混凝土结构材料的力学性能(精)
第2章混凝土结构材料的物理力学性能
➢ 理解单轴和复合受力状态下混凝土的强度和混凝土 的变形性能；
➢混凝土结构对钢筋性能的要求； ➢了解钢筋的强度和变形、级别、品种； ➢熟悉掌握钢筋与混凝土共同工作的原理。
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学习要求：
➢了解单轴受力状态下混凝土强度的标准检验方法，混凝土强 度和强度等级； ➢掌握混凝土在一次短期加载时的变形性能，混凝土处于三向 受压的变形特点；（难） ➢理解混凝土在重复荷载作用下的变形性能； ➢理解混凝土的弹性模量、徐变和收缩性能；（难） ➢了解钢筋的强度和变形、钢筋的成分、级别和品种，混凝土 结构对钢筋性能的要求； ➢掌握钢筋的应力-应变关系曲线的特点和数学模型，分清双直 线和三折线模型所代表的钢筋类型；（难） ➢掌握钢筋和混凝土的粘结性能。
fcu
，f
' c
——混凝土的
立方体和圆柱体抗压
强度。
•考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷速度等的影响，取
Comite Euro-International du Beton.
ft=0.23fcu 2/3
试件尺寸小者，实测抗拉强度 偏高；尺寸较大者强度偏低。
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2、劈裂试验fts
对于同一混凝土，轴拉试验和劈拉试验 测得的抗拉强度并不相同。
我国根据100mm立方体的劈裂与抗压 试验结果有：fts=0.19fcu ¾
由于混凝土内部的不均匀性和安装试件的偏差等原因，采用直接 轴心受拉试验测定抗拉强度很困难。国内外常采用圆柱体或立方体 的劈裂试验间接测试混凝土的轴心抗拉强度。
F
F
根据弹性理论，轴
心抗拉强度的试验值：
d
d
fts
2F
dl
F
F
2混凝土结构材料的物理力学性能
2混凝土结构材料的物理力学性能本章提要钢筋和混凝土的物理力学性能以及共同工作的性能直接影响混凝土结构和构件的性能，也是混凝土结构计算理论和设计方法的基础。
本章介绍了钢筋和混凝土在不同受力条件下强度和变形的特点，以及这两种材料结合在一起共同工作的受力性能。
2.1钢筋2.1.1钢筋的品种和级别混凝土结构中使用的钢筋按化学成分可分为碳素钢和普通低合金钢两大类。
碳素钢除含有铁元素外，还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素。
根据含碳量的多少，碳素钢又可分为低碳钢（含碳量小于0.25%）、中碳钢（含碳量为0.25%~0.6%）和高碳钢（含碳量为0.6%~1.4%），含碳量越高，钢筋的强度越高，但塑性和可焊性越低。
普通低合金钢除含有碳素钢已有的成分外，再加入一定量的硅、锰、钒、钛、铬等合金元素，这样既可以有效地提高钢筋的强度，又可以使钢筋保持较好的塑性。
由于我国钢材的产量和用量巨大，为了节约低合金资源，冶金行业近年来研制开发出细晶粒钢筋，这种钢筋不需要添加或只需添加很少的合金元素，通过控制轧钢的温度形成细晶粒的金相组织，就可以达到与添加合金元素相同的效果，其强度和延性完全满足混凝土结构对钢筋性能的要求。
按照钢筋的生产加工工艺和力学性能的不同，《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）规定用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构中的钢筋或钢丝可分为热轧钢筋、中强度预应力钢丝、消除应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋等，见附表4和附表5。
热轧钢筋是由低碳钢、普通低合金钢或细晶粒钢在温度状态下轧制而成，有明显的屈服点和流幅，断裂时有“颈缩”现象，伸长率较大。
热轧钢筋根据其强度的高低可分为HPB300级（符号 ）、HRB335级（符号）、HRBF335级（符号）、HRB400级（符号）、HRBF400级（符号）、RRB400级（符号）、HRB500级（符号）、HRBF500级（符号）。
其中HPB300级为光面钢筋，HRB335级、HRB400级和HRB500级为普通低合金热轧月牙纹变形钢筋，HRBF335级、HRBF400级、HRBF500级为细晶粒热轧月牙纹变形钢筋，RRB400级为余热处理月牙纹变形钢筋，余热处理钢筋是由轧制的钢筋经高温淬水、余热回温处理后得到的，其强度提高，价格相对较低，但可焊性、机械连接性能及施工适应性稍差，可在对延性及加工性要求不高的构件中使用，如基础、大体积混凝土以及跨度及荷载不大的楼板、墙体。
混凝土结构材料的力学性能
02 混凝土的力学性能
抗压性能
抗压强度
混凝土抗压强度是衡量其抵抗压 力的能力，通常以MPa（兆帕）
为单位表示。
抗压弹性模量
混凝土的抗压弹性模量反映了 其抵抗压力变形的能力，是结 构设计中的重要参数。
抗压韧性
混凝土的抗压韧性是指在承受 压力时抵抗破裂的能力，与材 料的微观结构和制作工艺有关 。
抗压疲劳性能
水工建筑
水工建筑主要包括水库、水电站、堤坝等水利设施，需要承 受较大的水压力和冲刷力。
混凝土结构材料具有较好的抗渗性能和耐久性，能够满足水 工建筑的要求，提高水利设施的稳定性和安全性。
05 混凝土的未来发展
高性能混凝土
总结词
具有高强度、高耐久性和高工作性能 的混凝土材料。
详细描述
高性能混凝土通过优化原材料、配合 比和制备工艺，显著提高了混凝土的 力学性能、耐久性和工作性能，能够 满足各种复杂工程结构的需要。
混凝土在反复承受压力作用下 抵抗疲劳破坏的能力，对于长 期承受动态载荷的结构非常重
要。
抗拉性能
抗拉强度
混凝土的抗拉强度是指其抵抗拉伸应 力的能力，通常远低于抗压强度。
抗拉弹性模量
混凝土的抗拉弹性模量反映了其抵抗 拉伸变形的能力，是结构设计中的重 要参数。
抗拉韧性
混凝土的抗拉韧性是指在承受拉伸应 力时抵抗开裂和断裂的能力。
智能混凝土
总结词
具有自感知、自适应和自修复功能的混凝土材料。
详细描述
智能混凝土通过在混凝土中添加智能纤维、传感器和特殊添加剂，使其具备感 知外部应力的能力，并能够根据应力变化自适应调整内部结构，同时具有自修 复损伤的能力，提高了混凝土结构的智能化水平。
再生混凝土
混凝土结构材料的物理力学性能
第二章混凝土结构材料的物理力学性能2.1砼的物理力学性能材料的力学性能指标包括：强度指标和变形性能指标。
本节内容一、混凝土的组成结构二、单向受力状态下的混凝土强度（重点）三、复合受力状态下的混凝土强度四、混凝土的变形性能2.1.1 混凝土的组成结构普通混凝土是由水泥、砂子和石子三种材料及水按一定配合比拌合，经过凝固硬化后做成的人工石材。
1、混凝土结构分为三种基本类型：微观结构：即水泥石结构，由水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成，其物理力学性能取决于水泥的化学—矿物成分、粉磨细度、水灰比和硬化条件亚微观结构：即混凝土中的水泥砂浆结构；可看作以水泥石为基相、砂子为分散相的二组分体系，砂子和水泥石的结合面是薄弱面。
对于水泥砂浆结构，除上述决定水泥石结构的因素外，砂浆配合比、砂的颗粒级配与矿物组成、砂粒形状、颗粒表面特性及砂中的杂质含量是重要控制因素宏观结构：即砂浆和粗骨料两组分体系。
与亚微观结构有许多共同点，因为这时可以把水泥砂浆看作基相，粗骨料分布在砂浆中，砂浆与粗骨料的结合面也是薄弱面。
2、混凝土的内部结构特点a)混凝土是一种复杂的多相复合材料。
其组份中的砂、石、水泥胶块中的晶体、未水化的水泥颗粒组成了混凝土中错综复杂的弹性骨架，主要用它来承受外力，并使混凝土具有弹性变形的特点；b)水泥胶块中的凝胶、孔隙和结合界面初始微裂缝等，在外荷载作用下则使混凝土产生塑性变形。
c)混凝土结构中的孔隙、界面微裂缝等先天缺陷，往往是混凝土受力破坏的起源，而微裂缝在受荷时的发展对混凝土的力学性能起着极为重要的影响。
2.1.2、单向受力状态下的混凝土强度用途：是进行钢筋混凝土结构构件强度分析、建立强度理论公式的重要依据。
1、立方体抗压强度 混凝土强度等级立方体抗压强度是最主要和最基本的指标。
混凝土的强度等级是依据混凝土立方体抗压强度标准制f cuk 确定的。
（1）测定方法：以边长150mm 立方体标准试件，在标准条件下（20±3℃，≥90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.15~0.3N/mm 2/s ，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的抗压强度值，用符号C 表示，C30表示f cu,k =30N/mm 2现《规范》根据强度范围，从C15~C60共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。
混凝土结构材料的物理性能
§2.1混凝土的物理力学性能
一.混凝土的组成结构
1.组成：混凝土=水泥+细骨料（砂）+粗骨料 （碎石或鹅卵石）+水+外加剂
2.基本力学性质：
（1）弹塑性、各向异性
（2）水泥+细骨料+水 凝胶体（塑性）
（3）粗骨料（弹性）
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1
普通砼是由水泥、砂、石用水拌和硬化后形成的 人工石材。
6
8
s (MPa)
C
30
B
20
A
10
0
2
4
达到峰值C点， C点对 应的应力为fc，内部微裂 缝连通形成破坏面，应
变增长速度明显加快，
C点的纵向应变值称为
峰值应变 e 0，约为0.002。
e )
C
30
D
B
20
A
10
0
2
4
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
C.其它：水泥用量、水灰比、骨料、温度以及湿度。
完整版课件ppt
31
◆影响因素
内在因素：混凝土的组成和配比。水泥用量越多，徐变 越大；骨料越坚硬，徐变就越小。水灰比越小，徐变也 越小。
环境影响：包括养护和使用条件。受荷前养护的温越高、 湿度越大，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，相对湿度越低，徐变就越大。
图2-8
当压应力不太高时，其存在可提高混凝土的抗剪强度，拉应力的存在会降低 混凝土的抗剪强度。剪应力的存在降低混凝土的抗压和抗拉强度。 构件受剪或受扭时常遇到剪应力t 和正应力s 共同作用下的复合受力情况。 混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小
混凝土第2章
2. 混凝土的抗拉强度 (1) 轴心抗拉强度
16
150 500
混凝土的基本力学性能，用符号 ftk表示。
100
150
混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受 剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强 度有关。
Ö á Ð Ä Ê Ü À Ê Ô Ñ é
13
混凝土轴心抗拉强度和立方体抗压强度的关系
f tk 0.88 0.395 f
0.55 cu,k
(1 1.645 )
0.45
c2
14
由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或
圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度。
2F ft dl
0
15
二、 复合应力状态下混凝土的强度
1. 双向正应力状态
双向受压区（图中第三象 限），一向的抗压强度随另 一向压应力的增大而增大 双向受拉区（图中第一象 限），一个方向的抗拉强度 受另一方向拉应力的影响不 明显，其抗拉强度接近于单 向抗拉强度。
46
疲劳强度
疲劳试验 采用100mm×100mm×300mm (150mm×150mm×450mm)的 棱柱体，把棱柱体试件承受200万次或其以上循环荷载而发生 破坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度fcf。 影响因素 与重复作用时应力变化的幅度有关。在相同的重复次数下， 疲劳强度随着疲劳应力比值的减小而增大。
5
立方体抗压强度fcu
承压板
压力试件裂缝
摩擦力
发展扩张整个体 系解体，丧失承载力
另影响强度的因
试 块
素还有：加载速率、 龄期、试块尺寸等
不涂润滑剂
强度大于
涂润滑剂
加载速度：混凝土强等级低于C30时，控制在0.3MPa／ s～0.5MPa／s ；混凝土强等级等于或高于C30时， 控制 在0.5MPa／s～0.8MPa／s 。
混凝土结构材料的物理力学性能.
第二章混凝土结构材料的物理力学性能教学重点：掌握各种材料性能的特性，钢筋及混凝土各自的应力应变关系，影响材料强度及变形大小的因素，从而为以后学习本课程或使用材料时打下基础。
教学内容：1.钢筋：钢筋的成份、种类和级别，钢筋的应力应变曲线，钢筋的塑性性能，钢筋的冷加工。
2.混凝土：立方体抗压强度，影响混凝土强度的因素，轴心抗压强度，轴心抗拉强度。
混凝土的变形：混凝土在一次短期加载时的应力应变性能，混凝土的变形模量。
混凝土的徐变。
混凝土的收缩。
3.钢筋与混凝土之间的粘结力。
2.1 混凝土的物理力学性能2.1.1 混凝土的组成结构普通混凝土是由水泥、砂、石材料用水拌合硬化后形成的人工石材，是多相复合材料。
混凝土组成结构是一个广泛的综合概念，包括从组成混凝土组分的原子、分子结构到混凝土宏观结构在内的不同层次的材料结构。
通常把混凝土的结构分为三种基本结构类型：微观结构即水泥石结构；亚微观结构即混凝土中的水泥砂浆结构；宏观结构即砂浆和粗骨料两组分体系。
微观结构(水泥石结构)由水泥凝胶、晶体骨架，未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成，其物理力学性能取决于水泥的化学矿物成分、粉磨细度、水灰比和凝结硬化条件等。
混凝上的宏观结构与亚微观结构有许多共同点，可以把水泥砂浆看作基相．粗骨料分布在砂浆中，砂浆与粗骨料的界面是结台的薄弱面。
骨料的分布以及骨料与基相之间在界面的结合强度也是重要的影响因素。
浇注混凝上时的泌水作用会引起沉缩，硬化过程中由于水泥浆水化造成的化学收缩和干缩受到骨料的限制，会在不同层次的界面引起结合破坏，形成随机分布的界面裂缝。
混凝土中的砂、石、水泥胶体中的晶体、未水化的水泥颗粒组成了错综复杂的弹性骨架，主要承受外力，并使混凝土具有弹性变形的特点。
而水泥胶体中的凝胶、?L隙和界面初始微裂缝等，在外力作用下使混凝土产生塑性变形。
另一方面，混凝土中的孔隙、界面微裂缝等缺陷又往往是混凝土受力破坏的起源。
在荷载作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。
混凝土结构材料的物理和力学性能2
第2章 混凝土结构材料的物理和力学性能
1.3
第2章 混凝土结构材料的物理和力学性能 本章内容
● ● ● ● ● ● 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 混 凝 土 钢 筋 钢筋与混凝土之间的黏结 钢筋锚固与接头构造 思 考 题 习 题
1.4
第2章 混凝土结构材料的物理和力学性能 2.1 混 凝 土
普通混凝土是由水泥、石子和砂3种材料用水拌和经凝固硬化后形成的 人造石材，是一种多相复合材料。混凝土中的砂、石子、水泥胶体中的晶 体、未水化的水泥颗粒组成了错综复杂的弹性骨架，主要承受外力，并使 混凝土具有弹性变形的特点。水泥胶体中的凝胶、孔隙和界面初始微裂缝 等，在外力作用下使混凝土产生塑性变形。而且混凝土中的孔隙、界面微 裂缝等缺陷又往往是混凝土受力破坏的起源，在荷载作用下，微裂缝的扩 展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。由于水泥胶体的硬化过程需 要多年才能完成，所以混凝土的强度和变形也随时间逐渐增长。
第2章
混凝土结构材料的物理和力学性能
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1.1
第2章 混凝土结构材料的物理和力学性能
教学提示：钢筋与混凝土材料的物理和力学性能是混凝土结构的计算理 论、计算公式建立的基础。本章主要介绍混凝土在各种受力状态下的强度 与变形性能；建筑工程中所用钢筋的品种、级别及其性能；钢筋与混凝土 的黏结机理、钢筋的锚固与连接构造。 教学要求：本章要求学生熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性 能；掌握混凝土的选用原则；熟悉建筑工程中所用钢筋的品种、级别及其 性能；掌握建筑工程对钢筋性能的要求及选用原则；了解钢筋与混凝土共 同工作的原理，熟悉保证钢筋结构材料的物理和力学性能
第2章混凝土结构材料的物理力学性能
第 二 章
目录 上一章
下一章
HELP
l l0 100% l0
混凝土结构设计原理
伸长率
l l
1
5 10 : 100 :
l1 l 100% l : l 5d l 10d l 100mm
第 二 章
目录 上一章
低 碳：C<0.25%
含碳万分数 中 碳：C=0.25 ～ 0.6% 高 碳：C>0.6%
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HELP
含锰、硅、钒的百分数，取整。
混凝土结构设计原理
本章重点 了解并掌握土木工程用钢筋的品种、级别、 性能、强度指标及其选用原则； 掌握钢筋混凝土结构中混凝土的强度指标， 重点掌握混凝土的立方体抗压强度指标； 掌握钢筋混凝土结构中钢筋和混凝土的应力 -应变曲线关系； 掌握混凝土在长期荷载作用下随时间增长而 增长的变形—徐变； 掌握混凝土的变形模量，混凝土的收缩变形 以及钢筋和混凝土之间粘结应力的组成。
为了使钢筋冷拉时效后， 既能显著提高强度，又使 钢材具有一定的塑形，应 合理选择张拉控制点K’，K’ 点相对应的应力称为冷拉 控制应力，K点相对应的应 变称为冷拉率。冷拉工艺 分为控制应力和控制应变 （冷拉率）两种方法。
下一章
HELP
混凝土结构设计原理
钢筋的冷弯性能
钢筋的冷弯性能是检验钢筋韧性、内部质量和加工可 适性的有效方法。冷弯性能也是评价钢筋塑性的指标， 弯芯的直径 越小，弯折角 越大，说明钢筋的塑性越好。 冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。 钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。
下一章
2-混凝土结构材料的物理力学性能
2.1 混凝土
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
采用等应变速度加载， 采用等应变速度加载，在试件旁附设高弹性元件 等应变速度加载 与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能， 与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可 以测得曲线的下降段 下降段。 以测得曲线的下降段。 （2）测定混凝土应力-应变全曲线的试验装置 测定混凝土应力-
fck = 0.88αc1αc2 fcu,k
结构混凝土强度 与试块混凝土强 度的比值 棱柱体强度 与立方体强 度之比值 脆性影响 系数
2.1 混凝土
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
的取值 αc1 和 αc2 的取值
混凝土 ≤ C45 强度 C40 等级 αc1 αc2 0.76 0.76 C50 0.76 C55 0.77 C60 0.78 C65 0.79 C70 0.80 C75 0.81 C80 0.82
混凝土抗拉强度
100× 100× × × 500
2.1 混凝土
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
2.1 混凝土 一、混凝土的强度
1、立方体抗压强度fcu，立方体抗压强度标准值fcu,k 立方体抗压强度f 立方体抗压强度标准值f
（混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强 混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。 抗压强度 度是混凝土力学性能中最主要 最基本的指标） 最主要和 度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标）
（1）立方体抗压强度标准值：边长 立方体抗压强度标准值：边长150mm立方体标准 立方体标准 试件，在标准条件下（ ± ℃ 湿度） 试件，在标准条件下（20±3℃，≥90%湿度）养护 湿度 养护28 用标准试验方法（加载速度0.15~0.3N/mm2/sec， 天，用标准试验方法（加载速度 ， 两端不涂润滑剂）测得的具有 具有95%保证率的立方体抗 保证率的立方体抗 两端不涂润滑剂）测得的具有 保证率 压强度。 。 压强度。 fcu,k= fcu,m(1-1.645δ)。
混凝土结构设计 第一章材料的力学性能-习题 答案要点
第一章材料的力学性能一、填空题1、钢筋混凝土及预应力混凝土中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点的钢筋，通常分别称它们为软钢，和硬钢。
2、对无明显屈服点的钢筋，通常取相当于残余应变为0.2%时的应力作为假定的屈服点，即条件屈服强度。
3、碳素钢可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
随着含碳量的增加，钢筋的强度提高、塑性降低。
在低碳钢中加入少量锰、硅、钛、铬等合金元素，变成为普通低合金钢。
4、钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求主要是强度、塑性、焊接性能、粘结力。
5、钢筋和混凝土是不同的材料，两者能够共同工作是因为两者之间的良好粘结力、两者相近的膨胀系数、混凝土包裹钢筋避免钢筋生锈6、光面钢筋的粘结力由胶结力、摩擦力、挤压力三个部分组成。
7、钢筋在混凝土中应有足够的锚固长度，钢筋的强度越高、直径越粗、混凝土强度越低，则钢筋的锚固长度就越长。
8、混凝土的极限压应变包括弹性应变和塑性应变两部分。
塑性应变部分越大，表明变形能力越大，延性越好。
9、混凝土的延性随强度等级的提高而降低。
同一强度等级的混凝土，随着加荷速度的减小，延性有所增加，最大压应力值随加荷速度的减小而减小。
10、钢筋混凝土轴心受压构件，混凝土收缩，则混凝土的应力增加，钢筋的应力减小。
11、混凝土轴心受拉构件，混凝土徐变，则混凝土的应力减小，钢筋的应力增大。
12、混凝土轴心受拉构件，混凝土收缩，则混凝土的应力增大，钢筋的应力减小。
13、混凝土轴心抗压强度的标准试件尺寸为150*150*300或150*150*150 。
14、衡量钢筋塑性性能的指标有延伸率和冷弯性能。
15、当钢筋混凝土构件采用HRB335级钢筋时，要求混凝土强度等级不宜低于C20；当采用热处理钢筋作预应力钢筋时，要求混凝土强度不宜低C40 。
二、判断题1、混凝土强度等级是由一组立方体试块抗压后的平均强度确定的。
（N）2、采用边长为100mm的非标准立方体试块做抗压试验时，其换算系数是0.95。
混凝土的材料力学性能分析
混凝土的材料力学性能分析混凝土是建筑工程中最常用的材料之一，其特性在很大程度上决定了建筑物的结构和安全性。
混凝土的材料力学性能分析是研究混凝土在力学上的特性和行为，以便更好地设计和建造建筑结构。
本文将详细介绍混凝土的材料力学性能分析原理。
一、混凝土的组成和特性混凝土是由水泥、水、骨料和掺合料混合而成的材料。
其中，水泥是混凝土的胶凝材料，主要起到粘结作用；水是混凝土中的溶剂，用于调节混凝土的流动性；骨料是混凝土的骨架材料，主要承受混凝土的压缩力和剪切力；掺合料是混凝土中的辅助材料，主要用于改善混凝土的性能。
混凝土具有许多特性，包括强度、韧性、耐久性和可塑性等。
其中，强度是混凝土最重要的特性之一，通常通过抗压强度和抗拉强度来衡量。
韧性是混凝土的抗裂性能，可以通过延性指标来评价。
耐久性是混凝土的抗氧化和抗渗性能，主要与混凝土的化学成分和孔隙结构有关。
可塑性是混凝土的流动性能，可以通过工作性、流动度和坍落度等指标来评价。
二、混凝土的力学性能分析原理混凝土的力学性能分析主要包括强度分析、变形分析和破坏分析三个方面。
1. 强度分析混凝土的强度是指混凝土承受外力时的抵抗能力。
强度分析是混凝土力学性能分析中最基本的部分。
混凝土的强度分析涉及到混凝土的抗压强度、抗拉强度、剪切强度和抗弯强度等多个方面。
抗压强度是混凝土在受到垂直于其表面的力时的抗力能力，是评价混凝土强度的最主要指标。
抗压强度的大小受多种因素影响，包括混凝土的配合比、骨料种类和水泥品种等因素。
抗拉强度是混凝土在受到垂直于其表面的拉力时的抗裂能力，通常比抗压强度低一个数量级。
剪切强度是混凝土在受到平行于其表面的剪切力时的抗力能力，通常比抗压强度低一个数量级。
抗弯强度是混凝土在受到弯曲力时的抗力能力，通常比抗压强度低一个数量级。
2. 变形分析混凝土在受力时会发生变形，变形分析是混凝土力学性能分析的另一个重要部分。
混凝土的变形包括拉伸变形、压缩变形和剪切变形等多个方面。
混凝土的材料力学性能
混凝土的材料力学性能混凝土是一种常见的建筑材料，被广泛应用于各种建筑结构中。
它的性能与其材料力学特性密切相关。
本文将介绍混凝土的材料力学性能，包括强度、刚度、韧性、疲劳性能以及耐久性。
1. 强度混凝土的强度是指其承载能力，即在承受荷载时能够抵抗破坏的能力。
混凝土的强度主要体现在抗压强度和抗拉强度上。
抗压强度是指混凝土在受到压力时的抵抗能力。
一般采用标准试块进行压力测试来评定混凝土的抗压强度。
混凝土的抗压强度与其配合比、水胶比、使用的水泥种类等因素有关。
抗拉强度是指混凝土在受到拉力时的抵抗能力。
由于混凝土的抗拉强度相对较低，常常需要通过钢筋等材料提供增强。
混凝土的抗拉强度与其配合比、加筋方式、养护条件等因素有关。
2. 刚度混凝土的刚度是指其在受力后的变形能力。
混凝土的刚度可以通过弹性模量来评定，即混凝土在受力后的应力与应变之间的关系。
弹性模量越大，混凝土的刚度越高。
刚度对于结构的稳定性和变形控制都非常重要。
较高的刚度可以减小结构的变形，提高结构的稳定性。
刚度还与混凝土的配合比、固化温度等因素相关。
3. 韧性混凝土的韧性是指其在受到外力作用下的变形能力。
韧性较好的混凝土能够在受到较大荷载时发生塑性变形，而不会立即破裂。
韧性对于结构的抗震性能十分重要。
具有较好韧性的混凝土可以吸收震动能量，减小震害程度。
提高混凝土的韧性可以采用适当的配合比、添加适量的粘结剂等方法。
4. 疲劳性能混凝土的疲劳性能是指其在循环荷载作用下的耐久性。
由于长期的循环荷载可能导致混凝土的裂缝扩展，因此疲劳性能对于结构的安全性也是一个重要考虑因素。
提高混凝土的疲劳性能可以采用添加适量的纤维材料、优化结构设计以及合理的施工工艺等措施。
5. 耐久性混凝土的耐久性是指其在长期使用条件下的性能稳定性和抵抗环境侵蚀的能力。
混凝土在面对不同的环境，如湿度、温度、化学物质等，会发生不同程度的腐蚀和损害。
提高混凝土的耐久性可以采用选用高质量的原材料、加强养护措施、设计合理的排水系统等方法。
混凝土材料的力学特性
混凝土材料的力学特性一、介绍混凝土是一种常用的建筑材料，具有优良的力学性能和耐久性。
混凝土的力学特性对于结构的设计和施工具有重要影响。
本文将介绍混凝土的力学特性，包括强度、刚度、韧性和疲劳性能等方面的内容。
二、混凝土的强度混凝土的强度是指其在受到外力作用下抵抗破坏的能力。
混凝土的强度可分为抗压强度、抗拉强度和抗剪强度三种。
其中，抗压强度是最重要的指标，通常用于混凝土的设计和评价。
1. 抗压强度混凝土的抗压强度是指在标准试件上，经过一定时间的养护后，受到垂直于试件轴线方向的压力作用下，试件发生破坏的最大应力值。
混凝土的抗压强度与配合比、水胶比、骨料种类和质量、养护条件等因素有关。
通常，混凝土的抗压强度在28天龄期时达到峰值，其后逐渐趋于稳定。
2. 抗拉强度混凝土的抗拉强度与抗压强度相比较低，通常只有抗压强度的10%左右。
因此，在混凝土结构中，钢筋被用来承受拉应力，混凝土则承受压应力。
混凝土的抗拉强度通常用间接试验方法来测定，如梁的挠度法、环形试件法等。
3. 抗剪强度混凝土的抗剪强度是指在试件上，经过一定时间的养护后，受到平面内剪切力作用下，试件发生破坏的最大应力值。
混凝土的抗剪强度与试件形状、尺寸、加载速率、配合比等因素有关。
通常，混凝土的抗剪强度与其抗压强度成正比关系。
三、混凝土的刚度混凝土的刚度是指其在受到外力作用下的变形程度。
混凝土的刚度可分为弹性模量、剪切模量和泊松比三种。
1. 弹性模量混凝土的弹性模量是指在小应变范围内，混凝土的应力与应变之比。
混凝土的弹性模量与其强度和密度有关，通常在抗压强度越高、密度越大的情况下，弹性模量越大。
2. 剪切模量混凝土的剪切模量是指在试件上，经过一定时间的养护后，受到平面内剪切力作用下，试件发生剪切变形的应力与应变之比。
混凝土的剪切模量通常比其弹性模量小。
3. 泊松比混凝土的泊松比是指在试件上，经过一定时间的养护后，沿垂直于应力方向的试件截面上的横向应变与纵向应变之比。
混凝土结构的材料力学性能研究
混凝土结构的材料力学性能研究混凝土是一种广泛应用于建筑和土木工程的材料，具有优异的耐久性和承载能力。
而混凝土结构的材料力学性能研究对于设计和施工工程至关重要。
本文将探讨混凝土结构的材料力学性能研究以及对工程实践的影响。
一、混凝土的力学性能及其测定方法混凝土的力学性能包括抗压强度、抗拉强度、剪切强度、抗弯刚度等。
这些性能可以通过一系列实验来测定。
例如，抗压强度可以通过在试验机上施加压力来测定，而抗拉强度则可以通过拉伸试验来评估。
这些实验方法能够量化混凝土的强度和刚度等关键性能，为结构设计提供基础数据。
二、混凝土材料力学性能的影响因素混凝土的力学性能受多种因素的影响，其中最主要的因素包括材料配比、材料的龄期、现场施工控制等。
例如，水灰比是影响混凝土强度和耐久性的重要因素之一。
适当的水灰比可以提高混凝土的抗压强度和抗渗性能，但过高的水灰比可能导致混凝土的收缩和开裂。
因此，合理控制水灰比是确保混凝土材料性能的关键。
另外，混凝土的龄期对其力学性能也有显著影响。
一般来说，随着时间的推移，混凝土的强度将逐渐提高。
这是由于混凝土在水化过程中会发生物理和化学反应，形成更多的水泥胶体，并逐渐增加材料的强度。
因此，在结构设计和施工中，需要考虑混凝土的养护时间，以充分发挥其力学性能。
三、混凝土材料性能研究对工程实践的意义混凝土材料性能的研究对工程实践有着重要的意义。
首先，混凝土的力学性能研究可以指导结构设计和材料选择。
通过深入了解混凝土的性能，工程师可以选择合适的材料和配比，以满足结构设计的需求。
其次，混凝土材料性能研究可以优化施工技术和工艺。
通过研究混凝土的力学行为，可以制定更科学的施工控制策略，提高施工效率和质量。
最后，混凝土材料性能研究可以为混凝土结构的维护和修复提供依据。
对于已建成的混凝土结构，了解其力学性能可以指导维护和修复工作，延长结构的使用寿命。
综上所述，混凝土结构的材料力学性能研究是建筑和土木工程领域的重要课题。
材料的力学性能混凝土
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3、混凝土在法向应力和剪力作用下 的复合强度
混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小 随压应力增大而增大
当压应力在0.5fc左右时，抗剪强度达到最大， 在梁、柱中当有剪 应力时，将要影响其受压区混凝土的强度！
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4、混凝土的三向受压强度
fck 0.88c1c2 fcu,k
ft,m
0.395
f 0.55 cu,m
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• 混凝土强度标准值
混凝土强度标准值（N/mm2）
强度种类
符号
混凝土强度等级
C15 C20 C25 C30 C35
轴心抗压强度
fck
10.0 13.4 16.7 20.1 23.4
轴心抗拉强度
ftk
1.27 1.54 1.78 2.01 2.20
一、混凝土的强度等级-立方体抗压强 度
混凝土结构利用抗压强度。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。 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150mm立方体标准试件，在标 准条件下（20±3℃，≥90%湿度）养护28天，用标准 试验方法（加载速度0.3~0.5N/mm2/sec，两端不涂润 滑剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度，用 符号C表示，C30表示fcu,k=30N/mm2
150
4
100
3
2
1 轴心受拉试验
0
150
f
tm
0.395f
0.55 Cu,m
fcu
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系
混凝土结构的材料力学性能答案
参考答案一、填空题1．屈服强度；条件屈服强度；抗拉强度；抗压强度；塑性；抗拉强度；抗压强度2．大；大；大；小；大；小3．热扎钢筋；冷拉钢筋；钢丝；热处理钢筋；高；降低4．有明显屈服点的；无明显屈服点的5．应力；应变6．屈服强度；极限抗拉强度；伸长率；冷弯性能7．冷拉；冷拔8．立方体抗压强度；轴心抗压强度；轴心抗拉强度9．轴心抗拉；劈裂抗拉10.化学胶结力；摩擦力；机械咬合力11. 大；大；减小二、单项选择题1.A2.B3.B4.C5.A6.C7.A8.B9.D 10.C 11.A 12.A13.C 14.C 15.B三、多项选择题1.ABD2.ABCE3.CDE4.ABCD5.BCE6.ABCE四、名词解释1. 比例极限: 有明显屈服点钢筋的拉伸应力—应变曲线初始阶段呈直线关系顶点的应力称为比例极限。
2. 伸长率: 钢筋试件拉断后的伸长值与原长的比率。
3．冷拉时效: 钢筋拉断过程中, 如果冷拉超过屈服点以后的K点卸载后停留一段时间再次张拉, 则应力应变曲线的屈服点由K点提高至点, 这种现象称为冷拉时效。
4. 立方体抗压强度标准值：采用边长为150mm的立方体为标准试件, 在温度为℃和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28d, 按照标准试验方法加压到破坏, 所测得的具有95%保证率的抗压强度值, 单位为N/ 。
5. C25: 立方体抗压强度标准值为25 N/ 的混凝土强度等级。
6．混凝土弹性模量：根据混凝土棱柱体标准试件, 用标准试验方法所得的规定压力与其对应的压应变的比值。
7．变形模量：混凝土在一次加载下的应力应变曲线上的点与坐标原点连线的斜率, 又称割线模量。
五、简答题1. 答: 混凝土的强度等级是按立方体抗压强度标准值确定的, 我国“混凝土规范”规定的混凝土有C15.C20、C25.C30、C35.C40、C45.C50、C55.C60、C65.C70、C75.C80共14个强度等级。
2．答: 通过冷拉或冷拉时效处理后, 钢筋的屈服强度提高了, 但其伸长率减小了, 塑性降低了。
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第一章混凝土结构材料的力学性能一、钢筋的品种、等级我国在钢筋混凝土结构中目前通用的为普通钢筋，按化学成分的不同，分有碳素结构钢和普通低合金钢两类。
按照我国《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）的规定，在钢筋混凝土结构中所用的国产普通钢筋有以下四种级别：（1）HPB235（Q235）：即热轧光面钢筋（Hotrolled Plain Steel bars）235级；（2）HRB335（20MnSi）：即热轧带肋钢筋（Hotrolled Ribbed Steel bars）335级；（3）HRB400（20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi）：即热轧带肋钢筋（Hotrolled Ribbed Steel bars）400级；（4）RRB400（K20MnSi）：即余热处理钢筋（Remained heat treatment Ribbed Steel bars）400级。
在上述四种级别钢筋中，除HPB235级为光面钢筋外，其他三级为带肋钢筋。
目前我国生产的上述普通钢筋，其性能和使用特点为：1．HPB235级钢筋是一种低碳钢（通称I级钢筋）。
强度较低，外形光圆钢筋（图1-1），它与混凝土的粘结强度较低，主要用作板的受力钢筋、箍筋以及构造钢筋。
2．HRB335级钢筋低合金钢（通称Ⅱ级钢筋）。
为增加钢筋与混凝土之间的粘结力，表面轧制成外形为等高肋（螺纹），现在生产的外形均为月牙肋（图1-1）。
是我国钢筋混凝土结构构件钢筋用材最主要品种之一。
3．HRB400级钢筋低合金钢（通称新Ⅲ级钢筋），外形为月牙肋，表面有“3”的标志，有足够的塑性和良好的焊接性能，主要用于大中型钢筋混凝土结构和高强混凝土结构构件的受力钢筋，是我国今后钢筋混凝土结构构件受力钢筋用材最主要品种之一。
4．RRB400级钢筋是用HRB335级钢筋（即20MnSi）经热轧后，余热处理的钢筋。
这种钢筋强度较高，有足够塑性和韧性，但当采用闪光对焊时，强度有不同程度的降低，即塑性和可焊性较差，使用时应加以注意。
这种钢筋一般经冷拉后作预应力钢筋。
图1-1钢筋的形式二、钢筋的强度和变形混凝土结构所用的钢筋有两类：有物理屈服点的钢筋和无物理屈服点的钢筋。
1．钢筋的应力－应变曲线在钢筋混凝土构件计算中，一般取钢筋的屈服强度作为强度计算指标。
无明显屈服点的钢筋的典型应力－应变曲线如图1-2b 所示。
由图可见，它没有明显的屈服平台，其强度很高，但延伸率大为降低，塑性性能减弱。
设计上取相应于残余应变为0.2%的应力为名义屈服强度0.2 。
图1-2c 为各级钢筋的应力－应变曲线。
图中可以看出，普通钢筋应力－应变曲线都有明显的屈服点，这种钢筋即为低碳钢，亦称软钢。
没有明显屈服点的热处理钢筋和钢丝，称为硬钢。
钢筋在弹性阶段应力与应变的比值，称为弹性模量，用s E 表示：图1-2a 有明显屈服点钢筋的应力-应变 图1-2b 没有明显屈服点钢筋 曲线的应力-应变曲线s s s E σε= （0.1）各种钢筋的弹性模量见附表3。
2．钢筋的塑性性能反映钢筋的塑性性能的基本指标是钢筋的伸长率和冷弯性能。
钢筋试件拉断后的伸长值与原长的比值称为伸长率。
伸长率大，钢筋的塑性性能好，破坏时有明显的拉断预兆；钢筋的弯曲性能好，构件破坏时不致发生脆断。
因此，对钢筋品种的选择，应考虑强度和塑性两方面的要求。
钢筋的冷加工为了节约钢材，在常温下对有明显屈服点的钢筋（软钢）进行机械冷加工，可以使钢材内部组织结构发生变化，从而提高钢材的强度，但其塑性有所降低。
当用冷拉钢筋作受压钢筋时，其屈服强度与母材相同。
冷拔是将钢筋（盘条）用强力拔过比它本身直径还小的硬质合金拔丝模，这是钢筋同时受到纵向拉力和横向压力的作用以提高其强度的一种加工方法。
钢筋经多次冷拔后，截面变小而长度增长，强度比原来提高．很多，但塑性降低，硬度提高，冷拔后钢丝的抗压强度也获得提高。
三、混凝土结构对钢筋性能的要求用于混凝土结构中的钢筋，一般应能满足下列要求：1．具有适当的屈强比。
屈服强度与抗拉强度的比值称为屈强比，它可以代表结构的强度储备，比值小则结构的强度后备大，但比值太小则钢筋强度的有效利用率太低，所以要选择适当的屈强比。
2．足够的塑性。
在混凝土结构中，要求钢筋断裂时要有足够的变形，这样，结构在破坏之前就能显示出预警信号，保证安全。
另外在施工时，钢筋要经受各种加工，所以钢筋要保证冷弯试验的要求。
屈服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯性能是钢筋的强度和变形的四项主要指标。
3．可焊性。
要求钢筋具备良好的焊接性能，保证焊接强度，焊接后钢筋不产生裂纹及过大的变形。
4．低温性能。
在寒冷地区要求钢筋具备抗低温性能，以防钢筋低温冷脆而致破坏。
5．与混凝土要有良好的粘结力。
粘结力是钢筋与混凝土得以共同工作的基础，在钢筋表面上加以刻痕、或制成各种纹形，都有助于或大大提高粘结力。
钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求，概括地说，即要求强度高，塑性及焊接性能好。
此外，还要求和混凝土有良好的粘结性能。
图1-3钢筋的冷弯四、混凝土的强度1．立方体抗压强度cu f我国《混凝土结构设计规范》（GB50010）采用按标准方法制作养护的边长为150mm 的立方体试块，在28天龄期，用标准实验方法测得的具有95%保证率的抗压强度作为立方体抗压强度标准值，以,cu k f 表示。
在工程实际中，不同类型的构件和结构对混凝土强度的要求是不同的。
我国《规范》将混凝土的强度按照其立方体抗压强度标准值的大小划分为十四个强度等级，即C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。
十四个等级中的数字部分即表示以N/mm 2为单位的立方体抗压强度数值。
2．轴心抗压强度k c f ,在工程中，钢筋混凝土受压构件的尺寸，往往是高度h 比截面的边长b 大很多，形成棱柱体，用棱柱体试件测得的抗压强度称为轴心抗压强度。
3．轴心抗拉强度k t f ,混凝土的抗拉强度很低，与立方抗压强度之间为非线性关系,一般只有其立方抗压强度的1/17～1/8。
4．复合应力状态下混凝土的强度在双向拉应力作用下，混凝土强度与单向拉应力作用下的几乎相同。
在双向压应力作用下，混凝土强度比单向受压强度最多可提高27%左右，在拉、压双向应力作用下，无论是抗拉强度还是抗压强度都比单向应力状态下混凝土强度为低。
在三向压应力状态下，可提高混凝土的抗压强度。
利用这一特性，工程中应用了约束混凝土，如螺旋钢箍柱、钢管混凝土柱等。
五、混凝土的变形混凝土的变形可分为两类。
一类是在荷载作用下的受力变形，如单调短期加荷、多次重复加荷以及荷载长期作用下的变形。
另一类与受力无关，称为体积变形，如混凝土收缩、膨胀以及由于温度变化所产生的变形等。
1．混凝土在一次短期荷载下的变形根据我国试验资料，混凝土受拉时应力－应变曲线上切线的斜率与受压时基本一致。
2．混凝土在多次重复荷载作用下的变形混凝土在重复荷载下的变形性能，也称为混凝土的疲劳性能。
混凝土在多次重复荷载作用下的变形性能与加荷应力大小有关。
混凝土发生疲劳破坏时无明显预兆，是属于脆性性质的破坏，开裂不多，但变形很大。
采用级配良好的混凝土、加强振捣以提高混凝土的密实性，并注意养护，都有利于混凝土疲劳强度的提高。
3．混凝土的徐变混凝土在荷载长期作用下，即使应力保持不变，应变也会随时间推移而不断增长的现象，称为混凝土的徐变。
影响混凝土徐变的因素可分为：（1）内在因素：如混凝土的配合比，骨料粒径、级配等。
（2）环境因素：指混凝土的养护及使用条件下的温度、湿度因素。
（3）应力条件：是影响徐变的重要因素，包括施加初应力水平/c f σ和加荷时混凝土的龄期。
混凝土的徐变，对钢筋混凝土构件的内力分布及其受力性能有所影响。
4．混凝土的收缩与膨胀混凝土在空气中凝结硬化时体积会收缩；在水中凝结硬化时体积会膨胀，一般收缩值比膨胀值要大得多。
减少混凝土收缩的措施有：（1）加强早期养护（2）减少水灰比（3）提高水泥标号，减少水泥用量（4）加强振捣，提高密实度（5）选择弹性模量大的硬骨料（6）在构造上预留伸缩缝，设置后浇带，配置一定数量的构造钢筋。
5．混凝土的变形指标经统计分析并得出弹性模量与立方强度的关系，弹性模量的计算公式为：()5210/34.72.2c cuE N mm f =+ 根据弹性理论，弹性模量与剪变模量c G 之间的关系为：()21c c c E G ν=+ 式中c ν为混凝土泊松比，我国《规范》取为0.2。
这样，我国《规范》规定混凝土的剪变模量为混凝土剪切变形模量0.4c c G E =。
六、钢筋与混凝土的粘结1．粘结力的作用混凝土粘结硬化并达一定强度后，混凝土和钢筋之间建立了足够的粘结强度，能够承受由于钢筋与混凝土的相对变形在两者界面上所产生的相互作用力，即钢筋与混凝土按触面上的剪应力，又称为粘结应力τ。
因此，钢筋与混凝土之间的粘结力是保证二者共同工作，阻止钢筋在混凝土中滑移所必不可少的基本条件。
2．粘结力的组成钢筋与混凝土之间的粘结力，主要有以下三方面组成（1） 化学胶结力。
（2） 摩阻力（3）机械咬合力。
3、粘结强度的影响因素1．钢筋外形特征当其他条件相同时，光面钢筋的粘结强度约比带肋的变形钢筋粘结强度低20%。
2．混凝土强度试验表明，当其他条件基本相同时，粘结强度u τ与混凝土轴心抗拉强度t f 近似成正比。
3．保护层厚度及钢筋净间距增大保护层厚度和保持必要的钢筋净间距，可以提高外围混凝土的劈裂抗力，保证粘结强度的发挥。
4．横向钢筋在较大直径钢筋的锚固区段和搭接长度范围内，均应设置一定数量的横向钢筋，如将梁的箍筋加密等。
当一排并列钢筋的根数较多时，采用附加钢箍可以增加箍筋的肢数，对控制劈裂裂缝提高粘结强度是很有效的。
5．钢筋锚固区有横向压力时对粘结力的影响在较大直径钢筋的支座锚固区和搭接长度范围内，均应设置一定数量的横向钢筋。
6．反复荷载对粘结力的影响反复荷载所产生的应力愈大、重复的次数愈多，则粘结力遭受的损害愈严重。
7．粘结强度与浇筑混凝土时钢筋所处的位置有关。