第2章 混凝土结构材料的物理力学性能2PPT课件

.第一、二章混凝土结构材料的物理和机械性能，混凝土的物理和机械性能钢筋的物理和机械性能混凝土和钢筋的结合，2，2.1混凝土的物理和机械性能2.1.1混凝土的构成结构一般将混凝土的结构分为a .微结构：水泥凝胶、晶体骨架、未完成的水泥颗粒和凝胶孔组等三种类型。b .子结构：混凝土的水泥砂浆结构。c .宏观结构：砂浆和粗骨料双组分体系。注：1 .骨料的分布和骨料与基准之间的界面连接强度是影响混凝土强度的重要因素。2.荷载下微裂纹的扩展对混凝土的力学性能有非常重要的影响。主要采用3，2.1.2单轴应力状态下混凝土强度混凝土结构的抗压强度。因此，抗压强度是混凝土力学性能中最重要、最基本的指标。混凝土的强度等级分为压缩强度，(1)单向应力状态下混凝土的强度，1)立方体压缩强度：侧面长度为150mm的混凝土立方体试件在标准条件下(温度为203，湿度为90%)保存了28天的标准测试方法(载荷速度为0.150.3N)规范是从C15到C80的14个强度等级(取决于强度范围)，等级差异为5N/mm2。4，2)由棱镜试件测量的压缩强度确定的轴压缩强度。根据标准方法制作的150mml50mm300mm棱镜试件，温度为20土壤3 ，相对湿度为90%以上，保存28d，具有通过标准测试方法测量的95%保修率的压缩强度。在相同的混凝土中，棱镜的压缩强度小于立方体的压缩强度。考虑实际结构构件制作、维护和应力情况，实际构件强度和试件强度之间存在差异，规范指定了基于安全低值的轴抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值之间的转换关系，如下所示：脆性下降系数，强度比，5，表达式中，k1为棱镜强度与立方体强度之比，对于不超过C50等级的混凝土为0.76，对于C80为0.82，其间为线性插值方法。K2是高强混凝土的脆性降低系数，对于C40，更改为1.0，对于C80，更改为0.87，对于中间，根据直线定律更改值。0.88用于考虑实际构件和诗篇混凝土强度之间差异的衰减系数。fcu、k立方体强度标准值为混凝土强度等级FCU。6，3)轴拉伸强度、混凝土的轴拉伸强度可以直接用轴向拉伸试验方法测定，但试验结果比较困难，目前国内外主要采用圆筒或立方体的分割试验，间接测试混凝土的轴拉伸强度。7，混凝土结构设计规范指定轴向拉伸强度标准值和立方体压缩强度标准值之间的转换关系。即混凝土轴拉伸强度与立方体压缩强度的关系，8，在平面应力状态下，当两个方向应力都是压缩应力时，压缩强度可以相互增加，最多增加27%，一个方向是压缩应力，另一个方向是拉伸应力时，强度相互减小。如果压缩应力不是太高，则提高混凝土的剪切强度，如果拉伸应力，则降低混凝土的剪切强度。剪应力的存在降低了混凝土的压缩和抗拉强度。侧压应力的存在可以通过样式约束混凝土的轴压强度提高混凝土的抗压强度；无约束混凝土的轴向抗压强度；侧约束压力应力。侧压应力的存在也可以提高混凝土的延性。(3)复合应力状态下混凝土的强度，9，双轴应力状态，在实际结构中，混凝土很少处于单向力状态。更多的是双向或三向力状态。如果双向压缩强度大于单向压缩强度，则最大压缩强度为两个压缩应力之比0.3到0.6，大约为(1.25到1.60)fc。双轴压缩下混凝土的应力应变关系类似于单轴压缩曲线，但峰值变形都超过单轴压缩时的峰值变形。，压力，拉伸-压力，10，第二章钢筋和混凝土的材料特性，1轴压缩1轴拉伸状态下的随机应力比不超过相应的1轴强度。压缩或拉伸强度随其他方向拉伸或压缩应力的增加而减小。2轴应力状态，在实际结构中，混凝土几乎没有单向应力状态。更多的是双向或三向力状态。2.1.3复合应力下混凝土的力学性能，11，经常出现剪切应力t和正应力s共同作用的复合应力情况(由构件的剪切或扭转引起)。混凝土的剪切强度：随着拉应力的增加，约压应力的增加，增大压力应力约为0.6fc时剪切强度最大，随着压缩应力的持续增加，剪切强度随压缩应力的增加而减小。12，3轴应力状态，3轴应力状态的各种组合，在实际项目中更多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱的混凝土处于三向压缩状态。三向压缩试验通常在等侧压力条件下使用气缸进行。实验获得的经验式：型约束混凝土的轴向抗压强度；无约束混凝土的轴向抗压强度；侧约束压力应力。侧压应力的存在也可以提高混凝土的延性。13，2.1.4混凝土的应变1，单轴受压应力-应变关系，混凝土单轴应力-应变关系反映了混凝土整体应力过程的重要力学特性，是建立混凝土构件应力分析、承载力和应变计算理论的必要基础，也是利用计算机进行非线性分析的基础。混凝土单轴压缩应力-应变关系曲线，经棱镜试件经常测量。在普通试验机上使用等应力速度载荷达到轴压强度fc时，在试验机上聚集的弹性变形大于试验体可吸收的变形能量，试验体突然发生易破碎的损伤，只能测量应力应变曲线的上升段。应力-应变曲线的下降段可以在向试验机施加压力时测量，以吸收等应变速度载荷或试件上的高弹性元件以及试验机的凝聚变形能量。14，15，在a点以前，微裂纹没有明显发展，混凝土的变形主要是弹性变形，应力应变关系接近直线。点a应力随混凝土强度的增加而增加，对于普通强度混凝土sA，约为(0.3到0.4)fc，对于高强度混凝土sA，最大值为(0.5到0.7)fc。在a点后，由于应力集中，裂纹开始扩展，塑料零件发生变形，应变增长开始加速，应力应变曲线逐渐偏离直线。随着微裂缝的发展，混凝土的横向变形增加了。但是在这个阶段，微裂纹的发展是稳定的。混凝土在坚硬的粘结过程中，由于水泥石的收缩、骨料下沉及温度变化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成了很多微裂缝，成为混凝土的薄弱部分。混凝土的最终破坏是由这些微裂缝的发展引起的。到达b点后，内部微裂纹相互连接，裂纹变得不稳定，横向变形突然增加，体积变形开始从压缩转变为增量。在这种应力的长期作用下，裂纹会继续发展，最终导致破坏。使用点b的应力作为混凝土的长期抗压强度。一般强度混凝土sB可能约为0.8fc，高强度混凝土sB可能最大为0.95fc或更高。到达c点fc，内部微裂纹形成破坏曲面，变形生长速度显着快，c点的纵向变形值称为峰值变形E0，约为0.002。纵向变形发展达到了d点，内部裂纹是试样表面第一个可见的垂直裂纹与力的方向平行。随着应变的增长，几个不连续的纵向裂缝相继发生，侧向变形急剧发展承载力，混凝土骨料和砂浆的结合不断破裂，裂缝连接的倾斜破坏面。e点的变形e=(23)e0，应力s=(0.40.6)fc。16，不同强度混凝土的应力应变关系曲线，强度等级越高，线弹性线段越长，峰值变形也增加。但在高强混凝土中，砂浆和骨料的附着力强，密度好，几乎没有微裂缝，最终破坏往往是骨料的破坏，破坏时脆性突出，下降段陡。17，Hognestad建议的应力应变曲线，18，规范应力应变关系，上升段：下降段：19，2、混凝土的变形系数、弹性系数、变形系数、切线系数、20，弹性系数测量方法，21，2.1.5混凝土的收缩和蠕变1，混凝土的收缩混凝土在空气中硬化时体积减少的现象称为混凝土的收缩。收缩是混凝土体积变化引起的变形，与外力无关。当这些自发变形受外部(支撑)或内部(钢筋)约束时，混凝土可能会产生拉伸应力，混凝土可能会出现裂缝。混凝土收缩对钢筋混凝土构件产生预应力损失。22，影响因素混凝土的收缩与结构周围的温度、湿度、构件截面形状和大小、混合比、骨料特性、水泥特性、混凝土浇筑质量和硬化条件等诸多因素有关。(1)水泥的品种：水泥强度等级越高，混凝土收缩越多。(2)水泥的使用：水泥量大，水灰比越大，收缩率越大。(3)骨料的特性：骨料的弹性系数高，级配好，收缩小。(4)固化条件：干燥失水和高温环境，大收缩。(5)混凝土制造方法：混凝土越密，收缩越少。(6)使用环境：使用环境温度越大，湿度越大，收缩越小。(7)构件的体积与表面积的比率：比率大时收缩率小。23，2，混凝土的蠕变混凝土，载荷长期作用，其变形随时间增大的现象称为蠕变。蠕变对混凝土结构和构件的工作性能有很大影响。混凝土的蠕变会增加构件的变形，导致钢筋混凝土截面应力重新分配，钢筋混凝土结构中发生预应力损失。混凝土的蠕变特性主要与时间参数相关。24，应力(0.5fc)作用的瞬间瞬间，首先生成弹性变形eel(=si/Ec(t0)，t0承受载荷的期间)。随着负载作用时间的持续，变形不断增长，最初4个月内西变快速增长，6个月内达到最终西变的(7080)%，以后的增长逐渐减慢，23年后趋于稳定。25，记忆(t-t0)时间后的总变形为ec(t，t0)，此时混凝土的收缩变形为esh(t，t0)时为徐，ECR (t，t0)=EC (t，t0)，26，产生时间t卸载等瞬时弹性恢复变形eel。混凝土弹性系数会随时间增加，因此弹性恢复变形eel比负载时的瞬时弹性变形eel小。过了一段时间后，一些变形eel被称为弹性后效果或蠕变恢复，不可恢复残留永久变形ecr，27，影响因素内在因素混凝土构成和比例。骨料的刚度(弹性模量)越大，体积比越大，蠕变越小。水灰色越小，蠕变也越小。环境影响包括保护和使用条件。湖下前硬化的温度和湿度越高，水泥的水化效果越好，月相越小。使用蒸汽硬化可减少蠕变(20%到35%)。负载后元件所在的环境温度越高，相对湿度越小，潜变越大。28，3，反复荷载下混凝土的变形(疲劳变形)，疲劳强度混凝土的疲劳强度由疲劳试验确定。使用100mm 100mm或150mm150mm450mm棱镜，棱镜试件承受200多万次迭代载荷，破坏的压缩应力值称为混凝土的疲劳压缩强度。受影响因素负载时的应力大小是影响应力应变曲线其他开发和变形的关键因素。换句话说，混凝土的疲劳强度与重复时应力变化的宽度有关。在相同迭代次数下，疲劳强度随着疲劳应力比的增加而增加。，29，荷载反复作用下混凝土的应力应变关系，30，2.2钢筋的物理和机械性能2.2.1钢筋的品种和等级热轧钢材，中高强度钢丝和绞线，热处理钢筋和冷加工钢筋，31，热轧钢筋分类HPB235等级，HRB335等级，HRB400等级，RRB400等级，屈服强度fyk(标准值=钢废料限制，保证率97.73%)HPB235等级：fyk=235N，32、HPB235级(级)钢筋大部分是光面钢筋，起到现浇楼板的应力钢筋和箍筋的作用。HRB335等级(级)和HRB400等级(级)钢筋的强度高，钢筋混凝土构件大部分是受力钢筋，大构件也使用级钢筋作为箍筋，加强与混凝土的连接，外形是用新月筋或轮廓筋制成的变形钢筋。RRB400级(级)钢筋的强度太大，不适合钢筋混凝土构件的加固，不能使用冷轧钢筋。延伸率d5=25、16、14、10%，直径8至40。33，钢丝，中钢丝的强度为8001200MPa，高强度钢丝，钢绞线的强度为1470 1860MPa；延伸率d10=6%，d100=3.5 4%；钢丝直径3 9mm外接圆的直径介于9.5到15.2mm之间，有三种形式：外接圆的表面、销和螺旋肋。中高强度钢丝和钢绞线都用于钢筋混凝土结构。冷加工钢筋由冷镦钢和线材冷滚轧、冷滚轧、冷滚轧和冷扭加工。冷加工的目的是提高钢筋的强度，节约钢铁。但是冷加工后钢筋的伸长率下降了。近年来冷加工钢筋的品种很多，要按照专门规定使用。热处理钢筋采用加热、淬火、回火等调质工艺处理，大大提高了强度，不太降低伸长率。用于钢筋混凝土结构。34，2.2.2钢筋的强度和变形有确定屈服点的钢筋，ef是颈部收缩阶段，35，部分指标：屈服强度：钢筋屈服后可能发生大塑性变形，因此是钢筋强度的设计基础，这部分变形在卸载时不能修复，这可能导致钢筋混凝土构件发生大变形和无法闭合的裂缝。屈服上限与载荷速度相关，不太稳定，通常用作屈服强度。延伸率：反映钢筋塑性特性的指标，以钢筋拉伸后延伸率与原始长度之比表示。延伸率大的钢筋，拉之前有足够的前兆，延展性比较好。屈服比：反映钢筋的强度储备。fy/fu=0.6至0.7。36，具有明显屈服点的钢筋的应力应变关系通常可以使用双线理想的弹性塑性关系，37，无明显屈服点的钢筋，a点：比例限制，约0.65fua点之前：应力应变关系在线弹性a点之后：应力应变关系为非线性时，存在特定塑性变形，明显屈服点强度设计指标3354条件屈服点残余变形为0.2%的应力000，38，1)强度：钢筋需要足够的强度和适当的强屈曲比(极限强度和屈服强度的比)。例如，对于第一级和第二级地震等级的框架结构，垂直力钢筋的实际拉伸比不应小于1.25。2)塑料：钢筋需要足够的变形能力。3)焊接性：钢筋焊接后不应出现裂纹或过度变形，焊接接头性能良好。4)与混凝土的附着力：钢筋和混凝土之间的两项工作需要充分的附着力才能共同工作。2.2.3混凝土结构对钢筋性能的要求，39，2.3混凝土