1、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,2.1.1 单轴向应力状态下的混凝土强度虽然实际工程中的混凝土结构和构件一般处于复合应力状态，但是单轴向受力状态下混凝土的强度是复合应力状态下强度的基础和重要参数。混凝土试件的大小和形状、试验方法和加载速率都影响混凝土强度的试验结果，因此各国对各种单轴向受力下的混凝土强度都规定了统一的标准试验方法。,1 混凝土的抗压强度(1) 混凝土的立方体抗压强度fcu,k和强度等级我国混凝土结构设计规范规定以边长为150mm的立方体为标准试件，标准立方体试件在(203)的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得
2、的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为“N/mm2”。用上述标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度作为混凝土的强度等级。混凝土结构设计规范规定的混凝土强度等级有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，共14个等级。例如，C30表示立方体抗压强度标准值为30N/mm2。其中，C50C80属高强度混凝土范畴。,图2-1 混凝土立方体试块的破坏情况 (a)不涂润滑剂；(b) 涂润滑剂,砼立方体抗压试验 (点击播放视频),(2) 混凝土的轴心抗压强度混凝土的抗压强度与试件的形状有关,采用棱柱体比立方体能更好地反映
3、混凝土结构的实际抗压能力。用混凝土棱柱体试件测得的抗压强度称为轴心抗压强度。,图2-2 混凝土棱柱体抗压试验和破坏情况,我国普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T 500812002)规定以150mm150mm300mm的棱柱体作为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件。,混凝土结构设计规范规定以上述棱柱体试件试验测得的具有95%保证率的抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值，用符号fck表示，下标c表示受压，k表示标准值。,图2-3 混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系,考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况等方面与试件的差别，实际构件强度与试件强度之间将存在差异，混凝土结构设计规范基于安全取偏
4、低值，轴心抗压强度标准值与立方体抗压强度标准值的关系按下式确定：,为棱柱体抗压强度与立方体抗压强度之比，对混凝土强度等级为C50及以下的取0.76，对C80取0.82，两者之间按直线规律变化取值。,为高强度混凝土的脆性折减系数，对C40及以下取1.00，对C80取0.87，中间按直线规律变化取值。,0.88为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。,砼轴心抗压试验 (点击播放视频),国外常采用混凝土圆柱体试件来确定混凝土轴心抗压强度。例如美国、日本和欧洲混凝土协会(CEB)都采用直径6英寸(152mm)、高12英寸(305mm)的圆柱体标准试件的抗压强度作为轴心抗压强度的指标，
5、记作fc。 对C60以下的混凝土，圆柱体抗压强度fc和立方体抗压强度标准值fcu,k之间的关系可按下式计算。当fcu,k超过60N/mm2后随着抗压强度的提高，fc与fcu,k的比值（即公式中的系数）也提高。CEB-FIP和MC-90给出：对C60的混凝土，比值为0.833；对C70的混凝土，比值为0.857；对C80的混凝土，比值 为0.875。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为，,立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的受力状态，只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准（制作、测试方便）。,2 混凝土的
6、轴心抗拉强度抗拉强度是混凝土的基本力学指标之一，其标准值用ftk表示，下标t表示受拉，k表示标准值。混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验方法来测定。,图2-4 混凝土轴心抗拉强度和立方体抗压强度的关系,由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度(splitting strength),l,F破坏荷载； d圆柱体直径或立方体边长； l圆柱体长度或立方体边长。,图2-5 混凝土劈裂试验示意图 (a)用圆柱体进行劈裂试验；(b)用立方体进行劈裂试验； (c)劈裂面中水平应力分布 1压力机上压板；2弧形垫条及垫层各一条；3试件；4浇模顶面；5浇模底面；6压
7、力机下压板；7试件破裂线,Splitting Tensile Strength of Cylindrical Concrete Specimens,Split cylinder test,Pad,2.1.2 复合应力状态下混凝土的强度,混凝土结构构件实际上大多处于复合应力状态，例如框架梁要承受弯矩和剪力的作用；框架柱除了承受弯矩和剪力外还要承受轴向力；框架节点区混凝土的受力状态就更复杂。同时，研究复合应力状态下混凝土的强度，对于认识混凝土的强度理论也有重要的意义。,图2-6 双向应力状态下混凝土的破坏包络图,1 双向应力状态, （1）双轴应力状态 Biaxial Stress,双向受压强度大于
8、单向受压强度，最大受压强度发生在两个压应力之比为0.3 0.6之间，约为(1.251.60 )fc。双轴受压状态下混凝土的应力-应变关系与单轴受压曲线相似，但峰值应变均超过单轴受压时的峰值应变。,(1)双轴应力状态 Biaxial Stress,在一轴受压一轴受拉状态下，任意应力比情况下均不超过其相应单轴强度。并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小。,在一轴受压一轴受拉状态下，任意应力比情况下均不超过其相应单轴强度。并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,（2）剪压或剪拉复合应力状态 构件受剪或受扭时
9、常遇到剪应力t 和正应力s 共同作用下的复合受力情况。,图2-7 法向应力和剪应力组合的破坏曲线A轴心受拉；B纯剪；C剪压；D轴心受压,由图可见，混凝土的抗剪强度随拉应力增大而减小；随压应力增大而增大，当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大，压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显抗剪强度将随压应力的增大而减小。,2 三向受压状态 三向受压下混凝土圆柱体的轴向应力应变曲线可以由周围用液体压力加以约束的圆柱体进行加压试验得到，在加压过程中保持液压为常值，逐渐增加轴向压力直至破坏，并量测其轴向应变的变化。,图2-8 混凝土圆柱体三向受压试验时轴向应力-应变曲线,工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝
10、土柱中的混凝土为三向受压状态。,2.1.3 混凝土的变形,混凝土在一次短期加载、长期加载和多次重复荷载作用下都会产生变形，这类变形称为受力变形。另外，混凝土的收缩以及温度和湿度变化也会产生变形，这类变形称为体积变形。混凝土的变形是其重要物理力学性能之一。,1 一次短期加载下混凝土的变形性能(1)混凝土受压时的应力-应变关系,图2-9 混凝土棱柱体受压应力-应变曲线,图2-10 不同强度的混凝土的应力-应变曲线比较,混凝土应力-应变曲线的形状和特征是混凝土内部结构发生变化的力学标志。,随着混凝土强度的提高，尽管上升段和峰值应变的变化不很显著，但是下降段的形状有较大的差异，混凝土强度越高，下降段的
11、坡度越陡，即应力下降相同幅度时变形越小，延性越差。,(2)混凝土单轴向受压应力-应变本构关系曲线,1)美国E.Hognestad建议的模型,图2-11 Hognestad建议的应力-应变曲线,上升段：,下降段：,图2-12 Rsch建议的应力-应变曲线,2)德国Rsch建议的模型,(3)混凝土轴向受拉时的应力-应变关系,图2-13 不同强度的混凝土拉伸应力-应变全曲线,(4)混凝土的变形模量,图2-14 混凝土变形模量的表示方法,1)混凝土的弹性模量（即原点模量）,2)混凝土的变形模量,原点切线模量 Elastic Modulus,割线模量 Secant Modulus,切线模量 Tangen
12、t Modulus,弹性系数n (coefficient of elasticity) 随应力增大而减小 n =10.5,2.2 混凝土,(4)混凝土的变形模量,弹性模量测定方法,弹性模量测定方法,0.4fc,2 荷载长期作用下混凝土的变形性能,图2-15 混凝土的徐变 (应变与时间的关系曲线),在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变eel（= si/Ec(t0)，t0加荷时的龄期）。随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增长较快，6个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓慢，23年后趋于稳定。,如在时间t 卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变eel。由于混凝土弹性模量
13、随时间增大，故弹性恢复应变eel小于加载时的瞬时弹性应变 eel。再经过一段时间后，还有一部分应变eel可以恢复，称为弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变ecr,记(t-t0)时间后的总应变为e c(t,t0)，此时混凝土的收缩应变为esh(t，t0)，则徐变为， ecr (t,t0) = ec(t,t0)- e c(t0)- esh(t,t0)= ec(t,t0)- eel- esh(t,t0),影响因素 内在因素是混凝土的组成和配比。骨料(aggregate)的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。 环境影响包括养护和使用条件。受荷前养护(cur
14、ing)的温湿度越高，水泥水化作用月充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（2035）%。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。,应力条件是指初应力(initial stress)水平si /fc和加荷时混凝土的龄期t0，它们影响徐变的非常主要的因素。当初始应力水平si /fc 0.5时，徐变值与初应力基本上成正比，也即（最终）徐变系数j =ecr /eel =Ececr /si =常数，这种徐变称为线性徐变。当初应力si 在(0.50.8) fc 范围时，徐变最终虽仍收敛，但最终徐变与初应力si不成比例，也即徐变系数j 随si的增大而增大，这种徐变称为非线性徐变。当初应
15、力si 0.8fc 时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，徐变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。因此将0.8fc作为混凝土的长期抗压强度。,图2-16 压应力与徐变的关系,图2-17 不同应力/强度比值的徐变时间曲线,3 混凝土的收缩与膨胀,图2-18 混凝土的收缩,Temperature,fresh concrete,aggregates,paste,For workability, twice as much water is required to hydrate the cement. (workable concrete mix contains more water t
16、han is needed for hydration , If the concrete is exposed to air, the large part of this free water evaporates in time ),Shrinkage of Concrete,the rate and completeness of drying depending on ambient temperature and humidity conditions.,Humidity,Shrinkage of Concrete,As the concrete dries, it shrinks
17、 in volume, probably due to the capillary tension that develops in the water remaining in the concrete. Conversely, if dry concrete is immersed in water, it expands, regaining much of the volume loss from prior shrinkage.,Drying Shrinkage Cracking,Drying Shrinkage Cracking,Where? Thin members walls,
18、 slabs When? 1 day to 6 months Why? Insufficient joints, curing Solution? Improve curing, better joints,Drying Shrinkage Cracking,When not adequately controlled, it will cause unsightly and deleterious cracks, as in slabs, walls, ect.,混凝土的收缩受到外部（支座）约束时，将使混凝土中产生拉应力,In structures that are statically i
19、ndeterminate ( and most concrete structures are), it can cause large and harmful stresses,隧道中衬砌混凝土裂缝,在隧道中衬砌混凝土存在干缩与热胀冷缩，而且由于衬砌外侧围岩阻碍了衬砌的自由胀缩。所以在衬砌混凝土内部产生温度应力，这种温度应力的大小与衬砌混凝土的介质性能（弹性模量，线膨胀系数，升降温度，温差)岩土介质对隧道壁的阻力及隧道长度有关，并随着这些因素的增大而增大。而混凝土是抗压不抗拉的材料，故常能抵抗升温时产生的压应力，而难抵抗降温时产生的拉应力。当衬砌内部的拉应力超过隧道衬砌混凝土的抗拉强度时，隧
20、道衬砌将发生开裂，这种开裂的发生首先是从隧道的中部开始的。,混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。一般情况下，最终收缩应变值约为(25)10-4（混凝土开裂应变(0.52.7)10-4）。, 影响因素,影响混凝土收缩的因素有： (1)水泥的品种：水泥强度等级越高制成的混凝土收缩越大。 (2)水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，收缩也越大。 (3)骨料的性质：骨料的弹性模量大，收缩小。 (4)养护条件：在结硬过程中周围温、湿度越大，收缩越小。 (5)混凝土制作方法：混凝土越
21、密实，收缩越小。 (6)使用环境： 使用环境温度、湿度大时，收缩小。 (7)构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。,在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响施工缝,2.1.4 混凝土的疲劳,混凝土的疲劳是在荷载重复作用下产生的。疲劳现象大量存在于工程结构中，钢筋混凝土吊车梁、钢筋混凝土桥以及港口海岸的混凝土结构等都要受到吊车荷载、车辆荷载以及波浪冲击等几百万次的作用。混凝土在重复荷载作用下的破坏称为疲劳破坏。,图2-19 混凝土在重复荷载作用下的受压应力-应变曲线,混凝土的疲劳强度用疲劳试验测定。疲劳试验采用100mm100mm300mm或150mm150mm450mm的棱柱体，
22、把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。混凝土的疲劳强度与重复作用时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减小而增大。疲劳应力比值按下式计算：,2.2 钢筋的物理力学性能,2.2.1 钢筋的种类混凝土结构中采用的钢筋有柔性钢筋和劲性钢筋两种。1 柔性钢筋,图2-20 钢筋的外形 （a)光圆钢筋；(b)螺旋纹钢筋； (c)人字纹钢筋；(d)月牙纹钢筋,线形的普通钢筋统称为柔性钢筋，其外形有光圆和带肋两类。,2 劲性钢筋,劲性钢筋是指配置在混凝土中的各种型钢、钢轨或者用钢板焊成的钢骨架。劲性钢筋本身刚度很大，施工时模板
23、及混凝土的重力可以由劲性钢筋本身来承担，因此能加速并简化支模工作。配置了劲性钢筋的混凝土结构具有较大的承载能力和变形能力，常用于高层建筑的框架梁、柱以及剪力墙和筒体结构中。,2.2.2 国产普通钢筋,混凝土结构设计规范规定，用于钢筋混凝土结构的国产普通钢筋为热轧钢筋。热轧钢筋是低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成的软钢，其应力-应变曲线有明显的屈服点和流幅，断裂时有颈缩现象，伸长率比较大。,1强度等级和牌号国产普通钢筋按其屈服强度标准值的高低，分为4个强度等级：300MPa、335MPa、400MPa和500MPa。,HRB：热轧带肋钢筋Hot rolled rebar with ribs
24、 H、R、B分别为热轧（Hotrolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）三个词的英文首位字母HRBF （Fine）:细晶粒热轧带肋钢筋,HRBF,HRB月牙纹钢筋,热轧钢筋Hot Rolled rebar,HRBF 系列细晶粒热轧月牙纹钢筋 HPB300热轧光圆钢筋 HRB335，HRB400，HRB500普通低合金热轧月牙纹钢筋 RRB:余热处理钢筋。其延性、可焊性、机械连接性能及施工适应性均较差，须在钢筋产品标准修订后明确延性指标并控制使用范围。可在基础、大体积混凝土以及跨度及荷载不大的楼板、墙体中应用。,2 工程应用,混凝土结构设计规范提出了推广高强度、高性能钢筋HRB400
25、和HRB500的要求。因此，本教材的例题中，对梁、柱的纵向受力钢筋将主要采用这两种钢筋，特别是HRB400。箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HRB335和HPB300。光圆钢筋HPB300虽然也可用作纵向受力钢筋，因其强度较低，故主要用作箍筋。当HRB500和HRBF500用作箍筋时，只能用于约束混凝土的间接钢筋，即螺旋箍筋或焊接环筋，见5.2.2节。细晶粒系列HRBF钢筋、HRB500和热处理钢筋RRB400都不能用作承受疲劳作用的钢筋，这时宜采用HRB400钢筋。工地上常把上述4个强度等级的钢筋俗称为级、级、级和级钢筋，但在施工图和正式文件中，都不应采用此俗称。,2.2.3 钢筋的
26、强度与变形,图2-21 有明显流幅的钢筋的应力-应变曲线,有明显流幅的热轧钢筋屈服强度是按屈服下限确定的。,对有明显流幅的钢筋，在计算承载力时以屈服点作为钢筋强度限值。,2.1 钢筋,2.2.3 钢筋的强度和变形 2.2.3.1 钢筋的应力-应变关系Stress-strain relationship有明显屈服点的钢筋 Steel bar with yield point,a为比例极限proportional limits =Ese,a为弹性极限elastic limit,de为强化段strain hardening stage,b为屈服上限upper yield strength,c为屈服下
27、限，即屈服强度 fy lower yield strength,cd为屈服台阶yield plateau,e为极限抗拉强度 fu ultimate tensile strength,两个强度指标： 屈服强度yield strength：是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且在卸载时这部分变形不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。 极限抗拉强度 ：破坏强度 屈 强 比tensile to yield ratio反映钢筋的强度储备 fy/fu=0.60.7 抗震结构：强屈比不小于1.25,2.1
28、 钢筋,无明显屈服点的钢筋Steel bar without yield point,a点：比例极限，约为0.65fu a点前：应力-应变关系为线弹性 a点后：应力-应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点 强度设计指标条件屈服点 残余应变为0.2%所对应的应力 规范取s0.2 =0.85 fu,2.2.4 钢筋本构关系,钢筋单调加载的应力-应变本构关系曲线有以下三种：1 描述完全弹塑性的双直线模型,双直线模型适用于流幅较长的低强度钢材。,2 描述完全弹塑性加硬化的三折线模型,三折线模型适用于流幅较短的软钢，要求它可以描述屈服后立即发生应变硬化(应力强化)，并能正确地估计高出屈服应
29、变后的应力。,3 描述弹塑性的双斜线模型,双斜线模型可以描述没有明显流幅的高强钢筋或钢丝的应力-应变曲线。,2.2.5 钢筋的疲劳,钢筋的疲劳是指钢筋在承受重复、周期性的动荷载作用下，经过一定次数后，突然脆性断裂的现象。吊车梁、桥面板、轨枕等承受重复荷载的钢筋混凝土构件在正常使用期间会由于疲劳发生破坏。钢筋疲劳断裂的原因，一般认为是由于钢筋内部和外部的缺陷，在这些薄弱处容易引起应力集中。应力过高，钢材晶粒滑移，产生疲劳裂纹，应力重复作用次数增加，裂纹扩展，从而造成断裂。因此钢筋的疲劳强度低于其在静荷载作用下的极限强度。原状钢筋的疲劳强度最低。埋置在混凝土中的钢筋的疲劳断裂通常发生在纯弯段内裂缝
30、截面附近，疲劳强度稍高。钢筋的疲劳试验有两种方法：一种是直接进行单根原状钢筋轴拉试验；另一种是将钢筋埋入混凝土中使其重复受拉或受弯的试验。由于影响钢筋疲劳强度的因素很多，钢筋疲劳强度试验结果是很分散的。我国采用直接做单根钢筋轴拉试验的方法。,2.2.6 混凝土结构对钢筋性能的要求,1、钢筋的强度（屈服强度、极限强度）2、钢筋的延性(延伸率、冷弯性能）3、钢筋的可焊性4、机械连接性能5、施工适应性6、钢筋与混凝土的粘结力,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋,2、钢筋的延性 钢筋的伸长率塑性性能指标 伸长率elongation ratio ：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延
31、伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。 钢筋的断后伸长率（伸长率）（ elongation ratio at break） 钢筋最大力下的总伸长率 (elongation ratio under maximum stress ),第二章 钢筋和混凝土的材料性能,钢筋的断后伸长率 elongation ratio at break ：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。,均匀延伸率（钢筋最大应力下的总伸长率）dgt对应最大应力时应变，包括了残余应变（卸载后）和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力(2.5%),钢筋最大应力下的总伸长率,钢筋
32、的伸长率,钢筋的冷弯性能,钢筋冷弯试验 （点击播放视频）,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2、钢筋的连接,钢筋焊接连接(闪光对焊),钢筋焊接连接(电渣压力焊),钢筋机械连接(镦粗钢筋直螺纹连接),连接套筒,钢筋断部镦粗 切削直螺纹 用连接套筒对接钢筋,机械连接,机械连接：套筒挤压连接,套筒挤压连接方法是将需要的连接的钢筋（应为带肋钢筋）端部插入特制的钢套筒内，利用挤压机压缩钢套筒，使它产生塑性变形，靠变形后的钢套筒与带肋钢筋的机械咬合紧固力来实现钢筋的连接。这种连接方法一般用于直径为1640mm的级，级钢筋（包括余热处理钢筋），分径向挤压和轴向挤压两种。,套筒挤压连接,冷挤压连接设备,混凝土结
33、构中受力钢筋的连接接头宜设置在受力较小处。在同一根受力钢筋上宜少设接头。在结构的关键受力部位，纵向受力钢筋不宜设置连接接头。 绑扎搭接宜用于受拉钢筋直径不大于25mm 以及受压钢筋直径不大于28mm的连接； 轴心受拉及小偏心受拉杆件的纵向受力钢筋不应采用绑扎搭接。 机械连接宜用于直径不小于16mm 受力钢筋的连接。 焊接宜用于直径不大于28mm 受力钢筋的连接。,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3.1 粘结的意义,混凝土与钢筋的粘结是指钢筋与周围混凝土之间的相互作用，包括沿钢筋长度的粘结和钢筋端部的锚固两种情况。,图2-24 钢筋和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
34、部粘结应力,无粘结梁 Beam with unbonded interface between reinforcement and concrete,粘结的作用 钢筋与混凝土间具有足够的粘结是保证钢筋与混凝土共同受力变形的基本前提。 通过钢筋与混凝土界面的粘结应力bond stress，可以实现钢筋与混凝土之间的应力传递，从而使两种材料可以结合在一起共同工作。 粘结应力通常是指钢筋与混凝土界面间的剪应力。,粘结的作用 1、锚固粘结,2、裂缝间的局部粘结应力,2.3.2 粘结力的组成,光圆钢筋与混凝土的粘结作用主要由以下三部分组成：(1)钢筋与混凝土接触面上的胶结力。这种胶结力来自水泥 浆体对钢
35、筋表面氧化层的渗透以及水化过程中水泥晶体的生长和硬化。这种胶结力一般很小，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即消失。(2)混凝土收缩握裹钢筋而产生摩阻力。混凝土凝固时收缩，对钢筋产生垂直于摩擦面的压应力。这种压应力越大，接触面的粗糙程度越大，摩阻力就越大。(3)钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力。对于光圆钢筋这种咬合力来自表面的粗糙不平。,光圆钢筋的粘结机理与带肋钢筋的主要差别是，光圆钢筋的粘结力主要来自胶结力和摩阻力，而带肋钢筋的粘结力主要来自机械咬合作用。,当钢筋与混凝土产生相对滑动后，胶结作用即丧失。摩擦力的大小取决于握裹力和钢筋与混凝土表面的摩擦系数。
36、,对于光面钢筋，表面轻度锈蚀有利于增加摩擦力，但摩擦作用也很有限。由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合作用也不大。因此，光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的。为保证光面钢筋的锚固，通常需在钢筋端部弯钩、弯折或加焊短钢筋以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动。,将钢筋表面轧制出肋形成带肋钢筋，即变形钢筋，可显著增加钢筋与混凝土的机械咬合作用，从而大大增加了粘结强度。对于强度较高的钢筋，均需作成变形钢筋，以保证钢筋与混凝土间具有足够的粘结强度使钢筋的强度得以充分发挥。,带肋钢筋的横肋对混凝土的挤压如同一个楔，会产生很大的机械咬合力。带肋钢筋与混凝土之间的这种机械咬合作用，改变了钢筋与混凝土间
37、相互作用的方式，显著提高了粘结强度。图2-25给出了带肋钢筋对周围混凝土的斜向挤压力从而使得周围混凝土产生内裂缝的示意图。,图2-25 带肋钢筋周围混凝土的内裂缝,round reinforcing bars,变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力(bearing pressure) 其水平分力(horizontal projection)使钢筋周围的混凝土轴向受拉、受剪，径向分力(radial force)使混凝土产生环向拉力(hoop tension)。 轴向拉力和剪力使混凝土产生内部斜向锥形裂缝 环向拉力使混凝土产生内部径向裂缝。,机械咬合力Mechanical Interlo
38、ck.,径向分力使混凝土产生环向拉力(hoop tension) 环向拉力使混凝土产生内部径向裂缝。,刮出式破坏Pull-out,surrounding concrete remains intact,如果钢筋周围的横向钢筋较多或混凝土的保护层（c/d）较大，径向裂缝很难发展达到构件表面，则肋前部的混凝土在水平分力和剪力作用下最终将被挤碎，发生沿肋外径圆柱面的剪切破坏，形成所谓的“刮梨式”破坏，是变形钢筋与混凝土粘结强度的上限。,当混凝土保护层、钢筋间距较小时，径向裂缝可发展达到构件表面，且钢筋间径向裂缝贯通，产生劈裂裂缝，机械咬合作用将很快丧失，产生劈裂式粘结破坏。 在钢筋周围配置横向钢筋（
39、箍筋或螺旋钢筋）或增加混凝土的保护层厚度（c/d），可提高粘结强度。,lateral concrete tension,如果纵筋间距小，混凝土的保护层较小，径向裂缝发展达到构件表面 splitting of the concrete along the bar when cover confinement or bar spacing is insufficient,混凝土撕裂,Splitting of concrete along bar,钢筋间距是影响到粘结破坏形式的因素,2.3.3 粘结应力-滑移关系,图2-26 -s曲线 (a)光圆钢筋的-s曲线；(b)带肋钢筋的-s曲线,2.3.4
40、钢筋的锚固,1 基本锚固长度lab,混凝土结构设计规范GB 500102010规定的受拉钢筋锚固长度lab为钢筋的基本锚固长度。,图2-27 钢筋的受拉锚固长度计算简图,2 受拉钢筋的锚固,（1）受拉钢筋的锚固长度实际结构中的受拉钢筋锚固长度还应根据锚固条件的不同按下式计算，并不小于200mm。,1）当带肋钢筋的公称直径大于25mm时，取1.10； 2）环氧树脂涂层带肋钢筋取1.25； 3）施工过程中易扰动的钢筋取1.10； 4）当纵向受力钢筋的实际面积大于其设计计算面积时，修正系数取设计计算面积与实际配筋面积的比值，但对有抗震设防要求及直接承受动力荷载的结构构件，不应考虑此项修正； 5）锚固
41、钢筋的保护层厚度为3d时修正系数可取0.80，保护层厚度为5d时修正系数可取0.70，中间按内插取值，此处d为锚固钢筋直径； 6）当多于上述一项时，可按连乘计算，但不应小于0.6；对预应力筋，可取1.0。,（2）锚固区的横向构造钢筋当锚固钢筋的保护层厚度不大于5d时，锚固长度范围内应配置直径不小于d/4的横向构造钢筋。（3）锚固措施当纵向受拉普通钢筋末端采用弯钩或机械锚固措施时，包括弯钩或锚固端头在内的锚固长度（投影长度）可取为基本锚固长度lab的60%。,图2-28 弯钩和机械锚固的形式和技术要求 (a)90弯钩；（b）135弯钩；（c）一侧贴焊锚筋；（d）两侧贴焊锚筋； （e）穿孔塞焊锚板；（f)螺栓锚头,3 受压钢筋的锚固混凝土结构中的纵向受压钢筋，当计算中充分利用其抗压强度时，锚固长度不应小于相应受拉锚固长度的70%。受压钢筋不应采用末端弯钩和一侧贴焊锚筋的锚固措施。 受压钢筋锚固长度范围内的横向构造钢筋与受检钢筋的相同。 梁、板中纵向受力钢筋在支座处的锚固以及钢筋的连接将在第4章4.6中讲述。,Anchorage Failure in Column/Footing Joint 纵筋在基础锚固长度不足,
