《混凝土结构设计原理》第1章.ppt

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第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土第一章第一章钢筋和混凝土材料的钢筋和混凝土材料的力学性能力学性能主要内容：

主要内容：

混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结重点：

重点：

钢筋的级别、强度和变形性能钢筋的级别、强度和变形性能混凝土的强度和变形性能混凝土的强度和变形性能粘结破坏机理粘结破坏机理第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土1.11.1混凝土混凝土一、混凝土的强度一、混凝土的强度混凝土立方抗压强度混凝土立方抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度150150150150150450100100500第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土（混凝土结构中，主要是利用它的混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度抗压强度。

因此抗压强。

因此抗压强度是混凝土力学性能中度是混凝土力学性能中最主要最主要和和最基本的指标最基本的指标）（11）立方体抗压强度标准值：

立方体抗压强度标准值：

立方体抗压强度标准值：

立方体抗压强度标准值：

边长边长150mm立方体标准立方体标准试件，在标准条件下（试件，在标准条件下（203，90%湿度）养护湿度）养护28天，天，用标准试验方法（加载速度用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端，两端不涂润滑剂）测得的不涂润滑剂）测得的具有具有95%保证率保证率的立方体抗压强的立方体抗压强度。

度。

fcu,k=fcu,m（1-1.645）。

1.11.1混凝土混凝土一、混凝土的强度一、混凝土的强度1111、立方体抗压强度、立方体抗压强度、立方体抗压强度、立方体抗压强度ffcucu，立方体抗压强度标准值，立方体抗压强度标准值，立方体抗压强度标准值，立方体抗压强度标准值ffcu,kcu,k第二章钢筋和混凝土的材料性能

（2）混凝土的强度等级：

混凝土的强度等级：

规范是根据混凝土立规范是根据混凝土立方体抗压强度标准值来划分的。

从方体抗压强度标准值来划分的。

从C15C80共划分为共划分为14个强度等级（如个强度等级（如C30表示表示fcu,k=30N/mm2），级差为，级差为5N/mm2。

（3）非标准试块强度换算系数：

非标准试块强度换算系数：

200mm200mm200mm:

1.05；100mm100mm100mm:

0.95。

套箍效应套箍效应:

不涂润滑油不涂润滑油涂润滑油涂润滑油未采取减摩措施未采取减摩措施采取减摩措施后采取减摩措施后第二章钢筋和混凝土的材料性能第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土22、轴心抗压强度、轴心抗压强度fc（1111）轴心抗压强度的概念：

轴心抗压强度的概念：

轴心抗压强度的概念：

轴心抗压强度的概念：

也称棱柱体抗压强度也称棱柱体抗压强度（用符号（用符号fc表示）表示），是用高宽比为，是用高宽比为34的棱柱体试件测的棱柱体试件测得的抗压强度，我国标准得的抗压强度，我国标准常用常用150150450的棱柱体的棱柱体试件。

试件。

（2222）棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系结构混凝土强度结构混凝土强度与试块混凝土强与试块混凝土强度的比值度的比值脆性影响脆性影响系数系数棱柱体强度棱柱体强度与立方体强与立方体强度之比值度之比值第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土c1和和c2的取的取值值混凝土混凝土强度强度等级等级C40C45C50C55C60C65C70C75C80c10.760.760.760.770.780.790.800.810.82c21.000.9840.9680.9510.9350.9190.9030.8870.87第二章钢筋和混凝土的材料性能拉压压劈裂试验劈裂试验（由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈劈裂试验裂试验测定混凝土的抗拉强度测定混凝土的抗拉强度）劈拉强度劈拉强度劈拉强度劈拉强度劈拉试验FdF33、轴心抗拉强度、轴心抗拉强度ft第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系0102030405060708090100123456GBJ10-89规范规范55.0395.0cu,mt,mff=3/226.0cu,mt,mff=轴心抗拉强度试验轴心抗拉强度试验轴心抗拉强度标准值轴心抗拉强度标准值第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土第二章钢筋和混凝土的材料性能44、混凝土强度的标准值、混凝土强度的标准值（11）规范规定材料强度的标准值规范规定材料强度的标准值fk应具有不小于应具有不小于95%的保证率的保证率（33）轴心抗压强度标准值轴心抗压强度标准值（44）轴心抗拉强度标准值轴心抗拉强度标准值（22）立方体抗压强度标准值立方体抗压强度标准值fcu,k=fcu,m（1-1.645）第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土例例已知已知fcu,m=30MPa,=0.14，求，求fcu,k和和fckfcu,k=fcu,m（1-1.645）=23.09MPafc,m=0.76fcu,mfck=fc,m（1-1.645）0.881.0=0.76fcu,m（1-1.645）0.881.0=15.44MPa2.392.392.642.642.992.993.113.11桥规桥规桥规桥规第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土二、混凝土破坏机理二、混凝土破坏机理fc棱柱体棱柱体棱柱体棱柱体立方体立方体立方体立方体第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土三、复杂应力下混凝土的受力性能三、复杂应力下混凝土的受力性能（实际结构中，混凝土（实际结构中，混凝土很少很少处于单向受力状态。

处于单向受力状态。

更多更多的是的是处于双向或三向受力状态。

）处于双向或三向受力状态。

）双向受压强度双向受压强度大于大于单单向受压强度，向受压强度，最大强最大强度发生在度发生在两个压应力两个压应力之比为之比为0.30.6之间，之间，约为约为（1.251.60）fc。

（1111）双向受压（第三象限）双向受压（第三象限）双向受压（第三象限）双向受压（第三象限）1111双轴应力状态双轴应力状态双轴应力状态双轴应力状态第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土任意应力比情况下，任意应力比情况下，其强度均不超过其强度均不超过相应的单轴相应的单轴强度。

强度。

并且抗压强度或抗拉强度均随并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力另一方向拉应力或压应力的增加而减小。

或压应力的增加而减小。

（2222）一轴受压一轴受拉（第二、四象限）一轴受压一轴受拉（第二、四象限）一轴受压一轴受拉（第二、四象限）一轴受压一轴受拉（第二、四象限）（3333）双轴受拉（第一象限）双轴受拉（第一象限）双轴受拉（第一象限）双轴受拉（第一象限）任意应力比情况下，任意应力比情况下，其强度其强度均均与单轴抗拉强与单轴抗拉强度度相近相近。

第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土（构件受剪或受扭时常遇到）（构件受剪或受扭时常遇到）2222剪应力剪应力剪应力剪应力和正应力和正应力和正应力和正应力共同作用下的复合受力情况共同作用下的复合受力情况共同作用下的复合受力情况共同作用下的复合受力情况混凝土的强度：

混凝土的强度：

混凝土的强度：

混凝土的强度：

拉拉拉拉-剪剪剪剪：

抗拉、抗剪强度都降低；：

抗拉、抗剪强度都降低；压压压压-剪剪剪剪：

当：

当时，抗剪强度随压应力提高而增大；时，抗剪强度随压应力提高而增大；当当时，抗剪抗压强度均降低。

时，抗剪抗压强度均降低。

/fc/fc第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土（实际工程遇到较多的实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱和和钢管混凝土柱钢管混凝土柱中的中的混混凝土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。

）条件进行。

）33三轴应力状态三轴应力状态一次短期荷载下一次短期荷载下受力变形受力变形砼变形砼变形多次重复荷载下多次重复荷载下收缩变形收缩变形体积变形体积变形膨胀膨胀变形变形四、混凝土的变形四、混凝土的变形第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土11、一次短期荷载下的变形一次短期荷载下的变形一次短期荷载下的变形一次短期荷载下的变形在普通试验机上采用在普通试验机上采用等应力速度等应力速度加载，加载，达到轴心达到轴心抗压强度抗压强度fc时，时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得曲线的只能测得曲线的上升段。

上升段。

（1111）单轴单调单轴单调单轴单调单轴单调受压时的应力受压时的应力受压时的应力受压时的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系（常采用棱柱体试件来测定常采用棱柱体试件来测定）第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土（2222）测定混凝土应力测定混凝土应力测定混凝土应力测定混凝土应力-应变全曲线的试验装置应变全曲线的试验装置应变全曲线的试验装置应变全曲线的试验装置采用采用等应变速度等应变速度加载，加载，在试件旁附设高弹性元件在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得曲线的测得曲线的下降段。

下降段。

02468102030s（MPa）e10-3第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土BACEDA点以前点以前，微裂缝没有，微裂缝没有明显发展，混凝土的变明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。

应变关系近似直线。

A点应力随混凝土强度点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通的提高而增加，对普通强度混凝土强度混凝土A约为约为（0.30.4）fc，对高强，对高强混凝土混凝土A可达可达（0.50.7）fc。

A点以后点以后，由于微裂缝，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增部分塑性变形，应变增长开始加快，应力长开始加快，应力-应应变曲线逐渐偏离直线。

变曲线逐渐偏离直线。

微裂缝的发展导致混凝微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。

但土的横向变形增加。

但该阶段微裂缝的发展是该阶段微裂缝的发展是稳定的。

稳定的。

混凝土在结硬过程中，混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄缝，成为混凝土中的薄弱部位。

混凝土的最终弱部位。

混凝土的最终破坏就是由于这些微裂破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。

缝的发展造成的。

达到达到B点，内部一些微点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。

在始由压缩转为增加。

在此应力的长期作用下，此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导裂缝会持续发展最终导致破坏。

取致破坏。

取B点的应力点的应力作为混凝土的长期抗压作为混凝土的长期抗压强度。

普通强度混凝土强度。

普通强度混凝土B约为约为0.8fc，高强强度混，高强强度混凝土凝土B可达可达0.95fc以上。

以上。

达到达到C点点fc，内部微裂缝，内部微裂缝连通形成破坏面，应变连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，增长速