混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能(簡(jiǎn)環(huán))

第2章

混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1混凝土的物理力學(xué)性能2.2鋼筋的物理力學(xué)性能2.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)第2章2.1混凝土的物理力學(xué)性能2.1.2單軸應(yīng)力狀態(tài)下的砼強(qiáng)度單軸強(qiáng)度是基礎(chǔ)混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強(qiáng)度?？箟簭?qiáng)度是混凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標(biāo)。是復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下強(qiáng)度的基礎(chǔ)和重要參數(shù)。影響強(qiáng)度的因素水泥強(qiáng)度等級(jí)，水灰比，骨料性質(zhì)，級(jí)配；成型方法，硬化環(huán)境，養(yǎng)護(hù)齡期；試件大小、形狀試驗(yàn)方法、加載速率。2.1.2單軸應(yīng)力狀態(tài)下的砼強(qiáng)度1單軸抗壓強(qiáng)度1）立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu,k定義邊長(zhǎng)為150mm的立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件（溫度為20±3℃，濕度≥90%）下養(yǎng)護(hù)28d，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（加載速度0.3~0.5MPa/s，兩端不涂潤(rùn)滑劑）測(cè)得的抗壓強(qiáng)度（MPa）。強(qiáng)度等級(jí)具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度，符號(hào)C。根據(jù)強(qiáng)度范圍，從C15~C80共劃分為14個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，級(jí)差為5MPa。第2章2.1混凝土的物理力學(xué)性能2.1.2單軸應(yīng)力狀態(tài)下的砼強(qiáng)度1單軸抗壓強(qiáng)度1）立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu,k影響強(qiáng)度等級(jí)的因素試驗(yàn)方法（接觸面摩擦）加載速度速度越快，強(qiáng)度越高齡期隨齡期逐漸增長(zhǎng)第2章2.1混凝土的物理力學(xué)性能2.1.2單軸應(yīng)力狀態(tài)下的砼強(qiáng)度1單軸抗壓強(qiáng)度2）軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck按標(biāo)準(zhǔn)方法制作的150×l50×300mm的棱柱體試件，在溫度為20±3℃和相對(duì)濕度為90％以上的條件下養(yǎng)護(hù)28d，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的具有95％保證率的抗壓強(qiáng)度（MPa）。對(duì)于同一混凝土，棱柱體抗壓強(qiáng)度恒小于立方體抗壓強(qiáng)度。第2章2.1混凝土的物理力學(xué)性能2.1.2單軸應(yīng)力狀態(tài)下的砼強(qiáng)度2軸心抗拉強(qiáng)度混凝土軸心抗拉強(qiáng)度約為立方體抗壓強(qiáng)度的1/17~1/8；在荷載較小時(shí)，混凝土即開裂，所以混凝土結(jié)構(gòu)一般帶裂縫工作，混凝土軸心抗拉強(qiáng)度不起決定作用。第2章2.1混凝土的物理力學(xué)性能2.1.2單軸應(yīng)力狀態(tài)下的砼強(qiáng)度2軸心抗拉強(qiáng)度直接軸心受拉的試驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定試驗(yàn)比較困難。采用圓柱體或立方體的劈裂試驗(yàn)來(lái)間接測(cè)試砼的軸心抗拉強(qiáng)度。第2章2.1混凝土的物理力學(xué)性能FdF拉壓壓2.1.3復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的砼強(qiáng)度1雙軸應(yīng)力狀態(tài)第2章2.1混凝土的物理力學(xué)性能最大受壓強(qiáng)度發(fā)生在兩個(gè)壓應(yīng)力之比為0.3~0.6之間，約1.25~1.60fc。雙向受壓強(qiáng)度大于單向受壓強(qiáng)度雙軸受壓狀態(tài)下混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與單軸受壓曲線相似，但峰值應(yīng)變均超過(guò)單軸受壓時(shí)的峰值應(yīng)變。2.1.3復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的砼強(qiáng)度1雙軸應(yīng)力狀態(tài)第2章2.1混凝土的物理力學(xué)性能在一軸受壓一軸受拉狀態(tài)下，任意應(yīng)力比情況下均不超過(guò)其相應(yīng)單軸強(qiáng)度。并且抗壓強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度均隨另一方向拉應(yīng)力或壓應(yīng)力的增加而減小。2.1.3復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的砼強(qiáng)度砼平面應(yīng)力狀態(tài)的特點(diǎn)平面應(yīng)力狀態(tài)下，當(dāng)兩方向應(yīng)力均為壓應(yīng)力時(shí)，抗壓強(qiáng)度相互提高，最大可增加27％，而當(dāng)一方向?yàn)閴簯?yīng)力，另一方向?yàn)槔瓚?yīng)力時(shí)，強(qiáng)度相互降低。當(dāng)壓應(yīng)力不太高時(shí)，可提高砼的抗剪強(qiáng)度。拉應(yīng)力的存在會(huì)降低砼的抗剪強(qiáng)度。剪應(yīng)力的存在降低砼的抗壓和抗拉強(qiáng)度。實(shí)際結(jié)構(gòu)中，混凝土很少處于單向受力狀態(tài)。更多的是處于雙向或三向受力狀態(tài)。第2章2.1混凝土的物理力學(xué)性能2.1.3復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的砼強(qiáng)度3三軸應(yīng)力狀態(tài)三軸應(yīng)力狀態(tài)有多種組合，實(shí)際工程遇到較多的螺旋箍筋柱和鋼管混凝土柱中的砼為三向受壓狀態(tài)。三向受壓狀態(tài)下的砼抗壓強(qiáng)度大于雙向和單向。第2章2.1混凝土的物理力學(xué)性能2.1.4混凝土的變形混凝土的變形分為兩類混凝土的受力變形一次短期加載；荷載長(zhǎng)期作用；多次重復(fù)荷載混凝土的非受力變形溫差變形；濕差變形；收縮變形第2章2.1混凝土的物理力學(xué)性能1.一次短期加載下砼的變形性能（1）單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第2章02468102030s(MPa)ε×10-3BACEDA點(diǎn)以前，微裂縫無(wú)明顯發(fā)展，混凝土的變形主要彈性變形，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似直線。A點(diǎn)應(yīng)力隨砼強(qiáng)度的提高而增加，普通砼sA≈0.3~0.4fc，高強(qiáng)砼sA≈0.5~0.7fc。2.1.4混凝土的變形1.一次短期加載下砼的變形性能（1）單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第2章02468102030s(MPa)ε×10-3BACEDA點(diǎn)以后，由于微裂縫處的應(yīng)力集中，裂縫開始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生部分塑性變形，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)開始加快，應(yīng)力-應(yīng)變曲線逐漸偏離直線。微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致混凝土的橫向變形增加。但該階段微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的。2.1.4混凝土的變形1.一次短期加載下砼的變形性能（1）單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第2章02468102030s(MPa)ε×10-3BACED達(dá)到B點(diǎn)，內(nèi)部一些微裂縫相互連通，裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，橫向變形突然增大，體積應(yīng)變開始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，裂縫持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。取B點(diǎn)的應(yīng)力作為砼的長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度。普通砼sB≈0.8fc，高強(qiáng)砼sB可達(dá)0.95fc以上。2.1.4混凝土的變形1.一次短期加載下砼的變形性能（1）單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第2章02468102030s(MPa)ε×10-3BACEDB點(diǎn)以后，內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度明顯加快，裂縫快速發(fā)展直至C點(diǎn)，此處的峰值應(yīng)力smax即作為fc，相應(yīng)的應(yīng)變值稱為峰值應(yīng)變e0，約為0.0015~0.0025，通常取0.002。2.1.4混凝土的變形1.一次短期加載下砼的變形性能（1）單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第2章02468102030s(MPa)ε×10-3BACED縱向應(yīng)變發(fā)展達(dá)到D點(diǎn)，內(nèi)部裂縫在試件表面出現(xiàn)第一條可見平行于受力方向的縱向裂縫。2.1.4混凝土的變形1.一次短期加載下砼的變形性能（1）單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第2章02468102030s(MPa)ε×10-3BACED隨應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)，試件上相繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向裂縫，橫向變形急劇發(fā)展，承載力明顯下降,混凝土骨料與砂漿的粘結(jié)不斷遭到破，裂縫連通形成斜向破壞面。E點(diǎn)應(yīng)變e=2~3e0，E點(diǎn)應(yīng)力s=0.4~0.6

fc。2.1.4混凝土的變形1.一次短期加載下砼的變形性能（3）三軸受壓下砼的變形性能橫向受到約束時(shí)，抗壓強(qiáng)度和延性均可提高工程應(yīng)用：約束混凝土鋼管砼密配螺旋箍筋混凝土的材料性質(zhì)復(fù)雜多變，其多軸強(qiáng)度和變形又隨三軸應(yīng)力狀態(tài)的不同而有很大差異。至今還沒有，以后也難以找到一種準(zhǔn)確的理論方法，可以從混凝土原材料的性質(zhì)、組成和制備工藝等原始條件推算其多軸力學(xué)性能。第2章2.1.4混凝土的變形1.一次短期加載下砼的變形性能（4）混凝土的變形模量混凝土彈性模量值Ec取值一般取為相當(dāng)于結(jié)構(gòu)使用階段的工作應(yīng)力s=(0.4～0.5)fc時(shí)的割線模量值。（kN/mm2）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002：砼彈性模量按下式第2章2.1.4混凝土的變形kcc0cecp0h第2章2.荷載長(zhǎng)期作用下砼的變形性能混凝土長(zhǎng)期變形性能——徐變混凝土在荷載的長(zhǎng)期作用下，其變形隨時(shí)間而不斷增長(zhǎng)的現(xiàn)象稱為徐變?；炷恋男熳兲匦灾饕c時(shí)間參數(shù)有關(guān)。2.1.4混凝土的變形161284369121518212427?Acecr徐變ce彈性變形ch收縮ceaeerBCD(10–4)t(月)0第2章2.荷載長(zhǎng)期作用下砼的變形性能混凝土的徐變曲線前4個(gè)月徐變?cè)鲩L(zhǎng)較快，6個(gè)月可達(dá)最終徐變的70~80%，以后增長(zhǎng)逐漸緩慢，2~3年后趨于穩(wěn)定。2.1.4混凝土的變形161284369121518212427?Acecr徐變ce彈性變形ch收縮ceaeerBCD(10–4)t(月)0第2章2.荷載長(zhǎng)期作用下砼的變形性能混凝土的徐變曲線經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，還有一部分應(yīng)變e’’ce

可以恢復(fù)，稱為彈性后效或徐變恢復(fù)，但仍有不可恢復(fù)的殘留永久應(yīng)變eer。2.1.4混凝土的變形161284369121518212427?Acecr徐變ce彈性變形ch收縮ceaeerBCD(10–4)t(月)0第2章4.混凝土的收縮定義混凝土在空氣中硬化時(shí)體積會(huì)縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形。2.1.4混凝土的變形蒸汽養(yǎng)護(hù)常溫養(yǎng)護(hù)051015200.10.20.30.4收縮(10–3)時(shí)間(月)第2章4.混凝土的收縮影響混凝土收縮的因素與結(jié)構(gòu)周圍的溫度、濕度、構(gòu)件斷面形狀及尺寸、配合比、骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)條件等許多因素有關(guān)。1.水泥的品種水泥強(qiáng)度等級(jí)越高，制成的混凝土收縮越大。2.水泥的用量水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。3骨料的性質(zhì)骨料彈性模量高、級(jí)配好，收縮就小。2.1.4混凝土的變形第2章4.混凝土的收縮影響混凝土收縮的因素與結(jié)構(gòu)周圍的溫度、濕度、構(gòu)件斷面形狀及尺寸、配合比、骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)條件等許多因素有關(guān)。4.養(yǎng)護(hù)條件干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大。5.混凝土制作方法混凝土越密實(shí)，收縮越小。6.使用環(huán)境使用環(huán)境溫度、濕度越大，收縮越小。7.構(gòu)件的體積與表面積比值比值大時(shí)，收縮小。2.1.4混凝土的變形2.2.1鋼筋的品種和級(jí)別熱軋鋼筋種類HPB235級(jí)、HRB335級(jí)、HRB400級(jí)、RRB400級(jí)屈服強(qiáng)度f(wàn)yk（標(biāo)準(zhǔn)值，保證率95%）HPB235級(jí)：fyk=235N/mm2；d5=25%HRB335級(jí)：fyk=335N/mm2；d5=16%HRB400級(jí)：fyk=400N/mm2；d5=14%RRB400級(jí)：fyk=400N/mm2；d5=10%第2章2.2鋼筋的物理力學(xué)性能2.2.1鋼筋的品種和級(jí)別熱軋鋼筋用途HPB235級(jí)（Ⅰ級(jí)）鋼筋多為光面鋼筋，多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋。HRB335級(jí)（Ⅱ級(jí)）

級(jí)和HRB400級(jí)（Ⅲ級(jí)）：鋼筋強(qiáng)度較高，多作為鋼筋混凝土構(gòu)件的受力鋼筋，尺寸較大的構(gòu)件，也有用Ⅱ級(jí)鋼筋作箍筋以增強(qiáng)與混凝土的粘結(jié)，外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋。RRB400級(jí)（Ⅳ級(jí)）一般冷拉后作預(yù)應(yīng)力筋。第2章2.2鋼筋的物理力學(xué)性能極限強(qiáng)度f(wàn)yftboa－彈性階段sa－比例極限fy－屈服強(qiáng)度f(wàn)t－極限強(qiáng)度cd－強(qiáng)化階段de－頸縮階段bc－流幅階段2.2.2鋼筋的鋼筋的強(qiáng)度與變形鋼筋的s－e

曲線有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋第2章2.2鋼筋的物理力學(xué)性能acde屈服強(qiáng)度比例極限sa流幅eo(N/mm2)fy－屈服強(qiáng)度f(wàn)t－極限強(qiáng)度2.2.2鋼筋的鋼筋的強(qiáng)度與變形鋼筋的s－e

曲線無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼筋第2章2.2鋼筋的物理力學(xué)性能s0.2－條件屈服強(qiáng)度f(wàn)yft0.2%條件屈服強(qiáng)度eos(N/mm2)2.2.5混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求1強(qiáng)度要求鋼筋有足夠的強(qiáng)度和適宜的強(qiáng)屈比(極限強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度的比值)。例如，對(duì)抗震等級(jí)為一、二級(jí)的框架結(jié)構(gòu)，其縱向受力鋼筋的實(shí)際強(qiáng)屈比不應(yīng)小于1.25。2塑性要求鋼筋應(yīng)有足夠的變形能力。3可焊性要求鋼筋焊接后不產(chǎn)生裂縫和過(guò)大的變形，焊接接頭性能良好。4與混凝土的粘結(jié)力：要求鋼筋與混凝土之間有足夠的粘結(jié)力，以保證兩者共同工作。第2章2.2鋼筋的物理力學(xué)性能2.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)產(chǎn)生鋼筋和混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的主要原因混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力；混凝土顆料的化學(xué)作用產(chǎn)生的混凝土與鋼筋之間的膠合力；鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的局部粘結(jié)應(yīng)力。第2章2.3.2粘結(jié)力的組成光圓鋼筋與混凝土粘結(jié)作用1鋼筋與混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用力（膠結(jié)力）。一般很小，僅在受