钢筋和混凝土的高温力学性能共29页文档
混凝土在高温下的力学性能及原理
混凝土在高温下的力学性能及原理一、引言混凝土是一种广泛使用的建筑材料，其力学性能是建筑结构的重要性能之一。
然而，在高温环境下，混凝土的力学性能会受到不同程度的影响，这直接影响着建筑结构的安全性能。
因此，深入研究混凝土在高温下的力学性能及其原理具有重要的理论和实际意义。
二、混凝土的力学性能混凝土的力学性能主要包括抗压、抗拉、抗弯和抗剪强度。
1. 抗压强度混凝土的抗压强度是指在单位面积上承受的最大压力。
在高温环境下，混凝土的抗压强度会下降，这主要是因为混凝土内部的水分会被蒸发，导致混凝土的孔隙率增加，从而降低了混凝土的密度和抗压强度。
此外，在高温环境下，混凝土中的化学反应也会发生变化，使混凝土的强度下降。
2. 抗拉强度混凝土的抗拉强度是指在拉应力作用下，混凝土中的应力达到破坏时所承受的最大应力。
在高温环境下，混凝土的抗拉强度也会下降，这主要是因为混凝土中的水分蒸发导致混凝土的干燥收缩，从而使混凝土内部产生裂缝，降低了混凝土的抗拉强度。
3. 抗弯强度混凝土的抗弯强度是指在弯曲应力作用下，混凝土中的应力达到破坏时所承受的最大应力。
在高温环境下，混凝土的抗弯强度也会下降，这主要是因为混凝土中的水分蒸发导致混凝土的干燥收缩，从而使混凝土内部产生裂缝，降低了混凝土的抗弯强度。
4. 抗剪强度混凝土的抗剪强度是指在剪切应力作用下，混凝土中的应力达到破坏时所承受的最大应力。
在高温环境下，混凝土的抗剪强度也会下降，这主要是因为混凝土中的水分蒸发导致混凝土的干燥收缩，从而使混凝土内部产生裂缝，降低了混凝土的抗剪强度。
三、混凝土在高温下的原理混凝土在高温下的力学性能下降是由多种因素共同作用导致的。
主要原理如下：1. 混凝土中的水分蒸发在高温环境下，混凝土中的水分会被蒸发，导致混凝土的孔隙率增加，从而降低了混凝土的密度和强度。
此外，水分的蒸发还会导致混凝土的干燥收缩，从而使混凝土内部产生裂缝，降低了混凝土的抗拉、抗弯和抗剪强度。
钢筋和混凝土的高温力学性能精选文档
K c 0 .4 5 0 .00 T 1 61 02 T0600
式中T为混凝土的受热温度，℃。上式所表示的曲线即上
图中实线所示。
7
混凝土高温后的强度
实验表明，混凝土受到高温作用然后冷却到室 温时，其抗压强度比热态时要低。根据四川消 防科研所试验结果并推荐下表所示的混凝土强 度折减系数：
混凝土高温后强度折减系数
钢筋和混凝土的高温力学性能
试验表明，钢筋和混凝土随温度升高而力学性能发生 变化。此处所讲高温是指短期高温作用。
无论对钢筋还是混凝土，测定其短期高温力学性能都 有两种试验方法： ❖将材料加热到指定温度，并恒温一定时间，使内外温度 达到一致，然后在此热态下测定其力学性能，此种方法测 定的力学性能称为材料高温时的力学性能，用于结构在火 灾时的承载力计算 ❖把材料加热到指定温度，然后冷却到室温，在冷态状态 下测定其力学性能，此种方法测定的力学性能称为材料高 温后的力学性能，用于结构遭受火灾后的修复补强计算。
高强钢丝属硬钢，没有明显的屈服强度。在火灾高温 作用下，其极限抗拉强度值降低要比其它钢材更快。设 计强度折减系数可按表采用。
17
18
钢筋高温后的强度
试验表明，钢筋受高温作用后冷却到室温时强度 有较大幅度恢复。下图是根据CIBW14（国际建筑 科研与文献委员会第十四分委员会）得出的结论， 计算时可直接查用。
11
混凝土的应力——应变曲线
混凝土在高温作用时和作用后其一次加荷下 的应力——应变曲线和常温下相似。由于混 凝土弹性模量和强度的降低，只是曲线应力 峰值降低，曲线更为平缓。对于受热冷却后 的混凝土，这种现象更为明显
12
混凝土的应力应变曲线
13
钢筋的性能
❖钢筋的强度 ❖钢筋的弹性模量 ❖钢筋的变形
钢筋混凝土材料的力学性能PPTPPT学习教案
ft P A(N / mm2 )
试 验 结 果 ： ft= 0.26fcu 2/3 考 虑 到 构 件和 试件的 区别， 尺寸效 应，加 荷速度 等的影 响，取
ft= 0.225fcu 2/3 。
第23页/共55页
钢筋混凝土结构材料的力学性能
轴心受拉试验对中困难，常采用立方体或圆柱体劈裂试 验测定砼的抗拉强度。
影 响 强 度 的 因素： 龄期、 加载速 率、试 块尺寸 等涂 刷 润 滑剂 来消除 试件与 压力机 间的摩 擦力， 测得的 抗压强 度较低 ；我国 规范的 方法： 不涂润 滑剂。
P 承压
板
试 块
P
摩擦力
不涂润滑剂
涂润滑剂
强度大于
第18页/共55页
钢筋混凝土结构材料的力学性能
不同尺寸的试件，测得的立方体抗压强度是不同的， 当采用非标准试件进行试验，其结果应按下述强度换算 方法进行换算。
钢筋混凝土结构材料的力学性能
2. 复 合 应 力 状 态下 的混凝 土强度
实际结构中，砼很少处于单向受力状态。更多的是处于 双向或三向受力状态。
☼双 轴 应 力 状 态
➢ 双向受压强度大于 单向受压强度，即一向 强度随另一向压应力的 增加而增加。
在σ2方向压应力为55％－60％的混凝土抗 压强度 时，混 凝土σ1方向抗 压强度 可达到 最大值 ，约提 高30％ 。最 大 强 度 发 生 在 σ1 ／ σ2 约 等 于 2或 0.5时
标准试块：150×150 ×150mm （强度换算系数为1.00 ） 非标试块：100×100 ×100mm （强度换算系数为0.95 ）
200×200 × 200mm （强度换算系数为1.05 ） 试件的立方体抗压强度与其龄期是有关系的，一般 而言，龄期长，试件的立方体抗压强度就高；某些工程 因建设周期长，混凝土浇注至其受载的时间远超过28天， 此时可按混凝土的后期强度进行设计。
第二章 钢筋和混凝土材料的力学性能_混凝土ppt课件
e ×10-3
6
8
. 2.2 混凝土
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
s (MPa)
C
30
D
B
20
E A
10
0
2
4
随应变增长，试件上相 继出现多条不连续的纵 向裂缝，横向变形急剧 发展，承载力明显下降。
e ×10-3
6
8
. 2.2 混凝土
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
s (MPa)
C
30
D
B
20
E A
.
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
立方体强度的影响因素：
①试验方法（润滑剂）②加载速度③试验环境（温湿度） ④试 件尺寸Size Affection 。
100mm立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系
fc1u50
f 100 cu
fc1u501.05fc2u00
小于C50的混凝土，修正系数 =0.95。随混凝土强度的提高，修 正系数 值有所降低。当fcu100=100N/mm2时，换算系数 约为0.9
sB约为0.8fc，高强强度 混凝土sB可达0.95fc以上。
e ×10-3
6
8
. 2.2 混凝土
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
s (MPa)
C
30
D
B
20
E A
10
0
2
4
达到C点fc，内部微裂缝 连通形成破坏面，应变 增长速度明显加快，C 点的纵向应变值称为峰
值应变 e 0，约为0.002。
纵向应变发展达到D点， 内部裂缝在试件表面出 现第一条可见平行于受 力方向的纵向裂缝。
. 2.2 混凝土
高温条件下混凝土的力学性能浅析
高温条件下混凝土的力学性能浅析摘要：通过高温状态下，对混凝土的抗压强度、抗拉强度和应力应变的分析实验进行研究，了解混凝土在高温状态下的受力特征，并进行总结和分析。
关键词：高温砼受力力学性能应力应变1、前言混凝土材料，作为现代建筑物最主要的承重体系，关键部位的关键结构必须保证在火灾发生的一段时间内，有足够的承载力，以保证人员安全撤离的时间，同时给予消防部门，对火灾进行灭火和救援提供充足的时间。
当发生火灾时，建筑物内部或着火位置温度上升较快，作为一个整体，形成不均匀的温度差，会导致整体的力学性能受损，作为建筑物的结构材料，不均匀的温度差会对其刚度、强度、稳定性等性能有较大影响。
当建筑物结构材料达到下列状态之一时，即可以认为结构抗火失效：(1)隔热极限。
通常认为，结构的背火面的平均温度达到140℃，或者局部最高温度达到180℃，并且由此引发相邻空间起火，导致火灾向他处蔓延，这种状态下，认为结构抗火失效。
(2)阻火极限。
如果在火灾发生时，结构内部有损伤，而存在较宽的裂缝或者蜂窝、空洞，并因此没有能力阻值火灾的蔓延和高温烟气的穿透，这种状态下，认为结构抗火失效。
(3)承载能力极限。
当火灾发生时，如果因为高温导致结构内部相关结构（例如：钢筋）的承载力不足，在使用荷载的作用下，产生了较大的变形、或者失稳等情况，这种状态下，认为结构抗火失效。
作为建筑物主要材料的钢筋混凝土结构，虽然钢筋的导热性能良好，但是被混凝土包裹后，作为一个整体其导热性能不均匀，并且缓慢，同时由于承重结构的截面高度较大，火灾发生时，内部的温度上升较慢，强度维持时间久，但是如果持续受到火灾影响，会导致外层起保护作用的混凝土受热破损，钢筋裸露，由于钢筋的传热性能良好，导致内部主筋在高温的状态下，承载力降低（主要体现在抗拉强度上），而内部混凝土结构热传导性差，强度保持效果良好（主要体现在抗压强度上），所以整个结构的承载力变化复杂，会产生表面龟裂，混凝土逐层脱落、甚至发生穿孔和垮塌。
钢筋在高温工况下的力学性能研究
钢筋在高温工况下的力学性能研究钢筋作为一种重要的建筑材料，在高温工况下的力学性能研究一直是一个重要的课题。
高温会对钢筋的力学性能产生显著影响，因此对其性能进行研究和评估是提高建筑结构耐火性能的关键。
首先，钢筋在高温下的力学性能受到温度的影响。
当钢筋暴露在高温环境中时，温度会影响其强度和延展性。
温度升高会引发钢筋晶粒的生长和晶界的移动，从而导致钢筋的材料力学性能发生变化。
此外，高温还会使得钢筋内部的组织结构发生相变，从而对其力学性能产生影响。
其次，高温下的钢筋还会受到应力和变形的影响。
高温环境会使钢筋的强度下降，从而对结构的承载能力产生影响。
此外，高温还会使得钢筋发生热膨胀，从而导致结构的变形和变形速度的增加。
因此，正确评估钢筋在高温工况下的力学性能对于确保结构的安全性和可靠性至关重要。
在高温下评估钢筋的力学性能需要采用多种测试方法和分析技术。
一种常用的方法是热拉伸试验，通过在高温下对钢筋进行拉伸测试，可以得到其高温下的强度、断裂延伸和变形等力学性能指标。
此外，还可以采用微观分析技术，如扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD），来观察钢筋在高温下的组织结构和相变情况，以进一步理解其力学性能变化的机理。
根据研究结果，可以采取一系列措施来提高钢筋在高温工况下的力学性能。
一种常见的方法是添加合适的材料，如钨、铌等元素的合金，来增强钢筋的高温强度和抗氧化性能。
另外，合理设计结构，并采用耐火材料包覆钢筋，可以有效减缓高温对钢筋的影响，提高结构的耐火性能。
此外，钢筋的防火涂层也是提高其在高温工况下力学性能的重要措施之一。
防火涂层可以有效地隔绝钢筋和高温环境的接触，减少钢筋的温度上升速度，延缓其力学性能的衰减。
常用的防火涂层材料包括耐火砂浆、防火涂料等，选择合适的防火涂层材料可以提高钢筋的耐火性能。
总之，钢筋在高温工况下的力学性能研究是提高建筑结构耐火性能的关键。
通过对钢筋的力学性能进行研究和评估，可以帮助设计师和工程师选择合适的钢筋材料和结构设计方案，并采取相应的措施来确保建筑结构在高温环境下的安全性和可靠性。
试析高温下钢筋混凝土性能
试析高温下钢筋混凝土性能在钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土这两种材料之所以能够共同工作的基本前提是具有足够的粘结强度，能承受由于变形差（相对滑移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力，通常把这种剪应力叫做粘结应力。
粘结强度受多种因素的影响，其中包括接下来要说的温度。
近年来，常有钢筋混凝土结构不同程度地受到高温（火灾）作用，国内外学者对于高温（火灾）作用下混凝土及钢筋的力学性能、热工性能、构件及结构在高温下的反应等问题进行了大量的研究工作。
高温下混凝土与钢筋之间粘结性能的退化研究同样也受到重视，国内外学者对此进行了一系列的研究，并取得了一定的研究成果。
但由于影响粘结的因素较多，破坏机理复杂，特别是由于试验技术等方面的原因，高温下钢筋和混凝土的粘结性能尚未进行深入研究。
1、高温下钢筋混凝土的性能1.1力学性能高温下钢材强度随温度的升高而降低，降低的幅度因钢材温度的高低和钢材种类的不同而不同。
对于混凝土，在高温下，钢筋混凝土的抗压强度随着温度的升高而降低，从国内外的研究试验中都发现了这一点，当温度在0℃～400℃时，抗压强度会出现反复、回升现象。
高温下混凝土的抗拉强度由于失水、裂缝和界面裂缝从而引起应力集中，所以其强度降低量比抗压强度降低幅度更大。
1.2热工性能1.2.1高温条件下，钢筋的热工性能影响因素1）导热系数。
一般的说，钢材的导热系数是随温度的升高而递减的，但当温度到758℃时，导热系数几乎成了常数，另外各种钢材的导热系数不完全一致，主要受含碳量的影响，但这种影响在计算中一般可以忽略不计。
2）比热。
钢的比热随温度变化比较复杂。
3）热膨胀系数。
钢材在热应力作用下同样产生膨胀，其膨胀率和温度基本成正比关系。
4）质量密度。
钢材的质量密度基本不随温度的变化而改变，在进行结构场分析时，一般将质量密度取为与温度无关的常量。
1.2.2高温条件下，混凝土热工性能影响因素1）热传导系数。
影响热传导系数的主要因素归为：骨料类型、含水量、混凝土配合比和温度。
钢筋与混凝土材料的力学性能
能 SUNMMARY OF BUILDING
钢筋
混凝土
钢筋与混凝土的粘结
精品资料
第一节、钢筋
1 钢筋的形式
钢筋的形式分为柔性钢筋和劲性钢筋两类。
是在混凝土结构中采用 的最为广泛的加劲材料 ，常为圆棒状，简称为 钢筋。柔性钢筋按直径 大小可分为(fēn wéi) 钢筋与钢丝。
②混凝土的抗压 强度(kànɡ yā qiánɡ dù)由于剪 应力的存在而降 低。
③ σ/fc<0.5~0.7时，抗剪强度随着 压应力的增大而增大；但在σ/fc＞ 0.5～0.7时，由于内裂缝明显发展 ，抗剪强度反而随压应力的增大而 减小
第二节、混凝土
三向受压强度
3=fcc ’
1= 2= fL fL----侧向约束
20MnSi 40Si2MnV 45SiMnTi 40Si2Mn 45Si2Cr
精品资料
第一节、钢筋
2 钢筋的成分(chéng fèn)、 级别和品种
光圆(ɡuānɡ yuán)钢筋
变形钢筋
有明显屈服点钢筋
（“软钢”）
无明显屈服点钢筋 （“硬钢”）
精品资料
普通钢筋 预应力钢筋
第一节、钢筋 (gāngjīn)
5
载的频率等。
2）钢筋的疲劳强度：是指在某一规定的应
力幅度内，经过一定次数的循环荷载后（
2
大约200万次）发生疲劳破坏的最大应力值
。
4）钢筋疲劳试验有两种方法：一种是单根
4
原状钢筋轴拉试验；另一种是将钢筋埋入混凝 土中使其重复受拉或受弯的试验。我国采用的
是前一种方法。
精品资料
第(g一ān节gj、īn钢) 筋
钢筋和混凝土材料力学性能
a
20
二、混凝土的强度和变形
2. 单轴受力状态下混凝土的抗拉强度
劈裂试验fts
F
F
d
d
•我国根据100mm立方体的 劈裂与抗压试验结果有：
•fts=0.19fcu 3/4
F
F fts
f ts
2F
dl
a
21
二、混凝土的强度和变形
1.5
内部微裂缝的不断发
展
cr 1.0
c<0.8fc，非线性徐变 c<0.5fc，线性徐变
e’ e’’
0.5 e
0
cr’
5
10 15 20 25
30 35 (月)
a
34
二、混凝土的强度和变形
4. 混凝土的变形性能
长期荷载作用下混凝土的变形性能----影响徐变的因素
•应力： c<0.5fc，徐变变形与应力成正比----线性徐变 0.5fc<c<0.8fc，非线性徐变 c>0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定
•混凝土的泊松比，在压力较小时为0.15~0.18，接近破坏时可达0.5以上， 一般可取0.2
•混凝土的剪切模量为
Gc
Ec
2(1c )
a
33
二、混凝土的强度和变形
4. 混凝土的变形性能
P
长期荷载作用下混凝土的变形性能----徐变
•原因之一，胶凝体 的粘性流动
(×10-3) 2.5
2.0
•原因之二，混凝土
立方体抗 压强度
表示混凝
土Concrete a
17