1、2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,第 2 章 混凝土结构材料的物理力学性能,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2. 钢筋的基本力学性能；,本章主要介绍：,1. 混凝土的基本力学性能；,3. 钢筋与混凝土的共同工作性能。,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土的物理力学性能,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1.2 单轴向应力状态下的混凝土强度,强度：结构材料所能承受的极限应力。 影响混凝土强度的因素 内因：水泥强度、骨料特性、级配、水灰比、成型方法、龄期、试件尺寸、形状 等；
2、外因：养护环境、试验方法、受力状态、加载速率等,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,(1)立方体抗压强度和强度等级 立方体抗压强度 fcu (cube) （单位：N/mm2、MPa） 标准试件： 边长为150mm的立方体 标准养护条件：温度203、相对湿度90、养护28天 标准试验方法：标准加载速率、试件表面不涂油在上述条 件下测得的抗压强度为 fcu。 混凝土强度等级 CXX,1. 混凝土的抗压强度,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能, 按立方体抗压强度标准值fcu, k 划分混凝土的强度等级，混凝土结构设计规范GB50010-2010规定有：
3、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80，共14个等级。CXX中的XX即为fcu, k ，单位为N/mm2。 影响立方抗压强度的因素 压力机垫板的摩擦现象：压力机垫板与混凝土试块的弹性模量和横向变形系数不同而产生“套箍作用”,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,原因：试件受压产生纵向压缩、横向膨胀，受压试件的上 下表面受到垫板向内的摩擦力，阻碍试件横向变形，就如在试件上下端设置了一个“套箍”。破坏时试件中部外围混凝土的横向变形受约束小，首先发生剥落。影响机理：“套箍作用”约束横向变形限制裂缝开展 强度
4、提高。思考：如果试件的尺寸变小（或变大），这种“套箍作用” 对混凝土强度的影响变化？如果将试件的高度加大, 这种“套箍作用”对强度的影响如何变化？,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,混凝土立方体强度随龄期的变化 1在潮湿环境下；2在干燥环境下,加载速度 加载速度越快，测得强度越高（变形发展不充分）。 龄期与环境条件 龄期越长、环境越潮湿，强度越高（混凝土强度随时间的增长有“先快后慢”的规律）。,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,a) 轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）fc (compression) 标准试件：150mm 150mm 300mm的
5、棱柱体 标准养护条件 标准试验方法 在上述条件下测得的抗压强度为 fc b) 轴心抗压强度标准值 fck c) 轴心抗压强度的工程意义 高宽比对试件的强度有影响 标准棱柱体试件基本消除了压力机垫板和附加偏心影响 多数实际受压构件的几何尺寸关系倾向于棱柱体,3.轴心抗压强度,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,试件高宽比对混凝土强度的影响,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,a) 试验结果试验值 f 0c 和 f 0cu 的统计平均值大致呈线性关系 b) 规范公式（基于强度标准值）式中：ac1 棱柱体与立方体抗压强度之比（C50及以下 取0.
6、76，C80取0.82，其间线性内插）ac2 高强混凝土的脆性折减系数（C40及以下取 1.0，C80取0.87，其间线性内插）0.88考虑实际构件与试件间差异（制作、养护、 运输和受力条件等）引入的修正系数,4.轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,试件 直径6in高12in（直径152mm高305mm）的圆柱体 采用国家美国、日本、欧洲混凝土协会（CEB） f ck与 fcu,k 的换算关系式中：aC60以下0.79，C60取
7、0.833，C70取0.857，C80取0.875,5. 圆柱体试件的轴心抗压强度 f c,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,a) 试验方法 直拉试验、劈裂试验 直拉与劈裂试验方法结果的比较 劈拉强度略大于直拉强度； 劈拉强度与试件尺寸有关；直拉强度受试件对中、局部粘结情况等因素影响较大，不易控制。 b) 试验结论 混凝土轴心抗拉强度约为立方体抗压强度的1/20 1/8，随混凝土强度等级的提高，ft /fcu的比值下降。 ftk与 fcu, k的关系,6. 混凝土轴心抗拉强度 ft（tension）,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,混凝土轴
8、心抗拉强度试验,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1.3 复合应力状态下混凝土的强度,1. 平面应力状态,（1）平面主应力状态Kupfer试验双向受压应力状态下相互约束了横向变形，受压强度比单向受压最可提高 近30%。,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,拉压应力状态下拉应力加大了另一向的受压横向变形，抗拉和抗压强度均分别低于单轴抗拉、压时的强度。,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,双向受拉应力状态下相互影响不大，强度与单轴向抗拉强度接近。,2019
9、年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,Kupfer曲线,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,双向受压应力状态下相互约束了横向变形受压强度比单向受压最多可提高约30%。 拉压应力状态下拉应力加大了另一向的受压横向变形抗拉抗压强度均分别低于单轴向拉、压时的强度。 双向受拉应力状态下相互影响不大强度与单轴向抗拉强度接近。,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,主要特征 a) 存在时, 抗拉和抗压强度均低于单轴向抗拉 f t 和抗压强度 f c b) 压应力0.6 f c 时，抗剪强度随压应力的增大（或轴向拉应力的减小）而增大 c) 压应力
10、0.6 f c 后，抗剪强度随压应力的增大而减小 d) 当压应力或拉应力 0时，抗剪强度 0.1 f c,(2) 平面剪压（或剪拉）应力状态,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,法向应力和剪应力组合的破坏曲线,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,(3) 三向受压状态,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,侧向压应力 约束了混凝土的横向变形，限制了裂缝的形成和发展混凝土抗压强度大大提高 。,当侧向压应力 较低时，上式中的侧向压应力系数值较高。,当侧向压应力 不很大时，f cc 的经验公式为：,2019年5月10日,第2章
11、 混凝土结构材料的物理力学性能,混凝土三轴应力试验装置,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,三轴应力下的混凝土破坏面,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,混凝土三轴应力下的拉压子午面,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1.4 混凝土的变形,预备概念 体积变形：硬化过程中的收缩及随温、湿度变化产生的变形。 受力变形：一次短期加载、荷载长期作用或多次重复荷载作用下的变形。,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,（1）混凝土受压应力应变曲线a) 试验方法采用棱柱体试件，用具有伺服装置的试验
12、机获得应力 应变曲线的下降段。,1. 短期单调加载下混凝土的变形性能,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,混凝土棱柱体受压应力应变（s-e）曲线,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,受压应力应变全曲线的特征,上升段,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,混凝土棱柱体受压应力应变（s-e）曲线,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,混凝土棱柱体受压应力应变（s-e）曲线,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,混凝土棱柱体受压应力应变（s-e）曲线,返回,2019年5
13、月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,下降段,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,混凝土棱柱体受压应力应变（s-e）曲线,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,混凝土棱柱体受压应力应变（s-e）曲线,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,混凝土棱柱体受压应力应变（s-e）曲线,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,高强混凝土单向受压应力应变全曲线,上升段的线性段随着强度的增加而变大,可达到（0.70.9）fc； 峰值应变随着强度的增加有所增大，通常取0.0025； 混凝土强度越
14、高，下降段形状越陡，延性越差，在C80时通常只能达到0.003。,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,加载速度对应力应变曲线的影响,加载速度快 峰值应力偏高，峰值应变减小，下降段陡； 加载速度慢 峰值应力偏低，峰值应变增大，下降段平缓。,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2. 混凝土单轴受压应力应变曲线的数学模型,E. Hognestad（美国）模型Rsch（德国）模型,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,c)混凝土结构设计规范GB50010-2010 用于正截面承载力计算的简化模型,式中：,2019年5月10日,第2章
15、 混凝土结构材料的物理力学性能,3. 三向受压状态下混凝土的变形特点,横向压应力（约束）限制了裂缝的开展，混凝土的抗压强度和延性均有显著提高。 约束效应越强（横向压应力越大），强度和延性的提高效果越明显。 主动约束：如侧向施加液体压力。 被动约束：如箍筋、钢管所提供的约束。,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,混凝土圆柱体三向受压(主动约束)时的轴向应力应变曲线,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,用螺旋筋约束的混凝土圆柱体的应力应变曲线,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,工程中采用的被动约束方式,2019年
16、5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,4. 混凝土的变形模量,弹性材料： 混凝土：, 弹性模量 Ec, 变形模量 （割线模量）Ec,Ec= tg0 Ec = tg1 Ec = tg,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,a) 混凝土模量的表示方法弹性模量Ec（原点模量）应力应变曲线过原点切线的斜率： 变形模量Ec（割线模量、弹塑性模量）应力应变曲线上任意一点割线的斜率：切线模量Ec曲线上任意一点切线的斜率：,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,变形模量不同表示方法之间的关系,弹性模量：反映近似弹性状态下的应力应变关系割线模量：近似反映混
17、凝土非线性应力应变关系切线模量：反映某一应力点应力增量应变增量关系 对于给定的应力应变曲线（混凝土强度确定），弹性模量不变，而割线模量和切线模量均随应力的增大而减小 进入弹塑性阶段后，有：Ec E c Ec,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,Ec= tg0 Ec = tg1 Ec = tg,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,从应力应变（s-e）曲线上测定 Ec 有困难 规范方法：棱柱体试件，应力为 下，重复加载510次，残余变形趋于稳定,曲线 斜直线（平行于过原点的切线） 根据实测值的统计分析, Ec 与 fcu,k 有下述关系：,弹性模量
18、Ec 的测定,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,返回,混凝土弹性模量 Ec 的测定方法,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,d) 混凝土轴向受拉时的应力应变关系,具有如下特征： 形状与受压时近似，亦可分为上升段和下降段 应力峰值点对应的应变 e0t =7511510 6 下降段比受压更陡，混凝土强度越高，陡峭程度越大 受拉弹性模量与受压弹性模量基本相等，即 Et Ec,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,返回,混凝土轴向受拉应力应变曲线 （标距100mm）,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,20
19、19年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,（1）徐变的概念及混凝土变形的组成 徐变（又称蠕变，creep）结构或构件承受的荷载或应力不变，而应变或变形随时间增长的现象。 长期荷载作用下混凝土变形的组成 在荷载长期作用下混凝土的变形性能主要与混凝土的 徐变特性有关。 加载时，瞬时应变 （elastic） 持荷时，徐变应变 卸荷时，瞬时恢复应变,2. 荷载长期作用下混凝土的变形性能,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,返回,混凝土徐变示意图,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,（2） 产生徐变的原因,内在原因：凝胶体的粘性流动性质 环境
20、原因：水泥水化作用程度 应力原因：微裂缝的不断发展 （3） 影响徐变的因素 时间因素 荷载作用时间越长，徐变越大 初期增长较快，后期逐渐减慢，最后趋于稳定 应力大小 应力越大，徐变越大，反之越小 线性徐变非收敛徐变,非线性徐变,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,返回,混凝土徐变示意图,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,返回,压应力与徐变的关系,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,返回,不同应力/强度比值的徐变时间曲线,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,加载时的龄期,混凝土组成成分的影响 水泥用
21、量越大，徐变越大 水灰比大，徐变大 骨料越坚硬，徐变越小 制作、养护条件的影响 振捣充分，徐变小； 养护温度高、湿度大，徐变小 受荷环境条件的影响 受荷环境温度高、湿度低时，徐变大 g) 构件尺寸的影响 h) 钢筋用量的影响,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,返回,骨料对徐变的影响,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,（1）基本概念 疲劳破坏：混凝土在荷载重复作用下引起的破坏。 疲劳破坏特征：裂缝小而变形大 混凝土疲劳抗压强度总是小于单调加载下的混凝土单轴抗压强度,3. 混凝土受重复荷载作用的变形（疲劳变形）,2019年5月10日,第2章 混凝
22、土结构材料的物理力学性能,加载应力小于fcf (fatigue) 一次加、卸载形成封闭的环状。 多次加、卸载循环后，加、卸载环逐渐密合，最终密合成斜直线（测定弹性模量Ec）可加卸载几百万次不破坏。 加载应力大于fcf 应力应变曲线由凸向应力轴逐渐转变为斜直线，最后转变为凸向应变轴，加、卸载不能形成封闭环。 应力应变曲线倾角不断减小，至荷载重复到某一次数时，混凝土因严重开裂或变形过大而导致破坏。,（2）重复荷载下的应力应变曲线,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,返回,混凝土在重复荷载作用下的应力应变曲线,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,疲劳抗
23、压强度的定义fcf 试验测定时采用100mm100mm300mm或150mm 150mm450mm的棱柱体 能使棱柱体试件承受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 疲劳强度设计值fcf 、 ftf 的确定 fcf 、 ftf 应由混凝土强度设计值（ fc 、 ft ）乘以相应的疲劳强度修正系数gr确定 gr的取值与疲劳应力比值rcf 有关。gr随rcf 的减小而降低,（3） 疲劳强度的确定,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,混凝土强度设计值 GB50010-2010 表4.1.4,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物
24、理力学性能,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,（1）混凝土的收缩与膨胀混凝土凝结硬化时 在空气中体积收缩 有凝缩、干缩 发生规律为：先快后慢 最终的收缩值 0.00020.0005 在水中体积膨胀 通常收缩值远大于膨胀 主要的影响因素有：水泥品种、水泥用量、骨料性质、混凝土制作方法、养护条件、使用环境、构件的体表比,4. 混凝土的体积变形,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,返回,混凝土的收缩,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,混凝土的温度线膨胀系数为1.01.5105/ a） 混凝土的强制应力 混凝土能自由收缩和温度
25、变形时, 不会产生任何强制应力 只有在有约束条件下，混凝土的变形受到限制时才会导致强制应力构件可能开裂 举例：。,（2） 混凝土的温度变形,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.2 钢筋的物理力学性能,2.2.1 钢筋的品种与级别常用钢筋的品种及分类 按化学成分 1. 碳素钢 根据含碳量的多少，又可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢 含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性降低 2. 普通低合金钢 合金元素使得钢材的强度提高、性能改善 应严格控制有害成分硫（S，使钢具有热脆性）、磷（P使钢具有冷脆性）,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,按钢筋加工的方法,
26、1. 热轧钢筋（hot-rolled steel bar）根据屈服强度标准值 fyk ，又可分为： HPB300级（级） 光圆 HRB335级（级） 月牙纹HRBF335级（级） 月牙纹 HRB400级（ 级） 月牙纹HRBF400级（级） 月牙纹 d) RRB400级（余热处理 级，符号3R） 月牙纹 e) HRB500级（级） 月牙纹HRBF500级（ 级） 月牙纹,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,热轧钢筋可再加工（如冷轧、热处理）成其它品 种的钢筋 2. 钢丝（steel wire） 3. 钢铰线（strand） 4. 热处理钢筋（heat-treated s
27、teel bar）,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,冷轧带肋钢筋 采用普通低碳钢、优质碳素钢或低合金钢热轧盘圆为母材， 经冷轧减径后在其表面冷轧成具有三面或两面月牙形横肋的钢筋,二面肋,三面肋,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,冷轧带肋钢筋,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,冷轧带肋钢筋,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能, 按钢筋的外形,1. 普通钢筋据其外形又可分为： 光圆钢筋（plain bar） 如级钢筋 带肋钢筋（ribb
28、ed bar， ribbed reinforced bar ） 如、级钢筋（常又称为变形钢筋，deformed bar） 肋纹可以是：人字纹、螺纹、月牙纹、竹节纹、螺旋槽等 2. 劲性钢筋（各种型钢、钢轨、或型钢与钢筋焊成的骨架）,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,采用级钢筋的剪力墙,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,级钢筋盘圆,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,月牙纹钢筋,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,屈服台阶BC应力基本不变，应变急速增长。,强化段CD应变增长较快，应力有一定幅
29、度的增长。极限应力点D是确定极限强度的依据。,上升段OA应力和应变成比例变化，A点为比例极限。,通过描述钢筋的应力应变曲线来认识。 有明显屈服点（流幅）的钢筋，即软钢 主要是指：热轧钢筋（低碳钢、低合金钢） 1. 应力应变曲线的主要特征,2.2.2 钢筋的强度与变形,颈缩段DE应力下降，应变仍然增长，出现颈缩现象。,b）上升段ABA点以后 ，应变较应力增长快。B点为屈服上限，其值通常不稳定；B点为屈服下限，它是确定屈服强度的依据。,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2. 屈服强度 fy,钢筋屈服后，会产生过大的塑性变形，构件产生不适于继续承载的过大变形或过宽的裂缝，故
30、在钢筋屈服强度的确定时不能利用钢筋强化段的能力。 3. 伸长率和冷弯性能 均匀伸长率钢筋最大应力（ fu）下的伸长值与原长的比率：冷弯性能将直径为d的钢筋按一定弯心直径D弯曲到规定的角度,设计取用的应力值，强度指标,钢筋的塑性变形能力,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,4. 强度等级的划分,300级、335级、400级、500级 强度等级提高屈服强度、极限抗拉强度增长，伸长率和流幅降低，弹性模量变化不大。,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,高碳钢制成的钢丝、钢铰线；热处理钢筋 1. 典型的应力应变曲线主要特征： 无明显屈服点、塑性性能相对差。
31、 以极限应力点b为界，分成上升段和下降段。 2. 条件屈服点b极限抗拉强度b 的 85（设计取用的应力上限值）， 对应的残余应变为:0.2 =0.2。, 无明显屈服点的钢筋，即硬钢,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,1. 冷拉 冷拉工艺冷拉效果 只提高抗拉强度，不提高抗压强度 温度超过700时，冷拉钢筋恢复到冷拉前的性能。 冷拉硬化：冷拉后，钢筋屈服强度提高，塑性下降的现象。 时效强化：经过一段时间后，钢筋屈服应力超过张拉控制应力的现象。, 钢筋的冷加工,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,冷拔工艺以级光园钢筋为母材，将其多次强力拉拔通过小于钢
32、筋 直径的硬质合金拔丝模而成。冷拔效果 钢筋同时受到纵向拉力和轴向压力的作用。 不仅提高抗拉强度，还同时提高抗压强度。 强度大大提高，塑性大大降低。 冷拔丝呈硬钢性质。,2. 冷拔,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能, 双直线模型 适用于流幅较长的低强度钢筋 理想的弹塑性模型,2.2.3 钢筋应力应变曲线的数学模型,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,适用于流幅较短的软钢 理想的弹塑性模型加硬化,2、三折线模型,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,适用于没有明显流幅的高强钢筋或钢丝,3、双折线模型,2019年5月10日,第
33、2章 混凝土结构材料的物理力学性能,1、疲劳破坏的现象及原因 现象：在重复、周期的动荷载作用下，突然脆性断裂 原因：材料缺陷导致应力集中，在高应力状态下由于晶粒滑移产生疲劳裂纹，最终造成断裂 2、钢筋的疲劳强度在某一规定应力幅度内，经受200万次循环荷载后发生 疲劳破坏的最大应力值 疲劳强度低于一次拉伸的强度,2.2.4 钢筋的疲劳,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,3、疲劳强度的试验方法,单根原状钢筋轴拉试验（规范方法） 埋入混凝土中重复受拉或受弯试验 4、影响疲劳强度的因素 疲劳应力比值 最小应力值 钢筋外表面几何尺寸和形状 钢筋的直径 钢筋的强度 钢筋的加工和使
34、用的环境 加载的频率,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,1、钢筋的强度（屈服强度、极限强度）要求强度相对值强屈比1.25，以保证钢筋有足够的潜 力，不致于迅速断裂 2、塑性（延伸率和冷弯性能）保证结构/构件的延性 3、可焊性焊接后不产生裂纹及过大变形，其强度应不低于母材 4、耐火性混凝土保护层厚度根据钢筋品种，满足耐火等级要求 5、钢筋与混凝土的粘结力与混凝土之间必须有足够的粘结力，保证共同工作,2.2.5 混凝土结构对钢筋的要求,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3.1 粘结的意义 （1）意义钢筋和混凝土形成
35、整体、共同工作的基础 （2）实质钢筋与混凝土接触面上产生的沿钢筋纵向的剪应力（粘结应力）,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,（3）裂缝间的局部粘结应力,开裂截面混凝土退出工作，钢筋拉应力突增。裂缝两侧混凝土回缩受到局部粘结应力阻止。 局部粘结的丧失会影响构件的刚度降低和裂缝开展,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,（4）钢筋端部的锚固粘结应力,在控制截面处，须充分利用 钢筋的设计强度。为此，钢筋必 须从控制截面向前延伸一段长度， 以积累足够的粘结应力。与此类似，钢筋伸入支座必须有
36、一 定的锚固长度，否则将发生锚固破坏。 可采取钢筋端部加弯钩、弯折，或在锚固区贴焊短钢筋、贴焊角钢的方法来提高锚固能力。,返回,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,1、光圆钢筋与混凝土间粘结力的组成 （1）胶结力即钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用，它来源于： 水泥浆体对钢筋表面氧化层的渗透 水化过程中水泥晶体的生长和硬化其作用一般很小 （2）摩阻力 混凝土收缩时对钢筋产生握裹力 有相对运动趋势或相对运动时产生摩阻力钢筋表面越粗糙，摩阻力越大 （3）机械咬合力因钢筋表面凹凸不平而产生,2.3.2 粘结力的组成（粘结机理）,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物
37、理力学性能,2、变形钢筋与光圆钢筋粘结力的异同,粘结力的组成因素相同 光圆钢筋的粘结力主要由胶结力和摩阻力提供 变形钢筋的粘结力主要由机械咬合力提供变形钢筋肋部对四周的挤压力混凝土中产生径向拉应力劈裂型粘结破坏或剪切型粘结破坏,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,1、试验方法2、平均粘结应力直接拔出试验：,2.3.3 粘结强度,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,3、粘结应力和相对滑移S的关系,不同强度混凝土的粘结应力和相对滑移,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,a）混凝土强度粘结强度u与混凝土抗拉强度 ft 大致成正比
38、式中，k1 常数 b）相对保护层厚度 对变形钢筋，若保护层较薄，容易发生沿钢筋的劈裂破坏 限制相对保护层厚度不小于一定的限值，可对混凝土劈裂破坏的发生起到一定控制作用 相对粘结强度与相对保护层厚度的平方根成正比式中，k2常数；c保护层厚度；d钢筋直径,2.3.4 影响粘结强度的因素,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,c）钢筋的净距,钢筋间净距越小，粘结强度降低越多容易产生水平劈裂裂缝 d）横向钢筋的数量 横向钢筋可以限制混凝土内部裂缝的发展，防止保护层脱落，并保证后期粘结强度 e）横向约束应力（压应力） 横向压应力约束了混凝土的横向变形，增大了摩阻力粘结强度提高,20
39、19年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,f）浇筑时钢筋所处位置,水平钢筋下方的混凝土可能出现沉淀收缩和离析泌水，气泡溢出。则容易形成强度较低的疏松空隙层削弱粘结作用 g) 钢筋表面的形状 变形钢筋的粘结强度大于光圆钢筋,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,1、保证粘结的构造措施 规范采用构造措施保证混凝土与钢筋的粘结性能： a）保证最短的锚固长度和搭接长度； b) 满足钢筋最小净距和混凝土最小保护层厚度要求； c) 必要部位加密箍筋（如搭接区）； d) 光圆钢筋端部设置弯钩以增强粘结能力； e) 施工措施，如分层、二次浇捣等。,2.3.5 钢筋的锚固与搭
40、接,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2、基本锚固长度lab,基本锚固长度是：充分利用纵向受拉钢筋（fy ）而不发生 粘结破坏所需要的最短锚固长度（lab）。 式中: a钢筋外形系数（光圆钢筋：0.16，带肋钢筋：0.14）钢筋直径。,采取锚固措施（如:设置弯钩、锚板等机械锚固措施） 可有效提高钢筋的锚固力，可减少锚固长度；但不利情况会增加锚固长度（如带环氧涂层的钢筋）。考虑这些因素后的锚固长度为：其中 为长度调整系数， 。采取机械锚固减小锚固长度应有相应的构造措施。,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,受压锚固比受拉锚固有利，因此受压锚固长度
41、取受拉锚 固长度的0.7倍。,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,3、钢筋的接长,钢筋长度不够时、以及需要采用施工缝或后浇带等构造措施时，钢筋可以接长。接长的方式有：搭接、焊接、机械连接。 3.1 钢筋搭接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（拉力或压力）传给另 根钢筋的接长方式。钢筋搭接中力的传递：通过钢筋 与混凝土之间的粘结力将一根钢筋的 力传给另一根钢筋。,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,构造柱纵筋搭接,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,钢筋搭接的原则,接头应设置在受力较
42、小处； 同一钢筋应尽量少设接头； 接头位置应错开布置。 搭接长度 ll式中：z受拉钢筋搭接长度修正系数（与同一连接区段内搭接钢筋的面积百分率有关） As 100% 搭接取1.6； As 50% 取1.4； As 25% 取1.2。 搭接长度不应小于300mm； 受压钢筋搭接长度不应小于受拉钢筋搭接长度的0.7倍，且不应小于200mm。,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,闪光对焊原理及设备,3.2 钢筋的焊接,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,钢筋闪光对焊,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,钢筋闪光对焊接头,2019年
43、5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,电渣压力焊设备,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,电渣压力焊施工,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,采用电渣压力焊的柱筋,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,采用电渣压力焊的墙筋,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,冷挤压连接,3.3 钢筋的机械连接,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,等强直螺纹连接,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,滚制螺纹,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,滚制的螺纹,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,螺纹用塑料帽保护,直螺纹接头试件,2019年5月10日,2019年5月10日,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,钢筋直螺纹连接头及施工扳手,
