钢筋混凝土结构--混凝土材料的力学性能

钢筋混凝土结构§2.1混凝土材料的力学性能(一)混凝土的强度1.立方体抗压强度2.轴心抗压强度3.轴心抗拉强度4.复合应力状态下的混凝土强度(二)混凝土的变形1.混凝土在一次短期加载时的变形2.混凝土的弹性模量和变形模量3.混凝土在长期作用下的变形——徐变4.混凝土的收缩§2.1混凝土材料的力学性能依你们现在的知识，混凝土强度主要取决于谁？取决于哪个部位？水泥砂子石子问题一：水泥浆体骨料水泥浆—骨料粘结水§2.1混凝土材料的力学性能(一)混凝土的强度1.立方体抗压强度2.轴心抗压强度3.轴心抗拉强度4.复合应力状态下的混凝土强度(二)混凝土的变形1.混凝土在一次短期加载时的变形2.混凝土的弹性模量和变形模量3.混凝土在长期作用下的变形——徐变4.混凝土的收缩§2.1混凝土材料的力学性能1、立方体抗压强度a.定义立方体抗压强度是指按照标准制作方法制作养护的边长150mm立方体试件，用标准试验方法测得的抗压强度。标准制作方法：温度20±3℃，湿度≥90%,养护28天。标准试验方法：加载速度0.3～0.5N/mm2/s;两端不涂润滑剂;测得的具有95%保证率的立方体抗压强度。§2.1混凝土材料的力学性能用符号C表示，C30表示fcu,k=30N/mm2《规范》根据强度范围，从C15～C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。与原《规范GBJ10-89》相比，混凝土强度等级范围由C60提高到C80。C50以上为高强混凝土。1、立方体抗压强度a.定义立方体抗压强度是指按照标准制作方法制作养护的边长150mm立方体试件，用标准试验方法测得的抗压强度。§2.1混凝土材料的力学性能试验录像§2.1混凝土材料的力学性能b.影响因素①原材料品质水泥强度越高，混凝土的强度也就越高。一般应使水泥的抗压强度等级不低于要求的混凝土强度等级的1.5～2倍。一般承重结构应采用抗压强度检验指标不低于40N/mm2的水泥。骨料对混凝土强度也有显著影响石子这种影响与水灰比的影响互相关连。石子的粒径对混凝土的强度也有影响。砂的粗细程度，会直接影响混凝土的性质，砂的表面需要水泥浆包裹，砂越粗，水泥用量就越少，但密实差。§2.1混凝土材料的力学性能砂的颗粒级配（a）（b）（c）§2.1混凝土材料的力学性能b.影响因素②配合比※水灰比愈大，多余水分愈多，留下孔隙也愈多，混凝土强度也就愈低。反之则混凝土强度愈高。一般控制在0.3～0.6之间。※骨灰比（骨料重量与水泥重量之比）对C35以上的混凝土强度影响较大。在相同水灰比和塌落度下，混凝土强度随骨灰比的增大而提高。§2.1混凝土材料的力学性能b.影响因素③试件尺寸※试件尺寸越小时，测得的抗压强度越高当采用边长200mm立方体时，测小了，要×1.05的系数当采用边长100mm立方体时，测大了，要×0.95的系数④养护环境※温度越高，早期强度越大夏天气温为30～35℃，10天的强度可达28天强度的80％冬天气温为5～10℃，28天的强度只能达正常条件≤80％※在潮湿环境中强度增长可延续若干年（⑤龄期）在干燥环境中强度增长则受到影响§2.1混凝土材料的力学性能环境影响因素C25§2.1混凝土材料的力学性能b.影响因素⑥试验方法表面涂润滑剂，测得的砼抗压强度变小加速度越快，测得的砼强度高截面局部受压时要比全截面受压时的砼强度高§2.1混凝土材料的力学性能形状影响试件的应力分布高宽比影响§2.1混凝土材料的力学性能2.轴心抗压强度fc棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为：cucucucffff76.0)002.066.0(a、定义制作方法及试验方法与前面一样，只不过构件尺寸不一样。棱柱体试件高宽比一般为h/b=2～3，我国通常取150mm×150mm×300mm、150mm×150mm×450mm的棱柱体试件。b、取值§2.1混凝土材料的力学性能试验录像§2.1混凝土材料的力学性能a.直接法50015015010016轴心受拉试验混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，一般为抗压强度的1/8～1/20左右b.间接法3.轴心抗拉强度ft，s§2.1混凝土材料的力学性能试验录像§2.1混凝土材料的力学性能3/223.0cutsff劈拉试验PdP拉压压22dPfts3.轴心抗拉强度ft，sdlPfts2§2.1混凝土材料的力学性能4.双轴应力状态BiaxialStressState§2.1混凝土材料的力学性能最大受压强度发生在两个压应力之比为0.5或2时，约为1.27fc。a、压－压作用一向的强度随另一向压应力的增加而增加。§2.1混凝土材料的力学性能b、拉－压作用任意应力比情况下均不超过其相应单轴强度。并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小。c、拉－拉作用两向应力相互影响不大，混凝土的双向受拉强度接近于单向强度。4.双轴应力状态BiaxialStressState§2.1混凝土材料的力学性能d、剪应力－正应力共同作用下的复合受力情况混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小随压应力增大而增大当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大；压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。§2.1混凝土材料的力学性能问题二同一批混凝土试块（尺寸相同），若测得的砼强度相等，试排列三个微元体中σ1、σ2、σ3的大小顺序。σ1σ1σ2σ2σ3σ3§2.1混凝土材料的力学性能5.三轴应力状态TriaxialStressState三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。214ccff§2.1混凝土材料的力学性能混凝土的变形分为两类来研究：受力变形体积变形重复荷载作用下的变形荷载长期作用下的变形一次短期加载下的变形变形温度、湿度变化产生的收缩产生的变形§2.1混凝土材料的力学性能1、混凝土在一次短期加载时的变形§2.1混凝土材料的力学性能02468102030(MPa)e×10-3BACED§2.1混凝土材料的力学性能裂缝发展情况§2.1混凝土材料的力学性能强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。不同强度混凝土的应力－应变曲线§2.1混凝土材料的力学性能◆弹性模量测定方法)N/mm(74.342.21025cucfE§2.1混凝土材料的力学性能eEc=tana弹性模量eEc?=tana?割线模量eEc=tana切线模量弹性系数γ随应力增大而减小γ=1-0.5◆E|=γE§2.1混凝土材料的力学性能3.混凝土的徐变Creepa.定义混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间不断增长的现象称为徐变b.特点早期发展较快，然后趋于稳定§2.1混凝土材料的力学性能c.影响因素内在因素是混凝土的组成和配比。骨料的刚度（弹性模量）越大，体表比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。环境影响包括养护和使用条件。受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（20～35）%。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。应力条件主要是加载龄期，加载龄期越短早期徐变越大。高强混凝土的密实性好，徐变比普通混凝土小得多。但由于高强混凝土承受较高的应力值，初始变形较大，故两者总变形接近。§2.1混凝土材料的力学性能c.影响因素§2.1混凝土材料的力学性能4.混凝土的收缩Shrinkagea.定义混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。b.特点混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。§2.1混凝土材料的力学性能14d28dtesh(2~5)×10-425%50%§2.1混凝土材料的力学性能5.温度变形cEe§2.1混凝土材料的力学性能一钢筋混凝土（C20）构件，当不计温度和端部效应的影响时，假定由于混凝土的收缩缩短了1.5mm,试说明钢筋和混凝土各自的受力情况，试求混凝土是否开裂。讨论