混凝土结构设计原理课件第2章 钢筋和混凝土材料的基本性能.ppt

第2章钢筋和混凝土材料的基本性能本章主要内容钢筋的材料性能混凝土的材料性能混凝土与钢筋的粘结 本章提要★材料性能（物理力学性能）钢筋的强度、变形性能混凝土的强度、变形性能钢筋与混凝土之间的粘结-滑移性能★重点混凝土的强度、变形性能★本章在本课程中的作用后续各章的基础 钢筋的成分、级别和种类钢筋的强度和变形性能（重点）钢筋的冷加工混凝土结构对钢筋性能的要求2.1钢筋的基本性能 主要成分：铁其他成分：碳、锰、硅、磷、硫等碳素钢：低碳钢（含碳量＜0.25%）；中碳钢（0.25%~0.6%）高碳钢（0.6%~1.4%）。含碳量高，强度高，塑性和可焊性降低锰、硅：可提高钢材强度，保持一定的塑性低合金钢：在钢材中加入少量的合金元素（锰、硅、钒、钛、铬等），强度高、韧性好细晶粒热轧带肋钢筋：不添加或添加很少的合金元素，通过控制轧钢的温度形成细晶粒的金相组织，达到与添加合金元素相同的效果，其强度和变形能力满足要求。2.1.1钢筋的品种和级别 2.1.1钢筋的品种和级别钢筋混凝土结构中的钢筋普通钢筋预应力筋热轧钢筋钢绞线消除应力钢丝预应力螺纹钢筋低碳钢普通低合金钢或细晶粒钢混凝土结构中的钢筋HRB335HRB400RRB400HPB300HRB500HRBF335HRBF400HRBF500 HPB300HRB335HRB400RRB400热轧钢筋的符号说明hotrolledplainbarfyk=300N/mm2hotrolledribbedbarfyk=335N/mm2hotrolledribbedbarfyk=400N/mm2remainedheattreatmentribbedbarfyk=400N/mm22.1.1钢筋的品种和级别 钢筋混凝土中的纵向受力钢筋宜采用400、500的热轧钢筋，也可用300、335的热轧钢筋；RRB400钢筋的可焊性、机械连接性能和施工适用性有所降低，可用于对延性和加工性能要求不高的构件中，不宜用作重要部位的受力钢筋，不应用于直接承受疲劳荷载的构件。2.1.1钢筋的品种和级别 热轧钢筋的外形光圆钢筋螺纹钢筋人字纹钢筋月牙纹钢筋2.1.1钢筋的品种和级别 2.1.1钢筋的品种和级别 预应力钢筋外形普通钢筋一般为软刚；预应力筋一般为硬钢。从受力性能分：软钢；硬钢2.1.1钢筋的品种和级别 2.1.2钢筋的强度和变形性能钢筋的应力－应变曲线（有明显流幅的钢筋,软钢）比例极限弹性极限屈服上限屈服下限屈服平台强化阶段颈缩阶段钢筋的两个强度指标:屈服强度和极限强度屈服强度作为钢筋设计强度取值依据 钢筋的应力－应变曲线（无明显流幅的钢筋,硬钢）比例极限σa极限强度σb条件屈服强度σ0.2σ2.1.2钢筋的强度和变形性能硬钢只有极限强度，没有屈服强度；条件屈服强度：取残余应变为0.2%所对应的应力 2.1.2钢筋的强度和变形性能钢筋的弹性模量钢筋的弹性模量根据拉伸试验中弹性阶段的应力—应变曲线确定，由于钢筋在弹性阶段的受压和受拉性能相同，故取受拉弹性模量等于受压弹性模量。 钢筋的塑性性能钢筋的两个塑性指标:延伸率(最大力下的总伸长率)和冷弯性能l0=5,10dl延伸率试验冷弯试验dＤ2.1.2钢筋的强度和变形性能 Totalelongationatmaximumforce测量区是残余变形吗？最大力下的总伸长率 最大力下的总伸长率普通钢筋及预应力筋在最大力下的总伸长率δgt应不应小于下表规定的数值： 钢筋的冷弯性能冷弯试验dＤ2.1.2钢筋的强度和变形性能为了使钢筋在使用时不会脆断，加工时不致断裂，钢筋应具有一定的冷弯性能。该性能由冷弯试验确定，要求弯曲后钢筋应无裂纹、鳞落或断裂现象。 2.1.2钢筋的强度和变形性能★软钢与硬钢的区别软钢：有明显的屈服平台；屈服强度，极限强度硬钢：无屈服平台，只有极限强度；规定“条件屈服强度”★设计取值依据屈服强度（软钢）；条件屈服强度（硬钢）★钢筋的屈强比=屈服强度/极限强度≤0.8★钢筋的延性（ductility）钢筋在强度无显著降低情况下抵抗变形的能力（屈服后的变形能力）。软刚延性好，硬钢延性较差。★弹性模量：弹性极限以下应力-应变曲线的斜率 钢筋的疲劳性能吊车梁、铁路或公路桥梁、枕轨、海洋石油平台等往往承受周期性的重复荷载作用。往往引起疲劳破坏。2.1.2钢筋的强度和变形性能原因：疲劳断裂是由于钢筋内部的缺陷造成的，这些缺陷一方面引起局部应力集中，另一方面在重复荷载作用下，裂缝时而闭合时而张开，使裂痕逐渐发展，最终导致断裂。疲劳破坏：钢材在重复、周期动荷载作用下，经过一定次数后，钢材发生脆性的突然断裂破坏，而不是单调加载时的塑性破坏，这种破坏称为疲劳破坏。疲劳强度：是指在某一规定应力变化范围内，经受一定次数的循环荷载以后，才发生破坏的最大应力值。用表示。 钢筋的疲劳性能2.1.2钢筋的强度和变形性能对疲劳性能的确定，新老规范有较大差异影响因素：应力变化幅值、最小应力、钢筋表面几何形状、钢筋直径、钢筋种类、轧制工艺和试验方法，最主要的是应力变化幅值，用表示。 钢筋的疲劳性能2.1.2钢筋的强度和变形性能老规范GBJ10-89：在200万次重复荷载条件下，根据疲劳应力比值，确定钢筋的疲劳强度。优点：直观，方便，易懂。Pf小代表应力变化范围大。破坏显著！ 钢筋的疲劳性能2.1.2钢筋的强度和变形性能新规范GB50010-2010：在200万次重复荷载条件下，根据疲劳应力比值，确定钢筋的疲劳应力幅限值。变化：1.用应力幅限值代替疲劳强度；2.应力幅限值根据原规范的疲劳强度设计值用校准法反算得出；3.不直观，不方便，不易懂。 2.1.3钢筋的冷加工冷拉冷拉是在常温下用机械方法将有明显流幅的钢筋拉到超过屈服强度即强化阶段中的某一应力值，然后卸载至零。冷拉强化：冷拉控制应力必须超过屈服点，进入强化阶段。屈服强度提高，屈服平台消失，极限强度未提高，延性降低冷拉时效：钢筋经首次冷拉后，在自然条件下一段时间后进行第二次张拉，屈服强度和极限强度均提高，且恢复屈服台阶。只能提高抗拉强度，抗压屈服强度将降低。 2.1.3钢筋的冷加工 冷拔冷拔一般是将6的HPB235热轧钢筋强行拔过小于其直径的硬质合金拔丝模具。可同时提高抗拉和抗压强度。冷加工目的是节约钢材和扩大钢筋的应用范围。《混凝土结构设计规范》不提倡冷拉钢筋，已取消冷拉钢筋.2.1.3钢筋的冷加工 2.1.4混凝土结构对钢筋性能的要求适当的屈强比≤0.8足够的塑性最大力下的总伸长率HPB300：不小于10.0%；HRB400~HRB500:不小于7.5%RRB400：不小于5%；预应力筋：不小于3.5%可焊性耐久性与耐火性与混凝土具有良好的粘结抗低温性能 混凝土的强度混凝土的变形性能2.2混凝土的基本性能 ★简单受力状态下混凝土的强度立方体抗压强度(uniaxialcompressivecubestrength)轴心抗压强度(uniaxialcompressivestrength)轴心抗拉强度(uniaxialtensilestrength)★复杂受力状态下混凝土的强度双轴受力强度三轴受力强度剪压及剪拉强度2.2.1混凝土的强度 简单受力状态下混凝土的强度立方体抗压强度混凝土受压破坏机理骨料之间的微裂缝是内因纵向受压破坏是横向拉裂造成的。骨料之间的微裂缝2.2.1混凝土的强度 影响因素分析材料组成：最主要因素，在材料组成一定时，还有下列因素试件尺寸：尺寸大，内部缺陷相对较多，端部摩擦力影响相对较小，强度低这个理由不太好！加载速度：加载速度快，微裂缝不能充分扩展，强度高试验条件：试件上、下表面不涂油，横向变形受到约束，强度高龄期：龄期长，试件强度高2.2.1混凝土的强度 混凝土立方体抗压强度试验方法边长为150mm的标准立方体试块、在标准条件下养护28d或设计规定龄期后，以标准试验方法测得的破坏时的平均压应力为混凝土的立方体抗压强度。注：对掺加粉煤灰等时，规定龄期为60、90天等。立方体抗压强度标准值fcu,k按上述规定所测得的具有95%保证率的抗压强度称为混凝土的立方体抗压强度标准值。混凝土强度等级《混凝土规范》规定：混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值确定2.2.1混凝土的强度 混凝土强度等级的分级按fcu,k划分为14级，即C15~C80，级差5MPa。符号C35C：立方体(Cube)35：立方体抗压强度标准值，单位N/mm2当≤C50时，普通混凝土（normal-strengthconcrete）当＞C50时，高强混凝土（high-strengthconcrete）按C50配置的混凝土，其实测立方体抗压强度与50MPa是何关系？fcu,k是混凝土各种强度指标的基本代表值2.2.1混凝土的强度 简单受力状态下混凝土的强度轴心抗压强度轴心（棱柱体）抗压强度fc采用棱柱体试件，能够反映混凝土的实际工作状态。我国取150×150×300mm为标准试件，按与立方体试验相同的规定所得的平均应力值，为fc。棱柱体高度取值的原因：摆脱端部摩擦力的影响试件不致失稳立方体抗压强度与轴心抗压强度之间的关系棱柱体强度与立方体强度的比值混凝土考虑脆性的折减系数结构中混凝土与试件混凝土的强度差异修正系数2.2.1混凝土的强度 棱柱体试件尺寸试件强度不受端部摩擦力和附加偏心距的影响。中间处于均匀受压状态。解决问题的思路由已知求未知，由简单方法解决复杂问题确定方法：对比试验2.2.1混凝土的强度 轴心抗压强度试验值修正值:棱柱体强度与立方体强度之比值，C50及以下取=0.76，对C80取=0.82，中间按线性规律变化取值；为混凝土考虑脆性的折减系数，对C40取=1.00，对C80取=0.87，中间按线性规律变化取值；0.88:考虑结构中混凝土强度与试件混凝土强度之间的差异而采取的修正系数。2.2.1混凝土的强度 简单受力状态下混凝土的强度轴心抗拉强度轴心抗拉强度ft混凝土的抗拉强度远低于抗压强度对于普通混凝土，抗拉强度约1/17-1/8的抗压强度对于高强混凝土，抗拉强度约1/24-1/20的抗压强度轴心抗拉强度的试验方法直接受拉试验劈裂试验弯折试验2.2.1混凝土的强度 简单受力状态下混凝土的强度轴心抗拉强度直接受拉试验150150500100100轴心抗拉强度与立方体抗压强度平均值之间的关系直接受拉试验的缺点:容易引起偏拉破坏2.2.1混凝土的强度 对比试验结果2.2.1混凝土的强度 简单受力状态下混凝土的强度轴心抗拉强度劈裂试验PPa弯折试验l/3500~600150150P/2l/3l/3P/22.2.1混凝土的强度 圆柱体劈裂试验不是太懂！2.2.1混凝土的强度 复杂受力状态下混凝土的强度双轴应力状态研究文献来源:H.Kupfer,H.K.Hilsdorf,H.Rusch,Behaviourofconcreteunderbiaxialstresses,ACIJ.66(1969)656-666.研究方法方形板试件施加法向应力σ1施加法向应力σ2板处于平面应力状态2.2.1混凝土的强度 复杂受力状态下混凝土的强度双轴应力状态双等拉双等压-1.2600.20.4-0.6-0.4-0.2-1.2-1.0-0.8-1.400.20.4-0.6-0.4-0.2-1.2-1.0-0.8-1.4Kupfer的强度包络图双向受拉的破坏强度接近于单轴抗拉强度。双向受压的破坏强度高于单轴抗压强度。一拉一压的破坏强度低于相应的单轴受力强度。双轴受压的强度最大值不是发生在双轴等压的情况下,而是发生在σ1/σ2≈0.5时。2.2.1混凝土的强度 复杂受力状态下混凝土的强度三轴受压状态侧向等压（常规三轴）的情况通过液体静压力对圆柱体试件施压当侧向压力较较高低时,上式不再为线性关系,可采用蔡绍怀经验公式当侧向压力较低时,对于普通混凝土2.2.1混凝土的强度 2.2.1混凝土的强度 复杂受力状态下混凝土的强度剪压或剪拉复合应力状态试验结果岗岛达雄的试验结果试验结论随着拉应力的增加，混凝土抗剪强度降低；随着压应力的增加，抗剪强度先增大、后减小；达到轴心抗压强度时，抗剪强度为零；当拉应力约为0.1fc时，抗剪强度为零。2.2.1混凝土的强度 混凝土的变形★受力变形一次短期加载下的变形(重点)：轴压、轴拉、复合应力状态下承载力计算；非线性分析荷载长期作用下的变形（徐变）：变形和裂缝宽度计算；预应力损失重复荷载作用下的变形（疲劳性能）：确定弹性模量；疲劳验算★体积变形收缩变形：收缩裂缝；预应力损失温度变形：温度应力→裂缝防止温度、收缩裂缝的构造措施2.2.2混凝土的变形性能 2.2.2混凝土的变形性能1.单调短期加载下的变形性能轴心受压的应力-应变关系482Os≈0.3fca≈0.8fcbfcc6da点前内部裂缝没有发展，应力应变近似直线。b点称为临界应力点,内部裂缝有发展,但处于稳定状态c点的应变称为峰值应变,ε0约为0.002,内部裂缝延伸到表面，c点后出现应变软化d点为极限压应变,对普通混凝土取0.0033。 0fcsεu0.3fcs0.8fcs曲线ab段：水泥凝胶体的粘性流动和内部微裂缝的扩展使混凝土表现出越来越明显的塑性，应力应变关系偏离直线，应变的增长速度比应力增长快。内部微裂缝有所发展，但处于稳定状态，故b点称为临界应力点，相应的应力相当于钢筋的条件屈服强度。曲线bc段：应变增长速度进一步加快，应力应变曲线的斜率急剧减小，混凝土内部微裂缝进入非稳定发展阶段0a段：应力应变关系接近于直线a点相当于混凝土的弹性极限。变形主要取决于骨料和水泥石的弹性变形，内部的初始微裂可能发展或闭合，相对稳定曲线cd段：下降段的存在表明受压破坏后的混凝土仍保持一定的承载能力，它主要是由滑移面上的摩擦咬合力和为裂缝所分割成的混凝土小柱体的残余强度所提供。混凝土轴心受压时的应力应变关系峰值应变ε0随混凝土强度等级不同约在0.0015～0.0025之间变动，结构计算中一般取ε0=0.002结构计算中一般取εu=0.003～0.0035，我国《混凝土结构设计规范》(GB50010)取εu=0.0033。ε0 应力-应变曲线上三个特征点峰值应力：材料的最大承载力峰值应变：与峰值应力相应的应变极限压应变：试件破坏时的最大应变值混凝土材料的延性混凝土试件在强度没有显著降低情况下承受变形的能力混凝土强度越高，越大；越小；材料的脆性越明显问题：混凝土应力-应变曲线如何表达？→数学表达式2.2.2混凝土的变形性能 混凝土单轴受压应力-应变关系模型（本构模型）应力-应变关系模型是应力-应变曲线的数学表达式，可根据某一应变值求出相应的应力值。应用：承载力计算；混凝土结构非线性分析本节给出的两个应力-应变关系模型，一般用于结构的非线性分析。Hognestad模型（早期）上升段下降段2.2.2混凝土的变形性能 《混凝土规范》规定的单轴受压应力-应变关系模型482ec,xOseecu2.2.2混凝土的变形性能 混凝土轴心受拉的应力-应变关系轴心受拉的应力-应变关系《混凝土规范》建议的单轴受拉应力-应变关系模型Ose2et,x2.2.2混凝土的变形性能 混凝土在复合应力下的应力-应变关系三轴受压：随侧向压应力增加，纵向强度和变形能力均提高。侧向压力约束了混凝土横向变形，限制了横向膨胀和内部微裂缝的扩展。（约束混凝土）2.2.2混凝土的变形性能 螺旋箍筋圆柱体约束混凝土在接近混凝土单轴抗压强度之前，横向钢筋几乎不受力，混凝土基本不受约束。轴向压力大于单轴抗压强度时，轴向强度和变形能力均提高，横向钢筋越密，提高幅值越大。螺旋筋能使核心混凝土在侧向受到均匀连续的约束力，其效果较普通箍筋好，因而强度和延性的提高更为显著。普通箍筋约束混凝土柱2.2.2混凝土的变形性能 2.混凝土在重复荷载作用下的变形性能★一次加载、卸载下的应力-应变曲线总应变=弹性应变+弹性后效+残余应变加载、卸载形成环状，其面积为加载、卸载过程中消耗的能量卸载曲线在A点的切线与加载曲线在原点的切线平行2.2.2混凝土的变形性能 多次重复荷载作用下的应力-应变曲线当加载、卸载的最大压应力值不超过某个限值时，每次加载、卸载过程都将形成塑性变形。经多次重复后，塑性变形将不再增长，混凝土加、卸载的应力-应变曲线呈直线变化，且此直线大致与第一次加载时的原点切线平行。当应力值超过一特定值之后，出现直线后就产生反向弯曲。应变越来越大，就会发生破坏，即疲劳破坏。该特定值就是混凝土的疲劳强度。2.2.2混凝土的变形性能 2.2.2混凝土的变形性能混凝土的弹性模量、剪变模量和泊松比★混凝土的变形模量初始弹性模量：过原点切线的斜率。切线模量：过某一点切线的斜率。（增量理论）割线模量：某一点与原点连线的斜率。（全量理论） 混凝土弹性模量★初始弹性模量不易准确测定；多次重复加载、卸载后，应力-应变曲线变为直线，且与原点切线平行。★我国规范规定用下述方法测定混凝土弹性模量：将棱柱体试件加载至应力，重复加载、卸载各5次后，应力-应变曲线基本上趋于直线，将应力-应变曲线上与0.5N/mm2的应力差与相应的应变差的比值作为弹性模量。？2.2.2混凝土的变形性能 混凝土弹性模量与立方体抗压强度之间的关系★混凝土弹性模量是试验结果的试验平均值，保证率50%;★弹性模量随立方体强度标准值非线性增长;★混凝土受拉与受压弹性模量相同.混凝土的泊松比混凝土的剪变模量2.2.2混凝土的变形性能 3.混凝土在荷载长期作用下的变形性能徐变在不变的应力长期持续作用下，混凝土的变形随时间徐徐增长的现象称为混凝土的徐变。3000.51.01.52.0510152025压应变×10-3时间/月瞬时变形徐变变形卸载时瞬时恢复的变形残余变形卸载后的弹性后效2.2.2混凝土的变形性能 徐变的特点先快后慢，最后趋于稳定徐变的原因水泥凝胶体的黏性流动，使骨料应力增大混凝土中内部微裂缝的发展影响徐变的因素★应力的大小线性徐变，徐变与应力成正比非线性徐变，徐变增长速度比应力增长快徐变与时间曲线发散。2.2.2混凝土的变形性能 影响徐变的因素★混凝土组成和配合比骨料（不产生徐变）多，徐变小；水泥用量和水灰比大（混凝土中凝胶体比重大），徐变大。★环境条件湿度大，温度高，徐变大（高温干燥下，砼水份逸失较多，转化为水泥结晶体的水泥浆少，凝胶体较多）；龄期短，徐变大。注：徐变是受力变形，有应力存在就有徐变变形；徐变方向与受力方向一致，有受拉、压徐变；徐变随时间变化。2.2.2混凝土的变形性能 徐变对结构的影响（研究徐变的意义）1）使钢筋混凝土构件截面产生内力重分布：混凝土应力减小，钢筋应力增大。2）使受弯构件和偏压构件的变形加大：徐变使截面受压区变形增大，引起受弯构件挠度增大，偏压构件偏心距增大。3）使预应力混凝土构件产生预应力损失：预压力使混凝土产生徐变，构件缩短，引起预应力损失。2.2.2混凝土的变形性能 混凝土的收缩混凝土在空气中结硬时其体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。使结构产生收缩裂缝，引起预应力损失。？混凝土的膨胀混凝土的温度变形温度变化会使混凝土热胀冷缩，在结构中产生温度应力，甚至会使构件开裂以至于损坏。2.2.2混凝土的变形性能混凝土在水中结硬时体积会膨胀，称为混凝土的膨胀。 2.2.2混凝土的变形性能 粘结应力的概念及特点粘结破坏机理及影响因素钢筋的锚固2.3钢筋与混凝土的粘结 本节内容2.3.1一般概念粘结应力；粘结强度2.3.2粘结应力的特点光面钢筋；变形钢筋2.3.3粘结破坏机理光面钢筋；变形钢筋2.3.4影响粘结强度的因素2.3.5钢筋的锚固和连接应用：锚固长度，连接长度，延伸长度混凝土结构非线性分析 2.3.1一般概念粘结应力(粘结力)—效应钢筋与混凝土接触面上所产生的沿钢筋纵向的剪应力。粘结强度—抗力粘结失效（钢筋被拔出或混凝土被劈裂）时的最大粘结应力。粘结应力的分类锚固粘结应力裂缝附近的局部粘结应力 粘结应力分类锚固粘结应力：钢筋伸入支座，负弯矩钢筋在某处截断---钢筋的锚固长度和延伸长度局部粘结应力：裂缝附近的局部粘结应力---裂缝宽度和变形计算2.3.1一般概念 弯矩图la锚固粘结应力fyF=0悬臂梁的纵筋锚固锚固长度裂缝附近的局部粘结应力开裂截面处的钢筋应力通过粘结应力向混凝土传递2.3.1一般概念 2.3.2粘结应力的特点粘结应力的特点粘结应力分布的中心拔出试验10d10d300d205d5d塑料套管立方体试件GB50152-92规定的立方体拔出试验试验装置百分表试件承压垫板穿孔球铰试验机垫板 2.0τ(N/mm2)加载端1501005000.51.01.50100200300(mm)σs(N/mm2)d=13mm光圆钢筋粘结应力的特点钢筋应力及粘结应力的分布5101517.5kN5101517.5kN5τ(N/mm2)加载端300200100012140100200300(mm)σs(N/mm2)d=13mm变形钢筋3105152025kN变形钢筋粘结性能比光面钢筋好。光圆钢筋应力峰值靠近加载端，粘结应力增长缓慢。变形钢筋粘结应力分布长度缓慢增长，粘结应力峰值显著增大。2.3.2粘结应力的特点 2.3.3粘结破坏机理光圆钢筋的粘结破坏粘结力的组成化学胶着力：混凝土中水泥凝胶体与钢筋表面的化学胶着力；占的比例较小。摩擦力：钢筋与混凝土接触面间的摩擦力机械咬合力：钢筋表面粗糙不平的机械咬合力 光面圆钢筋的粘结破坏试件受力开始时，加载端很快发生粘结破坏，出现相对滑移。一旦出现滑移，粘结力主要是摩擦力和机械咬合力。加载端滑移与粘结应力接近直线关系。图中oa段。随着荷载的增大，在40％～60％极限荷载以后，钢筋的受力段逐渐加长，粘结应力的峰点向自由端漂移，滑移段随之扩大，加载端的滑移加快发展并明显呈非线性特征。但自由端仍无滑移。图中ab段。τ加载端5101517.5kN自由端当达到最大粘结应力的80％时，自由端开始滑移，粘结应力峰点非常靠近自由端，加载端的滑移发展更迅速，粘结力完全由摩擦力和机械咬合力提供，滑移遍及钢筋全长，加载端附近粘结破坏严重，粘结应力已很小，钢筋的应力接近均匀。2.3.3粘结破坏机理 光面圆钢筋的粘结破坏当自由端的滑移为0.1～0.2mm时，平均粘结应力（试件的荷载）达最大值（图中b点），此后钢筋的滑移量急速增大，拉拔力由钢筋表面的摩阻力和残存的咬合力承担，周围混凝土受碾磨而破碎，形成曲线的下降段。图中bc段。◆破坏过程加载端滑移（oa）→中间部分滑移（ab）→自由端滑移（b）→拔出前整体滑移（bc）◆光圆钢筋的粘结作用，在出现相对滑移前主要取决于化学胶着力，发生滑移后则由摩擦力和机械咬合力提供。◆光圆钢筋拔出试验的破坏形态，为钢筋从混凝土中被拔出的剪切破坏，其破坏面就是钢筋与混凝土的接触面。2.3.3粘结破坏机理 变形钢筋的粘结破坏粘结力的组成仍为化学胶着力、摩擦力、机械咬合力，但主要为机械咬合力。变形钢筋的τ-s曲线0.10.20.30.40.510203040τ(N/mm2)s(mm)肋处混凝土局部挤压变形出现内裂缝径向裂缝到达试件表面形成新滑移面劈裂裂缝刮犁式破坏劈裂式破坏2.3.3粘结破坏机理 变形钢筋的粘结破坏劈裂式破坏的条件:钢筋外围砼薄而且没有环向箍筋刮犁式破坏的条件:钢筋外围砼厚或有环向箍筋约束刮犁式破坏模式内部斜裂缝斜向挤压力径向分力环向挤压力径向裂缝变形钢筋处的挤压力和内部裂缝2.3.3粘结破坏机理 2.3.4影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素混凝土强度:粘结强度大致与混凝土抗拉强度成线性关系保护层厚度和钢筋净间距：二者越大，粘结强度越高钢筋的外形：变形钢筋粘结强度高横向配筋：提供侧向约束，延缓或阻止劈裂裂缝发展侧向压应力：使摩擦力的机械咬合力增大受力状态：重复荷载或反复荷载使粘结强度退化 钢筋的锚固设计锚固长度，搭接长度，延伸长度钢筋的锚固和连接的实质是粘结问题★钢筋锚固：通过混凝土中钢筋埋置段或机械措施，将钢筋所受力传递给混凝土，使钢筋埋置于混凝土而不被拔出。锚固是钢筋如何将力传给混凝土的问题直钢筋的锚固带弯钩、弯折钢筋的锚固机械锚固2.3.5钢筋的锚固和连接 （a）90°弯钩（b）135°弯钩（c）一侧贴焊锚筋（d）两侧贴焊锚筋（e）穿孔塞焊锚板（f）螺栓锚头2.3.5钢筋的锚固和连接 ★锚固设计原理强度极限状态主要适用于直钢筋的锚固问题刚度极限状态主要适用于带弯钩和弯折钢筋的锚固问题Otstu强度极限状态Otstu刚度极限状态最大粘接应力点滑移速率变化点2.3.5钢筋的锚固和连接 ★受拉钢筋的基本锚固长度临界锚固长度lacrdF钢筋的外形系数，光面钢筋取0.16，带肋钢筋取0.14。受拉钢筋的基本锚固长度lab锚固极限状态时钢筋应力与屈服强度的比值。平均粘结强度tu受压钢筋的锚固长度可取受拉钢筋锚固长度的0.7倍2.3.5钢筋的锚固和连接 ★受拉钢筋的锚固长度2.3.5钢筋的锚固和连接 锚固长度的修正系数ζa对带肋钢筋，当直径大于25mm时，应取1.10，当钢筋表面有环氧树脂涂层时，应取1.25；当钢筋在施工过程中易受扰动（如滑模施工）时，应取1.10；当纵向受力钢筋的实际配筋面积大于其设计计算面积时，如有充分依据和可靠措施，其锚固长度可乘以设计计算面积与实际配筋面积的比值。对有抗震设防要求以及直接承受动力荷载的结构构件不应修正当锚固区的混凝土保护层大于钢筋直径的3倍且配有箍筋时，可取0.80，保护层厚度为5倍时取0.7，中间值内插取值。当上述条件多于一项时系数可连乘，但经修正后的锚固长度不应小于基本锚固长度的60%，且不应小于200mm。2.3.5钢筋的锚固和连接 （a）90°弯钩（b）135°弯钩（c）一侧贴焊锚筋（d）两侧贴焊锚筋（e）穿孔塞焊锚板（f）螺栓锚头当构件支承长度较短，靠钢筋自身的锚固性能无法满足受力钢筋的锚固要求时，可采用机械锚固措施，且还要满足锚固刚度的要求，即一定的锚固长度，可取基本锚固长度的60%。2.3.5钢筋的锚固和连接 ★受压钢筋的锚固长度2.3.5钢筋的锚固和连接钢筋受压时的粘结锚固机理与受拉时基本相同；钢筋受压后的镦粗效应加大了界面的摩擦力和咬合力，对锚固受力有利；受压钢筋端头的支顶作用也大大改善了受压锚固的受力状态；因此受压钢筋的锚固长度应小于受拉钢筋的锚固长度，当计算中充分利用钢筋的抗压强度时，其锚固长度不应小于相应受拉钢筋锚固长度的70%，受压钢筋不应采用末端弯钩和一侧贴焊的锚固方式。 钢筋的连接是两根钢筋之间如何传力的问题绑扎搭接；机械连接；焊接连接机理一根钢筋的力→通过粘结力传给混凝土→通过粘结力传给另一根钢筋两根钢筋之间斜向挤压力，径向分量使外围混凝土产生横向拉应力，纵向分量使混凝土产生剪切作用，剪切滑移破坏。2.3.5钢筋的锚固和连接 钢筋的连接（绑扎搭接）连接钢筋通过接头间接传力，性能不如整筋的直接传力。接头位置应尽可能设置在受力较小处且应互相错开。在同一受力钢筋上宜少设连接接头；在重要构件和关键传力部位，纵向受力钢筋不宜设置连接接头。在设有连接接头的区域应采取必要的构造措施，如保护层厚度，钢筋间距，加密箍筋等。2.3.5钢筋的锚固和连接 钢筋绑扎搭接接头连接区段的长度为1.3，凡搭接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接区段。2.3.5钢筋的锚固和连接纵向钢筋搭接接头面积百分率（%）≤25%501001.21.41.6 受拉钢筋搭接接头处的粘结强度低于钢筋锚固状态的粘结强度，其搭接长度应大于锚固长度。受压搭接的搭接长度小于受拉搭接长度。任何情况下,ll不应小于300mm。受压钢筋的搭接长度不应小于受拉钢筋搭接长度的0.7倍，且不应小于200mm。2.3.5钢筋的锚固和连接 小结●钢筋的强度和变形屈服强度（条件屈服强度），极限强度，延伸率，冷弯性能●混凝土的强度和变形单轴受力强度：立方体抗压强度，轴心抗压强度，轴心抗拉强度复杂受力强度：三轴强度，二轴受力强度，剪压和剪拉强度受力变形：一次短期加载变形；徐变变形；重复加载变形体积变形：收缩变形；温度变形●钢筋与混凝土的粘结锚固长度，搭接长度，延伸长度2.3.5钢筋的锚固和连接