第三章 混凝土的基本特性
第三章 结构材料的力学性能及指标
第一节 结构材料基本要求
塑性：材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，
有一部分变形不能恢复，这种性质称为材料的塑性。 弹性变形与塑性变形的区别：前者为可逆变形，后 者为不可逆变形。 材料塑性性能是决定结构或构件是否安全可靠的重要 参数之一，可以通过测量材料伸长取断面收缩率或冷弯 性能来确定材料的塑性性能。
第一节 结构材料基本要求
一、结构材料力学性能的基本要求
工程结构对材料力学性能的要求是通过力学性能指标 来实现的，而力学性能指标又是通过实验方法测定的。 结构材料主要力学性能指标有：强度、弹性、塑性、 冲击韧性与冷脆性、徐变和松弛等。
第一节 结构材料基本要求
(一)强度
强度是材料抵抗破坏能力的指标。
二、其他要求
结构材料不仅要满足强度、弹性、塑性等力学性能方
面的要求，还有满足其他的一些基本要求：
1．协同工作性能
材料的协同工作性能是指两种或两种以上的材料或杆 件可以融合成一体，共同参与受力和变形，而不会轻易 分开的性能。 如钢材的可焊性、钢筋和混凝土之间的共同工作性能
以及砌块与砂浆之间的粘结性能等。
能完全恢复到原始形状的性质称为弹性。这种外力消失 后瞬间恢复的变形称为弹性变形。
弹性模量：是反映材料受力时抵抗弹性变形的能力，
即材料的刚度，它是钢材在静荷载作用下计算结构变形 的一个重要指标。 在弹性范围内，弹性模量为常数，其值等于应力与应 变的比值，即：Es=σ/ε 弹性模量越大，材料的刚度越大，即越不容易变形。
第一节 结构材料基本要求
(三)冲击韧性
冲击韧性是指钢材抗冲击而不破坏的能力。
冲击韧性与材料的塑性有关，但是又不等同于塑性，
它是强度和塑性的综合指标。
材料的冲击韧性与其内在质量、宏观缺陷和微观组成
碾压混凝土性能
第三章碾压混凝土性能碾压混凝土作为干硬性混凝土通常是由未水化的水泥熟料颗粒、水化水泥、水和少量的空气以及水和空气占有的孔隙网组成。
因此，它是一个固－液－气三相组成的多孔体。
3.1 力学性能3.1.1 抗压强度碾压混凝土的抗压强度与水泥的标号与用量、水灰比、矿物掺和料的种类与掺量及骨料种类与用量等密切相关。
由于我国碾压混凝土筑坝特点是少水泥用量、高粉煤灰掺量，因此，我们认为碾压混凝土的抗压强度主要是由水灰比和粉煤灰掺量决定的。
3.1.2 抗拉强度综合我国碾压混凝土筑坝技术，碾压混凝土在配合比设计上已经形成少水泥用量、高粉煤灰掺量的特点。
碾压混凝土的抗拉强度与常态混凝土一样，随着水胶比的增大而降低，随抗压强度的增加而增加。
因此，影响碾压混凝土抗压强度的因素同样是影响抗拉强度的因素。
3.2 变形性能3.2.1 弹性模量碾压混凝土的抗压弹性模量的主要影响因素是骨料的弹性模量、混凝土的配合比、抗压强度及龄期等。
混凝土所用骨料的弹性模量越高、混凝土配合比种所含骨料（特别是粗骨料）比例越大、混凝土抗压强度越高、龄期越长,则弹性模量越高.此外,碾压混凝土早期强度（ 14 d 以内）较低,发展较慢,因此早期弹性模量更低.3.2.2 极限拉伸值3.2.3 徐变在大体积混凝土结构如混凝土坝中, 徐变能降低温度应力, 减少裂缝。
所以, 应在保持强度不变的条件下, 设法提高混凝土的徐变, 从而提高其抗裂性。
碾压混凝土的徐变受诸多因素的影响。
它们是：混凝土的灰浆率、水泥的性质、骨料的矿物成分与级配、混凝土配合比、加荷龄期、力与持荷时间、构件尺寸等。
在不同龄期加荷条件下, 徐变变形都随粉煤灰掺量的增大而减小。
在原材料相同的情况下, 混凝土的徐变变形与混凝土的灰浆率成正比。
我国目前常用的高粉煤灰掺量碾压混凝土的灰浆率低于常态混凝土, 因此总的徐变变形似乎应低于常态混凝土。
然而碾压混凝土特别是高粉煤灰含量的碾压混凝土的早期强度较低, 早期强度增长率较小, 因此早期持荷的徐变变形必然大于常态混凝土。
混凝土设计原理范文
混凝土设计原理范文一、混凝土的力学性能混凝土的力学性能是指混凝土在荷载作用下的应力、应变关系，主要包括强度、应变能力和刚度等指标。
1.强度：混凝土的强度主要包括抗压强度、抗拉强度和抗弯强度等。
抗压强度是混凝土最主要的强度指标，通常可以通过试块试验来获得。
2.应变能力：混凝土的应变能力是指混凝土在荷载作用下的变形能力，主要包括极限抗压应变和极限抗拉应变等。
应变能力的提高可以使混凝土具有更好的耐久性和变形能力。
3.刚度：混凝土的刚度是指混凝土的刚性程度，主要包括刚性模量、剪切模量和泊松比等。
刚度的提高可以使混凝土具有更好的抗震性能和稳定性。
二、材料设计1.水泥：水泥是混凝土的胶凝材料，可以使混凝土具有较高的强度和耐久性。
常用的水泥有普通硅酸盐水泥、矿渣水泥和粉煤灰水泥等。
2.骨料：骨料是混凝土的骨架材料，可以提供混凝土的强度和稳定性。
常用的骨料有石子、碎石和砂子等。
3.粉料：粉料是混凝土的细骨料，可以填充骨料之间的空隙，提高混凝土的密实性。
常用的粉料有水泥石粉、矿物粉和粉煤灰等。
4.掺合料：掺合料是混凝土中的非胶凝材料，可以调整混凝土的性能，如增加混凝土的流动性和抗裂性。
常用的掺合料有矿渣粉、粉煤灰和硅灰等。
三、结构设计1.受力分析：受力分析是混凝土设计的基础，可以确定结构受力情况和受力方式。
常见的受力分析方法有静力分析和动力分析等。
2.尺寸设计：尺寸设计是根据受力分析结果确定混凝土构造的尺寸和形状。
常见的尺寸设计包括截面尺寸、板厚和柱高等。
3.配筋设计：配筋设计是根据受力分析结果确定混凝土构造的钢筋配筋方式和钢筋用量。
常用的配筋设计方法有简化法和荷载法等。
四、施工控制1.原材料的控制：原材料的控制是指对水泥、骨料、粉料和掺合料等原材料进行质量检测和控制。
常见的检测指标有水泥强度、骨料含泥量和粉煤灰活性等。
2.施工材料的控制：施工材料的控制是指对混凝土的搅拌、浇筑和养护等施工过程进行监控和调整。
常见的控制措施有搅拌时间控制、浇筑工艺控制和养护条件控制等。
混凝土结构设计原理第二版
混凝土结构设计原理第二版第一章概述混凝土结构设计是指在满足建筑物使用功能、安全性、经济性、美观性等要求的前提下，通过合理的结构选择、设计和计算，确定混凝土构件的尺寸、配筋和布置等技术参数的过程。
混凝土结构设计原理第二版是一本介绍混凝土结构设计原理的权威教材，本书的主要内容包括混凝土材料、基本理论、构件设计、配筋设计、施工、检验和验收等方面。
第二章混凝土材料混凝土是由水泥、砂、石、水和掺合料等原材料按一定比例配制而成的人造材料。
混凝土的性能取决于材料的质量、配合比、搅拌工艺、养护条件等因素。
混凝土材料的主要特性包括强度、耐久性、抗裂性、变形性等。
第三章基本理论混凝土结构设计的基本理论包括弹性力学理论、塑性力学理论、极限状态设计理论和可靠度设计理论等。
其中，弹性力学理论是混凝土结构设计的基础，通过对结构受力情况进行分析和计算，确定结构的强度、刚度和稳定性等性能指标。
第四章构件设计混凝土结构的构件设计是指根据结构荷载和要求，确定构件的截面形状、尺寸和配筋等技术参数。
构件设计应考虑结构的安全性、经济性、美观性等因素，同时还要满足国家建筑标准和规范的要求。
第五章配筋设计混凝土结构的配筋设计是指根据构件截面尺寸和受力状态，确定钢筋的直径、数量和布置方式等技术参数。
配筋设计应满足混凝土构件的强度、变形和耐久性等要求，同时还要考虑钢筋的保护措施和施工工艺等因素。
第六章施工混凝土结构设计的施工是指按照设计要求和施工规范进行混凝土浇筑、养护、加固和修补等工作。
施工应注意混凝土材料的质量、搅拌比例、浇筑方式和养护条件等因素，保证混凝土结构的质量和安全性。
第七章检验和验收混凝土结构设计的检验和验收是指对施工后的混凝土结构进行质量检测和验收，保证结构的安全可靠。
检验和验收应包括混凝土材料的质量检测、结构的强度和变形性能检测、钢筋的加工和安装质量检测等方面。
结语混凝土结构设计是一项复杂的工作，需要设计师具备扎实的理论基础和丰富的实践经验。
第三章 混凝土结构的耐久性设计
二,混凝土结构耐久性设计原则
混凝土桥梁结构的耐久性取决于混凝土材料的自身特性和结 构的使用环境,与结构设计,施工及养护管理密切相关.综 合国内外研究成果和工程经验,一般是从以下三个方面解决 混凝土桥梁结构的耐久性: (1)采用高耐久性混凝土,增强混凝土的密实度,提高混 凝土自身抗破损能力; (2)加强桥面排水和防水层设计,改善桥梁的环境作用条 件; (3)改进桥梁结构设计,其中包括加大混凝土保护层厚度 ;加强构造钢筋,防止控制裂缝发展;采用具有防腐保护的 钢筋(例如:体外预应力筋,无粘结预应力筋,环氧涂层钢 筋等).
一,混凝土结构的耐久性
混凝土结构的耐久性是指结构对气候作用,化学侵蚀,物 理作用或任何其他破坏过程的抵抗能力.由于混凝土的缺 陷(例如裂隙,孔道,汽泡,孔穴等),环境中的水及侵 蚀性介质就可能渗入混凝土内部,产生碳化,冻融,锈蚀 作用而影响结构的受力性能.并且结构在使用年限内还会 受到各种机械物理损伤(腐损,撞击等)及冲刷,溶蚀, 生物侵蚀的作用.混凝土结构的耐久性问题表现为:混凝 土损伤(裂缝,破碎,酥裂,磨损,溶蚀等);钢筋的锈 蚀,脆化,疲劳,应力腐蚀;以及钢筋与混凝土之间粘结 锚固作用的削弱等三个方面.从短期效果而言,这些问题 影响结构的外观和使用功能;从长远看,则会降低结构安 全度,成为发生事故的隐患,影响结构的使用寿命.
影响混凝土结构耐久性的因素十分复杂,主要取决于以下四 个方面: (1)混凝土材料的自身特性; (2)混凝土结构的设计与施工质量; (3)混凝土结构所处的环境条件; (4)混凝土结构的使用条件和防护措施. 混凝土材料的自身特性和结构的设计与施工质量是决定其耐 久性的内因.混凝土的材料组成,如水灰比,水泥品种和 数量,骨料的种类与级配都直接影响混凝土结构的耐久性. 混凝土的缺陷(例如裂缝,气泡,空穴等)都会造成水分 和侵蚀性物质渗入混凝土内部,与混凝土发生物理化学作 用,影响混凝土结构的耐久性.
《混凝土结构设计原理》电子教案
《混凝土结构设计原理》电子教案第一章：混凝土结构的基本概念1.1 混凝土结构的定义1.2 混凝土结构的分类1.3 混凝土结构的受力分析1.4 混凝土结构的材料特性第二章：混凝土的设计强度2.1 混凝土抗压强度2.2 混凝土抗拉强度2.3 混凝土抗剪强度2.4 混凝土的耐久性第三章：混凝土结构的设计方法3.1 极限状态设计方法3.2 安全系数设计方法3.3 荷载组合与内力计算3.4 结构可靠度与极限状态方程第四章：梁和板的设计4.1 梁的设计4.2 板的Design4.3 受弯构件的设计4.4 受剪构件的设计第五章：柱和墙的设计5.1 柱的设计5.2 墙的设计5.3 轴心受压构件的设计5.4 偏心受压构件的设计第六章：混凝土结构构件的连接设计6.1 连接的基本要求6.2 钢筋的锚固与焊接6.3 钢筋的连接方式6.4 混凝土构件的拼接设计第七章：钢筋混凝土构件的抗震设计7.1 抗震设计的基本概念7.2 地震作用及其效应7.3 抗震设防要求与抗震等级7.4 钢筋混凝土构件的抗震设计方法第八章：钢筋混凝土结构的经济设计8.1 结构经济性的概念8.2 结构设计中的成本分析8.3 结构优化设计方法8.4 钢筋混凝土结构的经济设计案例分析第九章：混凝土结构的施工图绘制9.1 施工图的基本知识9.2 混凝土结构施工图的绘制步骤9.3 常用施工图的符号与表示方法9.4 施工图的审核与修改第十章：混凝土结构设计的案例分析10.1 案例分析的基本方法10.2 框架结构设计案例10.3 剪力墙结构设计案例10.4 筒体结构设计案例重点和难点解析一、混凝土结构的基本概念：理解混凝土结构的定义、分类、受力分析以及材料特性是学习后续章节的基础。
特别是混凝土结构的受力分析，它是理解结构在不同荷载作用下的响应的关键。
二、混凝土的设计强度：掌握混凝土的抗压、抗拉、抗剪强度以及耐久性是进行结构设计的前提。
学生需要理解这些强度参数的测定方法和应用条件。
第三章-钢筋混凝土构件的基础受力性能资料
N>Ncr
c=0
当钢筋应力达到as = fy时 ◆极限拉力Ultimate Tensile Capacity
s=
N As
Nu= fy As
第三章 钢筋混凝土构件的基本受 力性能
ss sc
fy
2Eft + ft/ 2Eft
ft
N
Ncr
Nu
第三章 钢筋混凝土构件的基本受 力性能
N Nu
Ncr
l y
第三章 钢筋混凝土构件的基本受 力性C能onclusions
第三章 钢筋混凝土构件的基本受
力性能
s
Es
Ec
c
E
c
E
As
A0
Ac
E
As
N
c
Ac
1
E
c
A0
换算混凝土面积 Transformed Section
c
N A0
N
Ac (1 E
/ )
当sc = ft时，如继续加载混凝土 将会产生开裂，Ncr。由混凝土 的受拉时应力-应变关系知，sc = ft 时的弹性特征系数n =0.5
es =ec =e
N
es =ec =e
◎物理关系 Stress-Strain Relationship
s Ess Es c Ecc Ec
s
Es
Ec
c
E
c
c
N
◎平衡条件 Equilibrium Condition
s
N c Ac s As
c
Ac
E
As
c
Ac
1
E
r =As/Ac 配筋率 Reinforcement Ratio
新03材料力学性能
b
o
残余 变形
o'
冷拉率
冷拉的特点： 冷拉经时效 1、可采用控制应力和控制 d' 冷拉率两种方法。 d 2、冷拉时应力值必须超过 钢筋的屈服强度。 3、时效硬化(屈服点提高)。 冷拉无时效 4、冷拉后可提高钢材的抗 拉强度，但屈服台阶变短。 不提高钢筋的抗压强度。 5、钢筋设计时仍采用冷拉 前的截面。 6、焊接产生的高温使钢筋 e 软化(强度降低,塑性增加) 故需焊接的钢筋须先焊后拉; 另外冷拉只能提高抗拉强 度。)
受力强度： s1, s2 (拉－压) 强度降低
2、三轴受压：(如图)
200
三向受压时，混凝土的 抗压强度和极限变形都 有较大提高。 其原因：横向约束约束 了横向变形，限制了内 部裂缝的产生和发展。
150
s3= 50N/mm2 35N/mm2
s1
100
s3
10N/mm2
s3
50
0
5
抗压强度提高 : f c f c 4.1s 2 c
塑性变形的基础
一）混凝土的立方体抗压强度（fcu）
用边长为150mm的标准立方体试件，在标准养
护条件下（温度20±2℃，相对湿度大于95%或在水
中）养护28天后，按照标准试验方法（试件的承压
面不涂润滑剂，加荷速度约每秒0.15～0.3N/mm2）
测得的抗压强度值称为混凝土立方体试件抗压强度 （简称立方体抗压强度），用符号fcu表示。（对某 一试件）
s0.2
a
残余应变为0.2%所对应的应力 0.2
《规范》取s0.2 =0.8 fu
0.2%
有、无明显流幅钢筋的应力-应变图的比较
s(N/mm2)
ft
流幅 极限强度
混凝土材料的结构与性能分析研究
混凝土材料的结构与性能分析研究第一章混凝土的结构与组成混凝土是一种由水泥、砂、碎石和水按照一定比例混合而成的人造材料。
混凝土的结构和组成决定了其性能和用途。
混凝土的主要组成部分是水泥石、骨料、砂子和外加剂。
1.1 水泥石水泥石是混凝土中最重要的成分，它由水泥和水混合而成。
水泥石是混凝土的基础，对混凝土的强度和耐久性有着重要的影响。
水泥石的质量直接决定了混凝土的质量。
1.2 骨料骨料是混凝土中用来填充水泥石中的空隙的物料。
骨料的种类和质量对混凝土的性能和用途有很大的影响。
一般情况下，混凝土中使用的骨料种类有砾石、砂石、卵石等。
1.3 砂子砂子是指混凝土中的细颗粒物质，常用的有天然河沙、人工机制砂等。
砂子对混凝土的质量和性能有重要影响，尤其是对混凝土的强度和耐久性有着很大的影响。
1.4 外加剂外加剂是指在混凝土中加入的一些化学药剂，包括膨胀剂、减水剂、加速剂、缓凝剂、防水剂、增强剂等。
外加剂可以改善混凝土的一些性能，如提高混凝土强度、降低水泥用量、减少龟裂等。
第二章混凝土的性能混凝土的性能决定了它的用途，包括强度、耐久性、抗压性、抗折性、抗拉性、纵向弹性模量和横向弹性模量等。
2.1 强度混凝土的强度是衡量其质量和效能的重要指标。
强度大小取决于混凝土的组成和配合比例及固化处理方式。
通常强度分为抗压强度、抗拉强度和抗弯强度。
2.2 耐久性混凝土的耐久性是指它在长时间使用过程中不发生老化、腐蚀或损坏的能力，可以分为物理耐久性和化学耐久性两种。
混凝土的耐久性涉及混凝土材料本身的特性，以及使用环境、设置和管理等因素。
2.3 抗压性混凝土的抗压性指混凝土在承受压力时所表现的抵抗能力，它通常用抗压强度来描述。
抗压性是表征混凝土质量的一个重要指标，对于承受庞大荷载的混凝土结构来说，抗压性的指标极为重要。
2.4 抗折性和抗拉性混凝土的抗折性和抗拉性分别指混凝土在受到折曲和拉伸时所表现的抵抗能力，通常用抗折强度和抗拉强度来表示。
椿哥-第三章
都会影响裂缝的产生及其数量。）
·由于混凝土界面过渡区存在以上三个因素，故其强 度低于水泥浆本体，成为混凝土的薄弱环节（见图10）。
图 10
混凝土界面过渡区显微硬度分布
3. 过渡区对混凝土性能的影响 · 由于过渡区结构的强度低于水泥石本体和集料相， 因此，会使混凝土在承受比水泥石和骨料低得多的应力 作用下发生破坏。 · 由于过渡区存在着微裂缝，在拉伸荷载作用下，微 裂缝的扩展比压荷载更为迅速。因此，混凝土的抗拉强
⑶ 坍落扩展度试验
（图12）
在测定坍落度的同时，测定扩展后圆形试料的长径和 短径坍落度试验示意图
（ 图 12 ）
混凝土扩展度检测
图 13 混凝土流变仪
T＝g＋hN 式中 T — 扭矩 N — 转速 g 、h — 常数,相当于τ 0、μ
3. 影响新拌混凝土工作性的主要因素 ⑴ 用水量与高效减水剂 使新拌混凝土具有流动性的根本因素是水泥浆，
响更大。
② 掺优质粉煤灰、硅灰 细粉煤灰（420 m2/kg）、硅灰有助于粘结强度的发展， 因为它们填充了原界面处较大的孔隙，减少了大的CH晶体的 富集。
③ 骨料表面预处理
采用特种试剂与方法对骨料表面进行处理，使其
表面活化并能与水泥浆体发生反应。如用明矾溶液、 明矾与水玻璃溶液、酸化硅酸钠溶液等对惰性骨料 进行预处理。 ④ 集料裹浆工艺（SEC）
长（见图8、9），造成裂纹传布的有利条件。
图7
界面过渡区结晶良好的CH及其它水化物
图8
混凝土界面过渡区模型（1）
图 9 混凝土界面过渡区模型（2）
2. 过渡区的强度 过渡区的强度主要取决于三个因素：①孔的体积和 孔径大小；②氢氧化钙晶体的大小与取向层；③存在的 微裂缝。 ·大尺寸CH晶体粘结力较小，其取向层结构为劈裂拉 伸破坏提供了有利的条件。 ·除①、②因素外，微裂缝的存在是过渡区强度低的 主要原因。（集料的粒径及其级配，水泥用量，W/C， 养护条件，混凝土表里的温、湿度差，离析泌水等因素
03 混凝土的基本力学性能-001
2、混凝土的本构关系、强度理论
● 应力张量、Haigh-Westergaad坐标系 4） 八面体应力 主应力空间中，主应力轴等倾的八个面围成一个正八面体 作用在等倾面上的应力成为八面体应力
σ oct = τ oct = 1 I (σ 1 + σ 2 + σ 3 ) = 1 = σ m 3 3 1 3
6）断裂力学本构关系——断裂强度因子、J积分绕过裂纹尖端 7）损伤力学本构关系——考虑材料裂化、刚度降低 σ = ( I − D ) : C0 : ε
2、混凝土的本构关系、强度理论
Saenz 模型
σ = E 0ε E0 ε ε − 1+ 2 E ε + s 0 ε 0
σ 11 σ 12 σ 13 σ x τ xy τ xz = τ σ ij = σ σ σ σ τ 22 23 y yz yz 21 σ 31 σ 32 σ 33 τ zx τ zy σ z
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2） 应力不变量
(σ
ij
− σδ ij ) n j = 0
表层下30mm电镜图
1、混凝土力学性能的微观机制
裂纹形成及过程区
• 混凝土力学性能的离散性
• 混凝土力学性能的离散性
•
混凝土单轴力学性能—循环加卸载
单轴应力-应变曲线是循环加载破坏的包 络曲线 加载应力低于50%fc，一般认为不会出 现疲劳破坏
If we unload in the stress range under 50 percent of fc ', the unloading curve exhibits slight nonlinearity. If reloading takes place, a small characteristic hysteresis loop is formed. However, for unloading from stress at above 50 percent of fc ', the unloading-reloading curves exhibit strong nonlinearity, and a significant degradation of stiffness can also be observed.
混凝土基本原理—第三章
混凝⼟基本原理—第三章思考题3.1 混凝⼟弯曲受压时的极限压应变cu ε取为多少？答：混凝⼟弯曲受压时的极限压应变cu ε取为：因混凝⼟为弯曲受压，正截⾯处于⾮均匀受压，即存在应⼒梯度，cu ε的取值随混凝⼟的强度等级不同⽽不同，取为5,=0.0033(50)100.0033cu cu k f ε---?≤。
3.2 什么叫“界限破坏”？“界限破坏”时的s ε和cu ε各等于多少？答：“界限破坏”就是正截⾯上钢筋应⼒达到屈服的同时，受压区边缘纤维应变也恰好达到混凝⼟受弯时的极限压应变值；“界限破坏”时受拉钢筋拉应变为=/s y s f E ε，受压区混凝⼟边缘纤维极限压应变为5,=0.0033(50)100.0033cu cu k f ε---?≤。
3.3 适筋梁的受弯全过程经历了哪⼏个阶段？各阶段的主要特点是什么？与计算或验算有何联系？答：适筋梁的受弯全过程经历了未裂阶段、裂缝阶段以及破坏阶段；未裂阶段：①混凝⼟没有开裂；②受压区混凝⼟的应⼒图形是直线，受拉区混凝⼟的应⼒图形在第I 阶段前期是直线，后期是曲线；③弯矩与截⾯曲率基本上是直线关系；裂缝阶段：①在裂缝截⾯处，受拉区⼤部分混凝⼟退出⼯作，拉⼒主要由纵向受拉钢筋承担，但钢筋没有屈服；②受压区混凝⼟已有塑性变形，但不充分，压应⼒图形为只有上升段的曲线；③弯矩与截⾯曲率是曲线关系，截⾯曲率与挠度的增长加快；破坏阶段：①纵向受拉钢筋屈服，拉⼒保持为常值；裂缝截⾯处，受拉区⼤部分混凝⼟已经退出⼯作，受压区混凝⼟压应⼒曲线图形⽐较丰满，有上升段曲线，也有下降段曲线；②由于受压区混凝⼟合压⼒作⽤点外移使内⼒臂增⼤，故弯矩还略有增加；③受压区边缘混凝⼟压应变达到其极限压应变实验值0cu ε时，混凝⼟被压碎，截⾯破坏；④弯矩和截⾯曲率关系为接近⽔平的曲线；未裂阶段可作为受弯构件抗裂度的计算依据；裂缝阶段可作为正常使⽤阶段验算变形和裂缝开展宽度的依据；破坏阶段可作为正截⾯受弯承载⼒计算的依据。
混凝土结构基本原理----第三章：正截面受弯承载力计算
（1） 截面形状
梁、板常用பைடு நூலகம்形、T形、I字形、槽形、空心板和倒 L形梁等对称和不对称截面
(2) 梁、板的截面尺寸
1)矩形截面梁的高宽比h/b一般取2.0～3.5；T形截面梁 的h/b一般取2.5～4.0(此处b为梁肋宽)。矩形截面的宽度 或T形截面的肋宽b一般取为100、120、150、(180)、200、 (220)、250和300mm，300mm以下的级差为50mm；括 号中的数值仅用于木模。
3.1受弯构件的一般构造
与构件的计算轴线相垂直的截面称为正截面。
结构和构件要满足承载能力极限状态和正常使用极
限状态的要求。梁、板正截面受弯承载力计算就是从满
足承载能力极限状态出发的，即要求满足
M≤Mu
(4—1)
式中的M是受弯构件正截面的弯矩设计值，它是由结构上
的作用所产生的内力设计值；Mu是受弯构件正截面受弯承
第三章 正截面受弯承载力计算
其特点是：1)纵向受拉钢筋屈服， 拉力保持为常值；裂缝截面处，受拉区 大部分混凝土已退出工作，受压区混凝 土压应力曲线图形比较丰满，有上升段 曲线，也有下降段曲线；2)弯矩还略有 增加；3)受压区边缘混凝土压应变达到 其极限压应变实验值εcu时，混凝土被 压碎，截面破坏；4)弯矩—曲率关系为 接近水平的曲线。
M0=Mcr0时，在纯弯段抗拉能力最薄弱的某一截 面处，当受拉区边缘纤维的拉应变值到达混凝土极限 拉应变实验值εtu0时，将首先出现第一条裂缝，一旦 开裂，梁即由第I阶段转入为第Ⅱ阶段工作。
随着弯矩继续增大，受压区混凝土压应变与受拉钢 筋的拉应变的实测值都不断增长，当应变的量测标距较 大，跨越几条裂缝时，测得的应变沿截面高度的变化规 律仍能符合平截面假定，
土木工程材料习题集(名词解释问答)
土木工程材料习题集（名词解释问答）第一章材料的基本性质二、名词解释1、密度2、表观密度3、堆积密度4、孔隙率5、密实度6、空隙率7、吸湿性8、吸水性9、耐水性10、软化系数11、抗渗性12、抗冻性13、强度14、比强度15、弹性16、塑性17、脆性18、韧性19、硬度20、耐磨性21、亲水性材料22、憎水性材料23、气干状态24、饱和面干状态25、润湿状态26、热容量27、导热性28、比热29、耐热性30、耐燃性五、问答题1、简述孔隙及孔隙特征对材料强度、表观密度、吸水性、抗渗性、抗冻性的影响。
2、对于开口微孔材料，当其孔隙率增大时，材料的密度、吸水性、抗冻性、导热性、强度分别怎样变化？3、何为材料的耐久性？包括哪些内容？4、脆性材料与韧性材料有何区别？在使用时应注意哪些问题？第二章气硬性胶凝材料二、名词解释1、胶凝材料2、水硬性胶凝材料3、过火石灰4、欠火石灰五、问答题1、石灰具有哪些特点及用途？2、生石灰在熟化时为什么需要陈伏两周以上？为什么在陈伏时需在熟石灰表面保留一层水？3、石膏制品主要有哪些?4、建筑石膏的特性及应用。
5、水玻璃的特性及用途。
第三章水泥二、名词解释1、安定性2、活性混合材料3、非活性混合材料4、水泥石腐蚀五、问答题1、高铝水泥的特性及应用。
2、硅酸盐水泥的主要特性。
水泥的不合格品及废品是如何规定的？3、为什么生产硅酸盐水泥时掺入的适量石膏不会引起水泥的体积安定性不良，而硅酸盐水泥石处在硫酸盐溶液中时则会造成腐蚀？4、现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料，其矿物成分如下表，试估计和比较这两厂所生产的硅酸盐水泥的性能有何差异？5、矿渣水泥与硅酸盐水泥相比有何差异?6、在什么条件下拌制混凝土选用水泥时要注意水化热的影响？为什么？7、影响常用水泥性能的因素有哪些？8、何谓活性混合材料和非活性混合材料？它们加入硅酸盐水泥中各起什么作用？硅酸盐水泥常掺入哪几种活性混合材料？9、为什么矿渣水泥耐硫酸盐和软水腐蚀性能好，而普通硅酸盐水泥则较差？10、试分析引起水泥石腐蚀的内因是什么？如何防止？第四章混凝土二、名词解释1、混凝土外加剂2、混凝土拌合物和易性3、混凝土碱—骨料反应4、混凝土徐变5、砂率6、混凝土抗压强度标准值7、混凝土强度保证率五、问答题1、改善混凝土拌合物和易性的措施有哪些？2、试述混凝土徐变的利弊。
第三章混凝土抗水渗透性能
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3.1 混凝土的孔结构
粗骨料 细骨料 水泥水化产物 未水化的水泥颗粒 孔隙及裂纹
复合材料 强度
孔隙
影响
吸水性 渗透性
抗冻性
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3.1 混凝土的孔结构
吴中伟院士根据孔径的大小对砼孔级划分
孔径（埃） 分类
<200 无害孔
200~1000 少害孔
1000~2000 有害孔
本章主要内容
3.1 混凝土的孔结构 3.2 混凝土抗水渗透的试验方法 3.3 混凝土的抗渗性评价 3.4主要影响因素及改善措施
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3.1 混凝土的孔结构
砼耐久性 ①水 ② 有害离子 ③ 气体
传质能力： 冻害 氯离子侵蚀、硫酸盐侵蚀 碳化
砼腐蚀大多是由于水及有害离子侵入的条件下 而发生的，砼抗渗性能是评价砼耐久性最重要的指 标。
及骨料的性能。 ➢ 虽然含有大小不同的孔隙和裂缝，但并非这些孔隙
和裂缝均是渗水通道，抗渗性除了孔隙率之外还要 看孔结构。
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3.2混凝土抗水渗透的试验方法
1.国内相关标准的试验方法
《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》 （GB/T 50082-2009）
《公路工程水泥混凝土试验规程》（JTJ 053-94）其 中:T0528-94混凝土抗渗试验；T0529-94混凝土渗水 高度试验
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砼抗水渗透性能评价指标
《混凝土耐久性检验评定标准》将逐级加压 法测得的抗渗等级为砼渗透性能检验评定指 标。
没有采用渗水高度和渗透系数的原因如下：
① 渗水高度法是将砼在1.2MPa的水压下恒 压24h后，测定砼的渗水高度，这无法测 得抗水渗透性能较差的砼，因此，渗水高 度法和相对渗透系数法不能较好的评价砼 的抗渗等级。
混凝土结构设计的课程设计
混凝土结构设计的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解混凝土结构设计的基本原理和方法，掌握混凝土材料的力学性能和结构特点。
2. 学生能够运用所学知识，进行简单的混凝土结构设计和计算，包括梁、板和柱等基本构件。
3. 学生能够了解混凝土结构施工图的基本表示方法，并识别常见的施工图纸。
技能目标：1. 学生能够运用计算工具，完成混凝土结构的受力分析和设计计算。
2. 学生通过实际案例分析，培养解决混凝土结构设计问题的能力，提高创新思维和团队合作能力。
3. 学生能够运用专业软件或手工绘图，完成混凝土结构施工图的绘制。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对土木工程专业的热爱，增强对混凝土结构设计的兴趣和探究欲。
2. 学生在学习过程中，树立正确的工程观念，认识到混凝土结构设计在工程实践中的重要性。
3. 学生通过课程学习，增强安全意识，培养良好的职业道德和责任担当。
课程性质：本课程为土木工程专业高年级的专业课程，旨在使学生掌握混凝土结构设计的基本知识和技能。
学生特点：学生具备一定的力学基础和土木工程知识，具有较强的逻辑思维和动手能力。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和创新能力。
通过课程目标的实现，使学生在混凝土结构设计方面具备较高的专业素养和实践能力。
二、教学内容1. 混凝土材料性质与力学原理：包括混凝土的组成、强度特性、耐久性等，以及混凝土构件的受力分析和设计原理。
- 教材章节：第二章“混凝土的基本性质”和第三章“混凝土的力学性能”。
2. 混凝土梁、板和柱的设计计算：涵盖梁、板和柱的受力特点、设计方法、配筋计算等。
- 教材章节：第四章“混凝土梁的设计”和第五章“混凝土板和柱的设计”。
3. 混凝土结构施工图绘制：介绍施工图的基本表示方法、符号和标注，以及混凝土结构施工图的绘制技巧。
- 教材章节：第六章“混凝土结构施工图”。
4. 案例分析与实践操作：通过实际工程案例，分析混凝土结构设计中的关键问题，并进行实践操作，培养学生的动手能力和解决问题的能力。
混凝土结构设计原理阅读笔记
《混凝土结构设计原理》阅读笔记目录一、基本信息 (2)二、内容简介 (2)1. 主要内容概述 (3)2. 学习目标与要求 (4)三、各章节内容摘要及学习重点 (5)1. 第一章混凝土结构基本概念 (6)1.1 混凝土结构的历史与发展 (7)1.2 混凝土结构的分类 (8)1.3 混凝土结构材料的基本性能 (10)2. 第二章混凝土结构设计方法 (11)2.1 结构设计的基本原则 (12)2.2 结构设计的基本步骤 (13)2.3 结构设计中的荷载考虑 (14)3. 第三章钢筋混凝土结构设计 (15)3.1 钢筋混凝土结构的特点 (17)3.2 钢筋混凝土结构的基本构件 (18)3.3 钢筋混凝土结构的基本构造 (19)4. 第四章预应力混凝土结构设计 (20)4.1 预应力混凝土结构的特点 (22)4.2 预应力混凝土结构的基本构件 (23)4.3 预应力混凝土结构的基本构造 (24)5. 第五章混凝土结构抗震设计 (26)5.1 抗震设计的基本原则 (27)5.2 抗震设计的基本方法 (28)5.3 抗震结构的主要构件 (29)6. 第六章混凝土结构施工图绘制 (31)6.1 混凝土结构施工图的基本知识 (33)6.2 混凝土结构施工图的绘制规范 (34)6.3 混凝土结构施工图的审核与交接 (35)四、自我检测与提高 (37)1. 本章学习重点回顾 (38)2. 自我检测题目 (40)3. 参考答案及解析 (40)一、基本信息《混凝土结构设计原理》是一本专门介绍混凝土结构设计原则和方法的教材。
本书系统阐述了混凝土结构的基本概念、设计方法和相关理论，旨在帮助读者掌握混凝土结构设计的基本技能和理论知识。
本教材是根据全国高校土木工程专业指导委员会制定的《混凝土结构设计课程教学大纲》内容包括混凝土结构的基本构件、结构布置、结构分析、构件设计、连接构造以及抗震设计等。
书中采用了大量的图表、实例和案例，以便读者更好地理解和掌握混凝土结构设计的基本原理和方法。
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第三章混凝土的基本特性
混凝土是水泥、砂、石和水的混合材料，其组成材料的成分和性质，以及在制备、凝固、使用过程中的各种条件和环境因素都对其强度和变形有不同程度的影响，因而混凝土比其它结构材料具有更复杂、多变的力学性能。
§3.1非匀质、非等向的多相混合材料
由图3—1可看出混凝土内部的非匀质构造非匀质构造。
其主要组成部分有：
固体颗粒—具有不同形状、颜色、尺寸和矿物成分的粗骨料、较大的砂粒、未水化的水泥颗粒团和混入的各种固体杂质。
它们随机地分布在混凝土内部，占据了总体积的绝大部分。
硬化的水泥砂浆—水泥和水产生的水化作用，将搅拌均匀的砂子胶结在一起成为水泥砂浆，填充在固体颗粒之间，或称围裹在固体颗粒外层，形成不均匀、不规则的条带状或网状分布构造。
刚开始时，水泥砂浆是流动性强的胶状体。
随着混凝土龄期的增长，水泥颗粒的水化作用层往内部深入，外层逐渐固化，砂子的粘结力不断加强，形成硬化的水泥砂浆。
各种气孔和缝隙—在混凝土的搅拌和浇注过程中，少量空气混入其内部；在震捣时，大部分空气成气泡状上升，从构件的上表面逸出，其余的积聚在构件顶面和侧面的表层砂浆层内。
较大的石子和钢筋下面有明显的气孔。
混凝土中的水分蒸发以及水泥砂浆干缩变形等都会在粗骨料和砂浆的界面、砂浆的内部形成不同形状和尺寸的细微裂缝。
此外，浇注、震捣操作不当等施工缺陷可能在混凝土内留下较大孔洞。
这三部分中，前两者为基本组成。
它们的物理相力学性质相差悬殊，在外力作用和环境条件影响下的反应有显著差别，成为混凝土强度和变形性能复杂、多变的主要原因。
图3－1 混凝土组成材料的非匀质、非等向分布
除了混凝土组成部分的随机分布所引起的非匀质性外，还因为一些因素构成混凝土的必然非匀质性，例如：
·在浇注、震捣混凝土的过程中，比重和颗粒较大的粗骨料沉入底部，而比重较小的骨料、流动性大的水泥砂浆和气泡等向上升。
·构件浇注方向的顶面和模板侧面附近，水泥砂浆和气泡的含量高于构件内部，构件表层的水分蒸发较快，收缩变形较大，遗留裂缝较多。
混凝土材料的非匀质和非等向性的程度，取决于原材料的均匀性、水泥骨料比和水灰比，以及搅拌、浇注、震捣和养护等施工操作工艺。
此外，在混凝土的浇注、震捣过程中，有一些现象将产生非等向性，例如：粗骨料若有一较大干面，震捣后的最稳定位置是大面朝下；气泡上升过程中略呈长圆形，混凝土凝固后气孔长径平行于浇注方向；构件分层浇注和振捣混凝土时，留有水平施工缝；在先期应力作用下，混凝土内部形成的微裂缝具有一定的方向性等等。
§3.2复杂的微观内应力(变形)状态
如果将一块混凝土按比例放大，就可看作由粗骨料和硬化的水泥砂浆这两种性质迥异的主要材料构成的非线性、三维实体结构物。
在承受荷载之前和之后，都存在十分复杂的微观应力(应变)场。
这正是混凝土材性变化大和性能指标离散的主要原因。
在混凝土的凝固过程中，水泥的水化作用产生凝胶体，使水泥砂浆逐渐变稠、硬化，和粗骨料粘结成一整体。
在此同时，混凝土因水分逐渐逸出而变干燥，水泥砂浆发生的收缩量远大于粗骨料的收缩量。
此收缩差使粗骨料受压，而砂浆受拉，虽然任一截面上的应力合力为零，但局部的收缩应力值可能很大，以致在粗骨料界面形成微裂缝。
同样由于粗骨料和硬化水泥浆间的线膨胀系数的差别，即使两者的温度变化相同，也因为变形的不一致，又相互约束而产生不均匀的三维应力场。
混凝土是热惰性材料，因为水化热、环境温度变化或事故(火)升温等会使其表层和内部形成较大的温度差，内部的微观温度应力(应变)场更为复杂。
当结构承受外力的作用时，即使局部混凝土的宏观应力均匀，也会因为粗骨料的随机排列和水泥砂浆的不规则形状、两者的弹性(或变形)模量和抗拉、压强度的差别，以及粗骨料周界的支承或接触状况的不同等原因而存在着不均匀的微观应力场，不仅主要截面，其它任何方向截面上的应力分布都不均匀。
所有这些都表明，从微观上分析混凝土必然是一个非常复杂的、不确定的三维应力(变形)状态，对于混凝土的开裂、裂缝发展、变形、极限强度和破坏形态等都有很大影响。
§3.3 变形的多元组成
混凝土承受应力的作用或者环境条件的变化都将发生相应的变形。
从混凝土的组成和构造特点分析，总变形实际上由三部分组成：粗细骨料的弹性变形—占混凝土体积中绝大部分的石子和砂子，其本身的强度和弹性模量均高出混凝土的很多，在达到混凝土的最大应力(极限强度)时变形一般仍在弹性范围以内，即变形与应力值成正比，卸载后变形可全部恢复，不留残余应变（图3—2）。
水泥凝胶体的粘性流动—水泥水化作用形成的凝胶体在数十年内还不是一种形状固定的材料。
在应力的作用下，除了即时发生的变形外，还将随时间的延续发生缓慢、但逐渐收敛的粘性流动，使混凝土的变形不断增长，构成塑性变形。
当应力卸除后，即时的变形恢复有限。
随后变形虽继续恢复，但最终仍存在较大的残余变形。
混凝土承受的应力越大，则塑性变形和残余变形增加越多。
微裂缝的形成和扩展—在拉应力作用下，沿应力的垂直方向形成微裂缝，并迅速扩展；在压应力作用下，沿大致平行于应力方向形成纵向裂缝，穿过骨料界面和水泥砂浆，减弱了相邻部分的联系；裂缝端部的局部集中应力造成水泥砂浆的损伤，形成薄弱区。
在峰值应力后，虽然混凝土的应力减小，但变形将继续增大。
全部卸载后，这部分变形基本上不能恢复。
对于由不同的材料和组成的混凝土，在不同的应力阶段，这三部分变形所占的比例有很大变化。
一般情况下，应力水平较低时，骨料的弹性变形占主要成分。
随着应力的加大，水泥凝胶体的粘性流动变形逐渐增大；接近混凝土极限强度值时，裂缝变形才有明显作用，但其变形值大，在峰值强度后的下降段成为变形的主体。
在卸载过程中，骨料的弹性变形可全部恢复，而水泥凝胶体的粘性流动变形出现应变恢复滞后现象。
全部卸载后的混凝土残余变形，则由裂缝变形和粘性流动变形组成。
此外，混凝土刚开始承受应力时，骨料和水泥砂浆分担应力。
如果维持应力不变，由于粘性流动变形随时间延续而增大，混凝土的总变形将随之增加，在骨料和水泥砂浆间应力将会有相应的重分布。
§3.4 对力学性能的影响因素
应力状态和途径—混凝土单轴受拉强度和受压强度的比值约为1：10，相应的峰值应变比值约为1：20，两者的破坏机理和形态差别显著。
这与钢、木材等结构材料的拉、压强度和变形接近相等的状况形成鲜明的对比。
这种基本拉压状态下力学性能的巨大差别，使得混凝土在轴压力状态下的强度、变形和破坏特征等随主应力的拉、压和应力比值的不同，而在很大幅度内变化。
至于更复杂的受力状态，如不均匀受力、荷载重复/反复作用、边界受约束、不同应力路径等等，因为变形组成的差别、内部微裂缝的。