第四章 混凝土结构材料的性能

4.1.2 混凝土的变形性能 3.非荷载引起的变形 ◆在结硬过程中的变形 ●膨胀与收缩
水中膨胀
空气中收缩，收缩远大于膨胀, 缩 3104
4.1.2 混凝土的变形性能 3.非荷载引起的变形 ◆在结硬过程中的变形
随时间变化的收缩应变
4.1.2 混凝土的变形性能
3.非荷载引起的变形 ◆在结硬过程中的变形
荷载引起的变形
温收 度缩 变变 形形
混凝土 的变形 徐
变
构造措施
计算和构造措施
地基不均匀沉降引起的变形
混凝土结构变形
长短 期期 变变 形形
计算 施工措施
4.1.2 混凝土的变形性能 1.荷载产生的短期变形
◆轴心受压
N / mm 2
0 0.0015 ~ 0.0025
25
C（应力峰值） fc
第四章 混凝土结构材料的性能
主要内容
4.1 混凝土的力学性能 4.2 混凝土的性能指标取值 4.3 钢筋的种类及其性能 4.4 钢筋的性能指标取值 4.5 钢筋与混凝土的粘结
4.1 混凝土的力学性能
4.1.1 混凝土的强度试验
1.混凝土材料构成
水泥+骨料+水
人工石材
混凝土=骨料（呈弹性）+水泥凝胶体（呈塑性）
◆足够的塑性
满足规定的伸长率和冷弯性能要求。
◆可焊性 ◆良好的粘结力 ◆不发生低温脆断 2.对混凝土的要求 ◆最低强度等级要求 ◆耐久性要求
4.4 钢筋的性能指标取值
4.4.1 钢筋强度标准值
f yk sf 2 sf sf 1 2 sf
2.27%
97.73%
4.2.2 混凝土的强度设计值
fc

fck
c
，ft

ftk
c
, c
1.4
例题4-3
附表2
材料分项系数
各强度值比较
立方抗压fcu,k 轴心抗压fck 轴心抗拉ftk
立方抗压fcu 轴心抗压fc 轴心抗拉ft
4.2.3 混凝土的弹性模量
经验公式
105
Ec 2.2 34.7
4.2.1 混凝土的强度标准值 ◆轴心抗拉强度标准值
ftk

0.88
0.3952
f 0.55 cu,k
1 1.645
0.45
ft 中国建
研院和
详表4-1
铁科院 试验
统计t
2
0.26cu3
例题4-2 附表1
规范t

2
0.23cu3
ft与fcu的关系
fcu（N/mm2）
4.2 混凝土的性能指标取值
c
εc
混凝土弹性模量试验
4.1.2 混凝土的变形性能
2.荷载产生的长期变形
◆徐变
混凝土在压应力不变但长期作用下，其 应变随时间继续增长的现象。一年以后趋于 稳定，三年左右基本终止，大约为瞬时弹性 应变的1～4倍。
4.1.2 混凝土的变形性能 2.荷载产生的长期变形
时间（月）
混凝土徐变
压应变（10-3）
f y 210 N mm2
HPB335级钢筋 f yk 300 N mm2
HPB400级钢筋
f yk 360 N mm2
4.4.1 钢筋强度设计值 ◆预应力钢筋强度设计值
极限抗拉强度标准值
f py

0.85 f ptk
s

0.85 f ptk 1.2
,并进行修约。
f py f py f py 0.002Es
●收缩主要影响因素
等级越高,收缩越大
ⅰ. 水泥 用量越多,收缩越大
水灰比越大,收缩越大
ⅱ. 骨料弹性模量越大, 收缩越小 ⅲ. 养护湿度大，收缩小 ⅳ. 砼越密实，收缩越小 ⅴ. 体面比越大，收缩越小
4.1.2 混凝土的变形性能 3.非荷载引起的变形 ◆温差引起的变形
●混凝土的热胀系数
c 1105～1.5105 / ℃
粗骨料
水泥石
水泥砂浆
砼

混凝土复合材料性质
4.1.1 混凝土的强度试验 2.试件受压破坏机理
不涂润滑剂
涂润滑剂
混凝土立方体破坏形式
4.1.1 混凝土的强度试验 3.混凝土的强度等级 ◆立方抗压强度
fcu , fcu,k , cu
标准立方试块150mm×150mm×150mm，标准养 护（温度20±3℃、相对湿度>90%）28天，以标准 试验方法（普通试验机，试块表面不涂润滑剂，全 截面受力，加荷速度为0.15～0.25MPa/s））测得 的抗压强度。
立方抗压强度标准值保证率
4.2 混凝土的性能指标取值
4.2.1 混凝土的强度标准值 ◆轴心抗压强度标准值
fc（N/mm2）
fck 0.88c1c2 fcu,k 例题4-1
统计c 0.76cu 规范c 0.67cu
fcu（N/mm2）
附表1
轴心抗压强 度与立方抗 压强度关系
4.2 混凝土的性能指标取值
●钢材的热胀系数
s 1.2105 / ℃
混凝土与钢材的热胀系数接近，不致产 生较大的温度应力而破坏两者之间的粘结。
4.2 混凝土的性能指标取值
4.2.1 混凝土的强度标准值
fcu,k cu 1.645 cu cu 1 1.645 cu
fcu,k 1.645 cu cu
4.1.2 混凝土的变形性能
2.荷载产生的长期变形 ◆影响徐变的主要因素
ⅰ. 应力水平 ⅱ. 加载龄期 ⅲ. 水泥用量、水灰比 ⅳ. 骨料、钢筋 ⅴ. 养护期温湿度
4.1.2 混凝土的变形性能
2.荷载产生的长期变形
◆徐变对结构的影响
ⅰ. 受弯构件挠度增大 ⅱ. 柱的附加偏心距增大 ⅲ. 预应力损失 ⅳ. 截面应力重分布
立方抗压强度是确定砼强度等级的依据
fcu,k C××
4.1.1 混凝土的强度试验
3.混凝土的强度等级 ◆强度等级
C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、 C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80
◆选用要求
C10 可作基础垫层； C15 构件最低强度等级； C20 HRB335级钢筋要求的最低强度等级； C30 预应力砼结构要求的最低强度等级； C40 采用钢铰线、钢丝、热处理钢筋的预应力
N / mm 2
fcu ,k
例题4-4 附表3
4.3 钢筋的种类及其性能
4.3.1 钢筋的种类 1.普通钢筋
●热轧光圆钢筋 HPB235级（Q235） 直径（mm） 6～20 附表14
4.3.1 钢筋的种类 1.普通钢筋 ◆热轧带肋钢筋
HRB335级（20MnSi） 直径 6～50
HRB400级
混凝土在拉剪或压剪复合受力状态下的强度
4.1.1 混凝土的强度试验 6.混凝土复合受力强度 ◆三向应力状态
箍筋
据试验 fcc fc
经验公式 fcc fc 4.5～7.0 2
三向受压，强度提高，延性增大
应力（N/mm2）
应变
三向压力应力-应变曲线
4.1.2 混凝土的变形性能
非荷载引起的变形
胶结力
粘接力机 摩械 擦咬 力合力
端锚力
摩擦力
挤压力
肋高h
肋间距
环向拉力
机械咬合力
挤压力 径向分力
4.5.1 粘结力 ◆粘结应力分布
F
m
u
m

F
dl
粘结强度τu
粘结应力分布
4.5.1 粘结力
◆粘结强度与砼强度的关系
u N mm 2
u N mm 2
8
加载瞬 徐变应变 时应变
卸载时瞬时恢复变形 残余变形
卸载后弹性后效
4.1.2 混凝土的变形性能 2.荷载产生的长期变形
σ=0.6fc
徐变εcr（10-3）
σ=0.5fc σ=0.4fc σ=0.3fc σ=0.2fc
时间（月）
压应力与徐变的关系曲线
线性徐变
c 0.5 fc
非线性徐变
c 0.5 fc
HPB235级钢筋 f yk 235 N mm2
HPB335级钢筋 f yk 335 N mm2
……
f yk
2 sf
sf
钢筋强度标准值保证率
附表5 附表6
4.4.1 钢筋强度设计值 ◆普通钢筋强度设计值
fy

f y
f yk
s

f yk ,并进行修约。 附表8 1.1
HPB235级钢筋
4.1.1 混凝土的强度试验
5.混凝土轴心抗拉强度
ft 中国建研
院和铁科 院试验
统计t
2
0.26cu3
规范t

2
0.23cu3
ft与fcu的关系
fcu（N/mm2）
4.1.1 混凝土的强度试验 6.混凝土复合受力强度 ◆双向应力状态
混凝土在双 向应力状态 下的强度
4.1.1 混凝土的强度试验 6.混凝土复合受力强度 ◆双向应力状态
残余应变 cp
0
bc
滞后环 oabo
a
弹性后效 ae
弹性应变 e
一次加载卸载
4.1.2 混凝土的变形性能
1.荷载产生的短期变形
◆重复荷载作用
抗压疲劳强度
fcf fc
fcf
多次重复加载卸载
4.1.2 混凝土的变形性能
1.荷载产生的短期变形 ◆弹性模量
定义
Ec

d d
0

tg0
统计c 0.76cu 规范c 0.67cu
fcu（N/mm2）
混凝土轴心抗压强度与立方抗压强度关系
4.1.1 混凝土的强度试验 5.混凝土轴心抗拉强度
ft , ftk ,t
l=d
立方体
拉
2P压 fts d 2压
中间截面
劈裂方法试验
混凝土抗拉强度远小于其抗压强度，一 般为抗压强度的1/16～1/8 。
P 4～ 9 H 4～ 8 l 6～10
◆热处理钢筋 HT 6～10
4.3.2 钢筋的力学性能 1.强度
fu
●
屈强比 f y fu
普通钢筋应力-应变曲线
4.3.2 钢筋的力学性能 1.强度

f 0.2 ●
条件屈服点
残余应变
0.2%

无明显屈服的钢筋应力-应变曲线
4.3.2 钢筋的力学性能 2.伸长率
0 0.002
B 20
15
普通试验机
10 A 5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 103
0
应力-应变曲线
4.1.2 混凝土的变形性能 1.荷载产生的短期变形 ◆轴心受压
N / mm 2
25 20 B 15 10 A 5
C（应力峰值）f c
混凝土结构要求的最低强度等级。
4.1.1 混凝土的强度试验 4.混凝土棱柱体抗压强度（轴心抗压强度）
fc , fck , c
棱柱体150mm×150mm×450（600）mm
压力机垫板
棱柱体
混凝土棱柱体抗压试验
fc（N/mm2）
4.1.1 混凝土的强度试验 4.混凝土棱柱体抗压强度（轴心抗压强度）
10
6
8
4
6
2
4
0
2ຫໍສະໝຸດ Baidu
12 3 4
ft N mm 2
01
2
3 ft N mm 2
光圆钢筋
变形钢筋
4.5.2 保证粘结可靠的措施
◆足够的锚固长度
la
F

f
y

d 2
2
又 u

F
dl
, u

kft
la
fy d ft
钢筋的外形系数
4.5.2 保证粘结可靠的措施 ◆一定的搭接长度
用于低应力状态
弹性模量及变形模量
◆弹性模量

f
0 c
0.5
0.4
c 0.5 fc
Ec

c c
经验公式
0.3
105
Ec 2.2 34.7
N / mm 2
σc
0.2
fcu ,k
0.1
剪切模量
0
1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 ε×10-4
G

Ec
21


l1
l0 l0
100%
<5%为脆性材料 ≥5%为塑性材料
10 ——长试件延伸率
5 ——短试件延伸率
钢筋延伸率要求
4.3.2 钢筋的力学性能 3.冷弯性能
冷弯试验示意图 钢筋冷弯性能要求
4.3.3 混凝土结构对材料的要求
1.对钢筋的要求 ◆适当的屈强比
有明显屈服点≤0.8，否则≤0.85。
（20MnSiV、20MnSiTi、…）
直径 6～50
附表14
月牙纹钢筋
4.3.1 钢筋的种类 1.普通钢筋 ◆余热处理带肋钢筋
RRB400级（20MnSi） 直径 R 6～50
附表14
4.3.1 钢筋的种类 1.预应力钢筋
◆钢绞线
S 8.6～12.9 S 9.5～15.2
◆消除应力钢丝（光面、螺纹肋、刻痕）
特殊试验机
残余应力
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 103
0
应力-应变曲线全曲线
4.1.2 混凝土的变形性能 1.荷载产生的短期变形 ◆轴心受拉
σ（N/mm2）
天津大学用电液伺服试验机得出
4.1.2 混凝土的变形性能 1.荷载产生的短期变形 ◆重复荷载作用
附表4
附表7
◆钢筋代换 ●等面积代换 ●等强度代换
在满足裂缝限宽条件下 △P86中5-77式
4.5 钢筋与混凝土的粘结
4.5.1 粘结力 ◆粘结力定义
在各种作用下，当钢筋混凝土中的钢筋 有相对于混凝土的滑移和滑移趋势时，在其 交界面上会产生沿钢筋轴线方向的相互作用 力。
4.5.1 粘结力
◆粘结力构成