002第一章鋼筋混凝土材料的物理力學(xué)性能

第一章鋼筋混凝土材料的物理力學(xué)性能1.掌握混凝土的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)及一次單軸短期加載的變形性能。

2.了解混凝土的彈性模量、變形模量、混凝土的收縮和徐變。

第一講教學(xué)目標(biāo)：重點(diǎn)1.混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)；2.混凝土的變形；難點(diǎn)1.混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)；

2.混凝土的變形?！?.1混凝土的物理力學(xué)性能一、混凝土的強(qiáng)度1.混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度及強(qiáng)度等級(jí)（1）混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度規(guī)范規(guī)定：混凝土強(qiáng)度按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定。確定方法：用邊長為150mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下（溫度20±3℃，相對(duì)濕度大于90%）養(yǎng)護(hù)28天后，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（試件的承壓面不涂潤滑劑，加荷速度約每秒0.3～0.8N/mm2）測得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度，作為混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，用符號(hào)表示。立方體抗壓強(qiáng)度fcu承壓板試塊摩擦力不涂潤滑劑（箍套作用）涂潤滑劑強(qiáng)度大于我國規(guī)范的方法：不涂潤滑劑壓力試件裂縫發(fā)展擴(kuò)張整個(gè)體系解體，喪失承載力另影響強(qiáng)度的因素還有：齡期、加載速率、試塊尺寸等強(qiáng)度指標(biāo)的確定強(qiáng)度隨機(jī)變量強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定的具有一定保證率（95%）的統(tǒng)計(jì)特征值：強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值=強(qiáng)度平均值-1.645×標(biāo)準(zhǔn)差概率密度材料強(qiáng)度強(qiáng)度平均值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)試塊：150×150×150非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100×100×100換算系數(shù)0.95200×200×200換算系數(shù)1.05立方體抗壓強(qiáng)度是區(qū)分混凝土強(qiáng)度等級(jí)的指標(biāo)，我國規(guī)范混凝土的強(qiáng)度等級(jí)有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方體抗壓強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度fcu結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)的要求：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于Ｃ15；當(dāng)采用HRB335級(jí)鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于Ｃ20；當(dāng)采用HRB400和RRB400級(jí)鋼筋以及承受重復(fù)荷載的構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于Ｃ20。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于Ｃ30；當(dāng)采用鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋作為預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于Ｃ40。

2混凝土軸心抗壓強(qiáng)度采用與立方體試件相同制作條件、尺寸為150×150×300mm或者150×150×450mm棱柱體試件測得的抗壓強(qiáng)度作為混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，用符號(hào)表示，混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：（2.2.1）式中—棱柱強(qiáng)度與立方強(qiáng)度之比，對(duì)C50及以下取=0.76，對(duì)C80取=0.82，中間按線形規(guī)律變化；—考慮C40以上混凝土脆性的折減系數(shù)，對(duì)C40取=1.0，對(duì)C80取=0.87，中間按線形規(guī)律變化。棱柱體抗壓強(qiáng)度fc承壓板試塊標(biāo)準(zhǔn)試塊：150×150×300非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100×100×300換算系數(shù)0.95200×200×400換算系數(shù)1.05考慮到承壓板對(duì)試件的約束，立方體抗壓強(qiáng)度大于棱柱體抗壓強(qiáng)度，且有：fc=0.76fcu(試驗(yàn)結(jié)果)考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，取fc=0.67fcu對(duì)國外（美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會(huì)等）采用的圓柱體試件（d=150,h=300），有fc’=0.79fcu圓柱體抗壓強(qiáng)度

混凝土的抗拉強(qiáng)度可采用尺寸為100×100×500mm的柱體試件進(jìn)行直接軸心受拉試驗(yàn)，但其準(zhǔn)確性較差。故國內(nèi)外多采用圓柱體或立方體的劈裂試驗(yàn)來間接測定。混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：

3.軸心抗拉強(qiáng)度直接受拉試驗(yàn)ft100100150150500試驗(yàn)結(jié)果：ft=0.395fcu0.55考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，尺寸效應(yīng)，加荷速度等的影響，取ft=0.348fcu0.55劈裂試驗(yàn)ftsddftsFFFF我國根據(jù)100mm立方體的劈裂與抗壓試驗(yàn)結(jié)果有：fts=0.19fcu3/4二、混凝土的變形

混凝土的變形有兩類：一類是受力變形；另一類是體積變形，包括收縮、膨脹和溫度、濕度變化引起的變形。

(MPa)fco

0

(

10-3)abcd225201510546810混凝土強(qiáng)度提高加載速度減慢單軸受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系作用是：峰值應(yīng)力后，吸收試驗(yàn)機(jī)的變形能，測出下降段1.混凝土單軸受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

單軸受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型

u=0.0038

0=0.002o

cfc

c0.15fc

u=0.0035

0=0.002o

cfc

c美國Hognestad模型德國Rüsch模型單軸受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型----中國規(guī)范

u

0o

cfc

c彈性模量：是反映彈性材料應(yīng)力與應(yīng)變之間的一個(gè)重要物理量，表達(dá)式.

c

c

c

c

e

p

0

1原點(diǎn)切線模量（彈性模量）：拉壓相同變形模量（割線模量、彈塑性模量）切線模量受壓時(shí)，為0.4~1.0；受拉破壞時(shí)，為1.02.混凝土的彈性模量、變形模量混凝土的彈性模量的試驗(yàn)方法（150×150×300標(biāo)準(zhǔn)試件）

c/fc

c0.55~10次此線和原點(diǎn)切線基本平行，取其斜率作為Ec3混凝土的徐變長期荷載作用下混凝土的變形性能----徐變0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)

c<0.5fc，線性徐變

c<0.8fc，非線性徐變

cr

e

e’

e’’

cr’P長期荷載作用下混凝土的變形性能----影響徐變的因素應(yīng)力：

c<0.5fc，徐變變形與應(yīng)力成正比----線性徐變

0.5fc<

c<0.8fc，非線性徐變

c>0.8fc，造成混凝土破壞，不穩(wěn)定加荷時(shí)混凝土的齡期，越早，徐變越大水泥用量越多，水灰比越大，徐變越大骨料越硬，徐變越小環(huán)境影響：養(yǎng)護(hù)條件越好，周圍環(huán)境的濕度越大，構(gòu)件加載前混凝土的強(qiáng)度愈高，水泥用量愈少，混凝土越密實(shí)，集料含量越大，集料剛度越大，則徐變越小。

4混凝土的收縮和膨脹在空氣中凝結(jié)硬化過程中混凝土體積縮小的性質(zhì)。在水中結(jié)硬時(shí)，體積會(huì)膨脹。水泥品種：等級(jí)越高，收縮越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收縮越大骨料：骨料越硬，收縮越小養(yǎng)護(hù)條件、制作方法、使用環(huán)境、體積與表面積的比值等收縮對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響As

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s收縮：鋼筋受壓，混凝土受拉As