混凝土結構設計原理混凝土結構材料的物理力學性能

混凝土結構設計原理混凝土結構材料的物理力學性能第1頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土的物理力學性能2.1

混凝土的物理力學性能2.1.1混凝土的組成結構通常分為三種類型：Ａ.微觀結構：也即水泥石結構，包括水泥凝膠、晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成。Ｂ.亞微觀結構：即混凝土中的水泥砂漿結構。Ｃ.宏觀結構：即砂漿和粗骨料兩系結構。注意：1.骨料的分布及骨料與基相之間在界面的結合強度是影響混凝土強度的重要因素；2.在荷載的作用下，微裂縫的擴展對混凝土的力學性能有著極為重要的影響。第2頁/共69頁影響混凝土強度的因素水泥強度等級水灰比骨料性質配合比制作方法硬化條件齡期第3頁/共69頁混凝土的強度單軸向應力狀態(tài)下的強度立方體抗壓強度棱柱體軸心抗壓強度軸心抗拉強度復合應力狀態(tài)下的強度雙向受力強度三向受壓強度

第4頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土2.1.2單軸向應力狀態(tài)下的混凝土強度

2.1混凝土的物理力學性能（1）單軸向應力狀態(tài)下的混凝土強度1）立方體抗壓強度：邊長為150mm的混凝土立方體試件，在標準試驗條件下（溫度為20±3℃，濕度≥90%）養(yǎng)護28天，用標準試驗方法（勻速加載0.3～0.8N/mm2/s，兩端不涂潤滑劑）測得的試驗結果具有95%保證率的抗壓強度，用符號fcu,k表示。使用意義：評定混凝土強度等級的標準強度等級劃分：《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定，從C15～C80共劃分為14個強度等級，級差為5N/mm2。第5頁/共69頁2）軸心抗壓強度150×l50×300mm的棱柱體試件，試驗條件、試驗方法同立方體試件，測得具有95%保證率的抗壓強度為軸心抗壓強度標準值，用符號fck表示。對于同一混凝土，棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度，但基本能反映構件的實際抗壓能力。

考慮到實際結構構件制作、養(yǎng)護和受力情況，實際構件強度與試件強度之間存在差異，《規(guī)范》基于安全取偏低值，規(guī)定軸心抗壓強度標準值和立方體抗壓強度標準值的換算關系式為：2.1混凝土的物理力學性能第6頁/共69頁式中：

α１為棱柱體強度與立方體強度之比，對不大于C50級的混凝土取0.76，對C80取0.82，其間按線性插值。α2為高強混凝土的脆性折減系數(shù)，對C40取1.0，對C80取0.87，其間線性內插。0.88為考慮實際構件與試件混凝土強度之間的差異而取用的折減系數(shù)。

使用意義：設計計算混凝土構件的受彎、受壓承載力時采用。2.1混凝土的物理力學性能第7頁/共69頁3）軸心抗拉強度混凝土的軸心抗拉強度可以采用直接軸心受拉的試驗方法來測定，但由于試驗比較困難，目前國內外主要采用圓柱體或立方體的劈裂試驗來間接測試混凝土的軸心抗拉強度。2.1混凝土的物理力學性能劈拉試驗FaF拉壓壓第8頁/共69頁兩種試驗方法直接測試法——軸心拉拔試驗：100×l00×500mm棱柱體試件間接試驗法——劈裂試驗：邊長150mm立方體試件軸心抗拉強度標準值用符號ftk表示

使用意義：用于分析混凝土構件的開裂、裂縫寬度、變形及計算混凝土構件的受沖切、受扭、受剪等承載力。第9頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土的物理力學性能《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定軸心抗拉強度標準值與立方體抗壓強度標準值的換算關系為：混凝土軸心抗拉強度與立方體抗壓強度的關系第10頁/共69頁

混凝土結構和構件通常受到軸力、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合應力作用下的強度就很有必要。由于混凝土的特點，在復合應力作用下的強度至今尚未建立起完善的強度理論，目前仍只有借助有限的試驗資料，推薦一些近似方法作為計算的依據(jù)。

（2）復合應力狀態(tài)下混凝土的強度第11頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能1）混凝土的雙向（法向）受力強度

第一象限：雙拉第三象限：雙壓第二、四象限：拉壓結論：

雙拉強度接近于單拉強度；

雙壓強度比單壓強度有很大提高（最多可提高27％）；雙向拉壓異號應力使強度降低。2.1混凝土的物理力學性能第12頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2）混凝土在剪應力和正應力共同作用下的復合強度混凝土的抗剪強度：隨拉應力增大而減小，隨壓應力增大而增大；當壓應力在0.6fc左右時，抗剪強度達到最大；壓應力繼續(xù)增大，由于內裂縫發(fā)展明顯，抗剪強度將隨壓應力增大而減小結論：剪＋壓強度低于單壓強度剪應力使抗拉強度降低2.1混凝土的物理力學性能第13頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能3）混凝土的三向受壓強度三向受壓試驗一般采用圓柱體在等側壓條件下進行。2.1混凝土的物理力學性能

由試驗得到的經驗公式為:

式中——被約束混凝土的軸心抗壓強度

——非約束混凝土的軸心抗壓強度

——側向約束壓應力結論：三壓強度比單壓強度顯著提高！

《規(guī)范》規(guī)定最高取5倍應用：鋼管混凝土柱、螺旋鋼箍柱等第14頁/共69頁2.1.4混凝土的變形分兩大類：受力變形、非受力（體積）變形1、受力變形：分三種情況：

1）（一次、單調）短期加載：分三種情形：

a、單軸向受壓—模量

b、三向受壓

c、軸向受拉

2）長期加載—徐變

3）重復荷載—疲勞2、非受力變形：分兩種情況:1)收縮與膨脹

2）溫度變形第15頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土1、單軸向受壓應力-應變關系混凝土單軸受力時的應力-應變關系反映了混凝土受力全過程的重要力學特征,是分析混凝土構件應力、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。試驗分析：采用棱柱體試件來測定。在普通試驗機上采用等應力速度加載，達到軸心抗壓強度fc時，試驗機中集聚的彈性應變能大于試件所能吸收的應變能，會導致試件產生突然脆性破壞，只能測得應力-應變曲線的上升段。采用等應變速度加載，或在試件旁附設高彈性元件與試件一同受壓，以吸收試驗機內集聚的應變能，可以測得應力-應變曲線的下降段。2.1混凝土的物理力學性能第16頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土2.1混凝土的物理力學性能第17頁/共69頁02468102030s(MPa)e×10-3第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土BACED2.1混凝土的物理力學性能第18頁/共69頁曲線特征分析：全曲線包括兩大段：上升段和下降段，以C點為分界點；每大段又各由三小段組成：

OA段—接近直線段AB段—微曲線段

BC段—曲線段CD段—曲線凹向應變軸段

DE段—曲線凸向應變軸段EF段—凸向至平行應變軸全曲線有六個關鍵點：

A點—比例極限點B點—臨界點C點—峰點

D點—拐點E點—收斂點F點—終點

第19頁/共69頁

A點以前，微裂縫沒有明顯發(fā)展，混凝土的變形主要是彈性變形，應力-應變關系近似直線。A點應力隨混凝土強度的提高而增加，對普通強度混凝土σA約為

(0.3～0.4)fc，對高強混凝土σA可達(0.5～0.7)fc。

A點以后，由于微裂縫處的應力集中，裂縫開始有所延伸發(fā)展，產生部分塑性變形，應變增長開始加快，應力-應變曲線逐漸偏離直線。微裂縫的發(fā)展導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)定擴展的。第20頁/共69頁

達到B點，內部一些微裂縫相互連通，裂縫發(fā)展是快速而不穩(wěn)定，橫向變形突然增大，體積應變開始由壓縮轉為增加。在此應力的長期作用下，裂縫會持續(xù)發(fā)展最終導致破壞。取B點的應力作為混凝土的長期抗壓強度。普通強度混凝土σB約為0.8fc，高強度混凝土σB可達0.95fc以上。隨應變增長，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不斷遭到破，裂縫連通形成斜向破壞面。第21頁/共69頁達到C點時內部微裂縫連通形成破壞面，應變增長速度明顯加快。C點的應力最大，該峰值應力σmax即為混凝土棱柱體抗壓強度fc，相應C點的縱向應變值稱為峰值應變e0，其值為0.0015～0.0025，通常取均值e0=0.002。縱向應變發(fā)展達到D點，內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主裂縫，曲線發(fā)生反向彎曲直到出現(xiàn)拐點D。從D點發(fā)展到E點，應力下降變快，應變增長較快，曲線凸向應變軸并逐漸凸向水平軸方向發(fā)展，曲率最大處為E點，此處eE=(2～3)e0，應力σE=(0.4～0.6)fc。從E點到F點，主裂縫貫通很寬，內部結構完全破壞，對無側向約束的混凝土，此段已失去結構意義。第22頁/共69頁

混凝土破壞的根本原因：混凝土在結硬過程中，由于水泥石的收縮、骨料下沉以及溫度變化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂縫，成為混凝土中的薄弱部位?；炷恋淖罱K破壞就是由于這些微裂縫的發(fā)展造成的。第23頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土不同強度混凝土的應力-應變關系曲線上升段：形狀和峰值應變的變化不顯著，即強度等級越高，線彈性段越長、峰點越高、峰值應變有所增大。下降段：形狀有較大差異，強度越高，坡度越陡，即應力下降相同幅度時變形越小、延性越差。這在高強混凝土中尤為明顯，因水泥石與骨料的粘結很強，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。2.1混凝土的物理力學性能第24頁/共69頁混凝土單軸向受壓應力—應變曲線的數(shù)學模型（本構方程）

σ–ε曲線是混凝土構件受力性能分析的依據(jù)，因此應確定其數(shù)學模型。模型很多，國際上應用較廣泛的有兩種：1）美國模型：上升段為二次拋物線，下降段為斜直線。2）德國模型：上升段為二次拋物線，下降段為水平直線。3）我國模型：上升段為多次拋物線，下降段為水平直線。第25頁/共69頁2.1混凝土第二章鋼筋和混凝土的材料性能◆美國E.Hognestad建議的應力-應變曲線2.1混凝土的物理力學性能第26頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能◆我國《規(guī)范》應力-應變關系上升段：下降段：2.1混凝土2.1混凝土的物理力學性能第27頁/共69頁混凝土的變形模量

應用意義：用于計算混凝土構件的截面應力和變形、預應力混凝土構件的預壓應力及由于溫度變化、支座沉降產生的內力?；炷潦軌害?ε曲線上,在不同的應力階段，其應力與應變的比值是一個常數(shù)?；炷恋淖冃文Ａ坑腥N表示方法：1)彈性模量（原點模量）2)變形模量（割線模量、彈塑性模量）3)切線模量第28頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2、混凝土的變形模量彈性模量變形模量切線模量2.1混凝土2.1混凝土的物理力學性能第29頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能◆彈性模量測定方法2.1混凝土2.1混凝土的物理力學性能第30頁/共69頁三向受壓狀態(tài)下混凝土的變形（圖2-13）混凝土試件橫向受到約束時，可提高強度，也可提高延性。用圓柱體試件周圍施加恒定液體壓力，逐漸增加軸向壓力直至破壞，測其軸向應變的變化。

結論：隨著側向壓力的增加，試件的強度和延性都顯著提高。工程應用：配置密排螺旋筋或箍筋的鋼筋混凝土柱、鋼管混凝土柱，從側向約束了混凝土，使混凝土的受力及變形性能得到改善。第31頁/共69頁混凝土軸向受拉時的應力-應變關系（圖2-16）1）曲線形狀與受壓時相似，有上升段和下降段。2）原點切線斜率與受壓時基本一致。3）A點在（0.4～0.5）σmax時出現(xiàn)，B點在（0.76～0.83）σmax時出現(xiàn).4）fc越大，上升段越長，峰點越高，但對應的變形幾乎沒有增大；fc越大，下降段越陡峭，變形反而越小。5）σmax時ε0=0.000075～0.00015第32頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土2.1.5混凝土的收縮、膨脹和溫度變形1、混凝土的收縮

定義：混凝土在空氣中結硬時體積減小的現(xiàn)象。收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產生的變形。當這種自發(fā)的變形受到外部（支座）或內部（鋼筋）的約束時，將使混凝土中產生拉應力，甚至引起混凝土的開裂?；炷潦湛s會使預應力混凝土構件產生預應力損失。

引起混凝土收縮的原因：

1）水泥凝膠體的體積凝結縮小；

2）混凝土失水干縮。收縮試驗曲線：圖2-222.1混凝土的物理力學性能第33頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土◆影響因素

混凝土的收縮受結構周圍的溫度、濕度、構件斷面形狀及尺寸、配合比、骨料性質、水泥性質、混凝土澆筑質量及養(yǎng)護條件等許多因素有關。1）水泥品種：水泥強度等級越高，制成的混凝土收縮越大。2）水泥用量：水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。3）骨料性質：骨料彈性模量高、級配好，收縮就小。4）養(yǎng)護條件：干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大。5）制作方法：混凝土越密實，收縮越小。6）使用環(huán)境：使用環(huán)境溫度、濕度越大，收縮越小。7）形狀尺寸：構件的體積與表面積比值大時，收縮小。2.1混凝土的物理力學性能第34頁/共69頁

影響因素多而復雜，準確地計算收縮量十分困難，所以針對原因、因素采取一些技術措施來降低因收縮而引起的不利影響，如加強養(yǎng)護、減小水灰比、減少水泥用量、加強振搗、在初凝時壓光構件表面等。2、混凝土的膨脹

定義：混凝土在水中結硬時體積增大的現(xiàn)象?；炷恋呐蛎浿当仁湛s值小很多，而且膨脹往往是有利的，故一般不予考慮，以分析研究收縮為主。

第35頁/共69頁3、混凝土的溫度變形

當溫度變化時，混凝土的體積同樣也有熱脹冷縮的性質。當溫度變形受到外界的約束而不能自由發(fā)生時，將在構件內產生溫度應力。對較長結構，應按規(guī)范規(guī)定設置溫度縫；對大體積混凝土，因內部混凝土對試圖縮小體積的表面混凝土形成約束，就會在表面形成拉應力若內外變形差較大，會造成表層混凝土開裂，設計時應予考慮。第36頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土2.1.6混凝土的徐變

定義：混凝土在荷載的長期作用下，其變形隨時間而不斷增長的現(xiàn)象。徐變對混凝土結構和構件的工作性能有很大影響。由于混凝土的徐變，會使構件的變形增加，在鋼筋混凝土截面中引起應力重分布，在預應力混凝土結構中會造成預應力的損失。

徐變曲線（ε-t曲線）：圖2-17，試件100×100×400㎜，混凝土的徐變特性主要與時間參數(shù)有關。徐變由五部分組成：

瞬時應變εela:加載應力達到0.5fc作時，其加載瞬間產生的應變，屬彈性應變。2.1混凝土的物理力學性能第37頁/共69頁徐變應變εcr:荷載保持不變，隨著時間的增加而增長的應變，前4個月增長較快，6個月可達最終徐變的（70~80）%，以后增長逐漸緩慢，1年后趨于穩(wěn)定，3年左右基本終止，εcr≈（1～4）εela。瞬時恢復應變ε′ela:兩年后卸載，瞬時恢復的一部分應變，ε′ela≤εela

。彈性后效ε′′ela:卸載后徐變繼續(xù)恢復的應變，20天左右結束，ε′′ela

≈εcr／12。殘余應變ε′cr：不可恢復的大部分應變。第38頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土

2.1混凝土的物理力學性能第39頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土◆影響因素內在因素是混凝土的組成、配比及構件的形狀、尺寸。骨料的剛度（彈性模量）越大，體積比越大，徐變就越??；水灰比越小，徐變也越小；水泥含量越大，徐變越大。環(huán)境因素包括養(yǎng)護和使用條件。受荷前養(yǎng)護的溫濕度越高，水泥水化作用越充分，徐變就越小。采用蒸汽養(yǎng)護可使徐變減少（20~35）%。受荷后構件所處的環(huán)境溫度越高，相對濕度越小，徐變就越大。受荷時齡期越長，徐變越小。應力因素指加荷時的應力及持荷時間。加荷時應力越大、持荷時間越長，徐變越大?；炷翗嫾谑褂闷陂g，應避免經常處于不變的高應力狀態(tài)。2.1混凝土的物理力學性能第40頁/共69頁引起混凝土徐變的主要原因

1)

具有粘性流動性質的水泥凝膠體，在荷載長期作用下產生粘性流動；

2）內部微裂縫在荷載長期作用下不斷發(fā)展和增加。徐變對混凝土的影響

1)

不利影響：引起混凝土結構構件變形增大及導致預應力混凝土結構中預應力損失，嚴重時會引起結構破壞；

2）有利影響：引起鋼筋混凝土截面中的應力重發(fā)布，減小各種外界因素對超靜定結構的不利影響，降低附加應力。第41頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土2.1.7混凝土在荷載重復作用下的變形--疲勞變形◆疲勞強度

混凝土的疲勞強度由疲勞試驗測定。采用100mm×100mm×300mm或著150mm×150mm×450mm的棱柱體，把棱柱體試件承受200萬次或其以上循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓應力值稱為混凝土的疲勞抗壓強度。◆影響因素施加荷載時的應力大小是影響應力-應變曲線不同的發(fā)展和變化的關鍵因素，即混凝土的疲勞強度與重復作用時應力變化的幅度有關。在相同的重復次數(shù)下，疲勞強度隨著疲勞應力比值的增大而增大。2.1混凝土的物理力學性能第42頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土混凝土在荷載重復作用下的應力-應變關系2.1混凝土的物理力學性能第43頁/共69頁結論

1）在荷載重復作用下，混凝土的強度和變形發(fā)生重要變化，即強度降低、變形增大；

2）引起疲勞破壞的主要原因是由于混凝土內部的骨料與水泥凝膠體接觸處的微裂縫在荷載重復作用下不斷形成、發(fā)展和貫通，導致疲勞破壞；

3)疲勞破壞的特征：裂縫小而變形大，破壞是脆性的，無明顯預兆的；

4）混凝土的疲勞強度與重復作用時應力變化的幅度有關。第44頁/共69頁2.1.8混凝土的選用原則為保證結構安全可靠、經濟耐久，選擇混凝土時，要綜合考慮材料的力學性能、耐久性能、施工性能和經濟性等方面的問題，按照《混凝土結構設計規(guī)范》中的要求進行選用。1、鋼筋混凝土結構：1）任何情況下不應低于C15；2）采用HRB335級鋼筋時不宜低于C20；3）采用HRB400、RRB400級鋼筋及承受重復荷載時不得低于C20。2、預應力鋼筋混凝土結構：1）任何情況下不應低于C30；2）當采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預應力鋼筋時不宜低于C40。3、當采用山砂混凝土、高爐礦渣混凝土時，尚應符合專門標準的規(guī)定。第45頁/共69頁規(guī)范用詞說明為便于在執(zhí)行規(guī)范條文時區(qū)別對待，對要求嚴格程度不同的用詞說明如下：1、表示很嚴格，非這樣做不可的用詞：正面詞采用“必須”，反面詞采用“嚴禁”；2、表示嚴格，在正常情況下均應這樣做的用詞：正面詞采用“應”，反面詞采用“不應”或“不得”；3、表示允許稍有選擇，在條件許可時首先應這樣做的用詞：正面詞采用“宜”，反面詞采用“不宜”；表示有選擇，在一定條件下可以這樣做的，采用“可”。4、條文中指明必須按其他有關標準、規(guī)范執(zhí)行時，采用“應按......執(zhí)行”或“應符合......要求或者規(guī)定”。第46頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2鋼筋的物理力學性能2.2

鋼筋的物理力學性能

2.2.1鋼筋的品種和級別熱軋鋼筋、中高強鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋第47頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2鋼筋的物理力學性能熱軋鋼筋的分類HPB235級、HRB335級、HRB400級、RRB400級屈服強度fyk（標準值=鋼材廢品限值，保證率97.73%）

HPB235級（Ⅰ）：fyk=235N/mm2HRB335級（Ⅱ）：fyk=335N/mm2HRB400級（Ⅲ）：fyk=400N/mm2RRB400級（Ⅳ）：fyk=400N/mm2第48頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能HPB235級(Ⅰ級)鋼筋多為光面鋼筋，多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋。HRB335級(Ⅱ級)和HRB400級(Ⅲ級)鋼筋強度較高，多作為鋼筋混凝土構件的受力鋼筋，尺寸較大的構件，也有用Ⅱ級鋼筋作箍筋以增強與混凝土的粘結，外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋。RRB400級(Ⅳ級)鋼筋強度太高，不適宜作為鋼筋混凝土構件中的配筋，一般冷拉后作預應力筋。延伸率d5=25、16、14、10%，直徑8～40mm。2.2鋼筋的物理力學性能第49頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能鋼絲，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應力混凝土結構。冷加工鋼筋是由熱軋鋼筋和盤條經冷拉、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度，節(jié)約鋼材。但經冷加工后，鋼筋的延伸率降低。近年來，冷加工鋼筋的品種很多，應根據(jù)專門規(guī)程使用。熱處理鋼筋是將Ⅳ級鋼筋通過加熱、淬火和回火等調質工藝處理，使強度得到較大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于預應力混凝土結構。2.2鋼筋的物理力學性能第50頁/共69頁se第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2.2

鋼筋的強度與變形

◆有明顯屈服點的鋼筋a’abcdefua′為比例極限oa為彈性階段de為強化階段b為屈服上限c為屈服下限，即屈服強度fycd為屈服臺階e為極限抗拉強度fu

fyfef為頸縮階段2.2鋼筋的物理力學性能第51頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能幾個指標：屈服強度：是鋼筋強度的設計依據(jù)，因為鋼筋屈服后將發(fā)生很大的塑性變形，且卸載時這部分變形不可恢復，這會使鋼筋混凝土構件產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，不太穩(wěn)定，一般取屈服下限作為屈服強度。延伸率：鋼筋拉斷后的伸長值與原長的比率，是反映鋼筋塑性性能的指標。延伸率大的鋼筋，在拉斷前有足夠預兆，延性較好。屈強比：反映鋼筋的強度儲備，

fy/fu=0.6~0.7。2.2鋼筋的物理力學性能第52頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能有明顯屈服點鋼筋的應力-應變關系一般可采用雙線性的理想彈塑性關系1Es2.2鋼筋的物理力學性能第53頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能◆無明顯屈服點的鋼筋a點：比例極限，約為0.65fua點前：應力-應變關系為線彈性a點后：應力-應變關系為非線性，有一定塑性變形，且沒有明顯的屈服點強度設計指標條件屈服點:殘余應變?yōu)?.2%所對應的應力《規(guī)范》取s0.2=0.85fu2.2鋼筋的物理力學性能第54頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能1）強度：要求鋼筋有足夠的強度和適宜的強屈比(極限強度與屈服強度的比值)。例如，對抗震等級為一、二級的框架結構，其縱向受力鋼筋的實際強屈比不應小于1.25。2）塑性(模型P24-25)：要求鋼筋應有足夠的變形能力，保證伸長率和冷彎性能合格。3）可焊性：要求鋼筋焊接后不產生裂縫和過大的變形，焊接接頭性能良好。4）與混凝土的粘結力：要求鋼筋與混凝土之間有足夠的粘結力，以保證兩者共同工作。5）耐火性：要求保護層厚度應滿足構件耐火極限的要求2.2.3混凝土結構對鋼筋性能的要求2.2鋼筋的物理力學性能第55頁/共69頁鋼筋的選用原則1、鋼筋混凝土結構中的受力筋和預應力鋼筋混凝土結構中的非受力筋：宜采用HRB400、HRB335級鋼筋，并優(yōu)先采用HRB400級鋼筋；也可采用HPB235、RRB400級鋼筋。2、預應力鋼筋：宜采用鋼絞線、鋼絲，也可采用熱處理鋼筋。3、冷加工鋼筋：若采用時應符合專門標準的規(guī)定。第56頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能定義：指鋼筋在承受重復、周期性的動荷載作用下，經過一定次數(shù)后，突然脆性斷裂的現(xiàn)象。如吊車梁等。影響因素：1）應力變化幅值2）最小應力值3）鋼筋強度4）幾何形狀、鋼筋直徑5）鋼筋加工和使用環(huán)境2.2.4鋼筋的疲勞2.2鋼筋的物理力學性能第57頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.3混凝土與鋼筋的粘結2.3

混凝土與鋼筋的粘結2.3.1粘結的意義

粘結和錨固是鋼筋和混凝土形成整體、共同工作的基礎鋼筋與混凝土之間粘結應力示意圖（a）錨固粘結應力（b）裂縫間的局部粘結應力第58頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.3混凝土與鋼筋的粘結2.3混凝土與鋼筋的粘結2.3.2

粘結力的形成◆光圓鋼筋與變形鋼筋具有不同的粘結機理，其粘結作用主要由三部分組成：１）鋼筋與混凝土接觸面上的化學吸附作用力（膠結力）。一般很小，僅在受力階段的局部無滑移區(qū)域起作用，當接觸面發(fā)生相對滑移時，該力即消失。２）混凝土收縮握裹鋼筋而產生的摩阻力。３）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產生的機械咬合作用力（咬合力）。對于光圓鋼筋，這種咬合力來自于表面的粗糙不平。第59頁/共69頁第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.3混凝土與鋼筋的粘結2.3混凝土與鋼筋的粘結◆變形鋼筋與混凝土之間的機械咬合作用主要是由于變形