混凝土与钢筋的力学性能

1、《混凝土结构设计讲义》

白绍良重庆大学土木工程学院

2、《钢筋混凝土原理和分析》

过镇海时旭东清华大学出版社

3、《现代混凝土结构基本理论及应用》

贡金鑫魏巍巍赵尚传中国建筑工业出版社

第1章混凝土与钢筋的力学性能

1.1混凝土的力学性能

组成：水泥、水、细骨料、粗骨料、添加剂

加工过程：搅拌、注模、振捣、养护→硬化成的一种人工合成材料

基本受力特点：

○1复杂的微观内应力、变形和裂缝状态；

○2变形的多因素组成；

○3应力状态和加载途径对力学性能有很大影响；

○4加载时间和环境条件对力学性能有很大影响；

1. 2单向受力混凝土的力学性能

1. 2.1普通混凝土的抗压强度（＜C50）

1、强度

立方体抗压强度：

f（中国、英国、德国、俄罗斯等）

cu

棱柱体抗压强度：

f

c

圆柱体抗压强度：'

f（美国、欧洲、日本、新西兰、澳大利亚等）

c

2、各强度之间的关系

① cu f 与c f 的关系 c cu 0.76f f =（中国）； cu

c cu

1301453f f f +=+（俄罗斯）； cu c cu (0.85)172f f f =-（欧洲）

② cu f 与'c f 的关系：

表1-1 cu f 与'c f 的强度相对值表

③ 混凝土的平均强度c,m f ，标准强度c,k f 和设计强度c f 的关系

混凝土的强度分布

表1-2 立方体强度混凝土的变异系数

cu,m /f σδ=

cu,k cu,m 1.645f f σ=- （1.1）

（具有95%的保证率） cu c,k c /f f γ= （1.2）

中国： c cu,k cu,k 0.880.76/1.40.47f f f =⨯=

表1-2 各国标准中混凝土分项系数c γ取值

c

1. 2. 2普通混凝土一次加压下的c c σε-关系

棱柱体试件一次加压下的c c σε-关系 加载至E 点后的外观

1、曲线的特点

① 应力较小（c c (0.3~0.4)f σ<，图中A 点），应力与应变近似按比例增长，塑性变形和微裂缝稍有发展，混凝土的泊松比0.16~0.230.5s ν=<，体积应变（v ε）为压缩，残余变形很小。

② 应力为c c 0.4(0.8~0.9)f f σ≤≤时（B 点），内部微裂缝发展较多，但裂缝为稳定发展阶段（荷载不增大裂缝发展停滞），变形增大，泊松比s ν接近0.5，体积压缩变形达极植，但试件表面尚无肉眼可看见裂缝。

③ B 点之后，混凝土内部出现非稳定裂缝，应变和泊松比增长很快，体积压缩变形开始恢复，应力达峰值点C ，相应的应变为峰值应变0ε。

④ 曲线进入下降段不久，应力c (1~0.9)f σ=，试件中部表面出现可见裂缝，裂缝细而短，平行于受力方向。

⑤ 继续增大应变，试件内部骨料和砂浆界面裂缝，以及砂浆内的裂缝

不断地延伸、扩展和连通，试件的承载力迅速下降，曲线达D 点。

⑥ 裂缝进一步发展，试件中部的混凝土逐步压碎（E 点）。此时，试件的应变约为c 0(2~3)εε=，残余强度约为（0.4~0.6）c f ，在更大的应变下，混凝土的残余强度仍未完全丧失。

2、 关于下降段的讨论

① 实现下降段的试验方法（由力加载模式转换成位移加载模式）……。

3、常用的数学模型

Hognestad Rüsh Kent-Park Sargin, Saenz

① Hognestad (美国) ② Rüsh （德国）

⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤≤⎥

⎦⎤⎢⎣

⎡

---≤⎥⎥

⎦⎤

⎢⎢⎣

⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=u

u c c f f εεεεεεεεεεεεεσ0000

20015.012 ⎪

⎩⎪⎨⎧≤≤≤⎥⎥

⎦⎤

⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=u

c

c f f εεεεεεεεεσ002002

③ 中国（02规范）

⎪⎩⎪⎨⎧≤≤≤⎥⎦

⎤⎢⎣⎡--=u

c

c n c c c f f εεεεεεεσ000)1(1

1. 2. 3高强混凝土的性能

主要通过降低水灰比来达到提高混凝土强度的目的。通过添加粉煤灰、硅粉保证混凝土的流动性。对粗骨料的强度有一定要求。 1、高强混凝土一次加压下的c c σε-关系：

高强混凝土一次加压下的c c σε-关系

2、高强混凝土具有以下特点：

① 内部的微裂缝出现晚，但一旦出现沿竖向迅速发展、贯通； ②（75～90%）c f 应力范围基本保持线性，强度越高，线性段越大； ③ 0ε比普通混凝土大，可达0.0025甚至更大； ④ 下降段陡，短，强度下降快，脆性、延性差； ⑤ 进入下降段后的破碎过程呈爆裂形式； ⑥ c E 随混凝土强度的提高而提高。 我国规范规定9度区cu f ≤C60，8度cu f ≤C70。 1. 2. 4高性能混凝土

纤维（钢纤维、聚丙乙烯纤维）混凝土，自密实混凝土等。

1. 2. 5混凝土受重复加、卸载的性能

在实际工程中，由于有可变荷载的作用，结构或构件往往要受到重复加作用(如厂房中的梁)，则混凝土要受到重复应力的作用。目前已经进行了混凝土在多种形式下的重复荷截试验，尽管不能完全模拟结构中的混凝土受力，但可得到一般性的规律和结论。

1、重复加卸、载试验可归纳为以下5种：

等应变增量完全加卸载等应变增量半应力卸载

等应力循环加截等应变循环加载

加至某一大应变状态下循环

2、一般规律和现象

①外包络线