01混凝土结构用材料的性能.ppt

第一章第一章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第一章 混凝土结构用材料的性能1.1 钢筋1.1 钢 筋 Steel Reinforcement一、钢筋的品种 热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋第一章 混凝土结构用材料的性能1.1 钢筋热轧钢筋热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRolledBarRRBRolledRibbedBar屈服强度屈服强度 fyk（（标准值标准值= =钢材废品限值，保证率钢材废品限值，保证率9 97.73%））HPB235级： fyk = 235 N/mm2HRB335级： fyk = 335 N/mm2HRB400级、RRB400级： fyk = 400 N/mm2第一章 混凝土结构用材料的性能1.1 钢筋 HPB235级(Ⅰ级)钢筋钢筋多为光面钢筋（多为光面钢筋（Plain Bar），），多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。

HRB335级(Ⅱ级)和 HRB400级(Ⅲ级)钢筋钢筋强度较高，强度较高，多多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用也有用ⅡⅡ级钢筋作箍筋的级钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘结为增强与混凝土的粘结（（Bond），），外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（（Deformed Bar）） ⅣⅣ级钢筋级钢筋强度太高强度太高，，不适宜作为钢筋混凝土构件中的不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，配筋，一般冷拉后作预应力筋一般冷拉后作预应力筋延伸率延伸率d d5 5= =25、、16、、14、、10%，，直径直径8~40第一章 混凝土结构用材料的性能1.1 钢筋钢丝钢丝，，中强钢丝的强度为中强钢丝的强度为800~1200MPa，，高强钢丝、钢绞线的高强钢丝、钢绞线的为为 1470 ~1860MPa；；延伸率延伸率d10=6%，，d100=3.5~4%；；钢丝的直钢丝的直径径3~9mm；；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径股和七股钢绞线，外接圆直径9.5~15.2 mm。

中高强钢丝和钢中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构绞线均用于预应力混凝土结构冷加工钢筋冷加工钢筋是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加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，钢筋的延伸率降低但经冷加工后，钢筋的延伸率降低近年来，冷加工钢筋的品近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用种很多，应根据专门规程使用热处理钢筋热处理钢筋是将是将Ⅳ级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处级钢筋通过加热、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应力混凝土结构s se e第一章 混凝土结构用材料的性能1.1 钢筋二、钢筋的应力二、钢筋的应力- -应变关系应变关系 ◆◆◆◆ 有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋 Steel bar with yield pointa’为比例极限proportional limit s =Esea’a为弹性极限elastic limitade为强化段strain hardening stagebb为屈服上限upper yield strengthc为屈服下限，即屈服强度 fylower yield strengthcdcd为屈服台阶yield plateauefue为极限抗拉强度 fu ultimate tensile strengthfyf第一章 混凝土结构用材料的性能1.1 钢筋几个指标：几个指标：屈服强度屈服强度yield strength：：是钢筋强度的设计依据是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复不可恢复，这会使钢，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载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度延延 伸伸 率率elongation rate：：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性钢筋拉断时的应变，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，延性较好能的指标延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好屈屈 强强 比比反映钢筋的强度储备，反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.6~0.7均匀延伸率均匀延伸率d dgt对应最大应力时应变，对应最大应力时应变，包括了残余应变和弹性应变，反映包括了残余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力了钢筋真实的变形能力(≥2.5%)第一章 混凝土结构用材料的性能1.1 钢筋有明显屈服点钢筋的应力-应变关系一般可采用双线性的理想弹塑性关系1Es第一章 混凝土结构用材料的性能1.1 钢筋◆◆无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋Steel bar without yield pointa点：比例极限，约为点：比例极限，约为0.65fua点前：应力点前：应力-应变关系为线弹性应变关系为线弹性a点后：应力点后：应力-应变关系为非线性，应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈有一定塑性变形，且没有明显的屈服点服点强度设计指标强度设计指标——条件屈服点条件屈服点残余应变为残余应变为0.2%所对应的应力所对应的应力《《规范规范》》取取s s0.2 =0.85 fu第一章 混凝土结构用材料的性能1.1 钢筋三、钢筋的强度标准值三、钢筋的强度标准值( Characteristic or Standard Strength) 按冶金钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值是取其出厂时按冶金钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值是取其出厂时的废品限值，其数值相当于的废品限值，其数值相当于fy,m-2-2s s，，具有具有97.73%的保证率，满足的保证率，满足《《建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准》》材料强度标准值保证率材料强度标准值保证率95%的要求。

的要求第一章 混凝土结构用材料的性能1.1 钢筋第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土1.2 1.2 混凝土混凝土一、一、 混凝土的强度混凝土的强度1、混凝土强度等级、混凝土强度等级混凝土结构中，混凝土结构中，主要是利用它的主要是利用它的抗压强度抗压强度因此抗压强度是混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凝土力学性能中最主要和最基本的指标混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的混凝土强度等级混凝土强度等级：边长：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下立方体标准试件，在标准条件下（（20±3℃，，≥90%湿度）养护湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度天，用标准试验方法（加载速度0.15~0.3N/mm2/sec，，两端不涂润滑剂）测得的两端不涂润滑剂）测得的具有具有95%保证率保证率的立方体抗压强度，用符号的立方体抗压强度，用符号C表示，表示，C30表示表示fcu,k=30N/mm2 《《规范规范》》根据强度范围，根据强度范围，从从C15~C80共划分为共划分为14个强度等级个强度等级，，级差为级差为5N/mm2与原与原《《规范规范GBJ10-89》》相比，混凝土强度等级相比，混凝土强度等级范围由范围由C60提高到提高到C80，，C50以上为以上为高强混凝土高强混凝土，有关指标和计，有关指标和计算公式在算公式在C50与原与原《《规范规范GBJ10-89》》衔接。

衔接试验录像试验录像第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土100mm立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系小于小于C50的混凝土，修正系数的混凝土，修正系数m m1 1 =0.95，， m m2 =1.05 随混凝土强度随混凝土强度的提高，修正系数的提高，修正系数m m 值有所降低当值有所降低当f fcucu100100=100N/mm=100N/mm2 2时，换算系时，换算系数数m m 约为约为0.90.9美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径150mm，，高高300 mm））标准试件测定的抗压强度来划分强度等级，符号记为标准试件测定的抗压强度来划分强度等级，符号记为 fc'圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为，圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为，立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的受力立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的受力状态，只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的状态，只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准（制作、测试方便）。

标准（制作、测试方便）第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土立方体抗压强度标准值与平均值的关系立方体抗压强度标准值与平均值的关系我国规范确定混凝土强度等级共分为我国规范确定混凝土强度等级共分为14级：级：C15，，C20，， C25，， C30，， C35，， C40，， C45C50，， C55，， C60，， C65，， C70，， C75，， C80 混凝土强度等级是根据混凝土立方抗压强度标准混凝土强度等级是根据混凝土立方抗压强度标准值确定值确定第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土2、轴心抗压强度、轴心抗压强度 轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号fc表示，它比较表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况棱柱体试件高宽比一般为接近实际构件中混凝土的受压情况棱柱体试件高宽比一般为h/b=3~4，，我国通常取我国通常取150mm×150mm×450mm的棱柱体试件，的棱柱体试件，也常用也常用100×100×300试件对于同一混凝土，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度小于立方体抗压强度。

棱柱棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为，体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为，其中：其中： 0.88—修正系数修正系数 αc1 为棱柱体强度与立方强度比值，为棱柱体强度与立方强度比值，对小于对小于C50级的混凝级的混凝土取土取αc1=0.76, C80取取αc1=0.82其间按线性插值其间按线性插值 αc2 为混凝土的脆性系数为混凝土的脆性系数 ，，对小于对小于C40级的混凝土取级的混凝土取αc2=1.0 ，， C80取取αc2=0.87其间按线性插值其间按线性插值试验录像试验录像第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土3、轴心抗拉强度、轴心抗拉强度也是其基本力学性能，用符号也是其基本力学性能，用符号 ft 表示混凝土构件开裂、裂缝、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变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关试验录像试验录像第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土劈拉试验PaP拉压压由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度试验测定混凝土的抗拉强度第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土4、混凝土强度的标准值、混凝土强度的标准值《《规范规范》》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%的保证率的保证率立方体强度标准值即为混凝土强度等级立方体强度标准值即为混凝土强度等级fcu。

《《规范规范》》在确定混在确定混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值时，假定它们的变异凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值时，假定它们的变异系数与立方体强度的变异系数相同，利用与立方体强度平均值系数与立方体强度的变异系数相同，利用与立方体强度平均值的换算关系，便可按上式计算得到的换算关系，便可按上式计算得到同时，同时，《《规范规范》》考虑到试件与实际结构的差异以及高强混凝土考虑到试件与实际结构的差异以及高强混凝土的脆性特征，对轴心抗压强度和轴心抗拉强度，还采用了以下的脆性特征，对轴心抗压强度和轴心抗拉强度，还采用了以下两个两个折减系数折减系数：：⑴⑴结构中混凝土强度与混凝土试件强度的比值，结构中混凝土强度与混凝土试件强度的比值，取取0.88；；⑵⑵脆性折减系数，对脆性折减系数，对C40取取1.0，对，对C80取取0.87，中间按，中间按线性规律变化线性规律变化第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土[例例] fcu=30MPa, d d =0.12, fcu,m=fcu/(1-1.645d d) fc,m=0.76fcu,m fc,k=fc,m(1-1.645d d)×0.88×1.0 =0.76fcu×0.88 ×1.0 =20.06MPa第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土二、混凝土破坏机理二、混凝土破坏机理fc < fcu ?不涂润滑剂涂润滑剂<≈02468102030s(MPa)e ×10-3第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土BACEDA点以前点以前，微裂缝没有，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点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通的提高而增加，对普通强度混凝土强度混凝土s sA约为约为 (0.3~0.4)fc ，，对高强对高强混凝土混凝土s sA可达可达(0.5~0.7)fcA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s sB约为约为0.8fc，，高强强度混高强强度混凝土凝土s sB可达可达0.95fc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 e e 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e e = (2~3) e e 0，，应力应力s s = (0.4~0.6) fc。

第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土三、混凝土的变形三、混凝土的变形1、单轴（单调）受压应力、单轴（单调）受压应力-应变关系应变关系Stress- strain Relationship 混凝土单轴受力时的应力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应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学特征的重要力学特征 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混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试件来应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定 在普通试验机上采用在普通试验机上采用等应力速度等应力速度加载，达到轴心抗压加载，达到轴心抗压强度强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应时，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，只能测得应力变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲应变曲线的线的上升段上升段。

采用采用等应变速度等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一加载，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，可以测得应力同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力-应变应变曲线的曲线的下降段下降段第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土试验录像试验录像第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土强度等级越高，线弹性段强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增越长，峰值应变也有所增大但高强混凝土中，砂大但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降破坏时脆性越显著，下降段越陡第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土反映混凝土全部受压力学性能，反映混凝土全部受压力学性能，可采用混凝土应力可采用混凝土应力-应变全曲线应变全曲线的形式若采用无量纲坐标若采用无量纲坐标x=e e/e e0，，y=s s/fc，，则混凝土应力则混凝土应力-应变全曲线的应变全曲线的几何特征必须满足几何特征必须满足① x=0，y=0，0ddEExyc=② 0≤x ≤1，0dd22£xy③ x=1，0dd=xy，y=1④ 拐点D，22ddxyxd=0，xd≥1⑤ 曲率最大点E，33ddxyxe=0，xe> xd⑥ 当x→∞时，y→0，0dd=xy⑦ x≥0，0≤y ≤1第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土◆◆根据以上条件，过镇海提出的应力根据以上条件，过镇海提出的应力-应变全曲线表达式应变全曲线表达式a=Ec/E0，，Ec为初始弹性模量；为初始弹性模量；E0为峰值点时的割线模量，为峰值点时的割线模量，为满足条件为满足条件①①和和②②，一般，一般应有应有1.5≤a≤3；；a ac 为下降段为下降段参数参数第一章 钢筋和混凝土的材料性能◆◆《《规范规范》》应力应力-应变关系应变关系上升段：下降段：1.2 混凝土第一章 钢筋和混凝土的材料性能2 2、混凝土的弹性模量、混凝土的弹性模量 Elastic Modulus原点切线模量原点切线模量Elastic Modulus割线模量割线模量Secant Modulus切线模量切线模量Tangent Modulus弹性系数弹性系数n n (coefficient of elasticity) 随应力增大而随应力增大而减小减小n n =1~0.51.2 混凝土第一章 钢筋和混凝土的材料性能◆◆弹性模量测定方法1.2 混凝土第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土4 4、混凝土受拉应力、混凝土受拉应力- -应变关系应变关系第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土四、复杂应力下混凝土的受力性能◆◆双轴应力状态双轴应力状态 Biaxial Stress State实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。

更多的是处于实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态更多的是处于双双向向或或三向三向受力状态如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压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、核电站安全壳等弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等双向受压强度大于单向受双向受压强度大于单向受压强度，最大受压强度发压强度，最大受压强度发生在两个压应力之比为生在两个压应力之比为0.3 ~0.6之间，约为之间，约为(1.25~1.60 )fc双轴受双轴受压状态下混凝土的应力压状态下混凝土的应力-应变关系与单轴受压曲线应变关系与单轴受压曲线相似，但峰值应变均超过相似，但峰值应变均超过单轴受压时的峰值应变单轴受压时的峰值应变第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土在一轴受压一轴受拉状态在一轴受压一轴受拉状态下，任意应力比情况下均下，任意应力比情况下均不超过其相应单轴强度不超过其相应单轴强度并且抗压强度或抗拉强度并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小应力的增加而减小四、复杂应力下混凝土的受力性能◆◆双轴应力状态双轴应力状态 Biaxial Stress State实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。

更多的是处于实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态更多的是处于双双向向或或三向三向受力状态如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压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、核电站安全壳等弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土在一轴受压一轴受拉状态在一轴受压一轴受拉状态下，任意应力比情况下均下，任意应力比情况下均不超过其相应单轴强度不超过其相应单轴强度并且抗压强度或抗拉强度并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小应力的增加而减小四、复杂应力下混凝土的受力性能◆◆双轴应力状态双轴应力状态 Biaxial Stress State实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态更多的是处于实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态更多的是处于双双向向或或三向三向受力状态如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压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、核电站安全壳等弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等试验录像试验录像第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土构件受剪或受扭时常遇到剪应力构件受剪或受扭时常遇到剪应力t t 和正应力和正应力s s 共同作用下的复共同作用下的复合受力情况。

合受力情况混凝土的抗剪强度：随混凝土的抗剪强度：随拉拉应力增大而减小应力增大而减小 随随压压应力增大而增大应力增大而增大当压应力在当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大，左右时，抗剪强度达到最大，压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小力的增大而减小第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土◆◆三轴应力状态三轴应力状态 Triaxial Stress State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采用圆柱体在等侧压条件进行◆◆局部抗压强度局部抗压强度 Local Bearing Strength第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土五、混凝土的收缩和徐变五、混凝土的收缩和徐变Shrinkage and Creep1、、混凝土的收缩混凝土的收缩 Shrinkage 混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土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。

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是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形 当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时束时，，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂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混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失 某些某些对跨度比较敏感的超静定结构对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构（如拱结构），），收缩也收缩也会引起不利的内力会引起不利的内力墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土混凝土的收缩是随时间而增长的变形，混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成，一个月可完成50%，以后，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上变形发展逐渐减慢，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 混凝土开裂应变为混凝土开裂应变为(0.5~2.7)×10-4第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土◆◆◆◆ 影响因素影响因素 混混凝凝土土的的收收缩缩受受结结构构周周围围的的温温度度、、湿湿度度、、构构件件断断面面形形状状及及尺尺寸寸、、配配合合比比、、骨骨料料性性质质、、水水泥泥性性质质、、混混凝凝土土浇浇筑筑质质量量及及养养护条件等许多因素有关。

护条件等许多因素有关 水泥用量多、水灰比越大，收缩越大水泥用量多、水灰比越大，收缩越大 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 干燥失水及高温环境，收缩大干燥失水及高温环境，收缩大 小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小 高强混凝土收缩大高强混凝土收缩大 影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难 在在实实际际工工程程中中，，要要采采取取一一定定措措施施减减小小收收缩缩应应力力的的不不利利影影响响——施工缝第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土2、混凝土的徐变 Creep 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象称为徐变 徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力损徐变会使结构（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，甚至会导致破坏失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏 不过，徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结不过，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。

应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现 与混凝土的收缩一样，徐变也与时间有关因此，在测定与混凝土的收缩一样，徐变也与时间有关因此，在测定混凝土的徐变时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样混凝土的徐变时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形对比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土在应力（在应力（≤0.5fc））作用瞬间，首先产生瞬时作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变弹性应变e eel（（= s si/Ec(t0)，，t0加荷时的龄期）加荷时的龄期）随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增长较个月徐变增长较快，快，6个月可达最终徐变的（个月可达最终徐变的（70~80））%，以后增长逐渐缓慢，，以后增长逐渐缓慢，2~3年后趋于稳定年后趋于稳定第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土记记(t- -t0)时时间间后后的的总总应应变变为为e e c(t, ,t0)，，此此时时混混凝凝土土的的收收缩缩应应变变为为e esh(t，，t0)，，则徐变为，则徐变为，e ecr (t, ,t0) = e ec(t, ,t0)- - e e c(t0)- - e esh(t, ,t0)= e ec(t, ,t0)- - e eel- - e esh(t, ,t0)第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土如在时间如在时间t 卸载，则会产生卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变瞬时弹性恢复应变e eel'。

由于混凝土由于混凝土弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变e eel'小于加载时的瞬时弹小于加载时的瞬时弹性应变性应变 e eel再经过一段时间后，还有一部分应变再经过一段时间后，还有一部分应变e eel''可以恢复，可以恢复，称为称为弹性后效弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变e ecr'第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土◆◆徐变系数徐变系数j (t，t0) Creep Coefficient当初始应力小于当初始应力小于0.5fc时，徐变在时，徐变在2年以后可趋于稳定，最终的年以后可趋于稳定，最终的徐变系数徐变系数j j =2~4◆◆影响因素影响因素内在因素内在因素是混凝土的组成和配比骨料是混凝土的组成和配比骨料(aggregate)的刚度（弹的刚度（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环境影响包括养护和使用条件受荷前养护包括养护和使用条件受荷前养护(curing)的温湿度的温湿度越高，水泥水化作用月充分，徐变就越小。

采用蒸汽养护可使越高，水泥水化作用月充分，徐变就越小采用蒸汽养护可使徐变减少（徐变减少（20~35））%受荷后构件所处的环境温度越高，相对受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大湿度越小，徐变就越大第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土应力条件应力条件是指初应力是指初应力(initial stress)水平水平s si /fc和加荷时混凝土和加荷时混凝土的龄期的龄期t0，，它们影响徐变的非常主要的因素当初始应力水平它们影响徐变的非常主要的因素当初始应力水平s si /fc ≤ 0.5时，徐变值与初应力基本上成正比，也即（最终）时，徐变值与初应力基本上成正比，也即（最终）徐变徐变系数系数j j =e ecr /e eel =Ece ecr /s si =常数常数，这种徐变称为，这种徐变称为线性徐变线性徐变 当初应力当初应力s si 在在(0.5~0.8) fc 范围时，徐变最终虽仍收敛，但最范围时，徐变最终虽仍收敛，但最终徐变与初应力终徐变与初应力s si不成比例，也即徐变系数不成比例，也即徐变系数j j 随随s si的增大而增大，的增大而增大，这种徐变称为这种徐变称为非线性徐变非线性徐变。

当初应力当初应力s si >0.8fc 时，混凝土内部微时，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致混凝土的破坏因此将0.8fc作为混凝土的作为混凝土的长期抗压强度长期抗压强度 高强混凝土高强混凝土的密实性好，在相同的的密实性好，在相同的s s /fc比值下，徐变比普通比值下，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达0.65fc，，长期强度约为长期强度约为0.85fc，，也比普通混凝土大一些也比普通混凝土大一些第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土1.2.3 混凝土的选用混凝土的选用建筑工程钢筋混凝土构件：建筑工程钢筋混凝土构件：普通钢筋混凝土不低于普通钢筋混凝土不低于C15；；HRB335（（II级）钢筋以上，混凝土不低于级）钢筋以上，混凝土不低于C20；；HRB400（（IV级）以上钢筋，混凝土不低于级）以上钢筋，混凝土不低于C40；；预应力混凝土不低于预应力混凝土不低于C30；；钢绞线、钢丝、热处理钢筋预应力混凝土不低于钢绞线、钢丝、热处理钢筋预应力混凝土不低于C40。

公路桥涵工程钢筋混凝土构件：公路桥涵工程钢筋混凝土构件：钢筋混凝土构件不低于钢筋混凝土构件不低于C25；；预应力混凝土构件不低于预应力混凝土构件不低于C40；；严寒地区、海水环境混凝土不低于严寒地区、海水环境混凝土不低于C30；；具有腐蚀的环境混凝土不低于具有腐蚀的环境混凝土不低于C35第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结粘结力的定义粘结力的定义当钢筋和混凝土产生相对位移时，钢筋和混凝土之间将产生沿钢当钢筋和混凝土产生相对位移时，钢筋和混凝土之间将产生沿钢筋轴线方向的相互作用筋轴线方向的相互作用粘结力的作用粘结力的作用减少混凝土裂缝宽度减少混凝土裂缝宽度第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土钢筋混凝土轴心受拉构件裂缝出现前的应力分布钢筋混凝土轴心受拉构件裂缝出现前的应力分布第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土裂缝出现前裂缝出现前开裂以后开裂以后钢筋混凝土梁中钢筋混凝土梁中σs, σσc c 和和τ的分布的分布钢筋在支座中的锚固长度钢筋在支座中的锚固长度第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结粘结力的组成粘结力的组成1 化学胶结力化学胶结力2 摩擦力摩擦力3 机械咬合力机械咬合力4 锚固力锚固力第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土钢筋粘结力的主要组成钢筋粘结力的主要组成光面钢筋与混凝土之间的粘结力主要由化学胶结力和摩擦力；光面钢筋与混凝土之间的粘结力主要由化学胶结力和摩擦力；变形钢筋与混凝土之间的粘结力主要由机械咬合力组成变形钢筋与混凝土之间的粘结力主要由机械咬合力组成影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素1 混凝土强度（劈裂抗拉强度）混凝土强度（劈裂抗拉强度）2 混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度3 横向钢筋的影响横向钢筋的影响。