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混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能,內(nèi)容提要 一、混凝土的物理力學(xué)性能 二、鋼筋的物理力學(xué)性能 三、鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)與錨固 學(xué)習(xí)目的 一、掌握混凝土強(qiáng)度、變形指標(biāo)和耐久性規(guī)定 二、掌握鋼筋品種、規(guī)格、力學(xué)性能及強(qiáng)度設(shè)計指標(biāo) 三、理解鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能及保證可靠粘結(jié)和錨固的構(gòu)造措施,1,2.1 混凝土的物理力學(xué)性能,2,一、單向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度 1、混凝土強(qiáng)度等級（Strength Grade） 混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強(qiáng)度 (Compressive Strength)，它是混凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標(biāo)。 混凝土的強(qiáng)度等級是用立方體的抗壓強(qiáng)度fcu,k來劃分的。 邊長150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下（20±3℃，≥90%相對濕度）養(yǎng)護(hù)28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（加載速度0.3~0.8N/mm2/s，兩端不涂潤滑劑）測得的具有 95%保證率的立方體抗壓強(qiáng)度(Cube Strength)，用符號C表示。率 C30：fcu,k=30N/mm2,3,立方體抗壓強(qiáng)度fcu,我國規(guī)范的方法：不涂潤滑劑,壓力?試件?裂縫發(fā)展?擴(kuò)張?整個體系解體，喪失承載力,另影響強(qiáng)度的因素還有：齡期、加載速率、試塊尺寸等,單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)方法：,4,未采取減摩措施,采取減摩措施后,5,《規(guī)范》根據(jù)強(qiáng)度范圍，從C15~C80共劃分為14個強(qiáng)度等級，級差為5N/mm2。 C50以上為高強(qiáng)混凝土。 如采用200mm或100mm的立方體試件時，其換算系數(shù)分別取1.05和0.95。,6,結(jié)構(gòu)對混凝土強(qiáng)度等級的要求: 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于Ｃ20； 當(dāng)采用HRB400和RRB400級鋼筋以及承受重復(fù)荷載的構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于Ｃ25； 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C40，不應(yīng)低于Ｃ30。,7,?混凝土軸心抗壓強(qiáng)度 fck ? 立方體受壓不是處于單軸受力狀態(tài)！ ? 采用棱柱體，中間基本上是處于軸心受壓。 我國采用150mm×150mm×300mm棱柱體試件測得的強(qiáng)度作為混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度。,8,棱柱體抗壓強(qiáng)度fc,標(biāo)準(zhǔn)試塊：150×150 ×300,非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100×100 ×300 換算系數(shù) 0.95 200×200 ×400 換算系數(shù) 1.05,考慮到承壓板對試件的約束，立方體抗壓強(qiáng)度大于棱柱體抗壓強(qiáng)度，且有：fc=0.76fcu (試驗(yàn)結(jié)果) 考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，取fc=0.67fcu,對國外（美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會等）采用的圓柱體試件（d=150, h=300），有fc'=0.79fcu,,圓柱體抗壓強(qiáng)度,混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度 fck,9,與立方體強(qiáng)度的關(guān)系： 棱柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度比值： 小于等于C50時，取0.76； 大于C50時： 考慮混凝土脆性的折減系數(shù)， 小于C40時，不折減取1.0； 大于C40時：,10,?c1 和 ?c2 的取值,11,?軸心抗拉強(qiáng)度 ?試驗(yàn)方法：直接拉伸、彎折和劈裂 ?與立方體強(qiáng)度的關(guān)系,12,直接受拉試驗(yàn)ft,考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，尺寸效應(yīng)，加荷速度等的影響，取ft=0.395fcu 0.55,13,劈裂試驗(yàn)fts,我國根據(jù)150mm立方體的劈裂與立方體抗壓試驗(yàn)結(jié)果有： fts=0.19fcu 3/4,14,15,雙軸應(yīng)力下的強(qiáng)度,雙向正應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線,法向應(yīng)力和剪應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線,2.1.2. 復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度,16,（實(shí)際結(jié)構(gòu)中，混凝土很少處于單向受力狀態(tài)。更多的是處于雙向或三向受力狀態(tài)。）,17,任意應(yīng)力比情況下，其強(qiáng)度均不超過相應(yīng)的單軸強(qiáng)度。并且抗壓強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度均隨另一方向拉應(yīng)力或壓應(yīng)力的增加而減小。,（2）一軸受壓一軸受拉（第二、四象限）,18,,（構(gòu)件受剪或受扭時常遇到）,2 剪應(yīng)力t 和正應(yīng)力s 共同作用下的復(fù)合受力情況,19,3、三向受壓狀態(tài)下混凝土的受力特點(diǎn),隨著側(cè)向壓力的增加，混凝土的強(qiáng)度和應(yīng)變都顯著提高,20,21,總結(jié)： ?多向受壓 ?雙向壓：強(qiáng)度提高； ?三向壓(約束受壓)：強(qiáng)度和延性明顯提高， ?雙向受拉:影響不大 ?一拉一壓：強(qiáng)度降低 ?剪壓或剪拉： ?剪拉：強(qiáng)度降低 ?剪壓：壓應(yīng)力較?。嚎辜魪?qiáng)度隨壓應(yīng)力增加而增大； 壓應(yīng)力較大：抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增加而降低(內(nèi)裂縫影響)。,22,一次短期荷載下 受力變形 長期荷載下 砼變形 多次重復(fù)荷載下 收縮變形 體積變形 膨脹變形 溫度變形,,,,2.1.3、混凝土的變形,23,1、一次短期加載下混凝土的變形性能 (1)混凝土單軸受壓時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 ?曲線特征 混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是混凝土力學(xué)性能的一個重要方面，是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)理論計算的基本依據(jù)。 混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線一般采用圓柱體或棱柱體試件的實(shí)驗(yàn)測定，混凝土棱柱體在軸心受壓單軸加載下應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系典型曲線有上升段和下降段兩部分組成。,24,,,,,,,A點(diǎn)以前，微裂縫沒有明顯發(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。A點(diǎn)應(yīng)力隨混凝土強(qiáng)度的提高而增加，對普通強(qiáng)度混凝土sA約為 (0.3~0.4)fc ，對高強(qiáng)混凝土sA可達(dá)(0.5~0.7)fc。,A點(diǎn)以后，由于微裂縫處的應(yīng)力集中，裂縫開始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生部分塑性變形，應(yīng)變增長開始加快，應(yīng)力-應(yīng)變曲線逐漸偏離直線。微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致混凝土的橫向變形增加。但該階段微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的。,混凝土在結(jié)硬過程中，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的發(fā)展造成的。,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)變開始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長期作用下，裂縫會持續(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)變增長速度明顯加快，C點(diǎn)的縱向應(yīng)變值稱為峰值應(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)第一條可見平行于受力方向的縱向裂縫。,隨應(yīng)變增長，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)的應(yīng)變e = (2~3) e 0，應(yīng)力s = (0.4~0.6) fc。,,25,26,27,28,29,,,30,31,32,（2）應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的影響因素 影響混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線的因素很多，如混凝上強(qiáng)度、實(shí)驗(yàn)方法以及組成材料的性質(zhì)和配合比等等。,強(qiáng)度等級越高，線彈性段越長，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，破壞時脆性越顯著，下降段越陡。,33,混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征還與實(shí)驗(yàn)時加載的速度有關(guān)，圖3-19給出了相同強(qiáng)度混凝土試件在不同的應(yīng)變速度下得到的應(yīng)力—應(yīng)變曲線?？梢钥闯?，應(yīng)變速度愈大，應(yīng)力峰值愈大，但達(dá)到應(yīng)力峰值的應(yīng)變降低了，而且曲線下降段也愈陡，延性愈差。,34,(3)、混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線的數(shù)學(xué)模型 美國人Hognestad,35,德國人Rusch,36,單軸受壓時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型——中國規(guī)范,,,,37,(4)、混凝土的變形模量 ?原點(diǎn)彈性模量 ?定義：過原點(diǎn)作切線的斜率 ?取值： ?變形模量 ?定義：原點(diǎn)和任意點(diǎn)作割線的斜率。 ?關(guān)系： 彈性特征系數(shù) =1~0.5 ?切線模量：過任一點(diǎn)作切線的斜率為切線模量 ?剪切模量：根據(jù)彈性模量和泊松比確定：,,38,◆彈性模量測定方法,采用棱柱體試件，應(yīng)力上限取為0.5fc，重復(fù)加載5~10次。 卸載為0存在殘余變形，最終曲線趨近于一條直線，該直線的斜率即為彈性模量。,39,（1）徐變的概念,2、荷載長期作用下混凝土的變形性能－－徐變,混凝土在荷載的長期作用下，其應(yīng)變或變形隨時間增長的現(xiàn)象稱為徐變。,40,應(yīng)變與時間的關(guān)系曲線 （t0 時刻加載， t 時刻卸載）,,,,,,,,,▲ 特點(diǎn)： 開始快、以后慢；半年完成大部分、一年穩(wěn)定、三年終止,（3）徐變與時間的關(guān)系,41,42,43,44,45,▲不利影響： 徐變會使結(jié)構(gòu)（或構(gòu)件）的變形增大（如撓度） ； 引起預(yù)應(yīng)力損失； 在長期高應(yīng)力作用下，甚至?xí)?dǎo)致破壞。 ▲有利影響： 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； 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)。,（4）徐變對結(jié)構(gòu)的影響,46,▲內(nèi)在因素：是混凝土的組成和配比。 骨料的剛度（彈性模量）越大，體表比越大，徐變就越小; 水灰比越小，水泥用量越少，徐變也越小。 ▲環(huán)境影響：包括養(yǎng)護(hù)和使用條件。 受荷前養(yǎng)護(hù)的溫濕度越高，水泥水化作用越充分，徐變就越小。 受荷后構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高，相對濕度越小，徐變就越大。,（5）影響徐變的因素,47,3、混凝土在重復(fù)荷載作用下的變形性能－疲勞,（1）重復(fù)荷載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,▲疲勞破壞的特征：裂縫小而變形大,48,?一次重復(fù)加載下 ?加載：隨應(yīng)力增加應(yīng)變增加 ?卸載：不重復(fù)加載軌跡，有彈性后效和殘余變形,49,,,,,重復(fù)荷載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,fcf的確定原則：100×100 ×300或150×150 ×450 的棱柱體試塊承受200萬次（或以上）循環(huán)荷載時發(fā)生破壞的最大壓應(yīng)力值,?多次重復(fù)加載下 ?峰值小于疲勞強(qiáng)度：每循環(huán)成環(huán)，面積逐漸減少，至直線； ?峰值大于疲勞強(qiáng)度：開始與小應(yīng)力的相似；成直線后，凸凹方向改變，斜率降低，裂縫和變形嚴(yán)重 ?混凝土疲勞破壞：因荷載重復(fù)作用而引起的破壞 ?混凝土疲勞強(qiáng)度：疲勞破壞需要的重復(fù)荷載的最小應(yīng)力峰值,50,（2）混凝土疲勞強(qiáng)度試驗(yàn),▲標(biāo)準(zhǔn)試件：150×150×300或150×150×450mm 的棱柱體,▲? 200萬次,▲荷載應(yīng)力大小，即疲勞應(yīng)力比值是影響疲勞強(qiáng)度大小的關(guān)鍵因素,▲混凝土疲勞強(qiáng)度fcf,fcf= gr fc,51,4、混凝土的收縮、膨脹和溫度變形 收縮：混凝土在空氣中結(jié)硬時體積縮小 干燥失水，水泥用量，水灰比，骨料級配，彈性模量，體積/表面積 不利影響： (1)收縮變形收外部或內(nèi)部的約束時，將使混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起開裂； (2)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失； (3)對跨度敏感的超靜定結(jié)構(gòu)會引起不利內(nèi)力。 膨脹：混凝土在水中或處于飽和濕度下結(jié)硬時體積增大 溫度變形：熱脹冷縮,52,2 鋼筋的物理力學(xué)性能,一、鋼筋的品種（柔性鋼筋，勁性鋼筋）,53,鋼筋,,熱軋鋼筋：熱軋光圓鋼筋HPB300，熱軋帶肋鋼筋HRB335、HRB400，HRB500 , 細(xì)晶粒熱軋鋼筋HRBF335、HRBF400，HRBF500,冷拉鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下用機(jī)械拉伸而成,余熱處理鋼筋RRB400：鋼筋通過加熱、淬火、預(yù)熱處理而成,1、按加工方法不同分類,鋼絲,,碳素鋼絲：高碳鎮(zhèn)靜鋼通過多次冷拔、應(yīng)力消除、矯正、回火處理而成,刻痕鋼絲：在鋼絲表面刻痕，以增強(qiáng)其與混凝土間的粘結(jié)力,鋼絞線：若干根相同直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起,冷拔低碳鋼絲：由低碳鋼冷拔而成,54,鋼絲，中強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度為800~1200MPa，高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線的為 1470 ~1860MPa；鋼絲的直徑3~9mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三種，另有二股、三股和七股鋼絞線，外接圓直徑9.5~15.2 mm。中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線均用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。 冷加工鋼筋是由熱軋鋼筋和盤條經(jīng)冷拉、冷拔、冷軋、冷扭加工后而成。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。近年來，冷加工鋼筋的品種很多，應(yīng)根據(jù)專門規(guī)程使用。 熱處理鋼筋是將特定強(qiáng)度的熱軋鋼筋通過加熱、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。用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。,55,熱軋鋼筋 Hot Rolled Steel Reinforcing Bar HPB300、HRB335級、HRBF335、HRB400級、HRBF400、RRB400級、HRB500、HRBF500,HPB,HRB,RRB,屈服強(qiáng)度(標(biāo)準(zhǔn)值=鋼材廢品限值，保證率為97.73%) HPB300級： fy = 300 N/mm2 HRB335級、 HRBF335級： fy = 335 N/mm2 HRB400級、RRB400級、 HRBF400級： fy = 400 N/mm2 HRB500級、 HRBF500級： fy = 500 N/mm2,56,按表面形狀,光圓鋼筋,帶肋鋼筋,鋼筋的應(yīng)用范圍,非預(yù)應(yīng)力鋼筋：HPB300, HRB335，HRB400，RRB400，HRB500 HRBF335, HRBF400, HRBF500,預(yù)應(yīng)力鋼筋：碳素鋼絲，刻痕鋼絲，鋼絞線，預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋,2. 鋼筋的形狀及應(yīng)用范圍,57,鋼筋的品種 熱軋鋼筋、中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋,58,光圓鋼筋：6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22,帶肋鋼筋：6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22，25, 28, 32, 36, 40, 50,3. 鋼筋的常用直徑,59,,上屈服點(diǎn)不穩(wěn)定,,下屈服點(diǎn),,出現(xiàn)頸縮,,拉斷,BC段為屈服平臺 CD段為強(qiáng)化段,有明顯流幅的鋼筋,鋼筋受壓和受拉時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎相同,二、鋼筋的強(qiáng)度和變形（拉伸試驗(yàn)）,1. 鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,60,無明顯流幅的鋼筋,鋼筋受壓和受拉時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎相同,61,（2）剛材的強(qiáng)度指標(biāo) 1.屈服強(qiáng)度；設(shè)計時鋼材允許達(dá)到的最大應(yīng)力,* 明顯流幅的鋼筋：下屈服點(diǎn)B對應(yīng)的強(qiáng)度作為設(shè)計強(qiáng)度的依據(jù)，因?yàn)椋摻钋髸a(chǎn)生大的塑性變形，鋼筋混凝土構(gòu)件會產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形和不可閉合的裂縫，以至不能使用,* 無明顯流幅的鋼筋：殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時所對應(yīng)的應(yīng)力作為條件屈服強(qiáng)度,隨著冶金系統(tǒng)采用國際標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量的提高，在相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定屈服強(qiáng)度σ0.2不得小于極限抗拉強(qiáng)度σb的85%（0.85σb）。因此，實(shí)際應(yīng)用中可取極限抗拉強(qiáng)度σb的85%作為條件屈服點(diǎn),62,強(qiáng)度指標(biāo) ?屈服強(qiáng)度 ?有明顯流幅的鋼材：取屈服點(diǎn)的應(yīng)力； ?無有明顯流幅的鋼材：取條件屈服強(qiáng)度。 ?極限強(qiáng)度：材料能承受的最大應(yīng)力，反映安全儲備 ?屈強(qiáng)比：屈服強(qiáng)度/極限強(qiáng)度,63,冷彎性能是判斷鋼材塑性變形能力和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo) * 冷彎要求：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,?沖擊韌性(缺口韌性)：評定帶有缺口的鋼材在沖擊荷載作用下抵抗脆性破壞能力的指標(biāo)。,(3)鋼材的塑性指標(biāo) ?伸長率（延伸率） ?截面收縮率：拉斷后面積縮小率 ?冷彎性能：以冷彎的角度來衡量,64,65,有明顯流幅的鋼筋,無明顯流幅的鋼筋,三、鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型 1、雙直線模型——適用于長流幅軟鋼 2、三折線模型——適用于短流幅軟鋼 3、雙斜線模型——適用于無明顯流幅硬鋼,66,重復(fù)荷載作用下，鋼筋的強(qiáng)度靜載作用下的強(qiáng)度,規(guī)定的應(yīng)力幅度內(nèi)，經(jīng)一定次數(shù)的重復(fù)荷載后，發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值稱為疲勞強(qiáng)度。對鋼筋用疲勞應(yīng)力幅來表示其疲勞強(qiáng)度。,,試驗(yàn)方法,,單根鋼筋的軸拉疲勞,鋼筋埋入混凝土中重復(fù)受拉或受彎,2.2.5. 鋼筋的疲勞,67,?疲勞破壞：在動荷載反復(fù)、周期性作用下，經(jīng)過一定次數(shù)后突然脆性斷裂。 ?疲勞破壞特點(diǎn)： ? 包括裂紋形成，緩慢發(fā)展和迅速斷裂三個過程 ? 沒有明顯的變形，脆性破壞 ? 疲勞強(qiáng)度低于靜荷載作用下的極限強(qiáng)度,由鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻和應(yīng)力分布不均引起,68,強(qiáng)度要求：屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度，抗震設(shè)計時還要求有一定的屈強(qiáng)比,塑性要求：伸長率和冷彎要求,可焊性：評價鋼筋焊接后的接頭性能的指標(biāo)。,與混凝土的粘結(jié)性,2.2.6. 混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求 提倡高強(qiáng)、高性能鋼筋。,69,一、粘結(jié)的意義 ?作用：保證力的相互傳遞，是共同工作的基本條件 包括裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力和鋼筋端部錨固粘結(jié)應(yīng)力 ?單元分析： 假設(shè)：一端力T，另端為T+dT 根據(jù)平衡條件： ?分析結(jié)果 ?應(yīng)力變化大，粘結(jié)力大；變化小，粘結(jié)??；當(dāng)鋼筋應(yīng)力沒有變化時，粘結(jié)應(yīng)力等于零 ?鋼筋直徑越大，粘結(jié)力越大,2.3 混凝土與鋼筋的粘結(jié),70,裂縫出現(xiàn)后的粘結(jié)作用,,錨固粘結(jié),,保證鋼筋和混凝土共同工作,,縫間粘結(jié),,改善鋼筋混凝土的耗能性能,1. 粘結(jié)作用,71,?有關(guān)的設(shè)計問題 ?鋼筋端部的錨固 錨固長度過長時靠近鋼筋尾部粘結(jié)應(yīng)力 很小，甚至為0 ?裂縫間應(yīng)力的傳遞 裂縫截面：混凝土拉力為零 離開一段距離：混凝土有拉力 兩條裂縫中間：混凝土拉力最大 二、粘結(jié)力的組成 ?化學(xué)吸附 ?摩擦 ?機(jī)械咬合 ?附加咬合等作用,彎鉤,彎折,焊角鋼,焊短鋼筋,72,三、鋼筋的錨固 鋼筋基本錨固長度：,受拉鋼筋的錨固長度,且不小于200mm,修正系數(shù)，P33,73,2.3 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能,74,75,2.3 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能 2.3.1 粘結(jié)的意義 ◆ 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剪應(yīng)力。,錨固粘結(jié),裂縫間粘結(jié),76,粘結(jié)的作用 1、錨固粘結(jié),77,錨固粘結(jié)應(yīng)力,受拉鋼筋，在支座處必須要有足夠的錨固長度，才能通過在錨固長度上粘結(jié)應(yīng)力的積累，使鋼筋中建立能發(fā)揮鋼筋強(qiáng)度的應(yīng)力。,78,2、裂縫間粘結(jié),79,梁開裂后，混凝土開裂前承受的拉力通過粘結(jié)應(yīng)力傳遞給鋼筋，從而使裂縫處鋼筋應(yīng)力增大，這種粘結(jié)應(yīng)力稱為局部粘結(jié)應(yīng)力，其作用是使裂縫之間的混凝土參與受拉。,80,2.3.2 粘結(jié)力的組成 粘結(jié)力的組成：,（１）化學(xué)膠結(jié)力：鋼筋與混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用力 （２）摩擦力：混凝土收縮后將鋼筋緊緊地握裹住而產(chǎn)生的力 （３）機(jī)械咬合力：鋼筋表面凹凸不平與混凝土產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用而產(chǎn)生的力 （4）鋼筋端部的錨固力：一般是用在鋼筋端部彎鉤、彎折，在錨固區(qū)焊短鋼筋、短角鋼等方法來提供錨固力,81,◆ 對于光面鋼筋，表面輕度銹蝕有利于增加摩擦力，但摩擦作用也很有限。 ◆ 由于光面鋼筋表面的自然凹凸程度很小，機(jī)械咬合作用也不大。因此，光面鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度是較低的。 ◆ 為保證光面鋼筋的錨固，通常需在鋼筋端部彎鉤、彎折或加焊短鋼筋以阻止鋼筋與混凝土間產(chǎn)生較大的相對滑動。,當(dāng)鋼筋與混凝土產(chǎn)生相對滑移后，膠結(jié)作用喪失。,82,◆ 將鋼筋表面軋制出肋形成帶肋鋼筋，即變形鋼筋，可顯著增加鋼筋與混凝土的機(jī)械咬合作用，從而大大增加了粘結(jié)強(qiáng)度。 ◆ 對于強(qiáng)度較高的鋼筋，均需作成變形鋼筋，以保證鋼筋與混凝土間具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度使鋼筋的強(qiáng)度得以充分發(fā)揮。,83,◆ 變形鋼筋受力后，其凸出的肋對混凝土產(chǎn)生斜向擠壓力， ◆ 其水平分力使鋼筋周圍的混凝土軸向受拉、受剪，徑向分力使混凝土產(chǎn)生環(huán)向拉力。 ◆ 軸向拉力和剪力使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部斜向錐形裂縫， ◆ 環(huán)向拉力使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部徑向裂縫。,84,◆ 當(dāng)混凝土保護(hù)層和鋼筋間距較小時，徑向裂縫可發(fā)展達(dá)到構(gòu)件表面，產(chǎn)生劈裂裂縫，機(jī)械咬合作用將很快喪失，產(chǎn)生劈裂式粘結(jié)破壞。,◆ 在鋼筋周圍配置橫向鋼筋（箍筋或螺旋鋼筋）或增加混凝土的保護(hù)層厚度（c/d），可提高粘結(jié)強(qiáng)度。,85,◆ 如果鋼筋周圍的橫向鋼筋較多或混凝土的保護(hù)層（c/d）較大，徑向裂縫很難發(fā)展達(dá)到構(gòu)件表面，則肋前部的混凝土在水平分力和剪力作用下最終將被擠碎，發(fā)生沿肋外徑圓柱面的剪切破壞，形成所謂的“刮梨式”破壞， ◆ “刮梨式”破壞是變形鋼筋與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的上限。,86,2.3.3 粘結(jié)強(qiáng)度 Bond Strength,87,粘結(jié)應(yīng)力-滑移關(guān)系τ-s曲線（與粘結(jié)應(yīng)力對應(yīng)的變形是 鋼筋與混凝土之間的相對滑移）,圖2-26 τ-s曲線 (a)光圓鋼筋的τ-s曲線；(b)帶肋鋼筋的τ-s曲線,88,4、影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素,混凝土的強(qiáng)度 鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度均隨混凝土的強(qiáng)度提高而提高。 保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距 混凝土保護(hù)層厚度和鋼筋之間凈距離越大，劈裂抗力越大，粘結(jié)強(qiáng)度越高。 橫向鋼筋 橫向鋼筋限制了徑向裂縫的發(fā)展，可使粘結(jié)強(qiáng)度提高。 鋼筋表面和外形特征 鋼筋端部的彎鉤，彎折及附加錨固措施（如焊鋼筋和焊鋼板等）可以提高錨固粘結(jié)能力,89,保證可靠粘結(jié)的構(gòu)造措施,鋼筋之間的距離和混凝土保護(hù)層不能太小 在同等鋼筋面積的條件下，宜優(yōu)先采用小直徑的變形鋼筋，來增加局部粘結(jié)作用和減少裂縫寬度。光面鋼筋粘結(jié)性能差，應(yīng)在鋼筋末端設(shè)彎鉤，增大其錨固粘結(jié)能力。 要有足夠的錨固和搭接長度。鋼筋的錨固和搭接長度與混凝土的強(qiáng)度，鋼筋的強(qiáng)度等級，抗震等級和鋼筋直徑等因素有關(guān)（按附錄8公式計算） 鋼筋不宜在混凝土的受拉區(qū)截斷； 大直徑鋼筋的搭接 和錨固區(qū)域內(nèi)設(shè)置橫向鋼筋 （或加密箍筋），約束徑向裂縫發(fā)展，提高混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度,90,一、基本錨固長度 《規(guī)范》是以拔出試驗(yàn)為基礎(chǔ)確定基本錨固長度的。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，取鋼筋受拉時的基本錨固長度為，,2.3.4 鋼筋的錨固,91,2.受拉鋼筋的錨固 錨固長度 3.受壓鋼筋的錨固,修正系數(shù)，P33,且不小于200mm,92,本章小結(jié),1、鋼筋力學(xué)性能的基本指標(biāo)主要有屈服強(qiáng)度、延伸率和強(qiáng)屈比。 2、根據(jù)鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系特點(diǎn)，可分為有明顯屈服點(diǎn)鋼筋和無明顯屈服點(diǎn)鋼筋。有明顯屈服點(diǎn)鋼筋以屈服應(yīng)力作為強(qiáng)度指標(biāo)；無明顯屈服點(diǎn)鋼筋以條件屈服點(diǎn)應(yīng)力作為強(qiáng)度指標(biāo)。 3、鋼筋混凝土的變形性能采用均勻延伸率來反映。均勻延伸率是指達(dá)到最大應(yīng)力時的應(yīng)變。 4、混凝土主要強(qiáng)度指標(biāo)有：立方體強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度和軸心抗拉強(qiáng)度。立方體強(qiáng)度不代表實(shí)際構(gòu)件中混凝土的受力狀況，僅用來作為劃分混凝土的強(qiáng)度等級。,93,5、混凝土的破壞機(jī)理是由于內(nèi)部微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致橫向變形增大，并最終因微裂縫連通而導(dǎo)致破壞。對橫向變形加以約束，即限制微裂縫的發(fā)展，可提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，且可顯著提高混凝土的變形能力?；炷猎趶?fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度規(guī)律也可以由破壞機(jī)理得到解釋。 6、混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，包括上升段和下降段。它反映了混凝土受力全過程的重要力學(xué)特征，是混凝土構(gòu)件應(yīng)力分析和建立承載力及變形計算理論的依據(jù)。,94,7、混凝土的變形包括彈性變形和塑性變形，計算彈塑性變形時應(yīng)采用變形模量。 8、混凝土的收縮隨時間增長，且不可回復(fù)。當(dāng)收縮變形受到約束會引起混凝土的開裂。 9、混凝土的徐變變形隨時間增長，且不可回復(fù)。當(dāng)其它條件相同時，徐變變形主要取決于初始應(yīng)力。初始應(yīng)力小于0.5fc時為線性徐變。,95,10、鋼筋與混凝土的粘結(jié)是兩種材料結(jié)合在一起共同工作的基本前提，也是鋼筋混凝土構(gòu)件配筋構(gòu)造的基礎(chǔ)。 11、鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋應(yīng)力存在變化的區(qū)段就有粘結(jié)應(yīng)力。反之，沒有粘結(jié)應(yīng)力就不會使鋼筋應(yīng)力產(chǎn)生變化。 12、粘結(jié)作用分為：錨固粘結(jié)和裂縫間粘結(jié)。錨固粘結(jié)不足將導(dǎo)致鋼筋強(qiáng)度得不到充分發(fā)揮，嚴(yán)重影響構(gòu)件的承載力。裂縫間粘結(jié)應(yīng)力影響裂縫的分布和開展。 13、粘結(jié)力由膠結(jié)力、摩擦力和機(jī)械咬合力三部分組成。光面鋼筋主要取決于摩擦力；變形鋼筋主要取決于機(jī)械咬合力。 14、粘結(jié)強(qiáng)度采用拔出試驗(yàn)測定。當(dāng)錨固長度達(dá)到某一限值la時，拔出端鋼筋可達(dá)到屈服強(qiáng)度。,96,15、影響粘結(jié)強(qiáng)度和粘結(jié)-滑移性能的主要因素有：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、受力情況及錨固長度。,97,