第3讲--混凝土的力学性能.ppt

任务二掌握混凝土的力学性能 1 混凝土的立方抗压强度fcu及强度等级 一 混凝土的强度 1 混凝土的立方抗压强度 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20 3 相对湿度不小于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 15 0 3N mm2 测得的具有95 保证率的抗压强度 作为混凝土的立方抗压强度标准值 用符号fcu k表示 试验方法对立方体抗压强度的影响a 试件表面是否涂润滑剂 不涂时强度高 涂后强度底 其主要原因是由于 套箍 作用 且破坏形态不一样 b 加载速度 速度快强度高 速度慢强度低 2 混凝土的强度等级根据立方体抗压强度标准值fcu k的大小 混凝土强度等级分C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80共14级 其中 C60 C80属高强混凝土 3 结构混凝土强度等级的要求 采用HRB335 HRB400 RRB400级钢筋时 不宜低于C20 预应力混凝土结构 不应低于C30 采用高强钢丝作预应力钢筋时 不宜低于C40 采用HRB400级钢筋或承受重复荷载时 不得低于C20 钢筋混凝土结构的混凝土强度等级 不应低于C15 棱柱体高度的取值 摆脱端部摩擦力的影响 试件不致失稳 试验目的 采用棱柱体试件 反映混凝土的实际工作状态 试件尺寸 我国取mm为标准试件 2 混凝土的轴心抗压强度fc 我国采用150 150 300mm棱柱体试件测得的强度作为混凝土的轴心抗压强度 混凝土的轴心抗压强度标准值按下式计算 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 3 轴心抗拉强度ft 混凝土的抗拉强度可采用尺寸为100 100 500mm的柱体试件进行直接轴心受拉试验 但其准确性较差 故国内为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 三向受压时的混凝土强度 圆柱体试验 有侧向约束时的抗压强度 无侧向约束时圆柱体的单轴抗压强度 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 三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行 4 侧向应力对混凝土轴心抗压强度的影响 二 混凝土的变形混凝土的变形有两类 一类是受力变形 包括一次短期加载时的变形 多次重复加荷时的变形和长期荷载作用下的变形 另一类是体积变形 包括收缩 膨胀和温度变形 1 一次短期加载下混凝土的变形性能 1 混凝土受压时的应力 应变关系 C B D E fc 0 0 A cu OA 弹性阶段 A 0 3fc AB 弹塑性阶段 0 3fc 0 8fc裂缝稳定阶段 BC 裂缝不稳定阶段 0 8fc 1 0fc 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 但高强混凝土中 砂浆与骨料的粘结很强 密实性好 微裂缝很少 最后的破坏往往是骨料破坏 破坏时脆性越显著 下降段越陡 2 混凝土的变形模量由于混凝土的弹塑性性质 模量是一个变数 通常有三种表示方法 1 弹性模量 切线模量 通过重复加载的方式确定 2 变形模量 割线模量 3 切线模量 c ela pla k c c ela pla h 割线 切线 初始弹性模量 过原点切线的斜率 切线模量 过某一点切线的斜率 割线模量 某一点与原点连线的斜率 混凝土的变形模量 2 混凝土的徐变 定义 在荷载长期作用下 混凝土的变形随时间而徐徐增长的现象 徐变的特点 开始增长较快 以后逐渐减慢 最后趋于稳定 混凝土的徐变 徐变的原因 水泥凝胶体的黏性流动 使骨料应力增大 混凝土中内部微裂缝的发展 影响徐变的因素 应力的大小 混凝土的龄期 混凝土的制作 养护环境 水灰比与水泥用量 骨料用量及力学性能 徐变对结构设计的影响 使钢筋混凝土构件截面产生内力重分布 使受弯构件和偏压构件的变形加大 使预应力混凝土构件产生预应力损失 3 混凝土的收缩与膨胀混凝土的收缩 混凝土在空气中硬化时体积会缩小 混凝土的收缩包括凝缩和干缩两部分 混凝土收缩变形先快后慢 影响混凝土收缩的因素 水泥的品种 水泥强度等级越高 制成的混凝土收缩越大 水泥的用量 水泥用量多 水灰比越大 收缩越大 骨料的性质 骨料弹性模量高 级配好 收缩就小 养护条件 干燥失水及高温环境 收缩大 混凝土制作方法 混凝土越密实 收缩越小 使用环境 使用环境温度 湿度越大 收缩越小 构件的体积与表面积比值 比值大时 收缩小 一 粘结力的组成 2 3钢筋与混凝土之间的粘结作用 钢筋与混凝土表面的化学胶着力 钢筋与混凝土接触面的摩擦力 钢筋与混凝土表面凹凸不平的机械咬合力 二 粘结强度 直接拔出试验 弯曲拔出试验 式中N 钢筋的拉力 钢筋的直径 粘结的长度 三 影响粘结的因素影响钢筋与混凝土粘结强度的因素很多 主要有混凝土强度 保护层厚度及钢筋净间距 横向配筋及侧向压应力 以及浇筑混凝土时钢筋的位置等 光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度都随混凝土强度等级的提高而提高 但不与立方体强度成正比 变形钢筋能够提高粘结强度 钢筋间的净距对粘结强度也有重要影响 横向钢筋可以限制混凝土内部裂缝的发展 提高粘结强度 在直接支撑的支座处 横向压应力约束了混凝土的横向变形 可以提高粘结强度 浇筑混凝土时钢筋所处的位置也会影响粘结强度 四 钢筋的锚固与搭接1 保证粘结的构造措施 1 对不同等级的混凝土和钢筋 要保证最小搭接长度和锚固长度 2 为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结 必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求 3 在钢筋的搭接接头内应加密箍筋 4 为了保证足够的粘结在钢筋端部应设置弯钩 5 对大深度混凝土构件应分层浇筑或二次浇捣 6 一般除重锈钢筋外 可不必除锈 2 基本锚固长度钢筋的基本锚固长度取决于钢筋的强度及混凝土抗拉强度 并与钢筋的外形有关 规范 规定纵向受拉钢筋的锚固长度作为钢筋的基本锚固