1、第二章 混凝土结构用材料性能,钢筋按外形,光面钢筋d= 650mm,变形钢筋d=10mm,热轧螺纹钢筋,冷轧带肋钢筋,钢筋按化学成分,碳素钢,普通低合金钢,锰系,硅矾系,低碳钢C0.8fc时，徐变是非收敛性的，最终将导致混凝土的破坏。,3、混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形）, 疲劳强度混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用100mm100mm300mm 或着150mm150mm450mm的棱柱体，把棱柱体试件承受200万次或其以上循环荷载而发生破坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度。 影响因素施加荷载时的应力大小是影响应力-应变曲线不同的发展和变化的关键因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用时
2、应力变化的幅度有关。在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力比值的增大而增大。,混凝土在荷载重复作用下的应力-应变关系,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3.1粘结的意义粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础,钢筋与混凝土之间粘结应力示意图（a）锚固粘结应力 （b）裂缝间的局部粘结应力,钢筋与混凝土之间的粘结作用，就其受力性质而言，一般可分为两类：,锚固粘结,裂缝间的局部粘结,钢筋伸入支座时，需要足够的长度才能将力传递给周围混凝土。锚固不足会导致构件提前破坏。,开裂截面处钢筋的拉力，通过裂缝两侧粘结应力部分向混凝土传递，使未开裂混凝土受拉。,局部粘结应力的丧失和退化，将会导致构件刚度降
3、低，裂缝宽度加大。,锚固粘结情况下，钢筋的应力从零逐步累积到最大应力。混凝土受到的压应力。,裂缝间钢筋应力部分转移到混凝土上，因此，缝间混凝土受拉力,2.3.2粘结力的形成,钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力）。一般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，该力即消失。,光圆钢筋粘结作用主要由三部分组成：,混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。,钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力(咬合力)。对于光圆钢筋，这种咬合力来自于表面的粗糙不平。,滑动前起主要粘结作用,取决于钢筋表面清洁度,变形钢筋与混凝土之间的机械咬合作用主要是由于变形钢筋肋间嵌入混凝土而产
4、生的。,胶着力破坏后，钢筋开始滑移，此时粘结强度主要由钢筋表面肋对混凝土的斜向挤压力F和钢筋与混凝土界面的摩擦力组成。,沿钢筋轴线的分力FL使肋间混凝土受弯受剪,沿钢筋径向分力FR使肋间混凝土产生环向拉力,劈裂粘结破坏,内部斜裂缝,径向裂缝,沿钢筋纵向劈裂裂缝,钢筋保护层崩裂，丧失粘结能力,如钢筋保护层较厚，或虽然不厚，但四周配有箍筋，使混凝土的横向变形受到约束时，粘结破坏出现另外形式。,达到极限荷载是由于肋间混凝土的剪切强度被耗尽，钢筋将沿肋外径圆柱面拔出，此时滑移量很大，约12mm。,由于圆柱滑移面上混凝土颗粒间尚存在很大摩擦阻力和骨料咬合力，粘结应力并不降低，粘结滑移曲线出现较长的水平段
5、，表现出较好的粘结延性。,刮犁式破坏,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3.3粘结强度测试,拔出试验,梁式试验,拔出试验比梁式试验结果大，1.11.6倍,目的：合理确定钢筋保护层厚度（避免纵向劈裂）及埋置长度。,滑移向内部扩散,加荷端滑移,荷载较小时，引起的钢筋滑移量较小，但在加荷端钢筋与混凝土之间的粘结作用却很大，非加荷端粘结应力基本为零。,当荷载进一步增加时，滑移和最大粘结应力会进一步向试件深处发展。,粘结力最大时的粘结应力分布。,非加荷端产生滑移时，达最大粘结强度。,锚固性能,锚固刚度,锚固延性,控制相对滑移的能力,锚固应力最大值,大滑移时维持锚固的能力,S(mm),(MPa),锚固强度,
6、粘结破坏的形态,当产生粘结破坏时，一般会引起混凝土沿着钢筋劈裂。,原因：,主要是由于变形钢筋的凸肋与混凝土产生机械咬合后，引起在混凝土中产生环向拉力所致。,若劈裂裂缝延伸至钢筋末端，将发生完全粘结破坏。钢筋与混凝土之间产生相对滑移，梁即完全失去承载力。,平均粘结强度,式中:N钢筋的拉力；钢筋的直径；l粘结的长度。,假定在整个钢筋埋置长度范围内粘结应力均匀分布，可按下式计算平均粘结强度。,影响粘结的因素影响钢筋与混凝土粘结强度的因素很多，主要有混凝土强度、保护层厚度及钢筋净间距、横向配筋及侧向压应力，以及浇筑混凝土时钢筋的位置等。.光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度都随混凝土强度等级的提高而提高，但不
7、与立方体强度成正比。.变形钢筋能够提高粘结强度，但外形变化对粘结强度的影响不敏感。.钢筋间的净距及混凝土保护层厚度对粘结强度也有重要影响。,.横向钢筋可以限制混凝土内部裂缝的发展，提高粘结强度。.在直接支撑的支座处，横向压应力约束了混凝土的横向变形，可以提高粘结强度。.浇筑混凝土时钢筋所处的位置和浇注质量也会影响粘结强度。,水平位置浇注的钢筋，其上部混凝土比较密实，而直接位于下方的混凝土，由于水分散失，气泡逸出及混凝土下沉，并不与钢筋紧密接触。形成一强度较低的非密实层，粘结强度显著降低。,(MPa),S(mm),浇注位置和质量对粘结应力的影响,水平浇注试件比竖向浇注试件粘结强度低。,不同强度混
8、凝土的粘结应力和相对滑移的关系,S(mm),17.9Mpa,34.1Mpa,80.5Mpa,(MPa),横向钢筋和侧向压力的存在，都会提高粘结强度。,横向钢筋的存在延缓了内裂缝的发展，并可限制到达构件表面的劈裂裂缝的宽度，因而可提高粘结强度，横向压力则可约束混凝土的横向变形，使钢筋与混凝土间抵抗滑动的摩阻力增大，因而可提高粘结强度。,保证粘结的构造措施对不同等级的混凝土和钢筋，要保证最小搭接长度和锚固长度；为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结，必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求；在钢筋的搭接接头内应加密箍筋；为了保证足够的粘结在钢筋端部应设置弯钩；对大深度混凝土构件应分层浇筑或二
9、次浇捣；,基本锚固长度钢筋的基本锚固长度取决于钢筋的强度及混凝土抗拉强度，并与钢筋的外形有关。规范规定纵向受拉钢筋的锚固长度作为钢筋的基本锚固长度，其计算公式为：,钢筋外形系数,锚固长度的修正,在实际工程中，由于锚固条件和锚固强度的变化，锚固长度也应作相应的调整。,1、粗直钢筋的修正,当钢筋直径增大时，其横肋的相对高度逐渐减小。虽然可通过加密肋间距来弥补咬合力不足，但锚固长度仍随钢筋的直径加粗而减小。混凝土结构设计规范规定，直径大于25mm的带肋钢筋锚固长度适当增加，乘以修正系数1.1。,2、保护层厚度的修正,带肋钢筋与混凝土之间的咬合力与保护层厚度有关。保护层厚度较大时，可以适当减小锚固长度
10、。,为简化计算，规定当锚固钢筋的保护层厚度大于钢筋直径的3倍时，锚固长度可乘以系数0.8加以修正。,5、锚固长度的最低限度,经修正后的实际锚固长度不应小于基本锚固长度的0.7倍，且不应小于250mm。,3、施工扰动的修正,由于施工中混凝土易受扰动，混凝土凝固前受到扰动而影响与钢筋的粘结锚固作用，锚固长度应乘修正系数1.1。,4、涂层钢筋的锚固长度,为解决恶劣环境中钢筋的耐久性问题而使用环氧树脂涂层钢筋。试验研究表明，涂层使钢筋的锚固强度降低20%左右。,因此，锚固长度应乘以修正系数1.25。,钢筋的机械锚固,当钢筋的锚固长度有限，靠自身的锚固性能有无法满足受力钢筋承载力要求时，可以采用机械锚固
11、措施。,机械锚固的3种形式：,HRB235(I)级光面钢筋末端加弯钩；,贴焊锚固长度为5d且应双面焊牢；,焊接锚板应穿孔塞焊以保证受力性能。,注意：,机械锚固虽然能满足锚固承载力要求，但难以保证锚筋锚固刚度，即机械锚固充分受力时，往往引起很大滑移和裂缝。,规范规定，采用机械锚固时，锚固长度取修正后锚固长度的0.7倍。,受压钢筋的锚固,受压钢筋的锚固由试验及分析确定，可取为受拉锚固长度的0.7倍。,受压钢筋在压应力作用下容易压曲，因此需要更强的侧向约束。锚固长度范围内应保证横向约束。,HRB235（I级）钢筋受压时不做弯钩，HRB335、HRB400和RRB400钢筋受压时不应采用机械锚固措施。
12、,原因：弯钩及焊接锚固往往造成偏心受力，在压力作用下容易压曲而影响构件受力。,锚固形式及锚固长度将在具体受力构件中详细讲述。,机械锚固的锚固挤压力较多的集中在锚头附近，锚固区混凝土容易破碎，应加以约束。,机械锚固的锚固长度范围内必须配有箍筋，其直径不小于钢筋直径的1/4，间距不大于锚固钢筋直径的5倍，且数量不少于3个。保护层厚度不小于锚固钢筋直径的5倍时，侧向约束较大，可以不考虑上述配箍要求。,钢筋的连接,一、钢筋连接的基本概念,受力钢筋除了少量以盘圆形式供货外，大多以一定长度(912m)的直条方式供货。这必然存在钢筋接长再利用的问题。,为保证结构受力整体效果，这些钢筋必须连接起来，实现内力过
13、渡。,钢筋连接的基本问题是保证连接区域的承载力、刚度、延性、恢复性能以及疲劳性能。,采用搭接的受拉钢筋，在接头处钢筋的受力方向相反，位于两根搭接钢筋之间的混凝土受到钢筋肋的斜向挤压力作用，会使外围混凝土保护层受横向拉力，沿纵向还会使钢筋之间产生剪切滑移。,钢筋搭接排列较密时,侧面劈裂,V形劈裂,面层劈裂,规范规定位于同一连接范围内受拉搭接钢筋面积百分率一般不宜超过25%。受压搭接钢筋面积百分率一般不宜超过50%。,钢筋搭接的原则是：接头应设置在受力较小处，同一根钢筋上应尽量少设接头，接头位置应错开，机械连接接头能产生较牢固的连接力，应优先采用机械连接。,受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度计算公式：,式中，为受拉钢筋搭接长度修正系数，它与同一连接区内搭接钢筋的截面面积有关，详见规范。,搭接长度不得小于300mm,
