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1、混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能第第 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混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能2. 2. 钢筋的基本力学性能；钢筋的基本力学性能；本章主要介绍：本章主要介绍： 1. 1. 混凝土的基本力学性能；混凝土的基本力学性能； 3. 3. 钢筋与混凝土的共同工作性能。钢筋与混凝土的共同工作性能。混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能2.
2、1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能2.1.2 2.1.2 单轴单轴单轴单轴 向向应应应应力状力状态态态态下的混凝土下的混凝土强强度度强强度度：结结构材料所能承受的极限极限应应应应力力。影响混凝土强度的因素内因：水泥强度、骨料特性、级级配、水灰比、成型方 法、龄龄期、试试试试件尺寸、形状件尺寸、形状 等；外因：养护环护环 境、试验试验 方法、受力状态态、加载载速率 等混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能(1)
3、立方体抗压压强度和强度等级级a)立方体抗压强度 fcu (cube) （单位：N/mm2、MPa） 标准试件： 边长为边长为 150mm的立方体 标准养护条件：温度203、相对对湿度90、养护护28天 标准试验方法：标标准加载载速率、试试件表面不涂油在上述条 件下测测得的抗压压强度为为 fcu。a)混凝土强度等级 CXX1. 1. 混凝土的抗混凝土的抗压压压压强强度度混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能 按立方体抗压压强度标准值f fcu, cu, k k 划分混凝土的强度等级级，混凝土 结结构设计规设计规 范GB50010-
4、2010规规定有：C15、C20、C25、C30、 C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80，共14 个等级级。CXX中的XX即为为f fcu, kcu, k ，单单位为为N/mm2。2.2.影响立方抗影响立方抗压压强强度的因素度的因素a)压力机垫板的摩擦现象：压压力机垫垫板与混凝土试块试块 的弹性模量和横向变形系数不同而产产生“ “套箍作用” ”混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能原因：试试件受压产压产 生纵纵向压缩压缩 、横向膨胀胀，受压试压试 件的 上 下表面受到垫垫板向内的摩擦力，
5、阻碍试试件横向变变形，就如 在试试件上下端设设置了一个“套箍”。破坏时试时试 件中部外围围 混凝土的横向变变形受约约束小，首先发发生剥落。影响机理：“套箍作用”约约束横向变变形限制裂缝缝开展 强度提高。思考：如果试试件的尺寸变变小（或变变大），这这种“套箍作用” 对对混凝土强度的影响变变化？如果将试试件的高度加大, 这这种“套箍作用”对对强度的影响如何变变化？混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能混凝土立方体强度随龄龄期的变变化1在潮湿环环境下；2在干燥环环境下b)加载速度加载载速度越快，测测得强度越高（变变形发发展不充分）。c
6、)龄期与环境条件龄龄期越长长、环环境越潮湿，强度越高（混凝土强度随时间时间 的增长长有“先快后慢”的规规律）。混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结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）fc (compression)(compression)标准试件：150mm 150mm 300mm的棱柱体标准养护条件标准试验方法 在上述条件下测测得的抗压压强度为为 f fc cb) 轴心抗压强度标准值 f fckck c) 轴心抗压强度的工程意义高宽比对试件的强度有影响标准棱柱体试件基本消除了压力机垫板和附加偏心影响多数实际受压压构件的几何
7、尺寸关系倾向于棱柱体3.3.轴轴轴轴心抗心抗压压压压强强度度混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能试件高宽比对混凝土强度的影响试件高宽比对混凝土强度的影响返回混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能a) 试验结果试验值 f f 0 0c c 和和 f f 0 0cu cu 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）式中：a ac1 棱柱体与立方体抗压压强度之比（C50及以下 取0.76，C80取0.82，其间线间线 性内插）a ac2 高强混凝土的
8、脆性折减系数脆性折减系数（C40及以下取 1.0，C80取0.87，其间线间线 性内插）0.880.88考虑实际虑实际 构件与试试件间间差异（制作、养护护、 运输输和受力条件等）引入的修正系数修正系数4.4.轴轴轴轴心抗心抗压压压压强强度与立方体抗度与立方体抗压压压压强强度的关系度的关系混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系返回混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能试件直径6in高12
9、in（直径152mm高305mm）的圆柱体采用采用国家国家美国、日本、欧洲混凝土协会（CEB）f f ckck与 fcu,k 的换算关系式中：a aC60以下0.79，C60取0.833，C70取0.857，C80取0.8755. 5. 圆柱体试件的轴心抗压强度圆柱体试件的轴心抗压强度 f f c c混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能a) 试验方法直拉试验试验 、劈裂试验试验直拉与劈裂试验试验 方法结结果的比较较n劈拉强度略大于直拉强度；n劈拉强度与试试件尺寸有关；直拉强度受试试件对对中、局部粘 结结情况等因素影响较较大，不
10、易控制。b) 试验结论混凝土轴轴心抗拉强度约为约为 立方体抗压压强度的1/20 1/8 ，随混凝土强度等级级的提高，ft /fcu的比值值下降。ftk与 fcu, k的关系6. 6. 混凝土轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度 f ft t（tensiontension）混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能混凝土轴心抗拉强度试验混凝土轴心抗拉强度试验返回混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能2.1.3 2.1.3 复合复合应应应应力状力状态态态态下混凝土的下混凝土的强
11、强度度1. 平面应应力状态态混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院（1）平面主应力状态Kupfer试验双向受压应力状态下相互约束了横向变形，受压强度比单向受压受压强度比单向受压最可提高最可提高近近30%30%。*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院拉压应力状态下拉应力加大了另一向的受压横向变形，抗拉抗拉和抗压强和抗压强度度均分别低于单轴抗拉、压时的均分别低于单轴抗拉、压时的强度强度。*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结
12、结构材料的物理力学性能双向受拉应力状态下相互影响不大，强度与单轴向抗拉强度接近。强度与单轴向抗拉强度接近。混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能Kupfer曲线混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能双向受压应力状态下相互约束了横向变形受压强度比单向受压最受压强度比单向受压最多可提高约多可提高约30%30%。 拉压应力状态下拉应力加大了另一向的受压横向变形抗拉抗抗拉抗压强度均分别低于单轴向拉、压时的强度。压强度均分别低于单轴向拉、压时的强度。 双向受拉应力状态下相互
13、影响不大强度与单轴向抗拉强度接近。强度与单轴向抗拉强度接近。混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能主要特征a) 存在时, 抗拉和抗压强度均低于单轴向抗拉 f t 和抗压强 度 f cb) 压应力0.6 f c 时，抗剪强度随压应力的增大（或轴向拉应力的减小）而增大c) 压应力 0.6 f c 后，抗剪强度随压应力的增大而减小d) 当压应力或拉应力 0时，抗剪强度 0.1 f c (2) (2) 平面剪压（或平面剪压（或剪剪拉）应力状态拉）应力状态混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结
14、构材料的物理力学性能法向应力和剪应力组合的破坏曲线法向应力和剪应力组合的破坏曲线返回混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能(3) (3) 三向受压三向受压状态状态混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能a)侧向压应力 约束了混凝土的横向变形，限制了裂缝的形成和发展混凝土抗压强度大大提混凝土抗压强度大大提 高高 。c)当侧向压应力 较低时，上式中的侧向压应力系数值较高。b)当侧向压应力 不很大时，f cc 的经验公式为：混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程
15、学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能混凝土三轴应力试验装置混凝土三轴应力试验装置返回混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能三轴应力下的混凝土破坏面三轴应力下的混凝土破坏面混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能混凝土三轴应力下的拉压子午面混凝土三轴应力下的拉压子午面返回混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能2.1.4 2.1.4 混凝土的变形混凝土的变形预备概念体积变形：硬化过程中的收缩及随温、湿度变 化产生的变形。受力变形受力变形：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。混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理土木工程学院土木工程学院*第2章 混凝土结结构材料的物理力学性能（1 1）混凝土受）混凝土受压应压应压应压应 力力应变应变应变应变 曲曲线线线线a) a) 试验试验试验试验 方法方法采用棱柱体试试件，用具有伺服装置的试验试验 机获获得应应力 应变应变 曲线线的下降段。1. 1. 短期短期单调单调单调单调 加
