混凝土结构材料的物理力学性能8学时03

1、会计学1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8学时学时03第1页/共97页主要内容：主要内容：混凝土的物理力学性能钢筋的物理力学性能钢筋与混凝土的粘结第2页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土混凝土立方抗压强度混凝土立方抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度cufcftf150 150 150150 150 300100 100 500第3页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 （混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标） 边长150mm立方体标准试件，在标

2、准条件下（203，90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度。 fcu,k= fcu,m(1-1.645)。 概率密度材料强度强度平均值强度标准值第4页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能 （2）混凝土的强度等级：混凝土的强度等级： 规范规范是根据混凝土立是根据混凝土立方体抗压强度标准值来划分的。从方体抗压强度标准值来划分的。从C15C80共划分为共划分为14个强度等级（如个强度等级（如C30表示表示fcu,k =30N/mm2），级差为，级差为5N/mm2。 （3）非标准试块强度换算系数：非标准

3、试块强度换算系数： 200mm200mm200mm: 1.05 100mm100mm100mm: 0.95第5页/共97页承压板试块第6页/共97页未采取减摩措施未采取减摩措施采取减摩措施后采取减摩措施后第二章 钢筋和混凝土的材料性能 套箍效应: 不涂润滑油 涂润滑油哪种强度大哪种强度大？第7页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土也称棱柱体抗压强度（用符号fc表示），是用高宽比为24的棱柱体试件测得的抗压强度，我国标准以150150300mm的棱柱体试件为标准试件，也常用150150450的棱柱体试件。非标准试块：非标准试块：100100 300 换算系数换算系数 0.95

4、200200 400 换算系数换算系数 1.05第8页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 c1 和 c2 的取值混凝土混凝土强度强度等级等级C40C45C50C55C60C65C70C75C80 c10.760.760.760.770.780.790.800.810.82 c21.000.984 0.968 0.951 0.935 0.919 0.903 0.887 0.87ckc1c2cu,k0.88ff 结构混凝土强度与试块混凝土强度的比值（折减系数）脆性影响系数 棱柱体强度与立方体强度之比值第9页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能拉压压 （由于轴心受拉试验对中困

5、难，也常常采用立方体或圆柱体劈裂试验测定混凝土的抗拉强度）dlFstf2,劈拉试验FdF第10页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土0102030405060708090100123456 GBJ10-89 规范55. 0395. 0cu,m t,mff 3/226. 0 cu,mt,mff mtf,mcuf, 500 150 15010016轴心受拉试验第11页/共97页45. 055. 02)645. 11 (395. 088. 0,kcuffctk轴心抗拉强度标准值第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土第12页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能（1 1）规范

6、规范规定材料强度的标准值规定材料强度的标准值 fk 应具有不小于应具有不小于95%的保证率的保证率)645. 11 (mkffkcuccckff,2188. 0（3 3）轴心抗压强度标准值轴心抗压强度标准值45. 055. 02)645. 11 (395. 088. 0,kcuffctk（4）轴心抗拉强度标准值（2）立方体抗压强度标准值 fcu,k= fcu,m(1-1.645)第13页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土例例 已知已知fcu,m=30MPa, =0.14，求，求fcu,k和和fck fcu,k=fcu,m(1-1.645 ) =23.09MPa fc,m=0

7、.76fcu,m fck=fc,m(1-1.645 )0.881.0 =0.76fcu,m (1-1.645 ) 0.88 1.0 =15.44MPa混凝土强度标准值（N/mm2）混混 凝凝 土土 强强 度度 等等 级级强度种类强度种类符号符号C15C20C25C30C35轴心抗压强度轴心抗压强度fck10.013.416.720.123.4轴心抗拉强度轴心抗拉强度ftk1.271.541.782.012.20混混 凝凝 土土 强强 度度 等等 级级C40C45C50C55C60C65C70C75C8026.829.632.435.538.541.544.547.450.22.402.512.

8、652.742.852.933.003.053.10第14页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土fc 第15页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 （实际结构中，混凝土（实际结构中，混凝土很少很少处于单向受力状态。处于单向受力状态。更多更多的是的是处于双向或三向受力状态。）处于双向或三向受力状态。）双向受压强度双向受压强度大于大于单单向受压强度，向受压强度，最大强最大强度发生在度发生在两个压应力两个压应力之比为之比为0.3 0.6之间，之间，约为约为(1.251.60 )fc。第16页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 任意应力比情况下，

9、任意应力比情况下，其强度均不超过其强度均不超过相应的单轴相应的单轴强度。强度。并且抗压强度或抗拉强度均随并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力另一方向拉应力或压应力的增加而减小。或压应力的增加而减小。 任意应力比情况下，任意应力比情况下，其强度其强度均均与单轴抗拉强与单轴抗拉强度度相近相近。第17页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土（构件受剪或受扭时常遇到）（构件受剪或受扭时常遇到）：抗拉、抗剪强度都降低；： 时，抗剪强度随压应力提高而增大； 时，抗剪抗压强度均降低。 6 . 0/cf6 . 0/cf /fc /fc第18页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1

10、混凝土 （ 实际工程遇到较多的实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱和和钢管混凝土柱钢管混凝土柱中的中的混混凝土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）条件进行）1501005005 10 15 20 25000MpaLfcfccf)75 . 4(第19页/共97页 一次短期荷载下 受力变形 长期荷载下砼变形 多次重复荷载下 收缩变形 体积变形 膨胀变形 温度变形第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土第20页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 在普通试验机上采用在普通试验机上采用等应力速度等应力

11、速度加载，加载，达到轴心达到轴心抗压强度抗压强度fc时，时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得曲线的只能测得曲线的上升段。上升段。 （常采用棱柱体试件来测定）第21页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 采用等应变速度加载，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，可以测得曲线的下降段。第22页/共97页02468102030(MPa) 10-3第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土BACEDA点以前点以前，微裂缝没有

12、，微裂缝没有明显发展，混凝土的变明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度的点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强提高而增加，对普通强度混凝土度混凝土 A约为约为 (0.30.4)fc ，对高强混，对高强混凝土凝土 A可达可达(0.50.7)fc。A点以后点以后，由于微裂缝，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增部分塑性变形，应变增长开始加快，应力长开始加快，应力-应应变曲线逐渐偏离直线。变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝微裂缝的发展导致混

13、凝土的横向变形增加。但土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是该阶段微裂缝的发展是稳定的。稳定的。混凝土在结硬过程中，混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。缝的发展造成的。达到达到B点，内部一些微点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开突然增大，体

14、积应变开始由压缩转为增加。在始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导裂缝会持续发展最终导致破坏。取致破坏。取B点的应力点的应力作为混凝土的长期抗压作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土强度。普通强度混凝土 B约为约为0.8fc，高强强度，高强强度混凝土混凝土 B可达可达0.95fc以上。以上。达到达到C点点fc，内部微裂缝，内部微裂缝连通形成破坏面，应变连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰点的纵向应变值称为峰值应变值应变 0，约为，约为0.002。纵向应变发展达到纵向应变发展达到D点，点，内部裂缝在试件表面出内

15、部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。力方向的纵向裂缝。随应变增长，试件上相随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。通形成斜向破坏面。E点的应变点的应变 = (23) 0，应力应力 = (0.40.6) fc。第23页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 强度越高，峰值应变越大，极限应变越小，下降段越陡峭 延性越差强度越低，峰值应变越小，极

16、限应变越大，下降段越平缓延性越好第24页/共97页2.1 混凝土第二章 钢筋和混凝土的材料性能 Hognestad建议的模型uuccff0000200 15.010 200.0020.0038 fc0.15 fc0u第25页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能上升段上升段：)1 (1 0ncccf0下降段下降段：ccfu00033. 010)50(0033. 0002. 010)50(5 . 0002. 02)50(60125,5,0,kcuukcukcufffn规范混凝土应力-应变曲线参数 fcu C50 C80 n 2 1.5 0 0.002 0.00215 u 0.0033 0.00

17、3 2.1 混凝土00.0010.0020.0030.00410203040506070C80C60C40C20第26页/共97页 混凝土在横向受约束力作用时，不但可提高其强度，还可提高其延性。 实际工程采用箍筋、钢管提供约束第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 第27页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能Ec= tan Ec= tan Ec= tan 2.1 混凝土0ddEcddEc 弹性系数弹性系数n n 随应力增大而减（随应力增大而减（n n =10.5）cEelcEcEn第28页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土)N/mm(7 .342 . 2102,5

18、kcucfE510次epAA=(0.40.5)fc)/(74.342 . 2102,5mmNfEkcuc建规建规桥规桥规 第29页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土了解 ftt0ctctcttEfEfEf25 . 00第30页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土凝胶体的塑性流动。凝胶体的塑性流动。裂缝的出现与发展。裂缝的出现与发展。混凝土在荷载的长期作用下，其应变或变形随时间增长的现混凝土在荷载的长期作用下，其应变或变形随时间增长的现象称为象称为徐变徐变。第31页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能t0elashcrela,ela,cr,t瞬时恢复应变

19、弹性后效残余应变加载瞬时应变 收缩应变 徐变 ： 开始快、以后慢；半年完成大部分、一年稳定、三年终止第32页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 徐变会使结构（或构件）的变形增大（如挠度） ； 引起预应力损失； 在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力； 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。第33页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土是混凝土的组成和配比。 骨料的刚度（弹性模量）越大，体表比越大，徐变就越小; 水灰比越小，水泥用量越少，徐变也越小。包括养护和使用条件。 受荷前养护的温湿度

20、越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。 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。第34页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 徐变值与初应力基本上成正比，这种徐变称为线性徐变。产生线性徐变的主要原因是凝胶体的塑性流动。 徐变最终虽仍收敛，但最终徐变与初应力i不成比例，这种徐变称为非线性徐变。产生非线性徐变的主要原因是裂缝的出现与发展。是指初应力水平i /fc是影响徐变的非常主要的因素。 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0.8fc作为混凝土的长期抗压强度。第35页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能第

21、36页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能标准试件：150150300或150150450mm 的棱柱体200万次荷载应力大小，即疲劳应力比值是影响疲劳强度大小的关键因素 fmaxc,fminc,fc混凝土疲劳强度fcf fcf= g fc第37页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 混凝土在空气中硬化时体积会缩小，混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为这种现象称为混凝土的收缩混凝土的收缩。（收缩是混凝土在（收缩是混凝土在不受外力不受外力情况下由于体积情况下由于体积变化而产生的变形。）变化而产生的变形。）：干燥失水。：混凝土的碳化（凝胶体中的Ca(OH)2 CaCO

22、3）。第38页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土当收缩受到当收缩受到约束约束（如支座、内部钢筋）时，将使混（如支座、内部钢筋）时，将使混凝土中凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使混凝土收缩会使预应力混凝土预应力混凝土构件产生构件产生预应力损失。预应力损失。第39页/共97页图b) 墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形图a) 钢筋混凝土构件的收缩裂缝第40页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土早期发展快，早期发展快，两周两周可完成全部收缩的可完成全部收缩的25%，一个月一个月可完可完成成50%；以后发展逐渐减慢，

23、；以后发展逐渐减慢，整个收缩过程整个收缩过程可延续可延续两年两年以以上。上。一般情况下，最终收缩应变值约为一般情况下，最终收缩应变值约为(25)10-4 混凝土开裂应变为混凝土开裂应变为(0.52.7)10-414d 28dt(25)10-425%50% ch第41页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土水泥的强度等级高、用量多、水灰比大，收缩就水泥的强度等级高、用量多、水灰比大，收缩就大；大； 骨料弹性模量高、级配好，收缩就小；骨料弹性模量高、级配好，收缩就小； 养护时的湿度大、温度高，收缩就小；养护时的湿度大、温度高，收缩就小；使用时的湿度大、温度低，收缩就小；使用时的湿度

24、大、温度低，收缩就小； 构件体表比大，收缩就小；构件体表比大，收缩就小； 混凝土越密实，混凝土越密实，收缩越小；收缩越小； 第42页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 混凝土在水中硬化时体积会增大，混凝土在水中硬化时体积会增大，这种现象这种现象称为混凝土的膨胀。称为混凝土的膨胀。 但混凝土的膨胀值一般较小，对结构的影响也但混凝土的膨胀值一般较小，对结构的影响也较小，所以经常不予考虑。较小，所以经常不予考虑。第43页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢筋 铁元素铁元素：主要成分。：主要成分。 碳元素碳元素：含碳量增加，强度提高，但塑性和可焊：含碳量增加，强度提高

25、，但塑性和可焊性降低。低碳钢（性降低。低碳钢（0.25%)25%,25%,不应不应50%;50%; 对板、墙：不宜对板、墙：不宜25%;25%; 对柱：不宜对柱：不宜50%;50%;2.4一般构造规定ll第84页/共97页第二章 材料的力学性能取纵向受拉钢筋搭接长度的0.7倍，即0.7ll，且在任何情况下不应小于200mm。 直径较大纵筋直径的0.25倍； 间距：较小纵筋直径的5倍，且不应大于100mm.(受拉搭接） 较小纵筋直径的10倍，且不应大于200mm.(受压搭接）2.4一般构造规定第85页/共97页锥螺纹钢筋连接锥螺纹钢筋连接第二章 材料的力学性能2.4一般构造规定第86页/共97页

26、第二章 材料的力学性能2.4一般构造规定第87页/共97页挤压钢筋连接挤压钢筋连接第二章 材料的力学性能2.4一般构造规定第88页/共97页第二章 材料的力学性能本本 章章 小小 结结1、混凝土的、混凝土的力学性能力学性能（1）混凝土的强度：混凝土的强度：fcu,k及其测定方法、及其测定方法、fc、ft；混凝土强度的标准；混凝土强度的标准值；复合受力下混凝土的强度及变形值；复合受力下混凝土的强度及变形性能性能（2）混凝土的变形：单轴单调受压的混凝土的变形：单轴单调受压的曲线；曲线； 曲线的规范模曲线的规范模型；混凝土的弹性模量及其测定；混凝土的收缩、膨胀及徐变。型；混凝土的弹性模量及其测定；混

27、凝土的收缩、膨胀及徐变。2、钢筋的力学性能、钢筋的力学性能（1）钢筋的品种：钢筋的品种：热轧钢筋热轧钢筋（HPB235=R235、HRB335、HRB400、RRB400=KL400 ）、）、钢丝钢丝、钢绞线钢绞线、冷加工钢筋和、冷加工钢筋和热热 处理钢筋处理钢筋。（2）曲线（有、无明显屈服点的钢筋）；曲线（有、无明显屈服点的钢筋）； 曲线的规范模型曲线的规范模型（3）钢筋的强度指标钢筋的强度指标屈服强度、极限强度；变形指标屈服强度、极限强度；变形指标延伸率延伸率 和冷弯性能；钢筋强度的标准值。和冷弯性能；钢筋强度的标准值。第89页/共97页第二章 材料的力学性能小结本本 章章 小小 结结（1

28、）粘结的作用；粘结的作用；（2）两类粘结（锚固粘结和局部粘结）；两类粘结（锚固粘结和局部粘结）；（3）粘结力的构成；粘结力的构成；（4）两种类型的粘结破坏（劈裂式破坏和刮梨式破坏）；两种类型的粘结破坏（劈裂式破坏和刮梨式破坏）；（5）改善粘结的措施。改善粘结的措施。4、钢筋钢筋混凝土结构的一般构造规定混凝土结构的一般构造规定3、钢筋与混凝土的粘结（1）基本锚固长度的概念及其计算dffltya （2）钢筋的连接：搭接、机械连接和焊接。链接下一章链接下一章第90页/共97页主要内容：主要内容：混凝土的物理力学性能钢筋的物理力学性能钢筋与混凝土的粘结第91页/共97页第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 c1 和 c2 的取值混凝土混凝土强度强度等级等级C40C45C50C55C60C65C70C75C80 c10.760.760.7