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1、混凝土結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)第二章第二章 鋼筋和混凝土材料力學(xué)性能鋼筋和混凝土材料力學(xué)性能一、鋼筋的強(qiáng)度和變形一、鋼筋的強(qiáng)度和變形 1.1.鋼筋的應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線ABBCDE上屈服點(diǎn)不穩(wěn)定下屈服點(diǎn)出現(xiàn)頸縮拉斷BC段為屈服平臺(tái)CD段為強(qiáng)化段0.2%0.2標(biāo)距有明顯流幅的鋼筋有明顯流幅的鋼筋無(wú)明顯流幅的鋼筋無(wú)明顯流幅的鋼筋鋼筋受壓和受拉時(shí)的應(yīng)力鋼筋受壓和受拉時(shí)的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線幾乎相同應(yīng)變曲線幾乎相同一、鋼筋的強(qiáng)度和變形一、鋼筋的強(qiáng)度和變形 1.1.鋼筋的應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線ABBCDE0.2%0.2強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo) 明顯流幅的鋼筋:下屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)明顯流幅的鋼筋:下屈服
2、點(diǎn)對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù),因?yàn)?,的?qiáng)度作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù),因?yàn)?,鋼筋屈服后?huì)產(chǎn)生大的塑性變形,鋼鋼筋屈服后會(huì)產(chǎn)生大的塑性變形,鋼筋混凝土構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形筋混凝土構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形和不可閉合的裂縫,以至不能使用和不可閉合的裂縫,以至不能使用 無(wú)明顯流幅的鋼筋:殘余應(yīng)變?yōu)闊o(wú)明顯流幅的鋼筋:殘余應(yīng)變?yōu)?.2%0.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為條件屈服強(qiáng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為條件屈服強(qiáng)度度 一、鋼筋的強(qiáng)度和變形一、鋼筋的強(qiáng)度和變形 1.1.鋼筋的應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線強(qiáng)度指標(biāo)的確定強(qiáng)度指標(biāo)的確定強(qiáng)度強(qiáng)度隨機(jī)變量隨機(jī)變量強(qiáng)強(qiáng)度度標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值值根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料,運(yùn)用根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料,運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)
3、計(jì)方法確定的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定的具有一定保證率(鋼具有一定保證率(鋼筋為筋為97.75%)的統(tǒng)計(jì))的統(tǒng)計(jì)特征值:特征值:強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值= =強(qiáng)度平強(qiáng)度平均值均值- -1.645均方差均方差概率密度材料強(qiáng)度強(qiáng)度平均值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值一、鋼筋的強(qiáng)度和變形一、鋼筋的強(qiáng)度和變形 1.1.鋼筋的應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線ABBCDE0.2%0.2變形指標(biāo)變形指標(biāo)l 伸長(zhǎng)率:鋼筋拉斷后的伸長(zhǎng)伸長(zhǎng)率:鋼筋拉斷后的伸長(zhǎng)與原長(zhǎng)的比值與原長(zhǎng)的比值l 冷彎要求:將直徑為冷彎要求:將直徑為d的鋼筋的鋼筋繞直徑為繞直徑為D的鋼輥彎成一定的角的鋼輥彎成一定的角度而不發(fā)生斷裂度而不發(fā)生斷裂 一、鋼筋的強(qiáng)度和變形一、
4、鋼筋的強(qiáng)度和變形 2.2.鋼筋的成分、級(jí)別和品種鋼筋的成分、級(jí)別和品種按化學(xué)成分按化學(xué)成分碳素鋼(鐵、碳、碳素鋼(鐵、碳、硅、錳、硫、磷等硅、錳、硫、磷等元素)元素)低碳鋼(含碳量低碳鋼(含碳量0.25%)中碳鋼(含碳量中碳鋼(含碳量0.250.6%)高碳鋼(含碳量高碳鋼(含碳量0.61.4%)普通低合金鋼普通低合金鋼(另加硅、錳、(另加硅、錳、鈦、釩、鉻等)鈦、釩、鉻等)硅系硅系硅釩系硅釩系硅鈦系硅鈦系硅錳系硅錳系硅鉻系硅鉻系細(xì)晶粒鋼細(xì)晶粒鋼一、鋼筋的強(qiáng)度和變形一、鋼筋的強(qiáng)度和變形 2.2.鋼筋的成分、級(jí)別和品種鋼筋的成分、級(jí)別和品種鋼筋鋼筋熱軋鋼筋熱軋鋼筋:熱軋光面鋼筋:熱軋光面鋼筋HPB
5、300,熱軋?jiān)卵兰y變形鋼筋,熱軋?jiān)卵兰y變形鋼筋HRB335、HRB400、 HRB500 ,余熱處理月牙紋變形鋼筋,余熱處理月牙紋變形鋼筋RRB400,細(xì)晶粒熱軋?jiān)卵兰y變形鋼筋,細(xì)晶粒熱軋?jiān)卵兰y變形鋼筋HRBF335、HRBF400、 HRBF500 冷拉鋼筋冷拉鋼筋:由熱軋鋼筋在常溫下用機(jī)械拉伸而成:由熱軋鋼筋在常溫下用機(jī)械拉伸而成熱處理鋼筋熱處理鋼筋:將:將HRB400、RRB400鋼筋通過(guò)加熱、淬火、回火鋼筋通過(guò)加熱、淬火、回火而成而成按加工按加工鋼絲鋼絲碳素鋼絲碳素鋼絲:高碳鎮(zhèn)靜鋼通過(guò)多次冷拔、應(yīng)力消除、矯正、回火處:高碳鎮(zhèn)靜鋼通過(guò)多次冷拔、應(yīng)力消除、矯正、回火處理而成理而成刻痕鋼絲刻
6、痕鋼絲:在鋼絲表面刻痕,以增強(qiáng)其與混凝土間的粘結(jié)力:在鋼絲表面刻痕,以增強(qiáng)其與混凝土間的粘結(jié)力鋼絞線鋼絞線:六根相同直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起:六根相同直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起冷拔低碳鋼絲冷拔低碳鋼絲:由低碳鋼冷拔而成:由低碳鋼冷拔而成一、鋼筋的強(qiáng)度和變形一、鋼筋的強(qiáng)度和變形 2.2.鋼筋的成分、級(jí)別和品種鋼筋的成分、級(jí)別和品種按表面形狀按表面形狀光圓鋼筋光圓鋼筋變形鋼筋變形鋼筋鋼筋的應(yīng)用范圍鋼筋的應(yīng)用范圍非預(yù)應(yīng)力鋼筋:非預(yù)應(yīng)力鋼筋:HPB235,HRB335, HRBF335, HRB400, HRBF400, RRB400, HRB500,HRBF500預(yù)應(yīng)力鋼筋:碳素鋼絲,刻痕鋼絲
7、,鋼絞線,預(yù)應(yīng)力鋼筋:碳素鋼絲,刻痕鋼絲,鋼絞線, 熱處理鋼筋,冷拉鋼筋熱處理鋼筋,冷拉鋼筋一、鋼筋的強(qiáng)度和變形一、鋼筋的強(qiáng)度和變形 3.3.鋼筋的冷加工和熱處理鋼筋的冷加工和熱處理冷拉冷拉BKZZK殘余變形冷拉伸長(zhǎng)率無(wú)時(shí)效經(jīng)時(shí)效K點(diǎn)的選擇:應(yīng)力控制和應(yīng)點(diǎn)的選擇:應(yīng)力控制和應(yīng)變控制變控制溫度的影響:溫度達(dá)溫度的影響:溫度達(dá)700C時(shí)時(shí)恢復(fù)到冷拉前的狀態(tài),先焊恢復(fù)到冷拉前的狀態(tài),先焊后拉后拉特性:只提高抗拉強(qiáng)度,不特性:只提高抗拉強(qiáng)度,不提高抗壓強(qiáng)度,強(qiáng)度提高,提高抗壓強(qiáng)度,強(qiáng)度提高,塑性下降塑性下降一、鋼筋的強(qiáng)度和變形一、鋼筋的強(qiáng)度和變形 3. 3. 鋼筋的冷加工和熱處理鋼筋的冷加工和熱處理冷
8、拔冷拔經(jīng)過(guò)冷拔后鋼筋沒(méi)有明顯的經(jīng)過(guò)冷拔后鋼筋沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)和流幅屈服點(diǎn)和流幅冷拔既能提高抗拉強(qiáng)度又能冷拔既能提高抗拉強(qiáng)度又能提高抗壓強(qiáng)度提高抗壓強(qiáng)度一、鋼筋的強(qiáng)度和變形一、鋼筋的強(qiáng)度和變形 3. 3. 鋼筋的冷加工和熱處理鋼筋的冷加工和熱處理熱處理熱處理對(duì)特定鋼號(hào)的鋼筋進(jìn)行淬火和回火處理對(duì)特定鋼號(hào)的鋼筋進(jìn)行淬火和回火處理強(qiáng)度提高,塑性降低強(qiáng)度提高,塑性降低不降低強(qiáng)度的前不降低強(qiáng)度的前提下,消除由淬提下,消除由淬火產(chǎn)生的內(nèi)力,火產(chǎn)生的內(nèi)力,改善塑性和韌性改善塑性和韌性一、鋼筋的強(qiáng)度和變形一、鋼筋的強(qiáng)度和變形 4.4.鋼筋的徐變和松弛鋼筋的徐變和松弛徐變徐變應(yīng)力不變,隨時(shí)間的應(yīng)力不變,隨時(shí)間的增
9、長(zhǎng)應(yīng)變繼續(xù)增加增長(zhǎng)應(yīng)變繼續(xù)增加松弛松弛長(zhǎng)度不變,隨時(shí)間的長(zhǎng)度不變,隨時(shí)間的增長(zhǎng)應(yīng)力降低增長(zhǎng)應(yīng)力降低對(duì)結(jié)構(gòu),尤其對(duì)結(jié)構(gòu),尤其是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),產(chǎn)生不利的影產(chǎn)生不利的影響,需采取必響,需采取必要的措施要的措施一、鋼筋的強(qiáng)度和變形一、鋼筋的強(qiáng)度和變形 5.5.鋼筋的疲勞鋼筋的疲勞重復(fù)荷載作用下,鋼筋的強(qiáng)度重復(fù)荷載作用下,鋼筋的強(qiáng)度0.5fc時(shí),抗剪強(qiáng)度隨時(shí),抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而減小壓應(yīng)力的增大而減小二、混凝土的強(qiáng)度和變形二、混凝土的強(qiáng)度和變形 2.2.復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度三向受壓時(shí)的混凝土強(qiáng)度三向受壓時(shí)的混凝土強(qiáng)度1=fcc1=fcc2= 3= fLfL
10、-側(cè)向約束壓應(yīng)力(加液壓)圓柱體試驗(yàn)圓柱體試驗(yàn)Lcccfff4有側(cè)向有側(cè)向約束時(shí)約束時(shí)的抗壓的抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度無(wú)側(cè)向約束無(wú)側(cè)向約束時(shí)圓柱體的時(shí)圓柱體的單軸抗壓強(qiáng)單軸抗壓強(qiáng)度度二、混凝土的強(qiáng)度和變形二、混凝土的強(qiáng)度和變形 3.3.混凝土的變形性能混凝土的變形性能(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土強(qiáng)度提高加載速度減慢單軸受壓時(shí)的應(yīng)力單軸受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系作用是:峰作用是:峰值應(yīng)力后,值應(yīng)力后,吸收試驗(yàn)機(jī)吸收試驗(yàn)機(jī)的變形能,的變形能,測(cè)出下降段測(cè)出下降段二、混凝土的強(qiáng)度和變形二、混凝土的強(qiáng)度和變形 3.3.混凝土的變形性能混凝土的變形性能單軸受壓時(shí)的應(yīng)
11、力單軸受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型u=0.00380=0.002ocfcc0.15fc2011cccf0015. 01ucccfu=0.00350=0.002ocfcc2011cccf美國(guó)美國(guó)Hognestad模型模型德國(guó)德國(guó)Rsch模型模型二、混凝土的強(qiáng)度和變形二、混凝土的強(qiáng)度和變形 3.3.混凝土的變形性能混凝土的變形性能單軸受壓時(shí)的應(yīng)力單軸受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型(我國(guó)規(guī)范)(我國(guó)規(guī)范)u0ocfccncccf01122),50(6012,nnfnkcu時(shí),取當(dāng)5,010505 . 0002. 0kcuf5,10500033. 0kcuuf
12、二、混凝土的強(qiáng)度和變形 3.3.混凝土的變形性能混凝土的變形性能側(cè)向受約束時(shí)混凝土的變形特點(diǎn)側(cè)向受約束時(shí)混凝土的變形特點(diǎn)cu約束混凝土非約束混凝土ccfccfcEsecEc c0 2c0 sp cco環(huán)箍斷裂二、混凝土的強(qiáng)度和變形二、混凝土的強(qiáng)度和變形 3.3.混凝土的變形性能混凝土的變形性能軸向受拉時(shí)混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系軸向受拉時(shí)混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系tto t0 tu ftt(MPa)0 (mm)cr =0.00012試件:7619305mmfc = 44MPa43210.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06標(biāo)距83mm理論模型!二、混凝土的強(qiáng)度和變形二、混凝土的強(qiáng)度和變形
13、 3.3.混凝土的變形性能混凝土的變形性能重復(fù)荷載下混凝土的變形性能重復(fù)荷載下混凝土的變形性能pe包羅線與一次性加載時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線相似二、混凝土的強(qiáng)度和變形二、混凝土的強(qiáng)度和變形 3.3.混凝土的變形性能混凝土的變形性能混凝土的彈性模量混凝土的彈性模量ccccep01原點(diǎn)切線模量(彈性模量):原點(diǎn)切線模量(彈性模量):拉壓相同拉壓相同ecctgE/0變形模量(割線模量、彈塑性模量)變形模量(割線模量、彈塑性模量)ccctgE/1切線模量切線模量cccddtgE cccecEEE受壓時(shí),為受壓時(shí),為0.41.0;受拉破壞時(shí),受拉破壞時(shí),為為0.5二、混凝土的強(qiáng)度和變形二、混凝土的強(qiáng)度和變形
14、3.3.混凝土的變形性能混凝土的變形性能混凝土的彈性模量的試驗(yàn)方法混凝土的彈性模量的試驗(yàn)方法(150150 300標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)準(zhǔn)試件)c/fcc0.5510次此線和原點(diǎn)切線基本平行,取其斜率作為Ec)/(7 .342 . 2102,5mmNfEkcuc二、混凝土的強(qiáng)度和變形二、混凝土的強(qiáng)度和變形 3. 3. 混凝土的變形性能混凝土的變形性能混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比和剪切模量l 混凝土的泊松比,在壓力較小時(shí)為混凝土的泊松比,在壓力較小時(shí)為0.150.18,接近破,接近破壞時(shí)可達(dá)壞時(shí)可達(dá)0.5以上,一般可取以上,一般可取0.2l 混凝土的剪切模量為混凝土的剪切模量為)1 (2cccEG
15、規(guī)范規(guī)范中取中取vc0.2,故,故Gc0.4Ec二、混凝土的強(qiáng)度和變形二、混凝土的強(qiáng)度和變形 3.3.混凝土的變形性能混凝土的變形性能長(zhǎng)期荷載作用下混凝土的變形性能長(zhǎng)期荷載作用下混凝土的變形性能-徐變徐變0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月) c0.5fc,線性徐變,線性徐變 c0.8fc,非線性徐變,非線性徐變creeecrPl 原因之一,膠凝原因之一,膠凝體的粘性流動(dòng)體的粘性流動(dòng)l 原因之二,混凝原因之二,混凝土內(nèi)部微裂縫的土內(nèi)部微裂縫的不斷發(fā)展不斷發(fā)展徐變變形徐變變形加載瞬時(shí)變形加載瞬時(shí)變形殘余變形殘余變形卸載后彈卸載后彈性后效性后效卸載時(shí)恢卸載時(shí)恢
16、復(fù)變形復(fù)變形二、混凝土的強(qiáng)度和變形二、混凝土的強(qiáng)度和變形 3.3.混凝土的變形性能混凝土的變形性能影響徐變的因素影響徐變的因素 應(yīng)力:應(yīng)力: c0.5fc,徐變變形與應(yīng)力成正比,徐變變形與應(yīng)力成正比-線性徐變線性徐變 0.5fc c0.8fc,造成混凝土破壞,不穩(wěn)定,造成混凝土破壞,不穩(wěn)定 加荷時(shí)混凝土的齡期,越早,徐變?cè)酱蠹雍蓵r(shí)混凝土的齡期,越早,徐變?cè)酱?水泥用量越多,水灰比越大,徐變?cè)酱笏嘤昧吭蕉?,水灰比越大,徐變?cè)酱?骨料越硬,徐變?cè)叫」橇显接?,徐變?cè)叫?養(yǎng)護(hù)和使用條件下的溫濕度,受荷前養(yǎng)護(hù)溫度越高,濕養(yǎng)護(hù)和使用條件下的溫濕度,受荷前養(yǎng)護(hù)溫度越高,濕度越大,徐變?cè)叫?;度越大,徐變?cè)叫?/p>
17、;加荷期間溫度越高,濕度越低,徐變加荷期間溫度越高,濕度越低,徐變?cè)酱笤酱?結(jié)構(gòu)尺寸越小,徐變?cè)酱蠼Y(jié)構(gòu)尺寸越小,徐變?cè)酱蠖?、混凝土的?qiáng)度和變形二、混凝土的強(qiáng)度和變形 3.3.混凝土的變形性能混凝土的變形性能混凝土的收縮混凝土的收縮(結(jié)硬過(guò)程中混凝土體積縮小的性質(zhì))(結(jié)硬過(guò)程中混凝土體積縮小的性質(zhì)) 水泥品種:等級(jí)越高,收縮越大水泥品種:等級(jí)越高,收縮越大 水泥用量:水泥用量越多,水灰比越大,收縮越大水泥用量:水泥用量越多,水灰比越大,收縮越大 骨料:骨料越硬,收縮越小骨料:骨料越硬,收縮越小 養(yǎng)護(hù)條件、制作方法、使用環(huán)境、體積與表面積的比值等養(yǎng)護(hù)條件、制作方法、使用環(huán)境、體積與表面積的比值等二
18、、混凝土的強(qiáng)度和變形二、混凝土的強(qiáng)度和變形 3.3.混凝土的變形性能混凝土的變形性能徐變對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響徐變對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響PAsPAs s1c1Pc2As s2P拆去,鋼拆去,鋼筋受壓混凝筋受壓混凝土受拉,可土受拉,可能會(huì)引起混能會(huì)引起混凝土開(kāi)裂凝土開(kāi)裂徐變徐變: s , c 二、混凝土的強(qiáng)度和變形二、混凝土的強(qiáng)度和變形 3.3.混凝土的變形性能混凝土的變形性能收縮對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響收縮對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響As收縮:收縮: 鋼筋受壓,鋼筋受壓, 混凝土受拉混凝土受拉As三、鋼筋與混凝土的粘結(jié)三、鋼筋與混凝土的粘結(jié)l鋼筋與混凝土共同工作的基礎(chǔ)鋼筋與混凝土共同工作的基礎(chǔ)足夠的足夠的粘結(jié)強(qiáng)度粘結(jié)
19、強(qiáng)度l 鋼筋與混凝土接觸面上的剪應(yīng)力鋼筋與混凝土接觸面上的剪應(yīng)力粘結(jié)應(yīng)力粘結(jié)應(yīng)力l 粘結(jié)應(yīng)力粘結(jié)應(yīng)力大小大小取決取決于鋼筋和混凝土之間于鋼筋和混凝土之間的的應(yīng)變差(應(yīng)變差( s- c) )4/2dddxdsdxdds4三、鋼筋與混凝土的粘結(jié)三、鋼筋與混凝土的粘結(jié) 粘結(jié)應(yīng)力使鋼筋發(fā)生應(yīng)力變化粘結(jié)應(yīng)力使鋼筋發(fā)生應(yīng)力變化 沒(méi)有鋼筋應(yīng)力的變化就不存在粘結(jié)應(yīng)力沒(méi)有鋼筋應(yīng)力的變化就不存在粘結(jié)應(yīng)力l支座、節(jié)點(diǎn)支座、節(jié)點(diǎn)處存在錨固粘處存在錨固粘結(jié)應(yīng)力,受拉結(jié)應(yīng)力,受拉鋼筋在支座處鋼筋在支座處須有足夠的須有足夠的“錨固長(zhǎng)度錨固長(zhǎng)度(la)”)”鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用由三部分組成:鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用由三部分組
20、成:混凝土中水泥膠體與鋼筋表面的混凝土中水泥膠體與鋼筋表面的膠結(jié)力膠結(jié)力;混凝土因收縮將鋼筋握緊而產(chǎn)生的鋼筋與混凝土間的混凝土因收縮將鋼筋握緊而產(chǎn)生的鋼筋與混凝土間的摩擦力摩擦力;機(jī)械咬合力。機(jī)械咬合力。當(dāng)鋼筋與混凝土產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)后,膠結(jié)作用即喪失。當(dāng)鋼筋與混凝土產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)后,膠結(jié)作用即喪失。摩擦力的大小取決于握裹力和鋼筋與混凝土表面的摩擦系數(shù)。摩擦力的大小取決于握裹力和鋼筋與混凝土表面的摩擦系數(shù)。 對(duì)于光面鋼筋,表面輕度銹蝕有利于增加摩擦力,但摩對(duì)于光面鋼筋,表面輕度銹蝕有利于增加摩擦力,但摩擦作用也很有限。擦作用也很有限。由于光面鋼筋表面的自然凹凸程度很小,機(jī)械咬合作用也由于光面鋼筋表面
21、的自然凹凸程度很小,機(jī)械咬合作用也不大。因此,不大。因此,光面鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度是較低的光面鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度是較低的。為保證光面鋼筋的錨固為保證光面鋼筋的錨固,通常需在鋼筋端部彎鉤、彎折或,通常需在鋼筋端部彎鉤、彎折或加焊短鋼筋以阻止鋼筋與混凝土間產(chǎn)生較大的相對(duì)滑動(dòng)。加焊短鋼筋以阻止鋼筋與混凝土間產(chǎn)生較大的相對(duì)滑動(dòng)。1355dD=4d(級(jí)鋼筋)5d(級(jí)鋼筋)5ddd5ddd將鋼筋表面軋制出肋形成將鋼筋表面軋制出肋形成帶肋鋼筋帶肋鋼筋,即變形鋼筋,可,即變形鋼筋,可顯著增加鋼筋與混凝土的機(jī)械咬合作用,從而大大增加顯著增加鋼筋與混凝土的機(jī)械咬合作用,從而大大增加了粘結(jié)強(qiáng)度。了粘結(jié)強(qiáng)度。對(duì)
22、與強(qiáng)度較高的鋼筋,均需作成變形鋼筋,以保證鋼對(duì)與強(qiáng)度較高的鋼筋,均需作成變形鋼筋,以保證鋼筋與混凝土間具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度使鋼筋的強(qiáng)度得以充筋與混凝土間具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度使鋼筋的強(qiáng)度得以充分發(fā)揮。分發(fā)揮。變形鋼筋受力后,其凸出的肋對(duì)混凝土產(chǎn)生變形鋼筋受力后,其凸出的肋對(duì)混凝土產(chǎn)生斜向擠壓力斜向擠壓力,其水平分力使鋼筋周圍的混凝土軸向受拉、受剪,徑向其水平分力使鋼筋周圍的混凝土軸向受拉、受剪,徑向分力使混凝土產(chǎn)生分力使混凝土產(chǎn)生環(huán)向拉力環(huán)向拉力。軸向拉力和剪力使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部軸向拉力和剪力使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部斜向錐形裂縫斜向錐形裂縫,環(huán)向拉力使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部環(huán)向拉力使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部徑向裂縫徑向裂縫。
23、當(dāng)混凝土保護(hù)層和鋼筋間距當(dāng)混凝土保護(hù)層和鋼筋間距較小時(shí),徑向裂縫可發(fā)展達(dá)到較小時(shí),徑向裂縫可發(fā)展達(dá)到構(gòu)件表面,產(chǎn)生劈裂裂縫,機(jī)構(gòu)件表面,產(chǎn)生劈裂裂縫,機(jī)械咬合作用將很快喪失,產(chǎn)生械咬合作用將很快喪失,產(chǎn)生劈裂式粘結(jié)破壞劈裂式粘結(jié)破壞。在鋼筋周圍配置在鋼筋周圍配置橫向鋼筋橫向鋼筋(箍筋或螺旋鋼筋)或增加混(箍筋或螺旋鋼筋)或增加混凝土的凝土的保護(hù)層厚度保護(hù)層厚度(c/d),可提高粘結(jié)強(qiáng)度。),可提高粘結(jié)強(qiáng)度。鋼筋如果鋼筋周圍的橫向鋼筋較多或混凝土的保護(hù)層(如果鋼筋周圍的橫向鋼筋較多或混凝土的保護(hù)層(c/dc/d)較大,徑向裂縫很難發(fā)展達(dá)到構(gòu)件表面,則肋前部的混凝土較大,徑向裂縫很難發(fā)展達(dá)到構(gòu)件表
24、面,則肋前部的混凝土在水平分力和剪力作用下最終將被擠碎,發(fā)生沿肋外徑圓柱在水平分力和剪力作用下最終將被擠碎,發(fā)生沿肋外徑圓柱面的剪切破壞,形成所謂的面的剪切破壞,形成所謂的“刮梨式刮梨式”破壞,破壞,“刮梨式刮梨式”破壞是變形鋼筋與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的上限。破壞是變形鋼筋與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的上限。u粘結(jié)強(qiáng)度粘結(jié)強(qiáng)度 Bond Strength dlAdlFssuFd自由端加載端套管1005d23d拔出試驗(yàn)拔出試驗(yàn) Pull out test粘結(jié)強(qiáng)度粘結(jié)強(qiáng)度 u :粘結(jié)破壞:粘結(jié)破壞(鋼筋拔出(鋼筋拔出或混凝土劈裂)時(shí)鋼筋與混凝土界或混凝土劈裂)時(shí)鋼筋與混凝土界面上的最大平均粘結(jié)應(yīng)力面上的最大平均粘結(jié)
25、應(yīng)力影響粘結(jié)強(qiáng)度的主要因素影響粘結(jié)強(qiáng)度的主要因素 Influence factors混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距、橫向配筋、鋼筋表面混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距、橫向配筋、鋼筋表面和外形特征、受力情況及錨固長(zhǎng)度和外形特征、受力情況及錨固長(zhǎng)度 混凝土強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度:光面鋼筋和變形鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度均隨混凝土強(qiáng)光面鋼筋和變形鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度均隨混凝土強(qiáng)度的提高而增加,度的提高而增加,但并不與立方體強(qiáng)度但并不與立方體強(qiáng)度f(wàn)cu成正比成正比,而與抗拉強(qiáng),而與抗拉強(qiáng)度度 ft 成正比。成正比。保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距:對(duì)于變形鋼筋,粘結(jié)強(qiáng)度主要取對(duì)于變形鋼筋,粘結(jié)強(qiáng)度主要取決于
26、劈裂破壞。因此相對(duì)保護(hù)層厚度決于劈裂破壞。因此相對(duì)保護(hù)層厚度c/d 越大,混凝土抵抗劈裂越大,混凝土抵抗劈裂破壞的能力也越大,粘結(jié)強(qiáng)度越高。破壞的能力也越大,粘結(jié)強(qiáng)度越高。當(dāng)當(dāng)c/d 很大時(shí),若錨固長(zhǎng)度很大時(shí),若錨固長(zhǎng)度不夠,則產(chǎn)生剪切不夠,則產(chǎn)生剪切“刮梨式刮梨式”破壞。破壞。同理,鋼筋凈距同理,鋼筋凈距s與鋼筋直與鋼筋直徑徑d 的比值的比值s/d 越大,粘結(jié)強(qiáng)度也越高。越大,粘結(jié)強(qiáng)度也越高。 混凝土強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度:光面鋼筋和變形鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度均隨混凝土強(qiáng)光面鋼筋和變形鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度均隨混凝土強(qiáng)度的提高而增加,度的提高而增加,但并不與立方體強(qiáng)度但并不與立方體強(qiáng)度f(wàn)cu成正比成正比,而與抗拉強(qiáng)
27、,而與抗拉強(qiáng)度度 ft 成正比。成正比。保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距:對(duì)于變形鋼筋,粘結(jié)強(qiáng)度主要取對(duì)于變形鋼筋,粘結(jié)強(qiáng)度主要取決于劈裂破壞。因此相對(duì)保護(hù)層厚度決于劈裂破壞。因此相對(duì)保護(hù)層厚度c/d 越大,混凝土抵抗劈裂越大,混凝土抵抗劈裂破壞的能力也越大,粘結(jié)強(qiáng)度越高。破壞的能力也越大,粘結(jié)強(qiáng)度越高。當(dāng)當(dāng)c/d 很大時(shí),若錨固長(zhǎng)度很大時(shí),若錨固長(zhǎng)度不夠,則產(chǎn)生剪切不夠,則產(chǎn)生剪切“刮梨式刮梨式”破壞。破壞。同理,鋼筋凈距同理,鋼筋凈距s與鋼筋直與鋼筋直徑徑d 的比值的比值s/d 越大,粘結(jié)強(qiáng)度也越高。越大,粘結(jié)強(qiáng)度也越高。影響粘結(jié)強(qiáng)度的主要因素影響粘結(jié)強(qiáng)度的主要因素 Influ
28、ence factors混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距、橫向配筋、鋼筋表面混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距、橫向配筋、鋼筋表面和外形特征、受力情況及錨固長(zhǎng)度和外形特征、受力情況及錨固長(zhǎng)度橫向配筋橫向配筋:橫向鋼筋的存在限制了徑向裂縫的發(fā)展,使粘結(jié)橫向鋼筋的存在限制了徑向裂縫的發(fā)展,使粘結(jié)強(qiáng)度得到提高。強(qiáng)度得到提高。 由于劈裂裂縫是順?shù)摻罘较虍a(chǎn)生的,其對(duì)鋼筋銹蝕的影響由于劈裂裂縫是順?shù)摻罘较虍a(chǎn)生的,其對(duì)鋼筋銹蝕的影響比受彎垂直裂縫更大,將嚴(yán)重降低構(gòu)件的耐久性。比受彎垂直裂縫更大,將嚴(yán)重降低構(gòu)件的耐久性。 因此應(yīng)保證不使徑向裂縫到達(dá)構(gòu)件表面形成因此應(yīng)保證不使徑向裂縫到達(dá)構(gòu)件表面形成劈裂裂縫劈
29、裂裂縫。所。所以,保護(hù)層應(yīng)具有一定的厚度,鋼筋凈距也應(yīng)保證。以,保護(hù)層應(yīng)具有一定的厚度,鋼筋凈距也應(yīng)保證。 配置橫向鋼筋可以阻止徑向裂縫的發(fā)展配置橫向鋼筋可以阻止徑向裂縫的發(fā)展。因此對(duì)于直徑較。因此對(duì)于直徑較大鋼筋的錨固區(qū)和搭接長(zhǎng)度范圍,均應(yīng)增加橫向鋼筋。大鋼筋的錨固區(qū)和搭接長(zhǎng)度范圍,均應(yīng)增加橫向鋼筋。 當(dāng)一排并列鋼筋的數(shù)量較多時(shí),也應(yīng)考慮增加橫向鋼筋來(lái)當(dāng)一排并列鋼筋的數(shù)量較多時(shí),也應(yīng)考慮增加橫向鋼筋來(lái)控制劈裂裂縫的發(fā)生??刂婆蚜芽p的發(fā)生。鋼筋表面和外形特征鋼筋表面和外形特征: 光面鋼筋表面凹凸較小,機(jī)械咬合作用小,粘結(jié)強(qiáng)度低。光面鋼筋表面凹凸較小,機(jī)械咬合作用小,粘結(jié)強(qiáng)度低。 月牙肋和螺紋
30、肋變形鋼筋,前者肋的相對(duì)受力面積(擠月牙肋和螺紋肋變形鋼筋,前者肋的相對(duì)受力面積(擠壓混凝土的面積與鋼筋截面積的比值)較小,粘結(jié)強(qiáng)度壓混凝土的面積與鋼筋截面積的比值)較小,粘結(jié)強(qiáng)度比螺紋鋼筋低一些。比螺紋鋼筋低一些。 由于變形鋼筋的外形參數(shù)不隨直徑成比例變化由于變形鋼筋的外形參數(shù)不隨直徑成比例變化,對(duì)于直,對(duì)于直徑較大的變形鋼筋,肋的相對(duì)受力面積減小,粘結(jié)強(qiáng)度徑較大的變形鋼筋,肋的相對(duì)受力面積減小,粘結(jié)強(qiáng)度也有所減小。也有所減小。 此外,當(dāng)鋼筋表面為防止銹蝕涂環(huán)氧樹(shù)脂時(shí),鋼筋表面此外,當(dāng)鋼筋表面為防止銹蝕涂環(huán)氧樹(shù)脂時(shí),鋼筋表面較為光滑,粘結(jié)強(qiáng)度也將有所降低。較為光滑,粘結(jié)強(qiáng)度也將有所降低。(N
31、/mm2)受力情況受力情況: 在錨固范圍內(nèi)存在在錨固范圍內(nèi)存在側(cè)壓力側(cè)壓力可提高粘結(jié)強(qiáng)度可提高粘結(jié)強(qiáng)度 剪力產(chǎn)生的斜裂縫剪力產(chǎn)生的斜裂縫則會(huì)使錨固鋼筋受到銷栓作用而降低則會(huì)使錨固鋼筋受到銷栓作用而降低粘結(jié)強(qiáng)度粘結(jié)強(qiáng)度 受壓鋼筋由于直徑增大會(huì)增加對(duì)混凝土的擠壓受壓鋼筋由于直徑增大會(huì)增加對(duì)混凝土的擠壓,從而使,從而使摩擦作用增加摩擦作用增加 受反復(fù)荷載作用的鋼筋受反復(fù)荷載作用的鋼筋,肋前后的混凝土均會(huì)被擠碎,肋前后的混凝土均會(huì)被擠碎,導(dǎo)致咬合作用降低導(dǎo)致咬合作用降低錨固長(zhǎng)度錨固長(zhǎng)度: 拔出試驗(yàn)的拔出試驗(yàn)的錨固長(zhǎng)度較短錨固長(zhǎng)度較短時(shí),粘結(jié)應(yīng)力在錨固長(zhǎng)度范圍時(shí),粘結(jié)應(yīng)力在錨固長(zhǎng)度范圍分布比較均勻,平均
32、粘結(jié)應(yīng)力較高,測(cè)得的粘結(jié)強(qiáng)度較分布比較均勻,平均粘結(jié)應(yīng)力較高,測(cè)得的粘結(jié)強(qiáng)度較高高 錨固長(zhǎng)度較大時(shí)錨固長(zhǎng)度較大時(shí),則平均粘結(jié)強(qiáng)度較小,但總粘結(jié)力隨,則平均粘結(jié)強(qiáng)度較小,但總粘結(jié)力隨錨固長(zhǎng)度的增加而增大錨固長(zhǎng)度的增加而增大 當(dāng)錨固長(zhǎng)度增加達(dá)到一定值,鋼筋受拉達(dá)到屈服(強(qiáng)度當(dāng)錨固長(zhǎng)度增加達(dá)到一定值,鋼筋受拉達(dá)到屈服(強(qiáng)度充分發(fā)揮)時(shí)未產(chǎn)生粘結(jié)破壞,該臨界情況的錨固長(zhǎng)度充分發(fā)揮)時(shí)未產(chǎn)生粘結(jié)破壞,該臨界情況的錨固長(zhǎng)度稱為稱為基本錨固長(zhǎng)度基本錨固長(zhǎng)度la, dAflusya dlAdlFssudlAfsydfuy41dffltya6.3 鋼筋的錨固和搭接鋼筋的錨固和搭接一、基本錨固長(zhǎng)度一、基本錨固長(zhǎng)度
33、 規(guī)范規(guī)范是以拔出試驗(yàn)為基礎(chǔ)確定是以拔出試驗(yàn)為基礎(chǔ)確定基本錨固長(zhǎng)度基本錨固長(zhǎng)度的。取粘結(jié)的。取粘結(jié)強(qiáng)度強(qiáng)度 u與混凝土抗拉強(qiáng)度與混凝土抗拉強(qiáng)度 ft 成正比,并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,取鋼筋成正比,并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,取鋼筋受拉時(shí)的基本錨固長(zhǎng)度為,受拉時(shí)的基本錨固長(zhǎng)度為,dffltya表 7-1 錨固鋼筋的外形系數(shù)鋼筋類型光面鋼筋帶肋鋼筋三面刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲三股鋼絞線七股鋼絞線鋼筋外形系數(shù)0.160.140.190.130.160.17注:1、光面鋼筋系指 HPB235 級(jí)熱軋鋼筋;帶肋鋼筋系指 HRB335、HRB400、RRB400級(jí)熱軋鋼筋及熱處理鋼筋 構(gòu)件中鋼筋的實(shí)際錨固長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)鋼筋的受力情況、
34、保護(hù)層構(gòu)件中鋼筋的實(shí)際錨固長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)鋼筋的受力情況、保護(hù)層厚度、鋼筋形式等的影響,采用厚度、鋼筋形式等的影響,采用基本錨固長(zhǎng)度基本錨固長(zhǎng)度la乘以以下修正乘以以下修正系數(shù),并不小于系數(shù),并不小于最小錨固長(zhǎng)度,也不小于最小錨固長(zhǎng)度,也不小于0.7la和和250mm。錨固鋼筋的保護(hù)層厚度修正系數(shù)保護(hù)層厚度2d3d4d5d修正系數(shù)0.90.80.750.7當(dāng)受拉鋼筋采用并筋形式時(shí),由于其表面積減小,計(jì)算其基當(dāng)受拉鋼筋采用并筋形式時(shí),由于其表面積減小,計(jì)算其基本錨固長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)采用并筋的本錨固長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)采用并筋的等效直徑等效直徑de(雙并筋(雙并筋de=1.4d,三并,三并筋筋de=1.7d););當(dāng)月牙肋
35、鋼筋錨固區(qū)混凝土當(dāng)月牙肋鋼筋錨固區(qū)混凝土保護(hù)層厚度大于保護(hù)層厚度大于2d時(shí),錨固長(zhǎng)度時(shí),錨固長(zhǎng)度可乘以可乘以保護(hù)層修正系數(shù)保護(hù)層修正系數(shù),但對(duì)位于構(gòu)件頂面混凝土中的水平鋼但對(duì)位于構(gòu)件頂面混凝土中的水平鋼筋,不進(jìn)行保護(hù)層厚度修正。筋,不進(jìn)行保護(hù)層厚度修正。受拉鋼筋的最小錨固長(zhǎng)度(mm)鋼筋類型光面鋼筋帶肋鋼筋三面刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲三股鋼絞線七股鋼絞線最小錨固長(zhǎng)度20d25d100d80d90d100d當(dāng)當(dāng)月牙肋鋼筋末端采用圖示機(jī)械錨固措施時(shí),錨固長(zhǎng)度可乘以月牙肋鋼筋末端采用圖示機(jī)械錨固措施時(shí),錨固長(zhǎng)度可乘以機(jī)械錨固修正系數(shù)機(jī)械錨固修正系數(shù)0.7。1355dD=4d(級(jí)鋼筋)5d(級(jí)鋼筋)5ddd
36、5ddd受壓鋼筋的錨固長(zhǎng)度不宜小于受拉鋼筋錨固長(zhǎng)度的受壓鋼筋的錨固長(zhǎng)度不宜小于受拉鋼筋錨固長(zhǎng)度的0.7倍;倍;當(dāng)錨固鋼筋在混凝土施工過(guò)程中易受擾動(dòng)時(shí)(如滑模施工),當(dāng)錨固鋼筋在混凝土施工過(guò)程中易受擾動(dòng)時(shí)(如滑模施工),錨固長(zhǎng)度應(yīng)乘以錨固長(zhǎng)度應(yīng)乘以施工擾動(dòng)系數(shù)施工擾動(dòng)系數(shù)1.1;除構(gòu)造需要的錨固長(zhǎng)度外,除構(gòu)造需要的錨固長(zhǎng)度外,當(dāng)受力鋼筋的實(shí)際配筋面積大于其當(dāng)受力鋼筋的實(shí)際配筋面積大于其設(shè)計(jì)計(jì)算面積時(shí),設(shè)計(jì)計(jì)算面積時(shí),錨固長(zhǎng)度可乘以設(shè)計(jì)計(jì)算面積與實(shí)際配筋面積錨固長(zhǎng)度可乘以設(shè)計(jì)計(jì)算面積與實(shí)際配筋面積比值的比值的配筋余量修正系數(shù)配筋余量修正系數(shù),但不得小于最小錨固長(zhǎng)度。承受動(dòng)力,但不得小于最小錨固長(zhǎng)度
37、。承受動(dòng)力荷載和按抗震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu),不考慮配筋余量修正系數(shù)。荷載和按抗震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu),不考慮配筋余量修正系數(shù)。錨固區(qū)箍筋要求錨固區(qū)箍筋要求規(guī)范規(guī)范規(guī)定在受力鋼筋錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)規(guī)定在受力鋼筋錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)箍筋的直徑箍筋的直徑不小于不小于0.25d(或(或0.25de),),箍筋間距箍筋間距不大于不大于10d,采用機(jī)械錨固措施時(shí)不應(yīng)大,采用機(jī)械錨固措施時(shí)不應(yīng)大于于5d,在錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)箍筋的數(shù)量不少于三個(gè)。當(dāng)錨固鋼筋的,在錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)箍筋的數(shù)量不少于三個(gè)。當(dāng)錨固鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度大于混凝土保護(hù)層厚度大于5d(或(或5de)時(shí),箍筋配置要求可放松。)時(shí),箍筋配置要求可放松。2、簡(jiǎn)支支座錨固要求、簡(jiǎn)
38、支支座錨固要求支座處有橫向壓應(yīng)力,使粘結(jié)作用支座處有橫向壓應(yīng)力,使粘結(jié)作用得到改善。因此支座處的錨固長(zhǎng)度得到改善。因此支座處的錨固長(zhǎng)度las可比基本錨固長(zhǎng)度可比基本錨固長(zhǎng)度la減小。減小。光面鋼筋末端應(yīng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)彎鉤。當(dāng)光面鋼筋末端應(yīng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)彎鉤。當(dāng)伸入支座的錨固長(zhǎng)度不符合要求時(shí),伸入支座的錨固長(zhǎng)度不符合要求時(shí),可在鋼筋端部加焊錨固鋼板或?qū)摽稍阡摻疃瞬考雍稿^固鋼板或?qū)摻詈附釉诹憾祟A(yù)埋件上。筋焊接在梁端預(yù)埋件上。當(dāng)當(dāng)V0.7ftbh0時(shí),時(shí),las5d當(dāng)當(dāng)V0.7ftbh0時(shí),時(shí),las0.35la錨固區(qū)箍筋要求錨固區(qū)箍筋要求規(guī)范規(guī)范規(guī)定在受力鋼筋錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)規(guī)定在受力鋼筋錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)箍筋
39、的直徑箍筋的直徑不小于不小于0.25d(或(或0.25de),),箍筋間距箍筋間距不大于不大于10d,采用機(jī)械錨固措施時(shí)不應(yīng)大,采用機(jī)械錨固措施時(shí)不應(yīng)大于于5d,在錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)箍筋的數(shù)量不少于三個(gè)。當(dāng)錨固鋼筋的,在錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)箍筋的數(shù)量不少于三個(gè)。當(dāng)錨固鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度大于混凝土保護(hù)層厚度大于5d(或(或5de)時(shí),箍筋配置要求可放松。)時(shí),箍筋配置要求可放松。2、簡(jiǎn)支支座錨固要求、簡(jiǎn)支支座錨固要求支座處有橫向壓應(yīng)力,使粘結(jié)作用支座處有橫向壓應(yīng)力,使粘結(jié)作用得到改善。因此支座處的錨固長(zhǎng)度得到改善。因此支座處的錨固長(zhǎng)度las可比基本錨固長(zhǎng)度可比基本錨固長(zhǎng)度la減小。減小。當(dāng)當(dāng)V0.7ftbh0時(shí),時(shí),las5d當(dāng)當(dāng)V0.7ftbh
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