1、第三章 结构材料的力学性能及选用,本章主要论述了混凝土的力学性能（混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度；混凝土的变形和混凝土的选用）和钢筋的力学性能。讨论了钢筋与混凝土之间的相互作用粘结力。它们是学习混凝土结构设计原理和构造要求的基础。 学习要点： 结构材料的力学性能，主要是指材料的强度和变形的本构关系； 明确其关系，是掌握结构构件的受力性能的基础。,第一节 建筑钢材,含碳量低于2%的铁碳合金，为建筑钢材；在建筑结构中，大量的使用普通碳素钢和普通低合金钢材。 一、钢材的力学性能 1，应力应变曲线； 1）有明显屈服点的低碳钢 有屈服点的钢筋试件在试验机上进行拉伸试验得出的典型应力应
2、变曲线如图3.1所示。其中颈缩现象如图3.2。对于有明显屈服点的钢筋取其屈服强度作为钢筋强度的限值强度指标。,图3.1 钢筋的应力应变曲线,图3.2 钢筋的颈缩,2）无明显屈服点的钢材无明显屈服点的钢筋试件在试验机上进行拉伸试验得出的典型应力应变曲线如图3.3所示。 实际设计中通常取相应于残余应变=0.2%时的应力0.2作为名义屈服点，即条件屈服强度。对于无明显屈服点的钢筋，由于其条件屈服点不容易测定，因此，这类钢筋的质量检验以其极限强度作为主要指标。混凝土结构设计规范规定，条件屈服强度0.2取极限强度b的0.8倍，即：0.2=0.8b,图3.3 无明显屈服点钢筋,2，钢材的机械性能 （1）
3、屈服点与抗拉强度建筑钢材的强度和塑性一般由常温静载下单向拉伸试验曲线表明，该试验是将钢材的标准试件在拉伸试验机上，按规定的加荷速度逐渐施加拉力荷载，使试件逐渐伸长，直至拉断破坏。根据加荷过程中所测得的数据画出应力应变曲线（即曲线）。,低碳钢单向拉伸应力应变图,当应力超过fp后，应变比应力增加得快，到达b点后，应变急剧增加，而应力基本不变，此阶段称为屈服阶段，应力应变曲线呈水平段，钢筋产生相当大的塑性变形，c点对应的应力fy称为屈服强度。 没有明显屈服点和塑性平台的钢材，则以卸荷后残余变形为0.2%时所对应的应力为屈服点，称为名义屈服点f0.2。 屈服阶段后，钢材内部组织经重新调整进入强化阶段，
4、直至曲线最高点即抗拉强度fu，出现颈缩，此时变形剧增，应力下降，最后试件断裂。,抗拉强度是钢材破坏前所能承受的最大应力，但是巨大的塑性变形，使之无实用意义，只作为强度贮备。fy/fu叫做屈强比，其值愈大，说明钢材被充分利用；愈小则安全储备愈大。 为什么钢材的设计强度只取屈服强度？,3，塑性伸长率伸长率是钢筋试件拉断后的伸长值与原长的比率。钢材的塑性是指应力超过屈服点后，能产生显著的塑性变形，而不立即断裂的性质，可用试件静力拉伸时的伸长率来衡量。伸长率为下图所示试件拉断后，原标距的伸长值与原标距比值的百分数，即,静力拉伸标准试件,4，弹性模量 钢材在弹性阶段的应力和应变的比值为一个常量，该比值为
5、钢材的弹性模量，记为：Es=s/s 钢材的弹性模量可以通过拉伸试验测定，同一品种钢材的受拉和受压弹性模量相同。 钢材的弹性模量取为：206X10 6N/mm2 钢筋的弹性模量见书本附表7。,，钢材的五项机械性能指标：屈服强度、极限抗拉强度、伸长率、180度冷弯和冲击韧性。 钢结构在使用过程中要承受各种形式的作用，所以要求钢材必须具有能够抵抗各种作用的能力，这种能力统称为钢材的力学性能或称作钢材的机械性能。钢材的机械性能主要指屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能及冲击韧性等。1）.屈服强度（屈服点）：是衡量结构的承载能力和确定强度设计值的重要指标。钢材的应力到达屈服强度后，应变急剧增长，使结构的
6、变形也迅速增加以至不能正常使用。所以钢材的强度设计值一般都取用屈服强度。,2）.抗拉强度：是钢材应力应变图中的最大应力值，是破坏前能够承受的最大应力，是衡量钢材抵抗拉断的性能指标。屈强比是钢材强度储备的系数。屈强比越低，安全储备越大，屈强比越高，安全储备越小。3）.伸长率：是试件被拉断时的最大应变值，是衡量钢材塑性性能的指标。塑性是指在外力作用下产生永久变形时抵抗断裂的能力。屈服强度、抗拉强度和伸长率可通过钢材的拉伸试验测定。也是钢材的最基本的指标。,4）.冷弯性能：冷弯性能是指钢材在冷加工时（即常温下加工），对产生裂缝的抵抗能力。冷弯试验方法是在材料试验机上，通过冷弯冲头加压，将厚度为a、宽
7、度为b的板材按规定的弯心直径d弯曲180，以弯曲处无裂纹、不起层为合格。同时又可检查钢材的内部缺陷（颗粒组织、结晶情况、非金属夹杂物分布等），鉴定钢材的可焊性，因此冷弯性能是衡量钢材质量的综合性指标（图16.3）。,图16.3 冷弯试验示意图,5）.冲击韧性： 钢材的韧性是表示钢材在动力荷载作用下，抵抗脆性破坏的能力。是衡量钢材抵抗动力荷载能力的指标。也是钢材在动力荷载作用下，抵抗脆性破坏的能力。冲击韧性指标由冲击试验获得，叫做冲击值。在冲击试验时，采用截面为10mm10mm，长度为55mm，中间开有小槽的长方形试件（图16.5），放在摆锤式冲击试验机上冲断（图16.4），可从试验机刻度盘上读
8、出冲击功Ak(单位J)。,图16.4 冲击韧性试验及试件缺口形式,（a） 试验示意图；(b) 梅氏U形缺口；(c) 夏比氏V形缺口,图16.5 冲击试件取样方法,二、化学元素对钢材质量的影响,钢材的质量及性能是根据需要而确定的，不同的需要，要有不同的元素含量 （ 1 ）碳；含量碳越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差 （ 2 ）硫；是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性。氧和氮是有害元素。氧能使钢热脆，其作用比硫剧烈。氮能使钢冷脆。 （ 3 ）磷；能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性在优质钢中，硫和磷要严格控制
9、但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的,（ 4 ）锰；能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能 （ 5 ）硅；它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软磁性能 （ 6 ）钨；能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性 （ 7 ）铬；能提高钢的淬透性和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用 （ 8 ）钒；能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性当它在高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；反之，当它在碳化物形态存在时，就会降低
10、它的淬透性,（ 9 ）钼；可明显的提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和娇顽力 （ 10 ）钛；能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象 （ 11 ）镍；能提高钢的强度和韧性，提高淬透性含量高时，可显著改变钢和合金的一些物理性能，提高钢的抗腐蚀能力 （ 12 ）硼；当钢中含有微量的（ 0.001 0.005 ）硼时，钢的淬透性可以成倍的提高 （ 13 ）铝；能细化钢的晶粒组织，阻抑低碳钢的时效提高钢在低温下的韧性，还能提高钢的抗氧化性，提高钢的耐磨性和疲劳强度等 （ 14 ）铜；它的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合
11、使用时更为明显,三、冶炼、浇注及轧制,1，普通碳素钢是由平炉或氧气顶吹转炉冶炼成的。两者在化学成分、机械性能和工艺性能上基本一致，而转炉钢成本较低，宜优先采用。2，浇注过程中因脱氧程度不同，分为镇静钢、半镇静钢和沸腾钢。镇静钢在浇注时加入强脱氧剂，故氧气杂质少且晶粒较细，偏析等缺陷不严重，所以钢材性能比沸腾钢好。在浇注时形成的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔及裂纹等。偏析是金属结晶后化学成分分布不均匀；非金属夹杂是钢中含有硫化物与氧化物等杂质；气泡是浇注时由氧化铁与碳作用生成的CO气体不能充分逸出而形成的。这些缺陷都将影响钢材的力学性能。3，钢的轧制是在12001300高温下进行的。钢材经过轧
12、制能使金属的晶粒变细，也能使气泡、裂纹等焊合，消除显微组织缺陷，因而改善了钢材的力学性能。,四、钢材硬化,硬化有时效硬化和冷作硬化两种。 时效硬化是指钢材随时间的增长，钢材强度(屈服点和抗拉强度)提高，塑性降低、特别是冲击韧性大大降低的现象。时效硬化的过程一般很长。 冷作硬化是指当钢材冷加工(剪、冲、拉弯等)超过其弹性极限卸载后，出现残余塑性变形，再次加载时弹性极限(或屈服点)提高的现象。冷作硬化降低了钢材的塑性和冲击韧性，增加了出现脆性破坏的可能性。,钢材的冷加工 钢筋在常温下的加工称为冷加工，常用冷拉、冷拔等方法。其目的就是使钢筋的内部组织结构发生变化，从而提高钢筋的强度，达到节约钢筋的目
13、的。 1，钢筋的冷拉 冷拉是把钢筋张拉到应力超过屈服点的某一应力值，然后放松钢筋，经时效硬化后再张拉钢筋时，则应力应变曲线将发生变化。 1）冷拉的应力应变图形，如图3.4所示。 2）钢筋经冷拉时效后，强度提高，但塑性性能明显降低。 3）钢材再施行焊接和高温会使钢材软化。 4）冷拉只能提高钢材的抗拉强度，而不能提高钢材的抗压强度。,图3.4 钢筋冷拉的应力应变曲线,2，钢筋的冷拔 1）冷拔是在常温下将钢筋（热轧HPB235）用强力拔过比它直径小的硬质合金拔丝模，如图3.5，拔成比原来直径小的钢丝。 2）冷拔后的钢筋可提高其强度40-90%，但塑性也明显降低，且没有明显的屈服点。 3）冷拔可以提高
14、钢材的抗拉和抗压强度。,图3.5 钢筋冷拔示意图,五、建筑钢材的品种 我国目前常用的钢材有碳素结构钢和普通低合金钢制造，碳素结构钢，由含碳量的提高，强度增加，而塑性降低；普通低合金钢是在钢材内加入有利的化学元素，来提高钢材的强度和塑性的。 1，钢筋我国混凝土结构设计规范中推荐的钢筋由碳素结构钢和普通低合金钢制成。我国常用的钢筋品种有以下几类（见图3.6）：1.热轧钢筋 2.冷加工钢筋 3.热处理钢筋 4.钢丝 5.钢绞线,图3.6 常用钢筋形式,2，钢结构中的型钢材 1钢板 钢板的表示方法为“宽度厚度长度”或“宽度厚度”单位为mm如：40062000，4006。 2型钢（图91b、c、d、e）
15、等边（等肢）角钢型号表示方法为 肢宽厚度。不等边（不等肢）角钢型号表示方法为 长肢宽短肢宽厚度。工字钢型号表示方法为高度，高度以厘米数表示，如高为100mm的型号表示为10，型号20号以上时，腹板厚度分a、b、c三种，如32a、32b、32c。其型号见国家标准热轧工字钢尺寸、外形、质量及允许偏差GB/T706-88的规定。槽钢型号表示方法为匚高度，高度以厘米数表示，其型号见国家标准热轧槽钢尺寸、外形、质量及允许偏差GB/T707-88的规定。,热轧型钢,3H型钢和T型钢H型钢翼缘宽，翼缘上下表面平行，材料分布侧重在翼缘部分，具有较好的力学性能。H型钢分宽翼缘（HW）、中翼缘（HM）、窄翼缘（H
16、N）和H型钢柱（HP）四类。各种T型钢符号分别为T W、T M、T N三种。H型钢和剖分T型钢的型号表示均为：高度宽度腹板厚度翼缘厚度，其型号见国家标准热轧H型钢和剖分T型钢GB/T11263-1998的规定。4钢管钢管有轧制无缝钢管及冷弯成型的高频焊接钢管，对圆形钢管型号表示为外径厚度。5冷弯薄壁型钢薄壁型钢一般用26mm厚的薄钢板经冷弯或模压而成，其构件及连接应符合现行国家标准冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2003的规定。,图16.10 冷弯薄壁型钢,钢材的选用 1，钢筋 1）混凝土对钢筋性能的要求钢筋和混凝土能牢固的粘结，钢筋和混凝土的热膨胀系数基本一致，混凝土的碱环境有利于钢
17、筋的防锈。 选择钢筋的要求： A，强度要求屈服强度和极限强度 B，塑性要求伸长率大于2.5% C，可焊性要求 D，与混凝土的粘结力要求 2）钢筋的选用原则,，型钢的选用承重结构的钢材，应根据结构的重要性，荷载的性质（静力或动力）、结构形式、应力状态、连接方法（焊接或螺栓连接）、钢材厚度工作温度等因素综合考虑，选择合适钢号和材性。,第二节 混凝土,混凝土是由水泥、水和骨料等几种材料，经混合搅拌、入模浇捣、养护硬化后形成的人工石材。 混凝土组成成分的比例，尤其是水灰比对强度和变形有着重要的影响。,一、混凝土的强度 强度是混凝土硬化后的主要力学性能，并且与其他性质关系密切。按照我国现行国家标准普通混
18、凝土力学性能试验方法(GBJ811985)规定，混凝土强度有立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度和与钢筋的粘结强度等。其中以抗压强度最大，抗拉强度最小(约为抗压强度的110120)，因此结构工程中混凝土主要用于承受压力。,1，混凝土的抗压强度 1)立方体抗压强度和立方体抗压强度标准值 混凝土的抗压强度，是指其标准试件在压力作用下直到破坏时单位面积所能承受的最大压力。混凝土结构构件常以抗压强度为主要设计依据。 根据国家标准普通混凝土力学性能试验方法 (GBJ811985)制作150mm150mm150mm的标准立方体试件，在标准条件(温度20C3，相对湿度90以上)下，养
19、护到28d龄期，所测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度(简称立方体抗压强度)，以fcu表示采用标准试验方法测定其强度是为了使混凝土的质量有对比性，它是结构设计、混凝土配合比设计和质量评定的重要数据。,在实际的混凝土工程中，其养护条件(温度、湿度)不可能与标准养护条件一样，为了能说明工程中混凝土实际达到的强度，往往把混凝土试件放在与工程实际相同的条件下养护，再按所需的龄期测得立方体试件抗压强度值，作为工地混凝土质量控制的依据。 测定混凝土立方体试件抗压强度，也可以按粗骨料最大粒径的尺寸而选用不同的试件尺寸。但是在计算其抗压强度时，应乘以换算系数，以得到相当于标准试件的试验结果。 目前，美、
20、日等国家采用5cm30cm的圆柱体作为标准试件，所得抗压强度值约等于150mm150mm150mm立方体试件抗压强度的08倍。,注明：强度等级的界定 为了正确进行结构设计和控制工程质量，根据混凝土立方体抗压强度标准值(以fcu，k表示)，将混凝土划分不同的强度等级。混凝土立方体抗压强度标准值，系指按标准方法制作和养护的立方体试件，在28d龄期，用标准试验方法测得的抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5(即具有强度保证率为95的立方体抗压强度)。混凝土强度等级采用符号C与立方体抗压强度标准值(以Nmm2即MPa计)表示，共划分成C75、C10、C15、C20、C25、C30、C
21、35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75及C80共16个强度等级。例如，C40表示混凝土立方体抗压强度标准值fcu,k=40MPa。,）混凝土的轴心抗压强度(fcp) 确定混凝土强度等级采用立方体试件，但实际工程中钢筋混凝土构件形式极少是立方体的，大部分是棱柱体形或圆柱体形。为了使测得的混凝土强度接近于混凝土构件的实际情况，在钢筋混凝土结构计算中，计算轴心受压构件(例如柱子、桁架的腹杆等)时，都采用混凝土的轴心抗压强度fcp作为设计依据。 根据国家标准(GBJ81)的规定，轴心抗压强度采用150mm150mm300mm的棱柱体作为标准试件，如有必要，也可采用非标准尺
22、寸的棱柱体试件，但其高宽比h/a)应在23的范围。轴心抗压强度值fcp比同截面的立方体抗压强度值fcu小，棱柱体试件高宽比(h/a)越大，轴心抗压强度越小，但当ha达到一定值后，强度不再降低。在立方体抗压强度fcu为1055MPa范围内时，轴心抗压强度fcp(0.7-0.8)fcu。,为什么轴心抗压强度低于立方体抗压强度？ 主要是压力机的压板对混凝土的约束作用，使混凝土的强度提高。,图 压力机压板 图 试件破坏后 图 不受压板约束时 对试件的约束作用 残存的棱锥体 试件的破坏情况,2，混凝土的抗拉强度(fts) 混凝土的抗拉强度只有抗压强度的110120，并且这个比值随着混凝土强度等级的提高而
23、降低。 由于混凝土受拉时呈脆性断裂，破坏时无明显残余应变，故在钢筋混凝土结构设计中，不考虑混凝土承受拉力，而是在混凝土中配以钢筋，由钢筋来承受结构中的拉力。但混凝土抗拉强度对于混凝土抗裂性具有重要作用，它是结构设计中确定混凝土抗裂度的主要指标，有时也用它来间接衡量混凝土与钢筋间的粘结强度，并预测由于干湿变化和温度变化而产生裂缝的情况。,、影响混凝土强度的主要因素 硬化后的混凝土在未受到外力作用之前，由于水泥水化造成的化学收缩和物理收缩引起砂浆体积的变化，在粗骨料与砂浆界面上产生了分布极不均匀的拉应力，从而导致界面上形成了许多微细的裂缝。另外，还因为混凝土成型后的泌水作用，某些上升的水分为粗骨料
24、颗粒所阻止，因而聚集于粗骨料的下缘，混凝土硬化后就成为界面裂缝。当混凝土受力时，这些预存的界面裂缝会逐渐扩大、延长并汇合连通起来，形成可见的裂缝，致使混凝土结构丧失连续性而遭到完全破坏。强度试验也证实，正常配比的混凝土破坏主要是骨料与水泥石的粘结界面发生破坏。所以，混凝土的强度主要取决于水泥石强度及其与骨料的粘结强度。而粘结强度又与水泥强度等级、水灰比及骨料的性质有密切关系，此外混凝土的强度还受施工质量、养护条件及龄期的影响。,1）水灰比 水泥强度等级和水灰比是决定混凝土强度最主要的因素。也是决定性因素。 水泥是混凝土中的活性组成，在水灰比不变时，水泥强度等级愈高，则硬化水泥石的强度愈大，对骨
25、料的胶结力就愈强，配制成的混凝土强度也就愈高。 如常用的塑性混凝土，其水灰比均在0408之间。当混凝土硬化后，多余的水分就残留在混凝土中或蒸发后形成气孔或通道，大大减小了混凝土抵抗荷载的有效断面，而且可能在孔隙周围引起应力集中。因此，在水泥强度等级相同的情况下，水灰比愈小，水泥石的强度愈高，与骨料粘结力愈大，混凝土强度也愈高。但是，如果水灰比过小，拌合物过于干稠，在一定的施工振捣条件下，混凝土不能被振捣密实，出现较多的蜂窝、孔洞，将导致混凝土强度严重下降。参见图。,图混凝土强度与水灰比的关系 a)强度与水灰比的关系 b)强度与灰水比的关系,2）骨料的影响 当骨料级配良好、砂率适当时，由于组成了
26、坚强密实的骨架，有利于混凝土强度的提高。如果混凝土骨料中有害杂质较多，品质低，级配不好时，会降低混凝土的强度。 由于碎石表面粗糙有棱角，提高了骨料与水泥砂浆之间的机械啮合力和粘结力，所以在原材料、坍落度相同的条件下，用碎石拌制的混凝土比用卵石拌制的混凝土的强度要高。 骨料的强度影响混凝土的强度。一般骨料强度越高，所配制的混凝土强度越高，这在低水灰比和配制高强度混凝土时，特别明显。骨料粒形以三维长度相等或相近的球形或立方体形为好，若含有较多扁平或细长的颗粒，会增加混凝土的孔隙率，扩大混凝土中骨料的表面积，增加混凝土的薄弱环节，导致混凝土强度下降。,3）养护温度及湿度的影响 混凝土强度是一个渐进发
27、展的过程，其发展的程度和速度取决于水泥的水化状况，而温度和湿度是影响水泥水化速度和程度的重要因素。因此，混凝土成型后，必须在一定时间内保持适当的温度和足够的湿度，以使水泥充分水化，这就是混凝土的养护。养护温度高，水泥水化速度加快，混凝土的强度发展也快；反之，在低温下混凝土强度发展迟缓。当温度降至冰点以下时，则由于混凝土中的水分大部分结冰，不但水泥停止水化，强度停止发展，而且由于混凝土孔隙中的水结冰，产生体积膨胀(约9)，而对孔壁产生相当大的压应力(可达100MPa)，从而使硬化中的混凝土结构遭到破坏，导致混凝土已获得的强度受到损失。还应注意的是，混凝土早期强度低，更容易冻坏。 总之，因为水是水
28、泥水化反应的必要条件，只有周围环境湿度适当，水泥水化反应才能顺利进行，使混凝土强度得到充分发展。如果湿度不够，水泥水化反应不能正常进行，甚至停止水化，会严重降低混凝土强度。,二、荷载作用下混凝土的变形,，混凝土在短期作用下的变形,）混凝土是一种由水泥石、砂、石、游离水、气泡等组成的不匀质的多组分三相复合材料，为弹塑性体。受力时既产生弹性变形，又产生塑性变形，其应力应变关系呈曲线，如上图。卸荷后能恢复的应变弹是由混凝土的弹性应变引起的，称为弹性应变；剩余的不能恢复的应变塑，则是由混凝土的塑性应变引起的，称为塑性应变。）混凝土的变形模量与弹性模量：在应力应变曲线上任一点的应力与其应变的比值，称为混
29、凝土在该应力下的变形模量。通过混凝土应力-应变曲线原点的切线，该切线的正切称为该混凝土的弹性模量。影响混凝土弹性模量的主要因素有混凝土的强度、骨料的含量及其弹性模量以及养护条件等。,，砼在长期荷载作用下的变形徐变（Creep）,混凝土在持续荷载作用下，除产生瞬间的弹性变形和塑性变形外，还会产生随时间增长的变形，称为徐变。如图下图。,1）徐变特点： 在加荷瞬间产生瞬时变形，随着时间的延长，又产生徐变变形。荷载初期，徐变变形增长较快，以后逐渐变慢并温度下来。卸荷后，一部分变形瞬时恢复，其值小于在加荷瞬间产生的瞬时变形。在卸荷后的一段时间内变形还会继续恢复，称为徐变恢复。最后残存的不能恢复的变形，称
30、为残余变形。 2）徐变对结构物的影响 有利影响：可消除钢筋混凝土内的应力集中，使应力重新分配，从而使混凝土构件中局部应力得到缓和。 对大体积混凝土则能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。 不利影响：使钢筋的预加应力受到损失（预应力减小），使构件强度减小。,3）影响徐变因素 混凝土的徐变是由于在长期荷载作用下，水泥石中的凝胶体产生粘性流动，向毛细孔内迁移所致。影响混凝土徐变的因素有水灰比、水泥用量、骨料种类、应力等。 砼内毛细孔数量越多，徐变越大 ；加荷龄期越长，徐变越小；水泥用量和水灰比越小，徐变越小；所用骨料弹性模量越大，徐变越小；所受应力越大，徐变越大。,三、非荷载作用下的变形,，化学
31、收缩（自生体积变形） 在混凝土硬化过程中，由于水泥水化物的固体体积，比反应前物质的总体积小，从而引起混凝土的收缩，称为化学收缩。 特点：不能恢复 ，收缩值较小，对混凝土结构没有破坏作用，但在混凝土内部可能产生微细裂缝而影响承载状态和耐久性。,，干湿变形（物理收缩） 干湿变形是指由于混凝土周围环境湿度的变化，会引起混凝土的干湿变形，表现为干缩湿胀。 1）产生原因 混凝土在干燥过程中，由于毛细孔水的蒸发，使毛细孔中 形成负压，随着空气湿度的降低，负压逐渐增大，产生收缩力，导致混凝土收缩。同时，水泥凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发，凝胶体因失水而产生紧缩。当混凝土在水中硬化时，体积产生轻微膨胀，这是
32、由于凝胶体中胶体粒子的吸附水膜增厚，胶体粒子间的距离增大所致。 2）危害性 混凝土的干湿变形量很小，一般无破坏作用。但干缩变形对混凝土危害较大，干缩能使砼表面产生较大的拉应力而导致开裂，降低混凝土的抗渗、抗冻、抗侵蚀等耐久性能。,3）影响因素 （1）水泥的用量、细度及品种 水灰比不变：水泥用量愈多，砼干缩率越大；水泥颗粒愈细，砼干缩率越大。 （2）水灰比的影响 水泥用量不变：水灰比越大，干缩率越大。 （3）施工质量的影响 延长养护时间能推迟干缩变形的发生和发展，但影响甚微 ；采用湿热法处理养护砼，可有效减小砼的干缩率 。 （4）骨料的影响 骨料含量多 的混凝土，干缩率较小。,三、混凝土强度等级
33、的选用原则,1，14个等级的混凝土，每级相差5N/mm2, 2，具体的规定混凝土结构设计规范规定：钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于C20。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。,第三节 钢筋与混凝土的相互作用粘结力,一、粘结力的概念 1，粘结力主要组成部分粘结力是存在于钢筋与混凝土界面上的作用力。它反映的是钢筋与混凝土交界面上沿钢筋纵向的抗剪能力。如图3.1
34、1所示。 产生粘结力的主要因素是：（1） 混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；（2） 混凝土颗粒与钢筋表面产生的化学粘合力；（3）由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力。,2，粘结力试验： 1）最大粘结应力在离开端部的某一位置出现，且随拔出力的大小而变化，粘结应力沿钢筋长度是曲线分布的； 2）钢筋埋入长度越长，拔出力越大，但埋入长度过大时，则其、尾部的粘结应力很小，基本不起作用； 3）粘结强度随混凝土强度等级的提高而提高 4）带肋钢筋的粘结强度高于光面钢筋，而在光面钢筋的末端做弯钩，可以大大提高拔出力。,图3.12 钢筋拔出试验中粘结应力分布图,二、保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施 1，足够的锚固长度 2，一定的搭接长度 3，混凝土应有足够的厚度 4，钢筋末端应做弯钩 5，配置箍筋 6，注意浇筑时钢筋的位置,
