混凝土课后答案解析

第二章混凝土结构材料的物理力学性能

2.1 我国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有哪些种类？有明显屈服点钢筋和没有明显屈服点钢筋的应力—应变关系有什么不同？为什么将屈服强度作为强度设计指标？

提示：我国混凝土结构用钢筋可分为热轧钢筋、冷加工钢筋、热处理钢筋及高强钢丝和钢绞线等。

有明显屈服点钢筋的应力—应变曲线有明显的屈服台阶，延伸率大，塑性好，破坏前有明显预兆；没有明显屈服点钢筋的应力—应变曲线无屈服台阶，延伸率小，塑性差，破坏前无明显预兆。

2.2 钢筋的力学性能指标有哪些？混凝土结构对钢筋性能有哪些基本要求？

提示：钢筋的力学性能指标有强度和变形。

对有明显屈服点钢筋，以屈服强度作为钢筋设计强度的取值依据。对无屈服点钢筋，通常取其条件屈服强度作为设计强度的依据。

钢筋除了要有足够的强度外，还应具有一定的塑性变形能力，反映钢筋塑性性能的一个指标是伸长率。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。

混凝土结构对钢筋性能的要求：①强度高：强度越高，用量越少；用高强钢筋作预应力钢筋，预应力效果比低强钢筋好。②塑性好：钢筋塑性性能好，破坏前构件就有明显的预兆。③可焊性好：要求在一定的工艺条件下，钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证焊接后

的接头性能良好。④为了保证钢筋与混凝土共同工作，要求钢筋与混凝土之间必须有足够的粘结力。

2.3 混凝土的立方体抗压强度是如何确定的？与试件尺寸、试验方法和养护条件有什么关系？

提示：我国规范采用立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级的标准，规定按标准方法制作、养护的边长为150mm的立方体试件，在28d或规定期龄用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度值（以N/mm2计）作为混凝土的强度等级。

试件尺寸：考虑尺寸效应影响，试件截面尺寸越小，承压面对其约束越强，测得的承载力越高，因此，采用边长为200mm的立方体试件的换算系数为 1.05，采用边长为100mm的立方体试件的换算系数为0.95。

试验方法：在一般情况下，试件受压时上下表面与试验机承压板之间将产生阻止试件向外横向变形的摩擦阻力，在“套箍作用”影响下测得的试件抗压强度有所提高。如果在试件的上下表面涂润滑剂，可以减小“套箍作用的影响”。我国规定的标准试验方法是不涂润滑剂的。养护条件：混凝土立方体抗压强度在潮湿环境中增长较快，而在干燥环境中增长较慢，甚至还有所下降。我国规范规定的标准养护条件为温度（20±3）℃、相对湿度在90%以上的潮湿空气环境。

2.4 我国规范是如何确定混凝土的强度等级的？

提示：《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）规定的混凝土等级有14级，分别为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80。符号“C”代表混凝土，后面的数字表示混凝土的立方体抗压强度的标准值（以N/mm2计）。如C60表示混凝土立方体抗压强度标准值为60N/mm2。

2.5 混凝土在复合应力状态下的强度有哪些特点？

提示：

1、双向应力状态

第一象限：双向受拉，双向受拉强度均接近于单向抗拉强度；

第三象限：双向受压，最大强度发生在两个应力比为0.4~0.7时，比单向抗压强度提高约30％，而在两向压应力相等的情况下强度增加为15%~20%。

第二、四象限：一向受压，一向受拉，混凝土的强度均低于单向受力（压或拉）的强度。

2、剪压或剪拉复合应力状态

由于剪应力的存在，砼的抗拉强度、抗压强度均低于相应的单轴强度。

3、三向受压

混凝土三向受压时，一项抗压强度随另两向压应力的增加而增大，并且混凝土受压的极限变形也大大增加。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压（侧向压应力为

）条件进行。

2

由于侧向压力的约束，轴心抗压强度又较大程度的增长。试验经验公

式为：

2''κσ+=c cc f f

式中：'cc f —— 在等侧向压应力2σ作用下圆柱体抗压强度；

'c f —— 无侧向压应力时混凝土圆柱体抗压强度；

κ—— 侧向压应力系数，根据试验结果取κ=4.5~7.0，平均值为5.6，当侧向压应力

较低时得到的系数值较高。

2.6 混凝土在一次短期加荷时的应力—应变关系有什么特点？

提示：典型混凝土棱柱体在一次短期加荷下的应力—应变全曲线可以分为上升段和下降段两部分。

上升段（0C ）：可以分为三个阶段。第一阶段0A 为准弹性阶段，从开始加载到A 点，应力—应变关系接近于直线，A 点称为比例极限；第二阶段AB 随荷载的增大压应力逐渐提高，混凝土表现出明显的非弹性性质，应力—应变曲线逐渐弯曲，B 为临界点，B 点应力可以作为混凝土长期受压强度的依据；第三阶段BC 为裂缝不稳定扩展阶段，随着荷载的进一步增加，曲线明显弯曲，直至峰值C 点，峰值C 点的应力即为混凝土的轴心抗压强度c f ，相应的应变称为峰值应变0ε。

下降段（CF ）:下降段曲线开始为凸曲线，随后变为凹曲线，D 点为拐点；超过D 点后曲线下降加快，至E 点曲率最大，E 点称为收敛点；超过E 点后，试件的贯通主裂缝已经很宽，已失去结构意义。

2.7 混凝土的变形模量有几种表示方法？混凝土的弹性模量是如何确定的？

提示：与弹性材料不同，混凝土的应力—应变关系是一条曲线，在不同的应力阶段，应力与应变之比的变形模量不是常数，而是随着混凝土的应力变化而变化，混凝土的变形模量有三种表示方法：

①混凝土的弹性模量（原点模量）c E ：在混凝土应力—应变曲线的原

点作切线，该切线的斜率即为原点模量，称为弹性模量，用c E 表示：

0tan αεσ==ce

c c E ②混凝土的切线模量"c E ：在混凝土应力—应变曲线上某一应力值为c σ处作切线，该切线的斜率即为相应于应力c σ时混凝土的切线模量，用

"c E 表示：αtan "=c E

③混凝土的变形模量（割线模量）'c E ：连接原点O 至曲线上应力为c σ处作的割线，割线的斜率称为混凝土在c σ处得割线模量或变形模量，

用'c E 表示：1'tan αεσ==

c

c c E

2.8 什么是混凝土的疲劳破坏？疲劳破坏时应力—应变曲线有何特点？

提示：混凝土在荷载重复作用下引起的破坏称为疲劳破坏。混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度有关。在相同的重复次数下，