混凝土結(jié)構(gòu)材料

第四章混凝土結(jié)構(gòu)4.1鋼筋和混凝土材料力學性能4.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件4.3鋼筋混凝土受壓構(gòu)件4.4預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)基本知識4.5鋼筋混凝土樓蓋4.1鋼筋和混凝土材料力學性能

4.1.1混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念4.1.2鋼筋4.1.3混凝土4.1.4鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)和錨固4.1.1混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念1、混凝土結(jié)構(gòu)

主要以混凝土材料，并根據(jù)需要配置鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋、鋼骨、鋼管等，作為主要承重材料的結(jié)構(gòu)，均可稱為混凝土結(jié)構(gòu)(ConcreteStructure)。素混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)纖維增強塑料混凝土鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)Pcr=9.7kN150300fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2ftsc=ft25002、鋼筋的作用Pu

≈

Pcr破壞時跨中截面受壓邊緣的壓應(yīng)力與抗拉強度相近，遠未達到混凝土的抗壓強度，破壞表現(xiàn)為脆性斷裂，無明顯預(yù)兆。sc=ftft素混凝土梁◆鋼材：

◎抗拉和抗壓強度都很高

◎具有屈服現(xiàn)象，破壞時表現(xiàn)出較好的延性◎但細長的鋼筋受壓時極易壓曲，僅能作為受拉構(gòu)件而純鋼構(gòu)件的承載力也往往取決于鋼材的壓曲，材料強度一般得不到充分地發(fā)揮。將混凝土和鋼材這兩種材料有機地結(jié)合在一起，可以取長補短，充分利用材料的性能。Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu

≈

52.5kNsc=ftft

sssc2f16

fy配置鋼筋后，RC梁的承載力比素混凝土梁大大提高，鋼筋的抗拉強度和混凝土的抗壓強度均得到充分利用，且破壞過程有明顯預(yù)兆。Py

≈

50.0kN

fcPcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu

≈

52.5kNsc=ftft

sssc2f16

fyPy

≈

50.0kN

fc★但從開裂荷載到屈服荷載，在很長的過程帶裂縫工作；★通常裂縫寬度很小，不致影響正常使用?！锏芽p導(dǎo)致梁的剛度顯著降低，使得鋼筋混凝土梁不能應(yīng)用于大跨度結(jié)構(gòu)。如何解決？3、鋼筋與混凝土共同工作的條件鋼筋（材）和混凝土兩種材料的物理力學性能很不相同，他們可以結(jié)合在一起共同工作，是因為：⑴鋼筋和混凝土之間存在有良好的粘結(jié)力，在荷載作用下，可以保證兩種材料協(xié)調(diào)變形，共同受力；⑵鋼材與混凝土具有基本相同的溫度線膨脹系數(shù)（鋼材為1.2×10-5，混凝土為(1.0~1.5)×10-5），因此當溫度變化時，兩種材料不會產(chǎn)生過大的變形差而導(dǎo)致兩者間的粘結(jié)力破壞。（3）混凝土對內(nèi)部鋼筋的保護作用。P40粘結(jié)力——Bond鋼：含碳量低于2%的鐵碳合金，大于2%時為生鐵。鋼材：鋼經(jīng)軋制或加工成的鋼筋、鋼絲、鋼板及各種型鋼，統(tǒng)稱為鋼材。一、鋼筋的品種1.鋼材的品種2、熱軋鋼筋3、中、高強鋼絲和鋼絞線4、冷加工鋼筋4.1.2鋼筋1、鋼材的品種1）按化學成分分類：

碳素結(jié)構(gòu)鋼：低碳鋼（0.03%<c<0.25%）、中碳鋼(0.25%<c<0.6%)、高碳鋼(0.6%<c<1.7%),一般建筑用鋼c<0.22%?？煞譃镼195、Q215、Q235、Q255、Q275五個級別。隨含碳量增加，鋼筋強度提高，塑性性能降低。

普通低合金鋼：除碳素鋼已有的成分外，再加入少量的硅、錳、鈦、釩等合金元素。強度顯著提高，塑性性能更好?？煞譃椋篞295、Q345、Q390、Q420、Q460.

(2)按照鋼筋的生產(chǎn)加工工藝和力學性能的不同，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）（以下簡稱《規(guī)范》）規(guī)定，用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋或鋼絲可分為：熱軋鋼筋

中強度預(yù)應(yīng)力鋼絲預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋消除應(yīng)力鋼絲

鋼絞線

冷加工鋼筋（現(xiàn)已不用）（3)按外形分類光面鋼筋——表面光滑，與混凝土粘結(jié)力差。變形鋼筋——表面帶肋，螺旋紋、人字紋、月牙紋，與混凝土粘結(jié)力高。鋼絞線熱軋鋼筋是由低碳鋼、普通低合金鋼或細晶粒鋼在高溫狀態(tài)下軋制而成，根據(jù)其強度由低到高分為

HPB300級、

HRB335級、

HRBF335級、

HRB400級、HRBF400級、RRB400級、

HRB500級和HRBF500級。2、熱軋鋼筋（1）熱軋鋼筋的種類熱軋鋼筋

HotRolledSteelBarsHPBHotrolledPlainBarHRBHot

rolledRolledBarRRB屈服強度fyk（標準值=保證率97.73%）HRB335級：

fyk=335N/mm2HRB400級、RRB400級：

fyk=400N/mm2余熱處理帶肋鋼筋。Remained-heat-treatmentRibbed-steelBar熱軋鋼筋分類se1）應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

◆有明顯屈服點的鋼筋Steelbarwithyieldpointa’為比例極限proportionallimit

s=Esea’a為彈性極限elasticlimitade為強化段strainhardeningstagebb為屈服上限upperyieldstrengthc為屈服下限，即屈服強度fyloweryieldstrengthcdcd為屈服臺階yieldplateauefue為極限抗拉強度fu

ultimatetensilestrengthfyf（1）熱軋鋼筋的力學性能2.1鋼筋2）強度指標：強度屈服強度yieldstrength：是鋼筋強度的設(shè)計依據(jù)，因為鋼筋屈服后將很大的塑性變形，且卸載時這部分變形不可恢復(fù)，這會使鋼筋混凝土構(gòu)件產(chǎn)生很大的變形和不可閉合的裂縫。屈服上限與加載速度有關(guān)，不太穩(wěn)定，一般取屈服下限作為屈服強度。極限抗拉強度：材料所能承受的最大拉應(yīng)力。不作為強度設(shè)計依據(jù)。seeree屈強比：反映鋼筋的強度儲備，fy/fu=0.6~0.7。在抗震設(shè)計中，考慮到受拉鋼材可能進入強化階段，故要求其屈服強度與抗拉強度的比值不大于0.8，以保證結(jié)構(gòu)的變形能力。保值率97.73%鋼筋強度的標準值對400N/mm2及以下的普通鋼筋取1.10；對500N/mm2的普通鋼筋取1.15；對預(yù)應(yīng)力筋一般取不小于1.2。材料強度設(shè)計值鋼筋強度設(shè)計值：材料強度標準值除以材料的分項系數(shù)，即可得到材料的強度設(shè)計值。3）設(shè)計中鋼筋強度取值seeree

1Esfy

ey理想彈塑性體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系鋼材具有明顯的流幅，說明鋼材有足夠的塑性變形來保證截面上的應(yīng)力達到均勻分布，從而構(gòu)成塑性內(nèi)力重分布的理論基礎(chǔ)。3）塑性指標：伸長率elongationrate：鋼筋拉斷時的應(yīng)變，是反映鋼筋塑性性能的指標。延伸率大的鋼筋，在拉斷前有足夠預(yù)兆，延性較好冷彎性能：指的是鋼材在常溫下承受彎曲時產(chǎn)生塑性變形的能力。對不同直徑和厚度的鋼材，要求按規(guī)定的彎心直徑彎曲一定的角度而不發(fā)生裂紋。冷彎性能可間接反映鋼材的塑性性能和內(nèi)在質(zhì)量。有明顯屈服點鋼材主要質(zhì)量指標：屈服強度、抗拉強度、伸長率和冷彎性能。無明顯屈服點的鋼材：要求后三項。對需要驗算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)的鋼材：還需進行常溫沖擊韌性檢驗。

彎心直徑越小，彎過的角度越大，冷彎性能越好，鋼筋的塑性性能越好。4）彈性模量鋼材在彈性階段的應(yīng)力和相應(yīng)應(yīng)變的比值即鋼材的彈性模量鋼材的彈性模量可由拉伸試驗測得，鋼結(jié)構(gòu)采用鋼筋彈性模量見附表7.同一品種鋼材的受拉和受壓彈性模量相同。彈性模量是反映材料受力時抵抗彈性變形的能力，即材料的剛度。第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2鋼筋3、中、高強鋼絲和鋼絞線：中強鋼絲的強度為800~1200MPa，高強鋼絲、鋼絞線的為1470~1860MPa；延伸率d10=6%，d100=3.5~4%；鋼絲的直徑3~9mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三種，另有二股、三股和七股鋼絞線，外接圓直徑9.5~15.2mm。中高強鋼絲和鋼絞線均用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)?！魺o明顯屈服點的鋼筋Steelbarwithoutyieldpointa點：比例極限，約為0.65fua點前：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線彈性a點后：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為非線性，有一定塑性變形，且沒有明顯的屈服點強度設(shè)計指標——條件屈服點殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對應(yīng)的應(yīng)力《規(guī)范》取σ0.2=0.85fu無明顯屈服點的鋼材：鋼結(jié)構(gòu)中的高強度螺栓及混凝土結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力鋼筋和鋼絲。第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2鋼筋4、冷加工鋼筋——常溫下對熱軋鋼筋進行加工冷拉：冷拉鋼筋的冷拉應(yīng)力值必須超過鋼筋的屈服強度。將鋼筋拉到K點，然后卸載，應(yīng)力應(yīng)變沿KO1至O1點，此時有殘余變形OO1，若立即重新張拉，應(yīng)力應(yīng)變將沿O1KZ變化，這時拉伸曲線的屈折點K比原來的B點有所提高，K點為經(jīng)過冷拉后新的屈服點。

若停留一段時間再張拉，應(yīng)力應(yīng)變曲線將沿O1K’Z’變化，屈服點將提高至K’點。這種現(xiàn)象為時效硬化。為避免冷拉鋼筋在焊接時由于高溫軟化，需要焊接的鋼筋應(yīng)先焊接好再進行冷拉。（1）冷拉Z’K’殘余變形冷拉伸長率無時效BKZ001第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2鋼筋Z’K’殘余變形冷拉伸長率無時效BKZ001

經(jīng)過冷拉和實效硬化后，能提高鋼筋屈服強度，達到節(jié)約鋼材的目的，但是它的塑性有所降低。為保證強度提高又有一定的塑性，在冷拉時需選擇適宜的K點，K點的應(yīng)力稱為冷拉控制應(yīng)力，對應(yīng)的應(yīng)變?yōu)槔淅?。冷拔是指將光圓鋼筋以強力拉拽使其通過小直徑的硬質(zhì)合金模具，使其截面減小而長度增長；冷拔可提高鋼筋的抗拉強度和抗壓強度；冷拔后鋼筋的塑性會降低；冷拔后的鋼筋與之前的鋼筋不屬于同一種鋼筋。0σε（2）冷拔冷拉只能提高鋼筋的抗拉強度，而冷拔則可同時提高抗拉及抗壓強度。注意：由于我國強度高、性能好的鋼絲、鋼絞線已可充分供應(yīng)，故冷拉鋼筋和冷拔低碳鋼絲已不再列入規(guī)范。（二）鋼筋的選用原則《規(guī)范》強調(diào)淘汰低強度鋼筋，應(yīng)用高強、高性能的鋼筋，建議選用：縱向受力普通鋼筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500、HPB300、RRB400鋼筋，也可采用HRB335、HRBF335鋼筋；預(yù)應(yīng)力筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋。箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRBF500、HRB500、余熱處理鋼筋(RRB系列)是由軋制的鋼筋經(jīng)高溫淬火，余熱處理后制成的，目的是提高強度。其可焊性、機械連接性能及施工適應(yīng)性較差，不宜用作重要部位的受力鋼筋，不得用于直接承受疲勞荷載的構(gòu)建，不宜焊接。一般可在對延性及加工性能要求不高的構(gòu)件中使用。低強度的HPB235鋼筋將被淘汰，代之以HPB300級光圓鋼筋。4.1.3混凝土一、混凝土的組成結(jié)構(gòu)1、普通混凝土：是由水泥、砂子和石子三種材料及水按一定配合比拌和，經(jīng)過凝固硬化后做成的人工石材。為多相復(fù)合材料。簡寫為“砼（tong）”2、混凝土結(jié)構(gòu)組成通常把混凝土的結(jié)構(gòu)分為三種基本類型：微觀結(jié)構(gòu)(水泥石結(jié)構(gòu)):由水泥凝膠、晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成，其物理力學性能取決于水泥的化學－礦物成分、粉磨細度、水灰比和硬化條件。亞微觀結(jié)構(gòu)(水泥砂漿結(jié)構(gòu))：以水泥石為基相，砂子為分散相的二組分體系，砂子和水泥石的結(jié)合面是薄弱面。宏觀結(jié)構(gòu)(砂漿和粗骨料)：可看作以水泥砂漿為基相，粗骨料分布在砂漿中，砂漿與粗骨料的結(jié)合面也是薄弱面。宏觀結(jié)構(gòu)亞微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)粗骨料（分散相）水泥石（基相）細骨料（分散相）砂漿（基相）晶體骨架晶體帶核凝膠體干縮孔隙凝縮氫氧化鈣凝膠體混凝土組成結(jié)構(gòu)微裂縫彈性骨架：由砂、石、水泥膠塊的晶體、未水化顆粒組成，承受外力，具有彈性變形特點。塑性變形：在外力作用下由凝膠、孔隙、微裂縫產(chǎn)生。破壞起源：孔隙、微裂縫等原因造成。破壞過程就是微裂縫的發(fā)展過程。PH值：由于水泥石中的氫氧化鈣存在，混凝土偏堿性。由于水泥凝膠體的硬化過程需要若干年才能完成，所以，混凝土的強度、變形也會在較長時間內(nèi)發(fā)生變化，強度逐漸增長，變形逐漸加大。二、混凝土的強度1、立方體抗壓強度fcu,k混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強度。因此抗壓強度是混凝土力學性能中最主要和最基本的指標?；炷恋膹姸鹊燃壥怯昧⒎襟w抗壓強度來劃分的混凝土強度等級測定：邊長150mm立方體標準試件，在標準條件下（20±3℃，≥90%濕度）養(yǎng)護28天，用標準試驗方法（加載速度0.15~0.3N/mm2/sec，兩端不涂潤滑劑）測得的具有95%保證率的立方體抗壓強度，用符號C表示，C30表示fcu,k=30N/mm2

混凝土立方體抗壓強度沒有設(shè)計值??！

《規(guī)范》規(guī)定：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80共14個等級。級差為5N/mm2。

C55--C80為高強混凝土?；炷亮⒎襟w抗壓強度不僅與養(yǎng)護時的溫度、濕度和齡期等因素有關(guān)，而且與立方體試件尺寸和試驗方法也有密切關(guān)系。①標準試件標準試件：150mm×150mm×150mm100mm×100mm×100mm200mm×200mm×200mm

試件越小強度越高*美國、加拿大、日本等采用直徑為150mm、高度為300mm的圓柱體試件作為標準試件。非標準試件：②標準養(yǎng)護條件

《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2002）規(guī)定：采用標準養(yǎng)護的試件，應(yīng)在溫度為20±5℃的環(huán)境中靜置一晝夜至二晝夜，然后編號、拆模，拆模后應(yīng)立即放入溫度為20±2℃，相對濕度為95%以上的標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護，或在溫度為20±2℃的不流動的Ca(OH)2飽和溶液中養(yǎng)護。③標準試驗方法加載速度、試驗機③標準試驗方法加載速度：加載速度越快，測得的強度越高。＜C30→0.3～0.5MPa/s；≥C30且＜C60→0.5～0.8MPa/s；≥C60→0.8～1.OMPa/s。規(guī)范規(guī)定（a）加載示意圖；“箍套”作用標準試驗方法是試件兩端不涂潤滑劑（c）涂潤滑劑（b）不涂潤滑劑；④齡期.《規(guī)范》規(guī)定的試驗齡期為28d。⑤95%保證率。2、混凝土的軸心抗壓強度fck（棱柱體抗壓強度）標準試塊：150×150×300棱柱體試驗方法：同立方體試塊棱柱體試件的高寬比（高度比寬度）大，“套箍”作用減小。因而受壓時試件中部橫向變形不受端部摩擦力的約束，代表了混凝土處于單向全截面均勻受壓的應(yīng)力狀態(tài)。

混凝土棱柱體試件的破壞3、軸心抗拉強度ftk

也是其基本力學性能，用符號ftk

表示?；炷恋目估瓘姸缺瓤箟簭姸刃〉枚?，為抗壓強度(1/8~1/20).混凝土構(gòu)件開裂、裂縫、變形，以及受剪、受扭、受沖切等的承載力均與抗拉強度有關(guān)。2.2混凝土劈拉試驗PaP拉壓壓由于軸心受拉試驗對中困難，也常常采用立方體或圓柱體劈拉試驗測定混凝土的抗拉強度混凝土柱體抗壓強度和抗拉強度的設(shè)計值混凝土的材料分項系數(shù)，建筑工程取γc=1.40。強度的標準值材料分項系數(shù)強度的設(shè)計值，

，

4.復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強度（1）雙向受力強度混凝土雙軸應(yīng)力狀態(tài)下的強度拉-拉拉-壓壓-壓，

，

（1）雙軸應(yīng)力狀態(tài)①雙向受拉。雙向受拉（圖2.11中第一象限）時，一個方向的抗拉強度受另一方向拉應(yīng)力的影響不明顯，即混凝土雙向受拉時的抗拉強度接近于單向抗拉強度。，

，

②拉-壓?？箟簭姸入S拉應(yīng)力的增大而降低，同樣抗拉強度也隨壓應(yīng)力的增大而降低，其抗壓或抗拉強度均不超過相應(yīng)的單軸強度。，

，

③雙向受壓。

一向的抗壓強度隨另一向壓應(yīng)力的增大而增大.

最大增加多少？最大發(fā)生在什么條件下？（2）正應(yīng)力和剪應(yīng)力復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)軸拉純剪剪壓軸壓混凝土在正應(yīng)力和剪應(yīng)力復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)的強度混凝土的抗剪強度：隨拉應(yīng)力增大而減小,隨壓應(yīng)力增大而增大。當壓應(yīng)力在0.6fc左右時，抗剪強度達到最大。壓應(yīng)力繼續(xù)增大，則由于內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強度將隨壓應(yīng)力的增大而減小。由于剪應(yīng)力的存在，其抗壓強度和抗拉強度均低于相應(yīng)的單軸強度（3）三軸應(yīng)力狀態(tài)壓-壓-壓壓-壓-拉壓-拉-拉三軸應(yīng)力狀態(tài)有多種組合，實際工程遇到較多的螺旋箍筋柱和鋼管混凝土柱中的混凝土為三向受壓狀態(tài)。三向受壓試驗一般采用圓柱體在等側(cè)壓條件進行。螺旋箍筋和焊接環(huán)形箍筋柱鋼管混凝土柱Concretefilledtubecolumn由試驗得到的經(jīng)驗公式為側(cè)向應(yīng)力系數(shù)三、混凝的變形受力變形和非受力變形

1.混凝土的受力變形（1）混凝土在一次短期荷載作用下的變形一次短期加載是指荷載從零開始單調(diào)增加至試件破壞,

稱單調(diào)加載。

混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系反映了混凝土受力全過程的重要力學特征,是分析混凝土構(gòu)件應(yīng)力、建立承載力和變形計算理論的必要依據(jù)，也是利用計算機進行非線性分析的基礎(chǔ)，是混凝土最基本的力學性能之一。

①單軸受壓時混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€

我國采用棱柱體試件測定一次短期加載下混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€。在普通試驗機上采用等應(yīng)力速度加載，達到軸心抗壓強度fc時，試驗機中集聚的彈性應(yīng)變能大于試件所能吸收的應(yīng)變能，會導(dǎo)致試件產(chǎn)生突然脆性破壞，只能測得應(yīng)力-應(yīng)變曲線的上升段。如何測得應(yīng)力-應(yīng)變曲線的下降段呢？采用等應(yīng)變速度加載，或在試件旁附設(shè)高彈性元件與試件一同受壓，以吸收試驗機內(nèi)集聚的應(yīng)變能，可以測得應(yīng)力-應(yīng)變曲線的下降段。上升段OC又可分為：OA、AB、BC，下降段CF又可分為：CD、DC、EF。1、彈性工作階段A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)力隨混凝土強度的提高而增加，對普通強度混凝土sA約為

(0.3~0.4)fc，對高強混凝土sA可達(0.5~0.7)fc。02468102030s(MPa)e×10-3B臨界點A(比例極限)C峰值點E收斂點D拐點粘結(jié)裂縫02468102030s(MPa)e×10-3B臨界點A(比例極限)C峰值點E收斂點D拐點2、穩(wěn)定裂縫擴展階段：A點以后，混凝土的應(yīng)力增大后，原有的粗骨料界面裂縫逐漸延伸和增寬，其它骨料界面又出現(xiàn)新的粘結(jié)裂縫。一些界面裂縫的伸展，逐漸地進人水泥砂漿，或者水泥砂漿中原有縫隙處的應(yīng)力集力將砂漿拉斷，產(chǎn)生少量微裂縫。這一階段，混凝土內(nèi)微裂縫發(fā)展較多，應(yīng)變增長開始加快，應(yīng)力-應(yīng)變曲線逐漸偏離直線。微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致混凝土的橫向變形增加。但該階段微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的。即穩(wěn)定裂縫擴展階段。但是，當荷載不再增大，微裂縫的發(fā)展亦將停滯，裂縫形態(tài)保持基本穩(wěn)定。故荷載長期作用下，混凝土的變形將增大，但不會提前過早破壞。

3.不穩(wěn)定裂縫發(fā)展期達到臨界點B，內(nèi)部一些微裂縫相互連通，混凝土在高應(yīng)力作用下，粗骨料的界面裂縫突然加寬和延伸，大量地進人水泥砂漿；水泥砂漿中的已有裂縫也加快發(fā)展，并和相鄰的粗骨料界面裂縫相連。這些裂縫逐個連通，構(gòu)成大致平行于壓應(yīng)力方向的連續(xù)裂縫，或稱縱向劈裂裂縫。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。02468102030s(MPa)e×10-3B臨界點A(比例極限)C峰值點E收斂點D拐點這一階段的應(yīng)力增量不大，而裂縫發(fā)展迅速，變形增長大。即使應(yīng)力維持常值，裂縫仍將繼續(xù)發(fā)展，不再能保持穩(wěn)定狀態(tài)。取B點的應(yīng)力作為混凝土的長期抗壓強度。普通強度混凝土約為0.8fc，高強強度混凝土可達0.95fc以上。達到C點fc，內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，應(yīng)變增長速度明顯加快，C點的縱向應(yīng)變值稱為峰值應(yīng)變

e0，約為0.002。02468102030s(MPa)e×10-3B臨界點A(比例極限)C峰值點E收斂點D拐點02468102030s(MPa)e×10-3B臨界點A(比例極限)C峰值點E收斂點D拐點下降段(CE):下降段是混凝土達到峰值應(yīng)力后裂縫繼續(xù)擴展、傳播，從而引起應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系變化的反映。在峰值應(yīng)力以后，裂縫迅速發(fā)展，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體性受到愈來愈嚴重的破壞，賴以傳遞荷載的路線不斷減少，試件的平均應(yīng)力強度下降。所以，應(yīng)力－應(yīng)變曲線向下彎曲，直到曲線的凹向發(fā)生改變，即曲率為零的一點D，該點稱為“拐點”，結(jié)構(gòu)的受力性質(zhì)發(fā)生本質(zhì)的變化，骨料間的咬合力及摩擦力開始與殘余承壓面共同承受荷載。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，橫向變形急劇發(fā)展，承載力明顯下降，混凝土骨料與砂漿的粘結(jié)不斷遭到破，裂縫連通形成斜向破壞面。應(yīng)力應(yīng)變曲線又逐漸凸向水平向發(fā)展，曲率最大的一點E點稱為“收斂點”，應(yīng)變e=(2~3)e0，應(yīng)力s=(0.4~0.6)

fc。02468102030s(MPa)e×10-3B臨界點A(比例極限)C峰值點E收斂點D拐點E點以后，貫通的主裂縫已經(jīng)很寬，內(nèi)聚力幾乎耗盡，無側(cè)向約束的混凝土，收斂段EF已失去意義。02468102030s(MPa)e×10-3B臨界點A(比例極限)C峰值點E收斂點D拐點比例極限臨界點峰值點A：比例極限

B：長期抗壓強度的依據(jù)

C：峰值應(yīng)力fc,通常作為混凝土柱體抗壓強度的試驗值。峰值應(yīng)力對應(yīng)的應(yīng)變在0.0015-0.0025之間，通常取0.002。

D：拐點

E：收斂點拐點收斂點殘余應(yīng)力不同強度混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線不同強度混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變強度等級越高，線彈性段越長，峰值應(yīng)變也有所增大。但高強混凝土中，砂漿與骨料的粘結(jié)很強，密實性好，微裂縫很少，最后的破壞往往是骨料破壞，破壞時脆性越顯著，下降段越陡。延性越差(2)混凝土軸心受拉的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系圖2.23混凝土軸心受拉的應(yīng)力-應(yīng)變曲線受拉彈性模量與受壓彈性模量值基本相同。當應(yīng)力達到峰值應(yīng)力時，彈性系數(shù)因此變形模量可取混凝土的峰值拉應(yīng)變一般可取0.00015，極限拉應(yīng)變一般可達到（2-7）×10-7（2）混凝土的彈性模量

ElasticModulus原點切線模量ElasticModulus割線模量SecantModulus切線模量TangentModulus彈性系數(shù)n

(coefficientofelasticity)

隨應(yīng)力增大而減小n

=1~0.5◆彈性模量測定方法se0.5fc殘余變形彈性變形彈性模量測定方法：對標準尺寸150mm×150mm×300mm的棱柱體試件，先加載至0.5fc,然后卸載至零，再重復(fù)加載、卸載5-10次。由于混凝土不是彈性材料，每次卸載至零時，存在著殘余變形，隨著殘余變形的增加，應(yīng)力應(yīng)變曲線趨穩(wěn)定并基本上趨于直線。該直線的斜率即定為混凝土的彈性模量。α5~10次（3）混凝土在長期荷載作用下的變形—徐變混凝土在長期不變荷載作用下，沿作用力方向隨時間而產(chǎn)生的變形稱為混凝土的徐變。

瞬時變形徐變卸載時瞬時變形彈性后效殘余變形一是混凝土中水泥凝膠體具有粘性流動的性質(zhì)；二是骨料界面和砂漿內(nèi)部微裂縫在荷載長期作用下持續(xù)延伸和擴展。

1）產(chǎn)生徐變的原因2）影響因素內(nèi)在因素是混凝土的組成和配比。骨料(aggregate)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)護和使用條件。受荷前養(yǎng)護(curing)的溫濕度越高，水泥水化作用月充分，徐變就越小。采用蒸汽養(yǎng)護可使徐變減少（20~35）%。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。應(yīng)力條件是指初應(yīng)力(initialstress)水平si

/fc和加荷時混凝土的齡期t0，它們影響徐變的非常主要的因素。當初始應(yīng)力水平si

/fc

≤0.5時，徐變值與初應(yīng)力基本上成正比，也即（最終）徐變系數(shù)j=ecr

/eel=Ececr

/si=常數(shù)，這種徐變稱為線性徐變。線性徐變以第一個原因為主，因為粘性流動的增長將逐漸趨于穩(wěn)定；當初應(yīng)力si

在(0.5~0.8)

fc

范圍時，徐變最終雖仍收斂，但最終徐變與初應(yīng)力si不成比例，也即徐變系數(shù)j隨si的增大而增大，這種徐變稱為非線性徐變。

非線性徐變以第二個原因為主，因為應(yīng)力集中引起的微裂縫開展將隨應(yīng)力的增加而急劇發(fā)展。當初應(yīng)力si

>0.8fc時，混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展已處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，徐變的發(fā)展將不收斂，最終導(dǎo)致混凝土的破壞。因此將0.8fc作為混凝土的長期抗壓強度。3）徐變對混凝土結(jié)構(gòu)的影響PAsPAss1c1Ps2Ass2P拆去，鋼筋受壓混凝土受拉，可能會引起混凝土開裂徐變：s，c徐變會使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形增加，引起預(yù)應(yīng)力損失，在高應(yīng)力條件下，甚至會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞；徐變會使鋼筋和混凝土間產(chǎn)生應(yīng)力重分布，使混凝土應(yīng)力減小，鋼筋應(yīng)力增大；徐變可以減少由于支座不均勻沉降引起的應(yīng)力，降低大體積混凝土內(nèi)部的溫度應(yīng)力，減小由于混凝土收縮引起的裂縫等。2.2混凝土加強養(yǎng)護、減小水泥用量及水灰比、增加混凝土的密實度等。4）減小徐變的措施2.2混凝土4）混凝土的收縮Shrinkage（1）混凝土的收縮Shrinkage

混凝土在空氣中硬化時體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形。

當這種自發(fā)的變形受到外部（支座）或內(nèi)部（鋼筋）的約束時，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土的開裂?；炷潦湛s會使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。某些對跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)（如拱結(jié)構(gòu)），收縮也會引起不利的內(nèi)力。墻板干燥收縮裂縫與邊框架的變形2.2混凝土混凝土的收縮是隨時間而增長的變形，早期收縮變形發(fā)展較快，兩周可完成全部收縮的25%，一個月可完成50%，以后變形發(fā)展逐漸減慢，整個收縮過程可延續(xù)兩年以上。一般情況下，最終收縮應(yīng)變值約為(2~5)×10-4

混凝土開裂應(yīng)變?yōu)?0.5~2.7)×10-4◆影響因素

混凝土的收縮受結(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)護條件等許多因素有關(guān)。水泥用量多、水灰比越大，收縮越大

骨料彈性模量高、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——施工縫三、混凝土強度等級的選用原則鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應(yīng)低于C20；采用HRB400、HRBF400、HRB500、HRBF500級鋼筋時混凝土的強度等級不宜低于C25。承受重復(fù)荷載的鋼筋混凝土構(gòu)件，混凝土強度等級不應(yīng)低于C30；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不宜低于C40，且不應(yīng)低于C30；素混凝土結(jié)構(gòu)的強度等級不應(yīng)低于C15;墊層、地面混凝土及填充用混凝土可采用C10。4.1.4鋼筋與混凝土的粘結(jié)與錨固一、粘結(jié)的概念◆鋼筋與混凝土間具有足夠的粘結(jié)是保證鋼筋與混凝土共同受力變形的基本前提?！敉ㄟ^鋼筋與混凝土界面的粘結(jié)應(yīng)力(bondstress)，可以實現(xiàn)鋼筋與混凝土之間的應(yīng)力傳遞，從而使兩種材料可以結(jié)合在一起共同工作。粘結(jié)、錨固及鋼筋布置鋼筋與混凝土的粘結(jié)ssscsc+dscss-dssssss-dsst粘結(jié)、錨固及鋼筋布置鋼筋與混凝土的粘結(jié)粘結(jié)、錨固及鋼筋布置鋼筋與混凝土的粘結(jié)tNN|?σs0σs0σsσc◆粘結(jié)應(yīng)力：鋼筋混凝土構(gòu)件（或結(jié)構(gòu)）受力后，會沿鋼筋和混凝土的接觸面上產(chǎn)生剪應(yīng)力，通常把這種剪應(yīng)力稱為粘結(jié)應(yīng)力。二、粘結(jié)的分類1、錨固粘結(jié)應(yīng)力粘結(jié)、錨固及鋼筋布置鋼筋伸進支座或在連續(xù)梁中承擔負彎矩的上部鋼筋在跨中截斷時，需要延伸一段長度，即錨固長度。要求鋼筋要有足夠的錨固長度積累足夠的粘結(jié)力以承受鋼筋的拉力.錨固粘結(jié)應(yīng)力的喪失使構(gòu)件提前破壞,降低承載力.粘結(jié)、錨固及鋼筋布置鋼筋與混凝土的粘結(jié)2、裂縫間粘結(jié)應(yīng)力

裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力是在相鄰兩個開裂截面之間產(chǎn)生的，稱為局部粘結(jié)應(yīng)力.鋼筋應(yīng)力的變化受到粘結(jié)應(yīng)力的影響，粘結(jié)應(yīng)力使相鄰兩個裂縫之間混凝土參與受拉。局部粘結(jié)應(yīng)力的喪失會影響構(gòu)件的剛度的降低和裂縫的開展。三、粘結(jié)的機理鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用由三部分組成：⑴鋼筋與混凝土接觸面上的化學吸附作用，水泥膠體與鋼筋表面的膠結(jié)力；很小，接觸面發(fā)生相對滑移時，即消失。⑵混凝土因收縮將鋼筋握緊而產(chǎn)生的鋼筋與混凝土間的摩擦力；⑶鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬合作用力機械咬合力。（4）鋼筋端部的錨固力：彎鉤、焊接短鋼筋等提供。當鋼筋與混凝土產(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)?！魧τ诠饷驿摻?，表面輕度銹蝕有利于增加摩擦力，但摩擦作用也很有限?！粲捎诠饷驿摻畋砻娴淖匀话纪钩潭群苄?，機械咬合作用也不大。因此，光面鋼筋與混凝土的粘結(jié)強度是較低的?！魹楸ＷC光面鋼筋的錨固，通常需在鋼筋端部彎鉤、彎折或加焊短鋼筋以阻止鋼筋與混凝土間產(chǎn)生較大的相對滑動。1、光圓鋼筋的粘結(jié)力主要來源于膠結(jié)力和摩擦力?！魧τ诠饷驿摻睿砻孑p度銹蝕有利于增加摩擦力，但摩擦作用也很有限?！粲捎诠饷驿摻畋砻娴淖匀话纪钩潭群苄?，機械咬合作用也不大。因此，光面鋼筋與混凝土的粘結(jié)強度是較低的?！魹楸ＷC光面鋼筋的錨固，通常需在鋼筋端部彎鉤、彎折或加焊短鋼筋以阻止鋼筋與混凝土間產(chǎn)生較大的相對滑動。1、光圓鋼筋的粘結(jié)力主要來源于膠結(jié)力和摩擦力。光圓鋼筋的末端應(yīng)做彎鉤。光圓鋼筋的粘結(jié)力主要來源于膠結(jié)力和摩擦力。其粘結(jié)性能較差，故除了軸心受壓構(gòu)件中的光面鋼筋或焊接骨架中的光面鋼筋外，其余光面鋼筋的末端應(yīng)做180°標準彎鉤。◆將鋼筋表面軋制出肋形成帶肋鋼筋，即變形鋼筋，可顯著增加鋼筋與混凝土的機械咬合作用，從而大大增加了粘結(jié)強度?！魧εc強度較高的鋼筋，均需作成變形鋼筋，以保證鋼筋與混凝土間具有足夠的粘結(jié)強度使鋼筋的強度得以充分發(fā)揮。粘結(jié)、錨固及鋼筋布置鋼筋與混凝土的粘結(jié)2、變形鋼筋的粘結(jié)力主要來源于摩擦力和機械咬合力?！糇冃武摻钍芰螅渫钩龅睦邔炷廉a(chǎn)生斜向擠壓力，◆其水平分力使鋼筋周圍的混凝土軸向受拉、受剪，徑向分力使混凝土產(chǎn)生環(huán)向拉力?！糨S向拉力和剪力使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部斜向錐形裂縫，◆環(huán)向拉力使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部徑向裂縫。粘結(jié)、錨固及鋼筋布置鋼筋與混凝土的粘結(jié)粘結(jié)、錨固及鋼筋布置鋼筋與混凝土的粘結(jié)變形鋼筋的τ-s

曲線◆當混凝土保護層和鋼筋間距較小時，徑向裂縫可發(fā)展達到構(gòu)件表面，產(chǎn)生劈裂裂縫，機械咬合作用將很快喪失，產(chǎn)生劈裂式粘結(jié)破壞。粘結(jié)、錨固及鋼筋布置鋼筋與混凝土的粘結(jié)◆在鋼筋周圍配置橫向鋼筋（箍筋或螺旋鋼筋）或增加混凝土的保護層厚度（c/d），可提高粘結(jié)強度。粘結(jié)、錨固及鋼筋布置鋼筋與混凝土的粘結(jié)◆如果鋼筋周圍的橫向鋼筋較多或混凝土的保護層（c/d）較大，徑向裂縫很難發(fā)展達到構(gòu)件表面，則肋前部的混凝土在水平分力和剪力作用下最終將被擠碎，發(fā)生沿肋外徑圓柱面的剪切破壞，形成所謂的“刮梨式”破壞，◆“刮梨式”破壞是變形鋼筋與混凝土粘結(jié)強度的上限。四、影響粘結(jié)強度的主要因素

Influencefactors混凝土強度、保護層厚度和鋼筋凈間距、橫向配筋、鋼筋表面和外形特征、受力情況及錨固長度◆

混凝土強度：光面鋼筋和變形鋼筋的粘結(jié)強度均隨混凝土強度的提高而增加，但并不與立方體強度fcu成正比，而與抗拉強度ft成正比?！舯Ｗo層厚度和鋼筋凈間距：對于變形鋼筋，粘結(jié)強度主要取決于劈裂破壞。因此相對保護層厚度c/d

越大，混凝土抵抗劈裂破壞的能力也越大，粘結(jié)強度越高。當c/d

很大時，若錨固長度不夠，則產(chǎn)生剪切“刮梨式”破壞。同理，鋼筋凈距s與鋼筋直徑d的比值s/d

越大，粘結(jié)強度也越高。粘結(jié)、錨固及鋼筋布置鋼筋與混凝土的粘結(jié)◆橫向配筋：橫向鋼筋的存在限制了徑向裂縫的發(fā)展，使粘結(jié)強度得到提高。

●由于劈裂裂縫是順鋼筋方向產(chǎn)生的，其對鋼筋銹蝕的影響比受彎垂直裂縫更大，將嚴重降低構(gòu)件的耐久性。

●因此應(yīng)保證不使徑向裂縫到達構(gòu)件表面形成劈裂裂縫。所以，保護層應(yīng)具有一定的厚度，鋼筋凈距也應(yīng)保證。

●

配置橫向鋼筋可以阻止徑向裂縫的發(fā)展。因此對于直徑較大鋼筋的