混凝土結(jié)構(gòu)的材料性能

關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)的材料性能第1頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第一章混凝土結(jié)構(gòu)的材料性能

混凝土結(jié)構(gòu)主要用鋼筋和混凝土材料制作而成。為了合理地進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要深入地了解混凝土和鋼筋的受力性能。對(duì)混凝土和鋼筋力學(xué)性能、相互作用和共同工作的了解，是掌握混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能并對(duì)其進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。第2頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五§1.1鋼筋

1.1.1鋼筋的品種和性能一、分類1.按加工方法分：

熱軋鋼筋、熱處理鋼筋、中高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線、冷加工鋼筋2.按使用用途分：普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋3.按化學(xué)成分分：低碳鋼鋼筋、普通低合金鋼鋼筋4.按力學(xué)性能分：有明顯屈服點(diǎn)鋼筋（“軟鋼”）、無(wú)明顯屈服點(diǎn)鋼筋（“硬鋼”）5.按鋼筋表明形狀分：光面鋼筋、變形鋼筋

第3頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五(1)熱軋鋼筋熱軋鋼筋是鋼廠用普通低碳鋼(含碳量不大于0.25％)和普通低合金鋼(合金元素不大于5％)制成。其常用種類、代表符號(hào)和直徑范圍如表1-1所示。第4頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五強(qiáng)度等級(jí)代號(hào)鋼種符號(hào)d/mmHPB235Q235（低碳鋼）6~20HRB33520MnSi（低合金鋼）6~50HRB40020MnSiV,20MnSiNb,20MnTi（低合金鋼）6~50RRB400K20MnSi（低合金鋼）8~40HPB235為熱軋光面鋼筋，普通鋼筋，“軟鋼”HRB335和HRB400是熱軋變形鋼筋，普通鋼筋，“軟鋼”RRB400是余熱處理鋼筋余熱處理鋼筋是將屈服強(qiáng)度相當(dāng)于HRB335的鋼筋在軋制后穿水冷卻，然后利用芯部的余熱對(duì)鋼筋表面的淬水硬殼回火處理而成的變形鋼筋。其性能接近于HRB400級(jí)鋼筋，但不如HRB400級(jí)鋼筋穩(wěn)定，焊接時(shí)鋼筋回火強(qiáng)度有所降低，因此應(yīng)用范圍受到限制。表1-1常用熱軋鋼筋的種類、代表符號(hào)和直徑范圍

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在公路橋涵工程中，熱軋光面鋼筋用R235表示，余熱處理鋼筋用KL400表示。

鋼筋的直徑范圍并不表示在此范圍內(nèi)任何直徑的鋼筋鋼廠都生產(chǎn)。鋼廠提供的鋼筋直徑為6mm，6.5mm，8mm，8.2mm，10mm，12mm，14mm，16mm，18mm，20mm，22mm，25mm，28mm，32mm，36mm，40mm和

50mm。其中，d=8.2mm的鋼筋僅適用于有縱肋的熱處理鋼筋。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在表1-1的直徑范圍和上述提供的直徑內(nèi)選擇鋼筋。直徑大于40mm的鋼筋主要用于大壩一類大體積混凝土結(jié)構(gòu)中。當(dāng)采用直徑大于40mm的鋼筋時(shí)，應(yīng)有可靠的工程經(jīng)驗(yàn)。

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鋼筋表面形狀的選擇取決于鋼筋的強(qiáng)度。為了使鋼筋的強(qiáng)度能夠充分地利用，強(qiáng)度越高的鋼筋要求與混凝土粘結(jié)的強(qiáng)度越大。提高粘結(jié)強(qiáng)度的辦法是將鋼筋表面軋成有規(guī)律的凸出花紋，稱為變形鋼筋。HPB235鋼筋的強(qiáng)度低，表面做成光面即可(圖1-1a)其余級(jí)別的鋼筋強(qiáng)度較高，表面均應(yīng)做成帶肋形式。變形鋼筋的表面形狀，我國(guó)以往長(zhǎng)期采用螺旋紋和人字紋兩種(圖1-1b，c)，表面花紋由兩條縱助和螺旋形橫助或人字形橫肋組成。鑒于這種形式的橫肋較密，消耗于肋紋的鋼材較多，縱肋和橫肋相交，容易造成應(yīng)力集中，第7頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五對(duì)鋼筋的動(dòng)力性能不利，故近幾年來(lái)我國(guó)已將變形鋼筋的肋紋改為月牙紋(圖1-1d)。月牙紋鋼筋的特點(diǎn)是橫肋呈月牙形，與縱肋不相交，且橫肋的間距比老式變形鋼筋大，故可克服老式鋼筋的缺點(diǎn)，而粘結(jié)強(qiáng)度降低不多。

(2)熱軋鋼筋的力學(xué)性能①應(yīng)力——應(yīng)變曲線的一般特征

熱軋鋼筋具有明顯的屈服點(diǎn)和屈服臺(tái)階(圖1-2)。根據(jù)熱軋鋼筋應(yīng)力——應(yīng)變曲線的基本特征，在建立鋼筋混凝土構(gòu)件截面承載力計(jì)算理論時(shí)作了如下兩點(diǎn)簡(jiǎn)化：

A.忽略從比例極限到屈服點(diǎn)之間鋼筋微小的塑性應(yīng)變，即假設(shè)鋼筋應(yīng)力不大于屈服點(diǎn)時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系-直服從胡克定律，處于理想彈性階段；

第8頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

B.不利用應(yīng)力強(qiáng)化階段，假設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)件截面達(dá)到破壞時(shí)，鋼筋拉應(yīng)力保持為屈服點(diǎn)應(yīng)力，應(yīng)變則處于流幅以內(nèi)。通常熱軋鋼筋也稱為“軟鋼”。經(jīng)上述簡(jiǎn)化后，熱軋鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可簡(jiǎn)化為圖1-3所示的曲線(圖中fy為鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值)。第9頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

②塑性性能

A.伸長(zhǎng)率---試件斷裂前的永久變形與原標(biāo)定長(zhǎng)度的百分比.

伸長(zhǎng)率是衡量鋼筋塑性性能的一個(gè)指標(biāo)，伸長(zhǎng)率越大，塑性越好。伸長(zhǎng)率用δ表示，我國(guó)以往用鋼筋試樣拉斷后斷口兩側(cè)的殘留應(yīng)變(用百分率表示)作伸長(zhǎng)率，即(1-1)式中l(wèi)——鋼筋拉伸試驗(yàn)試件的應(yīng)變量測(cè)標(biāo)距；

l′——試件經(jīng)拉斷并重新拼合后量測(cè)斷口兩側(cè)的標(biāo)距，即產(chǎn)生殘留伸長(zhǎng)后的標(biāo)距。

第10頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五(1-2)

B.冷彎試驗(yàn)。冷彎試驗(yàn)是檢驗(yàn)鋼筋塑性的另-種方法。伸長(zhǎng)率一般不能反映鋼材脆化的傾向。

為了使鋼筋在彎折加工時(shí)不致斷裂和在使用過(guò)程中不致脆斷，應(yīng)進(jìn)行冷彎試驗(yàn)，并保證滿足規(guī)定的指標(biāo)。冷彎試驗(yàn)的示意圖如圖1-5。圖中D稱為彎心直徑；α為冷彎角度。冷彎試驗(yàn)的合格標(biāo)準(zhǔn)為在規(guī)定的D和α下冷彎后的鋼筋應(yīng)無(wú)裂紋、鱗落或斷裂現(xiàn)象。第11頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

③強(qiáng)度及彈性模量

熱軋鋼筋的強(qiáng)度以屈服點(diǎn)應(yīng)力為依據(jù)。為什么不采用極限抗拉強(qiáng)度為依據(jù)？這是因?yàn)殇摻顟?yīng)力超過(guò)屈眼點(diǎn)后將產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)變，導(dǎo)致混凝土的裂縫將過(guò)寬。但是作為一種安全儲(chǔ)備，鋼筋的極限抗拉強(qiáng)度仍有重要意義。即通常希望構(gòu)件的某個(gè)(或某些)截面已經(jīng)破壞時(shí)，鋼筋仍不致被拉斷而造成整個(gè)結(jié)構(gòu)倒塌。要求鋼筋的屈服應(yīng)力不低于規(guī)定值。而且“屈服應(yīng)力／極限抗拉強(qiáng)度”值(通常稱為“屈強(qiáng)比”)不宜過(guò)大。鋼筋強(qiáng)度用標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值表示。

規(guī)范取具有95％以上的保證率的屈服強(qiáng)度作為鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fyk。鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值fy等于鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料分項(xiàng)系數(shù)γs，即

第12頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五(1-3)

由于鋼材的均質(zhì)性較好，質(zhì)量波動(dòng)較小，因此，建筑工程規(guī)范對(duì)各種熱軋鋼筋統(tǒng)-取γs=1.10。公路橋涵工程的可靠度要求比建筑工程高一些，取γs=1.20。建筑工程的熱軋鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)附表2-1，設(shè)計(jì)值見(jiàn)附表2-3，彈性模量見(jiàn)附表2-5。公路橋涵工程的熱軋鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)附表10-4，設(shè)計(jì)值見(jiàn)附表10-6，彈性模量見(jiàn)附表10-8。

鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值用于正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算，設(shè)計(jì)值用于承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算。第13頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

2.中、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線中、高強(qiáng)鋼絲直徑為4～10mm，捻制成鋼絞線后也不超過(guò)15.2mm。鋼絲外形有光面、刻痕、月牙肋及螺旋肋幾種，而鋼絞線則為繩狀，由2股、3股或7股鋼絲捻制而成，均可盤成卷狀。刻痕鋼絲、螺旋肋鋼絲和繩狀鋼絞線的形狀如圖1-6所示。

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中、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線均無(wú)明顯的屈眼點(diǎn)和屈服臺(tái)階，也稱為“硬鋼”，其抗拉強(qiáng)度很高：中強(qiáng)鋼絲的抗拉強(qiáng)度為800～1370MPa，高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線的抗拉強(qiáng)度為1470～1860MPa。伸長(zhǎng)率則很小，δ100=3.5％～4％。中、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線的應(yīng)力-應(yīng)變特征如圖1-7所示。圖中δ0.2為對(duì)應(yīng)于殘余應(yīng)變?yōu)?.2％的應(yīng)力，稱之為無(wú)明顯屈服點(diǎn)鋼筋的條件屈服點(diǎn)。第15頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

中、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線用作預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，除了采用中、高強(qiáng)鋼絲外，還采用熱處理鋼筋。熱處理鋼筋是將強(qiáng)度很高的熱軋鋼筋經(jīng)過(guò)加熱、淬火和口火等調(diào)質(zhì)工藝處理的熱軋鋼筋。其抗拉強(qiáng)度為1470MPa，伸長(zhǎng)率δ10＝6％，無(wú)明顯的屈服點(diǎn)和屈服臺(tái)階。中、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取具有95％以上保證率的抗拉強(qiáng)度值。設(shè)計(jì)值取條件屈服點(diǎn)除以分項(xiàng)系數(shù)γs。條件屈服點(diǎn)不小于抗拉強(qiáng)度的85％，建筑工程中取材料分項(xiàng)系數(shù)γs=1.20，公路橋涵工程中取γs=1.25。建筑工程規(guī)范中，中高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋的代表符號(hào)、直徑范圍、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)位見(jiàn)附表2-2，設(shè)計(jì)值見(jiàn)附表2-4，彈性模量見(jiàn)附表2-5。公路橋涵規(guī)范中，中高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線和精制螺紋鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)附表10-5，設(shè)計(jì)值見(jiàn)附表10-7，彈性模量見(jiàn)附表10-8。

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3.冷加工鋼筋冷加工鋼筋是指在常溫下采用某種工藝對(duì)熱軋鋼筋進(jìn)行加工得到的鋼筋。常用的加工工藝有冷拉、冷拔、冷軋和冷軋扭四種。其目的都是為了提高鋼筋的強(qiáng)度，以節(jié)約鋼材。但是，經(jīng)冷加工后的鋼筋在強(qiáng)度提高的同時(shí)，延伸率顯著降低，除冷拉鋼筋仍具有明顯的屈服點(diǎn)外，其余冷加工鋼筋均無(wú)明顯屈服點(diǎn)和屈服臺(tái)階。

(1)冷拉鋼筋

第17頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第18頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

(2)冷拔鋼筋冷拔是將鋼筋用強(qiáng)力拔過(guò)比其直徑小的硬質(zhì)合金撥絲模(圖1-9)。這時(shí)鋼筋受到縱向拉力和橫向壓力的作用，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，截面變小而長(zhǎng)度增加。經(jīng)過(guò)幾次冷拔，鋼筋強(qiáng)度比原來(lái)的有很大提高，但塑性則顯著降低。且沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)(圖1-10)。冷拔可以同時(shí)提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

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冷拔低碳鋼絲為光圓鋼絲，直徑為3mm，4mm，5mm，強(qiáng)度為550MPa，650MPa和750MPa三種。其中，550MPa冷拔低碳鋼絲用作非預(yù)應(yīng)力鋼筋，其余用作預(yù)應(yīng)力鋼筋。

(3)冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋是以低碳鋼筋或低合金鋼筋為原材料，在常溫下進(jìn)行軋制而成的表面帶有縱肋和月牙紋橫肋的鋼筋(圖1-11)。它的極限強(qiáng)度與冷拔低碳鋼絲相近，但伸長(zhǎng)率比冷拔低碳鋼絲有明顯提高。用這種鋼筋逐步取代普通低碳鋼筋和冷拔低碳鋼絲，可以改善構(gòu)件在正常使

用階段的受力性能和第20頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五節(jié)省鋼材。冷軋帶肋鋼筋的直徑從4～12mm，按0.5mm變化；其抗拉強(qiáng)度分別為550MPa，650MPa，800MPa，970MPa和

1170MPa幾種。其中，550MPa的冷軋帶肋鋼筋用作非預(yù)應(yīng)力鋼筋，其余的用作預(yù)應(yīng)力鋼筋。

(4)冷軋扭鋼筋冷軋扭鋼筋是以熱軋光面鋼筋HPB235為原材料，按規(guī)定的工藝參數(shù)，經(jīng)鋼筋冷軋扭機(jī)一次加工軋扁扭曲呈連續(xù)螺旋狀的冷強(qiáng)化鋼筋(圖1-12)。其規(guī)格按原材料直徑中Φ6.5，Φ8，Φ10和Φ12分別有Φr6.5，Φr8，Φr10和Φr12，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為600N／mm2。第21頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

冷拔低碳鋼絲、冷軋帶肋鋼筋和冷軋扭鋼筋都有專門的設(shè)計(jì)與施工規(guī)程，供設(shè)計(jì)與施工時(shí)查用。1.1.2混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求

1.強(qiáng)度高采用較高強(qiáng)度的鋼筋可以節(jié)省鋼材，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.塑性好要求鋼筋在斷裂前有足夠的變形，能給人以破壞的預(yù)兆。因此，應(yīng)保證鋼筋的伸長(zhǎng)率和冷彎性能合格。

第22頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

3.可焊性好在很多情況下，鋼筋的接長(zhǎng)和鋼筋之間的連接需通過(guò)焊接。鋼筋焊接后不產(chǎn)生裂紋及過(guò)大的變形，保證焊接后的接頭性能良好。

4.與混凝土的粘結(jié)錨固性能好為了使鋼筋的強(qiáng)度能夠充分被利用和保證鋼筋與混凝土共同工作，二者之間應(yīng)有足夠的粘結(jié)力。

在寒冷地區(qū)，對(duì)鋼筋的低溫性能也有一定的要求。

1.1.3鋼筋的選用原則

1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的非預(yù)應(yīng)力鋼筋宜優(yōu)先采用HRB400級(jí)和HRB335級(jí)鋼筋，以節(jié)省鋼筋用量，改善我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。除此之外，第23頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五也可以采用HPB235級(jí)和RRB400級(jí)熱軋鋼筋以及強(qiáng)度級(jí)別較低的冷拔、冷軋和冷軋扭鋼筋。

2.預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線、中高強(qiáng)鋼絲，也可以采用熱處理鋼筋。除此之外，還可以采用冷拉鋼筋和強(qiáng)度級(jí)別較高的冷拔低碳鋼絲和冷軋扭鋼筋。公路橋涵工程中還可以選用精制螺紋鋼筋。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)困難、物資短缺的年代，冷加工鋼筋為我國(guó)的基本建設(shè)事業(yè)做出過(guò)極大的貢獻(xiàn)。但是，冷加工鋼筋在強(qiáng)度提高的同時(shí)，塑性大幅度地降低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的塑性減小，脆性加大。當(dāng)前，我國(guó)的鋼產(chǎn)量已位于世界之首，質(zhì)優(yōu)、價(jià)廉的鋼材不斷出現(xiàn)，為了提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量，應(yīng)盡量選用強(qiáng)度較高、塑性較好、價(jià)格較低的鋼材。

第24頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五§1.2混凝土

混凝土——水泥和粗細(xì)骨料加水?dāng)嚢杞?jīng)養(yǎng)護(hù)而形成的人造石?；炷翗?gòu)造復(fù)雜、具有各向異性、抗拉強(qiáng)度低（易開(kāi)裂），是一種彈塑性材料。1.2.1混凝土的強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度

混凝土的強(qiáng)度與水泥強(qiáng)度、水灰比、骨料品種、混凝土配合比、硬化條件和齡期等有很大關(guān)系。此外，試件的尺寸及形狀、試驗(yàn)方法和加載時(shí)間的不同，所測(cè)得的強(qiáng)度也不同。第25頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

1.混凝土的抗壓強(qiáng)度

(1)立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu,k－混凝土強(qiáng)度的基本代表值混凝土主要用于抗壓，其抗壓性能比較穩(wěn)定?！兑?guī)范》規(guī)定以邊長(zhǎng)為150mm的立方體在

20±3℃的溫度和相對(duì)濕度在

90％以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28d，照依標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的具有95％保證率的抗壓強(qiáng)度(以N／mm2計(jì))作為混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，并用符號(hào)fcu,k表示。fcu,k與平均值μf和標(biāo)準(zhǔn)差δf的關(guān)系為(1-4)第26頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般可劃分為：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80，C代表混凝土地后的數(shù)字即為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，其單位為N／mm2，例如C60表示混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k=60N／mm2（C15~C50為普通混凝土，C50以上為高強(qiáng)混凝土）。

試驗(yàn)方法對(duì)混凝土的fcu,k值有較大影響。試件承壓接觸面上可不涂潤(rùn)滑劑和涂潤(rùn)滑劑。標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法不加潤(rùn)滑劑。第27頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第28頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

試件尺寸對(duì)混凝土fcu,k也有影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，立方體尺寸愈小則試驗(yàn)測(cè)出的抗壓強(qiáng)度愈高，這個(gè)現(xiàn)象稱為尺寸效應(yīng)?；炷靠箟涸囼?yàn)時(shí)加載速度對(duì)立方體抗壓強(qiáng)度也有影響，加載速度越快，測(cè)得的強(qiáng)度越高。隨著試驗(yàn)時(shí)混凝土的齡期增長(zhǎng)，混凝土的極限抗壓強(qiáng)度逐漸增大，開(kāi)始時(shí)強(qiáng)度增長(zhǎng)速度較快，然后逐漸減緩，這個(gè)強(qiáng)度增長(zhǎng)的過(guò)程往往要延續(xù)幾年，在潮濕環(huán)境中延續(xù)的增長(zhǎng)時(shí)間更長(zhǎng)。第29頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

(2)軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)ck由于實(shí)際結(jié)構(gòu)和構(gòu)件往往不是立方體，而是棱柱體，所以用棱柱體試件比立方體試件能更好地反映混凝土的實(shí)際抗壓能力。試驗(yàn)證明，軸心抗壓鋼筋混凝土短柱中的混凝土抗壓強(qiáng)度基本上和棱柱體抗壓強(qiáng)度相同。可以用棱柱體測(cè)得的抗壓強(qiáng)度作為軸心抗壓強(qiáng)度，又稱為棱柱體抗壓強(qiáng)度，用fck表示。

棱柱體試件是在與立方體試件相同的條件下制作的，試件承壓面不涂潤(rùn)滑劑且高度比立方體試件高，因而受壓時(shí)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)。試驗(yàn)量測(cè)到fck值比f(wàn)cu,k值小，并且棱柱體試件高寬比(即h/b)越大，它的強(qiáng)度越小。我國(guó)采用150mm×150mm×300mm棱柱體作為軸心抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)試件。

第30頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

軸心抗壓強(qiáng)度(棱柱體強(qiáng)度)標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k之間存在以下折算關(guān)系(1-5)式中

α1——棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度的比值，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不大于C50時(shí)，α1=0.76；當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)，α1=0.82；當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為中間值時(shí)，在0.76和0.82之間插人；α2——混凝土的脆性系數(shù)，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不大于

C40時(shí)，α2=1.0；當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)，α2=0.87；當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為中間值時(shí)，在1.0和0.87之間插入；0.88——考慮結(jié)構(gòu)中的混凝土強(qiáng)度與試塊混凝上強(qiáng)度之間的差異等因素的修正系數(shù)。

第31頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

混凝土受壓破壞是由于混凝土內(nèi)裂縫的擴(kuò)展所致.如果對(duì)混凝土的橫向變形加以約束

限制裂縫的開(kāi)展，可以提高混凝土的縱向抗壓強(qiáng)度。

2.混凝土的抗拉強(qiáng)度f(wàn)tk

混凝土的抗拉強(qiáng)ftk比抗壓強(qiáng)度低得多。一般只有抗壓強(qiáng)度的5％～10％，fcu,k越大ftk/fcu,k值越小，混凝土的抗拉強(qiáng)度取決于水泥石的強(qiáng)度和水泥石與骨料的粘接強(qiáng)度。采用表面粗糙的骨料及較好的養(yǎng)護(hù)條件可提高ftk值。軸心抗拉強(qiáng)度是混凝土的基本力學(xué)性能，也可間接地衡量混凝土的其他力學(xué)性能，如混凝土的抗沖切強(qiáng)度。第32頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

軸心抗拉強(qiáng)度可采用如圖1-17a的試驗(yàn)方法，試件尺寸為100mm×100mm×500mm的柱體兩端埋有伸出長(zhǎng)度為150mm的變形鋼筋(d＝16mm)，鋼筋位于試件軸線上。試驗(yàn)機(jī)夾緊兩端伸出的鋼筋，對(duì)試件施加拉力，破壞時(shí)裂縫產(chǎn)生在試件的中部，此時(shí)的平均破壞應(yīng)力為軸心抗拉強(qiáng)度f(wàn)tk。第33頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

在測(cè)定混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，上述試驗(yàn)方法存在對(duì)中的困難。故國(guó)內(nèi)外多采用立方體或圓柱體劈裂試驗(yàn)測(cè)定混凝土的抗拉強(qiáng)度，如圖1-17b所示。在立方體或圓柱體上的墊條施加一條壓力線荷載，這樣試件中間垂直截面除加力點(diǎn)附近很小的范圍外，有均勻分布的水平拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，試件被劈成兩半。根據(jù)彈性理論，劈裂抗拉強(qiáng)度δt,s可按下式計(jì)算

δt,s

＝2F/πl(wèi)d

（1-6）式中F——破壞荷載；

d——圓柱直徑或立方體邊長(zhǎng)；

l——圓柱體長(zhǎng)度或立方體邊長(zhǎng)。

第34頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

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之間的折算關(guān)系為

(1-7)

式中，系數(shù)0.88和α2的意義同式(1-5)。為軸心抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的折算關(guān)系，而(1-1.645δ)0.45則反映了試驗(yàn)離散程度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值保證率的影響。

混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc和抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ft與其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系為

(1-8)(1-9)

式中γc——混凝土的材料分項(xiàng)系數(shù)，建筑工程取γc=1.40，公路橋涵工程取γc=1.45。

第35頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

建筑工程規(guī)范的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)附表1-1，設(shè)計(jì)值見(jiàn)附表1-2。公路橋涵工程規(guī)范的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)附表10-1，設(shè)計(jì)值見(jiàn)附表10-2。

3.混凝土在復(fù)合應(yīng)力作用下的強(qiáng)度混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件通常受到軸力、彎矩、剪力和扭矩的不同組合作用，混凝土很少處于理想的單向受力狀態(tài)，而更多的是處于雙向或三向受力狀態(tài)，因此，分析混凝土在復(fù)合應(yīng)力作用下的強(qiáng)度就很有必要。

由于混凝土的特點(diǎn)，在復(fù)合應(yīng)力作用下的強(qiáng)度至今尚未建立起完善的強(qiáng)度理論，目前仍只有借助有限的試驗(yàn)資料，推薦一些近似方法作為計(jì)算的依據(jù)。

第36頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

(1)混凝土的雙向受力強(qiáng)度（圖1-18為混凝土雙向受力試驗(yàn)結(jié)果）①雙向受拉，圖1-18中第一象限，σ1與σ3的相互影響不大，雙向受拉強(qiáng)度均接近于單向受拉強(qiáng)度。②一向受拉，另一向受壓，圖1-18第二、四象限，混凝土強(qiáng)度均低于單向拉伸或壓縮的強(qiáng)度，即雙向異號(hào)應(yīng)力使強(qiáng)度降低。③雙向受壓，圖1-18第三象限，最大受壓強(qiáng)度發(fā)生在σ2/σ3等于0.2～1.0時(shí)，混凝土雙向受壓強(qiáng)度比單向受壓強(qiáng)度最多可提高20％。第37頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第38頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

(2)混凝土在法向應(yīng)力和切應(yīng)力作用下的復(fù)合強(qiáng)度

從圖中可以看出：①抗剪強(qiáng)度隨拉應(yīng)力的增大而減??；②隨著壓應(yīng)力的增大，抗剪強(qiáng)度增大，但大約在σ/fc＞0.6時(shí)，由于內(nèi)裂縫明顯發(fā)展，抗剪強(qiáng)度反而隨壓應(yīng)力的增大而減小，從抗壓強(qiáng)度的角度來(lái)分析，由于切應(yīng)力的存在，混凝土的抗壓強(qiáng)度要低于單向抗壓強(qiáng)度。第39頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

(3)混凝土的三向受壓強(qiáng)度混凝土在三向受壓的情況下其最大主壓應(yīng)力方向的抗壓強(qiáng)度取決于側(cè)向壓應(yīng)力的約束程度。圖1-20所示為圓柱體三軸受壓(側(cè)向壓應(yīng)力均為σ1的試驗(yàn)隨著側(cè)向壓應(yīng)力的增加、微裂縫的發(fā)展受到了極大的限制，大大地提高了混凝土縱向抗壓強(qiáng)度，此時(shí)混凝土的變形性能接近理想的彈塑性體。我國(guó)《規(guī)范》規(guī)定在三軸受壓應(yīng)力狀態(tài)下，混凝土的抗壓強(qiáng)度(f3)可根據(jù)應(yīng)力比σ2/σ3，按圖1-21插值確定，其最高強(qiáng)度值不宜超過(guò)單軸抗壓強(qiáng)度的5倍。第40頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第41頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

對(duì)于縱向受壓的混凝土，如果約束混凝土的側(cè)向變形，也可使混凝土的抗壓強(qiáng)度有較大提高。如采用鋼管混凝土柱、螺旋鋼箍柱等

能有效約束混凝土的側(cè)向變形使混凝土的抗壓強(qiáng)度、延性(承受變形的能力)有相應(yīng)的提高、如圖1-22所示。

第42頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1.2.2混凝土的變形

混凝土的變形分為：受力變形、非受力變形

1.混凝土的受力變形

(1)受壓混凝土一次短期加荷的σ-ε曲線

第43頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五圖1-23是天津大學(xué)實(shí)測(cè)的典型混凝土棱柱體的σ-ε曲線，有上升段和下降段上升段的特點(diǎn)：①0~A:第I階段(彈性階段）(σ=0.3～0.4fck)，由于試件應(yīng)力較小，混凝土的變形主要是骨料和水泥結(jié)晶體的彈性變形，應(yīng)力應(yīng)變的公關(guān)系接近直線，A點(diǎn)稱為比例極限點(diǎn)。②A～B:第II階段(穩(wěn)定裂縫擴(kuò)展階段），臨界點(diǎn)B相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力可作為長(zhǎng)期受壓受強(qiáng)度的依據(jù)(一般取0.8fCk)第44頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五③B~C：第III階段（裂縫快速發(fā)展階段），應(yīng)力達(dá)到的最高點(diǎn)為fck。

fck相對(duì)應(yīng)的應(yīng)變稱為峰值應(yīng)變?chǔ)?。一般ε0=0.0015～0.0025，平均取ε0=0.002。在fck以后

，裂縫迅速發(fā)展，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的整體性受到愈來(lái)愈嚴(yán)重的破壞，

試件的平均應(yīng)力強(qiáng)度下降，當(dāng)曲線下降到拐點(diǎn)D后，曲線σ-ε由凸向水平方向發(fā)展，在拐點(diǎn)D之后，σ-ε曲線中曲率最大點(diǎn)E稱為“收斂點(diǎn)”、E點(diǎn)以后主裂縫已很寬.結(jié)構(gòu)

內(nèi)聚力幾乎耗盡對(duì)于無(wú)側(cè)向約束的混凝土已失去結(jié)構(gòu)的意義。

不同強(qiáng)度混凝土的σ-ε曲線見(jiàn)圖1-24所示。第45頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

(2)混凝土的彈性模量、變形模量

在計(jì)算混凝土構(gòu)件的截面應(yīng)力、變形、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)壓應(yīng)力，以及由于溫度變化、支座沉降產(chǎn)生的內(nèi)力時(shí)，需要利用混凝土的彈性模量。由于一般情況下受壓混凝土的曲線σ-ε是非線性的，應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系并不是常數(shù)，這就產(chǎn)生了“模量”的取值問(wèn)題。①初始彈模：通過(guò)原點(diǎn)受壓混凝土σ-ε曲線切線的斜率為混凝土的初始彈性模量E0。但是它的穩(wěn)定數(shù)值不易從試驗(yàn)中測(cè)得。②割線彈模：在σ-ε曲線的彈性階段取某點(diǎn)，做其與原點(diǎn)0的割線，其斜率為割線彈模，不精確。

第46頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五③實(shí)用彈模Ec：目前我國(guó)《規(guī)范》彈性模量Ec值是用下列方法確定的：采用棱柱體試件，取應(yīng)力上限為0.5fc重復(fù)加載5～10次。由于混凝土的塑性性質(zhì)每次卸為零時(shí)，存在有殘余變形。但隨荷載多次重復(fù)，殘余變形逐漸減小，重復(fù)加荷5～10次后，變形趨于穩(wěn)定，混凝土的σ-ε曲線接近于直線(圖1-25)，自原點(diǎn)至σ-ε曲線上σ=0.5fc對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的連線的斜率為混凝土的彈性模量。根據(jù)混凝土不同強(qiáng)度等級(jí)的彈性模量實(shí)驗(yàn)值的統(tǒng)計(jì)分析，Ec與fcu的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系為

第47頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五(1-10)

建筑工程與公路橋涵工程的混凝上彈性模量取值相同，見(jiàn)附表1-3和附表10-3?；炷恋牟此杀?橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比)γc=0.2?；炷恋那凶兡Ａ浚莄=0.4Ec。

第48頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

(3)受拉混凝土的變形受拉混凝土的曲線的測(cè)試比受壓時(shí)要難得多。圖1-26為大津大學(xué)測(cè)出的軸心受拉混凝土的σ-△曲線，曲線形狀與受壓時(shí)相似也有上升段和下降段。受拉σ-△曲線的原點(diǎn)切線的斜率與受壓時(shí)基本一致，

因此混凝土受拉和受壓均可采用相同的彈性模EC。

峰值應(yīng)力ft時(shí)的相對(duì)應(yīng)變?chǔ)?=0.75×10-6～115×10-6。變形模量EC′=(76％～86％)EC?？紤]到應(yīng)力達(dá)到ft時(shí)的受拉極限應(yīng)變與混凝土強(qiáng)度、配合比、養(yǎng)護(hù)條件有著密切的關(guān)系，

變化范圍大，

取相應(yīng)于抗拉強(qiáng)度f(wàn)t時(shí)的變形模量Et=0.5Ec。即應(yīng)力達(dá)到ft時(shí)的彈性系數(shù)ν=05。

第49頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第50頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

(4)混凝土的徐變荷載保持不變，隨時(shí)間而增長(zhǎng)的變形稱為徐變.

徐變對(duì)于結(jié)構(gòu)的變形和強(qiáng)度，預(yù)應(yīng)力混凝土中的鋼筋應(yīng)力都將產(chǎn)生重要的影響。①徐變的特點(diǎn)：徐變與時(shí)間的關(guān)系(圖1-27)加以說(shuō)明，當(dāng)加荷應(yīng)力達(dá)到0.5fc時(shí)，其加荷瞬間產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)樗矔r(shí)應(yīng)變?chǔ)舉la。若荷載保持不變隨著加荷時(shí)間的增長(zhǎng)，應(yīng)變也將繼續(xù)增長(zhǎng)，這就是混凝土的徐變應(yīng)變?chǔ)與r。

徐變開(kāi)始半年內(nèi)增長(zhǎng)較快，以后逐漸減慢，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，徐變趨于穩(wěn)定。

徐變應(yīng)變值約為瞬時(shí)彈性應(yīng)變的1～4倍。兩年后卸載，試件瞬時(shí)恢復(fù)的應(yīng)變?chǔ)拧鋏la已略小于瞬時(shí)應(yīng)變?chǔ)舉la。第51頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五卻載后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間量測(cè)，發(fā)現(xiàn)混凝土并不處于靜止?fàn)顟B(tài)，而是經(jīng)歷著逐漸地恢復(fù)過(guò)程，這種恢復(fù)變形稱為彈性后效ε″e(cuò)la。彈性后效的恢復(fù)時(shí)間為20d左右，其值約為徐變變形的1/12，最后剩下的大部分不可恢復(fù)變形為ε′cr。第52頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五②產(chǎn)生徐變的原因：a.水泥石由結(jié)晶體荷凝膠體組成，在外力長(zhǎng)期持續(xù)作用下，凝膠體具有粘性流動(dòng)的特性，產(chǎn)生持續(xù)變形；b.混凝土內(nèi)部的微裂縫在外力的作用下不斷擴(kuò)展，導(dǎo)致應(yīng)變的增加。③影響徐變的因素：a.混凝土應(yīng)力條件是影響徐變的非常重要因素b.加荷時(shí)混凝土的齡期c.混凝土的組成和配合比d.骨料e.構(gòu)件形狀及尺寸f.養(yǎng)護(hù)及使用條件下的溫濕度第53頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

混凝土的組成和配合比是影響徐變的內(nèi)在因素、水泥用量越多和水灰比越大，徐變也越大。骨料越堅(jiān)硬、彈性模量越高徐變就越小。骨料的相對(duì)體積越大，徐變?cè)叫?。另外，?gòu)件形狀及尺寸，混凝土內(nèi)鋼筋的面積和鋼筋應(yīng)力性質(zhì)，對(duì)徐變也有不同的影響。養(yǎng)護(hù)及使用條件下的溫濕度是影響徐變的環(huán)境因素。養(yǎng)護(hù)時(shí)溫度隊(duì)濕度大、水泥水化作用充分，徐變就小，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)可使徐變減小約20％～35％。受荷后構(gòu)件所處環(huán)境的溫度越高、濕度越低，則徐變?cè)酱?、如環(huán)境溫度為70℃的試件受荷-年后的徐變，要比溫度為20℃的進(jìn)件大1倍以上，因此，高溫干燥環(huán)境將使徐變顯著增大。

第54頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

混凝土應(yīng)力條件是影響徐變的非常重要因素。加荷時(shí)混凝土的齡期越長(zhǎng)，徐變?cè)叫?。混凝土?yīng)力越大，徐變?cè)酱?、隨著混凝土應(yīng)力的增加徐變將發(fā)生不同用情況，圖1-28為不同應(yīng)力水平下的徐變變形增長(zhǎng)曲線。由圖可見(jiàn)，當(dāng)應(yīng)力較小時(shí)(σ≤fc)，曲線接近等距離分布，說(shuō)明徐變與初應(yīng)力成正比，這種情況稱為線性徐變，一般的解釋認(rèn)為是水泥膠體的粘性流動(dòng)所致。當(dāng)施加于混凝土的應(yīng)力。σ=(0.5～0.8)fc時(shí)，徐變與應(yīng)力不成正比徐變比應(yīng)力增長(zhǎng)較快，這種情況為非線形徐變，一般認(rèn)為發(fā)生這種現(xiàn)象的原因，是水泥膠體的粘性流動(dòng)的增長(zhǎng)速度已比較穩(wěn)定，而應(yīng)力集中引起的微裂縫開(kāi)展則隨應(yīng)力的增大而發(fā)展。

第55頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

當(dāng)應(yīng)力σ＞0.8fc時(shí)，徐變的發(fā)展是非收斂的，最終將導(dǎo)致混凝土的破壞。實(shí)際σ=0.8fc即為混凝土的長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度。圖1-29為不同加荷時(shí)間的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)曲線與徐變極限和強(qiáng)度破壞時(shí)的應(yīng)變極限關(guān)系。

第56頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第57頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五④徐變對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響：a.使鋼筋與混凝土產(chǎn)生應(yīng)力重分布，引起超靜定結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力松弛（因?yàn)槌o定結(jié)構(gòu)的變形受到約束，混凝土的應(yīng)力隨時(shí)間的增長(zhǎng)而降低，即產(chǎn)生應(yīng)力松弛）——可緩解應(yīng)力集中、調(diào)節(jié)溫度應(yīng)力、調(diào)節(jié)由支座不均勻沉降產(chǎn)生的附加應(yīng)力。b.造成結(jié)構(gòu)應(yīng)力變大——對(duì)結(jié)構(gòu)不利c.引起預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力損失——對(duì)于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)建立有效預(yù)應(yīng)力不利⑤減小徐變的措施：加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)、減小水泥用量及水灰比、增加混凝土的密實(shí)度等第58頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

2.混凝土的非受力變形

(1)混凝土的收縮與膨脹

收縮——混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)，體積減小的現(xiàn)象，易造成混凝土表面開(kāi)裂。膨脹——混凝土在水中或處于飽和濕度情況下結(jié)硬時(shí)體積增大的現(xiàn)象。一般情況下混凝土的收縮值比膨脹值大很多，所以分析研究收縮和膨脹的現(xiàn)象以收縮為主。

收縮的特點(diǎn)：由收縮試驗(yàn)結(jié)果如圖1-30可以看出：①混凝土的收縮是隨時(shí)間而增長(zhǎng)的變形，結(jié)硬初期收縮較快1個(gè)月大約可完成1/2的收縮，3個(gè)月后增長(zhǎng)緩慢，一般2年后趨于穩(wěn)定，②最終收縮應(yīng)變大約為(2～5)×10-4，一般取收縮應(yīng)變值為：3×10-4。

第59頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第60頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

引起收縮的主要原因：干燥失水是引起收縮的重要因素。使用環(huán)境的溫度越高、濕度超低，收縮越大.蒸汽養(yǎng)護(hù)的收縮值要小于常溫養(yǎng)護(hù)的收縮值，這是因?yàn)楦邷馗邷乜杉涌焖饔脺p少混凝士的自由水分加速了凝結(jié)與硬化的時(shí)間。通過(guò)試驗(yàn)還表明，水泥用量越多、水灰比越大，收縮越大；骨料的級(jí)配好、彈性模量大，收縮越小；構(gòu)件的體積與表面積比值大時(shí)，收縮小。第61頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

對(duì)于養(yǎng)護(hù)不好的混凝土構(gòu)件，表面在受荷前可能產(chǎn)生收縮裂縫。需要說(shuō)明，混凝土的收縮對(duì)處于完全自由狀態(tài)的構(gòu)件只會(huì)引起構(gòu)件的縮短而不開(kāi)裂。對(duì)于周邊有約束而不能自由變形的構(gòu)件，收縮會(huì)引起構(gòu)件內(nèi)混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至?xí)辛芽p產(chǎn)生。在不受約束的混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋和混凝土由于粘接力的作用，相互之間變形是協(xié)調(diào)的?；炷辆哂惺湛s的性質(zhì)。而鋼筋并沒(méi)有這種性質(zhì)，鋼筋的存在限制了混凝土的自由收縮

使混凝土受拉、鋼筋受壓，如果截面的配筋率較高時(shí)會(huì)導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。第62頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

(2)混凝土的溫度變形當(dāng)溫度變化時(shí)，混凝土的體積同樣也有熱脹冷縮的性質(zhì)。

當(dāng)溫度變形受到外界的約束而不能自由發(fā)生時(shí)，將在構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。在大體積混凝土中

，由于混凝土表面較內(nèi)部的收縮量大，再加上水泥水化熱使混凝土的內(nèi)部溫度比表面溫度高，如果把內(nèi)部混凝土視為相對(duì)不變形體，它將對(duì)試圖縮小體積的表面混凝土形成約束，在表面混凝士形成拉應(yīng)力，

如果內(nèi)外變形差較大，將會(huì)造成表層混凝土開(kāi)裂。

第63頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1.2.3混凝土的選用原則

建筑工程中：

鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝士強(qiáng)度等級(jí)：一般情況下不應(yīng)低于C15；當(dāng)采用HRB335級(jí)鋼筋時(shí)，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20；當(dāng)采用HRB400和RRB400級(jí)鋼筋以及承受重量荷載的構(gòu)件，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不得低于C20。

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)：一般情況下不應(yīng)低于C30；當(dāng)采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C40。

第64頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

公路橋涵工程中：

鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)：一般情況下不應(yīng)低于C20；當(dāng)采用HRB400和KL400級(jí)鋼筋時(shí)，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25。

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C40。位于以下區(qū)域的橋涵構(gòu)件，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不低于C30；嚴(yán)寒區(qū)、海水區(qū)或使用除冰鹽且受其影響的橋涵構(gòu)件；有氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)侵蝕物質(zhì)的環(huán)境時(shí)不低于C30。第65頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五§1.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)

鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)，是保證鋼筋和混凝土這兩種力學(xué)性能截然不同的材料在結(jié)構(gòu)中共同工作的基本前提。1.3.1粘結(jié)力的定義及組成1.定義：當(dāng)鋼筋于混凝土之間產(chǎn)生相對(duì)變形（滑移），在鋼筋和混凝土的交界面上產(chǎn)生沿鋼筋軸線方向的相互作用力，此作用力稱為粘結(jié)力。2.組成：①化學(xué)膠結(jié)力——鋼筋與混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用力（一般很小，一旦產(chǎn)生相對(duì)滑移即消失）。第66頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

②摩擦力——混凝土收縮后將鋼筋緊握產(chǎn)生的摩擦力，鋼筋表面越粗糙，摩擦力越大。（鋼筋表面微銹摩擦力增加）。

③機(jī)械咬合力——鋼筋表面凹凸不平與混凝土產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用（是變形鋼筋粘結(jié)力的主要組成部分）。④鋼筋端部的錨固作用——鋼筋端部的彎鉤、彎折，在鋼筋端部焊短鋼筋、短角鋼等措施（布置不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生較大的鋼筋與混凝土的相對(duì)滑移、混凝土內(nèi)部裂縫和局部混凝土破碎）。第67頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第68頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五(1-11)或

上式表明，粘結(jié)應(yīng)力τ使鋼筋應(yīng)力σs發(fā)生變化，或者說(shuō)沒(méi)有τ就不會(huì)有此dσs

反之，沒(méi)有鋼筋應(yīng)力的變化就不存在τ。因此在構(gòu)件中間距離端部超過(guò)lt的各個(gè)截面上τ=0，σs和σc均不再改變。圖1-32所示的鋼筋混凝土梁荷載作用使混凝士的下部受拉，粘結(jié)應(yīng)力τ將混凝土承受的部分拉力傳給鋼筋.使鋼筋受拉.第69頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五鋼筋中的拉應(yīng)力取決于沿鋼筋長(zhǎng)度方向粘結(jié)應(yīng)力的積累，在粱中取微段dx來(lái)分析，同樣可得式(1-11)。梁開(kāi)裂后，混凝土開(kāi)裂前承受的拉力通過(guò)粘結(jié)應(yīng)力τ傳遞給鋼筋、從而使裂縫處鋼筋應(yīng)力增大、這種粘結(jié)應(yīng)力稱為局部粘結(jié)應(yīng)力，其作用是使裂縫之間的混凝土參與受拉。鋼筋在支座處的錨固粘結(jié)應(yīng)力是構(gòu)件承載力至關(guān)重要的因素。圖1-33所示的梁、柱和屋架的支座.受拉鋼筋在支座處必須要有足夠的錨固長(zhǎng)度才能通過(guò)在錨固長(zhǎng)度上粘結(jié)應(yīng)力的積累，使鋼筋中建立能發(fā)揮鋼筋強(qiáng)度的應(yīng)力。如錨固粘結(jié)長(zhǎng)度不夠，將會(huì)造成錨固粘結(jié)應(yīng)力的喪失使構(gòu)件提前破壞。第70頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第71頁(yè)