應(yīng)力大時，徐變大；c<0.5fc，徐變變形與應(yīng)力成正比----線性徐變0.5fc<c<0.8fc

非線性徐變c>0.8fc

造成混凝土破壞，不穩(wěn)定B.加載時的齡期：齡期早，徐變大；C.其它：水泥用量、水灰比、骨料、溫度以及濕度。徐變對結(jié)構(gòu)的影響：

A.使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力重分布；

B.使預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生損失。3.混凝土的收縮與膨脹

(1)混凝土的收縮——混凝土在空氣中硬化時體積會縮小。影響混凝土收縮的因素：水泥的品種：水泥強(qiáng)度等級越高，制成的混凝土收縮越大。水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。骨料的性質(zhì)：骨料彈性模量高、級配好，收縮就小。養(yǎng)護(hù)條件：干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大?；炷林谱鞣椒ǎ夯炷猎矫軐?shí)，收縮越小。使用環(huán)境：使用環(huán)境溫度、濕度越大，收縮越小。構(gòu)件的體積與表面積比值：比值大時，收縮小。(2)混凝土的膨脹——混凝土在水中硬化時體積會增大。2.1.4混凝土疲勞疲勞——混凝土在荷載重復(fù)作用下的變形（疲勞變形）（1）疲勞破壞：荷載重復(fù)作用引起的破壞；（2）疲勞強(qiáng)度：荷載重復(fù)作用下使應(yīng)力應(yīng)變曲線始終保持密合直線的最大應(yīng)力值；混凝土在荷載重復(fù)作用下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線第2章混凝土結(jié)構(gòu)材料的

物理力學(xué)性能§2.1混凝土的物理力學(xué)性能§2.2鋼筋的物理力學(xué)性能

§2.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)2.2.1鋼筋的種類2.2.2鋼筋的強(qiáng)度和變形2.2.3鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型2.2.4鋼筋的疲勞2.2.5混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求§

2.2鋼筋的物理力學(xué)性能1.鋼筋的分類（1）根據(jù)化學(xué)成分碳素鋼：低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼。（含碳量的增加，強(qiáng)度提高，脆性增加）普通低合金鋼：加入少量合金元素。（2）根據(jù)生產(chǎn)工藝熱軋鋼筋：高溫下軋制成型（如碳素鋼和普通低合金）；熱處理鋼：熱軋鋼經(jīng)過調(diào)質(zhì)冷加工鋼筋：熱軋鋼筋在常溫下進(jìn)行冷拉或冷拔。2.2.1鋼筋的種類熱軋鋼筋：熱軋光面鋼筋HotRolledPlainSteelBarHPB300熱軋帶肋鋼筋HotRolledRibbedSteelBarHRB335HRB400，余熱處理鋼筋RemainedheattreatmentRibbedSteelBarRRB400冷拉鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下用機(jī)械拉伸而成熱處理鋼筋：將HRB400、RRB400鋼筋通過加熱、淬火、回火而成碳素鋼絲：高碳鎮(zhèn)靜鋼通過多次冷拔、應(yīng)力消除、矯正、回火處理而成刻痕鋼絲：在鋼絲表面刻痕，以增強(qiáng)其與混凝土間的粘結(jié)力鋼絞線：六根相同直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起冷拔低碳鋼絲：由低碳鋼冷拔而成鋼筋鋼絲A.柔性鋼筋：普通鋼筋;a.光圓鋼筋：表面是光滑的；b.變形鋼筋：表面有肋（如月牙肋等）；c.習(xí)慣上，直徑大于4mm稱為鋼筋；小于或等于4mm稱為鋼絲。B.勁性鋼筋：型鋼、鋼軌及其組合。光面鋼筋螺紋鋼筋月牙紋鋼筋人字紋鋼筋（3）根據(jù)鋼筋外型AB’BCDE（1）.有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋(以屈服強(qiáng)度作為鋼筋設(shè)計強(qiáng)度的取值依據(jù))0.2%0.2(2).無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋(以條件屈服強(qiáng)度作為鋼筋設(shè)計強(qiáng)度的取值依據(jù))OA－彈性階段A－比例極限B－屈服強(qiáng)度CD－強(qiáng)化階段D－極限強(qiáng)度DE－頸縮階段0.2－條件屈服強(qiáng)度2.2.2鋼筋的強(qiáng)度與變形1鋼筋的強(qiáng)度1）鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（fykfpyk）鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值具有95%的保證率2）鋼筋強(qiáng)度設(shè)計值rR—分項(xiàng)系數(shù)對普通鋼筋：對預(yù)應(yīng)力鋼筋：2.鋼筋的變形力學(xué)指標(biāo)：伸長率和冷彎性(2)冷彎性能：以彎心直徑和冷彎角度來衡量(1)伸長率：sss=Essys,hfysss=Essys,hfyfs,us,u2.2.3鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型1.雙直線（完全彈塑性）2.三折線（完全彈塑性+硬化）3.疲勞強(qiáng)度fcf的確定原則：

100×100×300或150×150×450的棱柱體試塊承受200萬次（或以上）循環(huán)荷載時發(fā)生破壞的最大壓應(yīng)力值。2.2.4鋼筋的疲勞1.鋼筋的疲勞：鋼筋在承受重復(fù)、周期動荷載作用下，經(jīng)過一定次數(shù)后，從塑性破壞的性質(zhì)轉(zhuǎn)變成脆性突然斷裂的現(xiàn)象2.疲勞強(qiáng)度：規(guī)定的應(yīng)力幅度內(nèi)，經(jīng)一定次數(shù)的重復(fù)荷載后發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。2.2.5混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求1.強(qiáng)度2.塑性3.可焊性4.鋼筋的耐火性5.與混凝土的粘結(jié)力§

2.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)鋼筋與混凝土之間粘結(jié)應(yīng)力示意圖（a）錨固粘結(jié)應(yīng)力（b）裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力錨固粘結(jié)：保證鋼筋和混凝土共同工作縫間粘結(jié)：改善鋼筋混凝土的耗能性能2.3.1粘結(jié)的意義粘結(jié)和錨固是鋼筋和混凝土形成整體、共同工作的基礎(chǔ)2.3.2粘結(jié)力的組成1.光圓鋼筋的粘結(jié)作用的三個組成部分膠結(jié)力摩阻力機(jī)械咬合作用力2.變形鋼筋與混凝土之間的機(jī)械咬合作用主要是由于變形鋼筋肋間嵌入混凝土而產(chǎn)生的。2.3.3粘結(jié)應(yīng)力-滑移關(guān)系直接拔出試驗(yàn)彎曲拔出試驗(yàn)式中N—鋼筋的拉力；ｄ—鋼筋的直徑；ｌ—粘結(jié)的長度。(1)保證最小搭接長度和錨固長度；(2)滿足鋼筋最小間距和混凝土保護(hù)層最小厚度的要求；(3)在