钢筋和混凝土材料的力学性能剖析PPT课件

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1、2022-6-51 1. .定义（定义（Concept ）： 在混凝土结构中采用的棒在混凝土结构中采用的棒状、丝状钢材。状、丝状钢材。一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能 The steel rod or wire used in concrete structure.第1页/共73页2022-6-5一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能按化学成分按化学成分(Chemical composition)碳素钢碳素钢Carbon Steel （铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）低碳钢（含碳量0.25%）中碳钢（含碳量0.250.6%）高碳钢（含碳量0.61.4%）普通低合金钢普通低合金钢

2、Low Alloyed Steel （另加硅、锰、钛、钒、铬等）锰系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系2. 钢筋的分类(Types of reinforcing bar)含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性减低合金元素含量3%第2页/共73页2022-6-5 钢筋钢筋Reinforcing steel热轧钢筋热轧钢筋(Hot-rolled steel bar) :由低碳钢和普通低合金钢在高 温状态下轧制而成冷加工钢筋冷加工钢筋(Cold drawn steel bar ):由热轧钢筋在常温下用机械 加工而成热处理钢筋热处理钢筋(Heat-treatable steel bar):将热轧的带肋钢筋通过淬火

3、 和高温回火调质处理而成的 按加工方法按加工方法(Technological process)钢丝钢丝Steel wire碳素钢丝碳素钢丝(Carbon steel wire):钢筋通过多次冷拔、应力消除、矫正、 回火处理而成刻痕钢丝刻痕钢丝(Nick steel wire):在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间 的粘结力钢绞线钢绞线(Steel stranded wire):几根同直径钢丝成螺旋状铰绕在一起一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能第3页/共73页2022-6-5冷加工钢筋热轧钢筋热轧钢筋低合金钢筋低合金钢筋冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭冷加工钢筋冷加工钢筋提高强度,塑性降低col

4、d drawn, cold-rolled, cold-rolled and twistedCold Drawn Steel BarsImproving strengthReducing deformation capacityHot-Rolled Steel Bar Low Alloyed Steel第4页/共73页2022-6-5光圆钢丝 钢丝、钢绞线钢丝、钢绞线Steel wire or stranded wire 预应力钢筋预应力钢筋Prestressed steel bar4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm2股、3股、7股1570MPa1770MPa第5页/共73页2022

5、-6-5一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能按表面形状按表面形状 光圆钢筋光圆钢筋 Plain bar变形钢筋变形钢筋Deformed bar硬钢硬钢(Hard steel):无明显屈服点钢筋无明显屈服点钢筋按力学性能按力学性能软钢软钢(Mild steel):有明显屈服点钢筋有明显屈服点钢筋按使用用途按使用用途 普通钢筋普通钢筋(Reinforcing Steel)预应力钢筋预应力钢筋(Prestressing Tendon)螺旋纹螺旋纹人字纹人字纹月牙纹月牙纹第6页/共73页2022-6-5一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能强度等级代号强度等级代号d/mm符号符号fyk(

6、ftk)/MPaHPB300622300(420)HRB335HRBF335650335(455)HRB400HRBF400RRB400650400 (540)HRB500HRBF500640500 (630)表表1-1 1-1 普通钢筋的种类、直径范围、符号、强度标准值普通钢筋的种类、直径范围、符号、强度标准值注：注：第一个字母第一个字母H（hot rolled）表示热轧，）表示热轧，R(Remained heat treated)表示为余热表示为余热处理；处理；第二个字母第二个字母P(Plain)表示光圆，表示光圆，R(ribbed)表示带肋；表示带肋；第三个字母第三个字母B（Bar）代表

7、钢筋；代表钢筋；第四个字母第四个字母F（Fine Grains）代表细晶粒；）代表细晶粒；数字数字表示标准强度。表示标准强度。 第7页/共73页2022-6-5 细晶粒热轧带肋钢筋是我国冶金行业研究开发的新型热轧钢筋，这种钢筋生产过程中不需添加或只需添加很少的钒、钛等合金元素，通过控轧和控冷工艺形成超细组织（金属晶粒越细小，材料强度、硬度越高，塑性、韧性也越大），粒热轧带肋钢筋代替我国目前大量使用的低合金热轧钢筋可节约国家宝贵的钒、钛等合金元素资源，降低钢筋价格，社会效益和经济效益均十分显著。 一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能 细晶粒热轧带肋钢筋细晶粒热轧带肋钢筋第8页/共73页2

8、022-6-5 钢厂提供的钢筋直径为钢厂提供的钢筋直径为6 mm，6.5 mm，8 mm，8.2 mm，10 mm，12 mm，14 mm，16 mm，18 mm，20 mm，22 mm，25 mm，28 mm，32 mm，36 mm，40 mm和和 50 mm。其中，。其中，d=8.2 mm的钢筋仅适用于有纵肋的热处理钢筋。设计时，应在表的钢筋仅适用于有纵肋的热处理钢筋。设计时，应在表1-1的的直径范围和上述提供的直径内选择钢筋。当采用直径大于直径范围和上述提供的直径内选择钢筋。当采用直径大于40 mm的钢筋时，应有可靠的工程经验。的钢筋时，应有可靠的工程经验。 一、钢筋的物理力学性能一、钢

9、筋的物理力学性能第9页/共73页2022-6-5一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能ABBCDE上屈服点不稳定下屈服点出现颈缩拉断BC段为屈服平台Stage of flowCD段为强化段strain-hardening stage0.2%0.2标距有明显流幅的钢筋Mild steel无明显流幅的钢筋Hard steel钢筋受压和受拉时的应力钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同应变曲线几乎相同3. 钢筋的应力-应变曲线Stress-strain curve of reinforcing steel第10页/共73页2022-6-5ABBCDE强度指标强度指标Strength inde

10、x * 有明显流幅的钢筋：在建立钢筋混凝土构件截面承载力计算理论时，以下屈服点对应的强度作为设计时钢筋强度的取值（ fy ）。一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能两点简化：两点简化：A.A. 钢筋应力不大于屈服点时应力钢筋应力不大于屈服点时应力- -应变关系应变关系一直服从胡克定律，处于理想弹性阶段；一直服从胡克定律，处于理想弹性阶段； B.B.不利用应力强化阶段，假设钢筋混凝土不利用应力强化阶段，假设钢筋混凝土构件截面达到破坏时，钢筋拉应力保持为屈服构件截面达到破坏时，钢筋拉应力保持为屈服点应力。点应力。钢筋的极限强度钢筋的极限强度作为一种安全储备。作为一种安全储备。Yielding

11、 stress fy Ultimate stress fu Steel reinforcement with stage of flow第11页/共73页2022-6-50.2%0.2强度指标强度指标Strength index * 无明显流幅的钢筋：残余应变为0.2%时所对应的应力作为其强度限值，称为条件屈服强度(Conditional yielding strength)，混凝土规范取0.20.85 b， b为极限抗拉强度(ultimate tensile strength) 。一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能s,usss=Essyfys,hfs,uSteel reinforc

12、ement without stage of flow第12页/共73页2022-6-5一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能强度指标的确定强度指标的确定Determination of strength index 强度Strength随机变量Random variable强度标准值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有95以上保证率（钢筋为97.73% ）的统计特征值：强度标准值（fykyk）= =强度平均值-2-2均方差概率密度材料强度强度平均值强度标准值钢筋强度用钢筋强度用标准值标准值和和设计值设计值表示。表示。钢筋强度的设计值fy等于钢筋强度标准值除以材料分项系数s，即 sy

13、kyffStandard strength and design strength第13页/共73页2022-6-5钢筋加工第14页/共73页2022-6-5一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能变形指标变形指标Index of deformation* 伸长率elongation :钢筋拉断后的伸长与原长的比值* 冷弯性能Cold-formed capacity:将直径为d的钢筋绕直径为D的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂及起层现象 为防止在弯折加工时断裂和使用过程中脆断，钢筋还为防止在弯折加工时断裂和使用过程中脆断，钢筋还应具有一定的塑性变形能力应具有一定的塑性变形能力(deforma

14、tion capacity )。 伸长率越大，塑性越好。伸长率用表示，用钢筋试样拉断后断口两侧的残留应变(用百分率表示)作伸长率，即 %100lll 弯芯的直径越小，弯转角越大，塑性越好第15页/共73页2022-6-5一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能%100)(00sbgtELLLgt变形指标变形指标Index of deformation* 最大力下的总伸长率（均匀伸长率）ABBCDE残余变形最大力下总伸长率至少至少100mm 反映钢筋的残余变形和弹性变形，量测结果受原始标距影响小，也不产生人为误差。gt表示钢筋的变形能力第16页/共73页2022-6-5钢筋的力学性能指标钢筋

15、的力学性能指标 Index of mechanical properties of materialsfyfu-屈服强度屈服强度-极限抗拉强度极限抗拉强度fy / fu-屈强比屈强比强度指标强度储备强度储备塑性指标延伸率延伸率冷弯性能冷弯性能一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能Index of strengthIndex of deformationelongationultimate tensile strengthyielding strengthcold-bending property第17页/共73页2022-6-5一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能冷拉Cold D

16、rawnBKZZK残余变形冷拉伸长率无时效经时效K点的选择：应力控制和应变控制温度的影响：温度达700C时恢复到冷拉前的状态，先焊后拉冷加工钢筋的力学性能指标Index of mechanical properties of cold working steel bar特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降uThe tensile strength is much increased, but the material becomes very brittle.第18页/共73页2022-6-5一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能冷拔经过冷拔后钢筋强度提高，塑性降低，

17、没有明显的屈服点和流幅冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度It not only can improve the tensile strength and can improve the compressive strength.第19页/共73页2022-6-5冷轧带肋钢筋Cold Rolled Ribbed Bars 以低碳钢筋或低合金钢筋为原材料，以低碳钢筋或低合金钢筋为原材料，在在常温常温下进行轧制而成的表面带有纵肋和下进行轧制而成的表面带有纵肋和月牙纹横肋的钢筋。月牙纹横肋的钢筋。它的极限强度与冷拔它的极限强度与冷拔低碳钢丝相近，但伸长率比冷拔低碳钢丝低碳钢丝相近，但伸长率比冷拔低碳

18、钢丝有明显提高有明显提高。冷轧扭钢筋Cold Rolled -Twisted Steel 以热轧光面钢筋为原材料，按规定以热轧光面钢筋为原材料，按规定的工艺参数，经钢筋冷轧扭机一次加工的工艺参数，经钢筋冷轧扭机一次加工轧扁扭曲呈连续螺旋状。轧扁扭曲呈连续螺旋状。一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能第20页/共73页2022-6-5徐变Creep应力不变，随时间的增长应变继续增加松弛Slack长度不变，随时间的增长应力降低对结构，尤其是预应力结构，产生不利的影响一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能4.钢筋的徐变与松弛Creep and slack of reinforcing s

19、teel第21页/共73页2022-6-5强度要求：保证经济性。屈服强度和极限强度，抗震设计时还要 求有适当的的屈强比塑性要求：保证结构延性，给人以破坏的预兆。伸长率和冷弯要求可焊性：钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证焊接后的接头性能良好。与混凝土的粘结性：保证钢筋和混凝土共同工作。5. 混凝土结构对钢筋的要求一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能耐久性和耐火性：设置必要的混凝土保护层。第22页/共73页2022-6-5一、钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理力学性能纵向受力普通钢筋纵向受力普通钢筋宜宜采用采用HRB400、HRB500 、HRBF400、HRBF500钢筋，也钢筋，也可

20、可采用采用HPB300、HRB335、HRBF335、RRB400钢筋。钢筋。 预应力钢筋预应力钢筋宜宜采用预应力采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。5. 钢筋的选用原则梁、柱纵向受力普通钢筋梁、柱纵向受力普通钢筋应应采用采用HRB400、HRB500 、HRBF400、HRBF500钢筋。钢筋。 箍筋箍筋宜宜采用采用HRB400、HRBF400 、HPB300 、 HRB500 、HRBF500钢筋钢筋，也可采用HRB335、HRBF335钢筋。 约束箍筋推广推广400MPa、 500MPa为主导钢筋，为主导钢筋，限制并逐步淘汰限制并逐步淘汰335MPa第2

21、3页/共73页2022-6-5混混凝土的组成特点凝土的组成特点混凝土水泥水骨料混凝土是多空隙、不均匀的物体，混凝土是多空隙、不均匀的物体，内部存在许多微裂纹内部存在许多微裂纹水化过程长，性能需较长时间才能稳定水化过程长，性能需较长时间才能稳定二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能Concretecementwateraggregates第24页/共73页2022-6-5EmEmphasisphasis ：the strength of concreteCube strengthCylinder strength Tensile strengthConcrete strength un

22、der bi-axial or tri-axial loads二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能第25页/共73页2022-6-5二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能立方体抗压强度立方体抗压强度(Cube Strength) fcu1） 单轴受力状态下混凝土的抗压强度1. 混凝土的强度 Strength of Concrete承压板试块温度：温度：202033湿度：湿度：9090边长为边长为150mm150mm的的标准立方体试块标准立方体试块标准条件标准条件养护养护28d28d标准试验方法标准试验方法加载速度：加载速度：0.150.150.25MPa/s0.25MPa

23、/s全截面受力，表面不涂润滑剂全截面受力，表面不涂润滑剂抗压强度抗压强度内部微裂纹的扩展内部微裂纹的扩展(Extension of micro-fissures)混凝土破坏实质：第26页/共73页2022-6-5二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能ffkcuf645. 1,fcu,k与平均值与平均值f和标准差和标准差 f的关系为的关系为混凝土的强度等级混凝土的强度等级 :具有95保证率的抗压强度标准值 (以N/mm2计)kcuf, 14 gradesC15 C20 C25 C30 C35 C40 C45C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80高强混凝土高强混凝土混凝土

24、混凝土强度等级强度等级的选用：的选用： 采用强度等级采用强度等级400400MPaMPa及以上及以上钢筋时钢筋时, ,不应不应低于低于C2C25 5；承受重复荷载构件的混凝土，承受重复荷载构件的混凝土，不应不应低于低于C30C30；预应力混凝土结构，预应力混凝土结构，不宜低于C40C40，且不应不应低于低于C30C30；钢筋混凝土结构的混凝土强度等级钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应不应低于低于C20C20。表示混凝土Concrete立方体抗压强度标准值素混凝土结构的混凝土强度等级素混凝土结构的混凝土强度等级不应不应低于低于C15C15。概率密度材料强度强度平均值强度标准值第27页/共73页2

25、022-6-5二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能承压板试块温度：温度：202033湿度：湿度：9090边长为边长为150mm150mm的的标准标准立方体立方体试块试块标准条件标准条件养护养护28d28d标准试验方法标准试验方法加载速度：加载速度：0.150.150.25MPa/s0.25MPa/s全截面受力，表面不涂润滑剂全截面受力，表面不涂润滑剂抗压强度抗压强度立方体抗压强度影响因素立方体抗压强度影响因素(Factors that affect the cube strength)第28页/共73页2022-6-5影响一：润滑剂(grease)摩擦力friction不涂润滑剂不

26、涂润滑剂涂润滑剂涂润滑剂强度大于二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能立方体抗压强度影响因素立方体抗压强度影响因素(Factors that affect the cube strength) The friction between the heads of the testing machine and the specimen offers some lateral constraint to restrict the lateral expansion of the specimen under pressure, so the specimen can take a hig

27、her compressive strength. 第29页/共73页2022-6-5影响二：尺寸(Size)标准试块150150 150非标准试块100100 100 非标准试块200200 200 1.05 : 1 : 0.95二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能尺寸越大尺寸越大, ,内部缺陷较多内部缺陷较多; ;尺寸越大，套箍作用越不明显。尺寸越大，套箍作用越不明显。试块尺寸越大，实测破坏强度越低。试块尺寸越大，实测破坏强度越低。 The smaller the size of the specimen, the higher the compressive strength

28、.第30页/共73页2022-6-5影响三：加载速度The speed of testing加载速度快，内部微裂纹来不及扩展，实测强度提高二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能 The stress increases more rapidly during the test, the compressive strength will be higher.第31页/共73页2022-6-5棱柱体抗压强度棱柱体抗压强度fc Cylinder strength承压板试块Standard specimen :150150 300mm二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能 抗压强

29、度与试件形状有关，实际构件往往是棱抗压强度与试件形状有关，实际构件往往是棱柱体，棱柱体抗压强度比立方体试件能更好地反映柱体，棱柱体抗压强度比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。混凝土的实际抗压能力。 中部横向变形不受端部摩擦力的约束，代表了中部横向变形不受端部摩擦力的约束，代表了混凝土处于混凝土处于单向全截面均匀受压的应力状态单向全截面均匀受压的应力状态。 试验量测到试验量测到fc值比值比fcu值小，并且棱柱体试值小，并且棱柱体试件高宽比件高宽比( (即即h/b) )越大，它的强度越小。越大，它的强度越小。真实反映混凝土的实际工作状态。真实反映混凝土的实际工作状态。 摆脱端部摩擦力的影

30、响；摆脱端部摩擦力的影响； 试件不致失稳。试件不致失稳。32bh第32页/共73页2022-6-5 fc 与与 fcu 的关系：的关系： mcumcff,21,88. 0立方体抗压强度立方体抗压强度脆性折减系数：脆性折减系数：C40以下：以下：C80：1287. 0282. 0C8076. 050C111：立方体强度棱柱体强度考虑实际构件的工作条考虑实际构件的工作条件与试件所处条件的差件与试件所处条件的差异引入的修正系数异引入的修正系数二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能第33页/共73页2022-6-5轴心抗拉强度轴心抗拉强度(axial tensile strength) ft

31、2）单轴受力状态下混凝土的抗拉强度（Tensile strength）二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能 由于混凝土构件由于混凝土构件内部的不均匀性内部的不均匀性，加之安装，加之安装试件偏差试件偏差的原因，的原因，通过直接受拉试验测量抗拉强度是很困难的，试验数据离散性很通过直接受拉试验测量抗拉强度是很困难的，试验数据离散性很大。大。100100150150500 直接测试法 误差大难实现第34页/共73页2022-6-5劈裂试验劈裂试验(Indirect splitting test ) ft,sdlFfst2,ddftsFFFF二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能根

32、据弹性理论试件中间垂直截面除加力点试件中间垂直截面除加力点附近很小的范围外，有均匀附近很小的范围外，有均匀分布的水平拉应力。当拉应分布的水平拉应力。当拉应力达到混凝土的抗拉强度时，力达到混凝土的抗拉强度时，试件被劈成两半。试件被劈成两半。第35页/共73页2022-6-5ft与与fcu之间的折算关系为之间的折算关系为 二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能55. 0,2,395. 088. 0mcumtff 混凝土的脆性系数，当混凝土的强度等级不大于混凝土的脆性系数，当混凝土的强度等级不大于C40时，时， =1.0；当混凝土的强度等级为；当混凝土的强度等级为C80时，时， =0.87

33、；其间按线性插值。其间按线性插值。222 0.88考虑结构中的混凝土强度与试块混凝上强度之间的差异等考虑结构中的混凝土强度与试块混凝上强度之间的差异等因素的修正系数。因素的修正系数。55. 0,395. 0mcuf为轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算关系。为轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算关系。第36页/共73页2022-6-5双轴应力下的强度双轴应力下的强度3）复合受力状态下混凝土的强度二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能双向受拉，双向受拉，1与与2的相互影响不大，双向受拉强度均接近于单向的相互影响不大，双向受拉强度均接近于单向受拉强度。受拉强度。一向受拉，另一向受压，混凝土强

34、度均低于单向拉伸或压缩的强度，一向受拉，另一向受压，混凝土强度均低于单向拉伸或压缩的强度，即即双向异号应力使强度降低双向异号应力使强度降低双向受压，一向强度随另一向应力的增加而增加双向受压，一向强度随另一向应力的增加而增加。第37页/共73页2022-6-5三向受压时的混凝土强度三向受压时的混凝土强度(concrete strength under tri-axial)3=fcc3=fcc1= 2= fLfL-侧向约束压应力（加液压）圆柱体试验Lcccfff4Strength with lateral constraintStrength without lateral constraint二

35、、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能 混凝土一向抗压混凝土一向抗压强度随另两向侧压力强度随另两向侧压力的增加而提高。的增加而提高。C50，1.0；C80，0.85第38页/共73页2022-6-5对于纵向受压的混凝土，约束混凝土的侧向变形，可使混对于纵向受压的混凝土，约束混凝土的侧向变形，可使混凝土的抗压强度有较大提高。钢管混凝土柱、螺旋钢箍柱凝土的抗压强度有较大提高。钢管混凝土柱、螺旋钢箍柱二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能第39页/共73页2022-6-5二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能2. 混凝土的变形性能 Deformation behavior

36、 of concrete混凝土的变形混凝土的变形非受力变形非受力变形受力变形受力变形一次短期加载下的变形一次短期加载下的变形荷载长期作用下的变形荷载长期作用下的变形 多次重复荷载作用下的变形多次重复荷载作用下的变形 硬化过程中的收缩变形硬化过程中的收缩变形 温湿度变化引起的变形温湿度变化引起的变形 第40页/共73页2022-6-5二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能受压时的应力受压时的应力-应变关系应变关系Stress-strain relationship of concrete in compression作用是：峰值应力后，作用是：峰值应力后，吸收试验机的变形能，吸收试验机

37、的变形能，测出下降段测出下降段1）一次短期加载下的变形）一次短期加载下的变形棱柱体试块骨料和水泥结晶体弹性变形内部微裂缝稳定扩展内部微裂缝非稳定扩展峰值应变(peak strain)0取0.002。裂缝迅速发展，内部整体性严重破坏第41页/共73页2022-6-5二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土强度提高加载速度减慢影响因素影响因素(Factors) Grade of concrete The speed of testing The condition of lateral constraint第42页/

38、共73页2022-6-5The Design code in China u 0ocfccncccf01122n)50(6012,nfnkcu时，取大于当5,010505 . 0002. 0kcuf5,10500033. 0kcuuf二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能受压时应力受压时应力-应变关系的数学模型应变关系的数学模型Mathematical model of stress-strain relationship in compression c c第43页/共73页2022-6-5受压时应力受压时应力-应变关系的数学模型应变关系的数学模型Mathematical mode

39、l of stress-strain relationship in compression u=0.0038 0=0.002o cfc c0.15fc2011cccf0015. 01ucccfAmerica, Hognestad model二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能第44页/共73页2022-6-5u=0.00350=0.002ocfcc2011cccfGermany, Rsch model二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能受压时应力受压时应力-应变关系的数学模型应变关系的数学模型Mathematical model of stress-strain re

40、lationship in compression第45页/共73页2022-6-5二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能受拉时混凝土的应力受拉时混凝土的应力-应变关系应变关系Stress-strain relationship of concrete in tension t to t0 tu ftTheoretical model第46页/共73页2022-6-5破坏Stress-strain relationship under repeated loadfcf321fcf的确定原则：100100 300或150150 450 的棱柱体试块承受200万次（或以上）循环荷载时发生

41、破坏的最大压应力值二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能2）重复荷载下混凝土的变形性能）重复荷载下混凝土的变形性能 The deformation performance of concrete under repeated load第47页/共73页2022-6-51二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能3)混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量Elastic Modulus of Concrete c c ccpe原点切线模量（弹性模量）：拉压相同原点切线模量（弹性模量）：拉压相同0tgEc变形模量变形模量modulus of deformation割线模量割线模量secan

42、t modulus1tgEc切线模量切线模量 tangent modulustgEc 是材料变形性能的主要指标，是材料变形性能的主要指标，在计算构件变形、截在计算构件变形、截面应力和预应力构件的预应力损失等时用。面应力和预应力构件的预应力损失等时用。0第48页/共73页2022-6-5二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能混凝土弹性模量试验方法混凝土弹性模量试验方法重复加载试验重复加载试验(repeated loading test)c/fcc0.5510次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec)/(7 .342 . 2102,5mmNfEkcuc（150150 300标准试件）取

43、应力上限为取应力上限为0.50.5fc 重复加载重复加载5 51010次次。试验结试验结果回归果回归 c c0FailureStress-strain curve under repeated loadsfcf321第49页/共73页2022-6-5二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能混凝土的泊松比混凝土的泊松比(Poissons ratio)和剪切模量和剪切模量(Shear modulus)ccccEEG4 . 0)1 (2Shear modulus of concretePoissons ratio of concrete（试件的试件的横向应变与纵向应变之比横向应变与纵向应变之

44、比） ，在压力较小时为在压力较小时为0.150.18，接近破坏时可达，接近破坏时可达0.5以上，规范取以上，规范取0.2ccG第50页/共73页2022-6-51、混凝土、混凝土徐变的定义与分类？徐变的定义与分类？2 2、混凝土徐变所产生的影响？、混凝土徐变所产生的影响？3 3、如何减小混凝土的徐变？、如何减小混凝土的徐变？二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能4）长期荷载作用下混凝土的变形性能）长期荷载作用下混凝土的变形性能-徐变徐变Creep第51页/共73页2022-6-5二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能4）长期荷载作用下混凝土的变形性能）长期荷载作用下混凝土的

45、变形性能-徐变徐变Creep0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月) cr e e e crP荷载保持不变，荷载保持不变，随时间而增长随时间而增长的变形的变形加荷瞬时变形Instantaneous elastic strain徐变变形 Creep原因之一，胶凝体的粘性流动原因之二，混凝土内部微裂缝的不断发展Creep deformation of concrete第52页/共73页2022-6-5徐变对结构设计的影响徐变对结构设计的影响(Effect of creep for structure design)： 使钢筋混凝土构件使钢筋混凝土构件变形加大变形

46、加大(increasing of deflection) ； 使预应力混凝土构件产生使预应力混凝土构件产生预应力损失预应力损失(lose of prestressing) ；在高应力作用下还会使在高应力作用下还会使构件破坏构件破坏(failure of member )； 使钢筋混凝土构件截面产生使钢筋混凝土构件截面产生应力重分布应力重分布(redistribution of internal force)；二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能有利的有利的第53页/共73页2022-6-5二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能徐变对混凝土结构的影响徐变对混凝土结构的影响(

47、Effect of creep for structure design)PAsPAs s1c1Pc2As s2P卸载，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂徐变： s， c第54页/共73页2022-6-5二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能影响徐变的因素影响徐变的因素 (Factors that affect the creep of concrete)应力应力 Stress： c0.5fc，徐变变形与应力成正比-线性徐变(linear creep) 0.5fc c0.8fc，造成混凝土破坏(concrete will be cruehed)加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大

48、水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大骨料越硬，徐变越小；构件尺寸越大，徐变越小0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)crelaeecr0.5fcc0.8fc，非线性徐变c0.5fc，线性徐变养护温度越高、湿度越大，水化越充分，徐变越小受荷后温度越高、湿度越低，徐变越大第55页/共73页2022-6-5二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能5）混凝土的收缩）混凝土的收缩(Shrinkage of concrete) -在空气中在空气中结硬时混凝土体积缩小的性质结硬时混凝土体积缩小的性质水泥品种：等级越高，收缩越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收

49、缩越大骨料：骨料越硬，收缩越小；骨料粒径越大，收缩越小养护条件、制作方法、使用环境等由凝缩由凝缩(Condensation)和干缩和干缩(shrinkage)组成组成（干燥失水干燥失水是引起收缩的重要因素）是引起收缩的重要因素）第56页/共73页2022-6-5二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能收缩对混凝土结构的影响收缩对混凝土结构的影响(Effect of shrinkage for structure)AscAs sAs 混凝土的收缩对处于完全自由状态的构件只会引起构件的缩短混凝土的收缩对处于完全自由状态的构件只会引起构件的缩短而不开裂。对于周边有约束而不能自由变形的构件，收

50、缩会引起构而不开裂。对于周边有约束而不能自由变形的构件，收缩会引起构件内混凝土产生拉应力，甚至会有裂缝产生。件内混凝土产生拉应力，甚至会有裂缝产生。Shrinkage： steel reinforcement in compression and concrete in tension.第57页/共73页2022-6-5 热胀冷缩热胀冷缩 当温度变形受到外界的约束而不能自由发生时，将在构件内产生当温度变形受到外界的约束而不能自由发生时，将在构件内产生温度应力。温度应力。 大体积混凝土中大体积混凝土中 ，内部混凝土对试图缩小体积的表面混凝土形，内部混凝土对试图缩小体积的表面混凝土形成约束，在表面

51、混凝土形成拉应力。成约束，在表面混凝土形成拉应力。 6）混凝土的温度变形混凝土的温度变形(Temperature deformation of concrete)二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能第58页/共73页2022-6-5三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结1. 粘结力的定义及组成粘结力的定义及组成当钢筋与混凝土之间产生相对变形（滑移），在钢筋和当钢筋与混凝土之间产生相对变形（滑移），在钢筋和混凝土的交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，混凝土的交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，此作用力称为粘结力。此作用力称为粘结力。粘结力粘结力bonding stres

52、s：The mechanical properties of this beam is the same to plain concrete beam.第59页/共73页2022-6-5三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结弯曲粘结应力弯曲粘结应力(Bending bond stress)粘结应力分类粘结应力分类(Types of bond stress)局部粘结应力局部粘结应力(Local bond stress)锚固粘结应力锚固粘结应力(Anchorage bond stress)粘结应力大小与M沿纵向钢筋分布规律有关，和力学中剪力分布规律相同，此粘结应力称弯曲粘结应力。 钢筋两端不

53、存在拉力差，就不存在粘结力即粘结应力存在，钢筋应力沿长度才发生变化。 第60页/共73页2022-6-5三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结弯曲粘结应力弯曲粘结应力(Bending bond stress)粘结应力分类粘结应力分类(Types of bond stress)局部粘结应力局部粘结应力(Local bond stress)钢筋在支座处的锚固粘结应力是构件承载力至关重要的因素。钢筋的端头应力为零，在经过不长的粘结距离(称锚固长度)后，钢筋的应力应能达到其设计强度。锚固粘结应力锚固粘结应力(Anchorage bond stress)第61页/共73页2022-6-5三、钢筋与

54、混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结弯曲粘结应力弯曲粘结应力(Bending bond stress)局部粘结应力局部粘结应力(Local bond stress)梁开裂后，混凝土开梁开裂后，混凝土开裂前承受的拉力通过裂前承受的拉力通过粘结应力粘结应力传递给钢传递给钢筋、从而使裂缝处钢筋、从而使裂缝处钢筋应力增大、这种粘筋应力增大、这种粘结应力称为局部粘结结应力称为局部粘结应力，其作用是使裂应力，其作用是使裂缝之间的混凝土参与缝之间的混凝土参与受拉。受拉。锚固粘结应力锚固粘结应力(Anchorage bond stress)粘结应力分类粘结应力分类(Types of bond stress)第6

55、2页/共73页2022-6-5三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结化学胶结力(Adhesion)钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（一般很小，一旦产生相对滑移即消失）。力（一般很小，一旦产生相对滑移即消失）。2、粘结力的组成：、粘结力的组成：摩擦力(Inter-surface friction)混凝土收缩后将钢筋紧握产生的摩混凝土收缩后将钢筋紧握产生的摩擦力，钢筋表面越粗糙，摩擦力越大。擦力，钢筋表面越粗糙，摩擦力越大。(钢筋表面微锈摩擦力增加钢筋表面微锈摩擦力增加)。机械咬合力(Mechanical bearing)钢筋表面凹凸不平与混凝土产生钢筋

56、表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用（是变形钢筋粘结力的主要组成部分）。的机械咬合作用（是变形钢筋粘结力的主要组成部分）。钢筋端部的锚固作用(Anchoring effect)钢筋端部的弯钩、弯折，钢筋端部的弯钩、弯折，在钢筋端部焊短钢筋、短角钢等措施。在钢筋端部焊短钢筋、短角钢等措施。第63页/共73页2022-6-5化学胶着力3 粘结破坏机理粘结破坏机理 （1）光圆钢筋的粘结破坏：三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结摩擦力破坏（2） 变形钢筋的粘结破坏化学胶着力摩擦力机械咬合力破坏第64页/共73页2022-6-5拔出试验拔出试验(Pull-out test) 钢筋与混凝土界面上

57、的平均粘结应力钢筋与混凝土界面上的平均粘结应力F为为F/(dl) 三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结4. 粘结强度粘结强度(Bond strength) ：粘结失效时的最大（平均）粘结应力。第65页/共73页2022-6-5三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结Testing of bond strength第66页/共73页2022-6-5三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结5. 影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素(Factors that affect the bond strength)（1）混凝土的强度等级(grades of concrete)：钢筋与混凝土

58、间的 粘结强度均随混凝土的强度提高而提高。（2）混凝上保护层c和钢筋之间净距离越大，外围混凝土的劈裂抗力越 大，因而粘结强度越高。（3）横向钢筋及侧向压力约束(Hoops and lateral constraint)限制 了内部裂缝的发展，可使粘结强度提高。（4）浇筑时钢筋的位置(placement of steel )：深度过大，钢筋底 面的混凝土会产生沉淀收缩和离析泌水，出现强度较低的疏 松空隙层，削弱混凝土的粘结强度。（5）钢筋表面形状(surface shape of steel )：变形钢筋的大于光圆 钢筋的。第67页/共73页2022-6-5三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土

59、的粘结6. 保证可靠粘结的措施保证可靠粘结的措施混凝土保护层不宜过小混凝土保护层不宜过小钢筋之间净距离不宜过小钢筋之间净距离不宜过小在钢筋端部做弯钩在钢筋端部做弯钩在钢筋的搭接和锚固区附设横向箍筋在钢筋的搭接和锚固区附设横向箍筋在搭接和支座处保证一定的锚固长度在搭接和支座处保证一定的锚固长度第68页/共73页2022-6-5yfdF24钢筋最大拉力三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结dflyab4abdl锚固力为受拉钢筋的基本锚固长度 为了保证钢筋与混凝土之间有可靠的粘结，构件中的钢筋必须有为了保证钢筋与混凝土之间有可靠的粘结，构件中的钢筋必须有一定的锚固长度。一定的锚固长度。平均粘结

60、强度平均粘结强度与混凝土的抗拉强度近似成正比，因此与混凝土的抗拉强度近似成正比，因此规范规范公式为公式为dffltyabFlab锚固钢筋的外形系数锚固钢筋的外形系数确定原则：钢筋屈服的同时，锚固失效。7.钢筋的锚固与接头钢筋的锚固与接头第69页/共73页2022-6-5机械锚固的形式机械锚固的形式 依靠钢筋自身的性能无法满足锚固要求，采用机械锚固措施。三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结第70页/共73页2022-6-5三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结alll钢筋的搭接 纵向受拉钢筋纵向受拉钢筋的搭接长度的搭接长度搭接长度修正系数，与同一连接区域钢筋搭接接头面积百分率有关且

61、且mm300ll受压钢筋受压钢筋的搭接长度取受拉钢筋搭接长度的的搭接长度取受拉钢筋搭接长度的70，且不小于，且不小于200mm。在搭接长度范围内应配置箍筋在搭接长度范围内应配置箍筋接长钢筋的办法：接长钢筋的办法：绑扎搭接；焊接；机械连接。绑扎搭接；焊接；机械连接。 绑扎搭接是指将两根钢筋的端头在一定长度内并放，并采用适当的连绑扎搭接是指将两根钢筋的端头在一定长度内并放，并采用适当的连接将一根钢筋的力通过钢筋与混凝土之间的接将一根钢筋的力通过钢筋与混凝土之间的粘结力粘结力传给另一根钢筋。传给另一根钢筋。第71页/共73页2022-6-5钢筋搭接接头的错开要求钢筋搭接接头的错开要求三、钢筋与混凝土的粘结三、钢筋与混凝土的粘结第72页/共73页2022-6-5感谢您的观看。第73页/共73页