1、混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第
2、2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能：结构材料所能承受的结构材料所能承受的。影响混凝土强度的因素影响混凝土强度的因素内因：水泥强度、骨料特性、级配、水灰比、成型方内因：水泥强度、骨料特性、级配、水灰比、成型方法、龄期、法、龄期、等等；外因：养护环境、试验方法、受力状态、加载速率外因：养护环境、试验方法、受力状态、加载速率等等混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能1.立方体抗压强度和强度等级立方体抗压强度和强度等级a)立方体抗压强度立方体抗压
3、强度 fcu(cube)（单位：（单位：N/mm2、MPa）标准试件标准试件：边长为边长为150mm的的立方体立方体 标准养护条件标准养护条件：温度：温度203、相对湿度、相对湿度90、养护、养护28天天 标准试验方法标准试验方法：标准加载速率、试件表面不涂油在上述条：标准加载速率、试件表面不涂油在上述条 件下测得的抗压强度为件下测得的抗压强度为 fcu。b)混凝土强度等级混凝土强度等级 CXX混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能 按立方体抗压强度按立方体抗压强度标
4、准值标准值划分混凝土的强度等级划分混凝土的强度等级，混凝土混凝土结构设计规范结构设计规范GB50010-2010规定有：规定有：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80，共，共14个等级。个等级。CXX中的中的XX即为即为，单位为，单位为N/mm2。a)压力机垫板的摩擦压力机垫板的摩擦 现象现象：压力机垫板与混凝土试块的：压力机垫板与混凝土试块的弹性模量弹性模量和和横向变形系数横向变形系数不同不同 而产生而产生套箍作用套箍作用混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第
5、第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能 原因原因：试件受压产生纵向压缩、横向膨胀，受压试件的上：试件受压产生纵向压缩、横向膨胀，受压试件的上 下表面受到垫板向内的摩擦力，阻碍试件横向变下表面受到垫板向内的摩擦力，阻碍试件横向变 形，就如在试件上下端设置了一个形，就如在试件上下端设置了一个“套箍套箍”。破坏。破坏时时 试件中部外围混凝土的横向变形受约束小，首先发试件中部外围混凝土的横向变形受约束小，首先发
6、 生剥落。生剥落。影响机理影响机理：“套箍作用套箍作用”约束横向变形约束横向变形限制裂缝开展限制裂缝开展 强度提高。强度提高。思考思考：如果试件的尺寸变小（或变大），这种：如果试件的尺寸变小（或变大），这种“套箍作用套箍作用”对混凝土强度的影响变化？对混凝土强度的影响变化？如果将试件的高度加大如果将试件的高度加大,这种这种“套箍作用套箍作用”对强度对强度的的 影响如何变化？影响如何变化？混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能混凝土立方体强度随龄期的变化混凝土立方体强度
7、随龄期的变化1在潮湿环境下；在潮湿环境下；2在干燥环境下在干燥环境下b)加载速度加载速度加载速度越快，测得强度越高（变形发展不充分）。加载速度越快，测得强度越高（变形发展不充分）。c)龄期与环境条件龄期与环境条件龄期越长、环境越潮湿，强度越高（混凝土强度随时间的龄期越长、环境越潮湿，强度越高（混凝土强度随时间的增长有增长有“先快后慢先快后慢”的规律）。的规律）。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能a)轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）fc标
8、准试件标准试件：150mm 150mm 300mm的的棱柱体棱柱体标准养护条件标准养护条件标准试验方法标准试验方法在上述条件下测得的抗压强度为在上述条件下测得的抗压强度为 b)轴心抗压强度标准值轴心抗压强度标准值 c)轴心抗压强度的工程意义轴心抗压强度的工程意义高宽比对试件的强度有影响高宽比对试件的强度有影响标准棱柱体试件基本消除了标准棱柱体试件基本消除了压力机垫板压力机垫板和和附加偏心影响附加偏心影响多数实际受多数实际受构件的几何尺寸关系倾向于棱柱体构件的几何尺寸关系倾向于棱柱体混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝
9、土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能a)试验结果试验结果 试验值试验值 的统计平均值大致呈线性关系的统计平均值大致呈线性关系b)规范公式（基于强度标准值）规范公式（基于强度标准值）式中：式中：1 1 棱柱体与立方体抗压强度之比（棱柱体与立方体抗压强度之比（C50及以下取及以下取 0.76，C80取取0.82，其间线性内插），其间线性内插）2 2 高强混凝土的高强混凝土的（C40及以下取及以下取 1.0，C8
10、0取取0.87，其间线性内插），其间线性内插）考虑实际构件与试件间差异（制作、养护、考虑实际构件与试件间差异（制作、养护、运输和受力条件等）引入的运输和受力条件等）引入的kcu,21ck88.0ff混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能 美国、日本、欧洲混凝土协会（美国、日本、欧洲混凝土协会（CE
11、B）试件试件 直径直径6in高高12in（直径（直径152mm高高305mm）的圆柱）的圆柱体体与与 fcu,k 的换算关系的换算关系式中：式中：C60以下以下0.79，C60取取0.833，C70取取0.857，C80取取0.875ckcu,kff 混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能a)试验方法试验方法直拉试验、劈裂试验直拉试验、劈裂试验直拉与劈裂试验方法结果的比较直拉与劈裂试验方法结果的比较n劈拉强度略大于直拉强度；劈拉强度略大于直拉强度；n劈拉强度与试件尺寸
12、有关；直拉强度受试件对中、劈拉强度与试件尺寸有关；直拉强度受试件对中、局部粘局部粘结情况等因素影响较大，不易控制。结情况等因素影响较大，不易控制。b)试验结论试验结论混凝土混凝土轴心抗拉强度轴心抗拉强度约为约为立方体抗压强度的立方体抗压强度的1/20 1/8，随混凝土强度等级的提高，随混凝土强度等级的提高，ft/fcu的比值下降。的比值下降。ftk与与 fcu,k的关系的关系245.00.55kcu,tk)645.11(395.088.0ff混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的
13、物理力学性能返回返回AFf/st,dlFf/2st,混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能 平面应力状态平面应力状态混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能1.平面主应力状态平面主应力状态混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理
14、力学性能 双向受压应力状态下双向受压应力状态下 相互约束了横向变形，相互约束了横向变形，混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能拉压应力状态下拉压应力状态下 拉应力加大了另一向的受压横向变形，拉应力加大了另一向的受压横向变形，混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能双向受拉应力状态下双向受拉应力状态下 相互影响不大，相互影响不大，混凝土结构基本原
15、理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能Kupfer曲线曲线混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能双向受压应力状态下双向受压应力状态下 相互约束了横向变形相互约束了横向变形拉压应力状态下拉压应力状态下 拉应力加大了另一向的受压横向变形拉应力加大了另一向的受压横向变形双向受拉应力状态下双向受拉应力状态下 相互影响不大相互影响不大混凝土结构基本原理混凝土结构基本原
16、理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能主要特征主要特征a)存在存在时时,抗拉和抗压强度均低于单轴向抗拉抗拉和抗压强度均低于单轴向抗拉 f t 和抗压强和抗压强度度 f cb)压应力压应力0.6 f c 时时，抗剪强度随压应力，抗剪强度随压应力的增大（或轴向的增大（或轴向拉应力的减小）而增大拉应力的减小）而增大c)压应力压应力 0.6 f c 后后，抗剪强度随压应力，抗剪强度随压应力的增大而减小的增大而减小d)当压应力或拉应力当压应力或拉应力 0时时，抗剪强度，抗剪强度 0.1 f c 混凝土结构基本原
17、理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能a)侧向压应力侧向压应力f L约束了混凝土的横向变形，限制约束了混凝土的横向变形，限制 了裂缝的形成和发展了裂
18、缝的形成和发展c)当侧向压应力当侧向压应力f L较低时，上式中的侧向压应力较低时，上式中的侧向压应力d)系数值较高。系数值较高。b)当侧向压应力当侧向压应力f L不很大时，不很大时，f cc 的的经验公式经验公式为：为：f cc=f c+(4.57.0)f L混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能
19、混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能预备概念预备概念体积变形体积变形：硬化过程中的收缩及随温、湿度变：硬化过程中的收缩及随温、湿度变化产生的变形。化产生的变形。一次短期加载、荷载长期作用或多一次短期加载、荷载长期作用或多次重复荷载作用下的变形。次重复荷载作用下的变形。混凝土结构基本原理混凝土结构
20、基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能采用棱柱体试件，用具有伺服装置的试验机获得应力采用棱柱体试件，用具有伺服装置的试验机获得应力应变曲线的下降段。应变曲线的下降段。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能（）返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物
21、理力学性能b)受压应力应变全曲线的特征受压应力应变全曲线的特征上升段上升段混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能（）返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能下降段下降段混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能（）
22、返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能a)E.Hognestad（美国）模型（美国）模型b)Rsch（德国）模型（德国）模型u0
23、0u0c0200c15.012ffu0c0200c 2ff混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能式中：式中：uc0c0c0ccc11ffn22)50(6012kcu,时取当nnfn5kcu,010)50(5.0002.0f5kcu,cu10)50(0033.0f（0 0大于等于0.002）（cucu小于等于0.0033）混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材
24、料的物理力学性能横向压应力（约束）限制了裂缝的开展，混凝横向压应力（约束）限制了裂缝的开展，混凝土的土的抗压强度和延性抗压强度和延性越强越强横向压应力越大），强度和延横向压应力越大），强度和延性的性的主动约束：主动约束：如如侧向施加液体压力侧向施加液体压力。被动约束：被动约束：如如箍筋箍筋、钢管钢管所提供的约束。所提供的约束。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能主动约束主动约束)返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023
25、年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能工程中采用的被动约束方式工程中采用的被动约束方式混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能弹性材料：弹性材料：混凝土：混凝土：cc 弹性模量弹性模量 Ec 变形模量变形模量（割线模量）（割线模量）混凝土结构基本原理混
26、凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能应力应变曲线过原点切线的斜率应力应变曲线过原点切线的斜率：应力应变曲线上任意一点割线的斜率应力应变曲线上任意一点割线的斜率：曲线上任意一点切线的斜率曲线上任意一点切线的斜率：c0=tgEaecc1ccccetgEE ccctgdEd混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能反映近似弹性状态下的应力应变反映近似弹性状态下的应力应变
27、关系关系近似近似反映混凝土应力应变关系反映混凝土应力应变关系反映某一应力点应力增量应变增反映某一应力点应力增量应变增量关系量关系对于给定的应力应变曲线，对于给定的应力应变曲线，有：，有：Ec 混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能从应力应变从应力应变（）曲线上）曲线上测定测定 Ec 有困难有困难规范方法规
28、范方法：棱柱体试件，应力为棱柱体试件，应力为 下，下，重复加载重复加载510次次，残余变形趋于稳定，残余变形趋于稳定,曲线曲线 斜直斜直线（平行于过原点的切线）线（平行于过原点的切线）根据根据实测值实测值的的统计分析统计分析,Ec 与与 fcu,k 有下述关系：有下述关系：Ec 的测定的测定c5.0 f)mmN(7.342.2102kcu,5cfE混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能返回返回Ec 的测定方法的测定方法混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本
29、原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能 具有如下特征：具有如下特征：形状与受压时近似，亦可分为形状与受压时近似，亦可分为上升段上升段和和下降段下降段应力峰值点应力峰值点对应的应变对应的应变 e e0t=7511510 6下降段比受压更陡，下降段比受压更陡，混凝土强度越高，陡峭程混凝土强度越高，陡峭程度越大度越大受拉弹性模量与受压弹性模量基本相等，即受拉弹性模量与受压弹性模量基本相等，即 Et Ec混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材
30、料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能结构或构件承受的荷载或应力不变，而应变或变形随时结构或构件承受的荷载或应力不变，而应变或变形随时间增长的现象。间增长的现象。在荷载在荷载混凝土的变形性能主要与混凝土的混凝土的变形性能主要与混凝土的徐变特性有关徐变特性
31、有关。加载时，加载时，瞬时应变瞬时应变 （elastic）持荷时，持荷时，徐变应变徐变应变卸荷时，卸荷时，瞬时恢复应变瞬时恢复应变cecrce41cecrcr徐变系数徐变系数ce 弹性后效弹性后效cr残余应变残余应变混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能内在原因：内在原因：凝胶体的粘性流动性质凝胶
32、体的粘性流动性质环境原因：环境原因：水泥水化作用程度水泥水化作用程度应力原因：应力原因：微裂缝的不断发展微裂缝的不断发展3.影响徐变的因素影响徐变的因素a)时间因素时间因素荷载作用时间越长，徐变越大荷载作用时间越长，徐变越大初期增长较快，后期逐渐减慢，最后趋于稳定初期增长较快，后期逐渐减慢，最后趋于稳定b)应力大小应力大小应力越大，徐变越大，反之越小应力越大，徐变越大，反之越小线性徐变线性徐变 非收敛徐变非收敛徐变cc5.0fccc8.05.0ffcc8.0f非线性徐变非线性徐变混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土
33、结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能d)混凝土组成成分的影响混凝
34、土组成成分的影响水泥用量越大，徐变越大水泥用量越大，徐变越大水灰比大，徐变大水灰比大，徐变大骨料越坚硬，徐变越小骨料越坚硬，徐变越小e)制作、养护条件的影响制作、养护条件的影响振捣充分，徐变小；振捣充分，徐变小；养护温度高、湿度大，徐变小养护温度高、湿度大，徐变小f)受荷环境条件的影响受荷环境条件的影响受荷环境温度高、湿度低时，徐变大受荷环境温度高、湿度低时，徐变大g)构件尺寸的影响构件尺寸的影响h)钢筋用量的影响钢筋用量的影响加载龄期越早，徐变越大加载龄期越早，徐变越大构件尺寸大，徐变小构件尺寸大，徐变小配筋率高，徐变小配筋率高，徐变小混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混
35、凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能疲劳破坏疲劳破坏：混凝土在荷载重复作用下引起的破：混凝土在荷载重复作用下引起的破坏。坏。疲劳破坏特征疲劳破坏特征：裂缝小而变形大裂缝小而变形大混凝土疲劳抗压强度总是小于单调加载下的混混凝土疲劳抗压强度总是小于单调加载下的混凝土单轴抗压强度凝土单轴抗压强度混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结
36、构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能加载应力加载应力小于小于(fatigue)一次加、卸载形成封闭的环状一次加、卸载形成封闭的环状。多次加、卸载循环后，加、卸载环逐渐密合，最终密多次加、卸载循环后，加、卸载环逐渐密合，最终密合成斜直线（测定合成斜直线（测定弹性模量弹性模量Ec）可可加卸载几百万加卸载几百万次不破坏。次不破坏。加载应力加载应力大于大于应力应变曲线由凸向应力轴逐渐转变为斜直线，最应力应变曲线由凸向应力轴逐渐转变为斜直线，最后转变为凸向应变轴，加、卸载不能形成封闭环后转变为凸向应变轴，加、卸载不能形成封闭环。应力应变
37、曲线倾角不断减小，至荷载重复到某一次应力应变曲线倾角不断减小，至荷载重复到某一次数时，混凝土因严重开裂或变形过大而导致破坏。数时，混凝土因严重开裂或变形过大而导致破坏。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能a)疲劳抗压强度的定义疲劳抗压强度的定义试验测定时采用试验测定时采用100mm100mm30
38、0mm或或150mm 150mm450mm的棱柱体的棱柱体能使棱柱体试件承受能使棱柱体试件承受200万次或其以上循环荷载而发万次或其以上循环荷载而发生破坏的压应力值称为混凝土的生破坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度疲劳抗压强度b)疲劳强度设计值疲劳强度设计值应由应由混凝土强度设计值混凝土强度设计值乘以相应的疲劳乘以相应的疲劳强度修正系数强度修正系数g gr r确定确定的取值与疲劳应力比值的取值与疲劳应力比值有关有关随随的减小而降低的减小而降低fmaxc,fminc,fc混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料
39、的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能强度强度种类种类 混凝土强度等级混凝土强度等级返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能 混凝土凝结硬化时混凝土凝结硬化时在空气中体积收缩在空气中体积收缩有凝缩、干缩有凝缩、干缩发生规律为：发生规律为：先快后慢先快后慢最终的最终的收缩值收缩值 0.00020.
40、0005在水中体积膨胀在水中体积膨胀通常收缩值远大于膨胀通常收缩值远大于膨胀主要的影响因素有：主要的影响因素有：水泥品种、水泥用量、骨料性质、水泥品种、水泥用量、骨料性质、混凝土制作方法、养护条件、使用环境、构件的体表比混凝土制作方法、养护条件、使用环境、构件的体表比混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理
41、力学性能 混凝土的温度线膨胀系数为混凝土的温度线膨胀系数为1.01.5105/混凝土能自由收缩和温度混凝土能自由收缩和温度 不会产生任何强制不会产生任何强制应力应力只有在有约束条件下，混凝土的只有在有约束条件下，混凝土的受到限制时才会受到限制时才会导致强制应力导致强制应力构件可能开裂构件可能开裂举例：举例：.。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能 按化学成分按化学成分1.碳素钢碳素钢a)根据含碳量的多少，又可分为根据含碳量的多少，又可分为低碳钢低碳钢、中碳钢中碳钢、
42、高碳钢高碳钢b)含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性降低含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性降低2.普通低合金钢普通低合金钢合金元素使得钢材的合金元素使得钢材的强度提高强度提高、性能改善性能改善应严格控制有害成分应严格控制有害成分硫硫（S，使钢具有，使钢具有热脆性热脆性）、）、磷磷（P使钢使钢具有具有冷脆性冷脆性）混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能按钢筋加工的方法按钢筋加工的方法1.热轧钢筋热轧钢筋（hot-rolled steel bar）根据根据屈服强度标准值
43、屈服强度标准值 fyk，又可分为：，又可分为：a)HPB300级级（级级）光圆光圆 b)HRB335级级（级级）月牙纹月牙纹c)HRBF335级级（级级）月牙月牙纹纹c)HRB400级级（级级）月牙纹月牙纹d)HRBF400级级（级级）月牙月牙纹纹d)RRB400级级（余热处理（余热处理 级，符号级，符号3 3R）月牙纹月牙纹e)HRB500级级（级级）月牙纹月牙纹 HRBF500级级（级级）月牙纹月牙纹混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能热轧钢筋可再加工（如热轧钢
44、筋可再加工（如冷轧冷轧、热处理）成其它品、热处理）成其它品种的钢筋种的钢筋2.钢丝（钢丝（steel wire）3.钢铰线钢铰线（strand）4.热处理钢筋热处理钢筋（heat-treated steel bar）混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋采用普通低碳钢、优质碳素钢或
45、低合金钢热轧盘圆为母材，采用普通低碳钢、优质碳素钢或低合金钢热轧盘圆为母材，经冷轧减径后在其表面冷轧成具有三面或两面月牙形横肋的钢筋经冷轧减径后在其表面冷轧成具有三面或两面月牙形横肋的钢筋二面肋二面肋三面肋三面肋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋混凝土结
46、构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能1.普通钢筋普通钢筋 据其外形又可分为：据其外形又可分为：a)光圆钢筋（光圆钢筋（plain bar）如如级钢筋级钢筋b)带肋钢筋（带肋钢筋（ribbed bar，ribbed reinforced bar）如如、级钢筋级钢筋（常又称为（常又称为变形钢筋，变形钢筋，deformed bar）肋纹可以是：肋纹可以是：人字纹人字纹、螺纹螺纹、月牙纹月牙纹、竹节纹竹节纹2.劲性钢筋（各种型钢、钢轨、或型钢与钢筋焊成的骨架）劲性钢筋（各种型钢、钢
47、轨、或型钢与钢筋焊成的骨架）混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能采用采用级级钢筋的剪力墙钢筋的剪力墙混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能级级钢筋盘圆钢筋盘圆混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能月牙纹钢筋月牙纹钢
48、筋返回返回混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能c)屈服台阶屈服台阶BC 应力基本不变，应力基本不变，应变急速增长。应变急速增长。d)强化段强化段CD 应变增长较快，应变增长较快，应力有一定幅度的增应力有一定幅度的增长。长。极限应力点极限应力点D是是确定确定极限强度极限强度的依据。的依据。a)上升段上升段OA 应 力 和 应 变 成应 力 和 应 变 成比例变化，比例变化，A点为点为比比例极限例极限。通过钢筋的应力应变曲线描述通过钢筋的应力应变曲线描述主要是指：热轧钢
49、筋（低碳钢、低合金钢）主要是指：热轧钢筋（低碳钢、低合金钢）1.应力应变曲线的主要特征应力应变曲线的主要特征 e)颈缩段颈缩段DE 应 力 下 降，应应 力 下 降，应变仍然增长，出现变仍然增长，出现颈颈缩现象缩现象。b）上升段）上升段AB A点以后点以后，应变，应变较应力增长快。较应力增长快。B点点为屈服上限，其值通为屈服上限，其值通常不稳定；常不稳定；B点为点为屈屈服下限服下限，它是确定，它是确定屈屈服强度服强度的依据。的依据。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月11日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性
50、能2.屈服强度屈服强度 fy钢筋屈服后，会产生过大的塑性变形，构件产生不适于钢筋屈服后，会产生过大的塑性变形，构件产生不适于继续承载的过大变形或过宽的裂缝，故继续承载的过大变形或过宽的裂缝，故在钢筋屈服强度在钢筋屈服强度的确定时不能利用钢筋强化段的能力。的确定时不能利用钢筋强化段的能力。和和均匀伸长率均匀伸长率钢筋最大应力（钢筋最大应力（fu）下的伸长值与原长的比率：）下的伸长值与原长的比率：冷弯性能冷弯性能将直径为将直径为d的钢筋按的钢筋按弯心直径弯心直径D弯曲到规定的角度弯曲到规定的角度%ll100混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理2023年年2月月1
