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第一章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能,主要內(nèi)容 一、鋼筋的品種 二、鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系（力學(xué)性能） 三、鋼筋的塑性性能指標(biāo) 四、鋼筋的冷加工 五、鋼筋的連接 六、混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求,2.1 鋼 筋,1.1 鋼 筋 Steel Reinforcement,2.1 鋼筋,1.1 鋼 筋 Steel Reinforcement 一、鋼筋的品種(P10) 鋼筋原材鋼材碳素鋼和合金鋼（改善性能) (高碳鋼、中碳鋼和低碳鋼，碳高強(qiáng)度高、塑性、韌性、可焊性降低) 普通低合金鋼(合金量3%5%,加入合金元素錳、硅鈦等） 。 鋼筋 按外形分為： 鋼筋 按加工工藝分為：熱軋鋼筋、熱處理鋼筋、鋼絲、鋼絞線(xiàn)四種， 冷加工鋼筋,2.1 鋼 筋,1、熱軋鋼筋 Hot Rolled Steel Reinforcing Bar HPB235級(jí)、HRB335級(jí)、HRB400級(jí)、RRB400級(jí),HPB,HRB,RRB,屈服強(qiáng)度 fyk（標(biāo)準(zhǔn)值=鋼材廢品限值，保證率7.73%）P11表1-1 HPB235級(jí)： fyk = 235 N/mm2 HRB335級(jí)： fyk = 335 N/mm2 HRB400級(jí)、RRB400級(jí)： fyk = 400 N/mm2,P410 附表1,2.1 鋼 筋,HPB235級(jí)(級(jí))鋼筋多為光面鋼筋（Plain Bar），低碳鋼，多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋。 HRB335級(jí)(級(jí)) 和 HRB400級(jí)(級(jí))外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋（Deformed Bar），低合金。鋼筋強(qiáng)度較高，多作為鋼筋混凝土構(gòu)件的受力鋼筋，尺寸較大的構(gòu)件，也有用級(jí)鋼筋作箍筋的為增強(qiáng)與混凝土的粘結(jié)（Bond）。 RRB400級(jí)與HRB335成分相同，但強(qiáng)度高，性能不穩(wěn)定，不適宜作為鋼筋混凝土構(gòu)件中的配筋，一般冷拉后作預(yù)應(yīng)力筋。 直徑640mm。 熱軋鋼筋屬軟鋼。,(20MnSi),2.1 鋼筋,2、鋼絲 根據(jù)母材不同分為： 1）冷拔低碳鋼絲： b HPB235加工而成（中強(qiáng)鋼絲） 直徑3、4、5mm，強(qiáng)度為8001200MPa。 2）高強(qiáng)鋼絲：高碳鋼線(xiàn)材加工而成，直徑39mm ， 外形有光面p 、刻痕I和螺旋肋H三種，質(zhì)量穩(wěn)定。 3、鋼絞線(xiàn)s有二股、三股和七股鋼絞線(xiàn)，外接圓直徑9.515.2 mm。強(qiáng)度為 1470 1860MPa. 4、熱處理鋼筋HT是將熱扎鋼筋牌號(hào)為40Si2Mn和 48Si2Mn通過(guò) 加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理，使強(qiáng)度得到較大幅度的提 高，而延伸率降低不多。 熱處理鋼筋、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線(xiàn)屬硬鋼，只能用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。 5、冷拉鋼筋是由熱軋鋼筋和盤(pán)條在常溫下經(jīng)冷拉，超過(guò)其屈服強(qiáng)度，然后卸載從而提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度，節(jié)約鋼材。 但經(jīng)冷拉后，鋼筋的延伸率降低。,2.1 鋼筋,二、鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系（力學(xué)性能-強(qiáng)度和變形，單向拉伸試驗(yàn)） 1、 有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋 Steel bar with yield point（軟鋼）,a為比例極限proportional limit s =Ese,a為彈性極限elastic limit,de為強(qiáng)化段strain hardening stage,b為屈服上限upper yield strength,c為屈服下限，即屈服強(qiáng)度 fy lower yield strength,cd為屈服臺(tái)階yield plateau,e為極限抗拉強(qiáng)度 fu ultimate tensile strength,強(qiáng)屈比反映鋼筋的強(qiáng)度儲(chǔ)備，fu/fy大于.25，但也不宜過(guò)大。,應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn),記住2個(gè)強(qiáng)度指標(biāo),2.1 鋼筋,2、無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼筋Steel bar without yield point（硬鋼）,a點(diǎn)：比例極限，約為0.65 sb a點(diǎn)前：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線(xiàn)彈性 a點(diǎn)后：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為非線(xiàn)性，有一定塑性變形，且沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)，峰值（最大應(yīng)力）稱(chēng)為極限強(qiáng)度sb 強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)條件屈服點(diǎn)： 殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力 規(guī)范取s0.2 =0.85 sb,應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn),sb,e,s,2.1 鋼筋,三、鋼筋的塑性性能指標(biāo) 延伸率（伸長(zhǎng)率）elongation rate：鋼筋拉斷時(shí)的應(yīng)變，是反映鋼筋塑性性能的指標(biāo)。延伸率大的鋼筋，在拉斷前有足夠預(yù)兆，延性較好。 冷彎性能Cold bending performance ：常溫下的冷彎性能試驗(yàn)來(lái)決定，是將直徑為d的鋼筋繞直徑為D的鋼輥，彎成一定的角度而不發(fā)生斷裂，就表示合格。鋼輥的直徑D越小、彎轉(zhuǎn)角越大，說(shuō)明鋼筋的塑性越好。冷彎角度。 各級(jí)熱軋鋼筋的性能見(jiàn)下表1-1,D,熱軋鋼筋等級(jí)、品種及主要力學(xué)性能指標(biāo),2.1 鋼筋,四、鋼筋的冷加工 將熱軋鋼筋和盤(pán)條在常溫下進(jìn)行冷拉、冷拔、冷軋、冷扭等加工。冷加工的目的是為了提高鋼筋的強(qiáng)度，節(jié)約鋼材。但經(jīng)冷加工后，鋼筋的延伸率降低。冷加工鋼筋的品種很多，應(yīng)根據(jù)專(zhuān)門(mén)規(guī)程使用（橋梁工程中不用）。 熱軋鋼筋通過(guò)冷拉或冷拔提高其屈服強(qiáng)度，從而節(jié)約鋼材。,2.1 鋼筋,1、冷拉：將鋼筋拉伸超過(guò)它的屈服強(qiáng)度，然后放松，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，鋼筋會(huì)獲得比原來(lái)的屈服強(qiáng)度更高的新屈服強(qiáng)度值。 稱(chēng)為“冷拉強(qiáng)化” 冷拉時(shí)效硬化：如在k點(diǎn)卸載， 過(guò)一段時(shí)間（人工加熱后）， 再?gòu)埨摻?，則屈服強(qiáng)度又 進(jìn)一步提高的現(xiàn)象。 常溫時(shí)，時(shí)效硬化HPB235 需20d； 100C時(shí)，2小時(shí)； 冷拉時(shí)效后的鋼筋，如再 次加溫，鋼筋會(huì)恢復(fù)到前 的力學(xué)性能。為何要先焊后拉的原因,2.1 鋼筋,2、冷拔 將鋼筋用強(qiáng)力拔過(guò)比其 直徑還小的硬質(zhì)合金拔 絲模具，鋼筋除受拉還 要受到很大側(cè)向擠壓力。 被拔成長(zhǎng)度增加直徑變 細(xì)的鋼絲。經(jīng)多次冷拔 后，鋼筋的強(qiáng)度比原來(lái) 提高很多，但塑性降低。 圖為一根6鋼筋經(jīng)三次冷拔到3鋼絲應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)。 冷拉只提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度，不能作為受壓鋼筋。 冷拔則同時(shí)提高鋼筋的抗拉和抗壓強(qiáng)度。,2.1 鋼筋,3、冷軋 冷軋帶肋鋼筋是以低碳鋼或低合金鋼為原料，在常溫下進(jìn)行扎制而成的，表面具有縱肋和月牙橫肋的鋼筋，其強(qiáng)度提高幅度接近冷拔低碳鋼絲，而塑性性能優(yōu)于冷拔低碳鋼絲。,2.1 鋼筋,五、鋼筋的連接 熱扎鋼筋主要有 、綁扎連接：是目前仍為鋼筋連接的主要手段之一。鋼筋的綁扎接頭是采用2022號(hào)火燒絲或鍍鋅絲，按規(guī)范規(guī)定的最小搭接鋼筋長(zhǎng)度，綁扎在一起而成的鋼筋接頭。 采用綁扎連接時(shí)其位置和搭接長(zhǎng)度必須滿(mǎn)足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，軸心受拉及小偏心受拉構(gòu)件的縱向受力鋼筋不得采用綁扎接頭。 當(dāng)鋼筋直徑過(guò)大時(shí)不能采用綁扎連接，因?yàn)檫@樣會(huì)產(chǎn)生偏心作用的不良效果。 、焊接連接：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，鋼筋的接頭宜優(yōu)先采用焊接接頭。焊接接頭的焊接質(zhì)量與鋼材的焊接性、焊接工藝有關(guān)。 焊接又分為閃光對(duì)焊、電弧焊、電渣壓力、氣壓焊焊。其中閃光對(duì)焊以及電渣壓力焊在工程上使用較為頻繁。 、機(jī)械連接：鋼筋機(jī)械連接是通過(guò)機(jī)械手段將兩鋼筋端頭連接連接在一起（套筒連接）。擠壓套筒連接、錐螺紋套筒連接、輥軋直螺紋連接、鐓粗直螺紋連接。（鋼筋的應(yīng)用向大直徑、密集布置、高強(qiáng)度方向發(fā)展 ） 機(jī)械連接質(zhì)量上會(huì)優(yōu)于焊接，但成本較高。,其他高強(qiáng)度鋼筋用專(zhuān)門(mén)連接器。,2.1 鋼筋,六、混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求 1、強(qiáng)度 2、塑性性能 3、連接性（可焊性） 4、錨固性（與混凝土的粘結(jié)力-握裹力） 5、其他性能（疲勞、防腐等） 疲勞破壞：鋼筋在多次重復(fù)加載時(shí)，會(huì)出現(xiàn)疲勞特性，即鋼筋在承受重復(fù)周期荷載作用下，會(huì)出現(xiàn)從塑性破壞變成脆性突然斷裂的破壞現(xiàn)象。鋼筋在疲勞破壞時(shí)強(qiáng)度低于鋼筋在靜荷載下的極限強(qiáng)度值。 吊車(chē)梁、橋面板、軌枕等均屬承受重復(fù)荷載。見(jiàn)規(guī)范要求。,熱軋鋼筋等級(jí)、品種及主要力學(xué)性能指標(biāo),主要內(nèi)容： 一、混凝土的強(qiáng)度 二、混凝土的變形 一）混凝土在單調(diào)荷載作用下混凝土的變形 二）混凝土在多次重復(fù)荷載作用下混凝土的變形 三）混凝土在長(zhǎng)期荷載作用下混凝土的變形 四）混凝土體積變形（收縮和膨脹等） 三、混凝土的彈性模量 四、混凝土特殊性能要求,1.2 混凝土,混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強(qiáng)度?？箟簭?qiáng)度是混凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標(biāo)。 混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是用立方體抗壓強(qiáng)度來(lái)劃分的。 混凝土強(qiáng)度等級(jí)：邊長(zhǎng)150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下（203，90%濕度）養(yǎng)護(hù)28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（加載速度0.150.3N/mm2/sec，兩端不涂潤(rùn)滑劑）測(cè)得的具有95%保證率的立方體抗壓強(qiáng)度，用符號(hào)C表示，C30表示fcu,k=30N/mm2 規(guī)范根據(jù)強(qiáng)度范圍，從C15、 C20、 C25 、C30、 C80共劃分為14個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，級(jí)差為5N/mm2。C50以上為高強(qiáng)混凝土。 混凝土等級(jí)選定要求 ？（P16）,1.2 混凝土 一、混凝土的強(qiáng)度,（混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)）,分為抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度,1、混凝土強(qiáng)度等級(jí)-（立方體抗壓強(qiáng)度劃分）用符號(hào)fcu表示,立方體強(qiáng)度影響因素？ 內(nèi)因（水泥等級(jí)和用量、骨料級(jí)配、水灰比等） 外因（齡期、養(yǎng)護(hù)條件、試驗(yàn)方法、試件尺寸等）。 尺寸效應(yīng)：尺寸小，測(cè)值偏大 橫向約束：橫向約束大，測(cè)值偏大,2、軸心抗壓強(qiáng)度-棱柱體抗壓強(qiáng)度,軸心抗壓強(qiáng)度采用棱柱體試件測(cè)定，用符號(hào)fc表示。 棱柱體試件高寬比一般為h/b=34，我國(guó)取150mm150mm450mm或，100100300試件。 對(duì)于同一混凝土，棱柱體抗壓強(qiáng)度小于立方體抗壓強(qiáng)度，棱柱體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的換算關(guān)系,c1軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的比值；c2對(duì)C40以上混凝土的脆性折減系數(shù)；fck混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；fcu,k混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。 規(guī)范對(duì)小于C50級(jí)的混凝土取 =0.76，C80取 =0.82，其間按線(xiàn)性插值。對(duì)小于C40級(jí)的混凝土取 =1，對(duì)C80取 =0.87，其間按線(xiàn)性插值。0.88修正系數(shù),2.2 混凝土,3、軸心抗拉強(qiáng)度,用符號(hào) ft 表示?；炷翗?gòu)件開(kāi)裂、裂縫、變形，以及受剪、受扭、受沖切等承載力均與抗拉強(qiáng)度有關(guān)。,截面尺寸100X100mm,0.88的意義和c2的取值同上 。,直接式試驗(yàn),由于軸心受拉試驗(yàn)對(duì)中困難，也常常采用立方體或圓柱體劈拉試驗(yàn)測(cè)定混凝土的抗拉強(qiáng)度,間接式試驗(yàn),二、混凝土的變形 一）在短期一次加荷時(shí)的變形（應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系）介紹4個(gè)問(wèn)題： 1、單調(diào)受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系Stress- strain Relationship（P14）,混凝土單軸受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系反映了混凝土受壓力全過(guò)程的重要力學(xué)特征。,常采用棱柱體試件來(lái)測(cè)定。得到受荷時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 ：,2.2 混凝土,混凝土受壓破壞分析 混凝土在結(jié)硬過(guò)程中，由于水泥石的收縮、骨料下沉以及溫度變化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂縫，成為混凝土中的薄弱部位。 混凝土的最終破壞就是由于這些微裂縫發(fā)展造成的。,A點(diǎn)以前，微裂縫沒(méi)有明顯發(fā)展，混凝土的變形主要彈性變形，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似直線(xiàn)。A點(diǎn)應(yīng)力隨混凝土強(qiáng)度的提高而增加，對(duì)普通強(qiáng)度混凝土sA約為 (0.30.4)fc ，對(duì)高強(qiáng)混凝土sA可達(dá)(0.50.7)fc。 A點(diǎn)以后，微裂縫處的應(yīng)力集中，裂縫開(kāi)始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生部分塑性變形，微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致混凝土的橫向變形增加。微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的。,達(dá)到B點(diǎn)，內(nèi)部一些微裂縫相互連通，裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，橫向變形突然增大，體積應(yīng)變開(kāi)始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，裂縫會(huì)持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。取B點(diǎn)的應(yīng)力作為混凝土的長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度。普通強(qiáng)度混凝土sB約為0.8fc，高強(qiáng)強(qiáng)度混凝土sB可達(dá)0.95fc以上。,達(dá)到C點(diǎn)fc，內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度明顯加快，C點(diǎn)的縱向應(yīng)變值稱(chēng)為峰值應(yīng)變 e 0，約為0.002。,縱向應(yīng)變發(fā)展達(dá)到D點(diǎn)，內(nèi)部裂縫在試件表面出現(xiàn)第一條可見(jiàn)平行于受力方向的縱向裂縫。,隨應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)，試件上相繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向裂縫，橫向變形急劇發(fā)展，承載力明顯下降，混凝土骨料與砂漿的粘結(jié)不斷遭到破，裂縫連通形成斜向破壞面。E點(diǎn)應(yīng)變e = (23) e 0，應(yīng)力s = (0.40.6) fc。,2、不同強(qiáng)度等級(jí)曲線(xiàn)之區(qū)別： 強(qiáng)度等級(jí)越高，線(xiàn)彈性段越長(zhǎng)，峰值應(yīng)變也有所增大。但高強(qiáng)混凝土中，砂漿與骨料的粘結(jié)很強(qiáng)，密實(shí)性好，微裂縫很少，最后的破壞往往是骨料破壞，破壞時(shí)脆性越顯著，下降段越陡。,二）多次重復(fù)荷載下應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系Stress- strain Relationship,因混凝土是彈塑性材料，卸載至應(yīng)力為零時(shí)，應(yīng)變不能全部恢復(fù)，可恢復(fù)的那部分稱(chēng)為彈性應(yīng)變ce，不可恢復(fù)的稱(chēng)塑性應(yīng)變cp。 卸載至零后，若停一段時(shí)間再量測(cè)試件的變形，發(fā)現(xiàn)還能恢復(fù)一部分變形而達(dá)到B點(diǎn)，則的恢復(fù)變形稱(chēng)為彈性后效。殘余變形保留在試件中不再恢復(fù)。 一次加載卸載過(guò)程，混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)形成了一個(gè)環(huán)狀。,O B B,c,二）多次重復(fù)荷載下應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系Stress- strain Relationship,應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)如圖 當(dāng) fcf，最終由凸向應(yīng)力軸轉(zhuǎn)為應(yīng)變軸,變形越來(lái)越大。 疲勞強(qiáng)度由疲勞試驗(yàn)測(cè)試。采用100mm100mm300mm或150mm150mm450mm的棱柱體，把能使棱柱體試件承受200萬(wàn)次或其以上循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓力值稱(chēng)為混凝土的疲勞抗壓強(qiáng)度f(wàn)cf。,fcf,1、定義：混凝土在荷載的長(zhǎng)期作用下，其應(yīng)變隨時(shí)間而不斷增長(zhǎng)的現(xiàn)象稱(chēng)為徐變。 2、徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的影響（P18）： 徐變會(huì)使結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的（撓度）變形增大，引起預(yù)應(yīng)力損失，在長(zhǎng)期高應(yīng)力作用下，甚至?xí)?dǎo)致破壞。 不過(guò)，徐變有利于結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)（應(yīng)）力重分布，降低結(jié)構(gòu)的受力（如支座不均勻沉降），減小大體積混凝土內(nèi)的溫度應(yīng)力，受拉徐變可延緩收縮裂縫的出現(xiàn)。,混凝土的徐變 Creep(P16),三）在長(zhǎng)期荷載下混凝土的變形,cr,3、徐變量：（ ecr ) 在應(yīng)力（0.5fc）作用瞬間，首先產(chǎn)生瞬時(shí)彈性應(yīng)變e0,隨荷載作用時(shí)間的延續(xù)，變形不斷增長(zhǎng)，前4個(gè)月徐變?cè)鲩L(zhǎng)較快，6個(gè)月可達(dá)最終徐變的（7080）%，以后增長(zhǎng)逐漸緩慢，23年后趨于穩(wěn)定。,如在t1時(shí)刻把荷載卸去，變形會(huì)立即恢復(fù)一部分，屬?gòu)椥宰冃巍Ｔ谛遁d一段時(shí)間后，應(yīng)變還可逐漸恢復(fù)一部分，稱(chēng)為徐回（彈性后效），剩下的變形不再恢復(fù)，成為永久變形。 若以后再重行加載，則瞬時(shí)應(yīng)變和徐變又會(huì)發(fā)生。,4、影響徐變因素 （1）內(nèi)在因素是混凝土的組成和配比。骨料(aggregate)的剛度（彈性模量）越大，級(jí)配越好，徐變就越小。水灰比越小，徐變也越小。 （2）環(huán)境影響包括持續(xù)的應(yīng)力大?。?？）、受荷時(shí)的齡期、養(yǎng)護(hù)和使用條件等。 受荷前養(yǎng)護(hù)(curing)的溫濕度越高，水泥水化作用月充分，徐變就越小。采用蒸汽養(yǎng)護(hù)可使徐變減少（2035）%。受荷后構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高，相對(duì)濕度越小，徐變就越大。,當(dāng)初始應(yīng)力水平si /fc 0.5時(shí)，徐變值與初應(yīng)力基本上成正比，這種徐變稱(chēng)為線(xiàn)性徐變。水泥凝膠體流動(dòng)結(jié)果 當(dāng)初應(yīng)力si 在(0.50.8) fc 范圍時(shí)，徐變最終雖仍收斂，但最終徐變與初應(yīng)力si不成比例，隨si的增大而增大，這種徐變稱(chēng)為非線(xiàn)性徐變。內(nèi)部微裂縫發(fā)展結(jié)果 當(dāng)初應(yīng)力si 0.8fc 時(shí)，混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展已處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，徐變的發(fā)展將不收斂，最終導(dǎo)致混凝土破壞。因此將0.8fc作為混凝土的長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度。構(gòu)件長(zhǎng)期處于高壓狀態(tài)是不安全的 高強(qiáng)混凝土的密實(shí)性好，在相同的s /fc比值下，徐變比普通混凝土小得多。但由于高強(qiáng)混凝土承受較高的應(yīng)力值，初始變形較大，故兩者總變形接近。 高強(qiáng)混凝土線(xiàn)性徐變的范圍可達(dá)0.65fc，長(zhǎng)期強(qiáng)度約為0.85fc，也比普通混凝土大一些。,徐變具有收斂性,四）混凝土的體積變形 （收縮與膨脹、溫度與濕度變形） 1. 體積變形 混凝土在空氣中硬化時(shí)體積會(huì)縮小，混凝土在水中硬化時(shí)體積會(huì)膨脹;混凝土結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中，隨溫度濕度變化，而出現(xiàn) 。 收縮和膨脹是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形。 2、收縮對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 當(dāng)這種自發(fā)的變形受到外部（支座）或內(nèi)部（鋼筋）的約束時(shí)，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土的開(kāi)裂。 混凝土收縮會(huì)使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。 某些對(duì)跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)（如拱結(jié)構(gòu)），收縮會(huì)引起不利的內(nèi)力。在鋼筋混凝土中鋼筋不產(chǎn)生收縮,則混凝土受到附加拉應(yīng)力.,熱脹冷縮和濕脹干縮,3、收縮量：混凝土的收縮是隨時(shí)間而增長(zhǎng)的變形，早期收縮變形發(fā)展較快，兩周可完成全部收縮的25%，一個(gè)月可完成50%，以后變形發(fā)展逐漸減慢，整個(gè)收縮過(guò)程可延續(xù)兩年以上。 一般情況下，最終收縮應(yīng)變值約為(25)10-4 混凝土開(kāi)裂應(yīng)變?yōu)?0.52.7)10-4,混凝土的收縮受結(jié)構(gòu)周?chē)臏囟?、濕度、?gòu)件斷面形狀及尺寸、配合比、骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)條件等許多因素有關(guān)。 水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。 骨料彈性模量高、級(jí)配好，收縮就小。 干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大。 小尺寸構(gòu)件收縮大，大尺寸構(gòu)件收縮小。 高強(qiáng)混凝土收縮大。 影響收縮的因素多且復(fù)雜，要精確計(jì)算尚有一定的困難。在實(shí)際工程中，一般常采取一定措施減小不利影響避免盲目提高水灰比和水泥量、設(shè)置伸縮縫、預(yù)留施工縫。 水池設(shè)計(jì)中，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。,4、 影響因素,三、混凝土的彈性模量 Elastic Modulus） 應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)上任一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力和應(yīng)變之比稱(chēng)為“變形模量”或“割線(xiàn)模量”,原點(diǎn)切線(xiàn)模量 Elastic Modulus 彈性模量,割線(xiàn)模量 Secant Modulus,切線(xiàn)模量 Tangent Modulus,彈性系數(shù)n (coefficient of elasticity) 隨應(yīng)力增大而減小.n =10.5,彈性模量測(cè)定方法,混凝土的泊松比,一）耐久性 結(jié)構(gòu)的耐久性是對(duì)結(jié)構(gòu)的功能要求之一。規(guī)范將混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境分為五類(lèi)（表1-1）。,四、給水排水構(gòu)筑物對(duì)混凝土的特殊要求,表1-1,在一、二、三類(lèi)環(huán)境中、設(shè)計(jì)年限為50年的結(jié)構(gòu)混凝土其耐久性基本要求應(yīng)符合表1-2。,給水排水工程結(jié)構(gòu)由于其使用功能和所處環(huán)境的特殊性， 對(duì)混凝土的抗?jié)B性能、抗凍性能及抗化學(xué)腐蝕性能要求較高。,二）抗?jié)B性 定義：混凝土抵抗壓力水滲透的性能。鋼筋混凝土構(gòu)筑物的抗?jié)B宜以混凝土本身的密實(shí)性來(lái)滿(mǎn)足要求。 表示方法：混凝土的抗?jié)B能力用抗?jié)B等級(jí)表示，符號(hào)：Si 抗?jié)B等級(jí)是指對(duì)齡期為28d天的混凝土抗?jié)B試件,施加 的水壓后能滿(mǎn)足不滲水指標(biāo)。例如抗?jié)B等級(jí)是 S6的混凝土能在0.6MPa水壓作用下滿(mǎn)足不滲水。 按照給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，給水排水構(gòu)筑物所用混凝土的抗?jié)B等級(jí)應(yīng)按下表1-3采用。 -確定最大作用水頭與混凝土厚度之比。,表1-3 混凝土抗?jié)B等級(jí)Si的規(guī)定,三）抗凍性 定義：指混凝土在吸水飽和狀態(tài)下，抵抗多次凍融循環(huán)作用下而不破壞、也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性能，稱(chēng)為混凝土的抗凍性。 在寒冷地區(qū)（最冷月平均氣溫低于-3），外露的鋼筋混凝土構(gòu)筑物的混凝土應(yīng)具有良好的抗凍性能，混凝土的抗凍性能一般用抗凍等級(jí)來(lái)衡量。 表示方法：用抗凍等級(jí)符號(hào)Fi -確定混凝土標(biāo)號(hào) 抗凍等級(jí)系指對(duì)齡期為28d天的混凝土試件,在進(jìn)行相應(yīng)要求凍融循環(huán)總次數(shù)i次作用后，其強(qiáng)度降低不大于25%，重量損失不超過(guò)5%。按規(guī)范，給水排水構(gòu)筑物所用混凝土的抗凍等級(jí)應(yīng)符合下表1-4要求采用。 混凝土抗凍等級(jí)應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)確定。,表1-4 混凝土抗凍等級(jí)Fi的規(guī)定,凍融循環(huán)總次數(shù)系指一年內(nèi)氣溫從+3以上降至-3以下，然后回升到+3以上的交替次數(shù)；對(duì)于地表水取水頭部，尚應(yīng)考慮一年中月平均氣溫低于-3期間，因水位漲落而產(chǎn)生的凍融交替次數(shù)，此時(shí)水位每漲落一次按一次凍融計(jì)算；氣溫應(yīng)根據(jù)連續(xù)5年以上的實(shí)測(cè)資料，統(tǒng)計(jì)其平均值確定。,四）抗腐蝕性 指混凝土抵抗酸堿鹽腐蝕的性能。 貯水或水處理構(gòu)筑物、地下構(gòu)筑物的混凝土當(dāng)滿(mǎn)足抗?jié)B要求時(shí)，一般可不作防腐處理。對(duì)接觸侵蝕性介質(zhì)的混凝土，應(yīng)按現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范或進(jìn)行專(zhuān)門(mén)試驗(yàn)確定防腐措施。 措施： 如對(duì)于工業(yè)污水處理池，一般大量處理池仍采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 1）當(dāng)介質(zhì)腐蝕性很弱時(shí)-增加混凝土密實(shí)的方法來(lái)提高抗腐蝕能力； 2）當(dāng)介質(zhì)腐蝕性很強(qiáng)時(shí)-需在池壁內(nèi)側(cè)、池底采取專(zhuān)門(mén)防腐措施（如涂刷瀝青、涂刷耐酸漆等、 玻璃鋼面層等方法）來(lái)提高抗腐蝕能力。 3）當(dāng)?shù)叵滤星治g介質(zhì)時(shí)，埋入地下水以下的構(gòu)筑物部分（池壁外和池底）的外表面也應(yīng)采取防腐措施。 酸性特別強(qiáng)的少量污水可用耐腐蝕材料建造專(zhuān)門(mén)用小型容池。,五）其他 混凝土耐熱性、耐火性等。 在實(shí)際使用環(huán)境中，有時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)還要經(jīng)受高溫狀態(tài)，雖然一般混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的耐熱性和耐火性，但如果結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)，其性能會(huì)受到相當(dāng)大的損害，應(yīng)采取提高混凝土結(jié)構(gòu)耐熱性、耐火性的措施。,1.3 鋼筋與混凝土共同工作 一、鋼筋與混凝土共同工作的條件 二、鋼筋與混凝土的粘結(jié) 三、粘結(jié)強(qiáng)度 四、錨固長(zhǎng)度 五、鋼筋搭接長(zhǎng)度 六、保證粘接性能的構(gòu)造措施,鋼筋（材）和混凝土兩種材料的物理力學(xué)性能很不相同，它們可以結(jié)合在一起共同工作，是因?yàn)椋?鋼筋和混凝土之間存在有良好的粘結(jié)力，在荷載作用下，可以保證兩種材料協(xié)調(diào)變形，共同受力； 鋼材與混凝土具有基本相同的溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)（鋼材為1.210-5，混凝土為(1.01.5)10-5），因此當(dāng)溫度變化時(shí)，兩種材料不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的變形差而導(dǎo)致兩者間的粘結(jié)力破壞。 混凝土保護(hù)鋼筋 .？,粘結(jié)力Bond,一、鋼筋與混凝土共同工作的條件,二、鋼筋與混凝土粘結(jié)Bond of Reinforcement（P28） 鋼筋與混凝土間具有足夠的粘結(jié)是保證鋼筋與混凝土共同 受力變形的基本前提。 粘結(jié)應(yīng)力通常是指鋼筋與混凝土界面間的沿鋼筋軸向的剪應(yīng)力。通過(guò)鋼筋與混凝土界面的粘結(jié)應(yīng)力(bond stress)，可實(shí)現(xiàn)鋼筋與混凝土之間的應(yīng)力傳遞，使兩種材料結(jié)合在一起共同工作。 粘結(jié)應(yīng)力的類(lèi)型有： 錨固粘結(jié)應(yīng)力 局部粘結(jié)應(yīng)力,鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用由三部分組成（P30）： 混凝土中水泥膠體與鋼筋表面的膠結(jié)力； 混凝土因收縮將鋼筋握緊而產(chǎn)生的鋼筋與混凝土間的摩擦力； 鋼筋表面與混凝土間的機(jī)械咬合力。 當(dāng)鋼筋與混凝土產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)后，膠結(jié)作用即喪失。 摩擦力的大小取決于握裹力和鋼筋與混凝土表面的摩擦系數(shù)。 光圓鋼筋和變形鋼筋的粘結(jié)性能特點(diǎn)？,三、粘結(jié)強(qiáng)度 Bond Strength（P25）,拔出試驗(yàn) Pull out test,粘結(jié)強(qiáng)度tu ：粘結(jié)破壞（鋼筋拔出或混凝土劈裂）時(shí)鋼筋與混凝土界面上的最大平均粘結(jié)應(yīng)力。設(shè)計(jì)應(yīng)保證粘結(jié)應(yīng)力小于粘結(jié)強(qiáng)度.,影響粘結(jié)強(qiáng)度的主要因素 Influence factors 混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距、橫向配筋、鋼筋表面和外形特征、受力情況及錨固長(zhǎng)度等。,鋼筋應(yīng)力及粘結(jié)應(yīng)力圖 (a)光圓鋼筋；(b)變形鋼筋,四、鋼筋的錨固長(zhǎng)度（P30） 1、基本錨固長(zhǎng)度 規(guī)范是以拔出試驗(yàn)為基礎(chǔ)確定基本錨固長(zhǎng)度的。取粘結(jié)強(qiáng)度tu與混凝土抗拉強(qiáng)度 ft 成正比，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果， 取鋼筋受拉時(shí)的基本錨固長(zhǎng)度為：,2、實(shí)際錨固長(zhǎng)度 構(gòu)件中鋼筋的實(shí)際錨固長(zhǎng)度，應(yīng)根據(jù)鋼筋的受力情況、保護(hù)層厚度、鋼筋形式等的影響， 采用基本錨固長(zhǎng)度la乘以以下修正系數(shù)， 并不小于最小錨固長(zhǎng)度0.7，也不小于250mm。,五、鋼筋的搭接接頭長(zhǎng)度,1、縱向受拉鋼筋的搭接長(zhǎng)度按下式計(jì)算，并不小于錨固長(zhǎng)度，不小于300mm。 規(guī)范規(guī)定：P32 2、縱向受壓鋼筋的搭接長(zhǎng)度不小于0.7ll,并不小于錨固長(zhǎng)度，不小于200mm. 3、搭接區(qū)間的箍筋要求 直徑： 間距：受拉鋼筋，不應(yīng)大于5d，且不應(yīng)大于 100mm； 受壓鋼筋，不應(yīng)大于10d，且不應(yīng)大于 200mm；,ll =zyla,d箍筋 0.25d縱筋,六、保證可靠粘結(jié)的主要構(gòu)造措施 1、保證鋼筋在混凝土中的錨固長(zhǎng)度和搭接長(zhǎng)度 2、滿(mǎn)足鋼筋最小間距和混凝土保護(hù)層最小厚度(關(guān)于)的要求 3、粘結(jié)強(qiáng)度與澆筑混凝土?xí)r鋼筋的位置有關(guān)。澆筑深度超過(guò)300mm以上時(shí)，鋼筋底面的混凝土?xí)霈F(xiàn)沉淀收縮和離析泌水，氣泡逸出，使混凝土與水平放置的鋼筋之間形成一層強(qiáng)度較低的空隙層，它將削弱鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用。因此，對(duì)高度較大的混凝土構(gòu)件應(yīng)分層澆筑和采用二次振搗。 4、光圓鋼筋的粘結(jié)性能較差，除直徑12mm以下的受壓鋼筋及焊接網(wǎng)或焊接骨架中的光面鋼筋外，其余光面鋼筋的末端均應(yīng)做成半圓彎鉤。(圖1-28) 此外，鋼筋的表面粗糙程度也影響到粘結(jié)強(qiáng)度。輕度銹蝕的鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度比無(wú)銹及除銹處理的鋼筋要高。所以，除銹蝕嚴(yán)重的鋼筋外，鋼筋一般可不必進(jìn)行除銹處理。,關(guān)于保護(hù)層厚度問(wèn)題 1、保證可靠粘結(jié)； 2、滿(mǎn)足耐久性要求。 按表1-7、表1-8給排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，Cd縱筋,表1-7,給排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范,表1-8,注：本表是按混凝土等級(jí)不小于C25，當(dāng)?shù)陀贑25時(shí)應(yīng)增加5mm. 其他見(jiàn)書(shū)。,