高等钢筋混凝土结构理论

1.5.3 徐变和松弛产生的原因
图1-10不同钢种的应力松弛曲线 (a)冷拉16Mn钢筋 (b)冷拔低碳钢丝
(c)高双碳素钢丝
(d)钢绞丝
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单击此处编辑母版标题样式 第2章 钢筋与混凝土的粘结
2.1 粘结力的作用和组成 2.1.1 粘结力的产生 单击此处编辑母版文本样式
图2－3 钢筋和混凝土的粘结参数试验 (a)粘着力试验 (b)摩擦系数试验 (c)表面粗糙度和咬合力
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2. 2 试验方法和粘结机理 单击此处编辑母版标题样式
2Hale Waihona Puke Baidu2.1实验方法
(1)拉式试验 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级
图2－4 粘结试验的拉式试件 (a)早期 (b)RILEM-FIP-CEB (c)CP110(英) (d)短埋试件
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单击此处编辑母版标题样式 第二专题：钢筋和混凝土的组合作用
钢筋和混凝土的材料本质和力学性能存在巨大差别。钢筋混凝土作 单击此处编辑母版文本样式 为一种组合材料，其力学性能当然不同于二者中的任一种，也不是二者 性能的简单叠加;但是又显然取决于二者各自的性能，以及二者的相互 第二级 配合关系，例如体积比、强度比、弹性模量比、配筋的形式和构造等。 从另一方面,如果掌握了组合材料的性能规律，就可以主动地设计和构 第三级 造二者的组合方式，以提高效益或满足多种工程的需求。 本专题介绍钢筋混凝土组合材料的基本特点和主要受力性能，作为 第四级 研究钢筋混凝土构件性能的基础。各章内容包括:钢筋的力学性能，钢 筋埋设在混凝土内的相互粘结作用，两种配筋形式(纵向和横向配筋)的 第五级 截面受力特性，因各种因素引起钢筋和混凝土变形差后的截面分析等。
1.5 徐变和松弛 单击此处编辑母版标题样式
1.5.1 徐变和松弛产生的原因
单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 1.5.2 影响钢材松弛的因素 第五级 (1)钢材的品种
(2)应力持续时间 (3)应力水平 (4)温度
高强钢筋和冷加工钢筋在应力水平较高时就发生塑性变形。这类钢 材在非弹性变形范围内、在应力的长期作用下，即使在常温状态也将发 生徐变或松弛。 如前所述，徐变和松弛同是材科塑性变形状态的反映但表现形式不 同，在数值上可以互相换算。钢材的徐变是金属晶粒在高应力作用下随 时间发生的塑性变形和滑移。在工程中，钢材的徐变使结构(如大跨度 悬索结构)的变形增大，应力松弛使混凝土结构中的预应力筋产生预应 力损失，降低结构抗裂性，后者更常见。
sv
单击此处编辑母版文本样式 为箍筋的直径和间距 第二级 图2－17 横向箍筋对粘结强度的影响 （6）横向压应力 第三级 第四级 第五级
图2－18 横向压应力对
Asv d sv 2 sv c ssv 4c ssv 式中:c为保护层厚度；d sv 和 ssv
s 曲线的影响
（7）其他因素
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图1-1
单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 图1-2 第五级 型钢一混凝土组合截面
（a)型钢一混凝土 (b)钢管混凝土 (c)组合桥梁 （d)压型钢板
钢筋表面的形状
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1.2 应力-应变关系 单击此处编辑母版标题样式
单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 图2－9 变形钢筋的粘结破坏和内部裂缝发展过程 (a)纵向 (b)横向 (c)破坏状态 第四级 2. 配设横向箍筋的 第五级 s
曲线
图2－10 配设横向箍筋的试件 s曲线
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2. 3 影响因素 单击此处编辑母版标题样式
图1-3 软钢拉伸曲线
图1-4 硬钢本构模型
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1.3 反复荷载作用下的变形 单击此处编辑母版标题样式
单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 图1-6 拉压反复加载的钢筋应力一应变曲线 图1-5 重复加卸载的钢筋应力一应变曲线 第四级 第五级
图1-7 Kent-Park软化段模型
单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级
图2-7 光圆钢筋的拔出试验结果 (a) s 曲线 (b)应力和滑移分布
2. 2.3 变形钢筋
图2-8 变形钢筋的拔出试验结果 (a) s 曲线 (b)应力和滑移分布
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1. 变形钢筋的粘结破坏和内部裂缝发展过程 单击此处编辑母版标题样式

As ) c A0
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3.1 .2 应力和应变分析 单击此处编辑母版标题样式
y p
图3－2 轴心受压柱的应力 单击此处编辑母版文本样式 和变形 (a)轴力-变形 第二级 (b)钢筋和混凝土的应力 第三级 （1）钢筋屈服之前 y 第四级 N c A0 E0 A0 l 第五级
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长江大学城市建设学院研究生课程 单击此处编辑母版文本样式 第二级 高等钢筋混凝土结构理论 第三级 Reinforced Concrete 第四级 Theory and Analyse 第五级
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第二讲（内容提要） 单击此处编辑母版标题样式
单击此处编辑母版文本样式 第二专题:钢筋和混凝土的组合作用 第二级 第1章 钢筋的力学性能 第三级 第2章 钢筋与混凝土的粘结 第3章 纵向配筋的截面受力特性 第四级 第4章 横向配筋的截面受力特性 第五级 第5章 变形差的力学反应
单击此处编辑母版文本样式 第二级 1.2.1 软钢 1.2.2 硬钢 第三级 第四级 第五级
颈缩段 强化段 弹性
钢筋的应力一应变关系，一般采用原钢筋、表面不经切削加工的试 件进行拉伸试验加以测定。根据应力-应变曲线上有无明显的屈服台阶， 将钢材分成两大类，分别称为软钢和硬钢。 一般认为，钢筋的受压应力-应变曲线与受拉曲线相同，至少在屈 服前和屈服台阶相同。故钢材的抗压(屈服)强度和弹性模量都采用受拉 试验测得的相同值。
(1) 钢筋端部的锚固粘结
(2) 裂缝间粘结
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2.1.3 粘结力的组成 单击此处编辑母版标题样式 （1）组成
单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级
① 混凝土中的水泥凝胶体在钢筋表面产生的化学粘着力或吸附力，其 抗剪极限（ 粘 ）取决于水泥的性质和钢筋表面的粗糙程度。 ② 周围混凝土对钢筋的摩阻力，当混凝土的粘着力破坏后发挥作用。 它取决于混凝土发生收缩或者荷载和反力等对钢筋的径向压应力，以及 二者间的摩擦系数等。 ③ 钢筋表面粗糙不平，或变形钢筋凸肋和混凝土之间的机械咬合作用， 即混凝土对钢筋表面斜向压力的纵向分力。其极限值受混凝土的抗剪强 度控制。 （2）钢筋和混凝土的粘结参数试验
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(2)梁式试验
单击此处编辑母版文本样式 图2－5 粘结试验的梁式试件 第二级 第三级 第四级 第五级
图2－6 粘结试验的装置和量测 (a)试验量测装置 (b)钢筋内部粘贴电阻片
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2. 2.2 光圆钢筋 单击此处编辑母版标题样式
s s s
s
为了准确地分析此柱在轴心压力(N )作用下的受力、变形和破坏的全 程。需要建立三类基本方程。 （1）几何（变形）条件
y
s
y
c
0 c
n
s
（3）力学（平衡）方程
E0
N Nc N s c Ac s As
N c ( Ac
n
式中:Nc和Ns分别为混凝土和钢筋承受的压力。
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第1章 钢筋的力学性能 单击此处编辑母版标题样式
1.1 混凝土结构中的钢材
单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级
钢材放置在混凝土结构中的主要作用是承受拉力，以弥补混凝土抗 拉强度的低下和延性的不足。大部分结构中使用细长的杆状钢筋，甚至 直径更细、强度更高的钢丝。有些结构，为了减小截面，减轻结构白重， 增强承载力和刚度，方便构造和快捷施工等目的，也使用不同形状的型 钢。其它抗拉强度高的材料，也可在混凝土结构中取代钢筋。 所以，广义“钢筋混凝土”中的“筋’应该包括不同性质和多种形 式的高抗拉材料。现今，实际工程中常用的“筋”可分作几类。 (1)钢筋(常用直径6～40mm) (2)高强钢丝(常用直径3～5mm) (3)型钢 (4)钢丝网水泥 (5)其它替代材料
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3.1 .1 基本方程 单击此处编辑母版标题样式
单击此处编辑母版文本样式 s 第二级 （2）物理（本构）关系 对于钢材： E s y 第三级 式中: E 和 f 为钢筋的弹 性模量和屈服强度。 s y f const 第四级 对混凝土受压应力一应变全曲线，可根据材料的性质和强度等级选取合理的 方程和参数值。非线性的应力和应变关系可表达成一般形式: 第五级 E E
（1）混凝土强度（fcu或ft)
单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 图2-11 混凝土强度对粘结性能的影 图2－12 粘应力特征值与ft的关系 第四级 (a) s曲线 (b) . f （2）保护层厚度( c ) 第五级
u t
图2－13 粘强度与保护层厚度的关系
图2－14 钢筋净间距s对劈裂裂缝的影响
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单击此处编辑母版标题样式 第3章 纵向配筋的截面受力特性
单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 3.1 受压构件 第四级 第五级
图3－1 轴心受压柱和材料本构 关系 (a)外形和配筋 (b)钢筋 (c)混凝土
对承受各种内力(即轴力、弯矩、剪力和扭矩)的一维构件和二、三维结 构，应力分析后都可以找到主应力方向。在主应力方向无非是压力或拉力。 沿主拉应力方向配设钢筋当然最为有效，在主压应力方向加设钢筋也有增强 作用。因此，钢筋棍凝土作为组合材料承受轴向压力和拉力是最简单、也是 最基本的受力状态。掌握其受力性能的一般规律，是了解其它构件性能的基 础。
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（3）钢筋的埋长( l ) 单击此处编辑母版标题样式
单击此处编辑母版文本样式 第二级 图2－15 钢筋埋长对粘结强度的影响 第三级 （4）钢筋的直径和外形 第四级 第五级
图2－16 不同肋形钢筋的
s曲线
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（5）横向箍筋 单击此处编辑母版标题样式
y p
（2）钢筋已屈服，混凝土达到峰值应变 y
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单击此处编辑母版标题样式 钢材的松弛试验一般使用很长的试件(数米至数十米)水平放置，一
单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级
端固定在台座上，另一端在施加拉力后固定住，保持试件的长度不变。 为了保证试验的准确性，一般在温湿度变化较小的地下室进行试验。试 验开始时，试件的控制应力为 0 ，以后试件的应力随时间而减小，量测 得应力松弛值 r 。一般取应力持续1000h的松弛值( r / 0)作为标 准。图2-10是4种钢筋的应为松弛试验结果。
第二级 第三级 第四级 第五级
图2－1钢筋的粘结和锚固状态 （a)无枯结，无锚具 (b)无粘结，端部设锚具 (c沿全长和端部粘结可靠 (d)平衡条件
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2.1.2 粘结应力状态 单击此处编辑母版标题样式
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图2－2 两类粘结应力状态 (a)筋端锚固粘结 (b) 缝间粘结
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1.4 冷加工强化性能 单击此处编辑母版标题样式 1.4.1 冷拉和时效
1.4.2 冷拔
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图1-8 钢筋冷拉和时效后 的应力一应变关系 图1-9 冷拔低碳钢丝的应力一应变由线
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