钢筋混凝土材料的物理力学性能-2.ppt

第一章 钢筋混凝土材料的物理力学性能 1. 掌握混凝土的各项力学指标及一次单轴短期 加载的变形性能。 2.了解混凝土的弹性模量、变形模量、混凝土的 收缩和徐变。 第 一 讲 教学目标： 重 点 1. 混凝土的强度指标； 2. 混凝土的变形； 难 点 1. 混凝土的强度指标； 2. 混凝土的变形。 1.1 混凝土的物理力学性能 一、 混凝土的强度 1.混凝土的立方体抗压强度及强度等级 （1）混凝土的立方体抗压强度 规范规定：混凝土强度按立方体抗压强度标准值确定。 确定方法：用边长为150mm的标准立方体试件，在标准 养护条件下（温度203，相对湿度大于90%）养护28天后 ，按照标准试验方法（试件的承压面不涂润滑剂，加荷速度 约每秒0.30.8N/mm2）测得的具有95%保证率的抗压强度， 作为混凝土的立方体抗压强度标准值，用符号 表示。 立方体抗压强度fcu 承压板 试块 摩擦力 不涂润滑剂 （箍套作用） 涂润滑剂 强度大于 我国规范的方法：不涂润滑剂 压力试件裂缝 发展扩张整个体 系解体，丧失承载力 另影响强度的因素 还有：龄期、加载速 率、试块尺寸等 强度指标的确定 强度随机变量 强 度 标 准 值 根据统计资料，运用 数理统计方法确定的 具有一定保证率（ 95%）的统计特征值 ： 强度标准值=强度平均值- 1.645标准差 概率 密度 材料强度 强度 平均 值 强度 标准 值 标准试块：150150 150 非标准试块：100100 100 换算系数 0.95 200200 200 换算系数 1.05 立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等 级有： C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70 ，C75，C80 表示混凝 土Concrete 立方体抗 压强度 立方体抗压强度fcu 结构混凝土强度等级的要求： 钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于 15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于 20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载 的构件，混凝土强度等级不得低于20。预应力混凝土 结构的混凝土强度等级不应低于30；当采用钢丝、钢 绞线、热处理钢筋作为预应力钢筋时，混凝土强度等级 不宜低于40。 2 混凝土轴轴心抗压压强度 采用与立方体试试件相同制作条件、尺寸为为150150300mm 或者150150450mm棱柱体试试件测测得的抗压压强度作为为混凝 土的轴轴心抗压压强度标标准值值，用符号 表示，混凝土的轴轴心抗压压强度标标准值值按下式计计算： （2.2.1） 式中 棱柱强度与立方强度之比，对C50及以下取 =0.76，对C80取 =0.82，中间按线形规律变化； 考虑C40以上混凝土脆性的折减系数，对C40取 =1.0，对C80取 =0.87，中间按线形规律变化。 棱柱体抗压强度fc 承压板 试 块 标准试块：150150 300 非标准试块：100100 300 换算系数 0.95 200200 400 换算系数 1.05 考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大 于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu (试验结果) 考虑到构件和试件的区别，取fc=0.67fcu 对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150, h=300），有fc=0.79fcu 圆柱体抗 压强度 混凝土的抗拉强度可采用尺寸为100100500mm的柱体 试件进行直接轴心受拉试验，但其准确性较差。故国内外多 采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测定。 混凝土轴心抗拉强度标准值按下式计算： 3. 轴心抗拉强度 直接受拉试验ft 100 100 150150 500 试验结果：ft=0.395fcu 0.55 考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷 速度等的影响，取ft=0.348fcu 0.55 劈裂试验fts d d fts FF F F 我国根据100mm立方体的 劈裂与抗压试验结果有： fts=0.19fcu 3/4 二、混凝土的变形 混凝土的变形有两类：一类是受力变形；另 一类是体积变形，包括收缩、膨胀和温度、湿度 变化引起的变形。 (MPa) fc o 0 (10-3) a b c d 2 25 20 15 10 5 468 10 混凝土强度提高 加载速度减慢 单轴受压时的应力-应变关系 作用是：峰值 应力后，吸收 试验机的变形 能，测出下降 段 1.混凝土单轴受压时的应力-应变曲线 单轴受压时的应力-应变关系的数学模型 u=0.00380=0.002 o c fc c 0.15fc u=0.00350=0.002 o c fc c 美国Hognestad模型 德国Rsch模型 单轴受压时的应力-应变关系的数学模型-中国规范 u 0 o c fc c 弹性模量：是反映弹性材料应力与应变之间的一个重 要物理量，表达式. c c c c ep 0 1 原点切线模量（弹性模量）：拉压相同 变形模量（割线模量、弹塑性模量） 切线模量 受压时，为0.41.0 ； 受拉破坏时，为1.0 2.混凝土的弹性模量、变形模量 混凝土的弹性模量的试验方法（150150 300标准试件） c/fc c 0.5 510次 此线和原点切线基 本平行，取其斜率 作为Ec 3混凝土的徐变 长期荷载作用下混凝土的变形性能-徐变 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 05 101520253035 (10-3) (月) c0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定 加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大 水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大 骨料越硬，徐变越小 环境影响：养护条件越好，周围环境的湿度越大， 构件加载前混凝土的强度愈高，水泥用量愈少，混 凝土越密实，集料含量越大，集料刚度越大，则徐 变越小。 4 混凝土的收缩和膨胀 在空气中凝结硬化过程中混凝土体积缩小的 性质。在水中结硬时，体积会膨胀。 水泥品种：等级越高，收缩越大 水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩 越大 骨料：骨料越硬，收缩越小 养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面 积的比值等 收缩对混凝土结构的影响 As s As s 收缩： 钢筋受压， 混凝土受拉 As 对结构构