第2章混凝土结构材料的物理力学性能
第2章混凝土结构材料的物理力学性能
钢筋和混凝土的物理力学性能以及共同工作的特性直接影响混凝土结构和构件的性能，也是混凝土结构计算理论和设计方法的基础。本章讲述钢筋和混凝土的主要物理力学性能以及混凝土与钢筋之间的粘结。
2.1钢筋
2.1.1钢筋的强度与变形
钢筋的强度和变形性能可以用拉伸试验得到的应力－应变曲线来说明。根据钢筋拉伸试验的应力－应变关系曲线的特点不同，可分为有明显屈服点钢筋(如热轧钢筋等)(见图2-2)和无明显屈服点钢筋(如消除应力钢丝、钢绞线和热处理钢筋等)(见图2-3)。
图2-2有明显屈服点钢筋的应力－应变曲线图2-3无明显屈服点钢筋的应力－应变曲线
对有明显流幅的钢筋，从图2-2中可以看到，应力值在A点以前，应力与应变成比例变化，与
在家工作的兼职A点对应的应力称为比例极限。过A点后，应变较应力增长为快，到达点后钢筋开始塑流，到点称为屈服上限，它与加载速度、截面形式、试件表面光洁度等因素有关，通常点是不稳定的，待点降至屈服下限B点，这时应力基本不增加而应变急剧增长，曲线接近水平线。曲线延伸至C点，B点到C点的水平距离的大小称为流幅或屈服台阶。有明显流幅的热轧钢筋屈服强度是按屈服下限确定的。过C点以后，应力又继续上升，说明钢筋的抗拉能力又有所提高。随着曲线上升到最高点D，相应的应力称为钢筋的极限强度，CD段称为钢筋的强化阶段。试验表明，过了D点，试件薄弱处的截面将会突然显著缩小，发生局部颈缩，变形迅速增加，应力随之下降，达到E点时试件被拉断。
由于构件中钢筋的应力到达屈服点后，会产生很大的塑性变形，使钢筋混凝土构件出现很大的变形和过宽的裂缝，以致不能使用，所以对有时显流幅的钢筋，在计算承载力时以屈服点作为钢筋强度限值。
对没有明显流幅或屈服点的预应力钢丝、钢绞线和热处理钢筋，为了与钢筋国家标准相一致，《混凝土结构设计规范》中也规定在构件承载力设计时，取极限抗拉强度的85%作为条件屈服点，如图2-3所示。十亩之间
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另外，钢筋除了要有足够的强度外，还应具有一定的塑性变形能力。通常用伸长率和冷弯性能两个指标衡量钢筋的塑性。钢筋拉断后(例如，图2-2中的E点)的伸长值与原长的比率称为伸长率。伸长率越大塑性越好。冷弯是将直径为d的钢筋围绕直径为D的弯芯弯曲到规定的角度后无裂纹断裂及起层现象，则表示合格。弯芯的直径D越小，弯转角越大，说明钢筋的塑性越好。
国家标准规定了各种钢筋所必须达到的伸长率的最小值(比如，和分别表示标距l=100d，l=10d和l=5d时伸长率的最小值)以及冷弯时相应的弯芯直径及弯转角的要求，有关参数可参照相应的国家标准。
2.1.2钢筋应力-应变关系的数学模型
常用的钢筋应力－应变曲线模型有以下几种。
1.描述完全弹塑性的双直线模型
双直线模型适用于流幅较长的低强度钢材。模型将钢筋的应力－应变曲线简化为图2-4(a)所示的两段直线，不计屈服强度的上限和由于应变硬化而增加的应力。图中OB段为完全弹
性阶段，B点为屈服下限，相应的应力及应变为fy和(y，OB段的斜率即为弹性模量。BC为完全塑性阶段，C点为应力强化的起点，对应的应变为(s,h，过C点后，即认为钢筋变形过大不能正常使用。双直线模型的数学表达式如下：
当时，(2-1)
作福当时(2-2)
2.描述完全弹塑性加硬化的三折线模型
三折线模型适用于流幅较短的软钢，可以描述屈服后立即发生应变硬化(应力强化)的钢材，正确地估计高出屈服应变后的应力。如图2-4(b)所示，图中OB和BC直线段分别为完全弹性和塑性阶段。C点为硬化的起点，CD为硬化阶段。到达D点时即认为钢筋破坏，受拉应力达到极限值fs,u，相应的应变为(s,u。三折线模型的数学表达形式如下：
当，时，表达式同式(2-1)和(2-2)；
当时，(2-3)
可取(2-4)
图2-4钢筋应力－应变曲线的数学模型
(a)双直线；(b)三折线；(c)双斜线
爱已停机3.描述弹塑性的双斜线模型孕妇怀男孩的特征
双斜线模型可以描述没有明显流幅的高强钢筋或钢丝的应力－应变曲线。如图2-4(C)所示，B点为条件屈服点，C点的应力达到极限值fs,u，相应的应变为(s,u，双斜线模型的数学表达形式如下：