2钢筋和混凝土材料的力学性能

不同强度混凝土的应力-应变关系曲线
2.1 混凝土 混凝土的物理力学性能
2. 砼单轴受压时的应力变形模型 （1）. 美国 ） 美国E.Hongnestad模型 模型
ε ε 2 σ = fc[2 − ( ) ] ε0 ε0
4. 砼的变形
本节重点 1.混凝土轴心受压应力 应变曲线有何特点 混凝土轴心受压应力--应变曲线有何特点 混凝土轴心受压应力 应变曲线有何特点? 2.什么是混凝土的徐变 徐变对混凝土构件有何影响 通常 什么是混凝土的徐变?徐变对混凝土构件有何影响 什么是混凝土的徐变 徐变对混凝土构件有何影响?通常 认为影响徐变的主要因素有哪些?如何减少徐变 如何减少徐变? 认为影响徐变的主要因素有哪些 如何减少徐变
20
25
（4）正应力和剪应力作用 ） （混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低） 混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低） ＜（0.5~0.7)时,抗剪强度随压应力的增大而增大 当σ/fc＜（ 时 抗剪强度随压应力的增大而增大 当σ/fc>（0.5~0.7)时,抗剪强度随压应力的增大而减小 （ 时 抗剪强度随压应力的增大而减小 左右时，抗剪强度达到最大， 当压应力在 0.6 f c 左右时，抗剪强度达到最大，压应力 继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应 继续增大，则由于内裂缝发展明显， 力的增大而减小。 力的增大而减小。
ε ×10-3
0 2 4 6 8
2.1 混凝土的物理力学性能 2.2 混凝土
强度等级越高， 强度等级越高，线弹性段 越长， 越长，峰值应变也有所增 大。但高强混凝土中，砂 但高强混凝土中， 浆与骨料的粘结很强， 浆与骨料的粘结很强，密 实性好，微裂缝很少， 实性好，微裂缝很少，最 后的破坏往往是骨料破坏， 后的破坏往往是骨料破坏， 破坏时脆性越显著， 破坏时脆性越显著，下降 段越陡。 段越陡。
（3）三轴受压（抗压强度提高） ）三轴受压（抗压强度提高） 混凝土圆柱体三向受压的轴心抗压强度 f cc 与侧压 σ 2 的经验公式： 的经验公式：
200 50N/mm2 150 35N/mm2
f cc = f c′ + k ′σ 2
100 50
σ2
10N/mm2
σ1
σ2
0
5
10 15 ε1 (‰)
复合应力状态下混凝土的强度小结
1. 双向应力状态下的强度变化规律 （1）双向受压时，混凝土抗压强度 ）双向受压时， 大于 单向； 单向；
单向； （2）双向受拉时，混凝土抗拉强度于 接近 ）双向受拉时， 单向； （3）一向受压和一向受拉时，其抗拉（抗压）强度 ）一向受压和一向受拉时，其抗拉（抗压） 相应的单向强度； 均低于 相应的单向强度； （4）由于剪应力的存在，混凝土抗压强度 低于 单向； ）由于剪应力的存在， 单向； （5）由于压应力的存在，混凝土抗剪强度有限增加 但 ）由于压应力的存在，混凝土抗剪强度有限增加, 当压应力大于0.6fc时，随压应力增大而减小。 当压应力大于 时 随压应力增大而减小。
混凝土 强度 等级 ≤ C40 0.76 1.00 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80
αc1 αc2
0.76
0.76
0.77
0.78
0.79
0.80
0.81
0.82
0.984 0.968 0.951 0.935 0.919 0.903 0.887 0.87
fcu,k立方体强度标准值即为混凝土强度等级 cu。 立方体强度标准值即为混凝土强度等级f
破 坏
试块 摩擦力
压力机垫板
影响实验强度值因素分析
承压板 摩擦力
•压力→试件 压力→
试块
→裂缝发展 →扩张→整 扩张→ 个体系解体， 个体系解体， 丧失承载力
不涂润滑剂
强度大于
涂润滑剂
•另影响强度的因
我国规范的方法： 我国规范的方法：不涂润滑剂
素还有：龄期、加 素还有：龄期、 载速率、试块尺寸 载速率、 等
计算钢筋混凝土和预应力混凝土构件的抗裂和裂缝宽度 F
间接测试法： 间接测试法：
压
2F ft = πdl
P-----破坏荷载 -----破坏荷载
a
拉
压
F
d----圆柱体直径或立方体边长 ----圆柱体直径或立方体边长
劈拉试验
l----圆柱体长度或立方体边长 ----圆柱体长度或立方体边长
第2章 物理力学性能
3.复合应力状态下混凝土的强度 3.复合应力状态下混凝土的强度
（1）双向正应力 ）
σ1, σ2 (压－压) 压
混凝土强度增加 第三象限） （第三象限）
σ1, σ2 (拉－压) 拉
混凝土强度降低 （第二、四象限） 第二、四象限）
σ1, σ2 (拉－拉) 拉
混凝土强度基本不 第一象限） 变（第一象限）
普通混凝土 C15～ C15～C50
掺入高效减水剂
高强混凝土 C55～ C55～C80
强度高、和易性、流动性好， 强度高、和易性、流动性好，制作工艺简单
混凝土的强度等级的选用
混凝土结构中混凝土强度最低等级 钢筋种类 素混凝土结构 钢筋混凝土结构 强度等级400MPa及以上的钢筋时 及以上的钢筋时 强度等级 重复荷载的构件 预应力混凝土结构 采用预应力钢绞线、钢丝、 采用预应力钢绞线、钢丝、预应力螺纹钢筋 （GB50010-2010） ） 混凝土强度等级 不应低于C15 不应低于 不应低于C20 不应低于 不应低于C25 不应低于 不应低于C30 不应低于 不应低于C30 不应低于 不宜低于C40 不宜低于
2.混凝度 (1)混凝土的轴心抗压强度fc 混凝土的轴心抗压强度
“套箍效应” 套箍效应” 套箍效应
试块 摩擦力
压力机垫板
h/b
fck
h/b=2~3，fck趋于稳定 ，
fc =
fck
1.4
γ c
轴心抗压强度标准值 fck
棱柱体 300
2. 三向受压状态下的强度变化规律 结论： 结论：三向受压状态下的混凝土抗压强度 大于双向和单向。 大于双向和单向。 3. 实际工程应用——约束混凝土 实际工程应用 约束混凝土 （1）采用约束混凝土不仅可以提高混凝土 的抗压强度， 的抗压强度，也可以提高构件的耐受变形 能力； 能力； （2）工程中应用约束混凝土的实例，如 工程中应用约束混凝土的实例， 螺旋钢箍柱、钢管混凝土等。 螺旋钢箍柱、钢管混凝土等。
（用h/b=3～4的柱体试件测定） h/b=3～ 的柱体试件测定）
fc 0.8 fc
fc 3
ε0
εcu
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
σ (MPa)
C
30
D
B
20
E A
10
达到B点 达到 点，内部一些微 A点以后 点以后， A点以前 ， 点以后 点以前， 点以前 随应变增长，试件上相 随应变增长由于微裂缝 混凝土在结硬过程中， 混凝土在结硬过程中， 达到C点 c，内部微裂缝 达到 点f，微裂缝没有 裂缝相互连通， 裂缝相互连通，裂缝发 处的应力集中， 处的应力集中，裂缝开 继出现多条不连续的纵 明显发展， 明显发展，混凝土的变 由于水泥石的收缩、 由于水泥石的收缩 连通形成破坏面， 、骨 连通形成破坏面，应变 展已不稳定， 展已不稳定，横向变形 始有所延伸发展，应力 向裂缝， 始有所延伸发展，产生 向裂缝，横向变形急剧 形主要弹性变形， 形主要弹性变形 增长速度明显加快， 增长速度明显加快，C 料下沉以及温度变化等 突然增大， 突然增大，体积应变开， 部分塑性变形， 。A 发展，承载力明显下降， 部分塑性变形，应变增 发展，承载力明显下降 -应变关系近似直线 应变关系近似直线。 应变关系近似直线 点的纵向应变值称为峰 始由压缩转为增加。 始由压缩转为增加。在 原因， 原因，在骨料和水泥石 长开始加快，应力-应 长开始加快约为 混凝土骨料与砂浆的粘 点应力随混凝土强度的 约为0.002。 值应变 ε 0，，应力 应。 此应力的长期作用下， 此应力的长期作用下， 的界面上形成很多微裂 结不断遭到破， 变曲线逐渐偏离直线。 结不断遭到破，裂缝连 变曲线逐渐偏离直线。 提高而增加， 提高而增加，对普通强 裂缝会持续发展最终导 纵向应变发展达到D点 纵向应变发展达到。 通形成斜向破坏面。E 通形成斜向破坏面D点， 微裂缝的发展导致混凝 缝，成为混凝土中的薄 致破坏。εσ= (2~3) 致破坏。取A约为 ε ， 点的应力 度混凝土 B点的应力 内部裂缝在试件表面出 点的应变 混凝土的最终 土的横向变形增加。 土的横向变形增加。但 0 弱部位。 弱部位。 作为混凝土的长期抗压 (0.3~0.4)fc ，对高强混 现第一条可见平行于受 应力σ = (0.4~0.6) fc。 该阶段微裂缝的发展是 破坏就是由于这些微裂 强度。普通强度混凝土 强度。A。 凝土σ 可达(0.5~0.7)f 力方向的纵向裂缝。 力方向的纵向裂缝。 c。 稳定的。 稳定的 可达 约为0.8fc，高强强度 σB约为 缝的发展造成的。 缝的发展造成的。 可达0.95fc以上。 以上。 混凝土σB可达
注意问题： 注意问题：
混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度 抗压强度。 混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强 度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。 度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。 混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的。 混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的。 影响立方体抗压强度的因素： 影响立方体抗压强度的因素： 内因：如强度与水泥标号、骨料品种、配合比等。 内因：如强度与水泥标号、骨料品种、配合比等。 外因：试验方法（箍套） 温度、湿度、试件尺寸。 外因：试验方法（箍套）、温度、湿度、试件尺寸。
fck = 0.88αc1αc2 fcu,k
混凝土轴心抗压强度 与立方体抗压强度的关系
(2)混凝土的轴心抗拉强度 (2)混凝土的轴心抗拉强度ft 混凝土的轴心抗拉强度 间接测试法： 间接测试法：