混凝土力学性能

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150 500 100 150 轴心0.395 f cu.,55 (1 − 1.645δ) 0.45 × α c 2 k
图：1-9
σ (MPa)
强度等级越高，线弹性段越长， 强度等级越高，线弹性段越长，
C80
峰值应变也有所增大。 峰值应变也有所增大。但高强混凝
钢筋与混凝土之间的粘结 筋和混凝土接触面上的粘结——化学吸附力， ——化学吸附力 筋和混凝土接触面上的粘结——化学吸附力， 亦称胶结力 胶结力。 亦称胶结力。这来源于浇注时水泥浆体向钢筋表 面氧化层的渗透和养护过程中水泥晶体的生长和 硬化，从而使水泥胶体与钢筋表面产生吸附胶着 硬化， 作用。 作用。这种化学吸附力只能在钢筋和混凝土的界 面处于原生状态时才存在， 旦发生滑移， 面处于原生状态时才存在，—旦发生滑移，它就 其值很小，不起明显作用。 失去作用 ，其值很小，不起明显作用。 钢筋与混凝土之间的摩阻力 摩阻力。 钢筋与混凝土之间的摩阻力。由于混凝土凝 固时收缩．使钢筋与混凝土接触面上产生正应力， 固时收缩．使钢筋与混凝土接触面上产生正应力， 因此，当钢筋和混凝土产生相对滑移时(或有相对 因此，当钢筋和混凝土产生相对滑移时 或有相对 滑移的趋势时)， 滑移的趋势时 ，在钢筋和混凝土的界面上将产生 摩阻力。 摩阻力。光面钢筋与混凝土的粘结力主要靠摩阻 力。
f ck = 0.88α C1α C 2 ⋅ f cu ,k
混凝土轴心抗拉强度 混凝土轴心抗拉强度ft是采用 混凝土轴心抗拉强度 是采用 100mm×100mm×500mm的棱柱体， 的棱柱体， × × 的棱柱体 两端设有螺纹钢筋， 两端设有螺纹钢筋，在实验机上受拉 来测定的。 来测定的。当试件拉裂时测得的平均 拉应力即为混凝土的轴心抗拉强度。 拉应力即为混凝土的轴心抗拉强度。 实验表明， 实验表明，混凝土的抗拉强度比抗压 强度低得多， 强度低得多，混凝土轴心抗拉强度只 是混凝土立方体抗压强度的1/17～1/8 是混凝土立方体抗压强度的 ～ 倍,而且随混凝土强度等级的提高而减 而且随混凝土强度等级的提高而减 通过实验，新规范按下式计算： 小。通过实验，新规范按下式计算：
影响徐变得因素 内在因素是混凝土的组成和配比 是混凝土的组成和配比。 内在因素是混凝土的组成和配比。骨料的 刚度（弹性模量）越大，体积比越大， 刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐 变就越小。水灰比越小，徐变也越小。 变就越小。水灰比越小，徐变也越小。 环境影响包括养护和使用条件 包括养护和使用条件。 环境影响包括养护和使用条件。受荷前养 护的温湿度越高，水泥水化作用越充分， 护的温湿度越高，水泥水化作用越充分， 徐变就越小。 徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少 （20~35）%。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。 越高，相对湿度越小，徐变就越大。
ε0
图 1-10 不同强度混凝土的应力 应变关系曲线
体积应变逐渐由压缩转为扩张。 体积应变逐渐由压缩转为扩张。
fc < fcu ?
>
不涂润滑剂 涂润滑剂 混凝土破坏机理
≈
混凝土的变形 混凝土的变形可分为两类： 混凝土的变形可分为两类：一类是受 力引起的变形； 力引起的变形；另一类是收缩和温度变化 引起的变形。 引起的变形。 疲劳变形都是在荷载重复作用下产生的。 疲劳变形都是在荷载重复作用下产生的。 混凝土的徐变 混凝土在荷载的长期作用下， 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。 随时间而不断增长的现象称为徐变。 徐变会使结构（构件） 挠度） 徐变会使结构（构件）的（挠度）变 形增大，引起预应力损失， 形增大，引起预应力损失，在长期高应力 作用下，甚至会导致破坏。 作用下，甚至会导致破坏。
不过，徐变有利于结构构件产生内（ 不过，徐变有利于结构构件产生内（应） 力重分布，降低结构的受力（ 力重分布，降低结构的受力（如支座不均 匀沉降）， ），减小大体积混凝土内的温度应 匀沉降），减小大体积混凝土内的温度应 受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。 力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。 与混凝土的收缩一样，徐变与时间有 与混凝土的收缩一样， 因此，在测定混凝土的徐变时， 关。因此，在测定混凝土的徐变时，应同 批浇筑同样尺寸不受荷的试件， 批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环 境下同时量测混凝土的收缩变形， 境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变 试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形， 试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形， 才可得到徐变变形。 才可得到徐变变形。
l d T τµ τ max
混凝土的收缩变形 混凝土在空气中硬化时体积会缩小， 混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现 象称为混凝土的收缩。 象称为混凝土的收缩。
影响因素 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及 尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、 尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及 养护条件等许多因素有关。 养护条件等许多因素有关。 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。 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。 干燥失水及高温环境，收缩大。 干燥失水及高温环境，收缩大。 小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。 小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。 高强混凝土收缩大。 高强混凝土收缩大。 影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。 影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。 在实际工程中， 在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影 施工缝。 响——施工缝。 施工缝
在钢筋混凝土结构中， 在钢筋混凝土结构中，混凝土的强度等级 不宜低于C15；当采用 级钢筋时， 不宜低于 ；当采用HRB335级钢筋时， 级钢筋时 混凝土强度等级不应低于C20；当采用 混凝土强度等级不应低于 ； HRB400和RRB400级钢筋以及的对承受重 和 级钢筋以及的对承受重 复荷载的构件， 复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于 C20。预应力混凝土结构的混凝土强度等级 。 不应低于C30；当采用预应力钢丝、钢绞线、 不应低于 ；当采用预应力钢丝、钢绞线、 热处理钢筋作预应力钢筋时， 热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度 等级不宜低于C40。 等级不宜低于 。
混凝土轴心抗压强度 实际工程中， 实际工程中，一般的受压构件不是立方体而 是棱柱体，即构件的高度要比截面的尺寸大。 是棱柱体，即构件的高度要比截面的尺寸大。一 般用h/b=3～4的棱柱体抗压强度来代表混凝土单 般用 ～ 的棱柱体抗压强度来代表混凝土单 向均匀受压时的抗压强度。 向均匀受压时的抗压强度。轴心抗压强度采用棱 柱体试件测定，用符号fc表示 表示， 柱体试件测定，用符号 表示，它比较接近实际 构件中混凝土的受压情况， 构件中混凝土的受压情况，我国通常取 150mm×150mm×450mm的棱柱体试件，也常 的棱柱体试件， × × 的棱柱体试件 试件。 用100×100×300试件。 × × 试件 对于同一混凝土， 对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗 压强度。 压强度。棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换 算关系为： 算关系为：
20
0.3fc
C20
于0.3fc时混凝土处于弹性阶段，混 时混凝土处于弹性阶段， 时混凝土处于弹性阶段
ε
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01
凝土内部几乎没有裂缝， ～ 凝土内部几乎没有裂缝，0.3～0.8 fc 之间，混凝土内部裂缝发展， 之间，混凝土内部裂缝发展，但能 保持稳定，大于 保持稳定，大于0.8 fc混凝土内部裂 混凝土内部裂 缝发展很快，塑性变形显著增大， 缝发展很快，塑性变形显著增大，
60
fc
40
C60
土中，砂浆与骨料的粘结很强， 土中，砂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， 往往是骨料破坏，破坏时脆性越显
C40
著，下降段越陡。峰值应力fc所对 下降段越陡。峰值应力 所对 应的应变ε0约为 左右， 应的应变 约为0.002左右，应力小 左右
混凝土的强度 混凝土的立方体抗压强（ 混凝土的立方体抗压强（fcu）度及强度等级 混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。 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。 基本的指标。
混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的
混凝土强度等级：边长 立方体标准试件， 混凝土强度等级：边长150mm立方体标准试件， 立方体标准试件 在标准条件下（ ± ℃ 湿度） 在标准条件下（20±3℃，≥90%湿度）养护 天， 湿度 养护28天 用标准试验方法（加载速度0.15~0.3N/mm2/sec， 用标准试验方法（加载速度 ， 两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方 两端不涂润滑剂）测得的具有 保证率的立方 体抗压强度，用符号C表示 表示， 体抗压强度，用符号 表示，C30表示 表示 fcu,k=30N/mm2 ， fcu,k混凝土强度标准值，注 混凝土强度标准值， 混凝土强度标准值 的区别在于是否具有95%的保证 意： fcu与fcu,k的区别在于是否具有 与 的区别在于是否具有 的保证 率 根据《规范》强度范围， 共划分为14 根据《规范》强度范围，从C15~C80共划分为 共划分为 个强度等级，级差为5N/mm2。与原《规范 个强度等级，级差为 。与原《 GBJ10-89》相比，混凝土强度等级范围由 》相比，混凝土强度等级范围由C60提 提 高到C80，C50以上为高强混凝土。 以上为高强混凝土 高到 ， 以上为高强混凝土。
钢筋与混凝土的咬合力。对于光面钢筋， 钢筋与混凝土的咬合力。对于光面钢筋，咬 咬合力 合力是指表面粗糙不平而产生的咬合作用； 合力是指表面粗糙不平而产生的咬合作用；对于 带肋钢筋， 带肋钢筋，咬合力是指带肋钢筋肋间嵌入混凝土 而形成的机械咬合作用， 而形成的机械咬合作用，这是带肋钢筋与混凝土 粘结力的主要来源。 粘结力的主要来源。