第第1章章 钢筋和混凝土的力学性能钢筋和混凝土的力学性能钢筋混凝土构件由钢筋和混凝土这两种性质极不相同的钢筋混凝土构件由钢筋和混凝土这两种性质极不相同的材料组合而成，混凝土材料抗压强度较强，抗拉能力很低，材料组合而成，混凝土材料抗压强度较强，抗拉能力很低，而钢筋抗拉强度很高，将两者结合在一起协同工作，能充而钢筋抗拉强度很高，将两者结合在一起协同工作，能充分发挥各自特长，而且可以克服钢材锈蚀、需要经常维护分发挥各自特长，而且可以克服钢材锈蚀、需要经常维护的麻烦。钢筋置于混凝土中不易腐蚀，可提高其耐火性，的麻烦。钢筋置于混凝土中不易腐蚀，可提高其耐火性，混凝土材料本身脆弱，有钢筋协同工作，可增加其延性。混凝土材料本身脆弱，有钢筋协同工作，可增加其延性。1.1 钢筋第1章 钢筋和混凝土的力学性能1.1 混凝土的力学性能1.1.1 混凝土的强度混凝土的强度1、混凝土的抗压强度、混凝土的抗压强度1)混凝土的立方抗压强度（强度等级）混凝土的立方抗压强度（强度等级）混凝土结构中，混凝土结构中，主要是利用它的主要是利用它的抗压强度抗压强度。因此抗压强度是混。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。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立方抗压强度来划分的混凝土的强度等级是用立方抗压强度来划分的混凝土强度等级混凝土强度等级：边长：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下立方体标准试件，在标准条件下（202，95%湿度）养护湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度天，用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的两端不涂润滑剂）测得的具有具有95%保证率保证率的立方体抗压强度，用符号的立方体抗压强度，用符号C表示，表示，C30表示表示fcu,k=30N/mm2 规范规范根据强度范围，根据强度范围，从从C15C80共划分为共划分为14个强度等级个强度等级，级差为级差为5N/mm2。C50以上为以上为高强混凝土高强混凝土，其有关指标与普通混，其有关指标与普通混凝土有所区别。凝土有所区别。1.1 混凝土的力学性能混凝土的力学性能第1章 钢筋和混凝土的力学性能试验录像试验录像第1章 钢筋和混凝土的力学性能100mm立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系小于小于C50的混凝土，修正系数的混凝土，修正系数m m1 1 =0.95， m m2 =1.05 。随混凝土强度随混凝土强度的提高，修正系数的提高，修正系数m m 值有所降低。当值有所降低。当f fcucu100100=100N/mm=100N/mm2 2时，换算系时，换算系数数m m 约为约为0.90.9美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径150mm，高高300 mm）标准试件测定的抗压强度来划分强度等级，符号记为标准试件测定的抗压强度来划分强度等级，符号记为 fc。圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为，圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为，立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的受力立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的受力状态，只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的状态，只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准（制作、测试方便）。标准（制作、测试方便）。第1章 钢筋和混凝土的力学性能1.2 混凝土立方体抗压强度标准值与平均值的关系立方体抗压强度标准值与平均值的关系我国规范确定混凝土强度等级共分为我国规范确定混凝土强度等级共分为14级：级：C15，C20， C25， C30， C35， C40， C45C50， C55， C60， C65， C70， C75， C80 混凝土强度等级是根据混凝土立方抗压强度标准混凝土强度等级是根据混凝土立方抗压强度标准值确定值确定第1章 钢筋和混凝土的力学性能1.2 混凝土2)轴心抗压强度轴心抗压强度 轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号fc表示，它比较表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为h/b=34，我国通常取我国通常取150mm150mm450(或或300)mm的棱柱体的棱柱体试件，也常用试件，也常用100100300试件。试件。对于同一混凝土，对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。棱柱。棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为，体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为，其中：其中： 0.88修正系数修正系数 1 为棱柱体强度与立方强度比值，为棱柱体强度与立方强度比值，对小于对小于C50级的混凝级的混凝土取土取1=0.76, C80取取1=0.82，其间按线性插值，其间按线性插值 2 为混凝土的脆性系数为混凝土的脆性系数 ，对小于对小于C40级的混凝土取级的混凝土取2=1.0 ， C80取取2=0.87，其间按线性插值，其间按线性插值第1章 钢筋和混凝土的力学性能试验录像试验录像第1章 钢筋和混凝土的力学性能2、轴心抗拉强度、轴心抗拉强度也是其基本力学性能，用符号也是其基本力学性能，用符号 ft 表示。混凝土构件开裂、裂缝、表示。混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。第1章 钢筋和混凝土的力学性能试验录像试验录像第1章 钢筋和混凝土的力学性能3劈拉试验PdP拉压压由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度试验测定混凝土的抗拉强度第1章 钢筋和混凝土的力学性能3、局部承压强度、局部承压强度 第1章 钢筋和混凝土的力学性能在一轴受压一轴受拉状态在一轴受压一轴受拉状态下，任意应力比情况下均下，任意应力比情况下均不超过其相应单轴强度。不超过其相应单轴强度。并且抗压强度或抗拉强度并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小。应力的增加而减小。4、混凝土在复合应力状态下的强度双轴应力状态双轴应力状态 Biaxial Stress State实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双双向向或或三向三向受力状态。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压受力状态。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。第1章 钢筋和混凝土的力学性能试验录像试验录像第1章 钢筋和混凝土的力学性能1.2 混凝土三轴应力状态三轴应力状态 Triaxial Stress State三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。采用圆柱体在等侧压条件进行。第1章 钢筋和混凝土的力学性能混凝土强度的标准值混凝土强度的标准值规范规范规定材料强度的标准值规定材料强度的标准值 fk 应具有不小于应具有不小于95%的保证率的保证率立方体强度标准值即为混凝土强度等级立方体强度标准值即为混凝土强度等级fcu。规范规范在确定混在确定混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值时，假定它们的变异凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值时，假定它们的变异系数与立方体强度的变异系数相同，利用与立方体强度平均值系数与立方体强度的变异系数相同，利用与立方体强度平均值的换算关系，便可按上式计算得到。的换算关系，便可按上式计算得到。同时，同时，规范规范考虑到试件与实际结构的差异以及高强混凝土考虑到试件与实际结构的差异以及高强混凝土的脆性特征，对轴心抗压强度和轴心抗拉强度，还采用了以下的脆性特征，对轴心抗压强度和轴心抗拉强度，还采用了以下两个两个折减系数折减系数：结构中混凝土强度与混凝土试件强度的比值，结构中混凝土强度与混凝土试件强度的比值，取取0.88；脆性折减系数，对脆性折减系数，对C40取取1.0，对，对C80取取0.87，中间按，中间按线性规律变化。线性规律变化。第1章 钢筋和混凝土的力学性能例例 fcu=30MPa, d d =0.12, fcu,m=fcu/(1-1.645d d) fc,m=0.76fcu,m fc,k=fc,m(1-1.645d d)0.881.0 =0.76fcu0.88 1.0 =20.06MPa第1章 钢筋和混凝土的力学性能1.1.2 1.1.2 混凝土的变形混凝土的变形1、混凝土的受力变形、混凝土的受力变形1）单轴（单调）受压应力）单轴（单调）受压应力-应变关系应变关系Stress- strain Relationship 混凝土单轴受力时的应力混凝土单轴受力时的应力-应变关系反映了混凝土受力全过程应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学特征的重要力学特征 是分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要是分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。 混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试件来应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定。测定。 在普通试验机上采用在普通试验机上采用等应力速度等应力速度加载，达到轴心抗压加载，达到轴心抗压强度强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲应变曲线的线的上升段上升段。 采用采用等应变速度等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力-应变应变曲线的曲线的下降段下降段。第1章 钢筋和混凝土的力学性能1.2 混凝土第1章 钢筋和混凝土的力学性能试验录像试验录像第1章 钢筋和混凝土的力学性能强度等级越高，线弹性段强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降破坏时脆性越显著，下降段越陡。段越陡。图1-6第1章 钢筋和混凝土的力学性能反映混凝土全部受压力学性能，反映混凝土全部受压力学性能，可采用混凝土应力可采用混凝土应力-应变全曲线应变全曲线的形式。的形式。若采用无量纲坐标若采用无量纲坐标x=e e/e e0，y=s s/fc，则混凝土应力则混凝土应力-应变全曲线的应变全曲线的几何特征必须满足几何特征必须满足 x=0，y=0，0ddEExyc= 0x 1，0dd22xy x=1，0dd=xy，y=1 拐点D，22ddxyxd=0，xd1 曲率最大点E，33ddxyxe=0，xe xd 当x时，y0，0dd=xy x0，0y 1第1章 钢筋和混凝土的力学性能根据以上条件，过镇海提出的应力根据以上条件，过镇海提出的应力-应变全曲线表达式应变全曲线表达式a=Ec/E0，Ec为初始弹性模量；为初始弹性模量；E0为峰值点时的割线模量，为峰值点时的割线模量，为满足条件为满足条件和和，一般，一般应有应有1.5a3；a ac 为下降段为下降段参数参数第1章 钢筋和混凝土的力学性能规范规范应力应力-应变关系应变关系上升段：下降段：1.2 混凝土2 2）混凝土的受压变形模量）混凝土的受压变形模量 Displace Modulus原点切线模量原点切线模量Elastic Modulus割线模量割线模量Secant Modulus切线模量切线模量Tangent Modulus弹性系数弹性系数n n (coefficient of elasticity) 随应力增大而随应力增大而减小减小n n =10.5弹性模量测定方法采用棱柱体试件，取应采用棱柱体试件，取应力上限为力上限为0.5fc 重复加重复加荷荷510次。次。 第1章 钢筋和混凝土的力学性能1.2 混凝土三、混凝土的收缩和徐变三、混凝土的收缩和徐变Shrinkage and Creep1)混凝土的徐变 Creep 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。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。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。应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。 与混凝土的收缩一样，徐变也与时间有关。因此，在测定与混凝土的收缩一样，徐变也与时间有关。因此，在测定混凝土的徐变时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样混凝土的徐变时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形。对比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形。第1章 钢筋和混凝土的力学性能在应力（在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变弹性应变e eel（= s si/Ec(t0)，t0加荷时的龄期）。加荷时的龄期）。随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增长较个月徐变增长较快，快，6个月可达最终徐变的（个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓慢，以后增长逐渐缓慢，23年后趋于稳定。年后趋于稳定。第1章 钢筋和混凝土的力学性能记记(t- -t0)时时间间后后的的总总应应变变为为e e c(t, ,t0)，此此时时混混凝凝土土的的收收缩缩应应变变为为e esh(t，t0)，则徐变为，则徐变为，e ecr (t, ,t0) = e ec(t, ,t0)- - e e c(t0)- - e esh(t, ,t0)= e ec(t, ,t0)- - e eel- - e esh(t, ,t0)第1章 钢筋和混凝土的力学性能如在时间如在时间t 卸载，则会产生卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变瞬时弹性恢复应变e eel。由于混凝土弹由于混凝土弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变性模量随时间增大，故弹性恢复应变e eel小于加载时的瞬时弹性应小于加载时的瞬时弹性应变变 e eel。再经过一段时间后，还有一部分应变再经过一段时间后，还有一部分应变e eel可以恢复，称为可以恢复，称为弹性后效弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变e ecr第1章 钢筋和混凝土的力学性能影响因素影响因素内在因素内在因素是混凝土的组成和配比。骨料是混凝土的组成和配比。骨料(aggregate)的刚度（弹的刚度（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。也越小。环境影响环境影响包括养护和使用条件。受荷前养护包括养护和使用条件。受荷前养护(curing)的温湿度的温湿度越高，水泥水化作用月充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使越高，水泥水化作用月充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（徐变减少（2035）%。受荷后构件所处的环境温度越高，相对。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。湿度越小，徐变就越大。第1章 钢筋和混凝土的力学性能应力条件应力条件是指初应力是指初应力(initial stress)水平水平s si /fc和加荷时混凝土和加荷时混凝土的龄期的龄期t0，它们影响徐变的非常主要的因素。当初始应力水平它们影响徐变的非常主要的因素。当初始应力水平s si /fc 0.5时，徐变值与初应力基本上成正比，也即（最终）时，徐变值与初应力基本上成正比，也即（最终）徐变徐变系数系数j j =e ecr /e eel =Ece ecr /s si =常数常数，这种徐变称为，这种徐变称为线性徐变线性徐变。 当初应力当初应力s si 在在(0.50.8) fc 范围时，徐变最终虽仍收敛，但最范围时，徐变最终虽仍收敛，但最终徐变与初应力终徐变与初应力s si不成比例，也即徐变系数不成比例，也即徐变系数j j 随随s si的增大而增大，的增大而增大，这种徐变称为这种徐变称为非线性徐变非线性徐变。当初应力。当初应力s si 0.8fc 时，混凝土内部微时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，徐变的发展将不收敛，最终导裂缝的发展已处于不稳定的状态，徐变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。因此将致混凝土的破坏。因此将0.8fc作为混凝土的作为混凝土的长期抗压强度长期抗压强度。 高强混凝土高强混凝土的密实性好，在相同的的密实性好，在相同的s s /fc比值下，徐变比普通比值下，徐变比普通混凝土小得多。但由于高强混凝土承受较高的应力值，初始变形混凝土小得多。但由于高强混凝土承受较高的应力值，初始变形较大，故两者总变形接近。此外，高强混凝土线性徐变的范围可较大，故两者总变形接近。此外，高强混凝土线性徐变的范围可达达0.65fc，长期强度约为长期强度约为0.85fc，也比普通混凝土大一些。也比普通混凝土大一些。第1章 钢筋和混凝土的力学性能第1章 钢筋和混凝土的力学性能第1章 钢筋和混凝土的力学性能1.2 混凝土2、混凝土的非受力变形、混凝土的非受力变形1）混凝土的收缩）混凝土的收缩 Shrinkage 混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土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。的收缩。 收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。 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）的约束时束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。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。 某些某些对跨度比较敏感的超静定结构对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构（如拱结构），），收缩也收缩也会引起不利的内力。会引起不利的内力。第1章 钢筋和混凝土的力学性能混凝土的收缩是随时间而增长的变形，混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成，一个月可完成50%，以后，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。一般情况下，最终收缩应变值约为一般情况下，最终收缩应变值约为(25)10-4 混凝土开裂应变为混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4第1章 钢筋和混凝土的力学性能1.2 混凝土 影响因素影响因素 混混凝凝土土的的收收缩缩受受结结构构周周围围的的温温度度、湿湿度度、构构件件断断面面形形状状及及尺尺寸寸、配配合合比比、骨骨料料性性质质、水水泥泥性性质质、混混凝凝土土浇浇筑筑质质量量及及养养护条件等许多因素有关。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，要精确计算尚有一定的困难。影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。 在在实实际际工工程程中中，要要采采取取一一定定措措施施减减小小收收缩缩应应力力的的不不利利影影响响施工缝。施工缝。第1章 钢筋和混凝土的力学性能1.1.3 混凝土的选用原则混凝土的选用原则建筑工程钢筋混凝土构件：建筑工程钢筋混凝土构件：普通钢筋混凝土不应低于普通钢筋混凝土不应低于C15；HRB335（II级）钢筋以上，混凝土不宜低于级）钢筋以上，混凝土不宜低于C20；HRB400（IV级）以上钢筋，混凝土不得低于级）以上钢筋，混凝土不得低于C20 ；预应力混凝土不应低于预应力混凝土不应低于C30；钢绞线、钢丝、热处理钢筋预应力混凝土不宜低于钢绞线、钢丝、热处理钢筋预应力混凝土不宜低于C40。公路桥涵工程钢筋混凝土构件：公路桥涵工程钢筋混凝土构件：钢筋混凝土构件不低于钢筋混凝土构件不低于C25；预应力混凝土构件不低于预应力混凝土构件不低于C40；严寒地区、海水环境混凝土不低于严寒地区、海水环境混凝土不低于C30；具有腐蚀的环境混凝土不低于具有腐蚀的环境混凝土不低于C35。第1章 钢筋和混凝土的力学性能s se e1.2.11.2.1钢筋的应力钢筋的应力- -应变关系应变关系 1、 有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋 Steel bar with yield pointa为比例极限proportional limit s =Eseaa为弹性极限elastic limitade为强化段strain hardening stagebb为屈服上限upper yield strengthc为屈服下限，即屈服强度 fylower yield strengthcdcd为屈服台阶yield plateauefue为极限抗拉强度 fu ultimate tensile strengthfyf1.2 钢筋的力学性能ef为下降段第1章 钢筋和混凝土的力学性能几个指标：几个指标：屈服强度屈服强度yield strength：是钢筋强度的设计依据是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复不可恢复，这会使钢，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。载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。延延 伸伸 率率elongation rate：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性钢筋拉断时的应变，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。能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。屈屈 强强 比比反映钢筋的强度储备，反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.60.7。均匀延伸率均匀延伸率d dgt对应最大应力时应变，对应最大应力时应变，包括了残余应变和弹性应变，反映包括了残余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力了钢筋真实的变形能力(2.5%)第1章 钢筋和混凝土的力学性能有明显屈服点钢筋的应力-应变关系一般可采用双线性的理想弹塑性关系1Es第1章 钢筋和混凝土的力学性能2 2、无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋Steel bar without yield pointa点：比例极限，约为点：比例极限，约为0.65fua点前：应力点前：应力-应变关系为线弹性应变关系为线弹性a点后：应力点后：应力-应变关系为非线性，应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈有一定塑性变形，且没有明显的屈服点服点强度设计指标强度设计指标条件屈服点条件屈服点残余应变为残余应变为0.2%所对应的应力所对应的应力规范规范取取s s0.2 =0.85 fu钢筋的强度标准值钢筋的强度标准值( Characteristic or Standard Strength) 按冶金钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值是取其出厂时按冶金钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值是取其出厂时的废品限值，其数值相当于的废品限值，其数值相当于fy,m-2-2s s，具有具有97.73%的保证率，满足的保证率，满足建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准材料强度标准值保证率材料强度标准值保证率95%的要求。的要求。附表附表2-1 普通钢筋强度标准值及极限应变普通钢筋强度标准值及极限应变1.1 钢筋1.2.2 钢筋的品种及塑性性能1、钢筋的品种 热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋热轧钢筋热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB300级、HRB335级、HRB400级、RRB400(500)级HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRolledBarRRBRolledRibbedBar屈服强度屈服强度 fyk（标准值标准值= =钢材废品限值，保证率钢材废品限值，保证率9 97.73%）HPB300级： fyk = 300 N/mm2HRB335级： fyk = 335 N/mm2HRB400级、RRB400级： fyk = 400 N/mm2 HPB300级(级)钢筋钢筋为热轧光面钢筋（为热轧光面钢筋（Plain Bar），），多作为多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。现浇楼板的受力钢筋和箍筋。 HRB335级(级)和 HRB400级(级)钢筋钢筋强度较高，多强度较高，多作为作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用级钢级钢筋作箍筋的筋作箍筋的为增强与混凝土的粘结（为增强与混凝土的粘结（Bond），），外形制作成月牙外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（肋或等高肋的变形钢筋（Deformed Bar）。 、V V级钢筋级钢筋强度太高强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。一般冷拉后作预应力筋。延伸率延伸率d d5 5= =25、16、14、10%，直径直径840。第1章 钢筋和混凝土的力学性能钢丝钢丝，中强钢丝的强度为中强钢丝的强度为8001200MPa，高强钢丝、钢绞线的高强钢丝、钢绞线的为为 1470 1860MPa；延伸率延伸率d10=6%，d100=3.54%；钢丝的直钢丝的直径径39mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径股和七股钢绞线，外接圆直径9.515.2 mm。中高强钢丝和钢中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。绞线均用于预应力混凝土结构。冷加工钢筋冷加工钢筋是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。近年来，冷加工钢筋的品近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。种很多，应根据专门规程使用。热处理钢筋热处理钢筋是将是将级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于预理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于预应力混凝土结构。应力混凝土结构。第1章 钢筋和混凝土的力学性能2、塑性性能 1）伸）伸长率率 伸伸长率是衡量率是衡量钢筋塑性性能的一个指筋塑性性能的一个指标，伸，伸长率越大，塑性率越大，塑性越好。伸越好。伸长率用率用l钢筋拉伸筋拉伸试验试件的件的应变量量测标距；距；l钢筋筋经拉断并重新拼合后量拉断并重新拼合后量测断口两断口两侧的的标距，即距，即产生残留伸生残留伸长后的后的标距。距。第1章 钢筋和混凝土的力学性能2）截面收缩率）截面收缩率 截面收缩率是反映材料塑性变形能力的另一个指标，等于试件截面收缩率是反映材料塑性变形能力的另一个指标，等于试件被拉断后颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率，被拉断后颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率，用符号表示。截面收缩率可以按照以下公式计算用符号表示。截面收缩率可以按照以下公式计算A0试件受力前的断面面积试件受力前的断面面积A-试件拉断后颈缩区的断面面积试件拉断后颈缩区的断面面积 第1章 钢筋和混凝土的力学性能 3）冷弯性能冷弯性能 冷弯试验的合格标准为在规定的和下冷弯后钢筋应无裂纹、鳞冷弯试验的合格标准为在规定的和下冷弯后钢筋应无裂纹、鳞落或断裂现象落或断裂现象 第1章 钢筋和混凝土的力学性能 4）强度及弹性模量强度及弹性模量热轧钢筋的强度以屈服点应力为依据，热轧钢筋的强度以屈服点应力为依据，高强钢筋的强度以条件屈服应力为依据高强钢筋的强度以条件屈服应力为依据 。钢筋强度分为标准值和设计值钢筋强度分为标准值和设计值第1章 钢筋和混凝土的力学性能5）冷加工钢筋）冷加工钢筋（1）冷拉钢筋）冷拉钢筋所谓冷拉是指在常温条件下使热轧钢筋的冷拉应力值所谓冷拉是指在常温条件下使热轧钢筋的冷拉应力值先超过屈服强度，然后完全放松，若钢筋再次受拉，先超过屈服强度，然后完全放松，若钢筋再次受拉，则能获得较高屈服强度的一种加工方法；则能获得较高屈服强度的一种加工方法；（2）冷拔钢筋）冷拔钢筋冷拔是将钢筋（盘条）用强力拔过比它本身直径小的冷拔是将钢筋（盘条）用强力拔过比它本身直径小的硬质合金拔丝模，这时钢筋同时受到纵向拉力和横向硬质合金拔丝模，这时钢筋同时受到纵向拉力和横向压力的作用以提高其强度的一种加工方法；压力的作用以提高其强度的一种加工方法；冷拉只能提高钢筋的抗拉屈服强度，却不能提高其抗压屈服强度冷拉只能提高钢筋的抗拉屈服强度，却不能提高其抗压屈服强度冷拔可以同时提高钢筋的冷拉强度和抗压强度冷拔可以同时提高钢筋的冷拉强度和抗压强度第1章 钢筋和混凝土的力学性能（3）冷扎钢筋）冷扎钢筋所谓冷扎是指在常温条件下使热轧钢筋经过冷扎成型，所谓冷扎是指在常温条件下使热轧钢筋经过冷扎成型，表面轧制成不同形状，使钢筋的强度提高表面轧制成不同形状，使钢筋的强度提高 ，但塑性有所，但塑性有所降低。降低。（4）冷扎扭钢筋）冷扎扭钢筋冷扎扭钢筋是以热轧光面钢筋为原料，经过专用机械冷扎扭钢筋是以热轧光面钢筋为原料，经过专用机械 加工成型的一种钢筋。加工成型的一种钢筋。冷拔、冷轧和冷轧扭钢筋应按专门的设计和施工规程执行。冷拔、冷轧和冷轧扭钢筋应按专门的设计和施工规程执行。第1章 钢筋和混凝土的力学性能1.2.3钢筋性能要求钢筋性能要求（1）强度高）强度高 （2）塑性好）塑性好（3）可焊性好）可焊性好（4）与混凝土具有良好的粘结锚固性能）与混凝土具有良好的粘结锚固性能板、箍筋采用板、箍筋采用HPB300、HRB400梁柱纵筋采用梁柱纵筋采用HRB335HRB500冷拔、冷轧和冷轧扭钢筋应按专门的设计和施工规程执行。冷拔、冷轧和冷轧扭钢筋应按专门的设计和施工规程执行。1.2.4钢筋的选用钢筋的选用第1章 钢筋和混凝土的力学性能钢筋混凝土轴心受拉构件裂缝出现前的应力分布钢筋混凝土轴心受拉构件裂缝出现前的应力分布 1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结第1章 钢筋和混凝土的力学性能裂缝出现前裂缝出现前开裂以后开裂以后钢筋混凝土梁中钢筋混凝土梁中s, c c 和和的分布的分布钢筋在支座中的锚固长度钢筋在支座中的锚固长度第1章 钢筋和混凝土的力学性能1.2 混凝土1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结1.3.1粘结力的定义粘结力的定义当钢筋和混凝土产生相对位移时，钢筋和混凝土之间将产生沿钢当钢筋和混凝土产生相对位移时，钢筋和混凝土之间将产生沿钢筋轴线方向的相互作用。筋轴线方向的相互作用。粘结力的作用粘结力的作用其一其一 是保证钢筋和混凝土变形协调，是保证钢筋和混凝土变形协调，其二是减少混凝土裂缝宽度其二是减少混凝土裂缝宽度1.3.2粘结力的组成粘结力的组成（1） 化学胶结力化学胶结力（2） 摩擦力摩擦力（3） 机械咬合力机械咬合力（4） 锚固力锚固力第1章 钢筋和混凝土的力学性能钢筋粘结力的主要组成钢筋粘结力的主要组成光面钢筋与混凝土之间的粘结力主要由化学胶结力和摩擦力；光面钢筋与混凝土之间的粘结力主要由化学胶结力和摩擦力；变形钢筋与混凝土之间的粘结力主要由机械咬合力组成变形钢筋与混凝土之间的粘结力主要由机械咬合力组成1.3.3 影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素（1）刚进的表面形状）刚进的表面形状（2） 混凝土强度（劈裂抗拉强度）混凝土强度（劈裂抗拉强度）（3）刚进的位置）刚进的位置（4） 混凝土保护层厚度和钢筋的间距混凝土保护层厚度和钢筋的间距（5） 横向钢筋及侧向压力的影响横向钢筋及侧向压力的影响第1章 钢筋和混凝土的力学性能