砼原理绪论及材料性能

1、土建学院结构教研室编制绪论绪 论 一、混凝土结构的一般概念一、混凝土结构的一般概念主要以混凝土材料，并根据需要配置钢筋、预应力主要以混凝土材料，并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、钢管等，作为主要承重材料的结构，均筋、钢骨、钢管等，作为主要承重材料的结构，均可称为可称为砼结构砼结构，主要有，主要有：素砼结构素砼结构由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构。钢筋砼结构钢筋砼结构由配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的 砼制成的结构。预应力砼结构预应力砼结构由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方 法建立预加应力的混凝土制成的结构。钢骨砼结构钢骨砼结构钢管砼结构钢管砼结构钢钢 砼混合结构砼混合结构素

2、砼结构素砼结构素砼路面钢筋砼结构钢筋砼结构预应力砼结构预应力砼结构钢骨砼结构钢骨砼结构钢管砼结构钢管砼结构钢钢 砼混合结构砼混合结构 型钢支撑架 压型钢板 受力钢筋 抗剪横向钢筋 现浇砼结合面层砼结构的特点通过通过建筑材料建筑材料课程可知，砼是由石子、沙子、水泥和水课程可知，砼是由石子、沙子、水泥和水经拌和硬化后形成的人工石材。由于经拌和硬化后形成的人工石材。由于砼的抗拉强度比较低，砼的抗拉强度比较低，大约为抗压强度的大约为抗压强度的1/81/17，所以素砼结构的应用受到很大的所以素砼结构的应用受到很大的限制。因此在实际工程中，限制。因此在实际工程中，应用比较多的是在砼中配有钢筋应用比较多的是

3、在砼中配有钢筋的砼结构，即钢筋砼结构和预应力砼结构。的砼结构，即钢筋砼结构和预应力砼结构。 问题一问题一：为什么要把钢筋和砼这两种力学性能不同的材料结合在一起呢？ 砼的抗压强度高 优点 应予以采用绪 论砼的抗拉强度低 缺点应设法用抗拉强度 高的材料予以替代钢筋混凝土钢筋混凝土是由两种力学性能截然不同的材料钢筋和混凝土结合成整体,共同发挥作用的一种建筑材料。绪 论 素砼梁当外力足够大，跨中受拉边缘应力达到当外力足够大，跨中受拉边缘应力达到砼抗拉强度砼抗拉强度 ft 时，梁底将开裂，梁时，梁底将开裂，梁随即破坏，表现为脆性断裂，无明显预兆。破坏时跨中截面受压边缘的压随即破坏，表现为脆性断裂，无明显

4、预兆。破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到砼的抗压强度。应力与抗拉强度相近，远未达到砼的抗压强度。砼抗压强度高的特点未得砼抗压强度高的特点未得到充分利用到充分利用。1503002500s sc= ft ft梁出现裂缝后立即破坏绪 论 ft f16 fts sc= fts ss s sc 素砼中加入钢筋，加载后梁下侧受拉区的应力首先达到 ft ，梁的下侧出现裂缝，砼中的应力转嫁到钢筋中，在正截面中钢筋受拉砼受压，以达到两种材料分工负责的理想目的。ft绪 论 由于钢筋的强度和砼的抗压强度比砼的抗拉强度高出许多倍，大大地提高了梁的承载力。而且在破坏之前，裂

5、缝显著开展，挠度明显增加，在破坏之前有明显的预兆。由此可见：虽然钢筋面积只占截面面积的1%左右，但是钢筋砼梁的承载力却是素砼梁的几倍或十几倍。结论：结论： 通过素混凝土梁和钢筋混凝土梁的试验比较试验比较可知：（1 1）结构的承载力有很大提高；）结构的承载力有很大提高；（2 2）结构的受力性能得到显著改善。）结构的受力性能得到显著改善。（3 3）钢筋的存在，不能阻止裂缝的出现，但却能阻碍裂）钢筋的存在，不能阻止裂缝的出现，但却能阻碍裂 缝的开展。缝的开展。 另：另： 对于受压的钢筋混凝土柱中配置了抗压强度较高的钢筋可协助混凝土对于受压的钢筋混凝土柱中配置了抗压强度较高的钢筋可协助混凝土抗压，从而

6、缩小柱截面尺寸或在同截面情况下提高柱的承载力。抗压，从而缩小柱截面尺寸或在同截面情况下提高柱的承载力。绪 论 问题二：问题二：这两种材料力学性能不同的材料能否结合在一起呢？ 钢筋与砼共同工作的原因 （1）钢筋与砼之间有良好的粘结力，粘结力是这两种不同材料共同工作的基础，粘结力使两者结为整体，共同工作，共同受力，共同变形；（2）钢筋与砼的温度线膨胀系数接近，砼1.01.5105，钢筋1.2105，当温度变化时，两者之间不会产生较大的温度应力而破坏粘结；（3）砼包围着钢筋，保护钢筋不易锈蚀。 绪 论 二、钢筋砼结构的优缺点二、钢筋砼结构的优缺点 绪 论 绪 论 绪 论 RC核心筒核心筒+外框型钢混

7、凝土柱及钢柱，外框型钢混凝土柱及钢柱，88层，高层，高420m， 7度抗震设防度抗震设防上海金茂大厦上海金茂大厦办办公公层层平平面面客客房房平平面面第第88层层平平面面剖剖面面绪 论 上海环球金融中心上海环球金融中心 RC核心筒核心筒+外伸桁架和巨型（型钢）柱外伸桁架和巨型（型钢）柱(三重结构体系三重结构体系)， 101层，高层，高492m，7度抗震设防度抗震设防核芯筒核芯筒底部底部剪力墙剪力墙绪 论 台北台北101101金融大楼金融大楼 高高508508米，超过米，超过美国芝加哥的西尔斯大楼，美国芝加哥的西尔斯大楼， 马来马来西亚双塔等大楼，成为新的全球第西亚双塔等大楼，成为新的全球第一高楼

8、。一高楼。采用方钢管混凝土柱，混凝土核心采用方钢管混凝土柱，混凝土核心筒混合结构。筒混合结构。大楼历时大楼历时5 5年多，耗资年多，耗资600600亿币。总面亿币。总面积积7 7万多平方米，共容纳了万多平方米，共容纳了160160多家商多家商店。店。( (包括地下包括地下5 5层、其中层、其中B2B2到到B5B5为地为地下停车场、地上下停车场、地上101101层，其中有层，其中有7878层层是办公大楼是办公大楼 ，裙楼部分则是购物中，裙楼部分则是购物中心。心。绪 论 19981998年在马来西亚吉隆坡建成的年在马来西亚吉隆坡建成的彼得罗纳斯大厦（彼得罗纳斯大厦（PetronasPetronas

9、 TowerTower），），8888层，高层，高452m452m，为当，为当时世界最高的建筑。时世界最高的建筑。绪 论 三、钢筋混凝土结构的发展及应用三、钢筋混凝土结构的发展及应用 （一）发展简况（一）发展简况混凝土结构使用至今已约有 150 年的历史。因其发展速度很快，应用非常广泛。1824年 英国人 J.Aspdin 发明水泥。1849年 法国人 J.L.Lambet 水泥砂浆沫在钢丝两边做成小船 最早的混凝土结构。1867年 法国花匠 J.Monier 申请花盆专利 发明混凝土结构。1884年 德国人提出钢筋放在受拉部位概念，板的计算方法 混凝土结构推广应用。20世纪20年代后复杂结构

10、出现，计算理论发展迅速。1938 年前苏联提出破损阶段计算方法。20世纪50年代提出按极限状态设计方法。绪 论 （二）应用现状1. 材料方面高强度钢筋高强度高性能混凝土（强度达到 100N / mm2）高性能外加剂和混合材料 钢纤维混凝土和聚合物混凝土轻质、节能、环保型砼 轻质混凝土、加气混凝土、陶粒 混凝土以及利用工业废渣的“绿色混凝土”特种砼 防射线、耐磨、耐腐蚀、防渗透、保温等特殊需要的砼以及智能型混凝土 2. 结构方面A 、大跨、高层建筑中砼结构越来越多：轻质、高强砼材料发展及设计理论水平提高 大跨度结构：飞机库（德国）跨度 90m 预应力轻骨料砼建造大跨度桥梁：日本滨各大桥跨度240

11、m预应力砼箱型桥梁 B 、应用广泛：除工业与民用建筑外，还广泛应用在路、桥、隧道、水电站和码头等。 C 、应用范围不断扩大：扩大到了近海工程、海底建筑、地下建筑、核电站安全壳等领域，甚至已开始构思和实验用于月面建筑。四、学习本课程要注意的问题四、学习本课程要注意的问题3. 设计理论、方法方面：新规范：新规范：混凝土结构设计规范（ GB500102010 )（建筑规范）； 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D622004）研究：研究：混凝土基本理论与设计方法、结构可靠度与荷载分析、工业化建筑体系、结构抗震与有限元方法、电子计算机在混凝土结构中的应用、现代化测试技术。 （一）本课

12、程主要内容 主要讲述各种混凝土基本构件的受力性能、截面设计计算方法和构造等混凝土结构的基本理论及预应力混凝土构件。通过本课程的学习，使学生初步具有运用这些理论知识正确进行混凝土结构设计和解决实际技术问题的能力。（二）学习方法二）学习方法 1.首先注意掌握钢筋、砼的力学性能及共同工作的基础 2.突出重点，并注意难点的学习 3.注重概念的理解，熟练掌握设计计算的基本功 4.注意规范的学习课程中用到的规范有：课程中用到的规范有： 混凝土结构设计规范 (GB500102010 ）建筑结构荷载规范 (GB 500092012 ）公路桥涵设计通用规范（ JTG D602004 ） 公路钢筋混凝土及预应力混

13、凝土桥涵设计规范 （JTG D622004）等这些规范是有一定约束性、立法性的文件，必须遵守，同时其中的一些构造要求应当做常识掌握。（三）学习要求（三）学习要求 要求按时交作业，作业要求抄题，作图要求规范整洁；平时成绩占 30% 。 包括：考勤、课堂练习、课后作业、平时表现和实验五部分。 绪 论 五、本课程的研究对象、特点和学习方法五、本课程的研究对象、特点和学习方法 研究对象：钢筋砼及预应力砼结构及构件的受力性能、计算方法和配筋构造。 核心问题：可靠度与经济性问题，即如何使砼设计符合技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求。本学科的研究路线：本学科的研究路线：在充分掌握材料力学性能的基础

14、上，在充分掌握材料力学性能的基础上，从结构或构件的破坏机理入手，去探求结构或构件在不同从结构或构件的破坏机理入手，去探求结构或构件在不同作用的作用下的抵抗能力（承载力、刚度、变形和裂缝等）作用的作用下的抵抗能力（承载力、刚度、变形和裂缝等）和设计计算方法，从而合理配筋，并绘出结构施工图。和设计计算方法，从而合理配筋，并绘出结构施工图。 在充分掌握材料力学性能的基在充分掌握材料力学性能的基础上，从结构或构件的破坏机理入础上，从结构或构件的破坏机理入手，去探求结构或构件在不同作用手，去探求结构或构件在不同作用的作用下的抵抗能力（承载力、刚的作用下的抵抗能力（承载力、刚度、变形和裂缝等）和设计计算方

15、度、变形和裂缝等）和设计计算方法，从而合理配筋，并绘出结构施法，从而合理配筋，并绘出结构施工图。工图。 绪 论 实实 例例 展展 示示绪 论 绪 论 绪 论 绪 论 绪 论 绪 论 绪 论 绪 论 绪 论 第一章第一章第一节第一节 钢钢 筋筋 钢筋的类型钢筋的类型 柔性钢筋柔性钢筋 钢筋：光面和带肋钢筋两种钢筋：光面和带肋钢筋两种 钢丝：直径在钢丝：直径在5mm5mm以内以内 劲性钢筋劲性钢筋 用于砼中的型钢用于砼中的型钢第一节第一章光园钢筋人字纹钢筋月牙纹钢筋螺纹钢筋第一节第一章第一节按钢筋的加工方法，钢筋可分为热轧钢筋、冷拉钢筋、冷轧带肋钢筋，热处理钢筋和钢丝五大类。桥规JTG D62推荐

16、，用于钢筋混凝土桥梁结构的钢筋主要选取热轧钢筋、碳素钢丝和精轧螺纹钢筋等三大类。 光面钢筋的强度等级代号为R235，相当于原标准的级钢筋。带肋钢筋按强度分为HRB335和HRB400、KL400两个等级。HRB335钢筋相当于原标准的级钢筋；HRB400和KL400钢筋相当于原标准的级钢筋。热轧钢筋按外形可分为光面钢筋和带肋钢筋两大类。碳素钢丝按其外形分为光面钢丝、螺旋肋钢丝和刻痕钢丝等三种类型：光面钢丝一般以多根钢丝组成钢丝束或由若干根钢丝扭结成钢绞线的形式应用。桥梁工程中常用的钢绞线有：12(二股)、13(三股)、17(七股)。其中采用最多的是七股钢绞线，根据钢丝直径不同，其公称直径为9.

17、5、11.1、12.7和15.2mm四种规格。钢绞线是预应力混凝土桥梁广泛采用的钢筋。 R235（HPB235）（Hot Rolled Plain Steel Bar）热轧光面钢筋热轧光面钢筋Q235HRB335 （Hot Rolled Ribbed Steel Bar ） 热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋20MnSiHRB400 （ Hot Rolled Ribbed Steel Bar ）热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋20MnSiV, 20MnSiNb, 20MnTiKL400 （ RRB400 ） （Remained heat treatment Ribbed Steel Bar ） 余热处理钢筋余热

18、处理钢筋常用热轧钢筋的分类常用热轧钢筋的分类绪 论 主要成分为主要成分为铁铁元素，还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素，还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素，力学性能主要与元素，力学性能主要与碳碳的含量有关：的含量有关：含碳量越高，则钢筋的强度越高，质地硬，但塑性变差。含碳量越高，则钢筋的强度越高，质地硬，但塑性变差。若含碳量低于若含碳量低于0.250.25，则称为低碳钢，钢筋混凝土结构中，则称为低碳钢，钢筋混凝土结构中多应用的是低碳钢。多应用的是低碳钢。20MnSi 20MnSi 前面的前面的2020指的是平均含碳量的万分数，其他化学指的是平均含碳量的万分数，其他化学元素的含量在元素的含量在

19、1.5 1.5 以下。以下。热轧钢筋的成分热轧钢筋的成分绪 论 R235 （HPB235）：）：质量稳定，塑性好易成型，但屈服强度较质量稳定，塑性好易成型，但屈服强度较低，不宜用于结构中的受力钢筋；低，不宜用于结构中的受力钢筋；HRB335：带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和塑性均较好，是塑性均较好，是目前目前主要应用的钢筋品种之一；主要应用的钢筋品种之一；HRB400：带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和塑性均较好，是塑性均较好，是今后今后主要应用的钢筋品种之一；主要应用的钢筋品种之一；KL40

20、0 （ RRB400 ）：）：是是HRB335钢筋热轧后快速冷却，利用钢筋热轧后快速冷却，利用钢筋内温度自行回火而成，淬火钢筋强度提高，但钢筋内温度自行回火而成，淬火钢筋强度提高，但塑性降低，余热处理后塑性有所改善。塑性降低，余热处理后塑性有所改善。热轧钢筋的性能特点热轧钢筋的性能特点绪 论 反映钢筋力学性能的基本指标：反映钢筋力学性能的基本指标：、和和对于有明显屈服点钢筋，其屈服强度定义为对于有明显屈服点钢筋，其屈服强度定义为屈服下限屈服下限。强屈比强屈比为极限强度与屈服强度的比值，热轧钢筋通常在为极限强度与屈服强度的比值，热轧钢筋通常在1.41.41.61.6之间。之间。钢筋在拉断时的应变

21、称为钢筋在拉断时的应变称为延伸率延伸率，定义为：，定义为：olll010, 5为试件的标距0l绪 论 钢筋标距通常取为钢筋标距通常取为5d5d或或10d10d，标距范围包括了钢筋的颈缩，标距范围包括了钢筋的颈缩区域，而该区域的变形占试件变形的绝大部分且与试件区域，而该区域的变形占试件变形的绝大部分且与试件标距的大小关系不大，所以导致不同标距的试件测得的标距的大小关系不大，所以导致不同标距的试件测得的延伸率不同。延伸率不同。目前多采用目前多采用延伸率延伸率来反映钢筋的变形能力来反映钢筋的变形能力绪 论 )(0sboEllls绪 论 冷弯性能是冷弯性能是反映钢筋变形能力的另一个指标反映钢筋变形能力

22、的另一个指标绪 论 第一章一、钢筋的强度和变形一、钢筋的强度和变形 有明显屈服点钢筋（热扎低碳钢等软钢）有明显屈服点钢筋（热扎低碳钢等软钢） s se ea为比例极限 s =Eseaa为弹性极限ade为强化段b为屈服上限c为屈服下限，即屈服强度 fydcd为屈服台阶(或流幅) ee为极限抗拉强度 fu fbcf为拉断 第一节四个阶段：弹性工作阶段、屈服阶段、强化阶段、破坏阶段。 第一章冷拉无明显屈服点的钢筋(硬钢)只有一个强度指标，即b点所对应的极限抗拉强度。在工程设计中，极限抗拉强度不能作为钢筋强度取值的依据，一般取残余应变为0.2%所对应的应力s0.2作为无明显屈服点钢筋的强度限值，通常称

23、为条件屈服强度。对高强钢丝，条件屈服强度相当于极限抗拉强度的0.85倍。第一节有明显屈服点的钢筋有两个强度指标：一是b点所对应的屈服强度，另一个是d点对应的极限强度。工程上取屈服强度作为钢筋强度取值的依据，因为钢筋屈服后产生了较大的塑性变形，将使构件变形和裂缝宽度大大增加，以致无法使用。钢筋的极限强度是钢筋的实际破坏强度，不能作为设计中钢筋强度取值的依据。(2) 无明显屈服点的钢筋应力无明显屈服点的钢筋应力应变曲线应变曲线（硬钢） a0 .2 %00 .2b c第一章二、冷加工的钢筋二、冷加工的钢筋 1 1、冷拉、冷拉 第一节s se e冷拉应力超过屈服强度卸载后停一段时间（或高温作用）经时效

24、屈服点提高到k k 时效硬化卸载后立即重新加载未经时效屈服点提高到k冷拉硬化k第一章冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，塑性下降；应先焊接后冷拉；冷拉钢筋不宜用作为受压钢筋和承受冲击力或重复荷载及负温下的结构中。 第一节冷拉是指在常温下将有明显屈服点的钢筋拉到超过钢筋屈服强度的某一应力值，然后卸载，钢筋产生残余变形，此时，立即再次加载，则屈服点提高到k点（高于卸载前者），这种现象称为钢筋的“冷拉硬化”。卸载后停一段时间再加载，屈服点提高到k点（仍高于卸载前者） ，这一现象叫冷拉“时效硬化”。 例：HPB235钢在常温下硬化需20天；100C下仅需2小时；450C时，强度反而降低，塑性性能有所增加；70

25、0C时，钢材恢复到冷拉前的性能。这种现象称为软化，因此，对焊接的冷拉钢筋应先焊接再冷拉。控制钢筋冷拉质量的主要参数是冷拉应力和冷拉率即k点的应力和应变值。 第一章第一节钢筋除应具有足够的强度外，还应具有一定的塑性变形能力。钢筋的塑性性能通常用延伸率和冷弯性能两个指标来衡量。钢筋延伸率钢筋延伸率是指钢筋试件上标距为10d或5d(d为钢筋试件直径)范围内的极限伸长率，记为10或5。钢筋的延伸率越大，表明钢筋的塑性越好。冷弯冷弯是将直径为d的钢筋围绕某个规定直径D(规定D为1d、2d、3d、4d、5d)的辊轴弯曲成一定的角度(90或180)，弯曲后钢筋应无裂纹、鳞落或断裂现象(图1.24)。弯芯(辊

26、轴)的直径越小，弯转角越大，说明钢筋的塑性越好。三、钢筋的塑性性能三、钢筋的塑性性能 第一章第一节四、四、 钢筋的松弛钢筋的松弛钢筋受力后，在长度保持不变的情况下，应力随时间增长而降低的现象称为松弛松弛(又称为徐舒)。预应力混凝土结构中，预应力钢筋张拉后长度基本保持不变，将产生松弛现象，从而引起预应力损失。钢筋的松弛随时间增长而加大，总的趋势是初期发展较快，1015天完成大部分，12个月基本完成。JJGD62给出的钢筋松弛损失中间值与终极值的比值见下表钢筋的松弛还与初始应力大小、温度和钢种初始应力大小、温度和钢种等因素有关。初始应力越大则松弛也越大。温度对松弛也有很大影响，应力松弛值随温度的升

27、高而增加。不同钢种的钢筋松弛值差异很大。低合金钢热轧钢筋的松弛值相对较小，热处理钢筋次之，高强钢丝和钢绞线的松弛值相对较大。 时间（天）210203040比值0.50.610.740.871.00第二节第二节 砼的物理力学性能砼的物理力学性能第二节第一章第二节第二节 砼的物理力学性能砼的物理力学性能 一、砼的强度一、砼的强度 砼的强度主要与材料质量、组成（配比）、截面尺寸、施工方法、养护条件、测试方法、横向约束、加荷速度等有关。 1 1、砼立方体抗压强度、砼立方体抗压强度f fcucu 规范规定：以边长为150mm的立方体，在203C的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气中养护28天，依照标准试

28、验方法测得的具有95%保证率的抗压强度作为砼立方体抗压强度，用fcu表示。 砼立方体抗压强度是划分砼的强度等级的标准。 桥规桥规JTG D62JTG D62规范规范划分为划分为1313级，分别为：级，分别为：C20C20、C25C25、C30C30、C35C35、C40C40、C45C45、C50C50、C55C55、C60C60、C65C65、C70C70、C75C75、C80C80。 C50以下为普通强度混凝土，C50及以上为高强度混凝土。 第二节第一章另：另：砼立方体强度不仅与养护时的温度、湿度和龄期等因素有关，而且与试件的尺寸和试验方法有关。 一般情况下，试件在试验机上受压时，纵向要缩

29、短，横向要扩张。由于砼试件与压力机垫板弹性模量、横向变形系数的差异，压力机垫板的横向变形明显小于试件的横向变形，从而，垫板将对砼试件产生一横向摩阻力，相当于一个“箍”，延缓裂缝开展，提高了试件的抗压强度。破坏时，首先沿斜向面破裂，然后中部四周砼脱落。如接触面上涂润滑剂，摩阻力大为减少，“无箍”作用，如图所示。 不涂润滑剂涂润滑剂第二节公路桥涵混凝土强度等级的选择应按下列规定采用公路桥涵混凝土强度等级的选择应按下列规定采用：A.钢筋混凝土构件不应低于C20，当采用HRB400、KL400级钢筋配筋时，不应低于C25；B.预应力混凝土构件不应低于C40；第一章不涂润滑剂的试件抗压强度值与试件尺寸大

30、小有关：尺寸越小，测得抗压强度值越大。原因有二：（1）材料自身原因 小试件，内部缺陷出现概率小，内外硬化程度差异小，从而，强度高些。（2）试验方法的原因，小试件“箍”作用强些。 规范规定：当采用200mm和100mm的立方体试块时，分别乘以1.05和0.95的换算系数 m m 。 100mm100mm立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系100150cucuffm第二节 第一章2 2、砼轴心抗压强度（棱柱体强度、砼轴心抗压强度（棱柱体强度f fc c） 我国规范规定以截面尺寸为150mml50mm、高为450mm的棱柱体试件来确定砼的轴心抗压强度，又称

31、为棱校体杭压强度。第二节问题：问题：为何要讨论棱柱体抗压强度？为何要讨论棱柱体抗压强度？答：1）在实际结构中，绝大多数受压构件的高度比其支承面的边长要大得多。2）采用柱体抗压强度能更好地反映混凝土的实际受力状态。3）由于试件的高宽比较大(h/b3)，可摆脱端部摩阻力的影响，所测强度趋于稳定。第一章02468102030s(MPa)e 103BACEDA A点以前，微裂缝没有点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力形主要弹性变形，应力- -应变关系近似直线。应变关系近似直线。A A点应力随混凝土强度的点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强提高而增加，对普通

32、强度混凝土度混凝土 sa 约为约为 (0.30.4)(0.30.4)f fc c ，对高强，对高强混凝土混凝土 sa 可达可达(0.50.7)(0.50.7)f fc c。下面我们来看一看棱柱体试压的破坏过程下面我们来看一看棱柱体试压的破坏过程第二节第一章由对比实验可得：由对比实验可得：f fc,mc,m = 0.88 = 0.88c1c1c2c2f fcu,mcu,m其中：其中： c1c1对对C50C50及以下取及以下取0.760.76，对，对C80C80取取0.820.82，其间按线形插入。，其间按线形插入。 c2c2脆性折减系数，脆性折减系数，C40C40取取1.01.0，C80C80取

33、取0.870.87。0.880.88为考虑试件尺寸不统一，试件与实际结构受力的差异的修正系为考虑试件尺寸不统一，试件与实际结构受力的差异的修正系数。数。 目前，我们已学习了砼的立方体强度目前，我们已学习了砼的立方体强度f fcucu 、砼的抗压强、砼的抗压强度度f fc c 。但这并不是我们在设计时所能直接引用的指标，这些内容我们将在以下的章节中学习。其它砼强度指标的学习过程也是一样的。第二节第一章3 3、砼轴心抗拉强度、砼轴心抗拉强度f ft t 第一章试验方法：试验方法：直接轴向拉伸试验 取取100100100100500mm500mm的试的试块，两端中部预埋块，两端中部预埋150mm15

34、0mm（d=16mmd=16mm）的变形钢筋，）的变形钢筋，进行轴向拉伸。缺点是预进行轴向拉伸。缺点是预埋埋件很难避免较小的偏心和件很难避免较小的偏心和砼砼的不均匀性使结果离散性的不均匀性使结果离散性较较大。大。 500 150 15010016轴心受拉试验第二节第一章劈拉试验PaP拉压压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拉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拉试验测定混凝土的抗拉强度试验测定混凝土的抗拉强度22aPfsp4/319. 0cuspff第二节第一章由对比实验可得：ft=0.23(fcu)2/3 ft =(1/81/20)fc通过对高强砼的试验分析

35、，规范采用了下列公式： ft=0.348c2 (fcu)0.55 因此，钢筋砼构件通常都是带裂缝工作的。因此，钢筋砼构件通常都是带裂缝工作的。 4 4、复合应力状态下的砼强度、复合应力状态下的砼强度 双向受压双向受压 双向受压强度比单向受压强双向受压强度比单向受压强度有所提高，最多增加约度有所提高，最多增加约27%27%；双向受拉双向受拉 与单向抗拉强度基本相同；与单向抗拉强度基本相同；一向拉一向压一向拉一向压 砼的抗拉、抗压强度均砼的抗拉、抗压强度均低于单向强度。低于单向强度。 第二节第一章剪压或剪拉剪压或剪拉 由于剪应力的存在，砼的抗拉、抗压强度均低于单向强度；由于剪应力的存在，砼的抗拉、

36、抗压强度均低于单向强度； 由于拉应力的存在，砼的抗剪强度降低；由于拉应力的存在，砼的抗剪强度降低； 由于压应力的存在，砼的抗剪强度变化如下：由于压应力的存在，砼的抗剪强度变化如下： 当当/f/fc c0.50.50.70.7时，时，增加抗剪强度增加增加抗剪强度增加 当当/f/fc c0.50.50.70.7时，时，增加抗剪强度降低。增加抗剪强度降低。 三向受压三向受压 三向受压强度和极限压应变都大大增加。三向受压强度和极限压应变都大大增加。 f fcccc=f=fc c+k+kr r k k侧压效应系数，取侧压效应系数，取4.54.57.07.0 第二节第一章二、砼的变形 砼的变形分成砼的变形

37、分成两类：两类：一类是受力而产生的变形；一类是受力而产生的变形； 一类是由收缩和温湿度变化而产生的变形一类是由收缩和温湿度变化而产生的变形 1 1、砼在一次短期加荷时的变形性能、砼在一次短期加荷时的变形性能 sAKBCDEe0e CusCfc ce C0e e tuft t右图是砼应力右图是砼应力应变全应变全曲线。曲线。是均匀加载棱柱体测得，是在经过改装后的压力试验机上测到的结果。峰值为f fc c，峰值点应变为00.002在普通试验机上，一过C点，试件即破坏。这是因试验机的刚度不足而造成的。第二节第一章想要测到全曲线的下降段，其试验方法为：全曲线的测得为清华首创。我校结构实验室也可顺利测出。

38、第二节此为开始加载时的情况此为加载至曲线上升段的顶点，即在绿色的立柱内己积蓄了大量的能量。一旦继续加载，试件便会立刻破坏。此为加载至下降段时，为防止由于在立柱内所积蓄的大量能量的释放而导至棱柱体试件立即破坏，应采取相应的措施在对棱柱体加压的同时，由于反作用力的原因，在试验机的加力框架（主要是立柱）内也积蓄了以能量，当棱柱体的加载应力超过 fc 时，全曲线进入下降段，此时试验机内立柱的能量开始释放会造成试件立即破坏。为了能顺利测出全曲线的下降段，应在两个加力板间增设保护性措施，以吸收立柱的所释放的能量。一般情况下，多用硬度相当的弹簧或小型油压千斤顶。在在在在第一章影响砼轴心受压应力应变曲线的主要

39、因素：影响砼轴心受压应力应变曲线的主要因素： （1）砼强度等级：随着砼强度等级提高，峰值fc增大，峰值点应变0稍大，；（2）加荷速度：加荷速度降低，峰值fc稍低，峰值点应变0稍大，下降段坡度 平缓，延性增加；（3）约束作用：约束作用小时，影响不大；约束作用大时，峰值fc、峰值点应 变明显增大，下降段坡度平缓，延性大大增加；（4）应力与横向变形系数的关系：横向变形系数c砼横向膨胀应变/砼纵向 膨胀应变 横向变形系数与材料力学中的泊桑比不同，它包括材料处于塑性阶段， 而泊桑比是指弹性阶段；（5）应力与平均应变的关系：当0.8fc时，增加体积缩小；当0.8fc 时，增加体积增大。 砼受拉应力砼受拉应

40、力应变曲线与受压时形状相似，但下降段较陡。应变曲线与受压时形状相似，但下降段较陡。 第二节第一章第二节不同强度砼的应力应变曲线的对比s0e fcucu56.242.231.2=22.2强度等级较低的混凝土下降段较长，顶部较平缓；强度等级较高的混凝土下降段顶部陡峭，曲线较短。这表明表明强度等级低的混凝强度等级低的混凝土受压时的延性比强度等土受压时的延性比强度等级高的要好。级高的要好。第一章第二节砼应力应变曲线的数学模型s0e fc ce0e Cu0.002美国建议的模型美国建议的模型fc c0.15s0e fc ce0e Cu我国现行规范的模型我国现行规范的模型第一章2 2、砼在重复荷载作用下的

41、变形性能、砼在重复荷载作用下的变形性能疲劳疲劳 se se fc c将砼试件加载至某一应力，然后卸载至零，并将该过程多次重复，砼便受到重复荷载作用。当砼试件经历一次加卸载时，其应变包括瞬时恢复的弹性应变、停留一段时间后能恢复的应变(称为弹性效应)和不能恢复的残余应变三部分。当每次循环的应力上限较小，通常(0.40.5)fc时，每经历一次加卸载后塑性变形的积累收敛，其应力与应变成直线变化，表明砼处于弹性工作状态， 第二节第一章当每次循环的应力上限较大，(0.40.5)fc时，上述塑性变形形的积累发散，即累积的不可恢复的塑性变形一次比一次大，当累积变形超过砼的变形能力便可能突然破坏，称之为砼的疲劳

42、破坏，它属于脆性破坏。 使砼产生疲劳破坏的重复应力上限值，称为疲劳强度。通常以使砼产生疲劳破坏的重复应力上限值，称为疲劳强度。通常以使砼破坏所需的荷载循环次数不少于使砼破坏所需的荷载循环次数不少于200200万次时的疲劳应力作万次时的疲劳应力作为砼的疲劳强度。为砼的疲劳强度。 如钢筋砼或钢吊车梁、桥梁等结构构件要作疲劳强度的验算。 3 3、砼在长期荷载作用下的变形性能、砼在长期荷载作用下的变形性能徐变徐变 砼在长期荷载作用下，应力不变，砼的应变随时间而增加的现象，这种现象称为徐变徐变。 下面看看砼在长期荷载作用下其徐变的过程。第二节第一章120100200261014182224 25Ae 1

43、6014012010080604020261014182224t（月）e cBe CrCe cDe ce Cr第二节第一章（1 1）徐变的特点）徐变的特点 先快后慢 六个月完成70%80%，一年完成90，25年基本结束；总变形量是瞬变量的24倍。 砼徐变大小通常用徐变系数cr来表示。cr最终徐变量cr/瞬时变形cc0.5 fc，线形徐变0.5fcc0.8 fc，非线形徐变，收敛的渐近线c0.8 fc，非线形徐变，发散的渐近线通常，取c=0.8 fc，作为砼的长期抗压强度 。（2 2）徐变产生的原因）徐变产生的原因 砼中水泥凝胶体在荷载下粘性流动，并将压力传给粗骨料，骨料压力，试件变形，（c 较

44、小时）微裂缝在长期荷载作用下不断发展、增加导致应变增加（c较大时） 第二节第一章（3 3）影响徐变的主要因素）影响徐变的主要因素 1）c的大小：c增大，徐变增大，且可能由线性徐变变为非线性徐变；2）砼的强度： 强度低，徐变大；3）加荷时龄期 ： 龄期早，徐变大；4）配合比： 水灰比大，徐变大；水泥用量多，徐变大；骨料坚硬、级配好，徐变小；5）施工养护条件： 振捣好、养护时间长，相对湿度大，徐变小；6）体表比 ： 试件体积与表面积之比大，徐变小。 （4 4）徐变对结构的影响）徐变对结构的影响 不利影响不利影响：使结构的变形、裂缝增大；造成预应力损失，产生应力重分布。使结构的变形、裂缝增大；造成预

45、应力损失，产生应力重分布。有利影响：有利影响：减少由于支座不均匀沉降产生的应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。减少由于支座不均匀沉降产生的应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。 第二节第一章4 4、砼的收缩和膨胀变形、砼的收缩和膨胀变形 砼的收缩和膨胀是在无外力作用下产生的变形。砼的收缩和膨胀是在无外力作用下产生的变形。砼在空气中结硬时体积会收缩，在水中结硬时体积会膨胀。 （1 1）收缩的特点）收缩的特点 先快后慢：先快后慢： 二周完成25%，一个月完成50，六个月完成70% 80%；最终收缩量为（25）104。（2 2）收缩产生的原因）收缩产生的原因 凝缩：砼中水泥和水起化学作用引起的体积变化

46、（早期完成）砼中水泥和水起化学作用引起的体积变化（早期完成）干缩：砼中自由水（非化学结合水）蒸发引起的体积变化砼中自由水（非化学结合水）蒸发引起的体积变化砼的收缩砼的收缩 是砼产生初始内部裂缝的主要原因。是砼产生初始内部裂缝的主要原因。 第二节第一章（3 3）影响收缩的主要因素）影响收缩的主要因素 1）水泥强度提高、水灰比加大、水泥用量增加，收缩量大；2）骨料粒径加大、弹性模量大、级配均匀，收缩量小；3）砼密实、养护及使用时湿度大，收缩量小；4）体表比小，收缩量大。 * *问题：徐变和收缩的本质区别是什么？问题：徐变和收缩的本质区别是什么？ 三、砼的弹性模量、变形模量、剪切模量 E= / 砼的

47、弹性模量与钢材不同，砼的应力与应变的比值不是常数，是随着砼的应力变化而变化。 第二节第一章砼的弹性模量有三种表示方法砼的弹性模量有三种表示方法 s0e Ka01）原点弹性模量：过原点做切线，切线斜率即为原点弹性模量: : Ec= c/ce=tg0 sCa1e Cpe Cee C2）变形模量也称割线模量： Ec=c/c=tg1 a23）切线模量 Ec= d/d 变形模量和弹性模量的关系：Ec=c/c=ce/cc/ ce= Ec弹性特征系数。当c=0.5 fc时， =0.80.9当c=0.9 fc时， =0.40.8 第二节第一章第二节砼的砼的剪切模量剪切模量 Gc=Ec/2(1+ c) c横向变形系数。取 c =0.2代入，则有Gc=0.417Ec，