混凝土结构材料物理力学性能(简环).ppt

第 2 章 混凝土结构材料的物理力学性能 2.1 混凝土的物理力学性能 2.2 钢筋的物理力学性能 2.3 混凝土与钢筋的粘结 第第 2 2 章章 2.1 混凝土的物理力学性能 2.1.2单轴应力状态下的砼强度 q单轴强度是基础 v混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度 v抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基 本的指标 v是复杂应力状态下强度的基础和重要参数 q影响强度的因素 v水泥强度等级，水灰比，骨料性质，级配； v成型方法，硬化环境，养护龄期； v试件大小、形状 v试验方法、加载速率 2.1.2单轴应力状态下的砼强度 1单轴抗压强度 q1）立方体抗压强度fcu,k v定义 Ø边长为150mm的立方体标准试件，在标准养护条 件（温度为20±3℃，湿度≥90%）下养护28d，按 照标准试验方法（加载速度0.3~0.5MPa/s，两端不 涂润滑剂）测得的抗压强度（MPa） v强度等级 Ø具有95%保证率的抗压强度，符号C根据强度范 围，从C15~C80共划分为14个强度等级，级差为 5MPa 第第 2 2 章章 2.1 混凝土的物理力学性能 2.1.2单轴应力状态下的砼强度 1单轴抗压强度 q1）立方体抗压强度fcu,k v影响强度等级的因素 Ø试验方法（接触面摩擦） Ø加载速度 速度越快，强度越高 Ø龄期 随龄期逐渐增长 第第 2 2 章章 2.1 混凝土的物理力学性能 2.1.2单轴应力状态下的砼强度 1单轴抗压强度 q2）轴心抗压强度标准值fck v按标准方法制作的150×l50× 300mm的棱柱体 试件，在温度为20±3℃和相对湿度为90％以 上的条件下养护28d，用标准试验方法测得的 具有95％保证率的抗压强度 （MPa） 。

vv对于同一混凝土，棱柱体抗压强度恒小于立对于同一混凝土，棱柱体抗压强度恒小于立 方体抗压强度方体抗压强度 第第 2 2 章章 2.1 混凝土的物理力学性能 2.1.2单轴应力状态下的砼强度 2轴心抗拉强度 q混凝土轴心抗拉强度约为立方体抗压强度 的1/17~1/8； q在荷载较小时，混凝土即开裂，所以混凝 土结构一般带裂缝工作，混凝土轴心抗拉 强度不起决定作用 第第 2 2 章章 2.1 混凝土的物理力学性能 2.1.2单轴应力状态下的砼强度 2轴心抗拉强度 q直接轴心受拉的试验方法来测定 v试验比较困难 q采用圆柱体或立方体的劈裂试验 来间接测试砼的轴心抗拉强度 第第 2 2 章章 2.1 混凝土的物理力学性能 F d F 拉 压 压 2.1.3复杂应力状态下的砼强度 q1 双轴应力状态 第第 2 2 章章 2.1 混凝土的物理力学性能 最大受压强度发生在两个压应力之 比为0.3 ~0.6之间，约1.25~1.60 fc 双向受压强度大于单向受压强度 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 2.1.3复杂应力状态下的砼强度 q1 双轴应力状态 第第 2 2 章章 2.1 混凝土的物理力学性能 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 2.1.3复杂应力状态下的砼强度 q砼平面应力状态的特点 v平面应力状态下，当两方向应力均为压应力 时，抗压强度相互提高，最大可增加27％， 而当一方向为压应力，另一方向为拉应力时 ，强度相互降低 v当压应力不太高时，可提高砼的抗剪强度 v拉应力的存在会降低砼的抗剪强度 v剪应力的存在降低砼的抗压和抗拉强度 q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 第第 2 2 章章 2.1 混凝土的物理力学性能 2.1.3复杂应力状态下的砼强度 q3 三轴应力状态 v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砼为三 向受压状态 v三向受压状态下的砼抗压强度大于双向和单 向 第第 2 2 章章 2.1 混凝土的物理力学性能 2.1.4 混凝土的变形 混凝土的混凝土的变变变变形分形分为为为为两两类类类类 vv混凝土的受力混凝土的受力变变变变形形 ØØ一次短期加一次短期加载载载载；荷；荷载长载长载长载长 期作用；多次重复荷期作用；多次重复荷载载载载 vv混凝土的非受力混凝土的非受力变变变变形形 ØØ温差温差变变变变形；湿差形；湿差变变变变形；收形；收缩变缩变缩变缩变 形形 第第 2 2 章章 2.1 混凝土的物理力学性能 1.一次短期加载下砼的变形性能 q（1）单轴受压应力-应变关系 第第 2 2 章章 02468 10 20 30 (MPa) ε×10-3 B A C E D A点以前，微裂缝无明 显发展，混凝土的变形 主要弹性变形，应力- 应变关系近似直线。

A点应力随砼强度的提 高而增加， 普通砼A≈0.3~0.4fc， 高强砼A≈ 0.5~0.7fc 2.1.4 混凝土的变形 1.一次短期加载下砼的变形性能 q（1）单轴受压应力-应变关系 第第 2 2 章章 02468 10 20 30 (MPa) ε×10-3 B A C E D A点以后，由于微裂缝 处的应力集中，裂缝开 始有所延伸发展，产生 部分塑性变形，应变增 长开始加快，应力-应 变曲线逐渐偏离直线 微裂缝的发展导致混凝 土的横向变形增加但 该阶段微裂缝的发展是 稳定的 2.1.4 混凝土的变形 1.一次短期加载下砼的变形性能 q（1）单轴受压应力-应变关系 第第 2 2 章章 02468 10 20 30 (MPa) ε×10-3 B A C E D 达到B点，内部一些微 裂缝相互连通，裂缝发 展已不稳定，横向变形 突然增大，体积应变开 始由压缩转为增加在 此应力的长期作用下， 裂缝持续发展最终导致 破坏取B点的应力作 为砼的长期抗压强度 普通砼B≈0.8fc，高强 砼B可达0.95fc以上 2.1.4 混凝土的变形 1.一次短期加载下砼的变形性能 q（1）单轴受压应力-应变关系 第第 2 2 章章 02468 10 20 30 (MPa) ε×10-3 B A C E D B点以后，内部微裂缝 连通形成破坏面，应变 增长速度明显加快，裂 缝快速发展直至C点， 此处的峰值应力max即 作为fc，相应的应变值 称为峰值应变0，约为 0.0015~0.0025，通常取 0.002。

2.1.4 混凝土的变形 1.一次短期加载下砼的变形性能 q（1）单轴受压应力-应变关系 第第 2 2 章章 02468 10 20 30 (MPa) ε×10-3 B A C E D 纵向应变发展达到D点 ，内部裂缝在试件表面 出现第一条可见平行于 受力方向的纵向裂缝 2.1.4 混凝土的变形 1.一次短期加载下砼的变形性能 q（1）单轴受压应力-应变关系 第第 2 2 章章 02468 10 20 30 (MPa) ε×10-3 B A C E D 随应变增长，试件上相 继出现多条不连续的纵 向裂缝，横向变形急剧 发展，承载力明显下降 ,混凝土骨料与砂浆的 粘结不断遭到破，裂缝 连通形成斜向破坏面 E点应变 =2~30， E点应力 =0.4~0.6 fc 2.1.4 混凝土的变形 1.一次短期加载下砼的变形性能 q（3）三轴受压下砼的变形性能 v横向受到约束时，抗压强度和延性均可提高 v工程应用：约束混凝土 Ø钢管砼 Ø密配螺旋箍筋 v混凝土的材料性质复杂多变，其多轴强度和 变形又随三轴应力状态的不同而有很大差异 至今还没有，以后也难以找到一种准确的 理论方法，可以从混凝土原材料的性质、组 成和制备工艺等原始条件推算其多轴力学性 能。

第第 2 2 章章 2.1.4 混凝土的变形 1.一次短期加载下砼的变形性能 q（4）混凝土的变形模量 v混凝土弹性模量值Ec取值 Ø一般取为相当于结构使用阶段的工作应力=(0.4 ～0. 5)fc时的割线模量值 （kN/mm2） 混凝土结构设计规 范GB50010-2002： 砼弹性模量按下式 第第 2 2 章章 2.1.4 混凝土的变形 k c c  0 cecp   0 h  第第 2 2 章章 2.荷载长期作用下砼的变形性能 q混凝土长期变形性能——徐变 v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 v混凝土的徐变特性主要与时间参数有关 2.1.4 混凝土的变形 16 12 8 4 369121518212427 • A ce cr 徐变 ce弹性变形 ch 收缩 ce ae er B C D (10–4) t (月) 0 第第 2 2 章章 2.荷载长期作用下砼的变形性能 q混凝土的徐变曲线 v前4个月徐变增长较快，6个月可达最终徐变 的70~80%，以后增长逐渐缓慢，2~3年后趋 于稳定 2.1.4 混凝土的变形 16 12 8 4 369121518212427 • A ce cr 徐变 ce弹性变形 ch 收缩 ce ae er B C D (10–4) t (月) 0 第第 2 2 章章 2.荷载长期作用下砼的变形性能 q混凝土的徐变曲线 v经过一段时间后，还有一部分应变’’ce 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er。

2.1.4 混凝土的变形 16 12 8 4 369121518212427 • A ce cr 徐变 ce弹性变形 ch 收缩 ce ae er B C D (10–4) t (月) 0 第第 2 2 章章 4. 混凝土的收缩 q定义 v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 v收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产 生的变形 2.1.4 混凝土的变形 蒸汽养护 常温养护 05101520 0.1 0.2 0.3 0.4 收缩(10–3) 时间 (月) 第第 2 2 章章 4. 混凝土的收缩 q影响混凝土收缩的因素 v与结构周围的温度、湿度、构件断面形状及 尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝 土浇筑质量及养护条件等许多因素有关 Ø1. 水泥的品种 水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越大 Ø2. 水泥的用量 水泥用量多、水灰比越大，收缩越大 Ø3骨料的性质 骨料弹性模量高、级配好，收缩就小 2.1.4 混凝土的变形 第第 2 2 章章 4. 混凝土的收缩 q影响混凝土收缩的因素 v与结构周围的温度、湿度、构件断面形状及 尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝 土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。

Ø4. 养护条件 干燥失水及高温环境，收缩大 Ø5. 混凝土制作方法 混凝土越密实，收缩越小 Ø6. 使用环境 使用环境温度、湿度越大，收缩越小 Ø7. 构件的体积与表面积比值 比值大时，收缩小 2.1.4 混凝土的变形 2.2.1钢筋的品种和级别 q热轧钢筋 v种类 ØHPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级 v屈服强度 fyk（标准值，保证率95%） ØHPB235级： fyk = 235 N/mm2； d5=25% ØHRB335级： fyk = 335 N/mm2 ；d5=16% ØHRB400级： fyk = 400 N/mm2 ；d5=14% ØRRB400级： fyk = 400 N/mm2 ；d5=10% 第第 2 2 章章 2.2 钢筋的物理力学性能 2.2.1钢筋的品种和级别 q热轧钢筋 v用途 ØHPB235级（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 ØHRB335级（Ⅱ级） 级和 HRB400级（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级钢筋作箍筋以 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。

ØRRB400级（Ⅳ级） 一般冷拉后作。