混凝土基本力学性能
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钢筋混凝土原理和分析
Reinforced Concrete Theory and Analyse
精选ppt
1
0、绪论
0.1钢筋混凝土结构的发展和特点 广泛应用钢筋混凝土结构的工程领域：
• 建筑工程 • 桥梁和交通工程 • 水利和海港工程 • 地下工程 • 特种结构
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在复杂的微观应力、应变和裂缝，受力后更有剧
烈的变化。
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拉力
压力
在混凝土的凝固过程中，水泥的水化作用在表面形 成凝胶体，水泥浆逐渐变稠、硬化，并和粗细骨料粘结 成一整体。在此过程中，水泥浆失水收缩变形远大于粗 骨料的。此收缩变形差使粗骨料受压，砂桨受拉，和其 它应力分布。这些应力场在截面上的合力为零，但局部 应力可能很大，以至在骨料界面产生微裂缝。
作 用：作为钢筋混凝土结构的主体，一是自身承担 较的大的荷载；二是容纳和维护各种构造的钢筋，组 成合理的组合性结构材料。
特 点：非弹性、非线性、非匀质材料，较大离散性。
本篇介绍：一般特性和破坏机理、基本应力状态下的强 度和变形，主要因素影响下的性能变化，多轴应力状 态下的强度和本构关系。
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拉力
压力
粗骨料和水泥砂桨的热工性能（如线膨胀系数)有差别。当混 凝土中水泥产生水化热或环境温度变化时，两者的温度变形差 受到相互约束而形成温度应力场。更因为混凝土是热惰性材料， 温度梯度大而加重了温度应力。
当混凝土承受外力作用时，即使作用应力完全均匀，混凝土
[4] 钢筋混凝土结构理论 王传志、藤智明主编 中
国建筑工业出版社 1985
[5] 钢筋混凝土非线性分析 朱伯龙、董振祥 同济大
学出版社 1985
[6] 多种混凝土材料的本构关系和破坏准则 宋玉普
中国水利水电出版社 200精2选ppt
22
第一篇 混凝土的力学性能
混凝土：由水泥、骨料和水拌合形成的人工合成材料。
内外温度差形成的微裂缝状况也有差别；建造大型结构时，常
需留出水平的或其它形状的施工缝……。 当混凝土承受不同方向（即平行、垂直或倾斜于混凝土的浇
注方向）的应力时，其强度和变形值有所不同。
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N
N
≤
浇注方向 N
浇注方向 N
例如对混凝土立方体试件，标准试验方法规定沿垂直浇注
方向加载以测定抗压强度，其值略低于沿平行浇注方向加载
破坏起源： 孔隙、微裂缝等原因造成。
PH值：
由于水泥石中的氢氧化钙存在，混凝土 偏碱性。
由于水泥凝胶体的硬化过程需要若干年才能完成，所
以，混凝土的强度、变形也会在较长时间内发生变化，
强度逐渐增长，变形逐渐加大。
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由于混凝土材料的非均匀微构造、局部缺陷和离散性较大 而极难获得精确的计算结果。因此，主要讨论混凝土结构的 宏观力学反应，即混凝土结构在一定尺度范围内的平均值。 宏观结构中混凝土的两个基本构成部分，即粗骨料和水泥砂 浆的随机分布，以及两者的物理和力学性能的差异是其非匀 质、不等向性质的根本原因。
亚微观结构：水泥砂浆结构。
微观结构： 水泥石结构精选p。pt
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粗骨料（分散相）
带核凝胶体
砂浆 （基相）
宏观结构
孔隙
细骨料（分 散相）
晶体
凝缩Hale Waihona Puke Baidu凝胶体
水泥石
干缩
（基相） 亚微观结构
晶体骨架
混凝土组成结构
氢氧化钙
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微观结构
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晶体骨架：
由未水化颗粒组成，承受外力，具有弹 性变形特点。
塑性变形： 在外力作用下由凝胶、孔隙、微裂缝产生。
• 混凝土结构作为结构工程的一个分支，亦
服从上述规律。
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参考教材
[1] 钢筋混凝土原理和分析 过镇海 时旭东主编 清
华大学出版社 2003
[2] 混凝土结构基本原理 蓝宗建主编 东南大学出
版社 2002
[3] 混凝土结构设计规范理解与应用 徐有邻 周氐编
著 中国建筑工业出版社 2002
第1章 基本力学性能
1.1混凝土的组成结构和材性特点 1.1.1材料的组成和内部构造
混凝土是由水泥、水、骨料按一定比例配合， 经过硬化后形成的人工石。其为一多相复合材 料，其质量的好坏与材料、施工配合比、施工 工艺、龄期、环境等诸多因素有关。通常将其 组成结构分为：
宏观结构：两组分体系，砂浆和粗骨料。
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上海莘庄大型立交工程
该工程由15条线路，6条主线、20个定向匝道构成；占地面积45.8公顷，
整个立交桥梁结构长度11.1公里、精面选积ppt8.4万m2。
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江阴长江大桥
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粗骨料和水泥浆体的物理力学性能指标的典型值
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施工和环境因素引起混凝土的非匀质性和不等向性：例如浇
注和振捣过程中，比重和颗粒较大的骨料沉入构件的底部，而
比重小的骨料和流动性大的水泥砂浆、气泡等上浮，靠近构件
模板侧面和表面的混凝土表层内，水泥砂浆和气孔含量比内部
的多；体积较大的结构，内部和表层的失水速率和含水量不等，
标和离散度）。
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1.1.2材性的基本特点
混凝土的材料组成和构造决定其4个基本受力特 点:
1．复杂的微观内应力、变形和裂缝状态
将一块混凝土按比例放大，可以看作是由 粗骨料和硬化水泥砂浆等两种主要材料构成的不 规则的三维实体结构，且具有非匀质、非线性和 不连续的性质。
混凝土在承受荷载（应力）之前，就已经存
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钢筋混凝土结构优点、缺点：
0.2本课程特点
结构工程科学研究的一般规律：
• 从工程实践中提出要求和问题，精心调查 和统计、实验研究、理论分析、计算对比、 找出解决问题的方法；
• 研究一般的变化规律，揭示作用机理，建 立物理模型和数学表达，确定计算方法和 构造措施，回到工程实践中验证，改进和 补充。
的数值。再如，竖向浇注的混凝土柱，截面上混凝土性质对
称，而沿柱高两端的性质有别；卧位浇注的混凝土柱，情况
恰好相反。这两种柱在轴力作用下的强度和变形也将不等。
混凝土材料的非匀质性和不等向性的严重程度，主要取决
于原材料的均匀性和稳定性，以及制作过程的施工操作和管
理的精细程度，其直接结果是影响混凝土的质量（材性的指
Reinforced Concrete Theory and Analyse
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0、绪论
0.1钢筋混凝土结构的发展和特点 广泛应用钢筋混凝土结构的工程领域：
• 建筑工程 • 桥梁和交通工程 • 水利和海港工程 • 地下工程 • 特种结构
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在复杂的微观应力、应变和裂缝，受力后更有剧
烈的变化。
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拉力
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在混凝土的凝固过程中，水泥的水化作用在表面形 成凝胶体，水泥浆逐渐变稠、硬化，并和粗细骨料粘结 成一整体。在此过程中，水泥浆失水收缩变形远大于粗 骨料的。此收缩变形差使粗骨料受压，砂桨受拉，和其 它应力分布。这些应力场在截面上的合力为零，但局部 应力可能很大，以至在骨料界面产生微裂缝。
作 用：作为钢筋混凝土结构的主体，一是自身承担 较的大的荷载；二是容纳和维护各种构造的钢筋，组 成合理的组合性结构材料。
特 点：非弹性、非线性、非匀质材料，较大离散性。
本篇介绍：一般特性和破坏机理、基本应力状态下的强 度和变形，主要因素影响下的性能变化，多轴应力状 态下的强度和本构关系。
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拉力
压力
粗骨料和水泥砂桨的热工性能（如线膨胀系数)有差别。当混 凝土中水泥产生水化热或环境温度变化时，两者的温度变形差 受到相互约束而形成温度应力场。更因为混凝土是热惰性材料， 温度梯度大而加重了温度应力。
当混凝土承受外力作用时，即使作用应力完全均匀，混凝土
[4] 钢筋混凝土结构理论 王传志、藤智明主编 中
国建筑工业出版社 1985
[5] 钢筋混凝土非线性分析 朱伯龙、董振祥 同济大
学出版社 1985
[6] 多种混凝土材料的本构关系和破坏准则 宋玉普
中国水利水电出版社 200精2选ppt
22
第一篇 混凝土的力学性能
混凝土：由水泥、骨料和水拌合形成的人工合成材料。
内外温度差形成的微裂缝状况也有差别；建造大型结构时，常
需留出水平的或其它形状的施工缝……。 当混凝土承受不同方向（即平行、垂直或倾斜于混凝土的浇
注方向）的应力时，其强度和变形值有所不同。
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N
N
≤
浇注方向 N
浇注方向 N
例如对混凝土立方体试件，标准试验方法规定沿垂直浇注
方向加载以测定抗压强度，其值略低于沿平行浇注方向加载
破坏起源： 孔隙、微裂缝等原因造成。
PH值：
由于水泥石中的氢氧化钙存在，混凝土 偏碱性。
由于水泥凝胶体的硬化过程需要若干年才能完成，所
以，混凝土的强度、变形也会在较长时间内发生变化，
强度逐渐增长，变形逐渐加大。
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由于混凝土材料的非均匀微构造、局部缺陷和离散性较大 而极难获得精确的计算结果。因此，主要讨论混凝土结构的 宏观力学反应，即混凝土结构在一定尺度范围内的平均值。 宏观结构中混凝土的两个基本构成部分，即粗骨料和水泥砂 浆的随机分布，以及两者的物理和力学性能的差异是其非匀 质、不等向性质的根本原因。
亚微观结构：水泥砂浆结构。
微观结构： 水泥石结构精选p。pt
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粗骨料（分散相）
带核凝胶体
砂浆 （基相）
宏观结构
孔隙
细骨料（分 散相）
晶体
凝缩Hale Waihona Puke Baidu凝胶体
水泥石
干缩
（基相） 亚微观结构
晶体骨架
混凝土组成结构
氢氧化钙
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微观结构
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晶体骨架：
由未水化颗粒组成，承受外力，具有弹 性变形特点。
塑性变形： 在外力作用下由凝胶、孔隙、微裂缝产生。
• 混凝土结构作为结构工程的一个分支，亦
服从上述规律。
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参考教材
[1] 钢筋混凝土原理和分析 过镇海 时旭东主编 清
华大学出版社 2003
[2] 混凝土结构基本原理 蓝宗建主编 东南大学出
版社 2002
[3] 混凝土结构设计规范理解与应用 徐有邻 周氐编
著 中国建筑工业出版社 2002
第1章 基本力学性能
1.1混凝土的组成结构和材性特点 1.1.1材料的组成和内部构造
混凝土是由水泥、水、骨料按一定比例配合， 经过硬化后形成的人工石。其为一多相复合材 料，其质量的好坏与材料、施工配合比、施工 工艺、龄期、环境等诸多因素有关。通常将其 组成结构分为：
宏观结构：两组分体系，砂浆和粗骨料。
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上海莘庄大型立交工程
该工程由15条线路，6条主线、20个定向匝道构成；占地面积45.8公顷，
整个立交桥梁结构长度11.1公里、精面选积ppt8.4万m2。
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江阴长江大桥
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粗骨料和水泥浆体的物理力学性能指标的典型值
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施工和环境因素引起混凝土的非匀质性和不等向性：例如浇
注和振捣过程中，比重和颗粒较大的骨料沉入构件的底部，而
比重小的骨料和流动性大的水泥砂浆、气泡等上浮，靠近构件
模板侧面和表面的混凝土表层内，水泥砂浆和气孔含量比内部
的多；体积较大的结构，内部和表层的失水速率和含水量不等，
标和离散度）。
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1.1.2材性的基本特点
混凝土的材料组成和构造决定其4个基本受力特 点:
1．复杂的微观内应力、变形和裂缝状态
将一块混凝土按比例放大，可以看作是由 粗骨料和硬化水泥砂浆等两种主要材料构成的不 规则的三维实体结构，且具有非匀质、非线性和 不连续的性质。
混凝土在承受荷载（应力）之前，就已经存
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钢筋混凝土结构优点、缺点：
0.2本课程特点
结构工程科学研究的一般规律：
• 从工程实践中提出要求和问题，精心调查 和统计、实验研究、理论分析、计算对比、 找出解决问题的方法；
• 研究一般的变化规律，揭示作用机理，建 立物理模型和数学表达，确定计算方法和 构造措施，回到工程实践中验证，改进和 补充。
的数值。再如，竖向浇注的混凝土柱，截面上混凝土性质对
称，而沿柱高两端的性质有别；卧位浇注的混凝土柱，情况
恰好相反。这两种柱在轴力作用下的强度和变形也将不等。
混凝土材料的非匀质性和不等向性的严重程度，主要取决
于原材料的均匀性和稳定性，以及制作过程的施工操作和管
理的精细程度，其直接结果是影响混凝土的质量（材性的指