《【2017年整理】混凝土与钢筋的力学性能》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【2017年整理】混凝土与钢筋的力学性能（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1、 混凝土结构设计讲义白绍良 重庆大学土木工程学院2、 钢筋混凝土原理和分析过镇海 时旭东 清华大学出版社3、 现代混凝土结构基本理论及应用贡金鑫 魏巍巍 赵尚传 中国建筑工业出版社第 1 章 混凝土与钢筋的力学性能1.1 混凝土的力学性能组成：水泥、水、细骨料、粗骨料、添加剂加工过程：搅拌、注模、振捣、养护硬化成的一种人工合成材料基本受力特点：复杂的微观内应力、变形和裂缝状态； 1变形的多因素组成； 2应力状态和加载途径对力学性能有很大影响； 3加载时间和环境条件对力学性能有很大影响； 41. 2 单向受力混凝土的力学性能1. 2.1 普通混凝土的抗压强度（C50）1、强度立方体抗压强度：
2、 （中国、英国、德国、俄罗斯等）cuf棱柱体抗压强度：圆柱体抗压强度： （美国、欧洲、日本、新西兰、澳大利亚等）cf2、各强度之间的关系 与 的关系cuf（中国） ； （俄罗斯） ； （欧洲）cc0.76fcuc13045ff cuc(0.85)172ff 与 的关系：cuf表 1-1 与 的强度相对值表cuf立方体试件 圆柱体试件（150mm300mm）边长（mm） 强度等级试件200 150 100 C20C40 C50 C60 C70 C80抗压强度相对值 0.95 1.0 1.05 0.80 0.83 0.86 0.875 0.89 混凝土的平均强度 ，标准强度 和设计强度 的关系c,
3、mfc,kfcf混凝土的强度分布表 1-2 立方体强度混凝土的变异系数cu,kfC15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60C800.21 0.18 0.16 0.14 0.13 0.12 0.12 0.11 0.11 0.10cu,m/f（1.1） （具有 95%的保证率） ,k,1.645（1.2）cu,c/f中国： ccu,kcu,k0.876/1.407fff表 1-2 各国标准中混凝土分项系数 取值c国别 美国 中国 英国 欧洲c1.43 1.4 1.5 1.5注：不同国家 的表达形式有所不同，如美国 1/0.7431. 2. 2 普通混凝土一次加压
4、下的 关系c棱柱体试件一次加压下的 关系 加载至 E 点后的外观c1、曲线的特点 应力较小（ ，图中 A 点） ，应力与应变近似按比例增cc(0.34)f长，塑性变形和微裂缝稍有发展，混凝土的泊松比 ，体0.16.230.5s积应变（ ）为压缩，残余变形很小。v 应力为 时（B 点） ，内部微裂缝发展较多，但cc.4(.89)ff裂缝为稳定发展阶段（荷载不增大裂缝发展停滞） ，变形增大，泊松比 接s近 0.5，体积压缩变形达极植，但试件表面尚无肉眼可看见裂缝。 B 点之后，混凝土内部出现非稳定裂缝，应变和泊松比增长很快，体积压缩变形开始恢复，应力达峰值点 C，相应的应变为峰值应变 。0 曲线进
5、入下降段不久，应力 ，试件中部表面出现可见c(10.9)f裂缝，裂缝细而短，平行于受力方向。 继续增大应变，试件内部骨料和砂浆界面裂缝，以及砂浆内的裂缝不断地延伸、扩展和连通，试件的承载力迅速下降，曲线达 D 点。 裂缝进一步发展，试件中部的混凝土逐步压碎（E 点） 。此时，试件的应变约为 ，残余强度约为（0.40.6） ，在更大的应变下，c0(23) cf混凝土的残余强度仍未完全丧失。2、 关于下降段的讨论 实现下降段的试验方法（由力加载模式转换成位移加载模式）。3、常用的数学模型Hognestad Rsh Kent-Park Sargin, Saenz Hognestad (美国) Rsh
6、（德国）uuccff 0002015. ucf 020 中国（02 规范）uc cncf 00)1(1. 2. 3 高强混凝土的性能主要通过降低水灰比来达到提高混凝土强度的目的。通过添加粉煤灰、硅粉保证混凝土的流动性。对粗骨料的强度有一定要求。1、高强混凝土一次加压下的 关系：c高强混凝土一次加压下的 关系 c2、高强混凝土具有以下特点： 内部的微裂缝出现晚，但一旦出现沿竖向迅速发展、贯通；（7590%） 应力范围基本保持线性，强度越高，线性段越大；cf 比普通混凝土大，可达 0.0025 甚至更大；0 下降段陡，短，强度下降快，脆性、延性差； 进入下降段后的破碎过程呈爆裂形式； 随混凝土强度
7、的提高而提高。 cE我国规范规定 9 度区 C60，8 度 C70。cufcuf1. 2. 4 高性能混凝土纤维（钢纤维、聚丙乙烯纤维）混凝土，自密实混凝土等。1. 2. 5 混凝土受重复加、卸载的性能在实际工程中，由于有可变荷载的作用，结构或构件往往要受到重复加作用(如厂房中的梁)，则混凝土要受到重复应力的作用。目前已经进行了混凝土在多种形式下的重复荷截试验，尽管不能完全模拟结构中的混凝土受力，但可得到一般性的规律和结论。1、 重复加卸、载试验可归纳为以下 5 种：等应变增量完全加卸载 等应变增量半应力卸载等应力循环加截 等应变循环加载加至某一大应变状态下循环2、一般规律和现象 外包络线重复
8、加截下 曲线的外轮廓线与单调加载线十分接近，其峰值应c力以及峰值应力对应的应变与单调加载的无明显区别。 卸载与再加载曲线卸载曲线：开始应力下降快，应变恢复慢。随着应力值的降低，应变恢复加快。再加载曲线：处于上升段时，曲线凸向应力轴没有反向弯曲；处于下降段时，曲线先凸向应变轴后凸向应力轴，有反弯点。 共同点轨迹线从包络线上卸载后再加载其交点为“共同点” ，共同点的轨迹与包络线或单调加载线的形状相似。以上各种加载方式的共同点轨迹与包络线或单调加载曲线的相似比值为： ，平均值 c0.86.93Kc0.89K 稳定点轨迹在预定应变值下重复加卸载，经过一定次数的循环后，混凝土的应力不再下降，残余应变也不
9、再增大，形成的闭合环的上端成为稳定点。稳定点的轨迹线为混凝土低周疲劳的极限包络线。在曲线的上升段，一般重复循环 45 次达稳定点；在曲线的下降段一般重复 710 次达稳定点。稳定点轨迹与包络线相似，其比值为：，s0.8Ks0.51. 2. 6 单向受拉混凝土的性能1、试验方法 轴拉法，劈拉法，弯折法 （a） ； (b)； (c)tpfAt,s2pfAt,f2PLbh，存在换算关系。tt,st,f 与 的关系 tfcu与 的关系tfcu规范 （50010-2002）规定： 0.5tmcum.39ff2、 曲线ctt清华大学过镇海教授给出的试验曲线：混凝土轴拉 曲线ctt 当应力 （A 点）时，混
10、凝土的变形基本按比例增大。t t(0.46)f此后混凝土出现少量塑性变形曲线微凸。 当平均应变达 时，曲线的切线水平，得抗拉强6t,p(7014)度 （C 点） 。tf 随后，试件的承载力很快下降，肉眼观察到试件表面上的裂缝时，曲线已进入下降段（E 点） 。裂缝为横向，细而短，缝宽约为0.040.08mm。 当试件的表面裂缝沿截面周边贯通时，裂缝宽度约为 0.10.2mm。此时截面中央尚残留未开裂面积和裂缝面的骨料咬合作用，试件仍有少量残余承载力约 。裂缝贯穿全截面试件拉断成两截（F 点） 。(0.15)tf受拉截面开裂示意图3、混凝土受拉 模型ctt1. 2. 7 混凝土的抗剪强度1、试验方
11、法 Z 形单剪法，二轴拉压法，薄壁圆筒受扭法，四点受力梁法Z 形单剪法 轴拉、压法 薄壁圆筒受扭法四点受力梁法 与 的关系 ucf与 的关系ucf0.57392、 关系关系曲线1. 2. 8 动力荷载下混凝土的性能在地震作用或结构受到爆炸冲击时，混凝土的性能与静力加载是不同的。通常认为加载速度大于 10-4 mm/s 时为动力加载。 强度变化 动力受压强度与加载速率的关系动力受拉强度与加载速率的关系 弹性模量变化弹性模量与加载速率的关系 变化c混凝土受压 与加载速率的关系c1. 3 混凝土的多轴受力性能在钢筋混凝土结构中，混凝土极少是单轴受力状态，一般的梁、板构件多受弯矩和剪力共同作用，梁柱节
12、点，锚固区、壳体、坝体以及设备基础等混凝土都是二维或三维受力状态，因此，研究混凝土多轴性能具有重要意义。早在 20 世纪初，开始进行混凝土的多轴受压试验，60 年代大力发展核电，建核反应堆安全壳，推动了混凝土多轴性能研究，70 年代出现了一个研究高潮，70 年代末，我国的一些高校研究院开始试验与理论的研究工作。1. 3. 1 试验设备和方法1、常规三轴试验1928 年，美国 Richart 教授利用常规三轴设备完成了混凝土圆柱体的三轴受压试验。这种试验设备可以进行二轴应力状态的试验，但无法进行真三轴 试验和二轴受拉试验。123()Richart 的常规三轴试验设备利用常规三轴设备进行二轴应力状
13、态试验2、真三轴试验混凝土三轴试验装置 存在的问题 试验加载装置不统一； 无统一的试验标准； 通常是等比例加载 ； 试件的尺寸差异较大，立方体试件：边长123(:)C50150mm。导致试验结果的离散性较大。1. 3. 2 混凝土的二轴受力性能1、混凝土的二轴应力状态，Kupfer 的试验（20020050）符号规定： ， ，以受拉为正，受压为负。1231u23u 二轴受压 (/,C0)， 随 的增大提高较快。23/0.c3f23/， 随 的增大而变得平缓。 为（1.251.6）7 c3maxf，发生在 之间。cf23/.06混凝土二轴强度之间的关系， 随应力比提高而降低。23/0.71c3f
14、二轴等压强度： ， 。2/1.0cc(.153)ff 二轴拉/压 混凝土的软化(,)TC加拿大多伦多大学的 Collins , Mitchell and Vecchio 的试验； 。 随应力比 的增大迅速降低。3cf1tf3cf13/混凝土的软化 曲线c多伦多大学提出的混凝土软化模型 二轴受拉 3(/,0)T任意应力比 ，其 和 相近。21.1ft 二轴受压的应力一应变曲线1.3.3 三轴应力状态1、常规三轴受压的性能常规三轴受压的 关系c一般规律：随应力比 的加大要成倍增长，峰值应变的增长幅度更大。3cf13/2、被动约束混凝土 配置圆形螺旋箍筋构件研究结果表明，受被动约束混凝土的强度可以用下式表示： ccfk当 时，箍筋发挥的约束作用达到极限。由y0：syvfyvsccor2fASd 受被动约束混凝土的基本性能提高强度；提高延性； 约束能力达到极限；横向箍筋间距的syvf不同约束效果不同；日本阪神地震震害表明单肢螺旋箍柱存在的不足。 矩形截面构件的约束混凝土矩形截面构件的约束混凝土Mander、Salin Razvi 研究的混凝土强度范围为 30MPa130MPa。 Salin Razvi 的矩形箍筋
