工 程 结 构STRUCTURE ENGINEERINGSTRUCTURE ENGINEERING河北工业大学河北工业大学材料的力学性能材料的力学性能土木工程学院结构教研室土木工程学院结构教研室第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能主要内容：主要内容：主要内容：主要内容：钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结钢筋的锚固和连接钢筋的锚固和连接重点：重点：重点：重点：钢筋的级别、强度和变形性能钢筋的级别、强度和变形性能混凝土的强度和变形性能混凝土的强度和变形性能粘结破坏机理粘结破坏机理第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能材料的力学性能材料的力学性能钢钢 筋筋混混 凝凝 土土两者间的粘结两者间的粘结强强 度度变变 形形粘结破坏的粘结破坏的过程和机理过程和机理第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能混凝土（砼）材料混凝土（砼）材料 混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例组成，混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例组成，经凝结和硬化形成的，属于复合材料。经凝结和硬化形成的，属于复合材料。混凝土是由水泥结晶体、水泥凝胶体和内部微裂缝组成的混凝土是由水泥结晶体、水泥凝胶体和内部微裂缝组成的第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 混凝土的强度混凝土的强度u 混凝土强度等级混凝土强度等级 混混凝凝土土结结构构中中，主主要要是是利利用用它它的的抗抗压压强强度度。因因此此抗抗压压强强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。 混凝土的强度等级是用混凝土的强度等级是用立方体抗压强度标准值立方体抗压强度标准值来划分的。来划分的。 混混凝凝土土强强度度等等级级：边边长长150mm立立方方体体标标准准试试件件，在在标标准准条条件件下下（203，90%湿湿度度）养养护护28天天，用用标标准准试试验验方方法法（加加载载速速度度0.150.3N/mm2/s，两两端端不不涂涂润润滑滑剂剂）测测得得的的具具有有95%保保证证率率的的立立方方体体抗抗压压强强度度，用用符符号号C表表示示，C30表表示立方体抗压强度标准值示立方体抗压强度标准值第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 1 立方体抗压强度立方体抗压强度 （cubic compressive strength） 规范规范根据强度范围，从根据强度范围，从C15C80共划分为共划分为14个强度个强度等级等级，级差为，级差为5N/mm2。与原。与原规范规范GBJ10-89相比，混凝土相比，混凝土强度等级范围由强度等级范围由C60提高到提高到C80，C50以上为高强混凝土以上为高强混凝土。 影响因素影响因素： 尺寸效应：尺寸越大，内部缺陷较多，尺寸效应：尺寸越大，内部缺陷较多， 强度较低。强度较低。 加载速度：加载速度越快，强度越高。加载速度：加载速度越快，强度越高。 端部约束：涂润滑油端部约束：涂润滑油 ，强度降低。，强度降低。150mm150mm150mm150mm150mm150mm 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 立方体抗压强度的试验立方体抗压强度的试验尺寸效应尺寸效应及及摩擦力摩擦力的影响的影响第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 立方体抗压强度的试验立方体抗压强度的试验第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能未采取减摩措施未采取减摩措施采取减摩措施后采取减摩措施后 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 2 2 轴心抗压强度轴心抗压强度 （ prismatic compressive strength） 棱柱体棱柱体高度高度的取值：的取值： 摆脱端部摩擦力的影响；摆脱端部摩擦力的影响； 试件不致失稳。试件不致失稳。 与与 的关系：的关系： 试验目的：采用棱柱体试件，反映混凝土的试验目的：采用棱柱体试件，反映混凝土的实际工作状态实际工作状态。 试件尺寸：我国取试件尺寸：我国取 mm为标准试件。为标准试件。150mm150mm300mm300mmu 强度强度 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 3 3 轴心抗拉强度轴心抗拉强度 与与 的关系：的关系： 直接受拉试验直接受拉试验 劈裂试验劈裂试验kt2Ffdlp= 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能4 4 复杂受力状态下混凝土的强度复杂受力状态下混凝土的强度 双轴应力状态双轴应力状态 双向受拉，接近单轴抗拉强度；双向受拉，接近单轴抗拉强度； 双向受压，混凝土的侧向变形受到约束，强度双向受压，混凝土的侧向变形受到约束，强度提高提高 ； 一拉一压，一拉一压，加速了混凝土内部微裂缝的发展加速了混凝土内部微裂缝的发展 ，抗拉、抗压强，抗拉、抗压强度均度均降低降低。 实际混凝土结构构件大多处于复合应力状态，即双向或三向实际混凝土结构构件大多处于复合应力状态，即双向或三向受力状态。如框架梁、柱既受到柱轴向力作用，又受到弯距和受力状态。如框架梁、柱既受到柱轴向力作用，又受到弯距和剪力的作用，形成压弯、弯剪以及弯剪扭和压弯剪扭等构件。剪力的作用，形成压弯、弯剪以及弯剪扭和压弯剪扭等构件。双轴应力状态双轴应力状态双向受拉，双向受拉，影响不大影响不大双向拉压，拉压强度均不超过其相应单双向拉压，拉压强度均不超过其相应单轴强度。且均随另一方向拉应力或压应轴强度。且均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小。力的增加而减小。双向压压区，一向强度随另一向压力的双向压压区，一向强度随另一向压力的增加而增加，双向受压强度比单轴强度增加而增加，双向受压强度比单轴强度最多提高最多提高27%。Biaxial Stress State第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 5 5 复杂受力状态下混凝土的强度复杂受力状态下混凝土的强度 三轴应力状态三轴应力状态 试件侧向变形受到限制，试件侧向变形受到限制，其内部微裂缝的产生和发展其内部微裂缝的产生和发展受到阻碍，当侧压力增大时，受到阻碍，当侧压力增大时，轴向抗压强度也相应增大。轴向抗压强度也相应增大。混凝土的三轴抗压强度混凝土的三轴抗压强度 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 6 复杂受力状态下混凝土的强度复杂受力状态下混凝土的强度 剪压或剪拉复合应力状态剪压或剪拉复合应力状态 随着随着拉应力拉应力的增大的增大 ， 混凝土的抗剪强度混凝土的抗剪强度降低降低。 随着随着压应力压应力的增大的增大 ， 混凝土的抗剪强度混凝土的抗剪强度逐渐增大逐渐增大；当压应力；当压应力超过超过某一数值后，抗剪强度随压应力增大而某一数值后，抗剪强度随压应力增大而减小减小。混凝土的剪压复合强度混凝土的剪压复合强度 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 7 三向三向受压时混凝土的应力受压时混凝土的应力应变曲线应变曲线 试件纵向受压时，混凝土的横向膨胀受到约束，使核心混凝试件纵向受压时，混凝土的横向膨胀受到约束，使核心混凝土处于土处于三向受压三向受压状态，内部状态，内部微裂缝微裂缝的发展受到抑制，从而提高了的发展受到抑制，从而提高了试件的纵向强度和试件的纵向强度和延性延性，特别是延性大为提高。，特别是延性大为提高。 混凝土圆柱体三向受压时轴向应力混凝土圆柱体三向受压时轴向应力应变曲线应变曲线 u 混凝土的应力混凝土的应力应变关系（本构关系）应变关系（本构关系） 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 8 一次短期加载下一次短期加载下混凝土受压的应力混凝土受压的应力应变曲线应变曲线 当当0.3 时，时， 关系接近于关系接近于直线直线； 当当=(0.30.8) 时，时， 关系关系偏离直线偏离直线； 当当=(0.81.0) 时，内部微裂缝进入时，内部微裂缝进入非稳定发展非稳定发展阶段。阶段。 峰值应变峰值应变 极限压应变极限压应变 混凝土的应力混凝土的应力应变曲线应变曲线 02468102030(MPa) 10-3A比例极限比例极限B临界点临界点C峰点峰点D反弯点反弯点E收敛点收敛点上升段上升段下降段下降段第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 残残余余应应力力第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 不同强度混凝土应力应变关系的比较不同强度混凝土应力应变关系的比较强度等级越高，线弹性段越长，峰强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但值应变也有所增大。但高强混凝土高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，性好，微裂缝很少，最后的破坏往最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡下降段越陡。美国美国HognestadHognestad建议的应力建议的应力- -应变曲线应变曲线第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 上升段：上升段：下降段：下降段：规范规范提出的混凝土应力提出的混凝土应力- -应变曲线表达式应变曲线表达式第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 0 0.001 0.002 0.003 0.004 fc规范规范中混凝土应力应变曲线参数的确定中混凝土应力应变曲线参数的确定第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能7 7 混凝土的变形模量混凝土的变形模量 初始弹性模量初始弹性模量 ：过：过原点原点切线的斜率。切线的斜率。切线模量切线模量 ：过某一点：过某一点切线切线的斜率。的斜率。割线模量割线模量 ：某一点与原点：某一点与原点连线连线的斜率。的斜率。混凝土的变形模量混凝土的变形模量 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能弹性模量的测量方法弹性模量的测量方法kcc0cecp0h原点弹性模量： 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能剪切模量：第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 7 7 混凝土的变形模量混凝土的变形模量 混凝土混凝土弹性模量弹性模量与与立方体抗压强度立方体抗压强度之间的关系：之间的关系： 混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形） 疲劳强度疲劳强度混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用100mm100mm300mm 或者或者150mm150mm450mm的棱柱体，把棱柱体试件承受的棱柱体，把棱柱体试件承受200万万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。强度。 影响因素影响因素施加荷载时的应力大小是影响应力施加荷载时的应力大小是影响应力-应变曲线不同的发展和变化的关应变曲线不同的发展和变化的关键因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度有关。键因素，即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增大而增大。在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力比值的增大而增大。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 混凝土在荷载重复作用下的应力混凝土在荷载重复作用下的应力-应变关系应变关系第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 混凝土的收缩和徐变混凝土的收缩和徐变Shrinkage and Creep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，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， 收缩是混凝土在收缩是混凝土在不受外力不受外力情况下体积变化产生的变形。情况下体积变化产生的变形。 混凝土在混凝土在长期不变荷载长期不变荷载的作用下，其变形随时间而不断增长的现象的作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。称为徐变。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 混凝土收缩包括混凝土收缩包括凝缩凝缩和和干缩干缩两部分，凝缩是由于水泥结晶体比原材料两部分，凝缩是由于水泥结晶体比原材料的体积小；干缩是混凝土内自由水分蒸发引起的。的体积小；干缩是混凝土内自由水分蒸发引起的。混凝土的收缩是混凝土的收缩是随时间而增长的变形随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较快，两周，早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的可完成全部收缩的25%，一个月可完成，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。通常，最终收缩应变值约为整个收缩过程可延续两年以上。通常，最终收缩应变值约为(25)10-4 ，而混凝土开裂应变为，而混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4，说明收缩会导致开裂说明收缩会导致开裂。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关：骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关： 水泥用量多、水灰比越大，收缩越大；水泥用量多、水灰比越大，收缩越大； 骨料弹性模量高、级配好，收缩就小；骨料弹性模量高、级配好，收缩就小； 干燥失水及高温环境，收缩大；干燥失水及高温环境，收缩大； 小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小；小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小； 高强混凝土收缩大。高强混凝土收缩大。影响收缩的因素多且复杂，要影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难精确计算尚有一定的困难。在实际工程中，在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响要采取一定措施减小收缩应力的不利影响。混凝土收缩的影响因素混凝土收缩的影响因素当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 混凝土收缩的影响因素混凝土收缩的影响因素第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 8 8 混凝土的徐变混凝土的徐变 定义定义：在不变荷载：在不变荷载长期长期作用下，混凝土的作用下，混凝土的变形变形随时间而随时间而徐徐徐徐 增长增长的现象。的现象。徐变的特点徐变的特点：开始增长较快，以后逐渐减慢，最后趋于稳定。：开始增长较快，以后逐渐减慢，最后趋于稳定。 混凝土的徐变混凝土的徐变 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 8 8 混凝土的徐变混凝土的徐变 徐变的原因徐变的原因： 水泥凝胶体的黏性流动，使骨料应力增大。水泥凝胶体的黏性流动，使骨料应力增大。 混凝土中内部微裂缝的发展。混凝土中内部微裂缝的发展。 影响徐变的因素影响徐变的因素： 应力的大小；应力的大小；混凝土的龄期；混凝土的龄期； 混凝土的制作、养护环境；混凝土的制作、养护环境； 水灰比与水泥用量；水灰比与水泥用量；骨料用量及力学性能。骨料用量及力学性能。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 线性徐变线性徐变第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 8 8 混凝土的徐变混凝土的徐变徐变对结构设计的影响：徐变对结构设计的影响： 使钢筋混凝土构件截面产生使钢筋混凝土构件截面产生内力重分布内力重分布； 使受弯构件和偏压构件的使受弯构件和偏压构件的变形加大变形加大 ； 使预应力混凝土构件产生使预应力混凝土构件产生预应力损失预应力损失 。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 主要成分为主要成分为铁铁元素，还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素，力学性元素，还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素，力学性能主要与能主要与碳碳的含量有关：的含量有关：%含碳量越高，则钢筋的强度越高，质地硬，但塑性、韧性、耐腐蚀性含碳量越高，则钢筋的强度越高，质地硬，但塑性、韧性、耐腐蚀性变差。变差。若含碳量低于若含碳量低于0.25，则称为低碳钢，钢筋混凝土结构中多应用的是低，则称为低碳钢，钢筋混凝土结构中多应用的是低碳钢。碳钢。少量的合金元素如硅、锰、钛、铬等，可以有效地提高钢材的强度和改少量的合金元素如硅、锰、钛、铬等，可以有效地提高钢材的强度和改善钢材的其他性能。善钢材的其他性能。20MnSi 前面的前面的20指的是平均含碳量的万分数，其他化学元素的含量在指的是平均含碳量的万分数，其他化学元素的含量在1.5以下。以下。u 钢筋的成分钢筋的成分第一节第一节 钢筋钢筋第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 钢筋的形式和种类钢筋的形式和种类1.钢筋的化学成分钢筋的化学成分元素名元素名强度强度塑性塑性可焊性可焊性 不利影响不利影响Fe C Si Mn P S 冷脆冷脆热脆热脆u 根据钢筋制作方法分类：根据钢筋制作方法分类： 热轧钢筋、热处理钢筋和冷加工钢筋 热轧钢筋是由低碳钢、普通低合金钢在高温状况下轧制而成热轧钢筋是由低碳钢、普通低合金钢在高温状况下轧制而成的钢筋。的钢筋。 热处理钢筋又称调质钢筋，是用中碳低合金带肋钢筋通过加热、热处理钢筋又称调质钢筋，是用中碳低合金带肋钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理的钢筋。淬火和回火等调质工艺处理的钢筋。 热处理后，钢筋强度热处理后，钢筋强度能得到较大幅度提高，而塑性降低不多。能得到较大幅度提高，而塑性降低不多。 热轧钢筋强度不是很高但塑性较好，一般钢筋混凝热轧钢筋强度不是很高但塑性较好，一般钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力普通钢筋土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力普通钢筋多用热轧钢筋。多用热轧钢筋。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 冷加工钢筋是指在冷加工钢筋是指在常温下常温下采用冷加工工艺对热轧钢筋进行加工采用冷加工工艺对热轧钢筋进行加工得到的钢筋。以强度较低的钢筋盘条经冷拔、冷拉、冷扭后截得到的钢筋。以强度较低的钢筋盘条经冷拔、冷拉、冷扭后截面缩小、外形改变而形成的冷拉钢筋、冷拔钢丝、冷轧带肋钢面缩小、外形改变而形成的冷拉钢筋、冷拔钢丝、冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋统称为冷加工钢筋。筋、冷轧扭钢筋统称为冷加工钢筋。 冷加工钢筋的设计强度冷加工钢筋的设计强度提高，而延性大幅度下降。提高，而延性大幅度下降。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 HPB300HRB400HRB500高强钢丝(Mpa)0HPB300 （Hot Rolled Plain Steel Bar） 热轧光面钢筋热轧光面钢筋 HRB335 （Hot Rolled Ribbed Steel Bar ） 热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋 20MnSiHRB400或或HRB500 （ Hot Rolled Ribbed Steel Bar ）热轧带热轧带 肋钢筋肋钢筋20MnSiV, 20MnSiNb, 20MnTiRRB400 （Remained heat treatment Ribbed Steel Bar ） 余热处理钢筋余热处理钢筋 常用热轧钢筋的分类常用热轧钢筋的分类第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 钢筋的钢筋的种类种类及及符号符号说明说明热轧钢筋的热轧钢筋的符号说明符号说明HPB300 生产工艺：生产工艺： hot rolled 表面形状：表面形状：plain 钢筋：钢筋：bar 屈服强度屈服强度第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 钢筋的钢筋的种类种类及及符号符号解释解释热轧钢筋的热轧钢筋的符号说明符号说明HRB400hot rolledribbed bar RRB400 remained heat treatmentribbed bar HPB300：质量稳定，质量稳定，塑性好塑性好易成型，但易成型，但屈服强度较低屈服强度较低，不不 宜宜用于结构中的用于结构中的受力钢筋受力钢筋；HRB335：带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和强度和 塑性均较好塑性均较好，是，是目前目前主要应用的钢筋品种之一；主要应用的钢筋品种之一；HRB400：带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和 塑性均较好，是塑性均较好，是目前主要应用的钢筋品种之一目前主要应用的钢筋品种之一；RRB400：是是HRB335钢筋热轧后快速冷却，利用钢筋内温钢筋热轧后快速冷却，利用钢筋内温 度自行回火而成，淬火钢筋强度提高，但塑性降度自行回火而成，淬火钢筋强度提高，但塑性降 低，余热处理后塑性有所改善。低，余热处理后塑性有所改善。热轧钢筋的性能特点热轧钢筋的性能特点第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 1 1 钢筋的钢筋的种类种类及及符号符号说明说明热轧钢筋的热轧钢筋的屈服强度屈服强度种类种类符号符号热轧热轧钢筋钢筋HPB 300 A2702706-22HRB 335 HRBF335 B3003006-50HRB400 HRBF400RRB400 C360360 6-50HRB500 HRBF500 D435410 6-50受拉受压强度相等（受拉受压强度相等（HRB500除外）除外） 钢绞线钢绞线 钢绞线是用一种稍粗的直钢丝为中心，其余钢丝围绕其进行螺旋状钢绞线是用一种稍粗的直钢丝为中心，其余钢丝围绕其进行螺旋状绞合，再经低温回火处理而制成。目前，绞合，再经低温回火处理而制成。目前，低松弛的抗拉强度设计值为低松弛的抗拉强度设计值为1860MPa的钢绞线的钢绞线是最常见的预应力钢筋。是最常见的预应力钢筋。 u 钢丝和钢绞线钢丝和钢绞线混凝土结构设计规范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可使用规定，用于钢筋混凝土结构的国产普通钢筋可使用热轧钢筋。用于预应力混凝土结构的预应力钢筋必须采用高强度材料。预应热轧钢筋。用于预应力混凝土结构的预应力钢筋必须采用高强度材料。预应力钢筋可分为力钢筋可分为高强度钢筋、预应力钢丝和钢绞线。高强度钢筋、预应力钢丝和钢绞线。 高强度钢筋高强度钢筋 目前工程上常用目前工程上常用热处理钢筋。热处理钢筋。 预应力钢丝预应力钢丝 预应力钢丝是以优质高碳钢盘条经等温淬火再拉拔而成的钢预应力钢丝是以优质高碳钢盘条经等温淬火再拉拔而成的钢 丝。目前工程上常用丝。目前工程上常用消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝。消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝。 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 钢筋的钢筋的种类种类及及符号符号说明说明预应力钢筋的预应力钢筋的符号说明符号说明钢绞线钢绞线 S Strand 光面钢丝光面钢丝 P Plain 刻痕钢丝刻痕钢丝 I Indented 螺旋肋钢丝螺旋肋钢丝 H Helix 热处理钢筋热处理钢筋 HT Heat-treated 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 预应力钢筋的预应力钢筋的屈服强度屈服强度种类种类符号符号fptkfpyf py钢绞线钢绞线13S18601320390172012201570111017186013203901720 1220消除应力钢丝消除应力钢丝光面螺旋肋光面螺旋肋PH177012504101670118015701110刻痕刻痕I15701110410热处理钢筋热处理钢筋40Si2MnHT1470104040048Si2Mn45Si2Cr第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 钢筋的钢筋的形式形式钢筋的外形钢筋的外形钢筋外形钢筋外形第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 钢筋的钢筋的形式形式 钢丝和钢绞线的直径钢丝和钢绞线的直径钢筋的结构形式钢筋的结构形式第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 钢筋的结构形式钢筋的结构形式第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 钢筋的结构形式钢筋的结构形式第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 板的钢筋骨架板的钢筋骨架第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 板的钢筋骨架板的钢筋骨架钢筋的结构形式钢筋的结构形式第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 柱的钢筋骨架柱的钢筋骨架钢筋的应力钢筋的应力-应变关系应变关系有有明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋无无明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 u 软钢的软钢的应力应力应变曲线应变曲线 a 比例极限比例极限a 弹性极限弹性极限oa 弹性阶段弹性阶段e 极限抗拉强度极限抗拉强度cd 屈服阶段屈服阶段de 强化阶段强化阶段ef 破坏阶段破坏阶段f 极限应变极限应变液压万能实验机液压万能实验机第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 实实验验机机夹夹头头第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 低碳钢试件低碳钢试件1. 低低 碳碳 钢钢 的的 拉拉 伸伸 实实 验验第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 低碳钢拉伸过程中到达局部颈缩低碳钢拉伸过程中到达局部颈缩后的变形情况后的变形情况第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 低碳钢低碳钢( (C0.3%) )的的拉伸时应力应变关系曲线拉伸时应力应变关系曲线 (stress-strain diagram under tension)1) )应力应力应变曲线的四个阶段应变曲线的四个阶段 及相应特征指标及相应特征指标a) )弹性阶段弹性阶段( (OAB)()(elasticelastic region region) )E=s s /e e =tana aOA段：段：AB段：段：应力与应变呈线性应力与应变呈线性 关系关系( (胡克定律胡克定律) )应力与应变呈非线性，但力消失应力与应变呈非线性，但力消失, ,变形也消失变形也消失 s sp( (A点点) ) 材料的材料的比例极限比例极限(proportional limit)s se( (B点点) )材料的材料的弹性极限弹性极限(elastic limit) Elastic region Elastic behavior a as seB s spAOe es s第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 C(s ss上上) Elastic region Elastic behavior s sps sea aOe es sAB yieldings ssD(s ss下下)b).屈服屈服( (流动流动) )阶段阶段( (BD) )YieldingYielding region regions ss( (C、D点点) ) 屈服点屈服点( (应力应力) ) Yielding point (stress)Yielding point (stress)屈屈服服：应应力力基基本本不不变变，应应变变显显著著增增加加的的现现象象，称称为为屈屈服服（流动）现象。（流动）现象。屈屈服服阶阶段段最最高高( (低低) )点点所所对对应应的的应应力力, ,分分别称为上别称为上( (下下) )屈服点屈服点( (应力应力) )。特点：特点：有明显塑性变形（有明显塑性变形（plastic deformation)，在光滑，在光滑试样表面，沿与轴线成试样表面，沿与轴线成 45o方向有滑移线。方向有滑移线。屈服应力屈服应力(yielding stress)：下屈服点所下屈服点所对应的应力值。对应的应力值。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 Strain hardeningEc) )强化阶段强化阶段( (DE) )strainstrain hardening region hardening region：应应力力与与应应变变同同时时增增加加，但但不不成成比比例例，材材料料恢恢复复抵抵抗抗变变形形的的能能力力。此此时时所所产产生生的的变变形形仍仍以以塑塑性性变变形形为为主主，试试件标距长度明显增加，直径明显缩小件标距长度明显增加，直径明显缩小(但均匀）。但均匀）。极限应力极限应力ultimate stresss sb( (E点点) )：强化阶段最高点所对应的应力。强化阶段最高点所对应的应力。 yieldingC(s ss上上)D(s ss下下) Elastic region Elastic behavior s sps sea ae es sABs sss sb强度极限强度极限s sb又称为名义应力又称为名义应力或工程应力或工程应力engineering stress第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 neckingPlastic behaivorStrain hardeningE(s sb) yieldingC(s ss上上)D(s ss下下) Elastic region Elastic behavior s sps sea ae es sABs sss sbGd) )颈缩破坏阶段颈缩破坏阶段 ( (EG)necking)necking region region：试试样样的的变变形形集集中中在在某某一一局局部部区区域域，该区域截面收缩，产生颈缩现象。该区域截面收缩，产生颈缩现象。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 neckingPlastic behaivorStrain hardeningE(s sb) yieldingC(s ss上上)D(s ss下下) Elastic region Elastic behavior s sps sea ae es sABs sss sbG2).真实应力应变与名义应力应变关系曲线的比较真实应力应变与名义应力应变关系曲线的比较Comparison of conventional and true stress-strain diagrams第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 e e3) 材料的材料的静载强度指标静载强度指标 s ss塑性材料正常工作所塑性材料正常工作所 能承担的最大应力能承担的最大应力s sb材料所能承担的最大材料所能承担的最大 应力应力4)冷作硬化现象冷作硬化现象( (卸载定律卸载定律) ) O2F1(F)O1冷作硬化现象提冷作硬化现象提高了材料的比例高了材料的比例极限而降低了材极限而降低了材料的塑性性能。料的塑性性能。e epe ees ssGEa aOs ss sbABC第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 变形前后的比较变形前后的比较第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 软钢和硬钢钢筋的强度和变形性软钢和硬钢钢筋的强度和变形性能主要由单向拉伸测得的应力能主要由单向拉伸测得的应力应应变曲线来表征。试验表明，钢筋的变曲线来表征。试验表明，钢筋的拉伸应力拉伸应力 应变曲线可分为两类：应变曲线可分为两类：有明显的流幅的钢筋（也称为软钢）有明显的流幅的钢筋（也称为软钢），没有明显流幅的钢筋（也称为硬，没有明显流幅的钢筋（也称为硬钢）。钢）。比例极限比例极限 有明显流幅的钢筋应力有明显流幅的钢筋应力 应变应变曲线，轴向拉伸时，在达到比例极曲线，轴向拉伸时，在达到比例极限限a a点之前，材料处于弹性阶段，软点之前，材料处于弹性阶段，软钢应力与应变的比值为常数，即为钢应力与应变的比值为常数，即为钢筋的弹性模量钢筋的弹性模量Es Es ，a a为应力应变为应力应变成比例的极限状态，它所对应的应成比例的极限状态，它所对应的应力称为比例极限。力称为比例极限。(Mpa)abcde比例极限屈服强度极限强度流幅屈服极限屈服极限 当应力达到当应力达到b b点后，材料开始屈点后，材料开始屈服，服，b b点称屈服的上限点，过点后，点称屈服的上限点，过点后，应力与应变曲线出现上下波动，形应力与应变曲线出现上下波动，形成一个明显的屈服台阶，屈服台阶成一个明显的屈服台阶，屈服台阶的下限的下限c c点所对应的应力称为点所对应的应力称为“屈屈服强度。服强度。 钢筋的主要力学性能钢筋的主要力学性能极限强度极限强度当当钢钢筋筋屈屈服服塑塑流流到到一一定定程程度度，即即到到达达点点c c以以后后，应应力力 应应变变曲曲线线又又开开始始上上升升，抗抗拉拉能能力力有有所所提提高高，随随着着曲曲线线上上升升到到最最高高点点d d，相相应应的的应应力力称称为为钢钢筋筋的的极极限限强强度度，cdcd段段称称为为钢钢筋筋的的强强化化阶阶段段。过过了了d d点点以以后后，钢钢筋筋在在薄薄弱弱处处的的断断面面将将显显着着缩缩小小，发发生生局局部部颈颈缩缩现现象象，变变形形迅迅速速增增加加，应应力力随随之下降，直到过点之下降，直到过点e e时试件被拉断。时试件被拉断。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 u 硬钢的硬钢的应力应力应变曲线应变曲线 d 极限抗拉强度极限抗拉强度e 极限应变极限应变 条件屈服强度：条件屈服强度： 取取残余应变为残余应变为0.2%所对应的应力作为无明显流幅钢筋所对应的应力作为无明显流幅钢筋的强度限值，通常称为的强度限值，通常称为条件屈服强度条件屈服强度 0.2 。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 u 钢筋的应力钢筋的应力应变应变简化模型简化模型 （1 1）理想弹塑性模型理想弹塑性模型（2 2）三段线性模型三段线性模型u 两个强度指标：两个强度指标：屈服强度屈服强度yield strength：是钢筋混凝土构件设计时钢筋强度取值是钢筋混凝土构件设计时钢筋强度取值的依据的依据，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形形不可恢复不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合，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，以致无法使用。的裂缝，以致无法使用。反映钢筋力学性能的基本指标：反映钢筋力学性能的基本指标：屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度、延伸率延伸率延伸率延伸率和和强屈比强屈比强屈比强屈比对于有明显屈服点钢筋，屈服上限不稳定，其屈服强度定义为对于有明显屈服点钢筋，屈服上限不稳定，其屈服强度定义为屈屈服下限服下限。极限强度极限强度ultimated strength：一般用作钢筋的实际破坏强度。一般用作钢筋的实际破坏强度。强屈比强屈比为极限强度与屈服强度的比值，热轧钢筋通常在为极限强度与屈服强度的比值，热轧钢筋通常在 1.41.41.61.6之间。之间。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能u 钢筋的钢筋的塑性性能塑性性能 （1）延伸率：）延伸率：（2）冷弯性能：）冷弯性能： 延伸率越大，钢筋的延伸率越大，钢筋的塑性塑性和和变形能力变形能力越好。越好。 弯心弯心直径直径越小，弯过的越小，弯过的角度角度越大，冷弯性能越好，钢筋的越大，冷弯性能越好，钢筋的塑塑性性能性性能越好。越好。D外包尺寸外包尺寸平直段平直段d平直段平直段平直段平直段 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能u 钢筋的钢筋的冷加工冷加工冷拉：冷拉： 在常温下用在常温下用机械机械方法将有明显流幅的钢筋拉到方法将有明显流幅的钢筋拉到超过超过屈服强度的某一应力值，然后屈服强度的某一应力值，然后卸载至零卸载至零。o冷拉控制应力(N/mm2)冷拉率残余变形oabccdd冷拉无时效冷拉经时效(a)(b)d1d2Pd2d1 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 u 钢筋的冷加工 钢筋在冷拉后，未经时效前，一般没有明显的屈服台阶；钢筋在冷拉后，未经时效前，一般没有明显的屈服台阶； 经过停放或加热后进一步提高了屈服强度并恢复了屈服台经过停放或加热后进一步提高了屈服强度并恢复了屈服台阶，这种现象称为冷拉阶，这种现象称为冷拉时效硬化时效硬化。冷拔：冷拔： 将将HPB235级热轧钢筋级热轧钢筋强行强行拔过小于其直径的硬质合金拔过小于其直径的硬质合金拔拔丝模具丝模具。 经过几次冷拔的钢丝，抗拉、抗压经过几次冷拔的钢丝，抗拉、抗压强度均强度均大大提高，但大大提高，但塑性塑性降低。降低。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 u 钢筋强度标准值和设计值 钢筋的强度标准值钢筋的强度标准值由于材料性能的离散性，实测钢筋屈服强度的概率分布曲线由于材料性能的离散性，实测钢筋屈服强度的概率分布曲线符合正态分布，材料强度的标准值可取其概率分布的符合正态分布，材料强度的标准值可取其概率分布的0.05 分分位值确定，即材料强度标准值应具有不小于位值确定，即材料强度标准值应具有不小于95%的保证率。的保证率。 钢筋的强度设计值钢筋的强度设计值钢筋的抗拉强度钢筋的抗拉强度设计值设计值是钢筋的是钢筋的强度标准值除以钢筋的材料分强度标准值除以钢筋的材料分项系数项系数得到的。即得到的。即第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 u 钢筋的选用钢筋的选用 也可采用也可采用HPB300、HRB335和和RRB400；（1）宜采用）宜采用HRB400和和HRB500级钢筋；级钢筋；以以HRB400为主导钢筋。为主导钢筋。也可用热处理钢筋。也可用热处理钢筋。（2）预应力钢筋宜采用钢丝和钢绞线；）预应力钢筋宜采用钢丝和钢绞线；（4）大部分混凝土构件采用）大部分混凝土构件采用HRB400、HRB500、RRB400；（3）HPB300可作为楼板的主筋，箍筋和架立筋。可作为楼板的主筋，箍筋和架立筋。 尺寸较大构件采用尺寸较大构件采用HRB400作箍筋。作箍筋。 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 u 混凝土结构对钢筋性能的混凝土结构对钢筋性能的要求要求 保证构件具有一定的保证构件具有一定的强度储备强度储备。（1）较高的屈服强度和极限强度）较高的屈服强度和极限强度（2）足够的塑性、韧性）足够的塑性、韧性 ，避免发生，避免发生脆性脆性破坏。破坏。（4）耐久性和耐火性）耐久性和耐火性（3）加工性能）加工性能 要求钢筋具备良好的要求钢筋具备良好的焊接焊接性能。性能。 （5）与混凝土具有良好的）与混凝土具有良好的粘结粘结 必要的混凝土保护层厚度以满足对构件必要的混凝土保护层厚度以满足对构件耐火极限耐火极限的要求。的要求。 （6）寒冷地区，防止钢筋）寒冷地区，防止钢筋低温冷脆低温冷脆导致破坏。导致破坏。 钢筋与混凝土的粘结力钢筋与混凝土的粘结力钢筋与混凝土的粘结力实质是接触面上的钢筋与混凝土的粘结力实质是接触面上的剪应力剪应力，按其作用性质可以，按其作用性质可以分为两大类：分为两大类：弯曲粘结应力弯曲粘结应力和和局部粘结应力局部粘结应力。弯曲粘结应力弯曲粘结应力弯曲粘结应力弯曲粘结应力的分布形式与弯距有关的分布形式与弯距有关第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 局部粘结应力局部粘结应力局部粘结应力局部粘结应力的分布形式不均匀的分布形式不均匀第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 粘结破坏的机理粘结破坏的机理胶结力胶结力摩擦力摩擦力机械咬合力机械咬合力第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 u 粘结应力粘结应力拔出试验拔出试验第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 u 粘结应力的粘结应力的组成组成 钢筋与混凝土表面的钢筋与混凝土表面的化学胶着力化学胶着力； 钢筋与混凝土接触面的钢筋与混凝土接触面的摩擦力摩擦力 ； 钢筋与混凝土表面凹凸不平的钢筋与混凝土表面凹凸不平的机械咬合力机械咬合力 。机械锚固的形式机械锚固的形式 依靠钢筋自身的性能无法满足锚固要求，采用依靠钢筋自身的性能无法满足锚固要求，采用机械锚固机械锚固措施。措施。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 u 粘结粘结破坏机理破坏机理 （1）光圆钢筋的粘结破坏：）光圆钢筋的粘结破坏： 粘结作用在钢筋与混凝土间出现粘结作用在钢筋与混凝土间出现相对滑移相对滑移前主要取决于前主要取决于化化学胶着力学胶着力，发生滑移后则由，发生滑移后则由摩擦力摩擦力和和机械咬合力机械咬合力提供。提供。（2） 变形钢筋的粘结破坏变形钢筋的粘结破坏 粘结强度仍由粘结强度仍由胶着力胶着力、摩擦力摩擦力和和机械咬合力机械咬合力组成。但主要组成。但主要为为机械咬合力机械咬合力。 钢筋开始钢筋开始滑移滑移后，粘结力主要由钢筋后，粘结力主要由钢筋凸肋凸肋对混凝土的对混凝土的斜向斜向挤压力挤压力和界面上的和界面上的摩擦力摩擦力组成。组成。 若钢筋外围混凝土很薄且没有环向箍筋约束，形成纵向劈若钢筋外围混凝土很薄且没有环向箍筋约束，形成纵向劈裂裂缝，沿钢筋纵向产生裂裂缝，沿钢筋纵向产生劈裂破坏劈裂破坏。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 u 粘结粘结破坏机理破坏机理 若有环向箍筋约束混凝土的变形，纵向劈裂裂缝的发展受若有环向箍筋约束混凝土的变形，纵向劈裂裂缝的发展受到限制，最后钢筋沿肋外径的圆柱面出现到限制，最后钢筋沿肋外径的圆柱面出现整体滑移整体滑移，发生，发生刮犁式破坏刮犁式破坏（剪切破坏）。（剪切破坏）。（3） 影响粘结强度的影响粘结强度的因素因素 混凝土的强度；混凝土的强度； 横向配筋的数量；横向配筋的数量； 钢筋的外形；钢筋的外形； 混凝土的保护层厚度及钢筋间距；混凝土的保护层厚度及钢筋间距； 锚固区的横向压力锚固区的横向压力 ； 受力状态。受力状态。 粘结力的主要影响因素粘结力的主要影响因素混凝土强度：混凝土强度：混凝土强度越高，钢筋与混凝土的粘结力也越高；混凝土强度越高，钢筋与混凝土的粘结力也越高；保护层厚度：保护层厚度：混凝土保护层较薄时，其粘结力降低，并在保护层最薄弱混凝土保护层较薄时，其粘结力降低，并在保护层最薄弱 位置容易出现劈裂裂缝，促使粘结力提早破坏；位置容易出现劈裂裂缝，促使粘结力提早破坏；钢筋表面形状：钢筋表面形状：带肋钢筋表面凹凸不平，与混凝土之间的机械咬合力较带肋钢筋表面凹凸不平，与混凝土之间的机械咬合力较 好，破坏时粘结强度大；光面钢筋的粘结强度则较小，所好，破坏时粘结强度大；光面钢筋的粘结强度则较小，所 以要在钢筋端部做成弯钩，可以增加其拔出力；以要在钢筋端部做成弯钩，可以增加其拔出力；横向压应力：横向压应力：如支座处的反力作用在钢筋锚固端，增大了摩阻力，有利如支座处的反力作用在钢筋锚固端，增大了摩阻力，有利 于粘结锚固。于粘结锚固。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能4 4 钢筋的钢筋的锚固锚固、连接连接与与延伸延伸 锚固：锚固： 通过通过钢筋埋置段钢筋埋置段或或机械措施机械措施将钢筋所受的力传给混凝土。将钢筋所受的力传给混凝土。 受拉钢筋受拉钢筋锚固长度：锚固长度： 锚固长度的修正：锚固长度的修正： 直径大于直径大于25mm的的带肋带肋钢筋，取钢筋，取 1.1。 钢筋表面有钢筋表面有环氧树脂环氧树脂涂层，取涂层，取1.25 。 锚固区混凝土锚固区混凝土保护层保护层厚度大于厚度大于3d，取，取0.8，5d时去时去0.7，中间内插。，中间内插。 施工中易受扰动的钢筋（滑模施工），取施工中易受扰动的钢筋（滑模施工），取1.1。 纵向受力筋实际配筋面积大于设计计算值时，取计算面积与实际面积纵向受力筋实际配筋面积大于设计计算值时，取计算面积与实际面积比值。比值。u 绑扎搭接绑扎搭接 采用绑扎搭接接头时，钢筋间力的传递是靠钢筋与混凝土之采用绑扎搭接接头时，钢筋间力的传递是靠钢筋与混凝土之间的粘结力，因此必须有足够的搭接长度。间的粘结力，因此必须有足够的搭接长度。应满足相应的构造要应满足相应的构造要求，以保证力的传递。求，以保证力的传递。钢筋绑扎搭接接头钢筋绑扎搭接接头 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 钢筋的搭接钢筋搭接的原则是：接头应设置在受力较小处钢筋搭接的原则是：接头应设置在受力较小处，同一根同一根钢筋上应尽量少设接头，机械连接接头能产生较牢固的钢筋上应尽量少设接头，机械连接接头能产生较牢固的连接力，应优先采用机械连接。连接力，应优先采用机械连接。受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度计算公式：受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度计算公式：式中，式中， 为受拉钢筋搭接长度修正系数为受拉钢筋搭接长度修正系数搭接接头百分率(%) 25 50 100 1.2 1.4 1.6 钢筋搭接接头钢筋搭接接头 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能钢筋焊接连接示意图钢筋焊接连接示意图（a）闪光对焊；（）闪光对焊；（b）、（）、（c）电弧焊搭接）电弧焊搭接焊接。焊接有对焊和搭接焊接，质量有保证时，此法较可靠。焊接。焊接有对焊和搭接焊接，质量有保证时，此法较可靠。 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能锥螺纹钢筋的连接示意图机械连接机械连接 采用螺旋或挤压套筒连接采用螺旋或挤压套筒连接, ,此法简单、可靠、节省。此法简单、可靠、节省。套筒上钢筋下钢筋 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能锥螺纹钢筋连接锥螺纹钢筋连接 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能挤压钢筋连接挤压钢筋连接 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能 3.3 3.3 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能组成结构组成结构单轴应力状态下单轴应力状态下的混凝土强度的混凝土强度复合应力状态下复合应力状态下的混凝土强度的混凝土强度混凝土的变形混凝土的变形混凝土抗压强度混凝土抗压强度混凝土轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度短期加载下混凝土变形性能短期加载下混凝土变形性能荷载长期作用下的变形性能（徐变）荷载长期作用下的变形性能（徐变）疲劳变形疲劳变形收缩收缩钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结粘结的意义粘结的意义粘结力组成粘结力组成粘结强度粘结强度影响粘结的因素影响粘结的因素锚固与搭接锚固与搭接知识网络结构图知识网络结构图