混凝土第2章
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。
第2页/共107页
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。
第9页/共107页
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
混凝土结构设计原理 第二章
混凝土的变形模量
1.2
混凝土的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能
7
混凝土的变形模量 混凝土弹性模量与立方体抗压强度之间的关系：
105 Ec (N / mm 2 ) 34.7 2.2 f cu,k
1.2 混凝土的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能
8
混凝土的徐变 定义：在荷载长期作用下，混凝土的变形随时间而徐徐增长 的现象。
构件截面都有轴向拉力N，可能存在弯矩M、剪力V。
受扭构件 （曲梁、雨棚梁） 构件截面除产生弯矩M、剪力V外，还会产生扭矩T。
教材编写及课件制作
章
第1章 材料 第2章 计算原理 第3章 轴心受力 第4章 受弯正截面
教材作者
梁兴文 梁兴文 陈 平 王社良
课件制作
邓明科 谢启芳 马乐为 丁怡洁、黄炜
课件审查
热轧钢筋 HRB 400(20MnSiV、 20MnSiNb、20MnTi) RRB 400(K20MnSi)
300
360
R
300
360 360
360
1.1
钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能
1
钢筋的种类及符号说明
预应力钢筋的符号说明
S P
钢绞线 S—— Strand
光面钢丝 P—— Plain
1
钢筋的种类及符号说明
预应力钢筋
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能
1
钢筋的种类及符号说明 热轧钢筋的符号说明
生产工艺： hot rolled 表面形状：plain 钢筋：bar
HPB235
屈服强度
1.1
混凝土结构第2章
材料性能等取值而选用的时间参数，与结构的设计使
用年限是两个概念，不能混淆。
作用按随空间位置的变异可分为: 固定作用与自
由作用。
作用按结构的反应特点可分为：
(1)静态作用，使结构产生的加速度可以忽略不计的作 用，如自重、一般风荷载、雪荷载等，其作用效应 与结构的动力特性无关；
(2)动态作用，使结构产生的加速度不可忽略不计的作 用，如地震，其作用效应不仅与作用的大小有关， 而且与结构的动力特性（如刚度、质量分布、自振 周期等）有关。
2.2 两类极限状态 2.2.1 建筑结构的功能
结构的可靠性指的是结构在设计使用年限内，在 规定的条件下，完成预定功能的能力。
所谓的预定功能是指建筑结构必须满足安全性、 适用性、耐久性。 安全性：指结构在预定的使用期限内，应能承受正常 施工、正常使用时可能出现的各种荷载、外加变形、 约束变形等的作用。在设计规定的偶然事件发生时及 发生后，仍能保持整体稳定性，不发生倒塌或连续破 坏，应避免个别构件或局部破坏而导致整体破坏。
例题2-1
已知：板宽0.6m，板的计算跨度 l0 3.3m ， 板自重：1.62kN / m2 板面25mm水泥砂浆抹面： 0.025 20 0.5kN / m2
板底15mm纸筋石灰粉刷：0.01516 0.24kN / m2
合计：2.36kN / m2
在板宽0.6米内的均布线恒载的标准值为：
gk Gkb 2.36 0.6 1.42kN / m
在板宽0.6米内的均布线活载的标准值为：
qk Qkb 2.0 0.6 1.2kN / m
跨中弯矩设计值：
M
0S
0 ( G
1 8
4.61kN m
《混凝土结构基本原理》习题解答
第2章混凝土结构材料的物理力学性能§2.1 混凝土的物理力学性能习题1题型：填空题题目：立方体抗压强度（f cu,f c u，k）：以边长为的立方体在的温度和相对湿度以上的潮湿空气中养护天,依照标准试验方法测得的强度作为混凝土的立方体抗压强度,单位为。
分析与提示：本题主要考察学生对立方体抗压强度概念中关键因素是否掌握，通过此题的评讲可加深学生对混凝土强度影响因素的理解.答案:以边长为150mm的立方体在(20＋3）°C的温度和相对湿度90％以上的潮湿空气中养护28天，依照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为N/mm2.习题2题型:绘图简述题题目：绘制混凝土棱柱体受压应力－应变全曲线,标注曲线上的特征点,并简要分段叙述曲线的特征及意义.分析与提示：通过本题帮助学生理解混凝土受压的强度和变形性能。
答案:混凝土棱柱体实测受压应力－应变全曲线见下图。
由图可见，曲线分为上升段和下降段，其中OA段为线弹性变形阶段,应力－应变关系接近直线；AB段为裂缝稳定扩展阶段, 应变的增长速度较弹性阶段略有增加，应力－应变关系呈略为弯曲的曲线；BC段为裂缝不稳定扩展阶段，应变快速增长,应力－应变呈明显的曲线关系；CD段为初始下降段，应变增长不太大的情况下应力迅速下降，曲线呈下凹形状,试件平均应力强度下降显著;DE段,当应力下降到一定程度，应变增长率明显增大,曲线呈下凹形状，试件应变增长显著；EF段，试件残余平均应力强度较低，应变较大，已无结构意义。
§2。
2 钢筋的物理力学性能习题1题型:绘图简述题题目:绘制有明显流幅钢材的受拉应力－应变全曲线，标注曲线上的特征点,并简要叙述曲线的特征及意义。
分析与提示：通过本题帮助学生理解有明显流幅钢材受拉的强度和变形性能.答案：钢筋受拉应力－应变全曲线见下图。
由图可见，曲线分为上升段、平台段、强化段和颈缩段.其中OA段（原点→比例极限点)为线性阶段,AB'段（比例极限点→屈服上限）应变较应力增长稍快，应变中包含少量塑性成分；B'(B）C段（屈服上(下)限→屈服台阶终点)应力基本不变,应变急速增长；CD段（屈服台阶终点→极限应力点）应变增长较快，应力有一定幅度的增长；DE段（极限应力点→材料强度破坏）即使应力下降,钢材的应变仍然增长,试件出现明显的“颈缩”现象。
混凝土结构设计原理课件第二章
3）轴心抗拉强度
混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试 验方法来测定，但由于试验比较困难，目前国内外主要 采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴 心抗拉强度。
F
压
a
2020/2/20
拉
压
F
劈裂试验
f sp
2F
a2
6 2.1 混凝土的物理力学性能
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
压强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的
应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变 曲线的上升段。
采用等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件 一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力-应 变曲线的下降段。
2020/2/20
8 2.1 混凝土的物理力学性能
上。e ×10-3
6
8
10 2.21 混凝土的物理力学性能
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
强度等级越高，线弹性段 越长，峰值应变也有所增 大。但高强混凝土中，砂 浆与骨料的粘结很强，密 实性好，微裂缝很少，最 后的破坏往往是骨料破坏， 破坏时脆性越显著，下降 段越陡。
不同强度混凝土的应力-应变关系曲线
式中： k１为棱柱体强度与立方体强度之比，对不大
于C50级的混凝土取76，对C80取0.82，其间按线性
插值。k2为高强混凝土的脆性折减系数，对C40取1.0，
对C80取0.87，中间按直线规律变化取值。0.88为考虑 实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系 数。
2020/2/20
5 2.1 混凝土的物理力学性能
考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况，实际 构件强度与试件强度之间存在差异，《规范》基于安全 取偏低值，规定轴心抗压强度标准值和立方体抗压强度 标准值的换算关系为：
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%
下一章
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
混凝土设计原理第2章答案
思 考 题－答案2.1 混凝土的立方体抗压强度标准值f cu ，k 、轴心抗压强度标准值f ck 和轴心抗拉强度标准值f tk 是如何确定的?答:混凝土的立方体抗压强度标准值f cu,k 的确定：以标准方法制作的边长150mm 的立方体试块，在标准条件下（温度20±2℃，相对湿度不低于95％)养护28d ，按标准试验方法加载至破坏,测得的具有95％以上保证率的抗压强度作为混凝土立方体抗压强度的标准值,用f cu,k 表示,单位为N/mm 2。
轴心抗压强度标准值f ck 的确定:是根据150mm×150mm×300mm 的棱柱体标准试件，在与立方体标准试件相同的养护条件下，按照棱柱体试件试验测得的具有95％保证率的抗压强度确定的。
具体按下式计算：k cu,c2c1ck 88.0f f αα=式中 αc1－棱柱体强度与立方体强度之比值,当混凝土强度等级≤C50时取αc1＝0。
76， C80取αc1＝0。
82，其间按线性内插法确定。
αc2－混凝土的脆性折减系数，当混凝土强度等级≤C40时取αc2＝1。
0， C80取αc2＝0。
87,其间按线性内插法确定。
轴心抗拉强度标准值f tk 的确定：可采用轴心抗拉试验（试件尺寸100mm×100mm×500mm)直接测试或通过圆柱体（或立方体）的劈裂试验间接测试，测得的具有95％保证率的轴心抗拉强度确定的。
具体按下式计算:()c245.00.55k cu,tk 645.11395.088.0αδ-⨯=f f2。
2 混凝土的强度等级是如何划分的?我国《规范》GB50010规定的混凝土强度等级有哪些？对于同一强度等级的混凝土,试比较立方体抗压强度、轴心抗压强度和轴心抗拉强度的大小并说明理由.答：混凝土的强度等级是依据立方体抗压强度标准值f cu,k 确定的。
我国《规范》GB50010规定的混凝土强度等级有：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，共14个等级。
结构设计原理-第二章-混凝土-习题及答案
第二章混凝土结构的设计方法一、填空题1、结构的、、、统称为结构的可靠性。
2、当结构出现或或或状态时即认为其超过了承载力极限状态。
3、当结构出现或或或状态时即认为其超过了正常使用极限状态。
4、结构的可靠度是结构在、、完成的概率。
5、可靠指标 = ，安全等级为二级的构件延性破坏和脆性破坏时的目标可靠指标分别是和。
6、结构功能的极限状态分为和两类。
7、我国规定的设计基准期是年。
8、结构完成预定功能的规定条件是、、。
9、可变荷载的准永久值是指。
10、工程设计时，一般先按极限状态设计结构构件，再按极限状态验算。
二、判断题1、结构的可靠度是指：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率值。
2、偶然作用发生的概率很小，持续的时间很短，但一旦发生，其量值可能很大。
3、钢筋强度标准值的保证率为97.73%。
HPB235级钢筋设计强度210N/mm2，意味着尚有2.27%的钢筋强度低于210N/mm2。
4、可变荷载准永久值：是正常使用极限状态按长期效应组合设计时采用的可变荷载代表值。
5、结构设计的基准期一般为50年。
即在50年内，结构是可靠的，超过50年结构就失效。
6、构件只要在正常使用中变形及裂缝不超过《标准》规定的允许值，承载力计算就没问题。
7、某结构构件因过度的塑性变形而不适于继续承载，属于正常使用极限状态的问题。
8、请判别以下两种说法的正误：(1)永久作用是一种固定作用；(2)固定作用是一种永久作用。
9、计算构件承载力时，荷载应取设计值。
10、结构使用年限超过设计基准期后，其可靠性减小。
11、正常使用极限状态与承载力极限状态相比，失效概率要小一些。
12、没有绝对安全的结构，因为抗力和荷载效应都是随机的。
13、实用设计表达式中的结构重要性系数，在安全等级为二级时，取00.9γ=。
14、在进行正常使用极限状态的验算中，荷载采用标准值。
15、钢筋强度标准值应具有不少于95%的保证率。
16、结构设计的目的不仅要保证结构的可靠性，也要保证结构的经济性。
《混凝土结构设计原理》第2章
0
1.1
1.0
二、承载能力极限状态设计表达式 建规 0 S R 桥规 0 Sud R
第二章
混凝土结构基本设计原则
三、建规承载能力极限状态的 荷载效应组合设计值S
▲基本组合-由可变荷载效应控制
S G SGK Q1SQ1K Qi Ci SQi k
i 2
2.1.2 结构的功能
（包括安全性、适应性和耐久性）
一、 结构的安全等级
根据结构破坏后果的影响程度分为三级。
建筑结构的安全等级
安全等级 一级 二级 三级 破坏后果 很严重 严 重 不严重 建筑物类型 重要的建筑物 一般的建筑物 次要的建筑物
3.1 结构的功能
第二章
混凝土结构基本设计原则
桥梁结构的安全等级
第二章
混凝土结构基本设计原则
三、 结构的功能
（包括安全性、适应性和耐久性）
1、 安全性
结构在设计规定的使用年限内，能承受在正常施工和 正常使用时可能出现的各种作用。在设计规定的偶然事件 发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。
▲设计使用年限：一般为50年。 ▲各种作用：指荷载、外加变形和约束变形（如温度和收缩变形受 到约束时）； ▲偶然事件：如地震、爆炸、火灾、撞击等；
第二章
混凝土结构基本设计原则
2.2 按近似概率的极限状态设计法 2.2.1结构的可靠度 一、可靠性
结构在设计规定的使用年限内，在规定的条件 下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完 成预定功能（安全性、适用性和耐久性）的能力。 即是安全性、适用性和耐久性的总称。
二、可靠度
结构可靠度：是结构可靠性的概率度量。
因（混凝土收缩、温度变化、基础差异
混凝土课后答案
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。
混凝土第六版第一、二章课后习题
第一章1.1什么是钢筋混凝土结构？配筋的主要作用和要求是什么？以混凝土为主要材料的结构。
在混凝土中配置适量的受力钢筋，并使得混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力，就能起到充分利用材料，提高结构承载力和变形能力的作用。
要求：受力钢筋与混凝土之间必须可靠地粘结在一起，以保证两者共同变形、共同受力。
同时受力钢筋的布置和数量都应由计算和构造要求确定，施工也要正确。
保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力的构造措施有：1）对不同等级的混凝土和钢筋，要保证最小搭接长度和锚固长度；2）为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结，必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求；3）在钢筋的搭接接头范围内应加密箍筋；4）为了保证足够的粘结在钢筋端部应设臵弯钩。
1.2 钢筋混凝土结构的优点有：1）经济性好，材料性能得到合理利用；2）可模性好；3）耐久性和耐火性好，维护费用低；4）整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好的延性；5）刚度大，阻尼大；6）就地取材。
缺点有：1）自重大；2）抗裂性差；3）承载力有限；4）施工复杂；5）加固困难。
1.3结构有哪些功能要求？简述承载能力极限状态和正常使用能力极限状态的概念。
（1）结构的安全性（Safety）:在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用；在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍然能保持必要的整体稳定性。
（2）结构的适用性(Serviceability):结构在正常使用时具有良好的工作性能，不致产生过大的变形以及过宽的裂缝等。
（3）结构的耐久性(Durability):结构在正常的维护下具有足够的耐久性。
（即结构能正常使用到规定的设计使用年限）。
它根据环境类别和设计使用年限进行设计。
承载力极限状态(ultimate limit state)：结构或构件达到最大承载能力或变形达到不适于继续承载的状态；其主要表现为材料破坏、丧失稳定或结构机动。
正常使用极限状态(serviceability limit state)：结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限值的状态；其主要表现为过大变形、裂缝过宽或较大振动。
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
为棱柱体抗压强度与立方体抗压强度之比，对混凝土 强度等级为C50及以下的取0.76，对C80取0.82，两者 之间按直线规律变化取值。
为高强度混凝土的脆性折减系数，对C40及以下取1.00， 对C80取0.87，中间按直线规律变化取值。
0.88为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用 的折减系数。 12
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。
混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱 体试件来测定。 在普通试验机上采用等应力速度加 载，达到轴心抗压强度fc时，试验机中集聚的弹性应 变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生 突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲线的上升段。 采用等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件 与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能， 可以测得应力-应变曲线的下降段。
第二章 混凝土结构材料的物理力学性能2
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℃ ， ≥ 95% 湿 度 ） 养 护 28 天 ， 用 标 准 试 验 方 法 （ 加 载 速 度 0.15~0.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体
双轴应力状态（Biaxial Stress State）
• 混凝土的双向
受力强度
双向受拉：强度接近 单向 受拉强度 双向受压：抗压强度和极 限压应变均有 所提高
一拉一压：强度降低
k=0.82，其间按线性插值。
f c k f cu
对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。
轴心抗拉强度
16
150
500
也是混凝土的基本力学性能，用符 号 ft 表示。 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。
100
150
á Ä Ü Ô é Ö Ð Ê À Ê Ñ
抗压强度，用符号C表示，C30表示 fcu,k=30N/mm2
f cc
F A
非标准试块强度换算系数： • 200mm×200mm×200mm:1.05； • 100mm×100mm×100mm:0.95。 • 6〞×12〞圆柱体：1.20 （1〞=2.54cm） • 6〞×12〞棱柱体：1.32 分级：C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50, C55, C60,C65,C70,C75,C80 (高强混凝土），共14个等级 • C—Concrete,单位：N/mm2或MPa 与原《规范GBJ10-89》相比，混凝土强度等级范围由C60 提高到C80，C50以上为高强混凝土。
混凝土结构基本原理第二章
2）材料强度设计值是材料强度标准值除以对应的 材料分项系数。
HPB235级、HRB335级、HRB400级和RRB400级 钢筋的材料分项系数γS=1.1； 预应力钢丝、钢绞线和热处理钢筋的材料分项系数 γS=1.2， 混凝土的材料分项系数γC=1.4。
33
普通钢筋的抗拉强度设计值f’y及抗压强度设计 值fy‘按附表6采用； 预应力钢筋的抗拉强度设计值fpy及抗压强度设计 值fpy＇按附表7采用。 混凝土的轴心抗压强度设计值 fc 和轴心抗拉强度 设计值 ft 按附表2采用。 3）结构构件抗力设计值R的一般表达式为
11
fcu,k=fcu,m（1－1.645δf）
式中 fcu,m——混凝土立方体抗压强度平均值；
δf ——混凝土立方体抗压强度变异系数，对
C40级以下的混凝土δf =0.12；对
C60级，δf =0.10；对C80级，δf =0.08。 《规范》给出各级混凝土轴心抗压强度标准值fck 和轴心抗拉强度标准值ftk见表2-3。
1 2 C l0 8
结构抗力是指结构或构件承受作用效应的能力， 用 R 表示。例如，构件的承载力、刚度等。
9
影响结构抗力的因素：结构的材料性能、几何尺 寸、配筋情况和抗力的计算假定、计算公式等。通 常，结构抗力主要取决于材料性能。 材料强度标准值是材料性能的基本代表值。一般 取符合规定质量的具有不小于95%保证率的材料强 度下分位值作为材料强度标准值，即 fk=fm（1－1.645δf） 式中 fk——材料强度标准值； fm——材料强度平均值；
4
（3）偶然荷载是指在设计基准期内不一定出现， 而一旦出现，则其量值很大，且持续时间很短的荷载。 例如，地震荷载、爆炸力、撞击力等。 二、荷载的代表值 荷载代表值是在结构设计中采用的荷载数值，包 括：标准值、组合值、频遇值和准永久值 1.荷载标准值
第2章 混凝土梁板结构
（1）两对边支承板；
（2）悬挑板； （3）四边支承板，长边和短边的比值大于2，短向受力。
2、双向板：荷载作用下，两个方向都受力的板。
四边支承板，长边和短边的比值小于等于2时按照双向板设计。 单向板的荷载沿受力方向传递。在受力方向配置受力钢筋，另 一方向设置分布钢筋。 双向板的荷载沿两个方向传递，在两个方向均配置受力钢筋。
单向板肋梁楼盖 双向板肋梁楼盖
井式楼盖
密肋楼盖
无梁楼盖
2、装配式
构件（空心板等）在工厂预制、现场装配而成。 施工进度快、不受季节限制、节省模板，整体刚度差、 抗震性差，主要用于多层非地震区房屋。
预制板
预制梁
3、装配整体式
铺板后再浇筑混凝土，具有现浇和装配式的优点。 但工序复杂，造价高。 后浇层
跨中弯矩计算公式为：
M
1 2 ( g q)l0 10
梯段板的计算简图
梯段板的钢筋：图2-75
受力钢筋：按跨中弯矩计算求得，并沿跨度方向布置，
配筋可采用弯起式或分离式。为考虑支座连接处实际存在的负 弯矩，防止混凝土开裂，在支座处应配置适量负筋，其伸出支
座长度为ln/4（ln为梯段板水平方向净跨）。
第2章 混凝土梁板结构
2.1 概述
梁板结构：由梁和板组成的水平承重结构体系。 如楼（屋）盖、楼梯、雨篷等。 荷载传递路线： 板 梁 柱（墙） 基础 地基
一、楼盖的类型
按照施工方法的不同可分为：
1、现浇整体式
整体性好、刚度大、可适应不规则平面和开洞。 但施工速度慢，工期长，模板用量多。 应用广泛，本章主要讲述。
2、斜梁
斜梁两端支承在平台梁上，内力计算可按简支梁考虑。
3、平台板
梁式楼梯平台板的计算及构造与板式楼梯相同。
第2章混凝土结构材料的物理力学性能习题答案
第2章 混凝土结构材料的物理力学性能2.1选择题1．混凝土若处于三向应力作用下，当（ D ）。
A. 横向受拉，纵向受压，可提高抗压强度；B. 横向受压，纵向受拉，可提高抗压强度；C. 三向受压会降低抗压强度；D. 三向受压能提高抗压强度；2．混凝土的弹性模量是指（ A ）。
A. 原点弹性模量；B. 切线模量；C. 割线模量；D. 变形模量；3．混凝土强度等级由150mm 立方体抗压试验，按（ B ）确定。
A. 平均值fcu μ；B. σμ645.1-fcu ；C. σμ2-fcu ；D. σμ-fcu ；4．规范规定的受拉钢筋锚固长度a l 为（ C ）。
A ．随混凝土强度等级的提高而增大；B ．随钢筋等级提高而降低；C ．随混凝土等级提高而减少，随钢筋等级提高而增大；D ．随混凝土及钢筋等级提高而减小；5．属于有明显屈服点的钢筋有（ A ）。
A ．冷拉钢筋 ；B ．钢丝；C ．热处理钢筋；D ．钢绞线；6．钢材的含碳量越低，则（ B ）。
A ．屈服台阶越短，伸长率也越短，塑性越差；B ．屈服台阶越长，伸长率越大，塑性越好；C ．强度越高，塑性越好；D ．强度越低，塑性越差；7．钢筋的屈服强度是指（ D ）。
A. 比例极限；B. 弹性极限；C. 屈服上限；D. 屈服下限；8．能同时提高钢筋的抗拉和抗压强度的冷加工方法是（ B ）。
A. 冷拉；B. 冷拔；9．规范确定k cu f ,所用试块的边长是（ A ）。
A ．150 mm ；B ．200 mm ；C ．100mm ；D ．250 mm ；10．混凝土强度等级是由（ A ）确定的。
A ．k cu f ,；B ．ck f ；C ．cm f ；D ．tk f ；11．边长为100mm 的非标准立方体试块的强度换算成标准试块的强度，则需乘以换算系数（ C ）。
A ．1.05 ；B ．1.0 ；C ．0.95 ；D ．0.90 ；12．c c c E εσ='指的是混凝土的（ B ）。
《混凝土结构设计原理》第二章_课堂笔记
《混凝土结构设计原理》第二章 材料的物理力学性能 课堂笔记◆ 学习要点：钢筋砼的组成为非匀质的，又由于混凝土材料组成的非均匀性以及具有显著的非弹性性能，因此其力学性能与匀质弹性材料有很大的差异。
对钢筋和砼材料力学性能的了解，包括其强度和变形性能，以及对二者相互作用的了解是掌握钢筋砼构件受力特点，确立计算方法，制定构造措施的基础。
◆ 主要内容混凝土及其力学性能混凝土的组成、强度指标及其换算关系、变形性能、其它性能(疲劳、收缩、徐变)、钢筋及其力学性能。
钢筋品种、级别和型号、力学性能及性能要求。
钢筋与混凝土的粘结◆ 学习要求1、掌握混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度和轴心抗拉强度的测定方法和换算关系。
2、了解影响硷强度的因素，掌握砼应力一应变曲线特点，理解复合应力下硷强度和变形特点。
3、了解混凝土收缩、徐变现象及其影响因素；理解收缩、徐变对钢筋混凝土结构的影响。
4、了解钢筋的品种级别和使用范围。
掌握钢筋的应力一应变曲线的特点和强度的取值标准:，◆ 重点难点混凝土的强度及其影响因素，复合应力状态下的强度。
混凝土受压应力一应变关系的特征值。
混 凝土的收缩与徐变及其影响因素，一、混凝土（一）混凝土的组成结构砼是由水泥石(水泥胶结料)和骨料（石料)组成的一种内部结构复杂的复合材料。
从微观看：砼是不均匀的多相材料，存在许多内部微裂缝，这与其物理力学性能有密切的关系。
从宏观看：混凝土是粗骨料均匀分散在连续的砂浆基材中的两相材料，可视为各向同性的。
（二）混凝土的强度混凝土的强度是混凝土力学.隆能中的主要指标。
在工程中常用的混凝土强度指标有： ·立方体抗压强度fcu ·轴心抗压强度fc ·轴心抗拉强度ft1、混凝土立方体抗压强度砼立方体抗压强度是其力学性能中最基本的指标，也是评定fc 强度等级的标准。
砼强度等级是指按照标准方法制作养护的边长为150mm ，的立方体试件，在28天龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度标准值 。
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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 。
强度等级越高，线弹性段越 长，峰值应变也有所增大。但 高强混凝土中，砂浆与骨料的 粘结很强，密实性好，微裂缝 很少，最后的破坏往往是骨料 破坏，破坏时脆性越显著，下 降段越陡。
不同强度等级的应力—应变曲线
31
(2) 混凝土单轴受压应力--应变本构关系曲线
若采用无量纲坐标x=e/e0，y=/fc， 则混凝土应力-应变全曲线的几何特 征必须满足:
混凝土在空气中硬化时体积会缩小，在水中体积膨
0.4
0.3 0.2 0.1 0 5
常温养护 蒸汽养护
10 时间 (月)
15
20
42
硬化初期，水泥石在凝固过程中产生的体积 收缩的原因
变化（化学性收缩，本身的体积收缩）
后期，主要是混凝土内自由水分蒸发而引起的
干缩（物理收缩，失水干燥）
混凝土的组成和配比 影响收缩的 主要因素 构件的养护条件、使用环境的温度和湿度 以及凡是影响混凝土中水分保持的因素
概率 密度 强度 平均 值
强度 标准 值
材料强度 8
混凝土的强度等级 《混凝土结构设计规范》是根据混凝土立方体抗压强 度标准值来划分的。从C15~C80共划分为14个强度等级 （如C30表示fcu,k =30N/mm2），级差为5N/mm2。
C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45
C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80
第2章 混凝土结构材料的物理力学性能
钢 筋
强度
混凝土
变形
两者间的粘结
粘结破坏的 过程和机理
1
2.1 混凝土的物理力学性能
单轴应力状态下混凝土的强度 复合应力状态下混凝土的强度 混凝土的变形
混凝土的疲劳
2
一、单轴向应力状态下的混凝土强度
1. 混凝土的抗压强度
（1）混凝土的立方体抗压强度fcu,k和强度等级
混凝土的变形模量（割线模量）
c Ece e Ec ' tan 1 Ec ec ec
混凝土的切线模量
混凝土变形模量的表示方法
Ec '' tan
混凝土的切线模量是一个变值，它随着混凝土 应力的增大而减小。
35
弹性模量的测定方法
0.5fc
e
5~10 ´ Î
36
承压板
试 块
混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系
11
考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况等方面与试件的 差别，实际构件强度与试件强度之间将存在差异，《规范》基 于安全取偏低值，轴心抗压强度标准值与立方体抗压强度标准 值的关系按下式确定：
fck 0.88c1c2 fcu,k
c1
c2
试验结果
弹性模量与立方体强度的关系
37
2.荷载长期作用下混凝土的变形性能——徐变
徐变：结构或材料承受的应力不变，而应变随着时间增长 的现象。 徐变与时间关系
38
压应力与徐变的关系
不同应力/强度比值的徐变时间曲线
39
40
混凝土徐变的影响因素
徐变与混凝土持续应力大小有密切关系，应力越大徐变
32
单向受压应力-应变关系的数学模型
e e c f c 1 0.15 c 0 eu e0
0.15fc
c
fc
c
fc
e 2 c c f c 1 1 e 0
e 2 c c f c 1 1 e 0
构件的体表比：比值越小，收缩越大
43
收缩对结构的影响
构件未受荷之前产生裂缝 预应力构件中预应力损失（预应力筋和混凝土
一同回缩引起预应力损失
超静定结构产生次内力
44
四、混凝土在荷载重复作用下的变形—疲劳
混凝土的疲劳是在荷载重复作用下产生的。 疲劳现象大量存在于工程结构中，钢筋混凝土吊车梁、 钢筋混凝土桥以及港口海岸的混凝土结构等都要受到吊车 荷载、车辆荷载以及波浪冲击等几百万次的作用。混凝土 在重复荷载作用下的破坏称为疲劳破坏。
6
立方体强度随龄期的变化关系
立方体抗压强度fcu
标准试块： 150×150 ×150 非标准试块：100×100 ×100 换算系数 0.95
200×200 ×200
换算系数 1.05
7
立方体抗压强度fcu,k 边长150mm立方体试件，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/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。 fcu,k= fcu,m(1-1.645)。
混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱 体试件来测定。 在普通试验机上采用等应力速度加 载，达到轴心抗压强度fc时，试验机中集聚的弹性应 变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生 突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲线的上升段。 采用等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件 与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能， 可以测得应力-应变曲线的下降段。
29
由上述混凝土的破坏机理可知，微裂缝的发展 导致横向变形的增大。对横向变形加以约束， 约束混凝土可以提高混凝土的强度，但更值得 就可以限制微裂缝的发展，从而可提高混凝土 注意的是可以提高混凝土的变形能力，这一点 的抗压强度。 对于抗震结构非常重要。
30
混凝土应力-应变曲线的形状和特征是混凝土内部 结构发生变化的力学标志。
为棱柱体抗压强度与立方体抗压强度之比，对混凝土 强度等级为C50及以下的取0.76，对C80取0.82，两者 之间按直线规律变化取值。
为高强度混凝土的脆性折减系数，对C40及以下取1.00， 对C80取0.87，中间按直线规律变化取值。
0.88为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用 的折减系数。 12
作用是：峰 值应力后， 吸收试验机 的变形能， 测出下降段
20
混凝土的破坏机理
混凝土棱柱体受压应力-应变曲线
21
混凝土棱柱体受压应力-应变曲线
22
23
24
25
26
27
混凝土棱柱体受压应力-应变曲线
28
混凝土棱柱体受压应力应变曲线
上升段OC OA段---准弹性阶段： e关系接近于直线，A 点 为比例极限。 AB段----裂缝稳定扩展阶段： B点的应力可作为混凝土长 期受压强度的依据。 BC段----裂缝不稳定扩展阶段： C点的应力即为混凝土的轴 心抗压强度fc ，相应的应变 称为峰值应变e 0 ,对C50及 以下的素混凝土通常取e 0 =0002。 下降段CF： 凸曲线变为凹曲线，出现拐 点D ，收敛点E ；超过E点 后，试件的贯通主裂缝已经 很宽，失去结构意义。
试件尺寸：
承压板
150mm×150mm×150mm；
养护条件与时间：20±3℃，相对
试块
湿度 90%以上，28天；
试验方法：标准试验方法
3
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
试 块
不涂润滑剂
强度大于
涂润滑剂
4
未采取减摩措施
采取减摩措施后
f cf cf,min c ,max
47
GB50010-2010规范规定
48
49
2.2 钢筋的物理力学性能
钢筋的种类
钢筋的强度与变形 钢筋本构关系 钢筋的疲劳 混凝土结构对钢筋性能的要求
50
一、 钢筋的种类
1.柔性钢筋 线形的普通钢筋统称为柔性钢筋，其外形有光圆 和带肋两类。
ec e0=0.002 eu=0.0038
o
ec e0=0.002 eu=0.0035
o