钢筋混凝土材料的物理力学性能
钢筋和混凝土的力学性能
规范规定轴心抗拉强度标准值ftk与立方体抗压强度标准值fcu,k 的关系为：
ftk 0.880.395 fcu,k0.55(11.645 )0.45 c2
c2
高强混凝土的脆性折减系数，C40以下取1.00，C80取0.87，中
间线性插值。
0.88 考虑实际构件与试件混凝土之间的差异等，引入的修正系数。
中高强钢丝和钢绞线强度较高，均无明显的屈服点和屈服台阶，主要用于预应 力混凝土结构。
热处理钢筋，将强度大致相当于Ⅳ级热轧钢筋的某些特定品种热轧钢筋通过加热 、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，但无明显的屈服点和 屈服台阶。主要用于预应力混凝土结构。
硬钢的应力应变曲线
N/mm2
1600σ σ0.2
150×150×150
C
200×200×200
A、B、C三个试块，材料、养护条件等均相同，三者强度的大小关系？
A>B> C，为什么？
试验方法方面 试件形状、尺寸、加载速度等 （3）润滑剂
涂润滑剂
涂润滑剂
A
B
150×150×150
150×150×150
A、B两个试块，材料、养护条件等均相同，二者强度的大小关系？（A>B）
储备，fy/σb=0.6~0.7。
不同级别热轧钢 筋的应力应变曲线
热轧钢筋级别越高，强度越 高，屈服平台越 ，塑短性越 。差
塑性性能
伸长率
l
l’
l'l 100%
l
伸长率越高，塑性性能越好。
冷弯性能
把钢筋在常温下围绕直径为D的辊轴弯转α角而要求不发生裂纹。
冷弯直径越小，角度 越大，塑性越好。
（3）钢筋的冷拉和冷拔
2混凝土结构材料的物理力学性能
2混凝土结构材料的物理力学性能本章提要钢筋和混凝土的物理力学性能以及共同工作的性能直接影响混凝土结构和构件的性能，也是混凝土结构计算理论和设计方法的基础。
本章介绍了钢筋和混凝土在不同受力条件下强度和变形的特点，以及这两种材料结合在一起共同工作的受力性能。
2.1钢筋2.1.1钢筋的品种和级别混凝土结构中使用的钢筋按化学成分可分为碳素钢和普通低合金钢两大类。
碳素钢除含有铁元素外，还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素。
根据含碳量的多少，碳素钢又可分为低碳钢（含碳量小于0.25%）、中碳钢（含碳量为0.25%~0.6%）和高碳钢（含碳量为0.6%~1.4%），含碳量越高，钢筋的强度越高，但塑性和可焊性越低。
普通低合金钢除含有碳素钢已有的成分外，再加入一定量的硅、锰、钒、钛、铬等合金元素，这样既可以有效地提高钢筋的强度，又可以使钢筋保持较好的塑性。
由于我国钢材的产量和用量巨大，为了节约低合金资源，冶金行业近年来研制开发出细晶粒钢筋，这种钢筋不需要添加或只需添加很少的合金元素，通过控制轧钢的温度形成细晶粒的金相组织，就可以达到与添加合金元素相同的效果，其强度和延性完全满足混凝土结构对钢筋性能的要求。
按照钢筋的生产加工工艺和力学性能的不同，《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）规定用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构中的钢筋或钢丝可分为热轧钢筋、中强度预应力钢丝、消除应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋等，见附表4和附表5。
热轧钢筋是由低碳钢、普通低合金钢或细晶粒钢在温度状态下轧制而成，有明显的屈服点和流幅，断裂时有“颈缩”现象，伸长率较大。
热轧钢筋根据其强度的高低可分为HPB300级（符号 ）、HRB335级（符号）、HRBF335级（符号）、HRB400级（符号）、HRBF400级（符号）、RRB400级（符号）、HRB500级（符号）、HRBF500级（符号）。
其中HPB300级为光面钢筋，HRB335级、HRB400级和HRB500级为普通低合金热轧月牙纹变形钢筋，HRBF335级、HRBF400级、HRBF500级为细晶粒热轧月牙纹变形钢筋，RRB400级为余热处理月牙纹变形钢筋，余热处理钢筋是由轧制的钢筋经高温淬水、余热回温处理后得到的，其强度提高，价格相对较低，但可焊性、机械连接性能及施工适应性稍差，可在对延性及加工性要求不高的构件中使用，如基础、大体积混凝土以及跨度及荷载不大的楼板、墙体。
第1章 钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能
第一篇钢筋混凝土结构第1章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能1.1 钢筋混凝土结构的基本概念钢筋混凝土结构是由配置受力的普通钢筋或钢筋骨架的混凝土制成的结构。
混凝土（砼）是一种人造石料，其抗压能力很高，而抗拉能力很弱。
采用素混凝土制成的构件（指无筋或不配置受力钢筋的混凝土构件），例如素混凝土梁，当它承受竖向荷载作用时[图1-1a）]，在梁的垂直截面（正截面）上受到弯矩作用，截面中和轴以上受压，以下受拉。
当荷载达到某一数值F c时，梁截面的受拉边缘混凝土的拉应变达到极限拉应变，即出现竖向弯曲裂缝，这时，裂缝处截面的受拉区混凝土退出工作，该截面处受压高度减小，即使荷载不增加，竖向弯曲裂缝也会急速向上发展，导致梁骤然断裂[图1-1b）]。
这种破坏是很突然的。
也就是说，当荷载达到F c的瞬间，梁立即发生破坏。
F c为素混凝土梁受拉区出现裂缝的荷载，一般称为素混凝土梁的抗裂荷载，也是素混凝土梁的破坏荷载。
由此可见，素混凝土梁的承载能力是由混凝土的抗拉强度控制的，而受压混凝土的抗压强度远未被充分利用。
在制造混凝土梁时，倘若在梁的受拉区配置适量的纵向受力钢筋，就构成钢筋混凝土梁。
试验表明，和素混凝土梁有相同截面尺寸的钢筋混凝土梁承受竖向荷载作用时，荷载略大于F c时的受拉区混凝土仍会出现裂缝。
在出现裂缝的截面处，受拉区混凝土虽退出工作，但配置在受拉区的钢筋将可承担几乎全部的拉力。
这时，钢筋混凝土梁不会像素混凝土梁那样立即裂断，而能继续承受荷载作用[图1-1c）]，直至受拉钢筋的应力达到屈服强度，继而截面受压区的混凝土也被压碎，梁才破坏。
因此，混凝土的抗压强度和钢筋的抗拉强度都能得到充分的利用，钢筋混凝土梁的承载能力可较素混凝土梁提高很多。
图1－1 素混凝土梁和钢筋混凝土梁a)受竖向力作用的混凝土梁b)素混凝土梁的断裂c)钢筋混凝土梁的开裂混凝土的抗压强度高，常用于受压构件。
若在构件中配置钢筋来构成钢筋混凝土受压构件，试验表明，和素混凝土受压构件截面尺寸及长细比相同的钢筋混凝土受压构件，不仅承载能力大为提高，而且受力性能得到改善（图1-2）。
钢筋混凝土结构的基本概念
fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2
第一章
钢筋混凝土梁
150 300
2f16
Pcr = 9.7kN sc= ft
ft
2500
fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2
开裂前,与素混凝土梁受力类似.当梁底应力达到ft时,梁受拉区将 开裂.
sscc= ft
ft fy
2500
fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2
当钢筋应力达到屈服后,钢筋所能承受的拉力不能再继续增加.梁 的承载力比开裂前有很大增加.
第一章
钢筋混凝土梁
Pu ≈ 52.5kN
Py ≈ 50.0kN
150
Pcr = 9.7kN
300
sc= ft
徐变:混凝土在荷载的长期作用下,其变形随 时间而不断增长的现象称为徐变.
徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大,引起预应力 损失,在长期高应力作用下,甚至会导致破坏.
不过,徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布,降低结 构的受力（如支座不均匀沉降）,减小大体积混凝土内的温度应 力,受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现.
因此,混凝土最大应变对应的不是最大应力, 最大应力对应的也不是最大应变.
影响混凝土应力-应变曲线形状的因素很多, 如混凝土强度、组成材料的性质及配合比、试验 方法及约束情况等.
s (MPa)
C80
60
C60
fc
40
C40
20
0.3fc
C20
0
0.002 0.004 0.006 0.008 0.01
第一章 钢筋混凝土结构的基本概念 及其材料的物理力学性能
工程结构上简答题资料 2
0 绪论1.钢筋混凝土结构有什么优缺点？主要优点：（1）取材容易 （2）耐火、耐久性好（3）可模性、整体性好 （4）保养费低缺点：（1）自重大 （2）抗裂性能差（3）费工、费模板，现场施工周期长，且受季节性影响2、钢筋和混凝土两种材料的物理和力学性能不同，为什么能够结合在一起共同工作？（1）钢筋和混凝土之间有良好的粘结力，促成钢筋和混凝土两种性质不同的材料在荷载作用下能有效地共同受力，并保证钢筋与相邻混凝土变形一致。
（2）钢筋和混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数。
（3）混凝土包裹着钢筋，起着保护钢筋免遭锈蚀的作用，加强了结构的耐久性。
1 钢筋混凝土材料的物理力学性能 1. 混凝土单轴受压时的应力应变曲线有何特点混凝土单轴受压时的应力应变曲线包括了上升段和下降段两个部分。
上升段：①从加载至混凝土应力为c c f 3.0≤σ，由于应力较小，混凝土变形主要为弹性变形，应力-应变关系接近直线。
②混凝土应力为()c c f 8.0~3.0=σ，混凝土呈现弹塑性性能，应变的增长比应力的增长得块，内部裂缝处于稳态发展。
③内部裂缝非稳态地快速发展，塑性变形显著增长，直至到达峰值，混凝土应力为c c f =σ。
下降段：混凝土到达峰值应力后，裂缝继续迅速发展，并出现贯通的竖向裂缝，内部结构的粘结受到院中破坏，应力下降而应变急剧增大，应力-应变曲线向下弯曲，曲线较陡，当应变达到0.0033时，曲线凹向发生变化，出现反弯点，这时，贯通的竖向主裂缝宽度较大，混凝土内部的粘结已完全丧失，试件破坏。
2.钢筋的应力应变曲线分为哪两类各有什么特征？钢筋限值如何确定？钢筋的应力应变曲线分为有明显屈服点的（称为软钢）和无明显屈服点的(称为硬钢)两类。
软钢的应力应变曲线如图2-1所示，曲线可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段。
有明显流幅的钢筋有两个强度指标：一是屈服强度，这是钢筋混凝土构件设计时钢筋强度取值的依据，因为钢筋屈服后产生了较大的塑性变形，这将使构件变形和裂缝宽度大大增加以致无法使用，所以在设计中采用屈服强度y f 作为钢筋的强度极限。
第2章混凝土结构材料的物理力学性能
第 二 章
目录 上一章
下一章
HELP
l l0 100% l0
混凝土结构设计原理
伸长率
l l
1
5 10 : 100 :
l1 l 100% l : l 5d l 10d l 100mm
第 二 章
目录 上一章
低 碳：C<0.25%
含碳万分数 中 碳：C=0.25 ～ 0.6% 高 碳：C>0.6%
下一章
HELP
含锰、硅、钒的百分数，取整。
混凝土结构设计原理
本章重点 了解并掌握土木工程用钢筋的品种、级别、 性能、强度指标及其选用原则； 掌握钢筋混凝土结构中混凝土的强度指标， 重点掌握混凝土的立方体抗压强度指标； 掌握钢筋混凝土结构中钢筋和混凝土的应力 -应变曲线关系； 掌握混凝土在长期荷载作用下随时间增长而 增长的变形—徐变； 掌握混凝土的变形模量，混凝土的收缩变形 以及钢筋和混凝土之间粘结应力的组成。
为了使钢筋冷拉时效后， 既能显著提高强度，又使 钢材具有一定的塑形，应 合理选择张拉控制点K’，K’ 点相对应的应力称为冷拉 控制应力，K点相对应的应 变称为冷拉率。冷拉工艺 分为控制应力和控制应变 （冷拉率）两种方法。
下一章
HELP
混凝土结构设计原理
钢筋的冷弯性能
钢筋的冷弯性能是检验钢筋韧性、内部质量和加工可 适性的有效方法。冷弯性能也是评价钢筋塑性的指标， 弯芯的直径 越小，弯折角 越大，说明钢筋的塑性越好。 冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。 钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。
下一章
混凝土结构设计原理
绪论钢筋与混凝土能共同工作的原因：（1）钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力；（2）钢筋与混凝土具有相近的温度线膨胀系数（钢材为 1.2×10-5，混凝土为(1.0~1.5)×10-5），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏；（3）混凝土对钢筋具有一定的保护作用。
第一章钢筋混凝土材料的物理力学性能1.立方体抗压强度fcu,k>轴心抗压强度fck>轴心抗拉强度ftk2.双向应力状态或三向应力状态：（1）双向压应力作用下，一向的抗压强度随另一向压应力的增加而增加;双向拉应力作用下，混凝土一向抗拉强度基本上与另一向拉应力的大小无关。
即双向受拉的混凝土强度与单向受强度基本一样：一向受拉一向受压时，无论是抗拉强度还是抗压强度都要降低。
（2）在三向受压状态中，由于侧向压应力的存在，混凝土受压后的侧向变形受到了约束，延迟和限制了沿轴线方向的内部微裂缝的发生和发展，因而极限抗压强度和极限压缩应变均有显著的提高，并显示了较大的塑性。
2.混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。
3.徐变的影响因素（1）内在因素是混凝土的组成和配比。
骨料的刚度（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。
构件尺寸越大，徐变越小。
（2）环境影响包括养护和使用条件。
受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。
采用蒸汽养护可使徐变减少（20~35）%。
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。
4.收缩：混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。
5.钢筋按力学性能分为：一类是具有明显的物理屈服点的钢筋（软钢）另一种是无明显的物理屈服点的钢筋（硬钢）。
6.混凝土结构对钢筋性能的要求：○1强度：钢筋应具有可靠的屈服强度和极限强度，钢筋的强度越高，钢材的用量越少。
钢筋和混凝土的物理力学性能
相同。
a
3
轴心抗压强度fc
fc<fcu
棱柱体抗压强度平均值与立方体抗压强度平均值之间存在线性 关系，比值大概在0.7~0.92之间。
规范规定：轴心抗压强度标准值fck与立方体抗压强度标准值fcu,k 之间的关系如下式：
fck0.88c1 f c2 c,uk
c1
棱柱体强度与立方体强度之比，C50以下取0.76，C80取0.82,中 间按线性插值。
➢加载速度较快时，fc有所提高，曲线比较陡。
➢加载速度缓慢时，fc略有降低，曲线（尤其是下降段）平缓， ε0和εcu
增大。
a
14
（4）砼的弹性模量和变形模量
σ
匀质弹性材料
α 0
σ
混凝土
0
E tg
ε
E ?
ε
σ
变形量Ec’
混凝土应力应变曲线上任一点对应 的应力和应变之比，也称“割线模量”
0'
0.88 考虑实际构件与试件混凝土之间的差异等，引入的修正系数。
混凝土强度变异系数。
a
6
二、复合应力状态下的混凝土强度
在钢筋混凝土结构中，混凝土一 般处于复合应力状态。
双向应力状态：
σ1
σ2
σ2
σ1
当双向受压时，一向的抗压强度随另一向应力的增加而增加。
当一向受拉、一向受压时，混凝土的抗压强度随另一向拉应力的增 加而降低。
Ec'
c c
tg0'
随着应力增加而减小
ε
a
15
弹性模量Ec
混凝土应力与相应的弹性应 变之比，也称“原点切线模量”
Ec
c ce
若无边长为150mm的立方体试件，也可用边长为100mm或200mm的 试件代替，但测得的强度应乘以相应的换算系数：
钢筋混凝土结构原理1材料的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 3 硬钢的应力—应变曲线
石家庄铁路职业技术学院
d ——极限抗拉强度 e ——极限应变
条件屈服强度： 取残余应变为0.2%所对应的应力作为无明显流幅钢筋
的强度限值，通常称为条件屈服强度。
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 4 钢筋的应力—应变简化模型
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 1 钢筋的种类及符号说明
预应力钢筋的屈服强度
种类
钢绞线
1×3 1×7
消除应力钢丝 热处理钢筋
光面螺旋肋
刻痕 40Si2Mn 48Si2Mn
45Si2Cr
石家庄铁路职业技术学院
符号
φS
φP φH φI
fptk 1860 1720 1570 1860 1720 1770 1670 1570 1570
fpy
f'py
1320
1220 390
1110
1320 390
1220
1250
1180 410
1110
1110 410
φHT
1470 1040 400
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 2 软钢的应力—应变曲线
石家强度 e ——极限应变 ob ——弹性阶段 bc ——屈服阶段 cd ——强化阶段 de ——破坏阶段
影响因素：
尺寸效应：尺寸越大，内部缺陷较多， 强度较低。 加载速度：加载速度越快，强度越低。
端部约束：涂润滑油 ，强度降低。
1.2 混凝土的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 1 立方体抗压强度
石家庄铁路职业技术学院
混凝土结构设计原理第2章混凝土结构材料的物理力学性能2
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
1）混凝土的双向（法向）受力强度
第一象限：双拉 第三象限：双压 第二、四象限：拉压 结论： 结论： 强度接近于单拉强度； 双拉强度接近于单拉强度 双拉强度接近于单拉强度； 双压强度比单压强度有很大 双压强度比单压强度有很大 提高（最多可提高27 27％ 提高（最多可提高27％）； 双向拉压异号应力使强度 双向拉压异号应力使强度 拉压 降低。 降低。
2.1 混凝土的物理力学性能
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
2）混凝土在剪应力和正应力共同作用下的复合强度 ）
混凝土的抗剪强度： 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 应力增大而减小， 当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大；压应力继续 左右时，抗剪强度达到最大； 大；当压应力在 增大，由于内裂缝发展明显， 增大，由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力增大而减小 结论： 结论：剪＋压强度低于单压强度 剪应力使抗拉强度降低
A点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主要是弹 点以前，微裂缝没有明显发展， 性变形，应力-应变关系近似直线 应变关系近似直线。 性变形，应力 应变关系近似直线。A点应力随混凝土强 度的提高而增加，对普通强度混凝土σ (0.3～ 度的提高而增加，对普通强度混凝土 A约为 (0.3～ 0.4)fc， 对高强混凝土σA可达(0.5～0.7)fc。 对高强混凝土 可达(0.5～ (0.5 A点以后，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所延伸 点以后，由于微裂缝处的应力集中， 发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力-应 变曲线逐渐偏离直线。 变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝土的横向 变形增加。但该阶段微裂缝的发展是稳定扩展的。 变形增加。但该阶段微裂缝的发展是稳定扩展的。
钢筋混凝土结构材料—混凝土的强度
-0.2
压时（右图中二、 σ2 / fc 1.2
0.6 0.4 0.2
四象限）混凝土的
1.0 0.8 0.2
强度均低于单向受
Ⅲ 压-压
力（压或拉）的强
度。
σσ22==22σσ11
0.4
σ1
σ2
σ2
0.6
σ1
0.8
1.0
Ⅰ拉-拉
-0.2
Ⅳ 压-拉
1.2
σ1=σ2
σ1=2σ2
σ1 / fc
双向正应力状态下混凝土强度变化曲线
1. 单向应力状态下的混凝土强度
（3） fc,k与fcu,k的关系：
fck 0.88c1c2 fcu,k （1.1-1）
式中:αc1—混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度 的比值，C50及以下的混凝土取0.76，对C80取 0.82，中间按照线性内插; αc2—考虑混凝土脆性的折减系数，C40及以下取 1.0，对C80取0.87，中间按线性内插。
c）承压板和试件上下 表面之间涂以润滑剂
立方体抗压强度试件
1. 单向应力状态下的混凝土强度
➢ 试件尺寸（尺寸效应）
试件尺寸
强度折减系数 （关于立方体强度）
150×150×150
1.0
200×200×200
1.05
100×100×100
0.95
1. 单向应力状态下的混凝土强度
➢ 试验时混凝土的龄期
1. 单向应力状态下的混凝土强度
方法二：劈裂试验
1. 单向应力状态下的混凝土强度
除垫条附近外，在试件中间垂直面上就产 生了拉应力，它的方向与加载方向垂直，并且 基本上是均匀的，当拉应力达到混凝土的抗拉 强度时，试件即被劈裂成两半。
《混凝土结构设计原理》第二章_课堂笔记
《混凝土结构设计原理》第二章 材料的物理力学性能 课堂笔记◆ 学习要点：钢筋砼的组成为非匀质的，又由于混凝土材料组成的非均匀性以及具有显著的非弹性性能，因此其力学性能与匀质弹性材料有很大的差异。
对钢筋和砼材料力学性能的了解，包括其强度和变形性能，以及对二者相互作用的了解是掌握钢筋砼构件受力特点，确立计算方法，制定构造措施的基础。
◆ 主要内容混凝土及其力学性能混凝土的组成、强度指标及其换算关系、变形性能、其它性能(疲劳、收缩、徐变)、钢筋及其力学性能。
钢筋品种、级别和型号、力学性能及性能要求。
钢筋与混凝土的粘结◆ 学习要求1、掌握混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度和轴心抗拉强度的测定方法和换算关系。
2、了解影响硷强度的因素，掌握砼应力一应变曲线特点，理解复合应力下硷强度和变形特点。
3、了解混凝土收缩、徐变现象及其影响因素；理解收缩、徐变对钢筋混凝土结构的影响。
4、了解钢筋的品种级别和使用范围。
掌握钢筋的应力一应变曲线的特点和强度的取值标准:，◆ 重点难点混凝土的强度及其影响因素，复合应力状态下的强度。
混凝土受压应力一应变关系的特征值。
混 凝土的收缩与徐变及其影响因素，一、混凝土（一）混凝土的组成结构砼是由水泥石(水泥胶结料)和骨料（石料)组成的一种内部结构复杂的复合材料。
从微观看：砼是不均匀的多相材料，存在许多内部微裂缝，这与其物理力学性能有密切的关系。
从宏观看：混凝土是粗骨料均匀分散在连续的砂浆基材中的两相材料，可视为各向同性的。
（二）混凝土的强度混凝土的强度是混凝土力学.隆能中的主要指标。
在工程中常用的混凝土强度指标有： ·立方体抗压强度fcu ·轴心抗压强度fc ·轴心抗拉强度ft1、混凝土立方体抗压强度砼立方体抗压强度是其力学性能中最基本的指标，也是评定fc 强度等级的标准。
砼强度等级是指按照标准方法制作养护的边长为150mm ，的立方体试件，在28天龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度标准值 。
钢筋和混凝土两种物理力学性能不同的材料能够共同工作的原因
1 钢筋和混凝土两种物理力学性能不同的材料能够共同工作的原因P1 ：a 混凝土石化后,钢筋和混凝土之间存在粘结力,使两者之间能传递力和变形.粘结力是使这两种不同性质的材料能够共同工作的基础。
b 钢筋和混凝土两种材料的线膨胀系数接近,钢筋为1.2X10-5K-1，混凝土为（1.0~1.5）X10-5K-1,所以当温度变化时,钢筋和混凝土的粘结力不会因两者之间过大的相对变形而破坏.2 预应力混凝土结构采用的钢筋种类P163：目前国内常用的预应力钢材有:高强光面钢丝,刻痕钢丝,高强钢绞线和热处理钢筋,以及强度等级较高的冷拉钢筋等.对于中小构件中的预应力钢筋,也可采用冷拔中强钢丝和冷拔低碳钢丝3 热轧钢筋和冷拉钢筋属于有明显屈服点的钢筋;钢丝和热处理钢筋属于无明显屈服点的钢筋.4 钢筋的蠕变、松驰和疲劳的概念钢筋在高应力作用下，随时间的增长，其应变继续增加的现象为蠕变。
钢筋受力后，若保持长度不变，则其应力随时间的增长而降低的现象称为松驰。
钢筋的疲劳破坏是指钢筋在承受重复、周期动荷载作用下，经过一定次数后，从塑性破坏的性质转变成脆性突然断裂的现象。
5 荷载作用下，混凝土的应力-应变曲线特征（分成3个阶段和各阶段特点）P15 OA段：σ≤0.3f0c混凝土表现出理想的弹性性质，应力应变关系呈直线变化，混凝土内部的初始微裂缝没有发展 AB段：σ=(0.3-0.8) f0c混凝土开始表现出越来越明显的非弹性性质，应力应变关系偏离直线，应变增长速度比应力增长速度快。
混凝土内部的微裂纹已有所发展，但处于稳定状态。
BC段：σ=(0.8-1.0) f0c，应变增长速度进一步加快，应力-应变曲线的斜率急剧减小，混凝土内部微裂缝进入非稳定发展的阶段。
6 混凝土的徐变概念，影响徐变的因素、如何影响混凝土在荷载长期作用下产生随时间增长的变形称为徐变。
混凝土的组成成分和配合比直接影响徐变的大小。
骨料的弹性模量愈大，骨料体积在混凝土中所占的比重愈高，则由凝胶体流变后转给骨料压力所引起的变形愈小，徐变亦愈小。
钢筋混凝土材料力学性能
钢筋混凝土材料的力学性能1．《规范》规定钢筋混凝土结构（包括预应力钢筋混凝土结构）中的钢筋有哪几种，其等级如何？答：《规范》规定钢筋混凝土结构（包括预应力钢筋混凝土结构）中的钢筋有以下几种：（1）热轧钢筋：是低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成，包括光圆钢筋和带肋钢筋。
等级分为HPB235级，HRB335级，HRB400级，HRB500级。
（2）余热处理钢筋：热轧后立即穿水，进行表面控制冷却，然后利用芯部自身余热完成回火处理所得成品钢筋。
钢筋混凝土中常用RRB400级。
（3）热处理钢筋：是将热轧钢筋在通过加热、淬火和回火等调质工艺处理的钢筋。
热处理后钢筋强度能得到较大幅度的提高，而塑性降低并不多。
常用的有三种，分别是40Si2Mn，48Si2Mn，45Si2Cr。
（4）冷轧带肋钢筋：采用强度较低、塑性较好的普通低碳钢或低合金钢热轧圆盘条作为母材，经冷轧减径后其表面形成二面或三面有月牙肋的钢筋，根据其力学指标的高低，分为LL550，LL650，LL800三种。
《规范》规定预应力混凝土结构中用的钢丝按外形有下列几类：（1）光面钢丝（消除应力钢丝）：用高碳镇定钢轧制成圆盘后经过多道冷拔，并进行应力消除矫直回火处理而成。
（2）刻痕钢丝：在光面钢丝的表面上进行机械刻痕处理，以增加与混凝土的粘结能力。
（3）螺旋肋钢丝：是用普通低碳钢或低合金钢热轧的圆盘条作为母材，经冷轧减径在其表面形成二面或三面有月牙肋的钢丝。
（4）钢绞线：是由多根高强钢丝捻制在一起，并经低温回火处理清除内应力后制成。
可分为2股、3股、7股3种。
2．上述种类钢筋的受力和变形有何特点？答：在上述钢筋种类中，热轧钢筋为软钢，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；冷轧带肋钢筋、热处理钢筋、光面钢丝、刻痕钢丝、螺旋形钢丝及钢绞线均为硬钢，它们的应力-应变曲线没有明显的屈服点，伸长率小，质地硬脆。
从各级热轧钢筋和光面钢丝的应力-应变曲线中可以看出：随着钢材强度的提高其塑性性能降低，HPB235级钢筋有较好的塑性，但强度较低，碳素钢丝虽强度很高，但塑性较差。
混凝土结构材料的物理力学性能
第二章混凝土结构材料的物理力学性能教学重点：掌握各种材料性能的特性，钢筋及混凝土各自的应力应变关系，影响材料强度及变形大小的因素，从而为以后学习本课程或使用材料时打下基础。
教学内容：1.钢筋：钢筋的成份、种类和级别，钢筋的应力应变曲线，钢筋的塑性性能，钢筋的冷加工。
2.混凝土：立方体抗压强度，影响混凝土强度的因素，轴心抗压强度，轴心抗拉强度。
混凝土的变形：混凝土在一次短期加载时的应力应变性能，混凝土的变形模量。
混凝土的徐变。
混凝土的收缩。
3.钢筋与混凝土之间的粘结力。
2.1 混凝土的物理力学性能2.1.1 混凝土的组成结构普通混凝土是由水泥、砂、石材料用水拌合硬化后形成的人工石材，是多相复合材料。
混凝土组成结构是一个广泛的综合概念，包括从组成混凝土组分的原子、分子结构到混凝土宏观结构在内的不同层次的材料结构。
通常把混凝土的结构分为三种基本结构类型：微观结构即水泥石结构；亚微观结构即混凝土中的水泥砂浆结构；宏观结构即砂浆和粗骨料两组分体系。
微观结构(水泥石结构)由水泥凝胶、晶体骨架，未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成，其物理力学性能取决于水泥的化学矿物成分、粉磨细度、水灰比和凝结硬化条件等。
混凝上的宏观结构与亚微观结构有许多共同点，可以把水泥砂浆看作基相．粗骨料分布在砂浆中，砂浆与粗骨料的界面是结台的薄弱面。
骨料的分布以及骨料与基相之间在界面的结合强度也是重要的影响因素。
浇注混凝上时的泌水作用会引起沉缩，硬化过程中由于水泥浆水化造成的化学收缩和干缩受到骨料的限制，会在不同层次的界面引起结合破坏，形成随机分布的界面裂缝。
混凝土中的砂、石、水泥胶体中的晶体、未水化的水泥颗粒组成了错综复杂的弹性骨架，主要承受外力，并使混凝土具有弹性变形的特点。
而水泥胶体中的凝胶、?L隙和界面初始微裂缝等，在外力作用下使混凝土产生塑性变形。
另一方面，混凝土中的孔隙、界面微裂缝等缺陷又往往是混凝土受力破坏的起源。
在荷载作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。
1RC结构材料的物理力学性能
应该指出，世界各国规范中用以确定混凝土强度等级的 试件形状和尺寸不尽相同，有采用立方体试件，也有采用圆 柱体试件。采用立方体强度划分混凝土强度等级的国家除中 国外，尚有德国(200mm立方体)、俄罗斯 (150mm立方体)和 英国(150mm立方体)等；采用圆柱体强度的有美国、日本等， CEB-FIP制订的《国际标准规范》亦采用圆柱体强度，试件 的尺寸为直径6 in(约为150mm)，高度12in(约为300mm)，其 标准强度称为特征强度。根据我国的试验资料，圆柱体强度 与150mm立方体强度之比为0.83~1.04，平均值为0.94；但过 去我国习惯于按与200mm立方体强度之比为0.85进行换算。 考虑到新旧规范立方体强度试件尺寸和取值保证率的不同， 圆柱体强度与《桥规》（JTG D62-2004）规定的边长为 150mm立方体强度之比，可近似地按0.85换算。
µ fc = µ Ω 0 µ
s fc
= 0 . 88 αµ
s f 150
假定构件混凝土柱体抗压强度的变异系数与立方体 抗压强度的变异系数相同，则构件混凝土柱体抗压强度 标准值为:
f ck = µ fc (1 − 1 . 645 δ = 0 . 88 αµ
s f 150Байду номын сангаас
fc
)
f 150
(1 − 1 . 645 δ
混凝土轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系
轴心抗拉强度的平均值为 构件混凝土轴心抗拉强度的平均值为: 构件混凝土轴心抗拉强度的平均值为
µ ft = µ Ω 0 µ = 0.88 × 0.395( µ
s ft
s 0.55 f 150
)
构件混凝土轴心抗拉强度的标准值（保证率为 构件混凝土轴心抗拉强度的标准值（保证率为95%）为: 轴心抗拉强度的标准值 ）
第二章-钢筋混凝土材料的物理力学性能
2.2 混凝土的物理力学性能
第2章 材料的物理力学性能
2.2 混凝土的物理力学性能
第2章 材料的物理力学性能
的抗拉强度，不提高抗压强度，且塑性下降。 冷拔，经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅，可同时提
高 钢冷材加的工抗钢拉筋和主抗要压用强于度对，延塑性性要降求低不很高多的。板类构件，或作为
非受力构造钢筋。由于冷加工钢筋的性能受母材和冷加工 工艺的影响，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010） 中未列入冷加工钢筋，工程应用时可按相关的冷加工钢筋 技术标准执行。
光面钢筋 人字纹钢筋
螺纹钢筋
月牙纹钢筋
2.1 钢筋的物理力学性能
第2章 材料的物理力学性能
钢丝是由热轧钢筋经冷拔而成，根据原材料不同又分为：
碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、 回火处理而成 刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘 结力 钢绞线：若干根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起 冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成
新《规范》采用 钢筋最大拉力下 的总伸长率（均 匀伸长率）来表 示钢筋的变形能 力。
gt
l (
l0 l0
b
Es
) 100%
2.1 钢筋的物理力学性能
第2章 材料的物理力学性能
（2）冷弯性能： =90°,180 °,反复弯曲要求：冷 弯过程中无裂缝、鳞落或断裂。 D越小，弯过的角度越大，冷弯 性能越好，反复次数愈高，要求 愈高。
2.2 混凝土的物理力学性能
第2章 材料的物理力学性能
2.2 混凝土的物理力学性能
第2章 材料的物理力学性能
钢筋混凝土的力学性能
钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土是一种常见且广泛应用的建筑材料，其独特的力学性能使得它成为了许多结构工程的首选材料之一。
本文将介绍钢筋混凝土的力学性能，包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度。
1. 抗压强度钢筋混凝土的抗压强度是指材料能够承受的最大压缩力。
通常用单位面积上的最大抗压应力表示，单位为兆帕（MPa）。
混凝土的抗压强度主要取决于混凝土的配合比、水胶比和混凝土的龄期等因素。
一般来说，混凝土的强度随着时间的增加而增强，而在龄期较低时，则容易出现早期抗压强度低的情况。
钢筋的加入可以提高钢筋混凝土的抗压强度，因为钢筋具有较高的强度。
2. 抗拉强度钢筋混凝土的抗拉强度是指材料能够承受的最大拉伸力。
由于混凝土的抗拉强度相对较低，因此在设计结构时通常使用钢筋来抵抗拉伸力。
钢筋的引入可以显著提高钢筋混凝土的抗拉强度，钢筋在拉力作用下具有较高的强度和延性。
在实际施工过程中，为了保证混凝土结构的安全性，常常采用预应力或者加固措施来增强混凝土的抗拉强度。
3. 抗剪强度钢筋混凝土的抗剪强度是指材料能够承受的最大剪切力。
在施加剪切力时，混凝土结构容易出现剪切破坏。
为了增强钢筋混凝土的抗剪强度，常常在梁的预制过程中设置横向钢筋。
横向钢筋的加入可以增加混凝土的抗剪承载能力，并且提高了结构的抗剪强度。
4. 抗弯强度钢筋混凝土的抗弯强度是指材料可以承受的最大弯曲力矩。
在现实工程中，许多结构承受着弯曲荷载或者弯矩。
为了保证结构的稳定性和安全性，钢筋混凝土中的钢筋起到了关键的作用。
钢筋的加入可以提高混凝土的抗弯强度，从而使钢筋混凝土结构能够承受更大的弯曲力矩。
综上所述，钢筋混凝土的力学性能可以通过抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度来衡量。
钢筋混凝土是一种具有良好力学性能的结构材料，广泛应用于建筑工程和基础设施建设中。
在实际应用中，合理优化钢筋混凝土的组合比例和配筋方案，可以进一步提高其力学性能，满足工程的设计要求。
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（一）立方体抗压强度 fcu （参见录像01） 如何测定？ 破坏形式和原理？
混凝土的强度和哪些因素有关？如何影响？
•由于尺寸效应的影响：fcu(150) = 0.95 fcu(100) fcu(150) = 1.05 fcu(200)
（二）混凝土的强度等级
水电工程根据强度，从C10~C60共划分为11个强度等级，级 差为5N/mm2。
徐变性质：
线性徐变 初应力 c0.5fc
徐变与初应力呈正比，趋于稳定
非线性徐变
c > 0.5fc
当c > 0.8fc ，徐变发展最终导致破坏
0.8fc 作为混凝土的长期抗压强度。
徐变对结构的影响（有利和不利）： 使构件的变形增加； 在截面中引起应力重分布； 在预应力混凝土结构中引起预应力损失。
(Ⅱ级和Ⅲ级) 钢筋强度高，多作为钢筋混凝土构件 的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用Ⅱ级钢筋作箍 筋。
钢绞丝、钢丝和热处理钢筋一般用于预应力混凝土 结构。
二、钢筋的力学性能
• 钢筋的－ 曲线
P
A
l P
P
A
l
l
由力学性能不同分成：
软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、 冷拉钢筋)
硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(钢丝、热 处理钢筋)
• 冷拉对钢材性能的影响: 屈服强度提高了，但流幅缩短；钢材
变硬变脆了；对承受冲击荷载和重复荷载是不利的。
（四） 钢筋的蠕变、松弛和疲劳
• 钢筋在高应力作用下，随时间增长其应变继续 增加的现象为蠕变。
• 钢筋受力后，若保持长度不变，则其应 力随时 间增长而降低的现象称为松弛。
• 钢筋的疲劳破坏是指钢筋在承受重复、周期动 荷载作用下，经过一定次数后，从塑性破坏的性 质转变成脆性突然断裂的现象。
为什么棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度？ 如何换算？
（四）轴心抗拉强度 ft
ft仅相当于fcu的1/9~1/18 测量方法：
ft=2P/πd2
（五）复合应力状态下的混凝土强度
实际结构中混凝土很少受于单向受力状态。更多的 是处于双向或三向受力状态。如混凝土拱坝、核电站 的安全壳等。
参见录象（04双向复合受力强度）
延 伸 率：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
5
or
10
l
l0 l0
屈 强 比反映钢筋的强度储备，
fy/fu=0.6~0.7。
弹性变形e
残余变形r
(二)硬钢 无明显屈服点的钢筋
fu
0.2
a
0.2%
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——条件屈服强度
二、混凝土的变形
（一）单轴受压应力-应变关系
如何能画出曲线的下降段？
fc
•C
B• •D
•A
0 0
OA––– 弹性阶段
•E
cu
A : 0.3fc
AB.8fc 裂缝稳定阶段
BC––– 裂缝不稳定阶段 : 0.8 fc～ 1.0 fc
特征点：
fc ––– 轴心抗压强度
C50以上为高强混凝土。
补充说明：
（四） 轴心抗压强度 fc
真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度。
所以是构件设计时所采用的强度种类，但还要将该标准值变为设计值。
棱柱体试件高宽比一般为h/b=3~4通常取 150mm×150mm × 300mm或 150mm× 150mm× 450mm 标准试件。
(一)软钢 有明显屈服点的钢筋 Rebar with yield point
fu
fy
b a
a’ c d
a’为比例极限 proportional limit
e
=Es
f a为弹性极限 elastic limit
b为屈服上限 upper yield strength
c为屈服下限，即屈服强度 fy lower yield strength
cd为屈服台阶 yield plateau
de为强化段 strain hardening stage
e为极限抗拉强度 fu
ultimate tensile strength
几个指标(Index)：
屈服强度：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。
变形内容：
（一）单轴受压应力-应变关系
受
力 变
（二） 混凝土在多次重复荷载下的应力－应变关系
形
（四） 混凝土的徐变
体
积 变
（五） 混凝土的温度变形和收缩
形
1.3 钢筋和混凝土的粘结
1.3 钢筋和混凝土的粘结
•混凝土的疲劳抗压强度，用符号
f
f c
表示。
•结合曲线说明
（三） 混凝土的弹性模量
初始弹性模量；
弹性状态 （拉、压相等）
割线弹性模量； 切线弹性模量； 多次重复加载求弹性模量；
经验公式；
塑性状态
由应力-应变关系曲线直接求； 变形模量；
（四） 混凝土的徐变
徐变：混凝土在受到荷载作用后，在荷载(应 力) 不变的情况下，变形(应变)随时间而不断增长 的现象。
(协定流限)
残余应变为0.2%所对应的应力
《规范》取0.2 =0.85 fu
(三) 钢筋的冷加工
• 冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷轧。 • 冷加工的目的：改变钢材内部结构，提高
钢材强度，节约钢筋(10%~20%)。
(N/mm2)
冷拉控制应力
c'
c ab
冷拉经时效
d' d
冷拉无时效
o
o'
残余
变形
冷拉率
1.1 钢筋 (Reinforcement or Rebar)
一、钢筋的品种
热轧钢筋、冷加工钢筋（冷拉钢筋，冷轧带肋钢筋）、热处理钢筋；钢丝和 钢绞线。
参见附录二（P.333）各种钢筋的符号和强度设计值。
各种钢筋的性能和工程应用：
(Ⅰ级)钢筋多为光面钢筋（Plain Bar），多作为现 浇楼板的受力钢筋和箍筋。
0 –––峰值点应变 《规范》0 = 0.002 cu –––极限压应变。值越大，混凝土的延性越好
混凝土强度对应力-应变的影响：
加载速度对应力-应变的影响：如图1-15 约束混凝土可以提高混凝土的强度，但更值得注意的是可以提高混凝
土的变形能力，这一点对于抗震结构非常重要。
（二） 混凝土在多次重复荷载下的应力－应变关系