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1、第一章第一章 材料的力学性能1.按受力分 ：受弯构件梁、板受压构件墩、台、拱、压杆等受拉构件索、拉杆受剪构件无纯受剪构件受扭构件无纯受扭构件一根本构件分类：一根本构件分类： 第一章第一章 材料的力学性能2按构件资料类型分：钢筋混凝土构造预应力混凝土构造砖石、素混凝土构造自艰苦钢构造跨径大的桥木构造第一章第一章 材料的力学性能 就地取材；造价低；耐久性、耐火性好；顺应性好。 自艰苦；施工受季节影响大；有裂痕存在；不适宜用高强资料。二钢筋混凝土构造：二钢筋混凝土构造：1.运用范围： 中小跨径梁、板，墩台，拱，塔。 2. 优缺陷缺陷优点第一章第一章 材料的力学性能 就地取材；造价低；耐久性、耐火性好
2、；顺应性好。 自艰苦；施工受季节影响大；有裂痕存在；不适宜用高强资料。二钢筋混凝土构造：二钢筋混凝土构造：1.运用范围： 中小跨径梁、板，墩台，拱，塔。 2. 优缺陷缺陷优点第一章第一章 材料的力学性能三预应力混凝土构造：三预应力混凝土构造： 运用高强资料；分量轻；跨径大；刚度大；耐久性、耐火性好。 工艺复杂、需求 备多设计、计算、施工。1.运用范围：跨径50m的桥梁2.优缺陷:缺陷优点第一章第一章 材料的力学性能四砌体构造：四砌体构造： 资料来源广泛； 施工简便。 自艰苦自重； 费工费时。1.运用范围：以受压为主的构件墩台、护坡。 2.优缺陷:缺陷优点第一章第一章 材料的力学性能五钢构造：五
3、钢构造：自重轻；易建特大跨径桥梁；材质均匀；弹性模量大；是理想的弹性资料；施工方便，速度快。资料价钱高；需经常维修；耐火性差钢材在500600软化。缺陷优点第一章第一章 材料的力学性能第二节 混凝土一：混凝土强度 1.立方体抗压强度f 外形：边长为150mm的立方体 1 试件： 温度： 203 相对湿度：90%以 养护时间：28天. 2影响要素: 实验方法套箍作用(图1-3). 试件尺寸 尺寸越小,摩阻力影响越大,强度越高第一章第一章 材料的力学性能2 轴心抗压强度 f(棱柱体强度) 1)试件: 150mm150mm300mm,制造方法同立方体试件. 2)影响要素: 试件高度h与边长b之比,比
4、值越大,轴心抗压强度越小.(图1-4) 3)R0a与R的近似关系 R0a=0.7R第一章第一章 材料的力学性能3.抗拉强度1)测试方法:采用圆柱体或立方体的劈裂试件来测定.(如以下图劈裂实验第一章第一章 材料的力学性能2)采用劈裂实验测抗拉强度的缘由采用两端预埋钢筋的混凝土棱柱体测试轴心抗拉强度时如以下图，坚持试件轴心受拉是很重要的，也是不容易完全做到的。混凝土内部构造不均匀，钢筋的预埋和试件的安装都难以对中，而偏心又对抗拉强度测试有很大的干扰。第一章第一章 材料的力学性能混凝土的破坏机理混凝土的破坏机理A点以前，微裂痕没有明点以前，微裂痕没有明显开展，混凝土的变形主显开展，混凝土的变形主要弹
5、性变形，应力应变要弹性变形，应力应变关系近似直线。关系近似直线。A点应力点应力随混凝土强度的提高而添随混凝土强度的提高而添加，对普通强度混凝土加，对普通强度混凝土sA约为约为 (0.30.4)fc ，对高，对高强混凝土强混凝土sA可达可达(0.50.7)fc 到达到达B点以后，混凝土点以后，混凝土产生部分塑性生部分塑性变形，形，应力力应变逐逐渐偏离直偏离直线。B点点时的裂痕开展已不的裂痕开展已不稳定，定，试件的横向件的横向变形忽然增大，形忽然增大，常取常取sB作作为混凝土的混凝土的长期期抗抗压强度度 ；普通；普通强度混凝度混凝土土sB约为0.8 fc ，高，高强混混凝土凝土sB可达可达0.95
6、 fc 到达到达C点点时，内部微裂痕，内部微裂痕连通构成破坏面，通构成破坏面，试件承件承载力开力开场减小而减小而进入下降入下降段。段。B点点时的的应力称力称为峰峰值应力，即力，即为混凝土棱柱混凝土棱柱体抗体抗压强度；相度；相应的的纵向向压应变称称为峰峰值应变，约为0.002。继续开展至开展至D点点时，破坏面初步构成。，破坏面初步构成。E点以后，点以后，纵向裂痕构成向裂痕构成一个斜向的破坏面，此破一个斜向的破坏面，此破坏面在正坏面在正应力和剪力和剪应力的力的作用下构成破坏作用下构成破坏带。此。此时试件的件的强度由破坏面上骨度由破坏面上骨料料间的摩阻力提供。随着的摩阻力提供。随着应变进一步开展，摩
7、阻力一步开展，摩阻力不断下降，不断下降，试件的剩余件的剩余强度度约为0.10.4 fc第一章第一章 材料的力学性能由上述混凝土的破坏机理可知，微裂痕的开展由上述混凝土的破坏机理可知，微裂痕的开展导致横向致横向变形的增形的增大。大。对横向横向变形加以形加以约束，就可以限制微裂痕的开展，从而可提束，就可以限制微裂痕的开展，从而可提高混凝土的抗高混凝土的抗压强度。度。约束混凝土可以提高混凝土的束混凝土可以提高混凝土的强度，但更度，但更值得留意的得留意的是可以提高混凝土的是可以提高混凝土的变形才干，形才干，这一点一点对于抗震构造于抗震构造非常重要。非常重要。第一章第一章 材料的力学性能复杂应力形状下混
8、凝土的力学性能复杂应力形状下混凝土的力学性能实践构造中，混凝土很少践构造中，混凝土很少处于于单向受力形状。更多的向受力形状。更多的是是处于双向或三向受力形状。如剪力和扭矩作用下的于双向或三向受力形状。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱弯剪扭构件、混凝土拱坝、核、核电站站平安壳等。平安壳等。双向受双向受压强度大于度大于单向受向受压强度，最大受度，最大受压强度度发生在两个生在两个压应力之比力之比为0.3 0.6之之间，约为(1.251.60 )fc。双。双轴受受压形状下混形状下混凝土的凝土的应力力-应变关系与关系与单轴受受压曲曲线类似，但峰似，但峰值应变均超越均
9、超越单轴受受压时的峰的峰值应变。第一章第一章 材料的力学性能双轴应力形状双轴应力形状Biaxial Stress State第一章第一章 材料的力学性能构件受剪或受扭构件受剪或受扭时常遇到剪常遇到剪应力力t 和正和正应力力s 共同作用共同作用下的复合受力情况。下的复合受力情况。混混凝凝土土的的抗抗剪剪强度度：随随拉拉应力力增增大大而而减减小小，随随压应力力增增大大而而增增大大 当当压应力力在在0.6fc左左右右时，抗抗剪剪强度度到到达达最最大大， 压应力力继续增增大大，那那么么由于内裂痕开展明由于内裂痕开展明显，抗剪，抗剪强度将随度将随压应力的增大而减小。力的增大而减小。第一章第一章 材料的力
10、学性能三轴应力形状三轴应力形状 Triaxial Stress State Triaxial Stress State三三轴应力力形形状状有有多多种种组合合，实践践工工程程遇遇到到较多多的的螺螺旋旋箍箍筋筋柱柱和和钢管管混混凝凝土土柱柱中中的的混混凝凝土土为三三向向受受压形形状状。三三向向受受压实验普普通通采采用用圆柱柱体体在在等等侧压条件条件进展。展。第一章第一章 材料的力学性能2 反复荷反复荷载下混凝土的下混凝土的强度和度和变形形 -疲疲劳fatiguea一次加一次加载卸卸载 b)多次加多次加载卸卸载图123 混凝土在短期反复荷混凝土在短期反复荷载下的下的应力力应变关系曲关系曲线第一章第一
11、章 材料的力学性能n多次反复加多次反复加载下混凝土的下混凝土的应力力应变关系关系n n 当当应力峰力峰值小于混凝土的疲小于混凝土的疲劳强度度时：n 每次循每次循环构成构成环状，面状，面积逐逐渐减少，直至成直减少，直至成直线；n 当当应力峰力峰值大于混凝土的疲大于混凝土的疲劳强度度时：n 开开场的数次循的数次循环中，与小中，与小应力的力的类似；似；n 成直成直线后，曲后，曲线由凸凹方向改由凸凹方向改动，斜率降低，裂痕和，斜率降低，裂痕和变形形严重。重。n混凝土的疲混凝土的疲劳强度度n疲疲劳破坏：因荷破坏：因荷载反复作用而引起的破坏反复作用而引起的破坏n拉、拉、压疲疲劳强度：度：产生疲生疲劳破坏所
12、需求反复荷破坏所需求反复荷载的的最小最小应力峰力峰值：n 疲疲劳强度疲度疲劳强度修正系数度修正系数砼强度度n 疲疲劳强度修正系数由疲度修正系数由疲劳应力比力比值查表得到。表得到。第一章第一章 材料的力学性能0.20.2 0.2 0.30.30.3 0.3 0.40.40.4 0.4 0.50.50.50.50.740.80.860.931.0第一章第一章 材料的力学性能混凝土的收缩和徐变混凝土的收缩和徐变Shrinkage and Creep混凝土在空气中硬化混凝土在空气中硬化时体体积会减少，会减少，这种景象称种景象称为混凝土的收混凝土的收缩， 收收缩是混凝土在不受外力情况下体是混凝土在不受外
13、力情况下体积变化化产生的生的变形。形。 混凝土在混凝土在长期不期不变荷荷载的作用下，其的作用下，其变形随形随时间而不断增而不断增长的景象的景象称称为徐徐变。第一章第一章 材料的力学性能混凝土的收混凝土的收缩是随是随时间而增而增长的的变形，早期收形，早期收缩变形开展形开展较快，两周快，两周可完成全部收可完成全部收缩的的25%，一个月可完成，一个月可完成50%，以后，以后变形开展逐形开展逐渐减慢，减慢，整个收整个收缩过程可延程可延续两年以上。通常，最两年以上。通常，最终收收缩应变值约为(25)10-4 ，而混凝土开裂，而混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4，阐明收明收缩会会导致致开裂。开裂。混
14、凝土收混凝土收缩包括凝包括凝缩和干和干缩两部分，凝两部分，凝缩是由于水泥是由于水泥结晶体比原晶体比原资料料的体的体积小；干小；干缩是混凝土内自在水分蒸是混凝土内自在水分蒸发引起的。引起的。第一章第一章 材料的力学性能混凝土收缩的影响要素混凝土收缩的影响要素当当这种自种自发的的变形遭到外部支座或内部形遭到外部支座或内部钢筋的筋的约束束时，将使混凝土中，将使混凝土中产生拉生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收混凝土收缩会使会使预应力混凝土构件力混凝土构件产生生预应力力损失。失。 第一章第一章 材料的力学性能随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前随荷载作用时间的延续，变形
15、不断增长，前4个月徐变增长较快，个月徐变增长较快，6个月个月可达最终徐变的可达最终徐变的7080%，以后增长逐渐缓慢，以后增长逐渐缓慢，23年后趋于稳定。年后趋于稳定。混凝土的徐变混凝土的徐变瞬时恢复瞬时恢复弹性后效弹性后效剩余应变剩余应变收缩应变收缩应变徐变应变徐变应变瞬时应变瞬时应变徐徐变会使构造构件的会使构造构件的挠度度变形增大，引起形增大，引起预应力力损失，在失，在长期期高高应力作用下，甚至会力作用下，甚至会导致破坏。致破坏。产生徐生徐变的主要的主要缘由是水泥凝胶体和内部微裂痕的由是水泥凝胶体和内部微裂痕的扩展展 第一章第一章 材料的力学性能徐变有利于构造构件产生内应力重分布，降低构造
16、的受力如支座徐变有利于构造构件产生内应力重分布，降低构造的受力如支座不均匀沉降，减小大体积混凝土内的温度应力，受拉徐变可延缓收缩不均匀沉降，减小大体积混凝土内的温度应力，受拉徐变可延缓收缩裂痕的出现。裂痕的出现。与混凝土的收缩一样，徐变也与时间有关。因此，在测定混凝土的徐变与混凝土的收缩一样，徐变也与时间有关。因此，在测定混凝土的徐变时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环境下同时量测混凝土时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形，才可得的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形。到徐
17、变变形。徐变系数徐变系数 Creep Coefficient 第一章第一章 材料的力学性能混凝土徐变的影响要素混凝土徐变的影响要素第一章第一章 材料的力学性能线性徐变线性徐变第一章第一章 材料的力学性能钢筋与混凝土的粘结力钢筋与混凝土的粘结力钢筋与混凝土的粘结力本质是接触面上的剪应力，按其作用性质可以钢筋与混凝土的粘结力本质是接触面上的剪应力，按其作用性质可以分为两大类：弯曲粘结应力和部分粘结应力。分为两大类：弯曲粘结应力和部分粘结应力。弯曲粘结应力弯曲粘结应力弯曲粘弯曲粘结应力的分布方式与弯距有关力的分布方式与弯距有关第一章第一章 材料的力学性能部分粘结应力部分粘结应力部分粘部分粘结应力的分
18、布方式不均匀力的分布方式不均匀第一章第一章 材料的力学性能粘结应力的拔出实验与粘结强度平均值粘结应力的拔出实验与粘结强度平均值钢筋筋锚固固长度度 钢筋到达屈服筋到达屈服强度而不度而不发生粘生粘结锚固破坏的最短固破坏的最短长度。度。第一章第一章 材料的力学性能粘结破坏的机理粘结破坏的机理胶结力胶结力摩擦力摩擦力机械咬合力机械咬合力第一章第一章 材料的力学性能粘结力的主要影响要素粘结力的主要影响要素混凝土强度：混凝土强度越高，钢筋与混凝土的粘结力也越高；混凝土强度：混凝土强度越高，钢筋与混凝土的粘结力也越高；维护层厚度：混凝土维护层较薄时，其粘结力降低，并在维护层最薄弱维护层厚度：混凝土维护层较薄时，其粘结力降低，并在维护层最薄弱 位置容易出现劈裂裂痕，促使粘结力提早破坏；位置容易出现劈裂裂痕，促使粘结力提早破坏；钢筋外表外形：带肋钢筋外表凹凸不平，与混凝土之间的机械咬合力较钢筋外表外形：带肋钢筋外表凹凸不平，与混凝土之间的机械咬合力较 好，破坏时粘结强度大；光面钢筋的粘结强度那么较小，好，破坏时粘结强度大；光面钢筋的粘结强度那么较小，所所 以要在钢筋端部做成弯钩，可以添加其拔出力；以要在钢筋端部做成弯钩，可以添加其拔出力；横向压应力：如支座处的反力作用在钢筋锚固端，增大了摩阻力，有利横向压应力：如支座处的反力作用在钢筋锚固端，增大了摩阻力，有利 于粘结锚固。于粘结锚固。
