1.1鋼筋1.2混凝土1.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)

材料的力學(xué)性能

混凝土的組成結(jié)構(gòu)通常把混凝土的結(jié)構(gòu)分為三種類型：Ａ.微觀結(jié)構(gòu)：水泥石結(jié)構(gòu)，包括水泥凝膠、晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成。Ｂ.亞微觀結(jié)構(gòu)：混凝土中的水泥砂漿結(jié)構(gòu)。Ｃ.宏觀結(jié)構(gòu)：砂漿和粗骨料兩組份體系。1.2混凝土的物理力學(xué)性能1.2.1混凝土的強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度《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。C60以上為高強(qiáng)混凝土。一、混凝土的強(qiáng)度等級-立方體抗壓強(qiáng)度試驗錄像在與壓力機(jī)壓板接觸的試件表面涂潤滑劑，其抗壓強(qiáng)度將比表面不加潤滑劑試件的抗壓強(qiáng)度低很多，兩者的破壞形態(tài)也不相同100mm立方體強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)立方體強(qiáng)度之間的換算關(guān)系小于C50的混凝土，修正系數(shù)μ為0.95。立方體抗壓強(qiáng)度與試件尺寸大小有關(guān)，尺寸越小，強(qiáng)度越高，“尺寸效應(yīng)”

軸心抗壓強(qiáng)度采用棱柱體試件測定，用符號fc表示，它比較接近實(shí)際構(gòu)件中混凝土的受壓情況。棱柱體試件高寬比一般為h/b=3~4，我國通常取150mm×150mm×450mm，也常用100×100×300試件。二、軸心抗壓強(qiáng)度-棱柱體強(qiáng)度試驗錄像0.88:考慮結(jié)構(gòu)中的混凝土強(qiáng)度與試塊混凝土強(qiáng)度之間的差異等因素的修正系數(shù)；αc1：棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度的比值，當(dāng)不大于

C50時，取0.76；當(dāng)為C80時取0.82，其間插值；αc2：混凝土的脆性系數(shù)，當(dāng)不大于C40時取1.0；當(dāng)為

C80時取0.87，其間插值。對于同一混凝土，棱柱體抗壓強(qiáng)度小于立方體抗壓強(qiáng)度!砼的抗壓強(qiáng)度主要取決于橫向變形的約束條件和加載速率：加載速度0.3~0.5N/mm2/sec（1）加荷速度提高為10/mm2/sec，強(qiáng)度提高約10%；（2）快速加荷的沖擊荷載下，105N/mm2/sec,提高60%；…….三、影響抗壓強(qiáng)度的主要因素比抗壓強(qiáng)度小得多，用符號ft表示?；炷翗?gòu)件開裂、裂縫、變形，以及受剪、受扭、受沖切等的承載力均與抗拉強(qiáng)度有關(guān)。四、軸心抗拉強(qiáng)度0102030405060708090100123456

ft

fcuGBJ10-89規(guī)范軸心受拉強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度間的換算關(guān)系55.0395.0Cu,mtmff=3/226.0cutff=劈拉試驗PaP拉壓壓軸心受拉試驗對中困難，常常采用立方體或圓柱體劈拉試驗測定混凝土的抗拉強(qiáng)度《規(guī)范》規(guī)定材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值fk應(yīng)具有不小于95%的保證率立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值即為混凝土強(qiáng)度等級fcu，k。五、混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1、混凝土的雙向受力強(qiáng)度實(shí)際結(jié)構(gòu)中，混凝土更多的是處于雙向或三向受力狀態(tài)。雙向受壓強(qiáng)度大于單向受壓強(qiáng)度，最大受壓強(qiáng)度發(fā)生在兩個壓應(yīng)力之比為2或0.5之間，約為1.27fc。六、混凝土的復(fù)合受力強(qiáng)度試驗錄像混凝土的抗剪強(qiáng)度：隨拉應(yīng)力增大而減小隨壓應(yīng)力增大而增大當(dāng)壓應(yīng)力在0.5fc左右時，抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大，在梁、柱中當(dāng)有剪應(yīng)力時，將要影響其受壓區(qū)混凝土的強(qiáng)度！3、混凝土在法向應(yīng)力和剪力作用下的復(fù)合強(qiáng)度三軸應(yīng)力狀態(tài)有多種組合，實(shí)際工程遇到較多的螺旋箍筋柱和鋼管混凝土柱中的混凝土為三向受壓狀態(tài)。4、混凝土的三向受壓強(qiáng)度

混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，常采用棱柱體試件來測定。在普通試驗機(jī)上采用等應(yīng)力速度加載，達(dá)到軸心抗壓強(qiáng)度fc時，試驗機(jī)中集聚的彈性應(yīng)變能大于試件所能吸收的應(yīng)變能，會導(dǎo)致試件產(chǎn)生突然脆性破壞，只能測得應(yīng)力-應(yīng)變曲線的上升段。采用等應(yīng)變速度加載，或在試件旁附設(shè)高彈性元件與試件一同受壓，以吸收試驗機(jī)內(nèi)集聚的應(yīng)變能，可以測得應(yīng)力-應(yīng)變曲線的下降段。一、混凝土在荷載短期作用下的變形試驗錄像02468102030s(MPa)e×10-3BACEDA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?；炷猎诮Y(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?；炷恋淖罱K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

e0，約為0.002?？v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)e0，應(yīng)力s=(0.4~0.6)fc。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?！簟兑?guī)范》應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系上升段：下降段：原點(diǎn)切線模量割線模量切線模量彈性系數(shù)ν

隨應(yīng)力增大而減小，它反映了混凝土的彈性性質(zhì)

二、混凝土的彈性模量ElasticModulus◆彈性模量測定方法混凝土在荷載的長期作用下，其變形隨時間而不斷增長的現(xiàn)象稱為徐變。三、混凝土的徐變與收縮1、混凝土的徐變和收縮混凝土在空氣中結(jié)硬時體積減小的現(xiàn)象稱為收縮，與荷載無關(guān)。（1）徐變產(chǎn)生的原因混凝土硬結(jié)以后，骨料之間的水泥漿，部分變?yōu)閺椥越Y(jié)晶體，另一部分尚未轉(zhuǎn)化為結(jié)晶體的水泥凝膠體的塑性變形向水泥結(jié)晶體應(yīng)力重分布所造成的結(jié)果?；炷羶?nèi)部微裂縫在荷載長期作用下不斷發(fā)展和增加，從而導(dǎo)致應(yīng)變的增加。由于收縮與外荷無關(guān)，在徐變試驗中測得的變形也包含了收縮產(chǎn)生的變形。因此，在測定混凝土的徐變時，應(yīng)同批澆筑同樣尺寸不受荷的試件，在同樣環(huán)境下同時量測混凝土的收縮變形，從徐變試件的變形中扣除對比的收縮試件的變形，來得到徐變變形。（2）徐變試驗方法月6424esh：隨時間增長的收縮變形eel：加荷時立即出現(xiàn)的彈性變形ecr：徐變在應(yīng)力（≤0.5fc）作用瞬間，首先產(chǎn)生瞬時彈性應(yīng)變eel（t0加荷時的齡期）。隨荷載作用時間的延續(xù)，變形不斷增長，前4個月徐變增長較快，6個月可達(dá)最終徐變的（70~80）%，以后增長逐漸緩慢，2~3年后趨于穩(wěn)定。月6424記(t-t0)時間后的總應(yīng)變?yōu)閑c(t,t0)，此時混凝土的收縮應(yīng)變?yōu)閑sh(t，t0)，則徐變?yōu)椋琫cr(t,t0)=ec(t,t0)-ec(t0)-esh(t,t0)=ec(t,t0)-eel-esh(t,t0)徐變系數(shù)如在時間t卸載，則會產(chǎn)生瞬時彈性恢復(fù)應(yīng)變eel'。再經(jīng)過一段時間后，還有一部分應(yīng)變eel''可以恢復(fù)，稱為彈性后效或徐變恢復(fù)，但仍有不可恢復(fù)的殘留永久應(yīng)變ecr‘內(nèi)在因素環(huán)境影響應(yīng)力條件（3）影響徐變的主要因素a、材性方面（內(nèi)在因素）混凝土的組成和配比。骨料的剛度（彈性模量）越大，骨料體積比越大，徐變就越小。水灰比越小，徐變也越小。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。采用蒸汽養(yǎng)護(hù)可使徐變減少（20~35）%。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。b、環(huán)境影響應(yīng)力條件是指初應(yīng)力水平s/fc和加荷時混凝土的齡期t0，它們影響徐變的非常主要的因素。線性徐變：當(dāng)初始應(yīng)力水平s/fc≤0.5時，徐變值與初應(yīng)力基本上成正比。徐變在2年以后可趨于穩(wěn)定。最終徐變系數(shù)j=ecr/eel=Ececr/s=常數(shù)=2~4

c、應(yīng)力條件非線性徐變：當(dāng)初應(yīng)力σ在(0.5~0.8)

fc

范圍時，徐變最終雖仍收斂，但最終徐變與初應(yīng)力σ不成比例，也即徐變系數(shù)j隨σ的增大而增大。當(dāng)初應(yīng)力σ>0.8fc時，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)致混凝土的破壞。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。此外，高強(qiáng)混凝土線性徐變的范圍可達(dá)0.65fc，長期強(qiáng)度約為0.85fc，也比普通混凝土大一些。不利：徐變會使結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的（撓度）變形增大（2~3倍）;預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中引起預(yù)應(yīng)力損失有利：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)。

（4）徐變對構(gòu)件力學(xué)性能的影響2、混凝土的收縮Shrinkage混凝土在空氣中結(jié)硬時體積減小的現(xiàn)象稱為收縮，與荷載無關(guān)。早期收縮較快，兩周：25%，一個月：50%，以后變形發(fā)展逐漸減慢，整個收縮過程可延續(xù)兩年以上。一般情況下，最終收縮應(yīng)變值約為(2~5)×10-4

混凝土開裂應(yīng)變?yōu)?0.5~2.7)×10-4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，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土的開裂-產(chǎn)生收縮裂縫?；炷潦湛s會使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。某些對跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)（如拱結(jié)構(gòu)），收縮會引起不利的內(nèi)力。墻板干燥收縮裂縫與邊框架的變形◆影響因素

混凝土的收縮受結(jié)構(gòu)周圍的溫度、濕度、構(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。

（1）加強(qiáng)混凝土的初期養(yǎng)護(hù)，在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)使混凝土保持潮濕環(huán)境；（2）減小水灰比，水灰比過大，使混凝土收縮量增加（3）減小水泥用量，水泥含量越少，骨料含量相對增加，骨料的體積穩(wěn)定性比砂漿好，減小徐變與收縮的措施砼：水泥砂漿：純水泥素漿收縮量之比1：2：5（4）正確處理構(gòu)件的體表比，體表比越大，收縮越小。（5）加強(qiáng)振搗，混凝土振搗愈密實(shí)，內(nèi)部孔隙愈小，收縮量越??；（1）現(xiàn)澆板在一定長度范圍內(nèi)預(yù)留伸縮縫，減少收縮應(yīng)力；（2）在混凝土構(gòu)件內(nèi)配置一定數(shù)量的構(gòu)造鋼筋，使收縮應(yīng)力均勻，避免產(chǎn)生集中裂縫。（3）在施工上采用后澆施工帶的方法。結(jié)構(gòu)構(gòu)造上減少混凝土收縮內(nèi)力的措施一、粘結(jié)的意義粘結(jié)應(yīng)力：分布在鋼筋和混凝土接觸面上的剪應(yīng)力。即相對變形（滑移）時，通過粘結(jié)應(yīng)力傳遞二者之間的應(yīng)力，使鋼筋與砼共同受力。1.3、混凝土與鋼筋的粘結(jié)力ssscsc+dscss-dssssss-dsst根據(jù)受力不同，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)應(yīng)力分為二類：

裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力鋼筋端部的錨固粘結(jié)應(yīng)力1、錨固粘結(jié)2、裂縫間粘結(jié)裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力的喪失只影響構(gòu)件的剛度和裂縫開展；鋼筋端部的錨固粘結(jié)應(yīng)力的喪失將使構(gòu)件提前破壞，降低承載力。粘結(jié)作用主要由三部分組成：（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。一般很小，僅在受力階段的局部無滑移區(qū)域起作用，當(dāng)接觸面發(fā)生相對滑移時，該力即消失。二、粘結(jié)力的機(jī)理（２）摩擦力：混凝土收縮后將鋼筋緊緊地握裹住而產(chǎn)生的