混凝土結(jié)構(gòu)第3章混凝土結(jié)構(gòu)材料與性能 全文-論文指導(dǎo)設(shè)計(jì)-文檔在線

第3章混凝土結(jié)構(gòu)材料與性能蔣秀根（

jiangxg@）中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院土木工程系第3章混凝土結(jié)構(gòu)材料與性能混凝土及其性能鋼材及其性能鋼筋—混凝土的粘結(jié)性能3.1混凝土及其性能一、單軸受壓強(qiáng)度一、單軸受壓強(qiáng)度立方體強(qiáng)度（150×150×150mm）破壞機(jī)理：三向受壓、復(fù)合受力，錐型破壞；圣維南影響，不反映受壓狀況強(qiáng)度：影響因素:組分配比——水泥用量、水灰比、外加劑試件——試件形狀、試件尺寸養(yǎng)護(hù)——養(yǎng)護(hù)溫度、養(yǎng)護(hù)濕度、養(yǎng)護(hù)時(shí)間試驗(yàn)方法——加載速度、加載板棱柱體強(qiáng)度（150×150×300mm）破壞機(jī)理：中心受壓、側(cè)向膨脹破壞；可以反映受壓狀況實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)護(hù)： (統(tǒng)計(jì))一、單軸受壓強(qiáng)度3．現(xiàn)場混凝土強(qiáng)度現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)：設(shè)計(jì)強(qiáng)度：(工程)二、單軸受拉強(qiáng)度1.軸拉強(qiáng)度（100×100×500mm）機(jī)理：軸心受拉、單裂縫破壞；中心受拉難度較大強(qiáng)度：(實(shí)驗(yàn)室)， (實(shí)驗(yàn)室滕教材)(現(xiàn)場)二、單軸受拉強(qiáng)度2.劈拉強(qiáng)度（100×100×100mm）機(jī)理：中間部位受單向拉應(yīng)力,解決了中心受拉的困難應(yīng)力或劈拉強(qiáng)度公式：圓柱體試件：立方體試件：混凝土劈拉強(qiáng)度：(立方體試塊，100×100×100mm)(圓柱體試塊：H=12英寸300mm,D=6英寸150mm)二、單軸受拉強(qiáng)度3.彎拉強(qiáng)度二、單軸受拉強(qiáng)度二、單軸受拉強(qiáng)度三、變形特性1.受壓應(yīng)力——應(yīng)變曲線關(guān)鍵性能與參數(shù)分段性能上升段：

，峰值點(diǎn)：

，，下降段：峰值點(diǎn)應(yīng)變：應(yīng)力：極限應(yīng)變?nèi)?、變形特性?）截面分析應(yīng)力－應(yīng)變曲線模型（Hognestad，規(guī)范正文）當(dāng) 時(shí)，若，可改寫為：當(dāng)時(shí)，三、變形特性變形參數(shù)時(shí)，指數(shù)

：當(dāng)當(dāng)；，；峰值應(yīng)變

:當(dāng)時(shí)，，或；當(dāng)，極限應(yīng)變

:當(dāng)時(shí)，，或當(dāng)，三、變形特性三、變形特性三、變形特性（3）結(jié)構(gòu)分析應(yīng)力－應(yīng)變曲線模型（過鎮(zhèn)海，規(guī)范附錄）定義：

，當(dāng)

或 時(shí)，當(dāng) 時(shí)，三、變形特性變形參數(shù)混凝土單軸受壓應(yīng)力－應(yīng)變曲線的參數(shù)值（規(guī)范）（N/mm2）15202530354045505560(×10－6)13701470156016401720179018501920198020302.212.152.092.031.961.901.841.781.171.650.410.741.061.361.651.942.212.482.743.004.23.02.62.32.12.01.91.91.81.8三、變形特性三、變形特性2.變形模量單軸受壓彈性模量N/mm2單軸受拉變形模量彈性模量：峰值切線模量：3.應(yīng)變特征值受壓峰值應(yīng)變：受拉峰值應(yīng)變：四、多軸強(qiáng)度1.多軸強(qiáng)度基本特征當(dāng)混凝土處于三向應(yīng)力力（多軸受力）作用下，其破壞強(qiáng)度與單軸受力強(qiáng)度不同，一般規(guī)律為：側(cè)向壓應(yīng)力的存在導(dǎo)致主壓應(yīng)力方向強(qiáng)度提高；側(cè)向拉應(yīng)力的存在導(dǎo)致主壓應(yīng)力方向強(qiáng)度降低；側(cè)向壓應(yīng)力的存在導(dǎo)致主拉應(yīng)力方向強(qiáng)度降低；側(cè)向拉應(yīng)力的存在對主拉應(yīng)力方向強(qiáng)度影響不明顯。四、多軸強(qiáng)度四、多軸強(qiáng)度機(jī)理

混凝土的受壓破壞是側(cè)向拉應(yīng)變過大導(dǎo)致的破壞，側(cè)向壓應(yīng)力的存在降低了側(cè)向拉應(yīng)變，可以提高主壓應(yīng)力強(qiáng)度；側(cè)向拉應(yīng)力的存在增加了側(cè)向拉應(yīng)變，可以降低主壓應(yīng)力強(qiáng)度。

混凝土的受拉破壞是主方向拉應(yīng)變過大導(dǎo)致的破壞，側(cè)向壓應(yīng)力的存在提高了主向拉應(yīng)變，可以降低主拉應(yīng)力強(qiáng)度；側(cè)向拉應(yīng)力的存在減小了主向拉應(yīng)變，可以適當(dāng)提高主拉應(yīng)力強(qiáng)度。典型模型混凝土多軸強(qiáng)度二軸強(qiáng)度實(shí)用公式（規(guī)范，過鎮(zhèn)海）四、多軸強(qiáng)度二軸強(qiáng)度計(jì)算公式（GB500010-2002，過鎮(zhèn)海）區(qū)域與應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力比次區(qū)域與應(yīng)力狀態(tài)二軸強(qiáng)度計(jì)算公式拉—拉（全雙拉域），拉－壓（拉應(yīng)力較大）（拉應(yīng)力較?。瑝海瓑?側(cè)壓較小)，(側(cè)壓較大)，，四、多軸強(qiáng)度三軸強(qiáng)度模型（規(guī)范，過鎮(zhèn)海）八面體抗剪強(qiáng)度：計(jì)算參數(shù)：八面體應(yīng)力：四、多軸強(qiáng)度強(qiáng)度參數(shù)：過鎮(zhèn)海模型強(qiáng)度參數(shù)三軸強(qiáng)度實(shí)用公式（規(guī)范，過鎮(zhèn)海）簡化公式：不考慮中間應(yīng)力的影響6.96380.090.929712.24457.3319四、多軸強(qiáng)度四、多軸強(qiáng)度簡化計(jì)算圖表：四、多軸強(qiáng)度補(bǔ)充說明：對于圖中 的控制線，理論上屬于常規(guī)三軸受壓狀態(tài)，可以采用 強(qiáng)度公式推導(dǎo)得到抗壓強(qiáng)度公式：即：四、多軸強(qiáng)度四、多軸強(qiáng)度約束混凝土(Confined

Concrete)概念約束混凝土，是指采用主動(dòng)（施加約束荷載或應(yīng)力）或被動(dòng)（限制混凝土的某方向的自由變形）的手段，控制混凝土的拉應(yīng)變大小、限制混凝土裂縫的發(fā)生或發(fā)展，從而達(dá)到改善混凝土受力性能的目的。約束混凝土的工作機(jī)理：限制混凝土的受壓縱向裂縫的開展提高混凝土的抗壓強(qiáng)度提高混凝土的受壓延性（Ductility，最大變形，極限變形）應(yīng)用箍筋約束鋼管約束周邊自由結(jié)構(gòu)或構(gòu)件約束四、多軸強(qiáng)度特征強(qiáng)度雙壓:圍壓(常規(guī)三軸受壓)：局部受壓強(qiáng)度(Bearing

Strength

of

Concrete)應(yīng)用范圍定義：混凝土受壓面只有部分面積承受（均勻）壓力，但上部傳壓結(jié)構(gòu)承載力較大而導(dǎo)致下部混凝土結(jié)構(gòu)由于局部受壓而發(fā)生的破壞。應(yīng)用：混凝土基礎(chǔ)承受鋼柱的作用混凝土墻承受鋼梁的作用

混凝土基礎(chǔ)承受混凝土柱的作用，但基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度低于柱混凝土強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土端部承受錨具的壓力四、多軸強(qiáng)度（2）破壞機(jī)理四、多軸強(qiáng)度

套箍受壓破壞：當(dāng)局部受壓混凝土受壓產(chǎn)生側(cè)向膨脹時(shí)，由于周圍自由混凝土的約束作

用而使得受壓面下部混凝土處于三向（兩向）狀態(tài)，混凝土的局部抗壓強(qiáng)度有一定的提高。

劈裂破壞：沿著壓力作用線截面，局部受壓面下部一定距離以外，出現(xiàn)縱截面上的橫向拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到混凝土的三向拉壓抗拉強(qiáng)度，出現(xiàn)劈裂破壞，這張破壞很突然（脆性破壞），應(yīng)預(yù)避免。

沉陷破壞：不發(fā)生受壓和受壓破壞時(shí)，可能出現(xiàn)局部受壓面較大的下陷變形。四、多軸強(qiáng)度（3）套箍強(qiáng)化理論基本假定：混凝土達(dá)到塑性狀態(tài)，壁厚方向周向應(yīng)力分布相等（彈性薄壁自然滿足）

極限狀態(tài)時(shí)，核心混凝土壓壞，同時(shí)周圍混凝土拉壞，二向抗拉強(qiáng)度不考慮徑向壓力的作用，與單軸抗拉強(qiáng)度相同

核心混凝土處于圍壓、軸壓狀態(tài)，常規(guī)三軸抗壓強(qiáng)度為 ，一般 ，當(dāng)采用Richart強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則時(shí)，四、多軸強(qiáng)度孔壁周向應(yīng)力：徑向壓應(yīng)力：四、多軸強(qiáng)度核心混凝土抗壓強(qiáng)度：四、多軸強(qiáng)度蔡紹懷結(jié)論：取： ，有：劉永頤結(jié)論：取 （Richart），有：四、多軸強(qiáng)度（4）簡化計(jì)算公式局部抗壓強(qiáng)度：，局部受壓的計(jì)算底面積：原則：中心——計(jì)算底面積圖形和局部受壓面積圖形中心重合；對稱——計(jì)算底面積圖形由局部受壓面積圖形對稱擴(kuò)展；有限——為了防止局部受壓的劈裂破壞。計(jì)算底面積不能擴(kuò)大太多，雙向均取局部受壓面積圖形的短邊邊長。四、多軸強(qiáng)度(1)(2)(3)(4)(5)(6)五、收縮與徐變收縮（Shrinkag收縮的概念混凝土在不受力的情況下，因體積變化而產(chǎn)生的變形。混凝土收縮的成因混凝土收縮成因e）收縮成因機(jī)

理發(fā)生次序物理性收縮沉陷收縮初凝前混凝土中粗骨料和砂漿由于自重作用而沉陷，導(dǎo)致表面離析、泌水，水分蒸發(fā)使得混凝土體積變小。1塑性收縮初凝前混凝土表面水分蒸發(fā)，內(nèi)部水分向表面遷移，導(dǎo)致混凝土在塑性階段的體積收縮。2自生收縮初凝后水泥水化導(dǎo)致內(nèi)部水分減小、孔隙生成，內(nèi)部水分由表面向內(nèi)部遷移，形成毛細(xì)空內(nèi)負(fù)壓，導(dǎo)致混凝土內(nèi)自干燥收縮。4干燥收縮硬化后混凝土內(nèi)部的自由水向表面遷移、蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土的收縮。5化學(xué)性收縮水化收縮水泥在水化過程中，水化物的絕對體積同水化前水泥與水的體積和相比有所減小，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生的收縮。3碳化收縮混凝土水化物與空氣中CO2發(fā)生碳化反應(yīng)，生成自由水，蒸發(fā)導(dǎo)致混凝土體積變小。6五、收縮與徐變（3）混凝土收縮的后果五、收縮與徐變（4）影響收縮的因素五、收縮與徐變（5）混凝土收縮的計(jì)算王鐵夢模型，混凝土收縮時(shí)間參數(shù)養(yǎng)護(hù)條件一般養(yǎng)護(hù)較差養(yǎng)護(hù)0.010.03五、收縮與徐變五、收縮與徐變極限收縮量：CEB-FIP

MC90，：混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa：濕度修正系數(shù)濕度修正系數(shù)相對濕度RH五、收縮與徐變：水泥品種修正系數(shù)水泥品種修正系數(shù)水泥品種慢硬水泥普通水泥,快硬水泥快硬高強(qiáng)水泥458五、收縮與徐變2.徐變(Creep)徐變：混凝土的應(yīng)變（荷載變形）隨時(shí)間延續(xù)而加大徐變的原因：水泥膠凝體的流變、界面裂縫的擴(kuò)展影響徐變的因素：應(yīng)力水平；加載時(shí)的混凝土齡期；原料及配比；制作及養(yǎng)護(hù)條件；使用環(huán)境；構(gòu)件形狀及尺寸等影響：徐變導(dǎo)致結(jié)構(gòu)長期變形大于瞬間變形，約束混凝土的徐變導(dǎo)致應(yīng)力減小六、強(qiáng)度等級試件尺寸：（150×150×150mm）養(yǎng)護(hù)條件：溫度20±3℃，相對濕度90%，28天試驗(yàn)方法：澆注垂直方向加壓，加載速度0.3-0.5MPa/sec統(tǒng)計(jì)特征值：95%保證率，代號：C××（混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值）強(qiáng)度等級立方體強(qiáng)度棱柱體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計(jì)值CCC/1.40.67C0.48C六、強(qiáng)度等級六、強(qiáng)度等級參數(shù)指標(biāo)混凝土強(qiáng)度等級C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值10.013.416.720.123.426.829.632.435.338.541.544.547.450.21.271.541.782.012.202.392.512.642.742.852.932.993.053.11強(qiáng)度設(shè)計(jì)值7.29.611.914.316.719.121.123.125.327.529.731.833.835.90.911.101.271.431.571.711.801.891.962.042.092.142.182.22彈性模量（×104）2.202.552.803.003.153.253.353.453.553.603.653.703.753.80混凝土強(qiáng)度與彈性模量（N/mm2）（GB50010-2002）3.2鋼材及其性能一、鋼材種類(Steel

Bar)化學(xué)成分普通碳素鋼；低合金鋼；特殊鋼成型工藝熱軋鋼筋（塑性好）；冷拉鋼筋（強(qiáng)度高、塑性差）；熱處理鋼筋（強(qiáng)度高，無屈服點(diǎn)）；冷拔鋼絲（強(qiáng)度極高，塑性差）外形光圓鋼筋（圓鋼）（普通碳素鋼、粘結(jié)性能差）變形鋼筋（螺紋鋼、月牙鋼、人字鋼）（合金鋼、粘結(jié)性能好）直徑光圓鋼筋（d≤14），變形鋼筋（14≤d≤22，25，28≤d≤40）二、鋼筋代號鋼筋代號HPB235HRB335HRB400RRB400含義熱軋光圓鋼筋熱軋帶肋鋼筋熱軋帶肋鋼筋余熱處理鋼筋英文Hot

rolledPlainBarHot

rolledRibbed

BarHot

rolledRibbed

BarRemained

heattreatmentRibbedBar屈服強(qiáng)度235335400400符號三、強(qiáng)度比例極限：彈性極限：屈服極限：強(qiáng)度極限：屈強(qiáng)比（≮1.25）四、變形特性MPa彈性摸量：延伸率：δ5（%）頸縮率冷彎性能：α=180°，D=（1-5）d五、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋性能種類符號直徑d(mm)屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，彈性模量（×105）熱軋鋼筋HPB235(Q235)8~202352102.1HRB335(20MnSi)6~503353002.0HBR400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)6~504003602.0RRB400(K20MnSi)8~404003602.0普通鋼筋強(qiáng)度與彈性模量（M/mm2）五、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋性能直徑（mm）不同根數(shù)鋼筋面積（mm2）每米單根鋼筋重量

(kg/m2)12345628.357851131410.226.533.2661001331660.26850.31011512012510.398.252.81061582112640.411078.51572363143930.6212113.12263394525650.8914153.93084626167701.2116201.140260380410051.5818254.5509763101812722.0020314.2628942125715712.4722380.17601140152119012.9825490.99821473196324543.8528615.812321847246330794.8332804.216082413321740216.31361017.920363054407250897.99401256.625133770502762839.86501963.5392758907854981715.41鋼筋面積表五、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋性能鋼筋間距（mm）不同鋼筋直徑下的鋼筋面積(mm2)66/888/101010/121212/1414167040456171892011221369161619072199287275377524670859104712781508178020532681803534916288059821198141416691924251385333462591758924112713311571181123659031443655971687310651257148417102234952984135296788271009119014051620211610028339350364478595811311335153920111102573574575857148711028121413991828120236327419537654798942111312831676130217302387495604737870102711841547140202280359460561684808954110014361501882623354295246397548901026134016017724531440349159970783496212571701662312963794625646657859061183180157218279358436532628742855111719014920726533941350459570381010582001411962513223934795656687701005各種鋼筋間距時(shí)每米長度板內(nèi)鋼筋面積3.3鋼筋—混凝土的粘結(jié)性能一、粘結(jié)的作用協(xié)調(diào)變形：傳遞內(nèi)力：鋼筋應(yīng)力差為粘結(jié)力）、）兩類粘結(jié)應(yīng)力狀態(tài)——粘結(jié)錨固（裂縫間粘結(jié)（二、粘結(jié)的組成化學(xué)膠著力；表面摩擦力；機(jī)械咬合力三、影響粘結(jié)的因素混凝土強(qiáng)度（劈拉）；表面粗糙度；鋼筋徑壓力；箍筋約束；保護(hù)層厚度（凈距）四、粘結(jié)強(qiáng)度五、鋼筋保護(hù)層（鋼筋凈距）作用保證粘結(jié)；保護(hù)鋼筋不銹蝕2.鋼筋保護(hù)層厚度取值：≮c，≮d五、鋼筋保護(hù)層（鋼筋凈距）環(huán)境類別條件—室內(nèi)正常環(huán)境二a室內(nèi)潮濕環(huán)境；非嚴(yán)寒或非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境、與無侵蝕性水或土壤直接接觸的環(huán)境b嚴(yán)寒或非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境、與無侵蝕性水或土壤直接接觸的環(huán)境三使用除冰鹽的環(huán)境；嚴(yán)寒或寒冷地區(qū)冬季水位變動(dòng)的環(huán)境；濱海室外環(huán)境四海水環(huán)境五受人為或自然的侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別五、鋼筋保護(hù)層（鋼筋凈距）鋼筋凈距梁底鋼筋：不小于保護(hù)層厚度，不小于鋼筋直徑

梁頂鋼筋：不小于保護(hù)層厚度，不小于1.5倍鋼筋直徑柱側(cè)邊鋼筋：不小于50mm環(huán)境類別板、殼、墻梁柱≤C20C20-C45≥C50≤C20C20-C45≥C50≤C20C20-C45≥C50—201515302525303030二A202030303030B252035303530三302540354035鋼筋保護(hù)層c(mm)六、鋼筋的錨固長度錨固的作用由鋼筋應(yīng)力差產(chǎn)生的粘結(jié)應(yīng)力不超過粘結(jié)強(qiáng)度，使得鋼筋不發(fā)生粘結(jié)滑移屈服鋼筋的錨固長度la六、鋼筋的錨固長度六、鋼筋的錨固長度六、鋼筋的錨固長度錨固長度 影響因素：混凝土強(qiáng)度（

）鋼筋強(qiáng)度（

）保護(hù)層厚度（c）鋼筋直徑（d）鋼筋類型光圓鋼筋帶肋鋼筋刻痕鋼絲