混凝土结构材料的性能

b b
f f ck cu,k
1.0 0.5
0 1 2 345
hb
脆性影响 系数
棱柱体强度 与立方体强 度之比值
h
轴心抗压强度 fck 0.88c1c2 fcu,k
混凝土强度与试块混 凝土强度的修正系数
混凝土 强度
≤
C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80
等级 C40
c1 0.76 0.76 0.76 0.77 0.78 0.79 0.80 0.81 0.82
c2 1.00 0.984 0.968 0.951 0.935 0.919 0.903 0.887 0.87
混凝土受压破坏机理可概括为：随着应力的增大， 沿粗骨料界面和砂浆内部的微裂缝逐渐延伸和扩展， 导致砂浆的损伤不断积累；裂缝贯通后，混凝土的 连续性遭到破坏，逐渐丧失其承载力，破坏的实质 是由连续材料逐步变成不连续材料的过程。
混凝土结构设计原理
第1章
本章重点
熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能 及其选用原则；
熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与 变形性能及其选用原则；
了解钢筋与混凝土的共同工作原理。
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HPB
HRB
Bar Plain Hot rolled
RRB
Bar Ribbed Hot rolled
均匀伸长率更真实反映钢筋在拉断前的平均伸 长率，客观反映钢筋的变形能力。
冷弯
α D
d
=90°,180 °,反复弯曲要 求：冷弯过程中无裂缝、鳞 落或断裂。 D 愈小，要求愈高。 反复次数愈高，要求愈高。
冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。 钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。
热轧钢筋的弹性模量和强度
三向受压时，试件由于 侧压限制，其内部裂缝 的产生和发展受到阻碍， 因此破坏时的轴向抗压 强度提高。
三向受压时，强度增 加，最大增加5倍。
螺旋箍筋约束对强度和变 形能力均有很大提高；
矩形箍筋约束对强度的提 高不是很显著，但对变形 能力有显著改善。
1.2.2 混凝土的变形
混凝土的变形可分为两类：荷载作用下的受力变形和由于混凝土 的收缩、温度变化等引起的非受力变形。 1、单轴（单调）受力应力-应变关系Stress- strain Relationship
混凝土单轴短期荷载作用下的应力-应变关系是混凝土材料最 基本的力学性能，是对混凝土进行理论分析的基本依据，是研 究和建立混凝土构件的承载力、变形、延性以及应用计算机进 行构件的非线性全过程分析的重要依据。
混凝土单轴受压应力-应变关系曲线
常采用标准棱柱体或圆柱体试件来测定。
混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试 件来测定。 在普通试验机上采用等应力速度加载，达
钢筋的选用
普通钢筋：宜用HRB400和HRB335钢筋 可用HPB235、RRB400和冷加工钢筋
预应力筋：宜用钢铰线、钢丝 可用热处理钢筋和强度较高的冷加工钢筋
§1.2 混凝土
1.2.1 组成及特点
主要材料：水泥、水、砂、石
特点: 1）以固相为主，包含固体、液体、气体的三相体； 2）水化过程长，性能要很长时间才稳定； 3）水泥石收缩可形成微裂缝； 4）受制作、养护、使用条件影 响大。
到轴心抗压强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于
钢筋的屈服应力不低于规定值 屈服应力/极限抗拉强度的比值（屈强比）不宜
过大
中、高强钢丝和钢绞线
钢筋的直径 d=6~50mm
常用： 6mm，6.5mm，8mm，8.2mm，10mm，12mm， 14mm，16mm，18mm，20mm，22mm，25mm， 28mm，32mm，36mm，40mm，50mm。其中， 8.2mm仅适用有纵肋的热处理钢筋。
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Bar Ribbed
Remained heat treatment
种类 HPB235(Q235)
HRB335(20MnSi)
HRB400(20MnSiV, 20MnSiNb,20MnTi) RRB400(K20MnSi)
符号 d/(mm) fyk/(N/mm2)
8~20
235
6~50
335
6~50
400
轴心抗拉强度
轴心抗拉强度与立 方体抗压强度的折
算系数
f tk

0.882 0.395
f 0.55 cu,k
(1

1.645
)0.45
试验离散性的影 响系数
试验离散性 系数
混凝土的复合受力强度
实际结构中，混凝土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。如钢筋混凝土梁弯剪段的剪压区、框架的 梁、柱节点区、牛腿、深梁等。
剪力存在时：
拉-剪：抗拉、抗剪强度都降低；
压-剪：当 s / fc 0.6 时，抗剪强度随压应力提高而增大； 当 s / fc 0.6 时，内部裂缝增加，抗剪抗压强度
均降低。
三向受力：
三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍 筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向 受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。
8~40
400
热轧钢筋应力-应变曲线
s
fu
e
b
fy a
a’
c
d
o
a´为比例极限
a为弹性极限 f b为屈服上限
c为屈服下限，即屈服强度 fy cd为屈服台阶 de为强化阶段 e为极限抗拉强度 fu
ef为颈缩阶段
e
s Ese s fy
e ey e ey
热轧钢筋的简化应力—应变曲线
热轧钢筋的塑性性能
伸长率
l l1
d
l1 l 100%
l
5 : l 5d
10 : l 10d
100 : l 100mm
同一根钢筋 5 10
上述伸长率只反映断口附近残留变形大小， 不反映钢筋总伸长率情况。
钢筋均匀伸长率的测定：
残余 伸长
已回复弹 性应变
◆ 双轴应力状态 Biaxial Stress State 双向受压时，两个方向的 抗压强度都有所提高；
双向受拉时，两个方向的 抗拉强度均接近于单轴抗 拉强度；
拉压受力时，混凝土的强 度均低于单轴受力（压或 拉）强度。
双向受力
ft* — 混凝土单轴抗拉强度； fc*—混凝土单轴抗压强度
此图说明： 压-压：强度提高； 拉-拉：强度不变； 拉-压：抗拉和抗压强度都低。