混凝土结构材料的物理力学性能.pdf

1、第第第第 2 2 2 2 章章章章混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能2.1 混凝土的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性能2.2 钢筋的物理力学性能2.2 钢筋的物理力学性能2.3 混凝土与钢筋的粘结2.3 混凝土与钢筋的粘结第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能2 22015/9/302015/9/301 掌握混凝土强度、强度等级和混凝土强度的标准检验方法学习要求学习要求6 了解钢筋的级别、品种、强度、变形2 掌握混凝土一次短期加载下的变形性能和多向受力的变形特点3 掌握复合应力状态下混凝土强度的取值方法4

2、 理解混凝土在重复荷载下的变形性能5 理解混凝土的弹性模量、变形模量、徐变与收缩性能9 掌握钢筋与混凝土的粘结性能及保证可靠粘结的构造措施7 掌握钢筋的应力应变曲线的特点和数学模型8 掌握钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求10了解钢筋的蠕变、松弛和疲劳的性质。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能3 32015/9/302015/9/30宏观结构宏观结构亚微观结构亚微观结构微观结构微观结构粗骨料(分散相)粗骨料(分散相)水泥石(基相)水泥石(基相)细骨料(分散相)细骨料(分散相)砂浆(基相)砂浆(基相)晶体骨架晶体骨架晶体带核凝胶体带核凝胶体干 缩干 缩孔隙孔隙凝缩凝缩氢氧化

3、钙氢氧化钙凝胶体凝胶体2.1.1混凝土的组成结构混凝土的组成结构2.1混凝土混凝土第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能4 42015/9/302015/9/302.1.1混凝土的组成结构混凝土的组成结构2.1混凝土混凝土宏观结构宏观结构砂浆和粗骨料两组分体系砂浆和粗骨料两组分体系亚微观结构亚微观结构混凝土中的水泥砂浆结构混凝土中的水泥砂浆结构亚微观结构亚微观结构水泥石结构，包括水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔水泥石结构，包括水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔骨料的分布及骨料与基相之间在界面的结合强度是影响混凝土强度的重要因素；骨料的分布及骨料与

4、基相之间在界面的结合强度是影响混凝土强度的重要因素；在荷载的作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。在荷载的作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。骨料骨料水泥结晶体水泥结晶体水泥凝胶体水泥凝胶体弹性变形的基础弹性变形的基础塑性变形的基础塑性变形的基础第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能5 52015/9/302015/9/302.1.2 混凝土的强度混凝土的强度2.1混凝土混凝土水泥强度等级，水灰比，骨料性质，级配水泥强度等级，水灰比，骨料性质，级配强度指标强度指标1立方体抗压强度立方体抗压强度fcu2轴心抗压强度轴心抗压强度fc3

5、抗拉强度抗拉强度ft抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。也是复杂应力状态下强度的基础和重要参数。抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。也是复杂应力状态下强度的基础和重要参数。影响强度的因素影响强度的因素试件大小、形状试件大小、形状成型方法，硬化环境，养护龄期成型方法，硬化环境，养护龄期试验方法、加载速率。试验方法、加载速率。砼强度及变形随时间、环境而变化。砼强度及变形随时间、环境而变化。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能6 62015/9/302015/9/302.1.2 混凝土的强度混凝土的强度非标折算：非标折算：2.1混凝土混凝土强度等级：强

6、度等级：具有具有95%保证率的抗压强度，符号保证率的抗压强度，符号C。1.立方体抗压强度立方体抗压强度fcu,k边长为边长为150mm的立方体标准试件，在标准养护条件（温度为的立方体标准试件，在标准养护条件（温度为203，湿度，湿度90%）下养护）下养护28d，按照标准试验方法（加载速度，按照标准试验方法（加载速度0.31.0MPa/s，两端不涂润滑剂）测得的抗压强度（，两端不涂润滑剂）测得的抗压强度（MPa）强度范围：强度范围：从从C15C80共划分为共划分为14个强度等级，级差为个强度等级，级差为5MPa。（1）小于C60时，边长为100mm的立方体试件，折算系数0.95。边长为200mm

7、的立方体试件，折算系数1.05。（1）小于C60时，边长为100mm的立方体试件，折算系数0.95。边长为200mm的立方体试件，折算系数1.05。（2）大于C60时，由试验确定。（2）大于C60时，由试验确定。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能7 72015/9/302015/9/302.1.2 混凝土的强度混凝土的强度C30时，时，0.30.5MPa/s 2.1混凝土混凝土1.立方体抗压强度立方体抗压强度fcu,k试验方法（接触面摩擦）试验方法（接触面摩擦）影响强度等级的因素影响强度等级的因素龄期龄期强度随龄期逐渐增长强度随龄期逐渐增长加载速度加载速度速度快则强度

8、高速度快则强度高C60时，时，0.81.0MPa/s C30，C60时，时，0.50.8MPa/s第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能8 82015/9/302015/9/302.1.2 混凝土的强度混凝土的强度kcu,cff 取值（取值（CEB-FIPMC-90）1.立方体抗压强度立方体抗压强度fcu,k圆柱体轴心抗压强度圆柱体轴心抗压强度直径直径6inch(152mm)、高)、高12inch(305mm)的圆柱体标准试件的抗压强度作为轴心抗压强度的指标，记作)的圆柱体标准试件的抗压强度作为轴心抗压强度的指标，记作fc。fc和和fcu,k之间的关系之间的关系美国、欧洲

9、、日本美国、欧洲、日本C60以下混凝土；以下混凝土；=0.79；C60的混凝土：的混凝土：=0.833；C70的混凝土，的混凝土，=0.857；C80的混凝土，的混凝土，=0.875。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能9 92015/9/302015/9/302.1.2 混凝土的强度混凝土的强度2.1混凝土混凝土由于混凝土的原材料和组成的差异和试验量测方法的差异，结果有一定的离散度。由于混凝土的原材料和组成的差异和试验量测方法的差异，结果有一定的离散度。2.轴心抗压强度标准值轴心抗压强度标准值 fck按标准方法制作的按标准方法制作的150l50300mm的棱柱体试件，

10、在温度为的棱柱体试件，在温度为203和相对湿度为和相对湿度为90以上的条件下养护以上的条件下养护28d，用标准试验方法测得的具有，用标准试验方法测得的具有95保证率的抗压强度（保证率的抗压强度（MPa）。）。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能10 102015/9/302015/9/30结论：A.同一混凝土，棱柱体抗压强度结论：A.同一混凝土，棱柱体抗压强度fck恒小于立方体抗压强度恒小于立方体抗压强度fcu,k。B.混凝土的棱柱体抗压强度。B.混凝土的棱柱体抗压强度fck随立方体强度随立方体强度fcu,k单调增长。单调增长。2.1.2 混凝土的强度混凝土的强度2.1

11、混凝土混凝土2.轴心抗压强度标准值轴心抗压强度标准值 fck第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能11 112015/9/302015/9/302.1.2 混凝土的强度混凝土的强度k,cu2c1cck88.0ffk,cuc79.0ff 2.1混凝土混凝土2.轴心抗压强度标准值轴心抗压强度标准值 fck规范公式-规范公式-GB50010-20120.88实际构件强度与试件强度之间存在的差异影响。实际构件强度与试件强度之间存在的差异影响。c1实际构件棱柱体强度与立方体强度之比；实际构件棱柱体强度与立方体强度之比；C50级，取级，取0.76；C80，取，取0.82，其间按线性插

12、值，其间按线性插值 c2高强度砼的脆性折减系数；高强度砼的脆性折减系数；C40级，取级，取1.0；C80，取，取0.87，其间按线性插值，其间按线性插值规范公式-规范公式-CEB-FIP第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能12 122015/9/302015/9/302.1.2 混凝土的强度混凝土的强度标准试件：标准试件：2.1混凝土混凝土混凝土轴心抗拉强度很小，用于衡量冲切、抗剪强度等；混凝土轴心抗拉强度很小，用于衡量冲切、抗剪强度等；3.轴心抗拉强度标准值轴心抗拉强度标准值 ftk测定方法测定方法在荷载较小时，混凝土即开裂，所以混凝土结构一般带裂缝工作，混凝土轴心抗

13、拉强度不起决定作用。在荷载较小时，混凝土即开裂，所以混凝土结构一般带裂缝工作，混凝土轴心抗拉强度不起决定作用。轴心受拉试验轴心受拉试验直接试验方法（比较困难）直接试验方法（比较困难）圆柱体或立方体的劈裂试验圆柱体或立方体的劈裂试验间接测试方法间接测试方法边长为150mm的立方体边长为150mm的立方体A150 x300mm的圆柱体A150 x300mm的圆柱体第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能13 132015/9/302015/9/302.1.2 混凝土的强度混凝土的强度FdF拉压压拉压压dlFf2s,t结论：C.同一混凝土，轴心抗拉强度仅为轴心抗压强度的结论：C.

14、同一混凝土，轴心抗拉强度仅为轴心抗压强度的1/171/8D.D.ftk随随 fcu,k单调增长，混凝土强度等级越高，增长越慢单调增长，混凝土强度等级越高，增长越慢2.1混凝土混凝土3.轴心抗拉强度标准值轴心抗拉强度标准值 ftk圆柱体或立方体的劈裂试验圆柱体或立方体的劈裂试验第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能14 142015/9/302015/9/302c45.055.0tk645.110.39588.0k,cuff2.1.2 混凝土的强度混凝土的强度主要考虑因素主要考虑因素2.1混凝土混凝土3.轴心抗拉强度标准值轴心抗拉强度标准值 ftk规范公式-规范公式-GB5

15、0010-2012 c2高强度砼的脆性折减系数；高强度砼的脆性折减系数；C40级，取级，取1.0；C80，取，取0.87，其间按线性插值，其间按线性插值 变异系数；变异系数；（1）构件与试件差别（1）构件与试件差别（2）尺寸效应（2）尺寸效应（3）加载速度（3）加载速度第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能15 152015/9/302015/9/302.1.3 混凝土的变形混凝土的变形2.1混凝土混凝土加载方式加载方式混凝土的变形分类混凝土的变形分类混凝土的受力变形混凝土的受力变形一次短期加载一次短期加载多次重复荷载多次重复荷载荷载长期作用荷载长期作用混凝土的非受力变形

16、混凝土的非受力变形温差变形温差变形收缩变形收缩变形湿差变形湿差变形影响混凝土变形的因素影响混凝土变形的因素荷载作用时间荷载作用时间温度、湿度温度、湿度混凝土强度混凝土强度试验的尺寸、形状试验的尺寸、形状第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能16 162015/9/302015/9/302.1.3 混凝土的变形混凝土的变形混凝土受力全过程的重要力学特征混凝土受力全过程的重要力学特征1单轴单轴(单调单调)受压应力受压应力-应变关系应变关系等应力速度加载等应力速度加载，达到轴心抗压强度，达到轴心抗压强度 fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突

17、然脆性破坏，时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力只能测得应力-应变曲线的上升段应变曲线的上升段。分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据利用计算机进行非线性分析的基础。利用计算机进行非线性分析的基础。测定方式测定方式棱柱体试件棱柱体试件等应变速度加载等应变速度加载，在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，吸收试验机内集聚的应变能，在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，吸收试验机内集聚的应变能，可测得应力可测得应力-应变曲线的下降段应变曲线的下降段。第二章 钢筋和混凝土的力

18、学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能17 172015/9/302015/9/302.1.3.1单轴(单调)受压应力单轴(单调)受压应力-应变关系应变关系02468102030(MPa)10-3BACED混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。1单轴（单调）受压应力单轴（单调）受压应力-

19、应变关系应变关系A点前，微裂缝无明显发展，主要为弹性变形，应力点前，微裂缝无明显发展，主要为弹性变形，应力-应变关系近似直线。应变关系近似直线。普通砼普通砼 A0.30.4fc高强砼高强砼 A0.50.7fcA点应力随砼强度的提高而增加点应力随砼强度的提高而增加第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能18 182015/9/302015/9/302.1.3.1单轴(单调)受压应力单轴(单调)受压应力-应变关系应变关系02468102030(MPa)10-3BACEDA点后，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力点后，由于微裂缝

20、处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力-应变曲线逐渐偏离直线。应变曲线逐渐偏离直线。1单轴（单调）受压应力单轴（单调）受压应力-应变关系应变关系微裂缝的发展导致横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是稳定的。微裂缝的发展导致横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是稳定的。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能19 192015/9/302015/9/302.1.3.1单轴(单调)受压应力单轴(单调)受压应力-应变关系应变关系02468102030(MPa)10-3BACED达到达到B点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形突然增

21、大，体积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，裂缝持续发展最终导致破坏。点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，裂缝持续发展最终导致破坏。1单轴（单调）受压应力单轴（单调）受压应力-应变关系应变关系取取B点的应力作为砼的长期抗压强度点的应力作为砼的长期抗压强度普通砼：普通砼：B0.8fc高强砼：高强砼：B达达0.95fc以上以上第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能20202015/9/302015/9/302.1.3.1单轴(单调)受压应力单轴(单调)受压应力-应变关系应变关系024681

22、02030(MPa)10-3BACEDB点以后，内部微裂缝连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，裂缝快速发展直至点以后，内部微裂缝连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，裂缝快速发展直至C点。点。1单轴（单调）受压应力单轴（单调）受压应力-应变关系应变关系此处的峰值应力此处的峰值应力 max即作为即作为fc，相应的应变值称为峰值应变，相应的应变值称为峰值应变 0，约为，约为0.00150.0025，通常取，通常取0.002。纵向应变发展达到纵向应变发展达到D点，内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。点，内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。第二章 钢筋和混

23、凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能21 212015/9/302015/9/302.1.3.1单轴(单调)受压应力单轴(单调)受压应力-应变关系应变关系02468102030(MPa)10-3BACED随着应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降随着应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降,混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。1单轴（单调）受压应力单轴（单调）受压应力-应变关系应变关系E点应变点应变=23 0，应力，应力=0.40

24、.6 fc第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能22222015/9/302015/9/302.1.3.1单轴(单调)受压应力单轴(单调)受压应力-应变关系应变关系强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。不同强度砼的应力不同强度砼的应力-应变关系曲线应变关系曲线1单轴（单调）受压应力单轴（

25、单调）受压应力-应变关系应变关系第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能23232015/9/302015/9/302.1.3.1单轴(单调)受压应力单轴(单调)受压应力-应变关系应变关系美国美国EHognestad建议的模型建议的模型fc峰值应力（棱柱体极限抗压强度）；峰值应力（棱柱体极限抗压强度）；0相应于峰值应力时的应变，取相应于峰值应力时的应变，取 0=0.002；u极限压应变，取极限压应变，取 u=0.0038。上升段：上升段：0下降段：下降段：0 u200c-2f0u0c-15.0-1f2单轴（单调）受压应力单轴（单调）受压应力-应变关系模型应变关系模型该模型上

26、升段为二次抛物线，下降段为斜直线。该模型上升段为二次抛物线，下降段为斜直线。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能24242015/9/302015/9/302.1.3.1单轴(单调)受压应力单轴(单调)受压应力-应变关系应变关系200c-2fcf2单轴（单调）受压应力单轴（单调）受压应力-应变关系模型应变关系模型德国德国Rusch建议的模型建议的模型该模型上升段为二次抛物线，下降段为水平直线。该模型上升段为二次抛物线，下降段为水平直线。上升段：上升段：0下降段：下降段：0 ufc峰值应力（棱柱体极限抗压强度）；峰值应力（棱柱体极限抗压强度）；0相应于峰值应力时的应变，取

27、相应于峰值应力时的应变，取 0=0.002；u极限压应变，取极限压应变，取 u=0.0035。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能25252015/9/302015/9/302.1.3.1单轴(单调)受压应力单轴(单调)受压应力-应变关系应变关系2单轴（单调）受压应力单轴（单调）受压应力-应变关系模型应变关系模型规范规范GB50010-2010模型（承载力计算）模型（承载力计算）该模型上升段为二次抛物线，下降段为水平直线。该模型上升段为二次抛物线，下降段为水平直线。200c-2fcf上升段：上升段：0下降段：下降段：0 ufc峰值应力（棱柱体极限抗压强度）；峰值应力（棱

28、柱体极限抗压强度）；0相应于峰值应力时的应变，取相应于峰值应力时的应变，取 0=0.002；u极限压应变，取极限压应变，取 u=0.0033。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能26262015/9/302015/9/302.1.3.2混凝土的变形模量混凝土的变形模量kcc10cecp0h弹性模量弹性模量Elastic Modulus0tancEccEE1tantan cE变形(割线)模量变形(割线)模量Secant Modulus切线模量切线模量Tangent Modulus弹性系数弹性系数 随应力增大而减小，随应力增大而减小，=10.5材料变形性能的主要指标材料变形

29、性能的主要指标规范弹性模量（或称变形模量）随应力或应变而连续地变化。规范弹性模量（或称变形模量）随应力或应变而连续地变化。cpcece第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能27272015/9/302015/9/302.1.3.4混凝土的变形模量混凝土的变形模量kcc10cecp0hcu5c7.342.210fE（N/mm2）规范规范GB50010-2010泊松比：取泊松比：取0.2变形（弹性）模量变形（弹性）模量Ec取值取值非弹性材料，不能由应变与弹性模量之积求应力。非弹性材料，不能由应变与弹性模量之积求应力。砼应力很低时，弹性模量与变形模量才近似相等。砼应力很低时，弹

30、性模量与变形模量才近似相等。一般取工作应力一般取工作应力=(0.40.5)fc时的割线模量值。时的割线模量值。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能28282015/9/302015/9/302.1.4复合应力状态下混凝土的受力性能复合应力状态下混凝土的受力性能实际工程中结构构件的受力情况实际工程中结构构件的受力情况单向受力状态很少，而往往受轴力、弯矩、剪力、扭矩等不同组合力的作用，处于复杂的复合应力状态。单向受力状态很少，而往往受轴力、弯矩、剪力、扭矩等不同组合力的作用，处于复杂的复合应力状态。框架梁、柱节点区的混凝土，既受到柱轴向力的作用也受到两个方向梁的约束；框架梁

31、、柱节点区的混凝土，既受到柱轴向力的作用也受到两个方向梁的约束；处于局部受压状态下的混凝土，所受的也是多向应力。处于局部受压状态下的混凝土，所受的也是多向应力。研究方法研究方法由于混凝土材料的复杂性，当前主要依据一些试验研究结果，得出近似的公式。由于混凝土材料的复杂性，当前主要依据一些试验研究结果，得出近似的公式。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能29292015/9/302015/9/302.1.4.1双向应力状态双向应力状态当双向受压时(第象限)，混凝土一个方向向的强度随另一向压应力的增加而增加。双向受压混凝土的强度要比单向受压的强最度多可提高约当双向受压时(第象

32、限)，混凝土一个方向向的强度随另一向压应力的增加而增加。双向受压混凝土的强度要比单向受压的强最度多可提高约27%最大强度最大强度fcmax：应力状态应力状态两个相互垂直的平面上作用有法向应力两个相互垂直的平面上作用有法向应力 1和和 2时，第三个平面上应力为零。时，第三个平面上应力为零。1/2或或 2/1=0.30.6时时fcmax(1.251.60)fc第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能30302015/9/302015/9/302.1.4.1双向应力状态双向应力状态当双向受拉时(第象限)，混凝土一个方向的抗拉强度与另一向拉应力大小基本无关，即：当双向受拉时(第象限

33、)，混凝土一个方向的抗拉强度与另一向拉应力大小基本无关，即：抗拉强度和单向应力时的抗拉强度基本相等。抗拉强度和单向应力时的抗拉强度基本相等。最大强度最大强度fcmax：应力状态应力状态两个相互垂直的平面上作用有法向应力两个相互垂直的平面上作用有法向应力 1和和 2时，第三个平面上应力为零。时，第三个平面上应力为零。1/2或或 2/1任意值，其强度均与单轴抗拉强度相近。任意值，其强度均与单轴抗拉强度相近。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能31 312015/9/302015/9/302.1.4.1双向应力状态双向应力状态当一向受拉，一向受压时(第、象限)，混凝土一个方向

34、的强度随另一向应力的增加而几乎呈线性降低。当一向受拉，一向受压时(第、象限)，混凝土一个方向的强度随另一向应力的增加而几乎呈线性降低。最大强度最大强度fcmax：应力状态应力状态两个相互垂直的平面上作用有法向应力两个相互垂直的平面上作用有法向应力 1和和 2时，第三个平面上应力为零。时，第三个平面上应力为零。1/2或或 2/1任意值，其强度均不超过相应的单轴强度。任意值，其强度均不超过相应的单轴强度。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能32322015/9/302015/9/302.1.4.1双向应力状态双向应力状态区区拉剪状态拉剪状态/fc/fc应力状态应力状态单轴正

35、应力单轴正应力+剪应力剪应力在剪切面产生的约束，阻碍剪切变形的发展，使在剪切面产生的约束，阻碍剪切变形的发展，使 提高。提高。随随 的加大，抗拉强度下降；随着的加大，抗拉强度下降；随着 增大，抗剪强度下降。增大，抗剪强度下降。区区压剪状态压剪状态/fc0.6时，随时，随增大，抗剪强度增加。增大，抗剪强度增加。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能33332015/9/302015/9/302.1.4.1双向应力状态双向应力状态区区压剪状态压剪状态/fc/fc应力状态应力状态单轴正应力单轴正应力+剪应力剪应力由于剪应力的存在，混凝土的极限抗压（拉）强度低于单向抗压（拉）强度

36、，所以当结构中出现剪应力时，其抗压（拉）强度均会有所降低。由于剪应力的存在，混凝土的极限抗压（拉）强度低于单向抗压（拉）强度，所以当结构中出现剪应力时，其抗压（拉）强度均会有所降低。结论结论/fc0.6时，随时，随增大，抗剪强度反而下降。增大，抗剪强度反而下降。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能34342015/9/302015/9/302.1.4.2三向应力状态三向应力状态1501005005 10 15 20 25000Mpa特点特点混凝土在三向受压的情况下，由于侧向压力的约束作用，延迟和限制了沿轴线方向的内部微裂缝的发生和发展，因而混凝土受压后的极限抗压强度和极

37、限压应变均有显著的提高和发展。混凝土在三向受压的情况下，由于侧向压力的约束作用，延迟和限制了沿轴线方向的内部微裂缝的发生和发展，因而混凝土受压后的极限抗压强度和极限压应变均有显著的提高和发展。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能35352015/9/302015/9/302.1.4.2三向应力状态三向应力状态Lccc75.4fff 1）螺旋箍筋）螺旋箍筋2）加密箍筋）加密箍筋3）钢管混凝土）钢管混凝土经验公式经验公式三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。三轴受压时，混凝土的强度及变形能力均有较大的提高三轴受压时，混凝土的

38、强度及变形能力均有较大的提高实际工程中，常利用此特性来提高混凝土构件的抗压强度和变形能力。实际工程中，常利用此特性来提高混凝土构件的抗压强度和变形能力。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能36362015/9/302015/9/302.1.4.3局部受压局部受压 1 1：局部承压强度提高系数，大于1：局部承压强度提高系数，大于1c1cfflc1AAl概念概念当构件的承压面积当构件的承压面积Al 大于荷载的局部传力面积大于荷载的局部传力面积Ac 时，承压混凝土局部受力，周围混凝土对核心混凝土受压后产生的侧向变形有约束作用，所以，局部承压强度比棱柱体强度要高。此时混凝土的极

39、限承压强度称为局部承压强度，时，承压混凝土局部受力，周围混凝土对核心混凝土受压后产生的侧向变形有约束作用，所以，局部承压强度比棱柱体强度要高。此时混凝土的极限承压强度称为局部承压强度，fcl。局部承压强度公式局部承压强度公式第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能37372015/9/302015/9/302.1.5.1混凝土的徐变混凝土的徐变161284369121518212427Acecr徐变ce弹性变形ch收缩ceaeerBCD(104)t(月)0徐变定义徐变定义混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变，混凝土的徐变特性主要与时间参数有关。混凝

40、土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变，混凝土的徐变特性主要与时间参数有关。在应力在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变：）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变：前前4个月徐变增长较快；个月徐变增长较快；ce=/Ec(t0)t0加荷时的龄期加荷时的龄期随荷载作用时间的延续，变形不断增长，即随荷载作用时间的延续，变形不断增长，即 cr。之后的之后的6个月，可达最终徐变的个月，可达最终徐变的7080%；以后增长逐渐缓慢，以后增长逐渐缓慢，23年后趋于稳定。年后趋于稳定。徐变的时随（徐变的时随（time-dependent）曲线）曲线加荷、维荷阶段加荷、维荷阶段第二章 钢筋

41、和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能38382015/9/302015/9/302.1.5.1混凝土的徐变混凝土的徐变161284369121518212427Acecr徐变ce弹性变形ch收缩ceaeerBCD(104)t(月)0徐变的时随（徐变的时随（time-dependent）曲线）曲线卸荷阶段卸荷阶段如在时间如在时间t 卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变 ce。且。且 ce ce。由于混凝土弹性模量随时间增长，故，由于混凝土弹性模量随时间增长，故，ce ce。经过一段时间后，还有一部分应变经过一段时间后，还有一部分应变 ce可以恢复，可以恢复，c

42、e称为弹性后效或徐变恢复，不可恢复的残留永久应变称为弹性后效或徐变恢复，不可恢复的残留永久应变 cr。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能39392015/9/302015/9/302.1.5.1混凝土的徐变混凝土的徐变0.8fc作为混凝土的长期抗压强度。作为混凝土的长期抗压强度。2.1混凝土混凝土徐变的性质徐变的性质线性徐变线性徐变当当c 0.8fc，徐变发展最终导致破坏，徐变发展最终导致破坏初应力初应力 c0.5fc，徐变与初应力呈正比；，徐变与初应力呈正比；非线性徐变非线性徐变初应力初应力 c0.5fc；影响混凝土徐变的因素影响混凝土徐变的因素应力因素应力因素初应

43、力初应力 c大小大小初应力越大，徐变就越大。初应力越大，徐变就越大。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能40402015/9/302015/9/302.1.5.1混凝土的徐变混凝土的徐变2.1混凝土混凝土影响混凝土徐变的因素影响混凝土徐变的因素内在因素内在因素水灰比水灰比骨料刚度(弹性模量)越大，徐变越小骨料刚度(弹性模量)越大，徐变越小混凝土级配混凝土级配水泥用量水泥用量水灰比越大，徐变越大水灰比越大，徐变越大水泥用量越大，徐变越大水泥用量越大，徐变越大构件形状、尺寸构件形状、尺寸 尺寸越大，徐变越小尺寸越大，徐变越小/配筋越多，徐变越小配筋越多，徐变越小环境影响环境

44、影响初始加载龄期、养护条件初始加载龄期、养护条件受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大采用蒸汽养护可使徐变减少采用蒸汽养护可使徐变减少2035%。第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能41 412015/9/302015/9/302.1.5.1混凝土的徐变混凝土的徐变2.1混凝土混凝土混凝土最终收缩应变值约为(混凝土最终收缩应变值约为(25)10-4徐变对砼结构的影响徐变对砼结构的影响使构件的变形

45、增加使构件的变形增加在钢筋混凝土截面中引起应力重分布在钢筋混凝土截面中引起应力重分布在预应力混凝土结构中会造成预应力的损失在预应力混凝土结构中会造成预应力的损失混凝土开裂应变为(混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能42422015/9/302015/9/302.1.5.2 混凝土的收缩混凝土的收缩2.1混凝土混凝土概念概念混凝土在空气中硬化时体积缩小，这种现象称为混凝土的收缩混凝土在空气中硬化时体积缩小，这种现象称为混凝土的收缩特性特性收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。

46、蒸汽养护常温养护15200.10.20.30.4收缩(103)时间(月)1050收缩的性质收缩的性质自由收缩自由收缩约束收缩约束收缩内部的钢筋约束内部的钢筋约束支座的外部约束支座的外部约束第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能43432015/9/302015/9/302.1.5.2 混凝土的收缩混凝土的收缩水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越大。水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越大。2.1混凝土混凝土影响混凝土收缩的因素影响混凝土收缩的因素与结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件诸多因素有关与结构周围的温度、湿度

47、、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件诸多因素有关水泥品种水泥品种水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。水泥用量水泥用量骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。骨料性质骨料性质干燥失水及高温环境，收缩大。干燥失水及高温环境，收缩大。养护条件养护条件混凝土越密实，收缩越小混凝土越密实，收缩越小制作方法制作方法使用环境温度、湿度越大，收缩越小。使用环境温度、湿度越大，收缩越小。使用环境使用环境构件的体积与表面积比值大时，收缩小。构件的体积与表面积比值大时，收缩小。体表比值体表比值第二章 钢筋和混凝土的力学

48、性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能44442015/9/302015/9/30一般不会引起拉应力，故不会开裂一般不会引起拉应力，故不会开裂2.1.5.2 混凝土的收缩混凝土的收缩2.1混凝土混凝土收缩对结构的影响收缩对结构的影响自由收缩自由收缩约束收缩约束收缩产生收缩应力，甚至使混凝土开裂，使预应力混凝土构件产生预应力损失产生收缩应力，甚至使混凝土开裂，使预应力混凝土构件产生预应力损失墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形钢筋混凝土构件的收缩裂缝钢筋混凝土构件的收缩裂缝第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能45452015/9/302015/9/30

49、2.1.6混凝土的疲劳变形混凝土的疲劳变形疲劳破坏的特征疲劳破坏的特征2.1混凝土混凝土重复荷载作用下的应力重复荷载作用下的应力-应变曲线应变曲线裂缝小而变形大裂缝小而变形大混凝土疲劳强度试验混凝土疲劳强度试验标准试件：棱柱体标准试件：棱柱体150150300150150450棱柱体棱柱体循环荷载次数：循环荷载次数：200万次万次fmaxc,fminc,fc混凝土疲劳强度混凝土疲劳强度 fcffcf=fc应力幅应力幅第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能46462015/9/302015/9/302.2钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能钢筋的外形钢筋的外形热轧钢筋热轧钢

50、筋预应力钢筋预应力钢筋第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能47472015/9/302015/9/302.2.1钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别普通热轧钢筋普通热轧钢筋调质热处理钢筋调质热处理钢筋2.2钢筋钢筋钢筋的品种钢筋的品种细晶粒热轧钢筋细晶粒热轧钢筋第二章 钢筋和混凝土的力学性能第二章 钢筋和混凝土的力学性能48482015/9/302015/9/302.2.1钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别HPB300级(A)：级(A)：fyk=300N/mm2；5=25%2.2钢筋钢筋热轧钢筋热轧钢筋屈服强度及延伸率屈服强度及延伸率屈服强度屈服强度 fyk（标准值，保证率（