第二章力学性能

1 0.5 f c
应力—应变曲线：
正应力和剪应力作用 三轴受压：(如图)
抗压强度提高: f cc f c 4.1 2
200
3= 50N/mm2
150 100 50 35N/mm2
工程应用：约束混凝土
3wk.baidu.com
10N/mm2
1 3
钢管砼 密配螺旋箍筋
0
5
10 15 1 (‰)
2.9 混凝土的徐变和收缩
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。
B
16 12 8 4
cr
A•
0 3 6 9 12
徐变 C
D
ce 弹性变形 ch 收缩
15 18 21 24 27
t (月)
徐变的影响因素： 混凝土的级配、水灰比、初始加载龄期、初应 力大小，养护使用条件等。 线性徐变 初应力 c0.5fc
•我们通常把能使试件循环200万次或次数稍 多时发生破坏的压应力称为混凝土的疲劳抗 f 压强度，用符号 f c 表示。
2.8.3 混凝土的弹性模量
c
ce cp
k
h

0
0
c

原点弹性模量： Ec tg 0
e ce
…1－6 …1－7
105 Ec ( N/nm 2 ) 34.7 2.2 f cu
0 ––– 对应于峰值点应变 《规范》0 = 0.002 cu ––– 混凝土极限压应变《规范》cu = 0.0033
2.8.2 混凝土在多次重复荷载下的应 力－应变关系
• 如果我们将混凝土棱柱体试块加荷使其压应力达 到某个数值σ，然后卸荷至零，并把这一循环多 次重复下去，就称为多次重复荷载。
1 / fc
1.2 1.0 0. 1 0 .8 0 . 6 0 . 4 0 . 2 0 .2
0
2 / fc
1
0 .4
2 1.27 f c 2 2c 1
2
2
0 .6 0 .8 1.0 1.2
2 2c 1 1.5 f c
1
max 1 1.27 f c
体试块，在28天龄期，用标准试验方法测得具有
95％保证率的抗压强度。 常用等级：C15，C20， C25，C30， C35， C40，
C45，C55， C60，C65 ，C70， C75，
C80
2.7.2. 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。
h 为消除端部约束的影响 3 ~ 5 b
u
max
T u dl
锚固设计的基本原则是必须保证足够的锚固
粘结强度以使钢筋强度得以充分利用，即
dl
d
4
2
fy
fy l 4 d，一般取l nd u
保证粘结力的措施：
保证锚固长度和搭接长度；
保证钢筋周围的混凝土有足够的厚度；
(保护层厚度及钢筋净距)
硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(钢丝、热 处理钢筋)
• 钢筋力学性能指标： 屈服强度、极限强度、伸长率、冷弯性能。 对于有明显屈服台阶的软钢取屈服强度 fy 作为强度设计依据。
对于无明显屈服台阶的硬钢取条件屈服
强度 0.2作为强度设计依据。
0.2的定义：
取相应于残余应变 = 0.2%时的应力 0.2作为 名义屈服点。常取 0.2=0.8 fsu。 伸长率：
f 0.26(f )
t cu
t
2 3
2 3
考虑施工因素，取 f 0.88 0.26(f )
cu
0.23(fcu )
2 3
2.7.4. 复合应力状态下混凝土强度
双向正应力作用(如图)
1, 2 (压－压) 强度增加 1, 2 (拉－压) 强度降低 1, 2 (拉－拉) 强度基本不变
混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力； 混凝土颗料的化学作用产生的混凝土与钢筋
之间的胶合力；
钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的局部
粘结应力。
粘结应力的类型：
由弯曲引起粘结应力；
两相邻裂缝间钢筋应力不均匀引起的
局部粘结应力；
锚固粘结应力。
• 以锚固粘结应力为例：
l d T
• 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。
2.6 混凝土的强度等级
混凝土的组份： 水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不 同等级的砼。 骨料 水泥结晶体 弹性变形的基础 塑性变形的基础
水泥凝胶体
混凝土的强度及变形随时间、随环境的变化而变化。
冷拉经时效
(N/mm2)
d' b
d
c' c
冷拉控制应力 冷拉无时效
a
o
残余 变形
o'
冷拉率

(b)
(a)
d1 d1
P
d2
d2
(a) 为冷拉，可采用冷拉控制应力和冷拉率控制。
冷拉后可提高钢材的抗拉强度，但其屈服台 阶变短。 (b) 为冷拔，可同时提高钢材的抗拉和抗压强度。
塑性降低很多。 • 冷轧后，钢筋表面轧成带肋，强度与冷拔低碳
20
25
2.8 荷载作用下混凝土的变形性能
2.8.1 混凝土的应力－应变关系

fc B•
•C
•D
E
•A
0
•
0
cu

OA––– 弹性阶段 AB––– 弹塑性阶段
A : 0.3fc
: 0.3fc～ 0.8fc 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
徐变性质：
徐变与初应力呈正比 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：
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。
收缩：
混凝土在空气中结硬体积减小的现象。
丝接近，塑性要好一些。
2.4 对钢筋质量的要求
1.强度是刚劲质量的重要目标。 2.极限抗拉强度要满足检验标准的要求。 3.伸长率
l2 l1 100% l1
4.冷弯要求
2.5 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。
0.4 0.3 常温养护
蒸汽养护
0.2 0.1 0 5 10 时间 (月) 15 20
自由收缩 收缩的性质 约束收缩 来自内部的钢筋约束
来自支座的外部约束
自由收缩一般不会引起拉 应力，故不会开裂
收缩对结构的影响
约束收缩产生收缩应力甚 至开裂
2.10 钢筋与混凝土间的粘结
产生钢筋和混凝土粘结强度的主要原因：
割线模量：
c = ce + cp
tg Ec
…1－8
…1－9
c c ce c Ec c ce cp ce ce cp
––– 弹性系数0～1.0
tg 切线模量： Ec
d c d c
…1－10
剪切模量： G = 0.4Ec
P
A
l
P A l l
P
(N/mm2)
ft
流幅 极限强度
(N/mm2)
d
e
0.2
比例极限
屈服强度
fy b c a
o
o


0.2%
oa－弹性阶段
cd－强化阶段 0.2－条件屈服强度
a－比例极限
d－极限强度
de －颈缩阶段
b－屈服强度
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)
l2 l1 100% l1 5 l1 5d 10 l1 10d
冷弯性能：
…1－1
弯心直径
冷弯角度
2.3 钢筋的冷加工的热处理
• 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。 • 冷加工对钢材性能的影响。 •热处理是对某些特定型号的热轧钢进行 淬火和回火处理。
人字纹钢筋
月牙纹钢筋
• 钢丝是由热轧钢筋经冷拔而成，根据原材料 不同又分为冷拔低碳钢丝和碳素钢丝，钢丝 可刻痕(刻痕钢丝)和铰成钢绞线，故钢丝有： 冷拉低碳钢丝 φb 碳素钢丝 刻痕钢丝 钢绞线 φs φk φj
• 热处理钢筋是对某些特定钢号的热轧钢筋进行 热处理得到的。
2.2 钢筋的力学性能
• 钢筋的－ 曲线
2.7 混凝土的强度
2.7.1. 立方体的抗压强度 fcu
• 影响立方体强度的因素：试件尺寸、温度、 湿度、试验方法。 • 由于尺寸效应的影响：fcu(150) = 0.95 fcu(100) fcu(150) = 1.05 fcu(200)
混凝土强度等级： 用标准制作方式制成的150×150mm的立方
光圆筋在端部做成弯钩。
2.11 钢筋混凝土的一般构造规定
2.11.1 混泥土保护层 2.11.2 钢筋的锚固
la
fy ft
d
精品课件！
精品课件！
2.11.3 钢筋的连接
搭接长度
ll la
2.11.4 纵向钢筋的最小配筋率
2.1 钢筋的形势和品种
热轧钢筋 建筑中常用钢材
冷拉钢筋
钢丝 热处理钢筋
分为四类
• 热轧钢筋按其强度由低到高分为HPB235、 HRB335、HRB400和RRB400 •冷拉钢筋和冷拔钢筋是通过对某些等级的热轧钢 筋进行冷加工而成，热处理钢筋是对某些特定 型号的热轧钢筋进行处理得到的。
光面钢筋
螺纹钢筋
用立方体强度反映： fc 0.76fcu 考虑实际情况(施工状况、养护条件等)
f 0.88 0.76f 0.67f
c cu
cu
2.7.3. 轴心抗拉强度 ft
混凝土的抗拉强度比抗压强度小得多，
1 1 为抗压强度 ～ 。 9 18 直接测试方法
2P 间接测试方法(弯折，劈裂) f t dl