钢筋和混凝土的物理力学性能

若无边长为150mm的立方体试件，也可用边长为100mm或200mm的 试件代替，但测得的强度应乘以相应的换算系数：
100mm ×0.95 200mm ×1.05
(2)、轴心抗压强度fc
采用边长为150mm×150mm×300mm
的棱柱体试件作为混凝土轴心抗压强度的标
准试件，制作养护方法与立方体试件的方法
第2章 钢筋和混凝土的物理力学性能
2.1 混凝土的物理力学性能 2.2 钢筋的物理力学性能 2.3 混凝土与钢筋的粘结
a
1
§2.1 混凝土的力学性能
混凝土是由水泥、 砂、石子和水等搅拌而成的人造石材，不是匀质弹 性材料。
一、混凝土的强度（单轴向）
在钢筋混凝土结构中，混凝土主要用于抗压。
1、混凝土的抗压强度(Gompression)
相同。
a
3
轴心抗压强度fc
fc<fcu
棱柱体抗压强度平均值与立方体抗压强度平均值之间存在线性 关系，比值大概在0.7~0.92之间。
规范规定：轴心抗压强度标准值fck与立方体抗压强度标准值fcu,k 之间的关系如下式：
fck0.88c1 f c2 c,uk
c1
棱柱体强度与立方体强度之比，C50以下取0.76，C80取0.82,中 间按线性插值。
Ec'
c c
tg0'
随着应力增加而减小
ε
a
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弹性模量Ec
混凝土应力与相应的弹性应 变之比，也称“原点切线模量”
Ec
c ce
应力达到fc后，试件承载能力下降，裂缝迅速发展。 应力应变曲线向下弯曲。直到凹向发生弯曲，出现“拐点” （D）点。
超过“拐点”，曲线开始凸向应变轴，此段曲线中曲
率最大的一点E称为“收敛点”a 。E后的曲线为收敛段。
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fc
ε0
εcu
混凝土本构关系曲线
fc：最大应力值，轴心抗压强度。 ε0：最大应力值相应的应变，大致为0.002。 εcu：混凝土破坏前的最大应变，极限压应变。
➢加载速度较快时，fc有所提高，曲线比较陡。
➢加载速度缓慢时，fc略有降低，曲线（尤其是下降段）平缓， ε0和εcu
增大。
a
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（4）砼的弹性模量和变形模量
σ
匀质弹性材料
α 0
σ
混凝土
0
E tg
ε
Βιβλιοθήκη BaiduE ?
ε
σ
变形模量Ec’
混凝土应力应变曲线上任一点对应 的应力和应变之比，也称“割线模量”
0'
上升段
从开始加载到A点（约为0.3fc）
拐点
时，砼基本处于弹性状态，应力应
变关系接近直线。
收敛点
随着应力的增大，砼出现塑性，
应力在0.3fc~0.8fc(AB段)时，应变增 长速度较应力快。
超过B点，应变增长速度更快， 试件中部出现平行于压力方向的裂 缝，应力很快达到了砼的抗压强度 fc（C点）。
下降段
，
作为f 划cu ,分k 混凝土强度等级的依据。
a
2
立方体抗压强度fcu
《混凝土结构设计规范》根据混凝土立方体抗压强度将混凝土划分为14个强度等级： C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80
CONCRETE C C15 15 立方体抗压强度标准值为15N/mm2。
0.88 考虑实际构件与试件混凝土之间的差异等，引入的修正系数。
混凝土强度变异系数。
a
6
二、复合应力状态下的混凝土强度
在钢筋混凝土结构中，混凝土一 般处于复合应力状态。
双向应力状态：
σ1
σ2
σ2
σ1
当双向受压时，一向的抗压强度随另一向应力的增加而增加。
当一向受拉、一向受压时，混凝土的抗压强度随另一向拉应力的增 加而降低。
P
直径16-20mm
P
P
压
150 150
100
500
100
P 轴心受拉试验
150 150
P
P
d
d
a
劈裂试验
拉 2P dl
d：立方体边长或 圆柱体直径 l：立方体边长或 圆柱体长度 5
轴心抗拉强度ft
根据试验结果统计分析，取混凝土轴心抗拉强度试验平均值ft 与立方体抗压强度试验平均值fcu的关系为：
c2
高强混凝土的脆性折减系数，C40以下取1.00，C80取0.87，中
间线性插值。
0.88 考虑实际构件与试件混凝土之间的差异等，引入的修正系数。
a
4
2、 轴心抗拉强度ft Tension
轴心抗拉强度ft远远小于轴心抗压强度fc，一般只有5%~10%，且 强度等级越高，这个比值越小。
测定方法：
ft 0.395fcu0.55
规范规定轴心抗拉强度标准值ftk与立方体抗压强度标准值fcu,k 的关系为：
ft k 0 .8 0 8 .39 fc,k u 0 5 .5( 1 5 1 .64 )0 .4 5 5c 2
c2
高强混凝土的脆性折减系数，C40以下取1.00，C80取0.87，中
间线性插值。
立方体抗立方体抗压强度
（f1c)u混凝土立方体抗压强度 f，cu f 和cu ,强k 度等级
压强采度用边fc立长方为体15抗0m压m强立度方fc体u 试块，在温度20±3℃，湿度90%以上的潮
湿空气中养护28天，依据标准试验方法对试件进行加压，测得的强度为立
方u体抗压强度 f cu
具有95%保证率的抗压强度为混凝土的立方体抗压强度标准值
当双向受拉时，一向的抗拉强度基本上与另一向拉应力大小无关。
a
7
双向应力状态：
τ
σ2
σ2
τ
➢混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低。 ➢混凝土的抗剪强度随着压应力的增大先增大后减小 ➢混凝土的抗剪强度随着拉应力的增大而减小。
a
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三向受压状态：
三向受压时，混凝土一向抗压强度随另二向压应力的增加而增加，且 混凝土的极限压应变也大大增加。
a
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（2）强度对砼的应力—应变曲线的影响
上升段： 混凝土强度影响较小，强度越大，曲线
越陡，与应力峰值点相应的应变ε0大致为 0.002。
下降段： 混凝土强度越高，曲线下降段越陡；强
度越低，下降段越平坦，曲线越长。
混凝土强度越高，曲线越陡，εcu越小，延性越差。
a
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（3）加载速度对砼应力—应变曲线的影响
a
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三、混凝土的变形
变形
荷载作用 下的变形
短期一次荷载作用下的变形 长期荷载作用下的变形
非荷载作用 下的变形
结硬时的收缩与膨胀 热胀冷缩、湿胀干缩
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1、混凝土在短期一次加载时的变形
（1）受压砼的应力—应变曲线
混凝土短期一次加载是指荷载从零开始单调增加至试件破坏，通常采用棱 柱体试件来测定，其应力-应变关系是混凝土最基本的力学性能之一。