《混凝土的物理力学性能课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土的物理力学性能课件（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 混凝土结构材料的物理力学性能,混凝土的物理力学性能 钢筋的物理力学性能 混凝土与钢筋的粘接,混凝土的物理力学性能,混凝土的强度 混凝土的变形,要点,混凝土的组成结构(自学),混凝土的组成结构,普通混凝土是由水泥、砂、石材料用水拌合硬化后形成的人工石材，是多相复合材料。,.微观结构：也即水泥石结构，包括水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成。 .亚微观结构：即混凝土中的水泥砂浆结构。 .宏观结构：即砂浆和粗骨料两组分体系。,C15、 C30 、 C50、C80,混凝土的强度,认识混凝土,混凝土的强度,混凝土的强度,（1）单向受力状态下混凝土的强度 （2）单向受力状态下混凝土的
2、强度之间的关系 （3）复合受力状态下混凝土的强度,（一）混凝土强度 混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。 混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的,（1）单向受力状态下混凝土的强度,1）立方体抗压强度 边长为150mm的混凝土立方体试件，在标准条件下（温度为203，湿度90%）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/s，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的抗压强度。 规范根据强度范围，从C15C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。,C30的含义？,2）轴心抗压强度,轴心抗压强度由棱柱体试件测得的抗压强度确定
3、。 按标准方法制作的150mml50mm 300mm的棱柱体试件，在温度为20土3和相对湿度为90以上的条件下养护28d，用标准试验方法测得的具有95保证率的抗压强度。 对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。,3）轴心抗拉强度,混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验方法来测定，但由于试验比较困难，目前国内外主要采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。,式中： k为棱柱体强度与立方体强度之比，对不大于C50级的混凝土取0.76，对C80取0.82，其间按线性插值。k2为高强混凝土的脆性折减系数，对C40以下取1.0，对C80取0.87，中间按直线规律变化取
4、值。0.88为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。,fcu,k：立方体抗压强度标准值。 Fck：混凝土轴心抗压强度标准值。,（2）单向受力状态下混凝土的强度之间的关系,1）轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系,混凝土结构设计规范规定轴心抗拉强度标准值与立方体抗压强度标准值的换算关系为：,2）轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系,混凝土的抗拉强度比抗压强度小得多，为抗压强度 。,1）双轴应力状态,实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。,压,拉压,（3）复合受力状态下混凝土的强度, 双向正应力作用,(拉拉) 强度基本不变,(拉压) 强度降低,(压压
5、) 强度增加,1）双轴应力状态,实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。,压,拉压,（3）复合受力状态下混凝土的强度, 双向正应力作用,在平面应力状态下，当两方向应力均为压应力时，抗压强度相互提高，最大可增加27，而当一方向为压应力，另一方向为拉应力时，强度相互降低。,混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小 随压应力增大先增大后减小 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。, 正应力和剪应力作用共同作用,2）三轴受压状态下混凝土的强度,工程应用：约束混凝土,侧向压应力的存在可提高混凝土的
6、延性。,2）三轴受压状态下混凝土的强度,工程应用：约束混凝土,侧向压应力的存在可提高混凝土的延性。,2）三轴受压状态下混凝土的强度,工程应用：约束混凝土,侧向压应力的存在可提高混凝土的延性。,（2）三轴受压状态下混凝土的强度,式中 被约束混凝土的轴心抗压强度； 非约束混凝土的轴心抗压强度； 侧向约束压应力。,侧向压应力的存在可提高混凝土的抗压强度，关系为,混凝土的变形,1、一次荷载短期加载下混凝土的变形 2、一次荷载长期作用下混凝土的变形 3、荷载重复作用下混凝土的变形 4、混凝土的收缩与膨胀 5、混凝土的应力-应变关系 6、混凝土的模量,（二）混凝土的变形,混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收
7、缩、骨料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。,A点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强度混凝土sA约为 (0.30.4)fc ，对高强混凝土sA可达(0.50.7)fc。,（二）混凝土的变形 1、一次荷载短期加载下混凝土的变形,A点以后，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力-应变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是稳定的。,（
8、二）混凝土的变形 1、一次荷载短期加载下混凝土的变形,（二）混凝土的变形 1、一次荷载短期加载下混凝土的变形,达到B点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导致破坏。取B点的应力作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土sB约为0.8fc，高强强度混凝土sB可达0.95fc以上。,（二）混凝土的变形 1、一次荷载短期加载下混凝土的变形,达到C点fc，内部微裂缝连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰值应变 e 0，约为0.002。,（二）混凝土的变形 1、一次荷载短期加载下混凝土的变形
9、,纵向应变发展达到D点，内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。,随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。E点的应变e = (23) e 0，应力s = (0.40.6) fc。,（二）混凝土的变形 1、一次荷载短期加载下混凝土的变形,（二）混凝土的变形 1、一次荷载短期加载下混凝土的变形,不同强度混凝土的应力-应变关系曲线,强度等级越高 线弹性段越长 峰值应变也有所增大 下降段越陡 破坏时脆性越显著 延性越差,2、荷载长期作用下混凝土的变形 混凝土在荷载的长期作用下，其应变或
10、变形随时间而不断增长的现象称为徐变。,混凝土的徐变特性主要与时间参数有关。,如在时间t 卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变eel。由于混凝土弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变eel小于加载时的瞬时弹性应变 eel。再经过一段时间后，还有一部分应变eel可以恢复，称为弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变ecr,4个月徐变增长较快，6个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓慢，23年后趋于稳定。徐变约为瞬时弹性应变的1-4倍。,徐变与时间,当加载应力过高（c 0.8fc） ，徐变变形急剧增加而不再收敛，导致混凝土破坏，一般取 0.75 fc 0.8fc作为混凝土的长期抗压强度。,徐
11、变会使构件的变形增加，在钢筋混凝土截面中引起应力重分布，在预应力混凝土结构中会造成预应力的损失。,徐变的影响因素,徐变对结构的影响,混凝土的级配、水灰比、初始加载龄期、初应力大小，养护使用条件,3、荷载重复作用下混凝土的变形（疲劳变形） 混凝土的疲劳是在荷载重复作用下产生的混凝土在荷载重复作用下引起的破坏称为疲劳破坏。,混凝土在经过一次加卸载循环后将有一部分塑性变形不能恢复，在多次加、卸载过程中这些塑性变形不断积累，但每次循环产生的残余塑性变形将随着循环次数的增加而不断减少。,3、荷载重复作用下混凝土的变形（疲劳变形）,疲劳变形与应力,加卸载应力-应变环会越来越密合应力 fcf 加卸载不能形成
12、封闭环 fcf,3、荷载重复作用下混凝土的变形（疲劳变形）, 疲劳强度的测定 混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用100mm100mm300mm 或着150mm150mm450mm的棱柱体，把棱柱体试件承受200万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疲劳抗压强度。,4、混凝土的收缩 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。 收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。,4、混凝土的收缩, 影响因素 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。 （1）水泥的品种：水泥强度等级越高，
13、制成的混凝土收缩越大。 （2）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。 （3）骨料的性质：骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。 （4）养护条件：干燥失水及高温环境，收缩大。 （5）混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。 （6）使用环境：使用环境温度、湿度越大，收缩越小。 （7）构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。,规范应力-应变关系,上升段：,下降段：,5、混凝土的应力-应变关系,峰值应变,极限压应变,弹性模量,变形模量,切线模量,6、混凝土的模量,弹性模量测定方法,通用的做法是对标准尺寸150mm150mm300mm的棱柱体试件，先加载至=0.5fc然后卸载至零，再重复加载卸载510次，由于混凝土不是弹性材料，每次卸载至应力为零时，存在残余变形，随加载次数增加，应力应变曲线渐趋稳定并基本上趋于直线，该直线的斜率即定为混凝土的弹性模量。,弹性模量与抗压强度的关系,
