第二章第二章 混凝土结构材料的混凝土结构材料的物理力学性能物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 2.1.1单轴向应力状态下的砼强度单轴向应力状态下的砼强度1) 1) 立方体抗压强度立方体抗压强度 ：确定强度等级依据确定强度等级依据试个尺寸：试个尺寸：边长为150mm的混凝土立方体试件养护条件：养护条件：在标准条件下（温度为203，湿度90%）养护28天强度等级确定：强度等级确定：95%95%保证率的抗压强度保证率的抗压强度（理论与试验）2 2）轴心抗压强度）轴心抗压强度f fckck试件尺寸试件尺寸：150mml50mm300mm的棱柱体养护条件养护条件：标准条件养护28天强度确定强度确定：标准试验方法测得具有95保证率的强度值3 3）轴心抗拉强度）轴心抗拉强度ftft取得方法一：劈拉试验取得方法一：劈拉试验试验思想：以劈拉试验代替轴拉试验试验思想：以劈拉试验代替轴拉试验劈拉试验劈拉试验FaF拉压压平面应力状态平面应力状态- -压强拉弱压强拉弱 两方向均为压应力时，抗压强度相互提高，而当一方向两方向均为压应力时，抗压强度相互提高，而当一方向 为压应力，另一方向为拉应力时，强度相互降低。为压应力，另一方向为拉应力时，强度相互降低。 拉应力的存在会降低混凝土的抗剪强度。拉应力的存在会降低混凝土的抗剪强度。 2.1.2 复合受力状态下混凝土的强度复合受力状态下混凝土的强度1.01.01.21.2-0.2-0.22/fc1/fc拉压双向正应力下的强度曲线双向正应力下的强度曲线2. 混凝土的弹性模量ccccep01原点切线模量（弹性模量）：拉压相同变形模量（割线模量、弹塑性模量）切线模量受压时，为0.41.0；受拉破坏时，为1.02、混凝土的徐变 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。称为徐变。混凝土的徐变特性主要与时间参数有关混凝土的徐变特性主要与时间参数有关: : 随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前前4 4个月个月徐变增长较快，6 6个月个月可达最终徐变的（70至80）%，以后增长逐渐缓慢，2 2至至3 3年后趋于稳定。长期荷载作用下混凝土的变形性能长期荷载作用下混凝土的变形性能-影响徐变的因素影响徐变的因素加荷时加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大混凝土的龄期，越早，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大骨料越硬，徐变越小骨料越硬，徐变越小 砼收缩变形影响因素砼收缩变形影响因素 1）水泥品种水泥品种：水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越大。2）水泥用量水泥用量：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。3）骨料性质骨料性质：骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。4）养护条件养护条件：干燥失水及高温环境，收缩大。5）制作方法制作方法：混凝土越密实，收缩越小。6）使用环境使用环境：使用环境温度、湿度越大，收缩越小。7）体表比体表比：比值大时，收缩小。2.2 钢筋的物理力学性能 2.2.1钢筋的品种和级别 热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋钢筋的分类钢筋的分类热轧钢筋热轧钢筋主要有Q235轧制的光圆钢筋和用合金钢轧制的带肋钢筋两类，主要用于钢筋砼结构和预应力钢筋砼结构的配筋。热处理钢筋热处理钢筋适用于预应力混凝土构件的配筋，但对其应力腐蚀及缺陷敏感性强。冷加工钢筋：冷加工钢筋：主要用于小型预应力构件、焊接或绑扎骨架、网片或箍筋。 热轧钢筋的分类热轧钢筋的分类(2002(2002版规范版规范) )HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级屈服强度屈服强度 fyk HPB235级： fyk = 235 N/mm2 HRB335级： fyk = 335 N/mm2 HRB400级： fyk = 400 N/mm2 RRB400级： fyk = 400 N/mm2 几个指标：几个指标：屈服强度屈服强度：是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将发生很大是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将发生很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，这会使钢筋混凝土的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有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。关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。延伸率延伸率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比率钢筋拉断后的伸长值与原长的比率，是反映钢筋塑性性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。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无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋a a点：比例极限，约为点：比例极限，约为0.650.65f fu ua a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 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，且没有明有一定塑性变形，且没有明 显的屈服点显的屈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%0.2%所对应所对应的应力的应力规范规范取取 =0.85 fu=0.85 fu疲劳断裂：指钢筋在承受重复、周期性的动荷载疲劳断裂：指钢筋在承受重复、周期性的动荷载作用下，经过一定次数后，突然脆性作用下，经过一定次数后，突然脆性断裂的现象。如吊车梁等。断裂的现象。如吊车梁等。疲劳强度：满足循环次数为疲劳强度：满足循环次数为200200万以上的万以上的钢筋最大应力值为钢筋的疲劳强度。钢筋最大应力值为钢筋的疲劳强度。注意：疲劳强度极限强度注意：疲劳强度极限强度2.2.3 钢筋的疲劳钢筋的疲劳1 1）强度：要求钢筋有足够的强度和适宜的强屈比）强度：要求钢筋有足够的强度和适宜的强屈比( (极限强度极限强度 与屈服强度的比值与屈服强度的比值) )。例如，对抗震等级为一、二级的框。例如，对抗震等级为一、二级的框 架结构，其纵向受力钢筋的实际强屈比不应小于架结构，其纵向受力钢筋的实际强屈比不应小于1.251.25。2 2）塑性：要求钢筋应有足够的变形能力。）塑性：要求钢筋应有足够的变形能力。3 3）可焊性：要求钢筋焊接后不产生裂缝和过大的变形，焊接）可焊性：要求钢筋焊接后不产生裂缝和过大的变形，焊接 接头性能良好。接头性能良好。2.2.4 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4 4）与混凝土的粘结力：要求钢筋与混凝土之间有足够的粘结）与混凝土的粘结力：要求钢筋与混凝土之间有足够的粘结 力，以保证两者共同工作。力，以保证两者共同工作。5) 5) 钢筋的耐火性钢筋的耐火性: :热轧钢筋冷轧钢筋预应力钢筋热轧钢筋冷轧钢筋预应力钢筋2.2.4 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影响钢筋与砼间粘结强度的因素影响钢筋与砼间粘结强度的因素1 1）光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度都随混凝土强度等级的提）光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度都随混凝土强度等级的提高而提高，与混凝土抗拉强度近似成正比。高而提高，与混凝土抗拉强度近似成正比。2 2）变形钢筋能够提高粘结强度。）变形钢筋能够提高粘结强度。3 3）钢筋间的净距过小，周围混凝土发生劈裂，降低粘结强度。）钢筋间的净距过小，周围混凝土发生劈裂，降低粘结强度。4 4）横向钢筋）横向钢筋( (箍筋箍筋) )可限制混凝土内部裂缝的发展，还可限制可限制混凝土内部裂缝的发展，还可限制构件表面的裂缝宽度，提高粘结强度。构件表面的裂缝宽度，提高粘结强度。