《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》 課件 第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料性能

混凝土結(jié)構(gòu)基本原理混凝土結(jié)構(gòu)材料性能第2章2.1混凝土材料性能2.2鋼筋材料性能2.3鋼筋與混凝土黏結(jié)性能32.1混凝土材料性能

◆混凝土強度

◆混凝土變形

◆混凝土耐久性

混凝土結(jié)構(gòu)材料性能1.混凝土強度★簡單受力狀態(tài)下混凝土的強度

立方體抗壓強度(uniaxialcompressivecubestrength)

軸心抗壓強度(uniaxialcompressivestrength)

軸心抗拉強度(uniaxialtensilestrength)★復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的強度雙軸受力強度三軸受力強度剪壓及剪拉強度2.1混凝土材料性能第2章2.1混凝土材料性能■

混凝土立方體抗壓強度混凝土立方體抗壓強度試驗方法邊長為150mm的標準立方體試塊、在標準條件下養(yǎng)護28d或設(shè)計規(guī)定齡期后，以標準試驗方法測得的破壞時的平均壓應(yīng)力為混凝土的立方體抗壓強度。注：對摻加粉煤灰等時，規(guī)定齡期為60、90天等。立方體抗壓強度標準值fcu,k按上述規(guī)定所測得的具有95%保證率的抗壓強度稱為混凝土的立方體抗壓強度標準值。

混凝土強度等級

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：混凝土強度等級按立方體抗壓強度標準值確定第2章2.1混凝土材料性能混凝土強度等級的分級按fcu,k劃分為14級，即

C15~C80，級差5MPa。

符號

C35含義

C：立方體(Cube)

35：立方體抗壓強度標準值，單位N/mm2當≤C50時，普通混凝土（normal-strengthconcrete）

當＞C50時，高強混凝土（high-strengthconcrete）

按C50配置的混凝土，其實測立方體抗壓強度與50MPa是什么關(guān)系？fcu,k是混凝土各種強度指標的基本代表值第2章2.1混凝土材料性能■

混凝土立方體抗壓強度砂的顆粒級配（a）（b）（c）①原材料品質(zhì)第2章影響因素2.1混凝土材料性能■

混凝土立方體抗壓強度②配合比※水灰比愈大，多余水分愈多，留下孔隙也愈多，混凝土強度也就愈低。反之則混凝土強度愈高。一般控制在0.3～0.6之間?！腔冶龋ü橇现亓颗c水泥重量之比）對C35以上的混凝土強度影響較大。在相同水灰比和塌落度下，混凝土強度隨骨灰比的增大而提高。第2章影響因素2.1混凝土材料性能■

混凝土立方體抗壓強度③養(yǎng)護齡期和養(yǎng)護條件※溫度越高，早期強度越大夏天氣溫為30～35℃，10天的強度可達28天強度的80％冬天氣溫為5～10℃，28天的強度只能達正常條件≤80％※在潮濕環(huán)境中強度增長可延續(xù)若干年（⑤齡期）

在干燥環(huán)境中強度增長則受到影響第2章影響因素2.1混凝土材料性能■

混凝土立方體抗壓強度※試件尺寸越小時，測得的抗壓強度越高當采用邊長200mm立方體時，測小了，要×1.05的系數(shù)當采用邊長100mm立方體時，測大了，要×0.95的系數(shù)④試件尺寸和形狀※美國、日本等國采用直徑6in（152mm）、高度12in（305mm）圓柱體試件作為標準試件，測得的強度值不等于立方體強度值。對C60以下混凝土，圓柱體抗壓強度和標準立方體抗壓強度的比值為0.83，換算系數(shù)為1.2。第2章影響因素2.1混凝土材料性能■

混凝土立方體抗壓強度影響因素⑤試驗方法表面涂潤滑劑，測得的砼抗壓強度變小加載速度越快，測得的砼強度高截面局部受壓時要比全截面受壓時的砼強度高涂潤滑劑不涂潤滑劑第2章2.1混凝土材料性能

混凝土棱柱體試件軸向單位面積上所能承受的最大壓力稱為軸心抗壓強度（axialcompressivestrength），又稱棱柱體抗壓強度。標準試驗是以150mm×150mm×300mm的棱柱體作為混凝土軸心抗壓強度的標準試件。所測得的具有95%保證率的抗壓強度標準值用fck表示?；炷晾庵w試件抗壓試驗和試件破壞情況a.定義■

混凝土軸心抗壓強度第2章2.1混凝土材料性能■

混凝土軸心抗壓強度b.取值試驗表明：混凝土軸心抗壓強度比立方體抗壓強度要低，且高寬比h/b越大，測得的強度越低，當當高寬比達到一定值后，這種影響就不明顯了。棱柱體試件高寬比一般為h/b=2～3時，基本可消除摩阻力和撓曲變形因素的影響?！粼嚰姸炔皇芏瞬磕Σ亮透郊悠木嗟挠绊?。◆中間處于均勻受壓狀態(tài)。

第2章2.1混凝土材料性能■

混凝土軸心抗壓強度b.取值大量混凝土棱柱體與立方體抗壓強度的對比試驗試驗結(jié)果表明：的統(tǒng)計平均值大致呈線性關(guān)系，其比值大致在0.70~0.92之間變化和《規(guī)范》基于安全取統(tǒng)計平均值的0.88倍第2章2.1混凝土材料性能■

混凝土軸心抗壓強度b.取值軸心抗壓強度和立方體抗壓強度的換算關(guān)系為：結(jié)構(gòu)中混凝土強度與立方體試件混凝土強度差異修正系數(shù)脆性系數(shù)混凝土軸心抗壓強度與立方體抗壓強度比值第2章■

混凝土軸心抗拉強度2.1混凝土材料性能

測定混凝土軸心抗拉強度（axialtensilestrengthofconcrete）的試驗方法主要有軸向拉伸試驗和劈裂抗拉強度試驗。對于軸向拉伸試驗，試件制作相對比較復(fù)雜，目前國內(nèi)外多采用劈裂抗拉強度試驗測定混凝土軸心抗拉強度。劈裂試驗拉壓壓FdFdFF第2章■

混凝土軸心抗拉強度2.1混凝土材料性能換算關(guān)系：結(jié)構(gòu)中混凝土強度與立方體試件混凝土強度差異修正系數(shù)試驗脆性系數(shù)試驗結(jié)果的變異系數(shù)第2章2.1混凝土材料性能實際工程中的混凝土構(gòu)件，通常承受彎矩、剪力、軸力及扭矩的不同組合作用，混凝土多處于復(fù)合應(yīng)力（combinedstresses）狀態(tài)，其強度與單向受力狀態(tài)相比會有明顯的變化。（1）雙向受力狀態(tài)下的強度■

混凝土在復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的強度最大受壓強度發(fā)生在兩個壓應(yīng)力之比為0.4-0.7時，約為1.3fc。a.壓－壓作用

一向的強度隨另一向壓應(yīng)力的增加而增加。第2章2.1混凝土材料性能■

混凝土在復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的強度b、拉－壓作用任意應(yīng)力比情況下均不超過其相應(yīng)單軸強度。并且抗壓強度或抗拉強度均隨另一方向拉應(yīng)力或壓應(yīng)力的增加而減小。c、拉－拉作用

兩向應(yīng)力相互影響不大，混凝土的雙向受拉強度接近于單向強度。（1）雙向受力狀態(tài)下的強度第2章2.1混凝土材料性能（2）正應(yīng)力和剪應(yīng)力共同作用下的強度混凝土在正應(yīng)力和剪應(yīng)力共同作用下的強度曲線混凝土的抗剪強度：隨拉應(yīng)力增大而減?。浑S壓應(yīng)力增大而增大：當壓應(yīng)力在0.6fc左右時，抗剪強度達到最大；壓應(yīng)力繼續(xù)增大，則由于內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強度將隨壓應(yīng)力的增大而減小。第2章2.1混凝土材料性能（3）三向應(yīng)力狀態(tài)下的強度混凝土圓柱體試件三向受壓試驗三向受壓試驗一般采用圓柱體在等側(cè)壓條件進行。側(cè)向壓力效應(yīng)系數(shù)，根據(jù)試驗結(jié)果b取4.0~7.0第2章2.1混凝土材料性能2.混凝土變形混凝土變形可分為兩類：一類是受力變形，包括一次短期加載下的變形、長期加載下的變形和多次重復(fù)加載下的變形；另一類為非受力變形（體積變形），一般指混凝土由于收縮、膨脹或溫度變化所產(chǎn)生的變形等。第2章2.1混凝土材料性能2.混凝土變形02468102030s(MPa)e×10-3A比例極限C峰點E收斂點D拐點混凝土在一次短期加載下的變形FB臨界點第2章2.1混凝土材料性能2.混凝土變形強度等級越高，線彈性段越長，峰值應(yīng)變也有所增大。但高強混凝土中，砂漿與骨料的粘結(jié)很強，密實性好，微裂縫很少，最后的破壞往往是骨料破壞，破壞時脆性越顯著，下降段越陡。不同強度混凝土的應(yīng)力－應(yīng)變曲線

第2章2.1混凝土材料性能2.混凝土變形彈性模量：過原點切線的斜率。切線模量：過某一點切線的斜率。割線模量：某一點與原點連線的斜率。2024/7/222024/7/22第2章2.1混凝土材料性能★彈性模量：過原點切線的斜率。——曲線原點處的切線與橫坐標的夾角——混凝土彈性應(yīng)變2.混凝土變形第2章2.1混凝土材料性能——曲線上應(yīng)力為sc處的割線與橫坐標的夾角——混凝土彈性變形ece和塑性變形ecp之和的總變形2.混凝土變形★割線模量：某一點與原點連線的斜率。彈性系數(shù)n隨應(yīng)力增大而減小,n=1~0.4E’=nE第2章2.1混凝土材料性能——曲線上應(yīng)力為sc處的切線與橫坐標的夾角2.混凝土變形★切線模量：過某一點切線的斜率?；炷燎芯€模量是一個變量，它隨應(yīng)力sc增大而減小。切線模量主要用于混凝土非線性分析時的增量法。

第2章2.1混凝土材料性能2.混凝土變形★剪切模量：混凝土剪切模量可近似根據(jù)彈性理論計算?！兑?guī)范》近似取Gc=0.4Ec

第2章2.1混凝土材料性能單軸受拉時混凝土變形性能單軸受拉時混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線2.混凝土變形◆單軸受拉時混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線與受壓時類似，既有上升段也有下降段。第2章2.1混凝土材料性能長期荷載作用下混凝土變形性能2.混凝土變形a.定義

混凝土在荷載的長期作用下，其變形隨時間不斷增長的現(xiàn)象稱為徐變。b.特點早期發(fā)展較快，然后趨于穩(wěn)定應(yīng)力不變,應(yīng)變增長第2章2.1混凝土材料性能2.混凝土變形彈性恢復(fù)殘余變形徐變恢復(fù)彈性變形徐變變形混凝土的徐變徐變第2章2.1混凝土材料性能2.混凝土變形c.

影響因素持荷時間徐變增長先快后慢，最后趨于穩(wěn)定。內(nèi)在因素是混凝土的組成和配比。骨料的剛度（彈性模量）越大，級配越好，徐變就越小。水泥用量越大，水膠比越高，徐變越大。外部環(huán)境包括養(yǎng)護和使用條件。受荷前養(yǎng)護的溫濕度越高，水泥水化作用越充分，徐變就越小。受荷后構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高，相對濕度越小，徐變就越大。應(yīng)力條件主要是加載齡期，加載齡期越短早期徐變越大。徐變第2章2.1混凝土材料性能2.混凝土變形壓應(yīng)力與徐變的關(guān)系徐變第2章c.影響因素2.1混凝土材料性能混凝土收縮、膨脹和溫度變形a.定義

混凝土在空氣中凝結(jié)硬化時體積縮小的現(xiàn)象稱為收縮。b.特點初期發(fā)展較快，然后趨于穩(wěn)定?？諝庵畜w積收縮水中體積膨脹2.混凝土變形第2章2.1混凝土材料性能c.影響因素內(nèi)在因素指混凝土中水泥的品種、用量和骨料的性質(zhì)。

水泥強度等級越高制成的混凝土收縮越大；水泥越多，收縮越大；水灰比越大，收縮越大；骨料的彈性模量大，收縮小；體表比越大，收縮越小。環(huán)境影響包括養(yǎng)護和使用條件。結(jié)硬過程中或是使用環(huán)境周圍溫、濕度越大，收縮就越小。制作方法混凝土越密實，收縮越小。收縮2.混凝土變形第2章2.1混凝土材料性能混凝土收縮、膨脹和溫度變形混凝土在水中凝結(jié)硬化時體積縮增的現(xiàn)象稱為膨脹?；炷翢崦浝淇s引起的變形，稱為溫度變形★

溫度變形對大體積、大面積和縱長結(jié)構(gòu)混凝土工程等極為不利，極易產(chǎn)生溫度裂縫，應(yīng)采取相應(yīng)措施盡量減少混凝土的發(fā)熱量，★通常，收縮值要比膨脹值大很多。混凝土膨脹往往對結(jié)構(gòu)受力有利，一般可不予考慮；收縮往往對結(jié)構(gòu)不利，當混凝土受到各種約束不能自由收縮時，將產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至產(chǎn)生裂縫。對預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，收縮會造成預(yù)應(yīng)力損失。對跨度變化比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)（如拱結(jié)構(gòu)），收縮會產(chǎn)生不利的應(yīng)力。2.混凝土變形第2章2.1混凝土材料性能(1)．混凝土抗?jié)B性3.混凝土耐久性(2)．混凝土抗凍性混凝土耐久性（durability）是指混凝土在使用環(huán)境下抵抗各種物理化學作用并長期保持原有性能的能力。指混凝土抵抗壓力液體（水、油等）滲透作用的能力。它是決定混凝土耐久性最主要的技術(shù)指標，直接影響混凝土抗凍性和抗侵蝕性。指混凝土在水飽和狀態(tài)下經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而保持強度和外觀完整性的能力。(3)．混凝土抗侵蝕性混凝土處于含腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中會遭受侵蝕作用。一是化學作用；二是物理作用。第2章2.1混凝土材料性能3.混凝土耐久性(4)．混凝土碳化(5)．堿骨料反應(yīng)混凝土耐久性（durability）是指混凝土在使用環(huán)境下抵抗各種物理化學作用并長期保持原有性能的能力?；炷撂蓟强諝庵卸趸寂c水泥石中的氫氧化鈣作用，生成碳酸鈣和水，通常用碳化深度來衡量，碳化深度與時間的平方根成正比。堿骨料反應(yīng)出現(xiàn)的裂縫堿骨料反應(yīng)是指骨料中的活性氧化硅與水泥中的氫氧化鈉和氫氧化鉀發(fā)生化學反應(yīng)，在骨料表面生成的堿-硅酸凝膠。這種凝膠遇水不斷膨脹，會把骨料與水泥石界面脹裂，對混凝土耐久性十分不利。第2章402.2鋼筋材料性能

◆鋼筋種類

◆鋼筋強度和變形

◆鋼筋性能要求

混凝土結(jié)構(gòu)材料性能2.2鋼筋材料性能1.鋼筋的種類常用鋼筋外形a.光面鋼筋(光圓鋼筋)b.變形鋼筋(帶肋鋼筋):一般軋成人字紋、月牙紋或螺旋紋?！敉庑稳俗旨y鋼筋第2章2.2鋼筋材料性能◆按化學成分可分為碳素鋼和普通低合金鋼1.鋼筋的種類a、碳素鋼

按碳的含量的高低又分為：①低碳鋼（Wc＜0.25％）②中碳鋼（Wc=0.25％～0.6％）③高碳鋼（0.6％≤Wc＜1.4％）

碳素鋼的力學性能與含碳量多少有關(guān)，含碳量增加能

使鋼筋的強度提高，性質(zhì)變硬，但也使得鋼材的塑性

和韌性降低，焊接性能也會變差。第2章2.2鋼筋材料性能◆生產(chǎn)工藝2.2.1鋼筋的種類用加熱鋼坯軋成的條形鋼筋。由軋鋼廠經(jīng)過熱軋成材供應(yīng)。直徑一般為6～40mm，分為直條和盤條兩種：

d

<

12mm的鋼筋一般以盤條形式供給，由一條鋼筋組成。

d≥12mm的鋼筋一般以直條形式供給，長度為6～12m。a.熱軋鋼筋第2章2.2鋼筋材料性能1.鋼筋的種類b.冷加工鋼筋

由熱軋鋼筋在常溫下用拉伸而成，冷拉后內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，其屈服強度提高。c.熱處理鋼筋

將強度比較高的鋼筋經(jīng)淬火和回火等調(diào)質(zhì)熱處理而制成，這樣能大大提高鋼筋的強度，主要用作預(yù)應(yīng)力鋼筋。d.中、高強鋼絲中高強鋼絲的直徑為4-10mm,捻制成鋼絞線后也不超過21.6mm。鋼筋外形分光面、螺旋肋和刻痕鋼絲三種。e.鋼絞線◆生產(chǎn)工藝第2章2.2鋼筋材料性能1.鋼筋的種類中強度預(yù)應(yīng)力鋼絲：由由熱軋鋼筋冷加工而成，強度提高很多。消除應(yīng)力鋼絲：將鋼筋拉拔后矯直，經(jīng)中溫回火消除應(yīng)力并經(jīng)穩(wěn)定化處

理而成。鋼絞線：將多根高強鋼絲捻制在一起，經(jīng)低溫回火處理清除內(nèi)應(yīng)力后而制成。鋼

絲第2章2.2鋼筋材料性能a.HPB300它是一種低碳鋼，塑性，焊接性好，但強度稍低，一般為光圓鋼筋。Q300（屈服強度標準值為fyk=300MPa），d=6～22mm。1.鋼筋的種類◆強度等級第2章c.HRB400HRBF400RRB400主要產(chǎn)品：20MnSiV、20MnSiNb、20MnSiTi，d=6～50mm。熱軋后立即穿水，進行快速冷卻，再利用芯部的熱量自行回火而成的鋼筋，稱為余熱處理鋼筋，月牙紋。d=8～40mm特點：強度高，塑性、韌性好，但焊接后強度降低，使用時應(yīng)注意。d.HRB500HRBF500F2.2鋼筋材料性能HPBHot--rolledPlainBarHRBHot--rolledRibbedBar鋼筋牌號英文大寫字母表示鋼筋的生產(chǎn)工藝數(shù)字表示鋼筋的標準強度等級具有較好的延性、可焊性、機械連接性能及施工適應(yīng)性1.鋼筋的種類◆強度等級第2章2.2鋼筋材料性能1.鋼筋的種類◆強度等級HRBFHot--rolledPlainBarRRBRemainedheattreatmeatRibbedBar鋼筋牌號Finegrain

其延性、可焊性、機械連接性等較差與熱軋鋼筋相比，其可焊性、機械連接性能及施工適應(yīng)性等降低，延性和強屈比稍低，不宜用作重要部位的受力鋼筋和直接承受疲勞荷載的構(gòu)件。第2章2.2鋼筋材料性能◆鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系2.鋼筋強度和變形sea’abcdefufyf有明顯屈服臺階的鋼筋（軟鋼）o彈性階段屈服階段強化階段破壞階段第2章2.2鋼筋材料性能◆鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系2.鋼筋強度和變形討論：鋼筋強度的設(shè)計依據(jù)是取屈服強度還是極限強度？屈服強度是鋼筋強度的設(shè)計依據(jù)，因為鋼筋屈服后將很大的塑性變形，且卸載時這部分變形不可恢復(fù)，這會使鋼筋混凝土構(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度。第2章2.2鋼筋材料性能◆鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系2.鋼筋強度和變形a點：比例極限，約為0.65sba點前應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線彈性a點后應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為非線性，有一定塑性變形，且沒有明顯的屈服點。強度設(shè)計指標——條件屈服點殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對應(yīng)的應(yīng)力《規(guī)范》取s0.2=0.85

sb無明顯屈服臺階的鋼筋（硬鋼）第2章2.2鋼筋材料性能2.鋼筋強度和變形◆鋼筋伸長率

塑性變形——

伸長量越大，塑性越好。建筑上用伸長率(延伸率)來反映塑性能力大?。ㄋ苄孕阅苤笜耍Ｑ由炻蚀蟮匿摻?，在拉斷前有足夠預(yù)兆，延性較好。（1）鋼筋斷后伸長率斷后伸長率只能反映鋼筋殘余變形的大小，其中還包含斷口頸縮區(qū)域的局部變形；不同量測標距長度得到的結(jié)果不一致；忽略了鋼筋的彈性變形，不能反映鋼筋受力時的總體變形能力；量測時易產(chǎn)生人為誤差。第2章2.2鋼筋材料性能2.鋼筋強度和變形◆鋼筋伸長率

（2）鋼筋最大力下的總延伸率（均勻伸長率）上式括號中第一項反映鋼筋的塑性變形，第二項反映鋼筋在最大拉應(yīng)力下的彈性變形。第2章2.2鋼筋材料性能2.2.2鋼筋強度和變形《規(guī)范》采用“最大力下的總伸長率（均勻伸長率）”表示鋼筋塑性變形能力。最大力下的總伸長率的量測方法夾持區(qū)夾持區(qū)量測區(qū)l0VY頸縮區(qū)≥20mm或≥d≥50mm或≥2d◆鋼筋伸長率第2章2.2鋼筋材料性能2.鋼筋強度和變形

冷彎性能也是評價鋼筋塑性性能的一項指標，主要檢驗鋼筋在常溫下承受彎曲變形的能力，檢查鋼筋內(nèi)部是否存在缺陷和雜質(zhì)。鋼筋冷彎試驗◆冷彎性能D=dD=3dα＝180oα＝90o第2章2.2鋼筋材料性能3.鋼筋性能要求討論：反映有明顯屈服點鋼筋和無明顯屈服點的鋼筋的力學性能的檢驗指標分別是？屈服強度伸長率極限抗拉強度冷彎性能強度高塑性好可焊性好粘結(jié)性能好第2章572.3鋼筋與混凝土的黏結(jié)性能

◆黏結(jié)作用

◆黏結(jié)機理

◆影響?zhàn)そY(jié)強度的因素

混凝土結(jié)構(gòu)材料性能2.3

鋼筋與混凝土黏結(jié)性能1.黏結(jié)作用黏結(jié)應(yīng)力（bondstress）是指鋼筋和混凝土接觸面上的剪應(yīng)力，其大小取決于鋼筋與混凝土之間的應(yīng)變差。第2章2.3

鋼筋與混凝土黏結(jié)性能1.黏結(jié)作用粘結(jié)應(yīng)力第2章2.3

鋼筋與混凝土黏結(jié)性能2.黏結(jié)機理摩阻力膠結(jié)力機械咬合力吸附作用，滑移即失收縮引起，粗糙越大凹凸不平、粗糙不平◆粘結(jié)力組成第2章2.3

鋼筋與混凝土黏結(jié)性能2.黏結(jié)機理◆光圓鋼筋黏結(jié)性能拔出試驗粘結(jié)應(yīng)力沿鋼筋長度分布是不均，試驗取鋼筋拔出時的平均粘結(jié)應(yīng)力作為