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1、第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土 2.2 钢筋 2.3 钢筋和混凝土的粘结 2.4 钢筋的锚固和连接,2.1.1、混凝土的强度 1、混凝土强度等级（ Strength Grade ）,抗拉强度低,不稳定 抗压强度高,较稳定,混凝土结构中，主要是利用它的 抗压强度(Compressive Strength),答: 抗压强度是混凝土力学性能中最基本的指标 混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的,问: 什么是混凝土力学性能中最基本的指标?,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,2.1.1、混凝土的强度 1、混凝土强度等级（
2、 Strength Grade ）,问: 如何确定混凝土的强度等级?,普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T 50081-2002) (1)试件尺寸:边长150mm立方体标准试件 (2)养护方法:在标准条件下(203，90%湿度),养护28天 (3)试验方法:用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec， 两端不涂润滑剂） (4)保证率:测得的具有95%保证率的立方体抗压强度,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,2.1.1、混凝土的强度 1、混凝土强度等级（ Strength Grade ）,问: 如何确定混凝土的强度等级?,混凝土强度等级 用立方体抗压强度(
3、Cube Strength)符号C表示 C30：fcu,k=30N/mm2,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,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。,C50以上为高强混凝土,淘汰C7.5,C10,增加C65C80 但C10可作为基础垫层,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,2.1.1、混凝土的强度 1、混凝土立方体强度,(1)试件尺寸: 中国、前苏联国家采用立方体试件,标准试件:边长150mm立方体 非标准试件:边长100mm立方体 边长200mm立方体,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,10
4、0mm立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系,小于C50的混凝土，修正系数m =0.95 随混凝土强度的提高，修正系数m 值有所降低 当fcu100=100N/mm2时，换算系数m 约为0.9,尺寸小，强度高,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,200mm立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系,修正系数m =1.05,尺寸小，强度高 尺寸大，强度低,尺寸效应 ? Size Affection,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,尺寸效应( Size Affection),混凝土的复杂性-理论解释？ Weibull(1939)：统计尺寸效应 Bazan
5、t(1984)：能量释放的尺寸效应 三段论解释 a.混凝土的破坏起源于其内部的最不利缺陷 b.试件尺寸越大，内部缺陷越多 c.尺寸越大,破坏的可能性越大 请大家思考：对工程的影响？,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,与国际接轨？ 便于学术交流,(1)试件尺寸: 美国、日本、加拿大、欧洲国家采用圆柱体试件,标准试件:直径150mm，高300mm圆柱体 （ 6吋 ） （ 12吋 ） 非标准试件:直径100mm，高200mm圆柱体 直径200mm，高400mm圆柱体,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,圆柱体抗压强度的符号记为 fc 圆柱体强度与我国标准立方
6、体抗压强度的换算关系为:,立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的受力状态，只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准。 （制作、测试方便）,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号fc表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。,试验表明，棱柱体试件的抗压强度与试件的高宽比有关。当高宽比h/b=12时，混凝土强度降低很快。 h/b=24时，其抗压强度变化不大。因此，国家标准普通混凝土力学性能试验方法GBJ 81-85规定，混凝土轴心抗压强度试验以150mm150mm 300mm的试件为标准试件。,第二章 钢筋混凝土
7、材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,2、轴心抗压强度,对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。 棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为，,规范规定：小于C50级的混凝土取k=0.76 C80级混凝土取k=0.82， 其间按线性插值,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,3、轴心抗拉强度（Axial Tensile Strength）,也是基本力学性能，用符号 ft 表示。 混凝土构件的开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,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
8、拉试验测定混凝土的抗拉强度(Splitting Strength ),第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,4、复合应力状态下的混凝土强度,双轴应力状态 （Biaxial Stress State）,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。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,双轴应力状态 Biaxial Stress State,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
9、力状态。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。,双向受压强度大于单向受压强度，最大受压强度发生在两个压应力之比为0.3 0.6之间，约为(1.251.60 )fc。 双轴受压状态下混凝土的应力-应变关系与单轴受压曲线相似，但峰值应变均超过单轴受压时的峰值应变。,4、复合应力状态下的混凝土强度,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,在一轴受压一轴受拉状态下(第二、四象限)，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。,双轴应力状态 Biaxial Stress State,实际结构中
10、，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。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。,4、复合应力状态下的混凝土强度,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,双轴应力状态 Biaxial Stress State,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。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。,在双轴受拉状态下（第一象限），则不论应力比多大，抗拉强度均与单轴抗拉强度接近。,4、复合应力状态下的混凝土强度,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土
11、,构件受剪或受扭时常遇到剪应力t 和正应力s 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。,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,三轴应力状态 Triaxial Stress State,三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。一般采用圆柱体在等侧压条件下的试验测定抗压强度。,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,三轴应力状态 Triaxial St
12、ress State,三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。一般采用圆柱体在等侧压条件下的试验测定抗压强度。,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,主动约束,被动约束,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,5、混凝土强度的标准值 （Characteristic Strength）,规范规定材料强度的标准值 fk 应具有不小于95%的保证率,立方体强度标准值即为混凝土强度等级fcu,如何确定轴压和轴拉强度标准值？ 规范在确定混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值时，假定它们的变异系数与立方体强度的变异系数相
13、同，利用与立方体强度平均值的换算关系，便可按上式计算得到。,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,规范考虑到试件与实际结构的差异以及高强混凝土的脆性特征，对轴心抗压强度和轴心抗拉强度，还采用了以下两个折减系数： 结构中混凝土强度与混凝土试件强度的比值，取0.88； 脆性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87，中间按线性规律变化。,例 fcu=30MPa, d =0.12, fcu,m=fcu/(1-1.645d) fc,m=0.76fcu,m fc,k=fc,m(1-1.645d)0.881.0 =0.76fcu0.88 1.0 =20.06MPa,第二章 钢筋混凝土
14、材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,2.1.2 混凝土的变形,收缩和温度变化产生变形,受力产生变形,混凝土变形,1、混凝土在一次短期加荷时的变形性能,2、混凝土在长期荷载作用下的变形性能,3、混凝土在重复荷载作用下的变形性能,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,典型的混凝土应力应变曲线包括上升段和下降段两部分(如左图)。在上升段，当 应力较小时，般在(0.30.4) 以下时，混凝土可视为线弹性体，超过(0.30.4) 时,应力应变曲线逐渐弯曲， 为弹性应变， 为塑性应变)。当应力达到峰值点C后，曲线开始下降。在下降段
15、，曲线渐趋平缓，并合一个反弯点 (D点)。,(1)混凝土的应力应变曲线,混凝土应力应变曲线,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,如图所示，对于上升段，混凝土强度的影响较小，与应力峰值点相应的应变大致为0.002，随着混凝土强度增大，则应力峰值点处的应变也稍大些。对于下降段，混凝土强度有较大的影响，混凝土强度愈高，应力下降愈剧烈，延性也就愈差。,影响混凝土应力应变曲线的因素很多，诸如混凝土 的强度、组成材料的性质、配合比、 龄期、试验方法以及箍筋约束等。试验表明，混凝土强度对其应力应变曲线有一定的影 响。,不同强度混凝土的受压 应力应变曲线,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学
16、性能,2.1 混凝土,加荷速度也影响着混凝土应力应变曲线的形状。如图所示，为相同强度的混凝土在不同应变速度下的应力应变曲线。由图中可见，应变速度愈大，下降段愈陡，反之，下降段要平绥些。,不同应变速度下的混凝土 应力应变曲线,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,在一次短期加压时，混凝土除了在纵向产生压缩应变 外，还将在横向产生膨胀应变，横向应变与纵向应变的比值，称为横向变形系数，又称为泊松比 。 在不同应力下，横向变形系数的变化如图所示。当混凝土应力小于0.5 时，横向变形系数基本上保持为常数 (规范中取 =0.2)。当混凝土压应力超 过0.5 时，横向变形系数逐渐增大，应力愈大，增大的速度愈快。,(2)混凝土受压时纵向应变与横向应变的关系,混凝土横向变形系数 与 应力的关系,第二章 钢筋混凝土材料的物理和力学性能,2.1 混凝土,混
