混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能第1頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土的物理力學(xué)性能2.1

混凝土的物理力學(xué)性能2.1.1混凝土的組成結(jié)構(gòu)通常分為三種類(lèi)型：Ａ.微觀結(jié)構(gòu)：也即水泥石結(jié)構(gòu)，包括水泥凝膠、晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成。Ｂ.亞微觀結(jié)構(gòu)：即混凝土中的水泥砂漿結(jié)構(gòu)。Ｃ.宏觀結(jié)構(gòu)：即砂漿和粗骨料兩系結(jié)構(gòu)。注意：1.骨料的分布及骨料與基相之間在界面的結(jié)合強(qiáng)度是影響混凝土強(qiáng)度的重要因素；2.在荷載的作用下，微裂縫的擴(kuò)展對(duì)混凝土的力學(xué)性能有著極為重要的影響。第2頁(yè)/共69頁(yè)影響混凝土強(qiáng)度的因素水泥強(qiáng)度等級(jí)水灰比骨料性質(zhì)配合比制作方法硬化條件齡期第3頁(yè)/共69頁(yè)混凝土的強(qiáng)度單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度棱柱體軸心抗壓強(qiáng)度軸心抗拉強(qiáng)度復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度雙向受力強(qiáng)度三向受壓強(qiáng)度

第4頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土2.1.2單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度

2.1混凝土的物理力學(xué)性能（1）單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度1）立方體抗壓強(qiáng)度：邊長(zhǎng)為150mm的混凝土立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下（溫度為20±3℃，濕度≥90%）養(yǎng)護(hù)28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（勻速加載0.3～0.8N/mm2/s，兩端不涂潤(rùn)滑劑）測(cè)得的試驗(yàn)結(jié)果具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度，用符號(hào)fcu,k表示。使用意義：評(píng)定混凝土強(qiáng)度等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度等級(jí)劃分：《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，從C15～C80共劃分為14個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，級(jí)差為5N/mm2。第5頁(yè)/共69頁(yè)2）軸心抗壓強(qiáng)度150×l50×300mm的棱柱體試件，試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方法同立方體試件，測(cè)得具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度為軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，用符號(hào)fck表示。對(duì)于同一混凝土，棱柱體抗壓強(qiáng)度小于立方體抗壓強(qiáng)度，但基本能反映構(gòu)件的實(shí)際抗壓能力。

考慮到實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、養(yǎng)護(hù)和受力情況，實(shí)際構(gòu)件強(qiáng)度與試件強(qiáng)度之間存在差異，《規(guī)范》基于安全取偏低值，規(guī)定軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的換算關(guān)系式為：2.1混凝土的物理力學(xué)性能第6頁(yè)/共69頁(yè)式中：

α１為棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比，對(duì)不大于C50級(jí)的混凝土取0.76，對(duì)C80取0.82，其間按線(xiàn)性插值。α2為高強(qiáng)混凝土的脆性折減系數(shù)，對(duì)C40取1.0，對(duì)C80取0.87，其間線(xiàn)性?xún)?nèi)插。0.88為考慮實(shí)際構(gòu)件與試件混凝土強(qiáng)度之間的差異而取用的折減系數(shù)。

使用意義：設(shè)計(jì)計(jì)算混凝土構(gòu)件的受彎、受壓承載力時(shí)采用。2.1混凝土的物理力學(xué)性能第7頁(yè)/共69頁(yè)3）軸心抗拉強(qiáng)度混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度可以采用直接軸心受拉的試驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定，但由于試驗(yàn)比較困難，目前國(guó)內(nèi)外主要采用圓柱體或立方體的劈裂試驗(yàn)來(lái)間接測(cè)試混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度。2.1混凝土的物理力學(xué)性能劈拉試驗(yàn)FaF拉壓壓第8頁(yè)/共69頁(yè)兩種試驗(yàn)方法直接測(cè)試法——軸心拉拔試驗(yàn)：100×l00×500mm棱柱體試件間接試驗(yàn)法——劈裂試驗(yàn)：邊長(zhǎng)150mm立方體試件軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值用符號(hào)ftk表示

使用意義：用于分析混凝土構(gòu)件的開(kāi)裂、裂縫寬度、變形及計(jì)算混凝土構(gòu)件的受沖切、受扭、受剪等承載力。第9頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土的物理力學(xué)性能《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的換算關(guān)系為：混凝土軸心抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系第10頁(yè)/共69頁(yè)

混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件通常受到軸力、彎矩、剪力和扭矩的不同組合作用，混凝土很少處于理想的單向受力狀態(tài)，而更多的是處于雙向或三向受力狀態(tài)，因此分析混凝土在復(fù)合應(yīng)力作用下的強(qiáng)度就很有必要。由于混凝土的特點(diǎn)，在復(fù)合應(yīng)力作用下的強(qiáng)度至今尚未建立起完善的強(qiáng)度理論，目前仍只有借助有限的試驗(yàn)資料，推薦一些近似方法作為計(jì)算的依據(jù)。

（2）復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度第11頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能1）混凝土的雙向（法向）受力強(qiáng)度

第一象限：雙拉第三象限：雙壓第二、四象限：拉壓結(jié)論：

雙拉強(qiáng)度接近于單拉強(qiáng)度；

雙壓強(qiáng)度比單壓強(qiáng)度有很大提高（最多可提高27％）；雙向拉壓異號(hào)應(yīng)力使強(qiáng)度降低。2.1混凝土的物理力學(xué)性能第12頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2）混凝土在剪應(yīng)力和正應(yīng)力共同作用下的復(fù)合強(qiáng)度混凝土的抗剪強(qiáng)度：隨拉應(yīng)力增大而減小，隨壓應(yīng)力增大而增大；當(dāng)壓應(yīng)力在0.6fc左右時(shí)，抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大；壓應(yīng)力繼續(xù)增大，由于內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強(qiáng)度將隨壓應(yīng)力增大而減小結(jié)論：剪＋壓強(qiáng)度低于單壓強(qiáng)度剪應(yīng)力使抗拉強(qiáng)度降低2.1混凝土的物理力學(xué)性能第13頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能3）混凝土的三向受壓強(qiáng)度三向受壓試驗(yàn)一般采用圓柱體在等側(cè)壓條件下進(jìn)行。2.1混凝土的物理力學(xué)性能

由試驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)公式為:

式中——被約束混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度

——非約束混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度

——側(cè)向約束壓應(yīng)力結(jié)論：三壓強(qiáng)度比單壓強(qiáng)度顯著提高！

《規(guī)范》規(guī)定最高取5倍應(yīng)用：鋼管混凝土柱、螺旋鋼箍柱等第14頁(yè)/共69頁(yè)2.1.4混凝土的變形分兩大類(lèi)：受力變形、非受力（體積）變形1、受力變形：分三種情況：

1）（一次、單調(diào)）短期加載：分三種情形：

a、單軸向受壓—模量

b、三向受壓

c、軸向受拉

2）長(zhǎng)期加載—徐變

3）重復(fù)荷載—疲勞2、非受力變形：分兩種情況:1)收縮與膨脹

2）溫度變形第15頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土1、單軸向受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系混凝土單軸受力時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系反映了混凝土受力全過(guò)程的重要力學(xué)特征,是分析混凝土構(gòu)件應(yīng)力、建立承載力和變形計(jì)算理論的必要依據(jù)，也是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行非線(xiàn)性分析的基礎(chǔ)。試驗(yàn)分析：采用棱柱體試件來(lái)測(cè)定。在普通試驗(yàn)機(jī)上采用等應(yīng)力速度加載，達(dá)到軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)c時(shí)，試驗(yàn)機(jī)中集聚的彈性應(yīng)變能大于試件所能吸收的應(yīng)變能，會(huì)導(dǎo)致試件產(chǎn)生突然脆性破壞，只能測(cè)得應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)的上升段。采用等應(yīng)變速度加載，或在試件旁附設(shè)高彈性元件與試件一同受壓，以吸收試驗(yàn)機(jī)內(nèi)集聚的應(yīng)變能，可以測(cè)得應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)的下降段。2.1混凝土的物理力學(xué)性能第16頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土2.1混凝土的物理力學(xué)性能第17頁(yè)/共69頁(yè)02468102030s(MPa)e×10-3第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土BACED2.1混凝土的物理力學(xué)性能第18頁(yè)/共69頁(yè)曲線(xiàn)特征分析：全曲線(xiàn)包括兩大段：上升段和下降段，以C點(diǎn)為分界點(diǎn)；每大段又各由三小段組成：

OA段—接近直線(xiàn)段AB段—微曲線(xiàn)段

BC段—曲線(xiàn)段CD段—曲線(xiàn)凹向應(yīng)變軸段

DE段—曲線(xiàn)凸向應(yīng)變軸段EF段—凸向至平行應(yīng)變軸全曲線(xiàn)有六個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

A點(diǎn)—比例極限點(diǎn)B點(diǎn)—臨界點(diǎn)C點(diǎn)—峰點(diǎn)

D點(diǎn)—拐點(diǎn)E點(diǎn)—收斂點(diǎn)F點(diǎn)—終點(diǎn)

第19頁(yè)/共69頁(yè)

A點(diǎn)以前，微裂縫沒(méi)有明顯發(fā)展，混凝土的變形主要是彈性變形，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似直線(xiàn)。A點(diǎn)應(yīng)力隨混凝土強(qiáng)度的提高而增加，對(duì)普通強(qiáng)度混凝土σA約為

(0.3～0.4)fc，對(duì)高強(qiáng)混凝土σA可達(dá)(0.5～0.7)fc。

A點(diǎn)以后，由于微裂縫處的應(yīng)力集中，裂縫開(kāi)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(kāi)始加快，應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)逐漸偏離直線(xiàn)。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)定擴(kuò)展的。第20頁(yè)/共69頁(yè)

達(dá)到B點(diǎn)，內(nèi)部一些微裂縫相互連通，裂縫發(fā)展是快速而不穩(wěn)定，橫向變形突然增大，體積應(yīng)變開(kāi)始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，裂縫會(huì)持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。取B點(diǎn)的應(yīng)力作為混凝土的長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度。普通強(qiáng)度混凝土σB約為0.8fc，高強(qiáng)度混凝土σB可達(dá)0.95fc以上。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。第21頁(yè)/共69頁(yè)達(dá)到C點(diǎn)時(shí)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。C點(diǎn)的應(yīng)力最大，該峰值應(yīng)力σmax即為混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度f(wàn)c，相應(yīng)C點(diǎn)的縱向應(yīng)變值稱(chēng)為峰值應(yīng)變e0，其值為0.0015～0.0025，通常取均值e0=0.002。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(jiàn)平行于受力方向的縱向主裂縫，曲線(xiàn)發(fā)生反向彎曲直到出現(xiàn)拐點(diǎn)D。從D點(diǎn)發(fā)展到E點(diǎn)，應(yīng)力下降變快，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)較快，曲線(xiàn)凸向應(yīng)變軸并逐漸凸向水平軸方向發(fā)展，曲率最大處為E點(diǎn)，此處eE=(2～3)e0，應(yīng)力σE=(0.4～0.6)fc。從E點(diǎn)到F點(diǎn)，主裂縫貫通很寬，內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全破壞，對(duì)無(wú)側(cè)向約束的混凝土，此段已失去結(jié)構(gòu)意義。第22頁(yè)/共69頁(yè)

混凝土破壞的根本原因：混凝土在結(jié)硬過(guò)程中，由于水泥石的收縮、骨料下沉以及溫度變化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂縫，成為混凝土中的薄弱部位。混凝土的最終破壞就是由于這些微裂縫的發(fā)展造成的。第23頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土不同強(qiáng)度混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)上升段：形狀和峰值應(yīng)變的變化不顯著，即強(qiáng)度等級(jí)越高，線(xiàn)彈性段越長(zhǎng)、峰點(diǎn)越高、峰值應(yīng)變有所增大。下降段：形狀有較大差異，強(qiáng)度越高，坡度越陡，即應(yīng)力下降相同幅度時(shí)變形越小、延性越差。這在高強(qiáng)混凝土中尤為明顯，因水泥石與骨料的粘結(jié)很強(qiáng)，密實(shí)性好，微裂縫很少，最后的破壞往往是骨料破壞，破壞時(shí)脆性越顯著，下降段越陡。2.1混凝土的物理力學(xué)性能第24頁(yè)/共69頁(yè)混凝土單軸向受壓應(yīng)力—應(yīng)變曲線(xiàn)的數(shù)學(xué)模型（本構(gòu)方程）

σ–ε曲線(xiàn)是混凝土構(gòu)件受力性能分析的依據(jù)，因此應(yīng)確定其數(shù)學(xué)模型。模型很多，國(guó)際上應(yīng)用較廣泛的有兩種：1）美國(guó)模型：上升段為二次拋物線(xiàn)，下降段為斜直線(xiàn)。2）德國(guó)模型：上升段為二次拋物線(xiàn)，下降段為水平直線(xiàn)。3）我國(guó)模型：上升段為多次拋物線(xiàn)，下降段為水平直線(xiàn)。第25頁(yè)/共69頁(yè)2.1混凝土第二章鋼筋和混凝土的材料性能◆美國(guó)E.Hognestad建議的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)2.1混凝土的物理力學(xué)性能第26頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能◆我國(guó)《規(guī)范》應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系上升段：下降段：2.1混凝土2.1混凝土的物理力學(xué)性能第27頁(yè)/共69頁(yè)混凝土的變形模量

應(yīng)用意義：用于計(jì)算混凝土構(gòu)件的截面應(yīng)力和變形、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)壓應(yīng)力及由于溫度變化、支座沉降產(chǎn)生的內(nèi)力?；炷潦軌害?ε曲線(xiàn)上,在不同的應(yīng)力階段，其應(yīng)力與應(yīng)變的比值是一個(gè)常數(shù)?；炷恋淖冃文Ａ坑腥N表示方法：1)彈性模量（原點(diǎn)模量）2)變形模量（割線(xiàn)模量、彈塑性模量）3)切線(xiàn)模量第28頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2、混凝土的變形模量彈性模量變形模量切線(xiàn)模量2.1混凝土2.1混凝土的物理力學(xué)性能第29頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能◆彈性模量測(cè)定方法2.1混凝土2.1混凝土的物理力學(xué)性能第30頁(yè)/共69頁(yè)三向受壓狀態(tài)下混凝土的變形（圖2-13）混凝土試件橫向受到約束時(shí)，可提高強(qiáng)度，也可提高延性。用圓柱體試件周?chē)┘雍愣ㄒ后w壓力，逐漸增加軸向壓力直至破壞，測(cè)其軸向應(yīng)變的變化。

結(jié)論：隨著側(cè)向壓力的增加，試件的強(qiáng)度和延性都顯著提高。工程應(yīng)用：配置密排螺旋筋或箍筋的鋼筋混凝土柱、鋼管混凝土柱，從側(cè)向約束了混凝土，使混凝土的受力及變形性能得到改善。第31頁(yè)/共69頁(yè)混凝土軸向受拉時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系（圖2-16）1）曲線(xiàn)形狀與受壓時(shí)相似，有上升段和下降段。2）原點(diǎn)切線(xiàn)斜率與受壓時(shí)基本一致。3）A點(diǎn)在（0.4～0.5）σmax時(shí)出現(xiàn)，B點(diǎn)在（0.76～0.83）σmax時(shí)出現(xiàn).4）fc越大，上升段越長(zhǎng)，峰點(diǎn)越高，但對(duì)應(yīng)的變形幾乎沒(méi)有增大；fc越大，下降段越陡峭，變形反而越小。5）σmax時(shí)ε0=0.000075～0.00015第32頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土2.1.5混凝土的收縮、膨脹和溫度變形1、混凝土的收縮

定義：混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)體積減小的現(xiàn)象。收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形。當(dāng)這種自發(fā)的變形受到外部（支座）或內(nèi)部（鋼筋）的約束時(shí)，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土的開(kāi)裂?；炷潦湛s會(huì)使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。

引起混凝土收縮的原因：

1）水泥凝膠體的體積凝結(jié)縮??；

2）混凝土失水干縮。收縮試驗(yàn)曲線(xiàn)：圖2-222.1混凝土的物理力學(xué)性能第33頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土◆影響因素

混凝土的收縮受結(jié)構(gòu)周?chē)臏囟?、濕度、?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）水泥用量：水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。3）骨料性質(zhì)：骨料彈性模量高、級(jí)配好，收縮就小。4）養(yǎng)護(hù)條件：干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大。5）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）形狀尺寸：構(gòu)件的體積與表面積比值大時(shí)，收縮小。2.1混凝土的物理力學(xué)性能第34頁(yè)/共69頁(yè)

影響因素多而復(fù)雜，準(zhǔn)確地計(jì)算收縮量十分困難，所以針對(duì)原因、因素采取一些技術(shù)措施來(lái)降低因收縮而引起的不利影響，如加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)、減小水灰比、減少水泥用量、加強(qiáng)振搗、在初凝時(shí)壓光構(gòu)件表面等。2、混凝土的膨脹

定義：混凝土在水中結(jié)硬時(shí)體積增大的現(xiàn)象?；炷恋呐蛎浿当仁湛s值小很多，而且膨脹往往是有利的，故一般不予考慮，以分析研究收縮為主。

第35頁(yè)/共69頁(yè)3、混凝土的溫度變形

當(dāng)溫度變化時(shí)，混凝土的體積同樣也有熱脹冷縮的性質(zhì)。當(dāng)溫度變形受到外界的約束而不能自由發(fā)生時(shí)，將在構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。對(duì)較長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，應(yīng)按規(guī)范規(guī)定設(shè)置溫度縫；對(duì)大體積混凝土，因內(nèi)部混凝土對(duì)試圖縮小體積的表面混凝土形成約束，就會(huì)在表面形成拉應(yīng)力若內(nèi)外變形差較大，會(huì)造成表層混凝土開(kāi)裂，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予考慮。第36頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土2.1.6混凝土的徐變

定義：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。徐變對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的工作性能有很大影響。由于混凝土的徐變，會(huì)使構(gòu)件的變形增加，在鋼筋混凝土截面中引起應(yīng)力重分布，在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中會(huì)造成預(yù)應(yīng)力的損失。

徐變曲線(xiàn)（ε-t曲線(xiàn)）：圖2-17，試件100×100×400㎜，混凝土的徐變特性主要與時(shí)間參數(shù)有關(guān)。徐變由五部分組成：

瞬時(shí)應(yīng)變?chǔ)舉la:加載應(yīng)力達(dá)到0.5fc作時(shí)，其加載瞬間產(chǎn)生的應(yīng)變，屬?gòu)椥詰?yīng)變。2.1混凝土的物理力學(xué)性能第37頁(yè)/共69頁(yè)徐變應(yīng)變?chǔ)與r:荷載保持不變，隨著時(shí)間的增加而增長(zhǎng)的應(yīng)變，前4個(gè)月增長(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，1年后趨于穩(wěn)定，3年左右基本終止，εcr≈（1～4）εela。瞬時(shí)恢復(fù)應(yīng)變?chǔ)拧鋏la:兩年后卸載，瞬時(shí)恢復(fù)的一部分應(yīng)變，ε′ela≤εela

。彈性后效ε′′ela:卸載后徐變繼續(xù)恢復(fù)的應(yīng)變，20天左右結(jié)束，ε′′ela

≈εcr／12。殘余應(yīng)變?chǔ)拧鋍r：不可恢復(fù)的大部分應(yīng)變。第38頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土

2.1混凝土的物理力學(xué)性能第39頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土◆影響因素內(nèi)在因素是混凝土的組成、配比及構(gòu)件的形狀、尺寸。骨料的剛度（彈性模量）越大，體積比越大，徐變就越小；水灰比越小，徐變也越??；水泥含量越大，徐變?cè)酱蟆－h(huán)境因素包括養(yǎng)護(hù)和使用條件。受荷前養(yǎng)護(hù)的溫濕度越高，水泥水化作用越充分，徐變就越小。采用蒸汽養(yǎng)護(hù)可使徐變減少（20~35）%。受荷后構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高，相對(duì)濕度越小，徐變就越大。受荷時(shí)齡期越長(zhǎng)，徐變?cè)叫　?yīng)力因素指加荷時(shí)的應(yīng)力及持荷時(shí)間。加荷時(shí)應(yīng)力越大、持荷時(shí)間越長(zhǎng)，徐變?cè)酱?。混凝土?gòu)件在使用期間，應(yīng)避免經(jīng)常處于不變的高應(yīng)力狀態(tài)。2.1混凝土的物理力學(xué)性能第40頁(yè)/共69頁(yè)引起混凝土徐變的主要原因

1)

具有粘性流動(dòng)性質(zhì)的水泥凝膠體，在荷載長(zhǎng)期作用下產(chǎn)生粘性流動(dòng)；

2）內(nèi)部微裂縫在荷載長(zhǎng)期作用下不斷發(fā)展和增加。徐變對(duì)混凝土的影響

1)

不利影響：引起混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形增大及導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力損失，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起結(jié)構(gòu)破壞；

2）有利影響：引起鋼筋混凝土截面中的應(yīng)力重發(fā)布，減小各種外界因素對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)的不利影響，降低附加應(yīng)力。第41頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土2.1.7混凝土在荷載重復(fù)作用下的變形--疲勞變形◆疲勞強(qiáng)度

混凝土的疲勞強(qiáng)度由疲勞試驗(yàn)測(cè)定。采用100mm×100mm×300mm或著150mm×150mm×450mm的棱柱體，把棱柱體試件承受200萬(wàn)次或其以上循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓應(yīng)力值稱(chēng)為混凝土的疲勞抗壓強(qiáng)度?！粲绊懸蛩厥┘雍奢d時(shí)的應(yīng)力大小是影響應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)不同的發(fā)展和變化的關(guān)鍵因素，即混凝土的疲勞強(qiáng)度與重復(fù)作用時(shí)應(yīng)力變化的幅度有關(guān)。在相同的重復(fù)次數(shù)下，疲勞強(qiáng)度隨著疲勞應(yīng)力比值的增大而增大。2.1混凝土的物理力學(xué)性能第42頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土混凝土在荷載重復(fù)作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系2.1混凝土的物理力學(xué)性能第43頁(yè)/共69頁(yè)結(jié)論

1）在荷載重復(fù)作用下，混凝土的強(qiáng)度和變形發(fā)生重要變化，即強(qiáng)度降低、變形增大；

2）引起疲勞破壞的主要原因是由于混凝土內(nèi)部的骨料與水泥凝膠體接觸處的微裂縫在荷載重復(fù)作用下不斷形成、發(fā)展和貫通，導(dǎo)致疲勞破壞；

3)疲勞破壞的特征：裂縫小而變形大，破壞是脆性的，無(wú)明顯預(yù)兆的；

4）混凝土的疲勞強(qiáng)度與重復(fù)作用時(shí)應(yīng)力變化的幅度有關(guān)。第44頁(yè)/共69頁(yè)2.1.8混凝土的選用原則為保證結(jié)構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟(jì)耐久，選擇混凝土?xí)r，要綜合考慮材料的力學(xué)性能、耐久性能、施工性能和經(jīng)濟(jì)性等方面的問(wèn)題，按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的要求進(jìn)行選用。1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：1）任何情況下不應(yīng)低于C15；2）采用HRB335級(jí)鋼筋時(shí)不宜低于C20；3）采用HRB400、RRB400級(jí)鋼筋及承受重復(fù)荷載時(shí)不得低于C20。2、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：1）任何情況下不應(yīng)低于C30；2）當(dāng)采用鋼絞線(xiàn)、鋼絲、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)不宜低于C40。3、當(dāng)采用山砂混凝土、高爐礦渣混凝土?xí)r，尚應(yīng)符合專(zhuān)門(mén)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。第45頁(yè)/共69頁(yè)規(guī)范用詞說(shuō)明為便于在執(zhí)行規(guī)范條文時(shí)區(qū)別對(duì)待，對(duì)要求嚴(yán)格程度不同的用詞說(shuō)明如下：1、表示很?chē)?yán)格，非這樣做不可的用詞：正面詞采用“必須”，反面詞采用“嚴(yán)禁”；2、表示嚴(yán)格，在正常情況下均應(yīng)這樣做的用詞：正面詞采用“應(yīng)”，反面詞采用“不應(yīng)”或“不得”；3、表示允許稍有選擇，在條件許可時(shí)首先應(yīng)這樣做的用詞：正面詞采用“宜”，反面詞采用“不宜”；表示有選擇，在一定條件下可以這樣做的，采用“可”。4、條文中指明必須按其他有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范執(zhí)行時(shí)，采用“應(yīng)按......執(zhí)行”或“應(yīng)符合......要求或者規(guī)定”。第46頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2鋼筋的物理力學(xué)性能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、中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線(xiàn)、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋第47頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2鋼筋的物理力學(xué)性能熱軋鋼筋的分類(lèi)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=鋼材廢品限值，保證率97.73%）

HPB235級(jí)（Ⅰ）：fyk=235N/mm2HRB335級(jí)（Ⅱ）：fyk=335N/mm2HRB400級(jí)（Ⅲ）：fyk=400N/mm2RRB400級(jí)（Ⅳ）：fyk=400N/mm2第48頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能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))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))鋼筋強(qiáng)度太高，不適宜作為鋼筋混凝土構(gòu)件中的配筋，一般冷拉后作預(yù)應(yīng)力筋。延伸率d5=25、16、14、10%，直徑8～40mm。2.2鋼筋的物理力學(xué)性能第49頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能鋼絲，中強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度為800~1200MPa，高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線(xiàn)的為1470~1860MPa；延伸率d10=6%，d100=3.5~4%；鋼絲的直徑3~9mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三種，另有二股、三股和七股鋼絞線(xiàn)，外接圓直徑9.5~15.2mm。中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線(xiàn)均用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。冷加工鋼筋是由熱軋鋼筋和盤(pán)條經(jīng)冷拉、冷拔、冷軋、冷扭加工后而成。冷加工的目的是為了提高鋼筋的強(qiáng)度，節(jié)約鋼材。但經(jīng)冷加工后，鋼筋的延伸率降低。近年來(lái)，冷加工鋼筋的品種很多，應(yīng)根據(jù)專(zhuān)門(mén)規(guī)程使用。熱處理鋼筋是將Ⅳ級(jí)鋼筋通過(guò)加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理，使強(qiáng)度得到較大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。2.2鋼筋的物理力學(xué)性能第50頁(yè)/共69頁(yè)se第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2.2

鋼筋的強(qiáng)度與變形

◆有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋a’abcdefua′為比例極限oa為彈性階段de為強(qiáng)化階段b為屈服上限c為屈服下限，即屈服強(qiáng)度f(wàn)ycd為屈服臺(tái)階e為極限抗拉強(qiáng)度f(wàn)u

fyfef為頸縮階段2.2鋼筋的物理力學(xué)性能第51頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能幾個(gè)指標(biāo)：屈服強(qiáng)度：是鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)依據(jù)，因?yàn)殇摻钋髮l(fā)生很大的塑性變形，且卸載時(shí)這部分變形不可恢復(fù)，這會(huì)使鋼筋混凝土構(gòu)件產(chǎn)生很大的變形和不可閉合的裂縫。屈服上限與加載速度有關(guān)，不太穩(wěn)定，一般取屈服下限作為屈服強(qiáng)度。延伸率：鋼筋拉斷后的伸長(zhǎng)值與原長(zhǎng)的比率，是反映鋼筋塑性性能的指標(biāo)。延伸率大的鋼筋，在拉斷前有足夠預(yù)兆，延性較好。屈強(qiáng)比：反映鋼筋的強(qiáng)度儲(chǔ)備，

fy/fu=0.6~0.7。2.2鋼筋的物理力學(xué)性能第52頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能有明顯屈服點(diǎn)鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系一般可采用雙線(xiàn)性的理想彈塑性關(guān)系1Es2.2鋼筋的物理力學(xué)性能第53頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能◆無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼筋a點(diǎn)：比例極限，約為0.65fua點(diǎn)前：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線(xiàn)彈性a點(diǎn)后：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為非線(xiàn)性，有一定塑性變形，且沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)條件屈服點(diǎn):殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力《規(guī)范》取s0.2=0.85fu2.2鋼筋的物理力學(xué)性能第54頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能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(模型P24-25)：要求鋼筋應(yīng)有足夠的變形能力，保證伸長(zhǎng)率和冷彎性能合格。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。5）耐火性：要求保護(hù)層厚度應(yīng)滿(mǎn)足構(gòu)件耐火極限的要求2.2.3混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求2.2鋼筋的物理力學(xué)性能第55頁(yè)/共69頁(yè)鋼筋的選用原則1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的受力筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的非受力筋：宜采用HRB400、HRB335級(jí)鋼筋，并優(yōu)先采用HRB400級(jí)鋼筋；也可采用HPB235、RRB400級(jí)鋼筋。2、預(yù)應(yīng)力鋼筋：宜采用鋼絞線(xiàn)、鋼絲，也可采用熱處理鋼筋。3、冷加工鋼筋：若采用時(shí)應(yīng)符合專(zhuān)門(mén)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。第56頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能定義：指鋼筋在承受重復(fù)、周期性的動(dòng)荷載作用下，經(jīng)過(guò)一定次數(shù)后，突然脆性斷裂的現(xiàn)象。如吊車(chē)梁等。影響因素：1）應(yīng)力變化幅值2）最小應(yīng)力值3）鋼筋強(qiáng)度4）幾何形狀、鋼筋直徑5）鋼筋加工和使用環(huán)境2.2.4鋼筋的疲勞2.2鋼筋的物理力學(xué)性能第57頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)2.3

混凝土與鋼筋的粘結(jié)2.3.1粘結(jié)的意義

粘結(jié)和錨固是鋼筋和混凝土形成整體、共同工作的基礎(chǔ)鋼筋與混凝土之間粘結(jié)應(yīng)力示意圖（a）錨固粘結(jié)應(yīng)力（b）裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力第58頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)2.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)2.3.2

粘結(jié)力的形成◆光圓鋼筋與變形鋼筋具有不同的粘結(jié)機(jī)理，其粘結(jié)作用主要由三部分組成：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，僅在受力階段的局部無(wú)滑移區(qū)域起作用，當(dāng)接觸面發(fā)生相對(duì)滑移時(shí)，該力即消失。２）混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生的摩阻力。３）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用力（咬合力）。對(duì)于光圓鋼筋，這種咬合力來(lái)自于表面的粗糙不平。第59頁(yè)/共69頁(yè)第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)2.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)◆變形鋼筋與混凝土之間的機(jī)械咬合作用主要是由于變形