混凝土结构材料的物理力学性能

混凝土结构材料的物理力学性能

2.1砼的物理力学性能

材料的力学性能指标包括：强度指标和变形性能指标。

本节内容

一、混凝土的组成结构

二、单向受力状态下的混凝土强度（重点）

三、复合受力状态下的混凝土强度

四、混凝土的变形性能

2.1.1 混凝土的组成结构

普通混凝土是由水泥、砂子和石子三种材料及水按一定配合比拌合，经过凝固硬化后做成的人工石材。

1、混凝土结构分为三种基本类型：

微观结构：即水泥石结构，由水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成，其物理力学性能取决于水泥的化学—矿物成分、粉磨细度、水灰比和硬化条件

亚微观结构：即混凝土中的水泥砂浆结构；可看作以水泥石为基相、砂子为分散相的二组分体系，砂子和水泥石的结合面是薄弱面。对于水泥砂浆结构，除上述决定水泥石结构的因素外，砂浆配合比、砂的颗粒级配与矿物组成、砂粒形状、颗粒表面特性及砂中的杂质含量是重要控制因素

宏观结构：即砂浆和粗骨料两组分体系。

与亚微观结构有许多共同点，因为这时可以把水泥砂浆看作基相，粗骨料分布在砂浆中，砂浆与粗骨料的结合面也是薄弱面。

2、混凝土的内部结构特点

a)混凝土是一种复杂的多相复合材料。其组份中的砂、石、水泥胶块中的晶体、未水

化的水泥颗粒组成了混凝土中错综复杂的弹性骨架，主要用它来承受外力，并使混

凝土具有弹性变形的特点；

b)水泥胶块中的凝胶、孔隙和结合界面初始微裂缝等，在外荷载作用下则使混凝土产

生塑性变形。

c)混凝土结构中的孔隙、界面微裂缝等先天缺陷，往往是混凝土受力破坏的起源，而

微裂缝在受荷时的发展对混凝土的力学性能起着极为重要的影响。

2.1.2、单向受力状态下的混凝土强度

用途：是进行钢筋混凝土结构构件强度分析、建立强度理论公式的重要依据。

1、立方体抗压强度 混凝土强度等级

立方体抗压强度是最主要和最基本的指标。混凝土的强度等级是依据混凝土立方体抗压强度标准制f cuk 确定的。

（1）测定方法：以边长150mm 立方体标准试件，在标准条件下（20±3℃，≥90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.15~0.3N/mm 2/s ，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的抗压强度值，用符号C 表示，C30表示f cu,k =30N/mm 2

现《规范》根据强度范围，从C15~C60共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。C50以上为高强混凝土，

（2）实验方法对混凝土立方体抗压强度的影响

a) 箍（机头）影响

b) 尺寸影响

c) 加载速度影响C30时，取每秒钟0.3～0.5N ／mm2；混凝土强度等级高于或等于C30时，

取每秒钟0.5～0.8N ／mm2，

d) 混凝土龄期影响混凝土的抗压极限强度随着试验时混凝土的龄期逐渐增长，开始时强度

增长的速度较快，后来逐渐减缓。

（3）尺寸效应

随着受压截面的增大，混凝土立方体抗压强度值减小。

2、混凝土轴心抗压强度（混凝土的棱柱体强度f c ，是其基本力学性能之一）

混凝土的抗压强度不仅与试件的尺寸有关，而且也同它的形状有关。混凝土结构的实际情况，受压构件往往不是立方体，而是棱柱体，所以采用棱柱体试件(高度大于边长的试件称为棱柱体)比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。

轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，棱柱体试件高宽比一般h/b=2-3，我国通常取150mm ×150mm ×450mm 的棱柱体试件，也常用100×100×300试件。对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。

棱柱体抗压强f ck 度和立方体抗压强度f cu,k 的关系（统计平均值）

考虑到实际结构构件制作、养护、受力情况与试件的差异，并主要照顾到多年来采用的数值等因素，《规范》中取用 k cu ck f f ,2188.0αα=

式中：1α为棱柱体强度与立方体强度的比值，对混凝土强度等级为C50以下的取0.76；对

C80取0.82，中间按直线内插计算。2α为高强度混凝土的脆性折减系数，对C40及以下取

1.0，对C80取0.87，中间按内插计算，0.88为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。

美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径150mm，高300 mm）标准试件测定的抗压强度来划分强度等级，符号记为f c'。

3.混凝土受压破坏机理

粗骨料抗压强度为90N／mm2；砂浆抗压强度为48N／mm2 ；由这两种材料组成的混凝土抗压强度只有24 N／mm2，其原因必须从混凝土受压破坏的机理来剖析：混凝土内部是多层次的二相复合结构，在未受荷前由于收缩、湿热体积变化等原因就已存在初始的微裂缝，在外力作用下，混凝土的破坏过程是裂缝不断产生、扩展和失稳的过程。

混凝土破坏的三个阶段

I. 30％～40％极限抗压强度以内：此时只在试件内骨料和浆体结合面的某些孤立点上产

生拉应力集中，当拉应力超过结合面粘结强度时，这些点就开裂，从而缓和了应力集中并恢复平衡。

II. 极限强度的70％～90％：裂缝缓慢稳定地发展着，若停止加载，裂缝扩展也就中止，所以也叫做稳定裂缝扩展阶段。由于不可恢复的变形明显增加，横向变形系数增大，其应力约为极限强度的70％～90％，通常称为临界应力。

III.破坏阶段：此后进入不稳定裂缝扩展阶段，即第Ⅲ阶段，裂缝数量和宽度均急剧增加，有的砂浆裂缝与粘结裂缝已连在一起，成为连续裂缝，应力再增加，混凝土内裂缝大量传播发展，骨料与水泥石之间的粘结作用基本丧失，大体连成与受荷作用方向平行的通缝，使混凝土被断裂成若干分离的小柱体，应力达到极限抗压强度

此过程可概括为：微裂缝的形成；裂缝扩展阶段；裂缝贯穿阶段。

混凝土的宏观破坏是裂缝累积的过程，是内部结构局部损伤到连续性遭受破坏(裂缝贯通)而导致整个体系解体而丧失承载能力的过程，决非组成相(粗骨料、砂浆)自身强度的耗尽。

4.混凝土的抗拉强度

是混凝土基本力学性能指标之三，用符号f t表示。

混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。混凝土轴心抗拉强度比立方强度小很多，只有立方强度的1／17～1／8，由于轴心受拉试验对中困难，常采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度。

2.1.3复合受力状态下的混凝土强度

实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。

1．双轴应力状态。

在一轴受压一轴受拉状态下，任意应力比情况下均不超过其相应单轴强度。并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小。双向受压强度大于单向受压强度，最大受压强度发生在两个压应力之比为0.3 ~0.6之间，约为(1.25~1.60 )f c。双轴受压状态下混凝土的应力-应变关系与单轴受压曲线相似，但峰值应变均超过单轴受压时的峰值应变。

2。三轴应力状态三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。

3。局部抗压强度

局部受压强度f cl 比轴心抗压强度f c大很多，也是因为局部受压面积以外的混凝土对局部受压区域内部混凝土微裂缝产生了较强的约束。

2.1.4 混凝土的变形性能

混凝土的变形分为两类：一类称为混凝土的受力变形；另一类称为混凝土的体积变形。

混凝土的受力变形：

1．一次短期加荷的变形：混凝土单轴受力时的应力-应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学特征，是分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。

混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定。在普通试验机上采用等应力速度加载，达到轴心抗压强度f c时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲线的上升段。采用等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力-应变曲线的下降段。

（1）不同混凝土强度的应力应变，强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。（图2-10）

(2)混凝土受压应力—应变曲线关系的数学模型

Rusch的建议曲线

◆Hognestad 建议的应力-应变曲线

◆《规范》应力-应变关系

上升阶段：0εε≤，])(2[2

00εεεεσ-=c f 下降阶段：cu εεε≤≤0，]15

.01[00εεεεσ---=cu c f

(3)混凝土三向受压的变形特点 如果混凝土试件横向处于约束状态，不但可以提高它的抗压强度，还可以大大提高其延性。工程上可以通过设置密排螺旋筋或箍筋来约束混凝土。

箍筋的作用：

1． 螺旋箍筋约束对强度和变形能力均有很大提高

2． 矩形箍筋约束对强度的提高不是很显著，但对变形能力有显著改善

影响箍筋作用的因素：

⑴ 箍筋与内部混凝土的体积比；

⑵ 箍筋的屈服强度；

⑶ 箍筋间距与核心截面直径或边长的比值；

⑷ 箍筋直径与肢距的比值；

⑸ 混凝土强度，对高强混凝土的约束效果差一些

因此，了解混凝土的破坏机理，不仅可以解释各种不同试验混凝土强度的差别，还可以通过约束混凝土的横向变形来提高混凝土的抗压强度。如图采用配置螺旋箍筋形成所谓“约束混凝土”，可显著提高混凝土的抗压强度，并且可以提高混凝土变形能力。

从螺旋箍筋约束混凝土的应力-应变曲线中可以看出，当应力较小时，横向变形很小，箍筋的约束作用不明显；当应力超过B 点的应力时，由于混凝土的横向变形开始显著增大，侧向膨胀使螺旋箍筋产生环向拉应力，其反作用力使混凝土的横向变形受到约束，从而使混凝土的强度和变形能力都得到提高。

在抗震结构对于可能出现塑性铰的区域，均要求加密箍筋配置来提高构件的变形能力，达到坏而不倒的目的。

（4）弹性模量测定方法

公式：)N/mm (74

.342.210

25cu c f E +=

要在混凝土一次加荷应力—应变曲线上做原点的切线，找出a 角是不容易做准确的，通用的做法是：对棱柱体试件(标准尺寸150mmXl50mmX 300mm)先加荷至 0.5f c ，然后卸荷至零，再重复加荷卸荷5～10次。由于混凝土不是弹性材料，每次卸荷至应力为零时，变形不能全部恢复，即存在残余变形，随着加荷卸荷次数的增加，应力—应变曲线渐趋稳定并基本上接近于直线，该直线的斜率即定义为混凝土的弹性模量。

(5)混凝土受拉时的应力—应变关系

在试件加载的初期，变形与应力成线性增长，至峰值应力的40％～50％达比例极限，继续加载至峰值应力的76％～83％时，曲线出现明显拐点(即裂缝不稳定扩展的起点)，其应力为临界应力，曲线下降段的坡度亦髓混凝土强度的提高而更陡峭，当表面平均裂缝宽度达0.17～0.35mm 时，应力接近零值。受拉弹性模量，与受压时的弹性模量基本相同。

2、荷载长期作用下的变形

(混凝土的徐变)

定义：混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变

徐变对结构的不利影响：徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。

徐变对结构的有利影响：徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力（如支座不均匀沉降），减小大体积混凝土内的温度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。 徐变随时间的变化关系：

如在时间t 卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变ela ε。由于混凝土弹性模量随时间增大，

故弹性恢复应变'ela ε小于加载时的瞬时弹性应变ela ε。再经过一段时间后，还有一部分应变

ela ε''可以恢复，称为弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变cr ε。

徐变产生的原因：

主要原因：混凝土硬结以后，骨料之间的水泥浆，一部分变为结晶体，它是完全弹性的；另一部分是充填在晶体间的凝胶体，具有粘性流动的性质。当对水泥石施加外荷时，在加荷的瞬间结晶体与凝胶体共同承受外荷。其后，随着时间的推移，凝胶体由于粘性流动而逐渐卸荷，此时晶体承受了更多的外力，并产生弹性变形，从而使水泥石变形(混凝土徐变)增加。

即水泥凝胶体向水泥结晶体应力重分布所造成的结果。

另一原因是为裂缝的发展和增加：混凝土内部微裂缝在荷载长期作用下不断发展和增加，从而导致应变的增加。

当应力不大时，徐变的发展以第一种原因为主；当应力较大时，以第二种原因为主

压应力与徐变的关系：

1.当初始应力小于0.5f c时－－线性徐变。徐变在2年以后可趋于稳定。

2.当初始应力大于0.5f c时－－非线性徐变。

3.当加载应力过高时徐变不收敛，称非稳定徐变。

影响因素

内在因素：是混凝土的组成和配比。骨料的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。

环境影响：包括养护和使用条件。受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。蒸汽养护可使徐变减少（20~35）%。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。

当初应力：s i >0.8f c时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，徐变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。因此将0.8f c作为混凝土的长期抗压强度

混凝土强度影响：高强混凝土的密实性好，在相同的s /f c比值下，徐变比普通混凝土小得多。但由于高强混凝土承受较高的应力值，初始变形较大，故两者总变形接近。此外，高强混凝土线性徐变的范围可达0.65f c，长期强度约为0.85f c，也比普通混凝土大一些。

3、多次重复荷载作用下的变形

多次重复荷载下的曲线（课本P20）

应力—应变曲线不同的发展过程和变化，其关键是施加荷载时应力的大小，其应力的界限称为混凝土疲劳极限强度f

f。混凝土在多次重复荷载作用下的破坏极限强度值要低于混

c

凝土的静力极限强度(即棱柱体抗压强度)。其值比较分散，并随循环次数n和混凝土强度而变化，大致在0.5f c左右。因此，混凝土的疲劳强度可定为能够承受某一定重复作用次数的应力值。

4、混凝土的收缩和膨胀

收缩：混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。

收缩对结构的影响：

当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。某些对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。

混凝土的收缩随时间的变化关系。

时间效应：早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。一般情况下，最终收缩应变值约为(2~5)×10-4（混凝土开裂应变(0.5~2.7)×10-4）。

影响混凝土收缩的因素：

（1）水泥的品种

（2）水泥的用量

（3）骨料的性质

（4）养护条件

（5）混凝土制作方法

（6）使用环境

（7）构件的体积与表面积比值

2.1 钢筋的物理力学性能

本节内容及要求

一、钢筋的成分、级别、品种

二、钢筋的强度与变形（重点）

三、钢筋的应力-应变曲线数学模型

四、钢筋的疲劳

五、混凝土结构对钢筋性能的要求

2.2.1钢筋的成分、级别、品种

钢筋混凝土结构所采用的钢材按其化学成分可分为碳素钢及普通低合金钢。

碳素钢除含有铁元素外还有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素。根据含碳量的多少，碳素钢又可分为低碳钢(含碳量<0．25％)、中碳钢(含碳量0．25％一0．6％)及高碳钢(含碳量0.6％一1.4％)。含碳量越高强度越高，但塑性和可焊性降低，反之则强度降低而塑性和可焊性好。普通低合金钢

普通低合金钢除碳素钢中已有的成份外，再加入少量的合金元素如硅、锰、钛、钒、铬

等，可有效地提高钢材的强度和改善钢材的其他性能。目前我国普通低合金钢按其加入元素种类有以下几种体系：锰系(20锰硅、25锰硅)；硅钒系(40硅2锰钒、45硅锰钒)；硅钛系(45硅2锰钛)；硅锰系(40硅2锰、48硅2·锰)；硅铬系(45硅2铬)。

用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的国产钢筋按加工方法分为下列四类：

热轧钢筋

分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级四个等级，屈服强度（标准值=钢材废品限值，保证率97.73%）分别为235、335、400、540MPa，延伸率d5=25、16、14、10%，直径8~40。

Ⅰ级钢筋多为光面钢筋，多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋

Ⅱ、Ⅲ级钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用Ⅱ级钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘结，外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋。

Ⅳ级钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋

HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400

屈服强度f yk（标准值=钢材废品限值，保证率97.73%）

HPB235级：f yk = 235 N/mm2

HRB335级：f yk = 335 N/mm2

HRB400级、RRB400级：f yk = 400 N/mm2

钢丝

中强钢丝的强度为800~1200MPa，高强钢丝、钢绞线的为1470 ~1860MPa；延伸率d10=6%，d100=3.5~4%；钢丝的直径3~9mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.5~15.2 mm。中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。

热处理钢筋

是将Ⅳ级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于预应力混凝土结构。

冷加工钢筋

是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。

冷加工方式：冷拉或冷拔冷加工目的：提高热轧钢筋的强度。

冷拉：冷拉时钢筋的冷拉应力值必须超过钢筋的屈服强度。

冷拉无时效：残余变形OO1,这时拉伸曲线的屈折点K比原来的屈折点有所提高，K点为经过冷拉后新的屈服点。

冷拉经时效：如果停留一段时间再张拉时，则应力—应变曲线将沿O1K/Z，变化，屈服点可提高至K/点。这种现象称为时效硬化。

冷拔

冷拔是将钢筋用强力拔过比它本身直径还小的硬质合金拔丝模，这时钢筋同时受到纵向拉力和横向挤压力的作用，使截面变小而长度拔长，经过几次冷拔，钢丝的强度比原来有很大提高，但塑性降低很多。

2.2.2 钢筋的强度与变形

1、有明显屈服点的钢筋

主要强度指标指标：屈服强度和极限强度

屈服强度：是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且在卸载时这部分变形不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。

变形性能指标：延伸率、冷弯性能

延伸率：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。

冷弯性能是将直径为d的钢筋绕直径为D的钢辊，弯成一定的角度而不发生断裂，就表示合格。钢辊的直径D越小、弯转角越大，说明钢筋的塑性越好。

屈强比反映钢筋的强度储备，f y/f u=0.6~0.7。

2、无明显屈服点的钢筋

设计强度指标——条件屈服点：

取残余应变为0.2%所对应的应力。《规范》取：s0.2 =0.85 f u

经冷拔后的钢丝没有明显的屈服点和流幅，冷拉只能提高钢筋的抗拉强度。冷拔则可同时提高抗拉及抗压强度

2.2.3钢筋的应力-应变关系

1．双直线(完全弹塑性模型）

此模型适用于流幅较长的低强度钢材

2．三折线(完全弹塑性加硬化模型)

对于屈服后立即发生应变硬化(应力强化)的钢材，前述双直线应力—应变模型过低地估计

了高应变时的应力，为了正确地估计高出屈服应变后的应力，可采用三折线模型.

3．双斜线(弹塑性模型)

此模型用于没有明显流幅的高强钢筋或钢丝的应力—应变曲线。

2.2.4 钢筋的疲劳

指的是钢筋在承受重复、周期性的动荷载作用下，经过一定次数后突然脆性断裂的现象。

钢筋的疲劳强度低于其静荷载作用下的极限强度。

2.2.5混凝土结构对钢筋性能的要求

(1)强度

所谓强度指的是钢筋的屈服强度和极限强度。钢筋的屈服强度是设计计算时的主要依据(如无明显流幅的钢筋，取它的条件屈服应力，约相当于80％的极限强度)。f y/f u=0.6~0.7。

(2)塑性

要求钢材在断裂前应有足够的变形使钢筋混凝土梁在将要破坏时能给人们以预告信号。检验指标：延伸率，冷弯性能

(3)可焊性

在一定的工艺条件下要求钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证焊接后的接头性能良好。

(4)耐火性

工程中通过调整保护层厚度来满足结构耐火极限要求。

(5)与混凝土的粘结力

为了保证钢筋与混凝土共同工作，两者之间必须有足够的粘结力，钢筋表面的形状对粘结力有重要的影响。

钢筋的屈服强度、极限强度、伸长率和冷弯是施工单位验收钢筋是否合格的四个主要指标。

2.3 钢筋与混凝土之间的粘接

钢筋和混凝土这两种材料结合在一起，在荷载、温度、收缩等外界因素作用下，能够共同工作，除了两者具有相近的线膨胀系数外，主要是由于混凝土硬化后，钢筋与它周围的混凝土之间产生了良好的粘结能力(或称锚固能力)。

2.3.1钢筋与混凝土的粘结性能

粘结的意义

a)钢筋与混凝土间具有足够的粘结是保证钢筋与混凝土共同受力变形的基本前提。

b)通过钢筋与混凝土界面的粘结应力，可以实现钢筋与混凝土之间的应力传递，从而使两

种材料可以结合在一起共同工作。

c)粘结应力通常是指钢筋与混凝土界面间的剪应力。

分类：钢筋端部的锚固粘结应力和裂缝间的局部粘结应力

2.3.2粘结的组成

粘结的机理：钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成：

⑴混凝土中水泥胶体与钢筋表面的胶结力：当钢筋与混凝土产生相对滑动后，胶结作用即丧失。

⑵混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的钢筋与混凝土间的摩擦力：摩擦力的大小取决于握裹力和钢筋与混凝土表面的摩擦系数。

⑶机械咬合力

光面钢筋：对光面钢筋：粘结力主要来自于胶结力和摩阻力。

对于光面钢筋，表面轻度锈蚀有利于增加摩擦力，但摩擦作用也很有限。

由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合作用也不大。因此，光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的。

为保证光面钢筋的锚固，通常需在钢筋端部弯钩、弯折或加焊短钢筋以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动

变形钢筋：对变形钢筋：粘结力主要来自于机械咬合力。

将钢筋表面轧制出肋形成带肋钢筋，即变形钢筋，可显著增加钢筋与混凝土的机械咬合作用，从而大大增加了粘结强度。

对与强度较高的钢筋，均需做成变形钢筋，以保证钢筋与混凝土间具有足够的粘结强度，使钢筋的强度得以充分发挥。

变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力，其水平分力使钢筋周围的混凝土轴向受拉、受剪，径向分力使混凝土产生环向拉力。轴向拉力和剪力使混凝土产生内部斜向锥形裂缝。环向拉力使混凝土产生内部径向裂缝。当混凝土保护层和钢筋间距较小时，径向裂缝可发展达到构件表面，产生劈裂裂缝，机械咬合作用将很快丧失，产生“劈裂式”粘结破坏。

在钢筋周围配置横向钢筋（箍筋或螺旋钢筋）或增加混凝土的保护层厚度（c/d），可提高粘结强度。如果钢筋周围的横向钢筋较多或混凝土的保护层（c/d）较大，径向裂缝很难发展达到构件表面，则肋前部的混凝土在水平分力和剪力作用下最终将被挤碎，发生沿肋外径圆柱面的剪切破坏，形成所谓的“刮梨式”破坏，“刮梨式”破坏是变形钢筋与混凝土粘结强

度的上限。

2.2.3粘结强度

粘结强度t u：粘结破坏（钢筋拔出或混凝土劈裂）时钢筋与混凝土界面上的最大平均粘结应力。

影响粘结强度的主要因素

1、混凝土强度：光面钢筋和变形钢筋的粘结强度均随混凝土强度的提高而增加，但并不与立方体强度f cu成正比，而与抗拉强度f t 成正比。

2、保护层厚度和钢筋净间距：对于变形钢筋，粘结强度主要取决于劈裂破坏。因此相对保护层厚度c/d 越大，混凝土抵抗劈裂破坏的能力也越大，粘结强度越高。当c/d 很大时，若锚固长度不够，则产生剪切“刮梨式”破坏。同理，钢筋净距s与钢筋直径d 的比值s/d 越大，粘结强度也越高。

3、横向配筋：横向钢筋的存在限制了径向裂缝的发展，使粘结强度得到提高。

配置横向钢筋可以阻止径向裂缝的发展。因此对于直径较大钢筋的锚固区和搭接长度范围，均应增加横向钢筋。当一排并列钢筋的数量较多时，也应考虑增加横向钢筋来控制劈裂裂缝的发生。

4、钢筋表面和外形特征：

光面钢筋表面凹凸较小，机械咬合作用小，粘结强度低。月牙肋和螺纹肋变形钢筋，前者肋的相对受力面积（挤压混凝土的面积与钢筋截面积的比值）较小，粘结强度比螺纹钢筋低一些。由于变形钢筋的外形参数不随直径成比例变化，对于直径较大的变形钢筋，肋的相对受力面积减小，粘结强度也有所减小。此外，当钢筋表面为防止锈蚀涂环氧树脂时，钢筋表面较为光滑，粘结强度也将有所降低。

5、受力情况：

在锚固范围内存在侧压力可提高粘结强度；剪力产生的斜裂缝则会使锚固钢筋受到销栓作用而降低粘结强度；受压钢筋由于直径增大会增加对混凝土的挤压，从而使摩擦作用增加；受反复荷载作用的钢筋，肋前后的混凝土均会被挤碎，导致咬合作用降低。

2.3.5锚固长度：

拔出试验的锚固长度较短时，粘结应力在锚固长度范围分布比较均匀，平均粘结应力较高，测得的粘结强度较高；锚固长度较大时，则平均粘结强度较小，但总粘结力随锚固长度的增加而增大；当锚固长度增加达到一定值，钢筋受拉达到屈服（强度充分发挥）时未产生粘结破坏，该临界情况的锚固长度称为基本锚固长度l a。

1、基本锚固长度

《规范》是以拔出试验为基础确定基本锚固长度的。取粘结强度t u 与混凝土抗拉强度 f t 成正比，并根据试验结果，取钢筋受拉时的基本锚固长度为：d f f l t y a α=

构件中钢筋的实际锚固长度应根据钢筋的受力情况、保护层厚度、钢筋形式等的影响，采用基本锚固长度l a 乘以以下修正系数，当带肋钢筋的直径大于25mm 时，锚固长度应乘以修正系数1.1；环氧树脂涂层钢筋，锚固长度应乘以修正系数1.25；当锚固钢筋在混凝土施工过程中易受扰动时(如滑模施工)，锚固长度应乘以施工修正系数1.1；当带肋钢筋锚固区混凝土保护层厚度大于钢筋直径的3倍时，锚固长度可乘以修正系数0.8。除构造需要的锚固长度外，当受力钢筋的实际配筋面积大于其设计计算面积时，锚固长度可乘以配筋余量修正系数。其数值为设计计算面积与实际配筋面积比值。抗震设计的结构及直接承受动力荷载的结构构件，不得考虑上述修正。经上述修正后的锚固长度不应小于基本锚固长度的0.7倍，且不应小于250mm 。

机械锚固

当钢筋末端采用图示机械锚固措施时，包括附加锚固端头在内的锚固长度可取基本锚固长度的0.7倍。

机械锚固时的箍筋要求：采用机械锚固时，锚固长度范围内的箍筋不应少于3个，其直径不应小于钢筋直径1/4，间距不应大于钢筋直径。受压钢筋的锚固长度不宜小于受拉钢筋锚固长度的0.7倍；

2、钢筋的连接

绑扎连接——搭接

钢筋搭接时钢筋净间距的减小，劈裂裂缝会更早出现，粘结强度降低。因此《规范》规定：

a. 当同一搭接范围受拉钢筋搭接接头的百分率不超过25%时，搭接长度为相应基本

锚固长度的1.2倍。

b. 当同一搭接范围受拉钢筋搭接接头的百分率超过25%时，搭接长度按下式计算，

但不小于300mm 。

c. 钢筋搭接位置应设置在受力较小处。

d. 同一构件中各根钢筋的搭接位置宜相互错开。

e. 《规范》规定，两搭接接头的中心间距应大于1.3ll ，否则，则认为两搭接接头属

于同一搭接范围

机械连接

焊接：机械连接和焊接应符合专门规程。