第二章 混凝土材料

1、第第2 2章章 材料的物理力學性能材料的物理力學性能鋼鋼 筋筋混混 凝凝 土土兩者間的粘結(jié)兩者間的粘結(jié)強強 度度變變 形形粘結(jié)破壞的粘結(jié)破壞的過程和機理過程和機理第第2 2章章 材料的物理力學性能鋼筋的形式和品種鋼筋的形式和品種熱軋鋼筋、熱處理鋼筋、冷加工鋼筋、鋼絲或鋼絞線熱軋鋼筋、熱處理鋼筋、冷加工鋼筋、鋼絲或鋼絞線第第2 2章章 材料的物理力學性能HPB300 （Hot Rolled Plain Steel Bar）熱軋光面鋼筋熱軋光面鋼筋 HRB335 （Hot Rolled Ribbed Steel Bar ） 熱軋帶肋鋼筋熱軋帶肋鋼筋 20MnSiHRB400 （ Hot Rolle

2、d Ribbed Steel Bar ）熱軋帶肋鋼筋熱軋帶肋鋼筋 20MnSiV, 20MnSiNb, 20MnTiRRB400 （Remained heat treatment Ribbed Steel Bar ） 余熱處理鋼筋余熱處理鋼筋 常用熱軋鋼筋的分類常用熱軋鋼筋的分類第第2 2章章 材料的物理力學性能主要成分為主要成分為鐵鐵元素，還含有少量的碳、硅、錳、硫、磷等元素，還含有少量的碳、硅、錳、硫、磷等元素，力學性能主要與元素，力學性能主要與碳碳的含量有關(guān)：的含量有關(guān)：含碳量越高，則鋼筋的強度越高，質(zhì)地硬，但塑性變差。含碳量越高，則鋼筋的強度越高，質(zhì)地硬，但塑性變差。若含碳量低于若含碳

3、量低于0.250.25，則稱為低碳鋼，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，則稱為低碳鋼，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中多應(yīng)用的是低碳鋼。多應(yīng)用的是低碳鋼。20MnSi 20MnSi 前面的前面的2020指的是平均含碳量的萬分數(shù)，其他化學指的是平均含碳量的萬分數(shù)，其他化學元素的含量在元素的含量在1.5 1.5 以下。以下。塑性是一種在某種給定載荷下塑性是一種在某種給定載荷下,材料產(chǎn)生永久變形的材料特性材料產(chǎn)生永久變形的材料特性,對大對大多的工程材料來說多的工程材料來說,當其應(yīng)力低于比例極限時當其應(yīng)力低于比例極限時,應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系是線性應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系是線性的另外的另外,大多數(shù)材料在其應(yīng)力低于屈服點時表現(xiàn)為彈性行為也就是說大多數(shù)材

4、料在其應(yīng)力低于屈服點時表現(xiàn)為彈性行為也就是說當移走載荷時其應(yīng)變也完全消失。當移走載荷時其應(yīng)變也完全消失。 熱軋鋼筋的成分熱軋鋼筋的成分第第2 2章章 材料的物理力學性能HPB235：質(zhì)量穩(wěn)定，塑性好易成型，但屈服強度較低，不質(zhì)量穩(wěn)定，塑性好易成型，但屈服強度較低，不 宜用于結(jié)構(gòu)中的受力鋼筋；宜用于結(jié)構(gòu)中的受力鋼筋；HRB335：帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強度和帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強度和 塑性均較好，是塑性均較好，是目前目前受限使用的鋼筋品種之一；受限使用的鋼筋品種之一；HRB400：帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強度和帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強度和

5、塑性均較好，是塑性均較好，是目前目前主要應(yīng)用的鋼筋品種之一；主要應(yīng)用的鋼筋品種之一；RRB400：是是HRB335鋼筋熱軋后快速冷卻，利用鋼筋內(nèi)溫鋼筋熱軋后快速冷卻，利用鋼筋內(nèi)溫 度自行回火而成，淬火鋼筋強度提高，但塑性降度自行回火而成，淬火鋼筋強度提高，但塑性降 低，余熱處理后塑性有所改善。低，余熱處理后塑性有所改善。熱軋鋼筋的性能特點熱軋鋼筋的性能特點第第2 2章章 材料的物理力學性能預(yù)應(yīng)力鋼絲預(yù)應(yīng)力鋼絲 分為中強度預(yù)應(yīng)力鋼絲和消除應(yīng)力鋼絲，按外形有光面鋼絲、螺旋肋鋼絲（圖2.2b）和刻痕鋼絲（圖2.2a）等三種，直徑為5.0、7.0或9.0mm，材質(zhì)為高碳鋼。由于刻痕鋼絲的錨固性能差，現(xiàn)

6、已淘汰。第第2 2章章 材料的物理力學性能鋼絞線 （圖2.2c）分三股（13）和七股（17）兩種，是用三根或七根鋼絲捻制而成 （類似于擰麻繩），其外接圓直徑為8.612.9mm（三股）和9.521.6mm（七股）不等。 由于鋼絞線運輸和使用都較為方便，因而現(xiàn)已成為預(yù)應(yīng)力鋼筋的主要型式，在中、大跨度結(jié)構(gòu)中它正逐步取代鋼絲束。在實際應(yīng)用中，一般采用由若干根鋼絞線組成的鋼絞線束。第第2 2章章 材料的物理力學性能預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋 （也稱精軋螺紋鋼筋，圖2.3） 具有高強度、高精度、施工便捷等特性，其鋼筋外形為螺紋狀無縱肋且鋼筋兩側(cè)螺紋在同一螺旋線上，其任意截面處均可用帶有匹配形狀內(nèi)螺紋的連接器

7、或錨具進行連接或錨固，能夠避免鋼筋在焊接過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力及組織不穩(wěn)定等引起的斷裂現(xiàn)象，在大中型工程中應(yīng)用廣泛。 精軋螺紋鋼筋的公稱直徑范圍為18mm50mm，以25mm和32mm的為主。第第2 2章章 材料的物理力學性能 dv基圓直徑； h螺紋高；b螺紋底寬； L螺距；r螺紋根??；導(dǎo)角 圖2.3 精軋螺紋鋼筋的外形第第2 2章章 材料的物理力學性能短期荷載下鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線短期荷載下鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線有有明顯屈服點的鋼筋明顯屈服點的鋼筋無無明顯屈服點的鋼筋明顯屈服點的鋼筋第第2 2章章 材料的物理力學性能有明顯屈服點鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有明顯屈服點鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系aa比例極限比例極限彈性極

8、限彈性極限b屈服上限屈服上限c屈服下限屈服下限e極限強度極限強度cdcd段為屈服臺階段為屈服臺階dfdf段為強化段段為強化段第第2 2章章 材料的物理力學性能2.1.2 短期荷載下鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線 在單調(diào)受拉狀態(tài)下，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可分為以下幾個階段： 彈性階段：應(yīng)力與應(yīng)變按比例增長，應(yīng)變?yōu)閺椥?。比例極限 屈服階段：應(yīng)變大幅度增長而應(yīng)力幾乎不變。屈服強度 強化階段：應(yīng)力重新增長。極限抗拉強度 破壞階段：頸縮現(xiàn)象第第2 2章章 材料的物理力學性能鋼筋的雙線性理想彈塑性本構(gòu)模型鋼筋的雙線性理想彈塑性本構(gòu)模型第第2 2章章 材料的物理力學性能無明顯屈服點鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系無明顯屈服點鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

9、條件屈服點為殘余變形條件屈服點為殘余變形為為0.20.2時對應(yīng)的應(yīng)力時對應(yīng)的應(yīng)力b85. 02 . 0第第2 2章章 材料的物理力學性能無明顯物理流限的鋼筋 對于含碳量較高的鋼絲，由于其強度高而塑性低。受拉時無屈服階段。應(yīng)變隨應(yīng)力增加而增加，到極限強度后出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象斷裂第第2 2章章 材料的物理力學性能不同鋼筋應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的比較不同鋼筋應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的比較第第2 2章章 材料的物理力學性能鋼筋的冷拉性能鋼筋的冷拉性能冷拉、冷拔和冷軋第第2 2章章 材料的物理力學性能反映鋼筋力學性能的基本指標：反映鋼筋力學性能的基本指標：、和和鋼筋在拉斷時的應(yīng)變稱為鋼筋在拉斷時的應(yīng)變稱為伸長率伸長率，定義為：，定

10、義為：15,10lll為試件的標距，通常取為通常取為5d或或10dl為試件拉斷拼合后標距部分的長度1l第第2 2章章 材料的物理力學性能 在最大力下的總伸長率gt，用算式分別表示如下：00mgtllln式中：l0受力前拉伸試件上的標距； lu試件拉斷拼合后標距部分的長度； lm受力最大時拉伸試件上標距部分的長度。第第2 2章章 材料的物理力學性能 鋼筋斷后伸長率主要反映了斷口頸縮區(qū)域殘余變形的大小，忽略了鋼筋的彈性變形，不能反映鋼筋受力時的總體變形能力； 同時，不同標距長度得到的結(jié)果也不一致，還容易產(chǎn)生人為誤差。 相比斷后伸長率，最大力下的總伸長率不受斷口-頸縮區(qū)局部變形的影響，反映了鋼筋拉斷

11、前達到最大力（極限強度）時的均勻變形，故又稱均勻伸長率。 伸長率越大，表明鋼筋的塑性性能越好，具有適應(yīng)較大變形的能力。第第2 2章章 材料的物理力學性能冷彎性能是冷彎性能是反映鋼筋變形能力的另一個指標反映鋼筋變形能力的另一個指標用于檢驗鋼筋韌性和內(nèi)部質(zhì)量用于檢驗鋼筋韌性和內(nèi)部質(zhì)量第第2 2章章 材料的物理力學性能 鋼筋的冷彎性能是檢驗鋼筋韌性和內(nèi)部質(zhì)量的有效方法，一般采用彎曲試驗和反向彎曲試驗。 彎曲試驗要求把鋼筋圍繞具有某個規(guī)定直徑D的輥軸（常稱彎心）進行彎轉(zhuǎn)（圖2.13），在達到規(guī)定的冷彎角度時，鋼筋不能發(fā)生裂紋或斷裂；第第2 2章章 材料的物理力學性能 反向彎曲試驗要求先把鋼筋圍繞具有某

12、個規(guī)定直徑的輥軸進行正向彎轉(zhuǎn)到規(guī)定角度再反向彎轉(zhuǎn)到另一規(guī)定的角度時，鋼筋不能發(fā)生裂紋或斷裂。為 了保證結(jié)構(gòu)在抵抗地震作用時具有足夠的延性，用于抗震結(jié)構(gòu)中鋼筋的變形性能是至關(guān)重要的。第第2 2章章 材料的物理力學性能 對用于重要抗震結(jié)構(gòu)中的鋼筋應(yīng)具有更高的性能要求。國家有關(guān)標準提出了“抗震鋼筋”，其標識為在原代碼后加“E”，如HRB400E。 抗震鋼筋與普通鋼筋的區(qū)別主要體現(xiàn)在：抗震鋼筋的實測抗拉強度與實測屈服強度之比不小于1.25； 鋼筋的實測屈服強度與屈服強度特征值（即標準值）之比不大于1.30；鋼筋的最大力下的總伸長率不小于9%。第第2 2章章 材料的物理力學性能混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求混凝

13、土結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求強度屈服強度和極限強度強度屈服強度和極限強度塑性延伸率和冷彎性能塑性延伸率和冷彎性能具有較好的可焊性具有較好的可焊性有較好的粘結(jié)力帶肋鋼筋有較好的粘結(jié)力帶肋鋼筋第第2 2章章 材料的物理力學性能2.2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例組成，經(jīng)凝混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例組成，經(jīng)凝結(jié)和硬化形成的，屬于復(fù)合材料。結(jié)和硬化形成的，屬于復(fù)合材料?；炷潦怯伤嘟Y(jié)晶體、水泥凝膠體和內(nèi)部微裂縫組成的混凝土是由水泥結(jié)晶體、水泥凝膠體和內(nèi)部微裂縫組成的第第2 2章章 材料的物理力學性能 2.2.1簡單受力狀態(tài)下砼的強度混凝土立方

14、抗壓強度混凝土立方抗壓強度混凝土軸心抗壓強度混凝土軸心抗壓強度混凝土抗拉強度混凝土抗拉強度抗壓強度抗壓強度復(fù)雜受力狀態(tài)下砼的強度第第2 2章章 材料的物理力學性能抗壓強度 立方體抗壓強度 ：衡量砼強度大小的基本指標。是評價砼強度等級的標準。 套箍作用：試件的橫向變形受到約束，延緩了裂縫的開展，提高試件的抗壓極限強度。cufn軸心抗壓強度 ：衡量砼受壓構(gòu)件強度大小的最基本指標。 cf第第2 2章章 材料的物理力學性能混凝土強度等級混凝土強度等級 混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強度。因此抗壓強度是混凝混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強度。因此抗壓強度是混凝土力學性能中最主要和最基本的指標。土力學

15、性能中最主要和最基本的指標。 混凝土的強度等級是用抗壓強度來劃分的?；炷恋膹姸鹊燃壥怯每箟簭姸葋韯澐值?。 混凝土強度等級：邊長混凝土強度等級：邊長150mm150mm立方體標準試件，在標準條件下（立方體標準試件，在標準條件下（202033，90%90%濕度）養(yǎng)護濕度）養(yǎng)護2828天，用標準試驗方法（加載速度天，用標準試驗方法（加載速度0.150.3N/mm0.150.3N/mm2 2/sec/sec，兩端不涂潤滑劑）測得的具有，兩端不涂潤滑劑）測得的具有95%95%保證率的立方體保證率的立方體抗壓強度，用符號抗壓強度，用符號C C表示，表示，C30C30表示表示 f fcu,kcu,k=30

16、N/mm=30N/mm2 2 規(guī)范規(guī)范根據(jù)強度范圍，從根據(jù)強度范圍，從C15C80C15C80共劃分為共劃分為1414個強度等級，級差為個強度等級，級差為5N/mm5N/mm2 2。與原。與原規(guī)范規(guī)范GBJ10-89GBJ10-89相比，混凝土強度等級范圍由相比，混凝土強度等級范圍由C60C60提高提高到到C80C80，C50C50以上為高強混凝土。以上為高強混凝土。第第2 2章章 材料的物理力學性能立方體抗壓強度的試驗立方體抗壓強度的試驗尺寸效應(yīng)尺寸效應(yīng)及及摩擦力摩擦力的影響的影響美國、日本、加拿大等國家，采用圓柱體（直徑美國、日本、加拿大等國家，采用圓柱體（直徑150mm，高高300 mm

17、）標準試件測定的抗壓強度來劃分強度等級，符）標準試件測定的抗壓強度來劃分強度等級，符號記為號記為 fc。 圓柱體強度與我國標準立方體抗壓強度的換算圓柱體強度與我國標準立方體抗壓強度的換算關(guān)系為關(guān)系為cucff)81. 079. 0(第第2 2章章 材料的物理力學性能立方體抗壓強度的換算關(guān)系立方體抗壓強度的換算關(guān)系立方體和圓柱體抗壓試驗都不能代表混凝土在實際構(gòu)件立方體和圓柱體抗壓試驗都不能代表混凝土在實際構(gòu)件中的受力狀態(tài)，只是用來在同一標準條件下比較混凝土中的受力狀態(tài)，只是用來在同一標準條件下比較混凝土強度水平和品質(zhì)的標準（制作、測試方便）強度水平和品質(zhì)的標準（制作、測試方便）100150cuc

18、uff100mm立方體強度與標準立方體強度之間的換算關(guān)系小于立方體強度與標準立方體強度之間的換算關(guān)系小于C50的的混凝土，修正系數(shù)混凝土，修正系數(shù) =0.95。隨混凝土強度的提高，修正系數(shù)。隨混凝土強度的提高，修正系數(shù) 值值有所降低。當有所降低。當fcu100=100N/mm2時，換算系數(shù)時，換算系數(shù) 約為約為0.9第第2 2章章 材料的物理力學性能軸心抗壓強度軸心抗壓強度軸心抗壓強度采用棱柱體試件測定，用符號軸心抗壓強度采用棱柱體試件測定，用符號fc表示，它比較表示，它比較接近實際構(gòu)件中混凝土的受壓情況。棱柱體試件高寬比一接近實際構(gòu)件中混凝土的受壓情況。棱柱體試件高寬比一般為般為h/b=34

19、，我國通常取，我國通常取150mm150mm450mm的棱的棱柱體試件，也常用柱體試件，也常用100100300試件。試件。 第第2 2章章 材料的物理力學性能棱柱體抗壓強度的試驗方法棱柱體抗壓強度的試驗方法第第2 2章章 材料的物理力學性能立方抗壓與軸心抗壓強度的關(guān)系立方抗壓與軸心抗壓強度的關(guān)系規(guī)范規(guī)范對小于對小于C50C50級的混凝土取級的混凝土取k k=0.76=0.76，對，對C80C80取取k k=0.82=0.82，其間按線性插值。，其間按線性插值。cucfkf對于同一混凝土，對于同一混凝土，棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度。 第第2 2章章 材料的

20、物理力學性能軸心抗拉強度軸心抗拉強度 500 150 15010016軸心受拉試驗也是混凝土的基本力學性能，用符也是混凝土的基本力學性能，用符號號 f ft t 表示。表示。混凝土構(gòu)件開裂、裂縫、變形，以混凝土構(gòu)件開裂、裂縫、變形，以及受剪、受扭、受沖切等的承載力及受剪、受扭、受沖切等的承載力均與抗拉強度有關(guān)。均與抗拉強度有關(guān)。第第2 2章章 材料的物理力學性能拉壓壓劈拉試驗aPP22aPftt由于軸心受拉試驗對中困難，也常常采用立方體或圓柱體由于軸心受拉試驗對中困難，也常常采用立方體或圓柱體劈拉試驗測定混凝土的抗拉強度劈拉試驗測定混凝土的抗拉強度。ldPftt2第第2 2章章 材料的物理力學

21、性能0102030405060708090100123456 ft fcuGBJ10-89 規(guī)范軸心受拉強度與立方體強度間的換算關(guān)系55. 0395. 0cutff 3/226. 0cutff 軸心抗拉與立方抗壓強度的關(guān)系軸心抗拉與立方抗壓強度的關(guān)系第第2 2章章 材料的物理力學性能混凝土強度標準值混凝土強度標準值規(guī)范規(guī)范規(guī)定材料強度的標準值規(guī)定材料強度的標準值 fk 應(yīng)具有不小于應(yīng)具有不小于95%的保證率的保證率立方體強度標準值即為混凝土強度等級立方體強度標準值即為混凝土強度等級f fcucu。規(guī)范規(guī)范在確在確定混凝土軸心抗壓強度和軸心抗拉強度標準值時，假定它定混凝土軸心抗壓強度和軸心抗拉強

22、度標準值時，假定它們的變異系數(shù)與立方體強度的變異系數(shù)相同，利用與立方們的變異系數(shù)與立方體強度的變異系數(shù)相同，利用與立方體強度平均值的換算關(guān)系，便可按上式計算得到。體強度平均值的換算關(guān)系，便可按上式計算得到。 同時，同時，規(guī)范規(guī)范考慮到試件與實際結(jié)構(gòu)的差異以及高強混凝土的脆性特征，考慮到試件與實際結(jié)構(gòu)的差異以及高強混凝土的脆性特征，對軸心抗壓強度和軸心抗拉強度，還采用了以下兩個折減系數(shù)：對軸心抗壓強度和軸心抗拉強度，還采用了以下兩個折減系數(shù)： 結(jié)構(gòu)中混凝土強度與混凝土試件強度的比值，取結(jié)構(gòu)中混凝土強度與混凝土試件強度的比值，取0.880.88； 脆性折減系數(shù)，對脆性折減系數(shù)，對C40C40取取1

23、.01.0，對，對C80C80取取0.870.87，中間按線性規(guī)律變化，中間按線性規(guī)律變化)645. 11 (mkff第第2 2章章 材料的物理力學性能混凝土強度標準值（N/mm2） 混混 凝凝 土土 強強 度度 等等 級級 強度種類強度種類 符號符號 C15 C20 C25 C30 C35 軸心抗壓強度軸心抗壓強度 fck 10.0 13.4 16.7 20.1 23.4 軸心抗拉強度軸心抗拉強度 ftk 1.27 1.54 1.78 2.01 2.20 混混 凝凝 土土 強強 度度 等等 級級 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80 26.8 29.6 32

24、.4 35.5 38.5 41.5 44.5 47.4 50.2 2.40 2.51 2.65 2.74 2.85 2.93 3.00 3.05 3.10 例例 fcu=30MPa, =0.12, fcu,m=fcu/(1-1.645 ) fc,m=0.76fcu,m fc,k=fc,m(1-1.645 )0.881.0 =0.76fcu0.88 1.0 =20.06MPa第第2 2章章 材料的物理力學性能混凝土的變形混凝土的變形單軸（單調(diào)）受壓應(yīng)力單軸（單調(diào)）受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系Stress- strain Relationship 混凝土單軸受力時的應(yīng)力混凝土單軸受力時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)

25、系反映了混凝土受力全過程應(yīng)變關(guān)系反映了混凝土受力全過程的重要力學特征，是分析混凝土構(gòu)件應(yīng)力、建立承載力和變形的重要力學特征，是分析混凝土構(gòu)件應(yīng)力、建立承載力和變形計算理論的必要依據(jù)，也是利用計算機進行非線性分析的基礎(chǔ)。計算理論的必要依據(jù)，也是利用計算機進行非線性分析的基礎(chǔ)。 混凝土單軸受壓應(yīng)力混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，常采用棱柱體試件來測應(yīng)變關(guān)系曲線，常采用棱柱體試件來測定。定。 在普通試驗機上采用在普通試驗機上采用等應(yīng)力速度等應(yīng)力速度加載，達到軸心抗壓強加載，達到軸心抗壓強度度fc時，試驗機中集聚的彈性應(yīng)變能大于試件所能吸收的應(yīng)變時，試驗機中集聚的彈性應(yīng)變能大于試件所能吸收的應(yīng)變能，

26、會導(dǎo)致試件產(chǎn)生突然脆性破壞，只能測得應(yīng)力能，會導(dǎo)致試件產(chǎn)生突然脆性破壞，只能測得應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線的的上升段上升段。 采用采用等應(yīng)變速度等應(yīng)變速度加載，或在試件旁附設(shè)高彈性加載，或在試件旁附設(shè)高彈性元件與試件一同受壓，以吸收試驗機內(nèi)集聚的應(yīng)變能，可以測元件與試件一同受壓，以吸收試驗機內(nèi)集聚的應(yīng)變能，可以測得應(yīng)力得應(yīng)力-應(yīng)變曲線的應(yīng)變曲線的下降段下降段。第第2 2章章 材料的物理力學性能混凝土的破壞機理混凝土的破壞機理A點以前，微裂縫沒有明點以前，微裂縫沒有明顯發(fā)展，混凝土的變形主顯發(fā)展，混凝土的變形主要彈性變形，應(yīng)力應(yīng)變要彈性變形，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系近似直線。關(guān)系近似直線。A點應(yīng)力點應(yīng)力隨混凝土

27、強度的提高而增隨混凝土強度的提高而增加，對普通強度混凝土加，對普通強度混凝土 A A約為約為 (0.30.4)fc ，對高強，對高強混凝土混凝土 A A可達可達(0.50.7)fc 到達到達B點以后，混凝土產(chǎn)點以后，混凝土產(chǎn)生部分塑性變形，應(yīng)力生部分塑性變形，應(yīng)力應(yīng)變逐漸偏離直線。應(yīng)變逐漸偏離直線。B點點時的裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，時的裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，試件的橫向變形突然增大，試件的橫向變形突然增大，常取常取 B B作為混凝土的長期作為混凝土的長期抗壓強度抗壓強度 ；普通強度混；普通強度混凝土凝土 B B約為約為0.8 fc ，高強，高強混凝土混凝土 B B可達可達0.95 fc 到達到達C點時，內(nèi)

28、部微裂縫點時，內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，試件承連通形成破壞面，試件承載力開始減小而進入下降載力開始減小而進入下降段。段。C點時的應(yīng)力稱為點時的應(yīng)力稱為峰峰值應(yīng)力值應(yīng)力，即為混凝土棱柱，即為混凝土棱柱體抗壓強度；相應(yīng)的縱向體抗壓強度；相應(yīng)的縱向壓應(yīng)變稱為壓應(yīng)變稱為峰值應(yīng)變，峰值應(yīng)變，約約為為0.002。繼續(xù)發(fā)展至。繼續(xù)發(fā)展至D點點時，破壞面初步形成。時，破壞面初步形成。E點以后，縱向裂縫形成點以后，縱向裂縫形成一個斜向的破壞面，此破一個斜向的破壞面，此破壞面在正應(yīng)力和剪應(yīng)力的壞面在正應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用下形成作用下形成破壞帶破壞帶。此時。此時試件的強度由破壞面上試件的強度由破壞面上骨骨料間的摩阻力

29、料間的摩阻力提供。隨著提供。隨著應(yīng)變進一步發(fā)展，摩阻力應(yīng)變進一步發(fā)展，摩阻力不斷下降，試件的殘余強不斷下降，試件的殘余強度約為度約為0.10.4 fc第第2 2章章 材料的物理力學性能不同強度混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的比較不同強度混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的比較強度等級越高，線彈性段越長，峰強度等級越高，線彈性段越長，峰值應(yīng)變也有所增大。但高強混凝土值應(yīng)變也有所增大。但高強混凝土中，砂漿與骨料的粘結(jié)很強，密實中，砂漿與骨料的粘結(jié)很強，密實性好，微裂縫很少，最后的破壞往性好，微裂縫很少，最后的破壞往往是骨料破壞，破壞時脆性越顯著，往是骨料破壞，破壞時脆性越顯著，下降段越陡。下降段越陡。第第2 2章章 材料的物

30、理力學性能由上述混凝土的破壞機理可知，微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致橫向變形的增由上述混凝土的破壞機理可知，微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致橫向變形的增大。大。對橫向變形加以約束對橫向變形加以約束，就可以限制微裂縫的發(fā)展，從而可提，就可以限制微裂縫的發(fā)展，從而可提高混凝土的抗壓強度。高混凝土的抗壓強度。約束混凝土可以提高混凝土的強度，約束混凝土可以提高混凝土的強度，但更值得注意的但更值得注意的是可以提高混凝土的變形能力是可以提高混凝土的變形能力，這一點對于抗震結(jié)構(gòu)，這一點對于抗震結(jié)構(gòu)非常重要。非常重要。第第2 2章章 材料的物理力學性能箍筋約束混凝土受壓的應(yīng)力箍筋約束混凝土受壓的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系Confineme

31、nt with Transverse Reinforcement 螺旋箍筋螺旋箍筋(a) 螺旋箍筋壓應(yīng)變箍筋d=4.76mm，s=38.1mm，箍筋d=4.76mm s=63.5mm無箍筋矩形箍筋矩形箍筋螺旋箍筋約束對強度和變形能力均有很大提高螺旋箍筋約束對強度和變形能力均有很大提高 矩形箍筋約束對強度的提高不是很顯著，但對變形能力有顯著改善矩形箍筋約束對強度的提高不是很顯著，但對變形能力有顯著改善當應(yīng)力較小時，橫向變形很小，箍筋的約束作用不明顯；當應(yīng)力超過當應(yīng)力較小時，橫向變形很小，箍筋的約束作用不明顯；當應(yīng)力超過B點點的應(yīng)力時，由于混凝土的橫向變形開始顯著增大，側(cè)向膨脹使螺旋箍筋產(chǎn)的應(yīng)力時

32、，由于混凝土的橫向變形開始顯著增大，側(cè)向膨脹使螺旋箍筋產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)力，其反作用力使混凝土的橫向變形受到約束，從而使混凝土生環(huán)向拉應(yīng)力，其反作用力使混凝土的橫向變形受到約束，從而使混凝土的強度和變形能力都得到提高。的強度和變形能力都得到提高。第第2 2章章 材料的物理力學性能2.2.3荷載作用下砼的變形階段應(yīng)力應(yīng)變裂縫OA0.3fc0彈性無AB0.3 fc00.8 fc0彈塑性穩(wěn)定的微裂縫上 升段BC0.81.0 fc0塑性微裂縫開始發(fā)展C1.0 fc0內(nèi)部通縫C后下降增 長 迅速表面通縫下 降段第第2 2章章 材料的物理力學性能 砼應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的特點 砼是一種彈塑性材料，只有當壓應(yīng)力很小時，才

33、可視為彈性材料 曲線有上升段和下降段，說明在破壞過程中，承載力有一個從增加到減少的過程。 砼最大應(yīng)變對應(yīng)的不是最大應(yīng)力、最大應(yīng)力對應(yīng)的不是最大應(yīng)變。 （2）軸心受拉時的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：形狀與受壓時相似。第第2 2章章 材料的物理力學性能2 砼在重復(fù)加載下的變形 概念概念： 彈性后效彈性后效：卸載后，停留一段時間，試件的變形又恢復(fù)了一部分，這部分恢復(fù)變形叫做彈性后效 殘余變形殘余變形：卸載后試件不能恢復(fù)的變形稱為殘余變形 疲勞破壞疲勞破壞：砼在重復(fù)荷載作用下的破壞 疲勞極限強度疲勞極限強度：在重復(fù)荷載作用下，使砼的應(yīng)力應(yīng)變圖形由保持直線而變?yōu)橥瓜驊?yīng)變軸方向的界限應(yīng)力值第第2 2章章 材料的物理力學

34、性能2.2.4彈性模量 彈性模量Ec 、切線模量、割切模量：反映了砼受力后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系反映了混凝土材料抵抗彈性變形的能力 彈性模量：適用于應(yīng)力較小的彈性階段，也稱初始彈性模量、原點模量 測定：10次加載循環(huán)后的應(yīng)力差與相應(yīng)的應(yīng)變差之比 切線模量：某一具體點處的切線斜率 割切模量：某點總應(yīng)力與總應(yīng)變之比cEcE第第2 2章章 材料的物理力學性能2.2.5砼的徐變與收縮 徐變：砼在長期作用下產(chǎn)生隨時間而增長的變形它有利于結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布但會使結(jié)構(gòu)的變形增大，引起預(yù)應(yīng)力損失（1）發(fā)展：應(yīng)力較小時：線性徐變6個月時完成70%80%的徐變一年以后趨于穩(wěn)定三年左右基本終止 （2）產(chǎn)生徐變的原因：水泥凝膠

35、體與骨料之間力的傳遞（3）影響因素：持續(xù)作用壓應(yīng)力的大小砼的組成成分與配合比養(yǎng)護時的濕度構(gòu)件的體表比受荷時砼的齡期第第2 2章章 材料的物理力學性能2 收縮 收縮：砼在空氣中結(jié)硬時其體積會縮?。挪皇芰Γ?產(chǎn)生原因：是由于水泥凝膠體本身的體積收縮和砼因失水產(chǎn)生的體積收縮所組成的 發(fā)展：早期發(fā)展較快，以后逐漸緩慢，整個過程可持續(xù)兩年以上 當砼收縮較大，構(gòu)件配筋較多時，會使砼構(gòu)件產(chǎn)生收縮裂縫第第2 2章章 材料的物理力學性能2.3 鋼筋與砼的粘結(jié) 鋼筋與砼的粘結(jié)：鋼筋與其周圍砼之間的相互作用。包括粘結(jié)力與相對滑移它是鋼筋與砼變形一致、共同受力的保證。 作用：傳遞應(yīng)力、協(xié)調(diào)變形，阻止裂縫進一步發(fā)展包

36、括： 膠著力：砼在結(jié)硬過程中，水泥膠體與鋼筋間會產(chǎn)生吸附膠著力。 摩擦力：鋼筋與周圍砼有相對滑移趨勢時，其接觸面上出現(xiàn)摩擦力。 機械咬全力：由于鋼筋表面粗糙不平產(chǎn)生的機械咬合作用。占主要部分。第第2 2章章 材料的物理力學性能2.3.4保證鋼筋與砼之間粘結(jié)力的措施 最小搭接長度和錨固長度 鋼筋的最小間距和砼保護層厚度 接頭范圍內(nèi)，箍筋間距加密 受力的光面鋼筋要做彎鉤第第2 2章章 材料的物理力學性能ctctcttEfEfEf25 . 00混凝土受拉應(yīng)力混凝土受拉應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系The Tension Constitutive Relationship of Concrete 2705

37、00tu ftt0彈性系數(shù)約為彈性系數(shù)約為0.5tu第第2 2章章 材料的物理力學性能混凝土的彈性模量混凝土的彈性模量（Elastic Modulus）第第2 2章章 材料的物理力學性能)N/mm(74.342 . 21025cucfE0.5fc510 次彈性模量的測定方法彈性模量的測定方法第第2 2章章 材料的物理力學性能復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的力學性能復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的力學性能實際結(jié)構(gòu)中，混凝土很少處于單向受力狀態(tài)。更多的實際結(jié)構(gòu)中，混凝土很少處于單向受力狀態(tài)。更多的是處于是處于雙向雙向或或三向三向受力狀態(tài)。如剪力和扭矩作用下的受力狀態(tài)。如剪力和扭矩作用下的構(gòu)件、彎剪扭和壓彎剪扭構(gòu)件、混

38、凝土拱壩、核電站構(gòu)件、彎剪扭和壓彎剪扭構(gòu)件、混凝土拱壩、核電站安全殼等。安全殼等。雙向受壓強度大于單向受壓強度，最大受壓強度發(fā)生在兩個壓應(yīng)雙向受壓強度大于單向受壓強度，最大受壓強度發(fā)生在兩個壓應(yīng)力之比為力之比為0.3 0.6之間，約為之間，約為(1.251.60 )fc。雙軸受壓狀態(tài)下混凝。雙軸受壓狀態(tài)下混凝土的應(yīng)力土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與單軸受壓曲線相似，但峰值應(yīng)變均超過單應(yīng)變關(guān)系與單軸受壓曲線相似，但峰值應(yīng)變均超過單軸受壓時的峰值應(yīng)變。軸受壓時的峰值應(yīng)變。第第2 2章章 材料的物理力學性能雙軸應(yīng)力狀態(tài)雙軸應(yīng)力狀態(tài)（BiaxialStressState）第第2 2章章 材料的物理力學性能構(gòu)件受剪

39、或受扭時常遇到剪應(yīng)力構(gòu)件受剪或受扭時常遇到剪應(yīng)力t t 和正應(yīng)力和正應(yīng)力 共同作用共同作用下的復(fù)合受力情況。下的復(fù)合受力情況?；炷恋目辜魪姸龋弘S拉應(yīng)力增大而減小，隨壓應(yīng)力增大而增大混凝土的抗剪強度：隨拉應(yīng)力增大而減小，隨壓應(yīng)力增大而增大 當壓應(yīng)力在當壓應(yīng)力在0.6fc左右時，抗剪強度達到最大，左右時，抗剪強度達到最大， 壓應(yīng)力繼續(xù)增大，壓應(yīng)力繼續(xù)增大，則由于內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強度將隨壓應(yīng)力的增大而減小。則由于內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強度將隨壓應(yīng)力的增大而減小。第第2 2章章 材料的物理力學性能三軸應(yīng)力狀態(tài)三軸應(yīng)力狀態(tài)（ Triaxial Stress State）三軸應(yīng)力狀態(tài)有多種組合，實際工

40、程遇到較多的螺旋箍筋柱和鋼管混三軸應(yīng)力狀態(tài)有多種組合，實際工程遇到較多的螺旋箍筋柱和鋼管混凝土柱中的混凝土為三向受壓狀態(tài)。三向受壓試驗一般采用圓柱體在凝土柱中的混凝土為三向受壓狀態(tài)。三向受壓試驗一般采用圓柱體在等側(cè)壓條件進行。等側(cè)壓條件進行。214cf第第2 2章章 材料的物理力學性能混凝土的收縮和徐變混凝土的收縮和徐變Shrinkage and Creep混凝土在空氣中硬化時體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮，混凝土在空氣中硬化時體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮， 收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形。收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形。 混凝土在長期不變荷載的作

41、用下，其變形隨時間而不斷增長的現(xiàn)象混凝土在長期不變荷載的作用下，其變形隨時間而不斷增長的現(xiàn)象稱為徐變。稱為徐變。第第2 2章章 材料的物理力學性能14d 28dtsh(25)10-425%50%混凝土的收縮是混凝土的收縮是隨時間而增長的變形隨時間而增長的變形，早期收縮變形發(fā)展較快，兩周，早期收縮變形發(fā)展較快，兩周可完成全部收縮的可完成全部收縮的25%，一個月可完成，一個月可完成50%，以后變形發(fā)展逐漸減慢，以后變形發(fā)展逐漸減慢，整個收縮過程可延續(xù)兩年以上。通常，最終收縮應(yīng)變值約為整個收縮過程可延續(xù)兩年以上。通常，最終收縮應(yīng)變值約為(25)10-4 ，而混凝土開裂應(yīng)變?yōu)?，而混凝土開裂應(yīng)變?yōu)?0.

42、52.7)10-4，說明收縮會導(dǎo)致說明收縮會導(dǎo)致開裂開裂?；炷潦湛s包括混凝土收縮包括凝縮凝縮和和干縮干縮兩部分，凝縮是由于水泥結(jié)晶體比原材料兩部分，凝縮是由于水泥結(jié)晶體比原材料的體積?。桓煽s是混凝土內(nèi)自由水分蒸發(fā)引起的。的體積小；干縮是混凝土內(nèi)自由水分蒸發(fā)引起的。第第2 2章章 材料的物理力學性能混凝土的收縮受結(jié)構(gòu)周圍的溫度、濕度、構(gòu)件斷面形狀及尺寸、配合比、混凝土的收縮受結(jié)構(gòu)周圍的溫度、濕度、構(gòu)件斷面形狀及尺寸、配合比、骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護條件等許多因素有關(guān)：骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護條件等許多因素有關(guān)： 水泥用量多、水灰比越大，收縮越大；水泥用量多、水灰

43、比越大，收縮越大； 骨料彈性模量高、級配好，收縮就?。还橇蠌椥阅Ａ扛?、級配好，收縮就??； 干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大；干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大； 小尺寸構(gòu)件收縮大，大尺寸構(gòu)件收縮?。恍〕叽鐦?gòu)件收縮大，大尺寸構(gòu)件收縮??； 高強混凝土收縮大。高強混凝土收縮大。影響收縮的因素多且復(fù)雜，要精確計算尚有一定的困難。在實際工程中，影響收縮的因素多且復(fù)雜，要精確計算尚有一定的困難。在實際工程中，要采取一定措施減小收縮應(yīng)力的不利影響要采取一定措施減小收縮應(yīng)力的不利影響?；炷潦湛s的影響因素混凝土收縮的影響因素當這種自發(fā)的變形受到外部（支座）或內(nèi)部（鋼筋）的約當這種自發(fā)的變形受到外部（支座）或內(nèi)部（鋼筋）的約束時，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土的開裂。束時，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土的開裂?；炷潦湛s會使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失?；炷潦湛s會使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。 第第2 2章章 材料的物理力學性能t0elelshcrelelcrt隨荷載作用時間的延續(xù)，變形不斷增長，前隨荷載作用時間的延續(xù)，變形不斷增長，前4個月徐變增長較快，個月徐變增長較快，6個月個月可達最終徐變的（可達最終徐變的（7080）%，以后增長逐漸緩慢，以后增長逐漸緩慢，23年后趨于穩(wěn)定。年后趨于穩(wěn)定?；炷恋男熳兓炷恋男熳兯矔r恢復(fù)瞬時恢復(fù)彈性后效彈性