钢筋混凝土结构第2章(混凝土结构材料的物理力学性能)

1混凝土结构设计原理第2章混凝土结构材料的物理力学性能第2章混凝土结构材料的物理力学性能2主要内容：钢筋的物理力学性能混凝土的物理力学性能钢筋与混凝土的粘结钢筋的锚固和连接重点：钢筋的级别、强度和变形性能混凝土的强度和变形性能粘结破坏机理第2章混凝土结构材料的物理力学性能3§2.1混凝土的物理力学性能1.混凝土的组成结构普通砼是由水泥、石、砂、水按一定的配合比拌制，经过凝固硬化后做成的人工石材。骨料水泥结晶体水泥凝胶体弹性变形的基础塑性变形的基础砼的强度及变形随时间、随环境的变化而变化决定混凝土的强度和变形特点2.1混凝土的物理力学性能第2章混凝土结构材料的物理力学性能42.1混凝土的物理力学性能2.单轴向应力状态下的混凝土强度：cu,kf注意符号的表示方法（1）立方体抗压强度：混凝土强度等级的确定方法标准试件在标准条件下养护28天，用标准试验方法测得的测得的破坏时的平均压应力称为混凝土的立方体抗压强度，按上述规定所测得的具有95%保证率的抗压强度称为混凝土的立方体抗压强度标准值。第2章混凝土结构材料的物理力学性能5承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂强度大于我国规范的方法：不涂润滑剂•压力试件裂缝发展扩张整个体系解体，丧失承载力（1）立方体抗压强度2.1混凝土的物理力学性能影响因素：端部约束情况，龄期、加载速率、试块尺寸等第2章混凝土结构材料的物理力学性能62.1混凝土的物理力学性能混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值确定，按的大小划分为14级。C15、C20、C25、C30~C80。cu,kf混凝土强度等级的选用其中C50~C80为高强度混凝土（1）立方体抗压强度标注含义《混凝土结构设计规范》4.1.2：素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；当采用钢筋级别400MPa及以上的钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25；承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不应低于C30；预应力混凝土结构的混凝土强度等级，不宜低于C40，且不应低于C30。第2章混凝土结构材料的物理力学性能72.1混凝土的物理力学性能12,0.88ckcccukff棱柱体高度的取值：①摆脱端部摩擦力的影响；②试件不致失稳。与的关系：试验目的：采用棱柱体试件，比立方体更准确反映混凝土的实际工作状态。试件尺寸：取mm为标准试件。150150300ckf,cukf（2）轴心抗压强度:ckf第2章混凝土结构材料的物理力学性能82.1混凝土的物理力学性能0.450.55t,kcu,k20.880.39511.645cff与的关系：直接受拉试验,cukf劈裂试验0t2Ffdl（3）轴心抗拉强度:t,kft,kf第2章混凝土结构材料的物理力学性能92.1混凝土的物理力学性能双轴应力状态①双向受拉，接近单轴抗拉强度；②双向受压，混凝土的侧向变形受到约束，强度提高；③一拉一压，加速了混凝土内部微裂缝的发展，抗拉、抗压强度均降低。双向应力状态下混凝土的破坏包络图3.复合应力状态下的混凝土强度：第2章混凝土结构材料的物理力学性能102.1混凝土的物理力学性能剪压或剪拉复合应力状态①随着拉应力的增大，混凝土的抗剪强度降低。②随着压应力的增大，混凝土的抗剪强度逐渐增大；当压应力超过某一数值后，抗剪强度随压应力增大而减小。混凝土的剪压复合强度3.复合应力状态下的混凝土强度：第2章混凝土结构材料的物理力学性能112.1混凝土的物理力学性能三轴应力状态3.复合应力状态下的混凝土强度：1=fcc’1=fcc’2=3=fLfL----侧向约束压应力（加液压）圆柱体试验''(4.5~7.0)cccLfff有侧向约束时的抗压强度无侧向约束时圆柱体的单轴抗压强度第2章混凝土结构材料的物理力学性能124.混凝土的变形2.1混凝土的物理力学性能混凝土的变形受力变形体积变形外部作用内部作用单调短期加载荷载长期作用多次重复荷载混凝土硬化过程中产生第2章混凝土结构材料的物理力学性能134.混凝土的变形2.1混凝土的物理力学性能（1）混凝土受压时的应力－应变关系OA：应力应变关系接近直线。AB：裂缝稳定发展时期。BC：裂缝开始相互贯通，进入裂缝不稳定发展时期C：内部微裂缝形成破坏面，D：出现纵向裂缝，横向变形急剧增大，承载力明显下降。约束混凝土概念一次短期加载下混凝土的变形性能单调加载第2章混凝土结构材料的物理力学性能142.1混凝土的物理力学性能高强度混凝土比较脆（1）混凝土受压时的应力－应变关系一次短期加载下混凝土的变形性能第2章混凝土结构材料的物理力学性能152.1混凝土的物理力学性能（2）应力－应变的数学模型u=0.00380=0.002ocfcc0.15fc2011cccf0015.01ucccfu=0.00350=0.002ocfcc2011cccf美国Hognestad模型德国Rüsch模型一次短期加载下混凝土的变形性能第2章混凝土结构材料的物理力学性能162.1混凝土的物理力学性能（2）应力－应变的数学模型u0ocfccncccf011,k12(50),2260cunfnn当时，取50,k0.0020.550100.002cuf5,k0.003350100.0033ucuf中国规范：一次短期加载下混凝土的变形性能第2章混凝土结构材料的物理力学性能172.1混凝土的物理力学性能初始弹性模量：过原点切线的斜率，用于弹性阶段。切线模量：过某一点切线的斜率。割线模量：某一点与原点连线的斜率，可称为变形模量或弹塑性模量。混凝土的变形模量（3）混凝土的变形模量cE'cE''cE0tancE'1tancE''tancE第2章混凝土结构材料的物理力学性能181.2混凝土的物理力学性能混凝土弹性模量与立方体抗压强度之间的关系：52ccu,k10(N/mm)34.72.2Ef（3）混凝土的变形模量第2章混凝土结构材料的物理力学性能192.1混凝土的物理力学性能徐变：结构或材料承受的荷载或应力不变，而应变或变形随时间而增长的的现象。徐变的特点：开始增长较快，以后逐渐减慢，最后趋于稳定。混凝土的徐变荷载长期作用下混凝土的变形性能第2章混凝土结构材料的物理力学性能202.1混凝土的物理力学性能徐变的原因：①水泥凝胶体的黏性流动，使骨料应力增大。②混凝土中内部微裂缝的发展。影响徐变的因素：①内在因素：混凝土的组成和配比。骨料的刚度越大，体积比越大，徐变就越小；水灰比越小，徐变也越小。②环境因素：养护条件和使用条件。受荷前养护的温湿度越高，徐变就越小；受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。③应力因素第2章混凝土结构材料的物理力学性能212.1混凝土的物理力学性能徐变对结构设计的影响：①使钢筋混凝土构件截面产生内力重分布；②使受弯构件和偏压构件的变形加大；③使预应力混凝土构件产生预应力损失。混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形）重复荷载下的应力-应变曲线破坏fcf321疲劳强度fc•fcf的确定原则：100×100×300或150×150×450的棱柱体试块承受200万次（或以上）循环荷载时发生破坏的最大压应力值第2章混凝土结构材料的物理力学性能222.2钢筋的物理力学性能1钢筋的种类及符号说明常见的钢筋§2.2钢筋的物理力学性能第2章混凝土结构材料的物理力学性能232.2钢筋的物理力学性能1钢筋的种类及符号说明常见的钢筋第2章混凝土结构材料的物理力学性能242.2钢筋的物理力学性能1钢筋的种类及符号说明§2.2钢筋的物理力学性能R第2章混凝土结构材料的物理力学性能252.2钢筋的物理力学性能1钢筋的种类及符号说明§2.2钢筋的物理力学性能第2章混凝土结构材料的物理力学性能26AB’BCDE上屈服点不稳定下屈服点出现颈缩拉断BC段为屈服平台CD段为强化段0.2%0.2标距有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同2钢筋的强度与变形D——极限抗拉强度E——极限应变取残余应变为0.2%所对应的应力作为无明显流幅钢筋的强度限值，通常称为条件屈服强度。2.2钢筋的物理力学性能第2章混凝土结构材料的物理力学性能272.2钢筋的物理力学性能钢筋的塑性性能（1）延伸率：（2）冷弯性能：延伸率越大，钢筋的塑性和变形能力越好。100%lll弯心直径越小，弯过的角度越大，冷弯性能越好，钢筋的塑性性能越好。第2章混凝土结构材料的物理力学性能282.2钢筋的物理力学性能3钢筋的应力—应变简化模型（1）理想弹塑性模型（2）三段线性模型第2章混凝土结构材料的物理力学性能29重复荷载作用下，钢筋的强度静载作用下的强度规定的应力幅度内，经一定次数的重复荷载后，发生疲劳破坏的最大应力值称为疲劳强度。对钢筋用疲劳应力幅来表示其疲劳强度。试验方法单根钢筋的轴拉疲劳钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯4钢筋的疲劳2.2钢筋的物理力学性能第2章混凝土结构材料的物理力学性能302.2钢筋的物理力学性能5混凝土结构对钢筋性能的要求（1）钢筋的强度（2）钢筋的塑性（3）钢筋的可焊性（4）钢筋与混凝土的粘结第2章混凝土结构材料的物理力学性能312.3钢筋与混凝土的粘结与锚固1粘结应力的意义定义：钢筋与混凝土接触面上产生的沿钢筋纵向的剪应力。粘结强度：粘结失效时的最大（平均）粘结应力。粘结强度的测试§2.3混凝土与钢筋的粘结第2章混凝土结构材料的物理力学性能322.3钢筋与混凝土的粘结与锚固1粘结应力的意义粘结作用§2.3混凝土与钢筋的粘结轴心受拉构件开裂前粘结应力的分布开裂后裂缝间粘结应力分布第2章混凝土结构材料的物理力学性能332.3钢筋与混凝土的粘结与锚固2粘结应力的组成钢筋与混凝土表面的化学胶着力；钢筋与混凝土接触面的摩擦力；钢筋与混凝土表面凹凸不平的机械咬合力。光面钢筋变形钢筋第2章混凝土结构材料的物理力学性能341.3钢筋与混凝土的粘结与锚固①混凝土的强度；②钢筋的外形；③混凝土的保护层厚度及钢筋间距；④横向配筋的数量；⑤锚固区的横向压力；⑥浇注混凝土时钢筋所处位置。4影响粘结强度的因素第2章混凝土结构材料的物理力学性能352.3钢筋与混凝土的粘结与锚固5钢筋的锚固与搭接粘结的构造措施最小搭接长度和锚固长度钢筋最小间距和混凝土最小保护层厚度的要求钢筋搭接范围内应加密箍筋钢筋端部设置弯钩第2章混凝土结构材料的物理力学性能362.3钢筋与混凝土的粘结与锚固5钢筋的锚固与搭接粘结的构造措施依靠钢筋自身的性能无法满足锚固要求，采用机械锚固措施。通过绑扎搭接、焊接或机械连接，将一根钢筋所受的力传给另一根钢筋。