混凝土结构材料的物理力学性能

,学习目标掌握钢筋的应力-应变曲线；了解钢筋的冷加工性能、重复荷载下钢筋的疲劳性能；掌握混凝土强度、应力-应变曲线的概念；熟悉混凝土变形模量、徐变、收缩的概念；掌握粘结的定义、基本锚固长度的计算；掌握保证可靠粘结的构造要求。,混凝土结构材料的物理力学性能,教学提示首先应明确材料的物理力学性能是混凝土结构计算理论建立的基础。本章应重点介绍混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能、钢筋和混凝土的应力-应变曲线以及钢筋与混凝土的黏结机理。,主要内容：,混凝土的物理力学性能钢筋的物理力学性能钢筋与混凝土的粘结,第二章钢筋和混凝土的材料性能,2.1混凝土,2.1混凝土一、混凝土的强度,第二章钢筋和混凝土的材料性能,2.1混凝土,（混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标）（1）立方体抗压强度标准值：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下（203，90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度。fcu,k=fcu,m(1-1.645)。,2.1混凝土一、混凝土的强度1、立方体抗压强度fcu，立方体抗压强度标准值fcu,k,第二章钢筋和混凝土的材料性能,（2）混凝土的强度等级：规范是根据混凝土立方体抗压强度标准值来划分的。从C15C80共划分为14个强度等级（如C30表示fcu,k=30N/mm2），级差为5N/mm2。,（3）非标准试块强度换算系数：200mm200mm200mm:1.05；100mm100mm100mm:0.95。,未采取减摩措施,采取减摩措施后,第二章钢筋和混凝土的材料性能,第二章钢筋和混凝土的材料性能,2.1混凝土,2、轴心抗压强度fc,（1）轴心抗压强度的概念：也称棱柱体抗压强度（用符号fc表示），是用高宽比为24的棱柱体试件测得的抗压强度，我国标准以150150300mm的棱柱体试件为标准试件，也常用150150450的棱柱体试件。（2）棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系,第二章钢筋和混凝土的材料性能,2.1混凝土,c1和c2的取值,第二章钢筋和混凝土的材料性能,劈裂试验,（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裂试验测定混凝土的抗拉强度）,劈拉强度,3、轴心抗拉强度ft,第二章钢筋和混凝土的材料性能,2.1混凝土,轴心抗拉强度试验,轴心抗拉强度标准值,第二章钢筋和混凝土的材料性能,2.1混凝土,第二章钢筋和混凝土的材料性能,4、混凝土强度的标准值,（1）规范规定材料强度的标准值fk应具有不小于95%的保证率,第二章钢筋和混凝土的材料性能,2.1混凝土,例已知fcu,m=30MPa,d=0.14，求fcu,k和fckfcu,k=fcu,m(1-1.645d)=23.09MPafc,m=0.76fcu,mfck=fc,m(1-1.645d)0.881.0=0.76fcu,m(1-1.645d)0.881.0=15.44MPa,第二章钢筋和混凝土的材料性能,2.1混凝土,二、混凝土破坏机理,fc0.8fc时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，徐变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。因此将0.8fc作为混凝土的长期抗压强度。,3、混凝土在重复荷载作用下的变形性能疲劳,第二章钢筋和混凝土的材料性能,（1）重复荷载作用下的应力-应变曲线,疲劳破坏的特征：裂缝小而变形大,第二章钢筋和混凝土的材料性能,（2）混凝土疲劳强度试验,标准试件：150150300或150150450mm的棱柱体,200万次,荷载应力大小，即疲劳应力比值是影响疲劳强度大小的关键因素,混凝土疲劳强度fcf,fcf=grfc,见建工教材P316附表2-4,第二章钢筋和混凝土的材料性能,2.1混凝土,混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。（收缩是混凝土在不受外力情况下由于体积变化而产生的变形。）,4、混凝土的收缩,物理方面：干燥失水。化学方面：混凝土的碳化（凝胶体中的Ca(OH)2CaCO3）。,（2）引起收缩的原因,（1）收缩的概念,第二章钢筋和混凝土的材料性能,2.1混凝土,当收缩受到约束（如支座、内部钢筋）时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。,（3）收缩对结构的影响,图a)钢筋混凝土构件的收缩裂缝,第二章钢筋和混凝土的材料性能,2.1混凝土,早期发展快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成50%；以后发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。一般情况下，最终收缩应变值约为(25)10-4混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4,（4）收缩与时间的关系,第二章钢筋和混凝土的材料性能,2.1混凝土,水泥的强度等级高、用量多、水灰比大，收缩就大；骨料弹性模量高、级配好，收缩就小；养护时的湿度大、温度高，收缩就小；使用时的湿度大、温度低，收缩就小；构件体表比大，收缩就小；混凝土越密实，收缩越小；,（5）影响收缩的因素,第二章钢筋和混凝土的材料性能,2.1混凝土,但混凝土的膨胀值一般较小，对结构的影响也较小，所以经常不予考虑。,（7）膨胀对结构的影响,第二章钢筋和混凝土的材料性能,2.2钢筋,2.2钢筋一、钢筋的种类1、钢筋的化学成分：力学性能主要取决于化学成分。,铁元素：主要成分。碳元素：含碳量增加，强度提高，但塑性和可焊性降低。低碳钢（25%,不应50%;对板、墙：不宜25%;对柱：不宜50%;,2.4一般构造规定,（4）钢筋搭接接头连接区段的长度：1.3ll,桥规直接根据混凝土强度等级和钢筋级别确定受拉钢筋的搭接长度ls，见道桥教材P94表4-3。,第二章材料的力学性能,（6）纵向受压钢筋的搭接长度取纵向受拉钢筋搭接长度的0.7倍，即0.7ll，且在任何情况下不应小于200mm。,（7）搭接区的箍筋要求直径较大纵筋直径的0.25倍；间距：较小纵筋直径的5倍，且不应大于100mm.(受拉搭接）较小纵筋直径的10倍，且不应大于200mm.(受压搭接）,2.4一般构造规定,锥螺纹钢筋连接,第二章材料的力学性能,2.4一般构造规定,第二章材料的力学性能,2.4一般构造规定,挤压钢筋连接,第二章材料的力学性能,2.4一般构造规定,第二章材料的力学性能,本章小结,1、混凝土的力学性能（1）混凝土的强度：fcu,k及其测定方法、fc、ft；混凝土强度的标准值；复合受力下混凝土的强度及变形性能（2）混凝土的变形：单轴单调受压的曲线；曲线的规范模型；混凝土的弹性模量及其测定；混凝土的收缩、膨胀及徐变。2、钢筋的力学性能（1）钢筋的品种：热轧钢筋（HPB235=R235、HRB335、HRB400、RRB400=KL400）、钢丝、钢绞线、冷加工钢筋和热处理钢筋。（2）曲线（有、无明显屈服点的钢筋）；曲线的规范模型（3）钢筋的强度指标屈服强度、