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的曲线会由凸向轴向变为凸向，最后导致砼破 坏。 2.1.3 砼的收缩、膨胀和温度变形
1)砼的收缩 （1）砼收缩的一般规律
收缩随时间增长而增加，初期较快，以后 逐渐减缓。一个月可达50％。最终收缩量为 （2～5）×10－4
（2）主要影响因素 ①组成成分：水泥用量愈多，水灰比愈 20
大，收缩愈大；骨料粒径愈大，收缩愈小。矿
2 1 1.0 时，抗压强度提高16％。
②双向受拉
双向受拉强度与单向受拉强度基本相同。 ③一向受拉、一向受压 抗压强度随着另一向拉应力增大而降低，且大致 为线性关系。
8
④压剪应力状态（图2－4）
A.砼抗压强度由于剪应力存在而降低。
B.当
f
o c
0.5
~
0.7
时，砼抗剪强度随压
应力增加而提 高。当 fco 0.5 ~ 0.7 时，砼
33
2.3.3影响粘结力的因素
1）钢筋表面形状：带肋钢筋比光面钢筋粘
结强度高；微锈钢筋比无锈钢筋粘结强度高。
2）砼强度
3）砼保护层厚度
4）浇注位置
5）钢筋间距
6）横向钢筋
7）受力状态：横向压力、荷载类型
8）锚固长度
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2.4钢筋的锚固和连接 2.4.1钢筋的锚固
1）受拉钢筋的锚固 （1）充分利用钢筋强度时的锚固长度
称为砼的弹性特征系数， ce 。 c 较
小时 ，1
；随 c
增大
减小。当 c
c fc
0~
0.65，
1 ~ 0.8 ；当 c fc 1 ， 0.5。
C.切线模量：c c 曲线上某点（k）的切
线的斜率，即为该点的切线模量。
Ec'' d d tan 2
②砼受压弹性模量计算公式
Ec
105 2.2 34.7
（2）砼的横向变形
①横向变形系数 c ：砼受压时，横向应变
与纵向应变的比值。
② c 值的变化规律
11
c
0.5
f
o c
时， c 0.2 。
c
0.5
f
o c
时， c 迅速增大。
图2－8
③砼的体积应变
图2－9
（3）砼的弹性模量、变形模量和剪切模量
①基本概念
A.原点弹性模量： c c 曲线在原点O的切
定的屈服强度，称条件屈服强度，用
表示。
0.2
2.2.4 钢筋的冷加工
1）冷拉钢筋
将钢筋拉到超过钢筋屈服强度的某一应力
值，以提高钢筋抗拉强度的冷加工方法，称为
冷拉。 25
（1）张拉至k点，卸荷（kO' ），立即再加
荷（O1' kde ）可见， 曲线转折点由b提高
至k。
（2）张拉至k点，卸荷（ kO'），停留一段
2）冷拔钢丝 将钢筋用强力拔过比它本身直径小的硬质 合金拔丝模，拔成较细直径的钢丝，以提高其
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强度的冷加工方法，称为冷拔。 图2－19 图2－20
注意：①拔的次数愈多，钢筋直径缩小率愈 大，强度提高愈多，塑性降低愈多。②冷拔既可 提高抗拉强度，也可提高抗压强度。 2.2.5 钢筋在重复荷载作用下的性能
图2－22
32
★ 2.3.2粘结的机理（图2－23） 粘结力主要包括下列几项：
（1）胶着力（化学吸附力）：水泥胶体与钢 筋表面的吸附胶着作用。
一旦因滑移而被破坏，就不能恢复。 （2）摩阻力：砼收缩产生垂直于钢筋表面的 压力，从而产生摩阻力。 （3）咬合力：带肋钢筋肋间嵌入砼而形成的 机械咬合力。这是带肋钢筋与砼粘结的主要部分。
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（2）钢丝 光面钢丝、刻痕钢丝、螺旋肋钢丝
（3）其他：冷拉钢筋、冷轧带肋钢筋、冷 拔低碳钢丝。 2.2.3 钢筋的强度和变形
由钢筋在单调拉伸下的应力应变曲线来表 征。
1）热轧低碳钢和热轧普通低合金钢 图2－17
特点：有明显的屈服点和流幅。 24
2）高碳钢
图2－18
特点：无明显屈服点。
实用上取残余应变为0.2％时的应力作为假
结构中砼轴心抗拉强度
fto 0.88 0.395
fcou
0.55
0.348
fcou
0.55
c2
即
f
o t
0.348
fcou
0.55 c2
(2 37)
4）复合应力状态下的砼强度 （1）双向应力状态
①双向受压（图2－3）
一向抗压强度随另一向压应力的增加而增加。
当 2 1 0.5 时，抗压强度提高25％，当
的抗压强度。fcu,k fcou 1.645cu
②表示方法：用符号C和立方体抗压强度标 准值表示,例C20—20N/mm2。
③分级：14级（C15,C20,C25…… C75,C80 ） 。
④注意几个问题： 4
当采用边长为100mm或200mm的立方体
测得的立方体强度时，应乘以换算系数0.95或
系
实验结果
f
o c
c1c2
f
o cu
实际构件的修正
f
o c
0.88c1c2
f
o cu
3) 砼轴心抗拉强度
(2 1)
（1）试验方法
①直接拉伸
②间接拉伸—劈裂试验（图2－2）
6
按弹性理论计算
f③t 弯2曲Ndl 拉 0伸.673
N dl
(2 2)
（2）f t 与 fcu 的关系
试验结果
fto 0.395 fcou 0.55
明显的破坏预兆；在冷弯时具有良好的变形能力，
不产生裂纹。
（1）延伸率（伸长率）
在拉伸前，在钢筋试件上量取基本标距 l1
（10d，5d），试件拉断后，该标距伸长为
l' ，
1 30
则伸长率为 l1' l1 l1 。
l1
10d 、 l1
（2）冷弯
5d
用 10 、 5 表示。
将钢筋沿一个直径为D的钢辊进行转弯，要
求达到一定角度 时，钢筋不发生裂纹。
3）可焊性
焊接接头性能良好，接头强度不低于母材强
度，且不产生裂缝或过大变形。
4）与砼的粘结性能
31
2.3钢筋和砼的粘结 2.3.1基本概念（粘结的作用）
1）粘结的重要性 钢筋和砼的共同作用主要依靠其间的粘结。 粘结是钢筋和砼之间内力传递的基础。 2）粘结试验 粘结强度的测定通常采用拔出试验。
部分应变称为弹性后效。不可恢复的应变
称为永久应变。
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（3）影响徐变的因素
①施加的应力
当
0.5
f
0 c
时，徐变大致与应力成正比，
称为线性徐变。加荷初期，徐变增长很快，以
后逐渐减缓，甚至停止。
当
0.5
f
0时，徐变增长较应力增大为快，
c
称为非线性徐变。应力过高
0.8 fc0
时，非线性徐变往往不收敛，导致砼破坏。
时间后再加荷（O'k'd'e'），可见，曲线转折点由
b提高至k ' 。
经冷拉、且卸荷后经历一段时间后，钢材强 度提高，屈服段缩短的现象，称为时效硬化。
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时效硬化和温度有很大关系。常温——20
天；100o C ——2小时；450o C——强度反而降 低；700o C ——软化。
注意：①冷拉只能提高抗拉强度，不能提 高抗压强度；②张拉应力最大值（k）点要合适； ③冷拉钢筋焊接，应先焊接，后冷拉。
渣水泥比普通水泥收缩大。
②养护方法：高温湿养收缩小。
③环境条件：高温、干燥收缩大。
（3）收缩对结构的不利影响
1.使结构易产生裂缝，裂缝宽度增大。
2.引起预应力损失，使结构产生不利的内
力。
2）砼的膨胀
3）砼的温度变形
21
2.2 钢筋 2.2.1 钢筋的类型
1）柔性钢筋 （1）钢筋：光面钢筋、带肋钢筋。
②荷载持续时间长，徐变大。
③加荷时的龄期短，徐变大。 17
④湿度高，徐变小。 ⑤养护时温度高，徐变小；加荷时温度高， 徐变大。 ⑥砼的组成成分：水泥用量多，徐变大； 水灰比大，徐变大；骨料坚硬，徐变小。 ⑦结构尺寸小，徐变大。 （4）徐变对结构受力性能的影响 ①有利方面：有利于防止结构裂缝和有利 于结构内力重分布。 ②不利方面：增大结构变形；引起预应力
普通钢筋
la
fy ft
d
预应力钢筋
la
fpy d ft
值按表2-1确定。
(2 12) (2 13)
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（2）受拉钢筋锚固长度的修正
有6条规定，见P21~22。
（3）机械锚固的方法
图2－24
2）受压钢筋的锚固
充分利用钢筋的抗压强度时，其锚固长度不
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混凝土结构及 砌体结构
第2章 钢筋砼材料的物理性能和力学性能
1
2.1 砼
砼的物理力学性能主要包括：
（1）强度；
（2）变形性能；
（3）收缩、膨胀和温度变形；
（4）其它（炭化、防渗、防冻、耐热、耐
磨等）。
2.1.1 砼强度
1）砼立方体抗压强度 fcu
2
用砼立方体试件测得的抗压强度，是衡量
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损失。
3）在重复荷载下的变形性能
（1）一次加、卸载的 c c 曲线
图2－14
（2）多次重复加、卸载的 c c
图2－15
①当 c fcf 时，卸载和随后加载的曲线
形成一闭合的滞回环，且随重复次数增加，逐
渐变成重合的直线。
②当 c fcf 时，循环重复加、卸载初期，
与上述相同。但随着循环次数增加，加载
15
（2）砼徐变的一般规律(图2－11 )
在荷载作用下，砼将产生瞬时应变。
随荷载持续时间增长，砼将产生徐变变形，
前期徐变变形增长很快，6个月可达最终徐变的
70～80％，以后徐变变形增长缓慢。24个月的
徐变变形可达瞬时应变的2～4倍。在卸载后，
立即恢复的一部分应变称为砼瞬时弹性回缩，
再经过一段时间（约20天）后才逐渐恢复的那
f cu,k
( N mm2 )
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③受拉弹性模量 受拉弹性模量与受压基本相同。考虑塑性
时取 Et' 0.5Ec。
④剪切模量
Gc 0.4Ec
2)砼在长期荷载作用下的变形性能 （1）砼的徐变和徐变变形
在应力保持不变的条件下，随着荷载持续 时间的增长，砼的变形将增大，这种现象称为 徐变，增长的变形称为徐变变形。
图2－16 （2）钢丝：单根钢丝、钢绞线。
2）钢骨（型钢） 2.2.2 钢筋的成分、性能、种类和级别
1）钢筋的化学成分 （1）碳素钢
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①低碳钢：含碳量低于0.25％（钢筋） ②高碳钢：含碳量为0.6～1.4％（钢丝） （2）普通低合金钢：加入少量合金元素 （锰、钛、钒等），分为锰系、硅钛系、硅钒 系。 2）钢筋的种类和级别 （1）钢筋 ①热轧钢筋：HPB235、HRB335、HRB400、 RRB400。 ②热处理钢筋（调质钢筋）
1.05。
砼强度等级是立方体抗压强度的标准值确
定的，它与立方体抗压强度平均值不同。
2) 砼轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）
用棱柱体试件测得的抗压强度。
（1）主要影响因素 随试件高宽比增大，棱柱体强度降低。
试件高宽比不宜太小，也不宜太大。
标准试件为150×150×300mm。
5
（2）轴心抗压强度与立方体抗压强度的关
抗剪强度随压应力增加而降低。
（2）三向应力状态
砼圆柱体三向受压的轴心抗压强度随另二
向的增加而增加。
fcoc
f
o c
k r
来自百度文库
k值常取为4.0。
(2 4)
图
9
2.1.2 砼的变形
1）砼在一次短期加荷时的变形性能
（1）砼在单向受压时的c c 曲线
图2－5
由上升段和下降段组成。
上升段：
当 c (0.3 ~ 0.4) fco 时， c c 基本成线
性关系。
当 (0.3 ~ 0.4) fco c (0.7 ~ 0.8) fco 时，
c c 逐渐弯曲，接近峰值时 c 增长迅速。 10
下降段：
过峰值点c后， c c 下降；当 c cu 时，
砼压碎。
影响 c c 的因素有砼强度、组成材料的
性质、配合比、龄期、试验方法及箍筋约束等。
1）疲劳破坏 钢筋在周期性的重复荷载作用下，即使应力 小于一次静载的强度，在经过一定次数后，突然 发生断裂的现象，称为钢筋的疲劳破坏。
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2）影响因素
应力幅，即（ max min），是主要因素。此
外还有疲劳应力比值
（f 即
f min
f ）、钢筋强
max
度、最小应力值、钢筋外表面的几何尺寸等。
砼强度的主要指标。
（1）影响因素
①试块尺寸。
②制作和养护方法。
③龄期。
④试验方法：表面状态，加荷速度。
图2－1所示为砼立方体受压破坏特征。
（2）砼强度等级——砼立方体抗压强度标
准值。
3
①砼立方体抗压强度标准值：按照标准方 法制作养护的边长为150mm的立方体试件在28d 龄期，用标准试验方法测得的具有95﹪保证率
3）疲劳应力幅限值
《规范》规定，以疲劳应力幅作为验算钢筋疲
劳性能的指标，该值与疲劳应力比值有关。
2.2.6 钢筋砼结构对钢筋性能的要求
强度高、塑性好、可焊性好、与砼的粘结性能
好。 29
1）强度 钢筋强度包括屈服强度、极限强度。屈服强
度是设计计算的主要依据。
2）塑性
要求钢筋在断裂前具有足够的变形能力，有
线的斜率。
图2－10
12
若把砼的总应变 c 视为由弹性应变 e 和塑
性应变 p 两部分组成，即
c ce cp
Ec
c ce
tan0
(2 5)
B.割线模量：连接c c 曲线原点O及曲线
上某点（k）的割线的斜率。
Ec'
Ec'
ccetancce 1Eccc
(2 6) (2 8)
13