鋼筋混凝土的組合作用

1、第二篇,鋼筋和混凝土的組合作用,,鋼筋混凝土是以混凝土為主體，配設(shè)不同形式的高抗拉強(qiáng)度的鋼筋所構(gòu)成的組合材料，二者的性能互補(bǔ)，成為迄今結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用最成功、最廣泛的組合材料。 鋼筋和混凝土的材料本質(zhì)和力學(xué)性能存在巨大差別。鋼筋混凝土作為一種組合材料，其力學(xué)性能當(dāng)然不同于二者中的任一種，也不是二者性能的簡單疊加。 如果掌握了組合材料的性能規(guī)律，就可以主動(dòng)地設(shè)計(jì)和構(gòu)造二者的組合方式，提高效益或滿足多種工程的需求。,5

2、. 鋼筋的力學(xué)性能,5.1 混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼材 鋼材放置在混凝土結(jié)構(gòu)中的主要作用是承受拉力，以彌補(bǔ)混凝土抗拉強(qiáng)度的低下和延性的不足。實(shí)際工程中常用的“筋”可分作幾類。 1.鋼筋 混凝土結(jié)構(gòu)中最大量使用的是鋼筋。鋼筋一般為圓形截面，也有橢圓形和類方圓形。強(qiáng)度較低的鋼筋，一般為簡單的光圓形。其他強(qiáng)度較高的鋼筋均軋制成不同的表面形狀。,,2.高強(qiáng)鋼絲 碳素鋼絲經(jīng)過熱處理后可達(dá)很高的抗拉

3、強(qiáng)度，但性質(zhì)變脆，無明顯的屈服臺(tái)階，屬“硬鋼”。這類鋼絲主要應(yīng)用與預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。 3.型鋼 熱軋型鋼如，成為組合的型鋼-混凝土承載結(jié)構(gòu)。所用鋼材一般為強(qiáng)度較角鋼﹑槽鋼﹑工字鋼和鋼管等都可以在混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用低的軟鋼。,,4.鋼絲網(wǎng)水泥 用細(xì)鋼絲編織成的網(wǎng)片作為配筋，澆注水泥砂漿后成為薄板狀，由于鋼絲直徑細(xì)，所以雙向密布而不易開裂?？勺龀刹ㄐ瓮叩?。 5.其它替代材料 近年

4、出現(xiàn)了多種人造新材料，例如玻璃纖維和碳素纖維的抗拉強(qiáng)度極高，且具有質(zhì)輕﹑抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用于海洋工程。但目前價(jià)格昂貴，尚未廣泛應(yīng)用。,,節(jié)總結(jié)：一、這節(jié)主要講混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼材，以及各鋼材的特點(diǎn)。二、需要注意一下的是鋼絲網(wǎng)水泥和其它替代材料。,5.2 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，一般采用原鋼筋﹑表面不經(jīng)切削加工的試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)加以測(cè)定。根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線上有無明顯的屈服臺(tái)階，將鋼材分成兩大類，分別稱為軟鋼和硬鋼。5

5、.2.1 軟鋼 鋼筋試件的典型拉伸曲線如圖5-4.曲線上的一些特征點(diǎn)反映了鋼材受力破壞過程的各種物理現(xiàn)象。 從工程應(yīng)用的觀點(diǎn)，將軟鋼的拉伸曲線簡化成4段:彈性段﹑屈服段﹑強(qiáng)化段和頸縮段。比例極限﹑彈性極限和上﹑下屈服點(diǎn)合并為一個(gè)屈服點(diǎn)Y，一般取數(shù)值較穩(wěn)定﹑且偏低的下屈服點(diǎn)，相應(yīng)的應(yīng)力值稱屈服強(qiáng)度。,,,,,,5.2.2 硬鋼 高強(qiáng)度的碳素鋼絲﹑鋼絞絲和熱處理鋼筋的拉伸曲線如圖5-7.這

6、類拉伸曲線上沒有明顯的屈服臺(tái)階。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需對(duì)這類鋼材定義一個(gè)名義的屈服強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)值,,,,節(jié)總結(jié)：一、主要講軟剛、硬鋼的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和計(jì)算模型。,5.3 反復(fù)荷載作用下的變形,混凝土結(jié)構(gòu)在承受重復(fù)荷載或反復(fù)荷載的多次作用時(shí)，其中所配設(shè)的鋼筋相應(yīng)地產(chǎn)生應(yīng)力的多次加卸過程，用單根鋼筋試件在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行加卸試驗(yàn)，測(cè)得應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線，據(jù)此建立計(jì)算模型。 鋼筋在拉力重復(fù)加卸作用下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖5-9.

7、 鋼材變形進(jìn)入塑性階段后，在拉﹑壓應(yīng)力反復(fù)加卸作用﹑且應(yīng)力逐次增加的試驗(yàn)情況下，得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖5-10.,,,,,,鋼材變形進(jìn)入塑性階段后，在拉、壓應(yīng)力反復(fù)加卸作用、且應(yīng)力（變）逐次增加的試驗(yàn)情況下，得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如上圖。鋼材受拉進(jìn)入屈服段后，從T1點(diǎn)卸載至應(yīng)力為零（T1o1段），反向加載（壓應(yīng)力）為o1C1曲線，再從C1點(diǎn)卸載至壓應(yīng)力為零，得C1o2線。第二次加載（拉）時(shí)，從o2開始，經(jīng)過與第一次加載最大拉應(yīng)

8、力相等的點(diǎn)T`1，進(jìn)而達(dá)到T2。再次卸載（T2o3）和反向加載、反向卸載等。,,將同方向（拉或壓）加載的應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，超過前一次加載最大應(yīng)力的區(qū)段（圖中實(shí)粗線）平移相連后得到的曲線稱骨架線。經(jīng)過對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，首次加載方向的骨架線與鋼材一次拉伸曲線一致，而反向加載（受壓）的骨架線卻有明顯差別。主要區(qū)別在第一次反向加載（o1C1）的屈服點(diǎn)降低，且無清楚的屈服臺(tái)階。但后繼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線仍基本相同。,,鋼材一次受力屈服后，反向加載時(shí)的彈性極

9、限顯著降低；且首次加載達(dá)到的應(yīng)變值越大，反向彈性極限降低越多，這種現(xiàn)象稱為包興格效應(yīng)。,,節(jié)總結(jié)：一、反復(fù)荷載作用下對(duì)鋼材性能的影響以及拉壓反復(fù)加載的鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線。二、加載曲線、包興格效應(yīng)。,5.4 冷加工強(qiáng)化性能,大量實(shí)踐證明，對(duì)軟鋼進(jìn)行各種冷加工，如冷拉﹑冷軋﹑冷扭﹑冷拔等工序使鋼材產(chǎn)生很大塑性變形后，由于金屬晶粒的畸變和位移增大了抗阻力，鋼材的屈服強(qiáng)度獲得提高，但延伸率減小，這一現(xiàn)象稱為冷作強(qiáng)化。5.4.1 冷拉和

10、時(shí)效 鋼筋在冷拉和時(shí)效后的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系如圖5-13所示。,,,,對(duì)鋼筋實(shí)施冷拉時(shí)，一般應(yīng)采用應(yīng)力和伸長率的“雙控”工藝，以保證鋼筋的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的安全。鋼筋一次冷拉，伸長率為3%-5%，屈服強(qiáng)度可比原材的提高20%-35%，增幅相當(dāng)可觀。但需注意，冷拉后鋼筋的抗壓強(qiáng)度并不提高。 冷拉后的鋼筋沒有明顯的屈服臺(tái)階。將鋼筋自然停放一段時(shí)間或人工加熱后，再次拉伸的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表明屈服臺(tái)階已經(jīng)清楚再現(xiàn)，臺(tái)階比原材的縮短，

11、但屈服強(qiáng)度再次提高，極限強(qiáng)度也有所增長，極限延伸率又有減少。這一現(xiàn)象稱為時(shí)效。,,5.4.2 冷拔 鋼材在冷拔過程中產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，金屬晶粒的變形和位移很大，大大地提高了鋼材的強(qiáng)度，相應(yīng)地極限延伸率有較大下降，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線（圖5-14）已與硬鋼的相似。工程中采用冷拔鋼絲的目的是提高鋼材強(qiáng)度，節(jié)約用鋼和降低造價(jià)。,,節(jié)總結(jié)：一、主要講對(duì)鋼材進(jìn)行冷加工的的必要性。二、講冷拉、時(shí)效和冷拔以及它們的區(qū)別。,,5.5

12、 徐變和松弛 軟鋼在其彈性極限范圍內(nèi)長期受力或反復(fù)加卸載都不發(fā)生徐變和松弛。但是，高強(qiáng)鋼筋和冷加工鋼筋在應(yīng)力水平較高時(shí)會(huì)發(fā)生塑性變形。這類鋼材在非彈性變形范圍內(nèi)，在應(yīng)力的長期作用下，即使在常溫狀態(tài)也將發(fā)生徐變和松弛。,,徐變和松弛同是材料塑性變形狀態(tài)的反映，但表現(xiàn)形式不同，在數(shù)值上可以互換。鋼材的徐變是金屬晶粒在高應(yīng)力作用下隨時(shí)間發(fā)生的塑性變形和滑移。在工程中，鋼材的徐變使結(jié)構(gòu)的變形增大，應(yīng)力松弛使混凝土結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力

13、筋產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失﹑降低結(jié)構(gòu)抗裂性，后者更常見。影響因素: 1.鋼材的品種 2.應(yīng)力持續(xù)時(shí)間 3.應(yīng)力水平 4.溫度,,節(jié)總結(jié)：一、主要講徐變和松弛概念以及關(guān)系，松弛的影響因素。,,章總結(jié)：一、這一章主要是講鋼材的一些力學(xué)性能。包括軟、硬鋼的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、鋼材在反復(fù)荷載下的變形、冷拉和冷拔、徐變和松弛。,6. 鋼筋與混凝土的粘結(jié),6.1 粘結(jié)力的作用和組成6.1.1 作用和分類

14、 鋼筋和混凝土構(gòu)成一種組合結(jié)構(gòu)材料的基本條件是二者之間有可靠的粘結(jié)和錨固。1.鋼筋端部的錨固粘結(jié) 如簡支梁支座處的鋼筋端部﹑梁跨間的主筋搭接或切斷﹑懸臂梁和梁柱節(jié)點(diǎn)受拉主筋的外伸段等。2.裂縫間粘結(jié),,粘結(jié)應(yīng)力的存在，使混凝土內(nèi)鋼筋的平均應(yīng)變或總變形小于鋼筋單獨(dú)受力時(shí)的相應(yīng)變形，有利于減小裂縫寬度和增大構(gòu)件的剛度，稱為受拉剛化效應(yīng)。 由于鋼筋和混凝土的粘結(jié)作用是個(gè)局部應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力和應(yīng)變分布復(fù)雜，又

15、有混凝土的局部裂縫和二者的相對(duì)滑移，構(gòu)件的平截面假定不再合適，而且影響因素眾多，這些都成為研究中的難點(diǎn)。,,6.1.2 組成 鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力或者抗滑移力，由3部分組成。 ① 混凝土中的水泥凝膠體在感覺表面產(chǎn)生的化學(xué)粘著力或吸附力。 ②周圍混凝土對(duì)鋼筋的摩阻力，當(dāng)混凝土的粘著力破壞后發(fā)揮作用。 ③ 鋼筋表面粗糙不平，或變形鋼筋凸肋和混凝土之間的機(jī)械咬合作用，即混凝土對(duì)鋼筋表面斜向壓力

16、的縱向分力。 其實(shí)，粘結(jié)力的三部分都與鋼筋表面的粗糙程度和銹蝕程度密切相關(guān)，試驗(yàn)中很難單獨(dú)量測(cè)或嚴(yán)格區(qū)分。,,節(jié)總結(jié)：一、主要介紹了一下鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)的兩種粘結(jié)以及兩種材料之間粘結(jié)力的組成。,6.2 試驗(yàn)方法和粘結(jié)機(jī)理,6.2.1 試驗(yàn)方法 1.拉式試驗(yàn) 試件一般為棱柱形，鋼筋埋設(shè)在其中心，水平方向澆注混凝土。試驗(yàn)時(shí)，試件的一端支承在帶孔的墊板上，試驗(yàn)機(jī)夾持外露鋼筋端施加拉力，直至鋼筋被拔出

17、或者屈服。 上述試件的加載端混凝土受到局部擠壓，與結(jié)構(gòu)中鋼筋端部附近的應(yīng)力狀態(tài)差別大，影響試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性。后來改為試件加載端的局部鋼筋與周圍混凝土脫空的試件。,,,,2.梁式試驗(yàn) 為了更好地模擬鋼筋在梁端的粘結(jié)錨固狀況，可采用梁式試件。梁試件（圖6-5）分兩半制作，鋼筋在加載端和支座端個(gè)有一段無粘結(jié)區(qū)，中間的粘結(jié)長度為10d。梁跨中的拉區(qū)為試驗(yàn)鋼筋，壓區(qū)用鉸相連，力臂明確，以便根據(jù)試驗(yàn)荷載準(zhǔn)確地計(jì)算鋼筋

18、拉力。 有些試驗(yàn)還在鋼筋拔出過程中研究混凝土內(nèi)部裂縫的發(fā)展。在試件中預(yù)留的孔道內(nèi)壓注了紅墨水，混凝土開裂后紅墨水滲入縫隙，卸載后剖開試件可清楚地觀察到裂縫的數(shù)量和形狀。,,,,6.2.2 光圓鋼筋 在光圓鋼筋的拔出試驗(yàn)中，量測(cè)到的拉力或平均粘結(jié)應(yīng)力與鋼筋兩端的滑移曲線及其分布曲線如圖6-7。 試驗(yàn)中鋼筋拔出過程是指埋入長度較短的試件。如果鋼筋的埋入長度大，當(dāng)施加的拉力使鋼筋的加載端發(fā)生屈

19、服﹑而鋼筋不被拔出時(shí)，所需的最小埋長稱為錨固長度。,,當(dāng)試件開始受力后，加載端的粘著力很快被波壞，即可測(cè)得加載端鋼筋和混凝土的相對(duì)滑移。此時(shí)鋼筋只有靠近加載端的一部分受力，粘結(jié)力分布也限于這一區(qū)段。,,當(dāng)荷載增大后，鋼筋的受力段和滑移段繼續(xù)擴(kuò)展，加載端滑移明顯增長，但自由端仍無滑移。當(dāng)加載到極限強(qiáng)度的大約80%時(shí)，鋼筋的自由端開始滑移，加載段的滑移發(fā)展更迅速。此時(shí)滑移段已遍及鋼筋全埋長，粘結(jié)應(yīng)力的峰點(diǎn)很靠近自由端。加載端附

20、近的破壞嚴(yán)重，粘結(jié)應(yīng)力已很小，鋼筋的應(yīng)力接近均勻。,,當(dāng)自由端的滑移為0.1~0.2mm時(shí)，試件的荷載達(dá)最大值，即得鋼筋的極限粘結(jié)強(qiáng)度。此后，鋼筋的滑移急速增大，拉拔力由鋼筋表面的摩阻力和殘存咬合力承擔(dān)，周圍混凝土受碾磨而破碎，阻抗力減小，形成曲線的下降段。最終，鋼筋從混凝土中被徐徐拔出，表面上帶有少量磨碎的混凝土粉碴。,,6.2.3 變形鋼筋 變形鋼筋拔出試驗(yàn)中量測(cè)的粘結(jié)應(yīng)力-滑移典型曲線如圖6-8（a），鋼筋應(yīng)力﹑

21、粘結(jié)應(yīng)力和滑移S.沿鋼筋埋長的分布隨荷載的變化過程見圖6-8（b）,試件內(nèi)部裂縫的發(fā)展過程示意于圖6-9。 變形鋼筋和光圓鋼筋的主要區(qū)別是鋼筋表面具有不同形狀的橫肋或斜肋。變形鋼筋受拉 時(shí)，肋的凸緣擠壓周圍混凝土，大大地提高了機(jī)械咬合力，改變了粘結(jié)受力機(jī)理，有利于鋼筋在混凝土中的粘結(jié)錨固性能。,,,一個(gè)不配橫向鋼筋的拔出試件，開始受力后鋼筋的加載端局部就因?yàn)閼?yīng)力集中而破壞了與混凝土的粘著力，發(fā)生滑移。當(dāng)荷載增大到極限粘結(jié)

22、力的大約30%時(shí)，鋼筋自由端的粘著力也被破壞，開始出現(xiàn)滑移，加載端的滑移加快增長。和光圓鋼筋相比，變形鋼筋自由端滑移時(shí)的應(yīng)力值接近，但比值大大減小，鋼筋的受力段和滑移段的長度也較早的遍及鋼筋的全埋長。,,,當(dāng)平均粘結(jié)應(yīng)力達(dá)極限粘結(jié)應(yīng)力的40%~50%時(shí)，即曲線上的A點(diǎn)，鋼筋靠近加載端橫肋的背面發(fā)生粘結(jié)力破壞，出現(xiàn)拉脫裂縫1.隨即，此裂縫向后（拉力的反方向）延伸，形成表面縱向滑移裂縫2.荷載稍有增大，肋頂混凝土受鋼筋肋部的擠壓，使裂縫1向

23、前延伸，并轉(zhuǎn)為斜裂縫3，試件內(nèi)部形成一圓錐形裂縫面。隨著荷載繼續(xù)增加，鋼筋肋部的裂縫1、2、3不斷加寬，并且從加載端往自由端依次地在各肋部發(fā)生，滑移的發(fā)展加快，曲線的斜率漸減。和光圓鋼筋相比，變形鋼筋的應(yīng)力沿埋長的變化率較小，故粘結(jié)應(yīng)力分布比較均勻。,,這些裂縫形成后，試件的拉力主要依靠鋼筋表面的摩阻力和肋部的擠壓力傳遞。肋前壓應(yīng)力的增大，使混凝土局部擠壓，形成肋前破碎區(qū)4.鋼筋肋部對(duì)周圍混凝土的擠壓力，其橫向分力在混凝土中產(chǎn)生環(huán)向應(yīng)力

24、。當(dāng)此拉應(yīng)力超過混凝土的極限強(qiáng)度時(shí)，試件內(nèi)形成徑向-縱向裂縫5.這種裂縫由鋼筋表面沿徑向往試件外表發(fā)展，同時(shí)由加載端往自由端延伸。此后，裂縫沿縱向往自由端延伸，并發(fā)出劈裂聲響，鋼筋的滑移急劇增長，荷載增加不多即達(dá)峰點(diǎn)，很快轉(zhuǎn)入下降段，不久試件被劈成2塊或3塊?；炷僚衙嫔狭粲袖摻畹睦哂?，而鋼筋的表面在肋前區(qū)附著混凝土的破碎粉末。,,試件配設(shè)了橫向螺旋筋或者鋼筋的保護(hù)層很厚時(shí)，粘結(jié)力-滑移曲線如下圖。開裂時(shí)的應(yīng)力和相應(yīng)的滑移量都有很大提

25、高。試件拔出時(shí)仍有一定的殘余抗拔力。這類試件的極限粘結(jié)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于光圓鋼筋的相應(yīng)值。在此鋼筋拔出試驗(yàn)的粘結(jié)力-滑移全曲線上可確定4個(gè)特征點(diǎn)，即內(nèi)裂點(diǎn)、劈裂點(diǎn)、極限點(diǎn)、殘余點(diǎn)，并以此劃分受力階段和建立本構(gòu)模型。,,,,節(jié)總結(jié)：一、主要講粘結(jié)力的兩種試驗(yàn)方法，以及光圓和變形鋼筋的粘結(jié)力-滑移曲線以及它們的一些不同。二、當(dāng)試件配設(shè)了橫向螺旋筋或鋼筋的保護(hù)層很厚時(shí)，粘結(jié)應(yīng)力-滑移曲線以及四個(gè)特征點(diǎn)。,6.3 影響因素,鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能

26、及其各項(xiàng)特征值，受到許多因素的影響而變化。 1.混凝土強(qiáng)度 試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼筋的極限粘結(jié)強(qiáng)度約與混凝土的抗拉強(qiáng)度成正比。 2.保護(hù)層厚度 鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度指鋼筋外皮至構(gòu)件表面的最小距離。,,增大保護(hù)層厚度，加強(qiáng)了外圍混凝土的抗劈裂能力，顯然能提高構(gòu)件的劈裂應(yīng)力和極限粘結(jié)強(qiáng)度。 3.鋼筋埋長 試件中鋼筋埋得越深，則受力后的粘結(jié)應(yīng)力分布越不均勻，試件破壞時(shí)的平均粘結(jié)強(qiáng)度與實(shí)際

27、最大粘結(jié)應(yīng)力的比值越小，故試驗(yàn)粘結(jié)強(qiáng)度隨埋長的增加而降低。,,4.鋼筋的直徑和外形 鋼筋的粘結(jié)面積與截面周界長度成正比，而拉力與截面積成正比，二者之比值反映鋼筋的相對(duì)粘結(jié)面積。直徑越大的鋼筋，相對(duì)粘結(jié)面積減小，不利于極限粘結(jié)強(qiáng)度。 肋的外形幾何參數(shù)都對(duì)混凝土的咬合力有一定影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，肋的外形變化對(duì)鋼筋的極限粘結(jié)強(qiáng)度值的差別并不大，對(duì)滑移值的影響稍大。,,5.橫向箍筋 拔出試件內(nèi)配設(shè)

28、橫向箍筋，能延遲和約束徑向-縱向劈裂縫的開展，阻止劈裂破壞，提高極限粘結(jié)強(qiáng)度和增大特征滑移值，而且應(yīng)力-滑移曲線下降段平緩，粘結(jié)延性好。 6.橫向壓應(yīng)力 橫向壓應(yīng)力作用在鋼筋錨固端，增大了鋼筋和混凝土界面的摩阻力，有利于粘結(jié)錨固。但是，也有試驗(yàn)證明，當(dāng)橫向壓應(yīng)力過大時(shí)，,,將提前產(chǎn)生沿壓應(yīng)力作用平面方向的劈裂縫，反而降低粘結(jié)強(qiáng)度。 7.其它因素 例如混凝土制作過程中的坍落度﹑澆搗質(zhì)量﹑養(yǎng)護(hù)條件﹑各

29、種擾動(dòng)等，又如鋼筋在構(gòu)件中的方向是垂直或平行于混凝土的澆注方向﹑鋼筋在截面的頂部或底部﹑鋼筋離構(gòu)件表面的距離等，都對(duì)鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能產(chǎn)生一定影響。,,節(jié)總結(jié)：一、主要講鋼筋混凝土粘結(jié)性能的一些影響因素。二、大部分在工程實(shí)際中有考慮。一些在計(jì)算中也需考慮。,6.4 粘結(jié)應(yīng)力-滑移本構(gòu)模型,6.4.1 特征值的計(jì)算 1.劈裂應(yīng)力 現(xiàn)有兩種途徑確定拉拔鋼筋的劈裂應(yīng)力值。一種是半理論﹑半經(jīng)驗(yàn)的方法，將鋼筋周圍的

30、混凝土簡化為一厚壁管，根據(jù)鋼筋橫肋對(duì)混凝土的擠壓力，按彈性或塑性理論進(jìn)行推導(dǎo)，建立近似計(jì)算式。另一種途徑則是直接統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用回歸分析求得經(jīng)驗(yàn)公式。 2.極限粘結(jié)強(qiáng)度 鋼筋于混凝土的平均極限粘結(jié)強(qiáng)度，一般用試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析式。對(duì)于埋長較深的鋼筋，以及在計(jì)算鋼筋的錨固長度時(shí)應(yīng)采用其它公式?？蓞⒄瘴墨I(xiàn)[6-20]。,,6.4.2 粘結(jié)應(yīng)力-滑移曲線方程 1.分段折線模型 2.連續(xù)曲線模型,,節(jié)總結(jié)：一、主

31、要講粘結(jié)應(yīng)力-滑移本構(gòu)模型的一些特征點(diǎn)的測(cè)定與一些本構(gòu)模型。,,章總結(jié)：一、這一章主要講鋼筋混凝土的粘結(jié)力組成、試驗(yàn)方法、影響因素、粘結(jié)應(yīng)-力滑移本構(gòu)模型。二、重點(diǎn)是光圓、變形鋼筋的粘結(jié)機(jī)理和破壞過程。,7.軸向受力特性,承受軸向拉力和壓力是鋼筋混凝土 的最簡單、最基本的受力狀態(tài)。,7.1 受壓構(gòu)件,7.1.1 基本方程幾何（變形）條件物理（本構(gòu)）關(guān)系力學(xué)（平衡）方程,其中， 稱為換算截面面積,

32、,,7.1.1 基本方程,,7.1.2 應(yīng)力和應(yīng)變分析鋼筋屈服應(yīng)變小于混凝土峰值應(yīng)變,1.鋼筋屈服之前（ ） 對(duì)柱子施加軸壓力后，應(yīng)變逐漸增加，鋼筋的應(yīng)力和承受的壓力都成正比增大。混凝土出現(xiàn)塑性變形后，彈性模量漸減，其應(yīng)力和承受的壓力的增長幅度逐漸減小。由平衡條件得 2. 鋼筋已屈服，混凝土達(dá)到峰值應(yīng)變之前 剛屈服時(shí),,快達(dá)極限軸力時(shí) 混凝土鋼筋都達(dá)到各自強(qiáng)度3. 混凝土峰值

33、應(yīng)變后 鋼筋應(yīng)力維持不變，混凝土應(yīng)力減小，柱的殘存承載力由鋼筋控制。 取值為混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線的下降段。,,,7.1.3 應(yīng)力和應(yīng)變分析 鋼筋屈服應(yīng)變大于混凝土峰值應(yīng)變,,1. 混凝土峰值應(yīng)變之前 與上一柱子沒什么區(qū)別。2. 混凝土應(yīng)力下降，鋼筋達(dá)屈服之前（ ） 柱的極限承載力值必超過混凝土峰值應(yīng)變時(shí)的軸力，而小于混凝土和鋼筋的承載力的總和。,,3. 鋼筋屈服后

34、 鋼筋的應(yīng)力保持不變，混凝土殘余強(qiáng)度繼續(xù)下降，柱的軸力-應(yīng)變關(guān)系和鋼筋、混凝土的應(yīng)力變化與上柱一樣。 節(jié)總結(jié)： 一、這節(jié)主要介紹受軸壓柱兩種情況的應(yīng)力和變形分析過程。二、得出即使最簡單的鋼筋混凝土軸心受壓短柱，其軸力-變形曲線和鋼筋、混凝土的應(yīng)力都是非線性的，且跟兩種材料的性能有很大關(guān)系。,7.2 受拉構(gòu)件,7.2.1 分析的基本方程幾何（變形）條件 物理（本構(gòu)）關(guān)系

35、 鋼筋的同受壓。力學(xué)（平衡）方程 同理，,,7.2.2 各階段的應(yīng)力和變形分析,,1. 混凝土開裂之前 與軸壓柱受力初期的相似。2. 混凝土開裂后、鋼筋屈服之前 混凝土達(dá)到峰值拉應(yīng)變，鋼筋應(yīng)力還低。 極限開裂軸力近似取為混凝土峰值應(yīng)變時(shí)的軸力。3. 鋼筋屈服后混凝土開裂嚴(yán)重，已經(jīng)不在承受拉力，全部軸力由鋼筋承受。,,7.2.3 最小配筋率 當(dāng)配筋率過小時(shí)

36、，將出現(xiàn)計(jì)算極限軸力小于開裂軸力（ ）的情況。這種構(gòu)件稱為少筋構(gòu)件，其界限 稱最小配率。少筋構(gòu)件易發(fā)生脆性破壞，為避免此種情況，應(yīng)滿足 。即 這是鋼筋混凝土受拉桿最小配筋率的理論計(jì)算公式.,,7.2.4 受拉鋼化效應(yīng),不均勻系數(shù) 拉桿開裂之前或鋼筋與混凝土的粘結(jié)沿全長破壞時(shí)這之間的比值均小于1.后邊計(jì)算裂縫寬度時(shí)要考慮。原因是受拉構(gòu)件開裂后，混凝土的存在使裂縫間鋼筋的應(yīng)力

37、減小，平均應(yīng)變小于裂縫截面的應(yīng)變（ ）。,,,受拉剛化效應(yīng) 受拉構(gòu)件開裂后，混凝土的存在使裂縫間鋼筋的應(yīng)力減小，平均應(yīng)變小于裂縫截面的應(yīng)變，減小了構(gòu)件的伸長，提高了構(gòu)件的剛度，故稱為受拉剛化效應(yīng)。后邊在11、12章中裂縫寬度計(jì)算和彎曲截面剛度計(jì)算中要考慮到。,,節(jié)總結(jié)：一、主要講軸拉構(gòu)件的應(yīng)力和變形分析。二、最小配筋率的概念、破壞特點(diǎn)以及理論公式。三、受拉剛化效應(yīng)和不均勻系數(shù)，后邊在裂縫寬度計(jì)算和彎曲截面剛度的計(jì)算中會(huì)

38、有考慮。,7.3 一般性規(guī)律,綜上對(duì)鋼筋混凝土在軸向壓力和拉力作用下的受力性能研究，得出如下規(guī)律：鋼筋混凝土從開始受力直到破壞，截面應(yīng)力狀態(tài)不斷地發(fā)生重分布，是一個(gè)非線性變化的全過程。構(gòu)件的力學(xué)反應(yīng)，不僅取決于混凝土和鋼筋各自的本構(gòu)關(guān)系，還因二者的相對(duì)值和鋼筋構(gòu)造不同而有很大變化。鋼筋和混凝土兩種材料一般不會(huì)同時(shí)達(dá)到各自的強(qiáng)度指標(biāo)。必須根據(jù)材料本構(gòu)關(guān)系和構(gòu)件的幾何、平衡條件作具體分析。大量試驗(yàn)量測(cè)證明，構(gòu)建從開始受力直至破壞，

39、全截面受壓或者截面受壓部分的應(yīng)變都符合平截面分布?；炷灵_裂后，鋼筋和混凝土的應(yīng)力沿軸線的分布不在均勻。,,總之，鋼筋混凝土組合材料帶來的這些特性，比任何單一材料結(jié)構(gòu)的性能復(fù)雜得多。對(duì)于其他材料構(gòu)成的“廣義”混凝土結(jié)構(gòu)，其受力性能也符合上述一般規(guī)律，可用相同的原則和方法進(jìn)行分析。,,節(jié)總結(jié)：一、主要講鋼筋混凝土組合材料在軸向力作用下受力性能的一些規(guī)律。更深的了解鋼筋混凝土的性能，便于研究、應(yīng)用。,,章總結(jié)：一、主要講鋼筋混凝土組合