混凝土结构设计原理ch2混凝土

1、混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院 混凝土是由水泥、水、骨料按一定比例配合，经混凝土是由水泥、水、骨料按一定比例配合，经过硬化后形成的人工石。其为过硬化后形成的人工石。其为多相复合材料多相复合材料，其其质量质量的好坏与材料、施工配合比、施工工艺、龄期、环境的好坏与材料、施工配合比、施工工艺、龄期、环境等诸多因素有关等诸多因素有关。1.2 1.2 混凝土混凝土1.2.11.2.1混凝土的组成结构混凝土的组成结构混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院 强度等级用符

2、号强度等级用符号C表示，如：表示，如： C30表示表示 fcu,k=30N/mm2 （30MPa)规范规范根据强度范围，从根据强度范围，从C15C80共划分为共划分为14个强度等级，个强度等级，级差为级差为5N/mm2。C50以上为高强混凝土。以上为高强混凝土。1.2.21.2.2混凝土的强度性能混凝土的强度性能 混凝土结构中，主要利用它的抗压强度。混凝土结构中，主要利用它的抗压强度。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。最基本的指标。 混凝土的强度等级用立方体抗压强度来划分。用边长混凝土的强度等级用立方体抗压强度来划分。用边长150mm立方

3、体标准试件，在标准条件下（立方体标准试件，在标准条件下（203，90%湿度）养护湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度天，用标准试验方法（加载速度0.30.5N/(mm2sec)，两端不，两端不涂润滑剂）测得的具有涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度。保证率的立方体抗压强度。150150150 混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度 混凝土强度等级混凝土强度等级（立方体抗压强度（立方体抗压强度fcu,k ）混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院不同的试验方法对不同的试验方法对fcu,k有较大的影响。有较大的影响。承压板

4、与试件间不涂油，由于摩擦力形成承压板与试件间不涂油，由于摩擦力形成“箍箍”的作用，的作用，试验强度偏高。试验强度偏高。承压板与试件间涂油，承压板与试件间涂油，“箍箍”的作用减小，试验强度偏低。的作用减小，试验强度偏低。试验方法和非标试件的强度折算试验方法和非标试件的强度折算不涂油涂油混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院 非标准试件的强度折算：非标准试件的强度折算：=0.95=1.05边长=150边长=100边长=200=1.0混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学

5、院 美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径径150mm，高，高300 mm）标准试件测定的抗压强度）标准试件测定的抗压强度来划分强度等级，符号记为来划分强度等级，符号记为 fc。 圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为，关系为， 立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的受力状态，只是用来在同一标准条实际构件中的受力状态，只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准（制作、件下比较混凝土强度水平和品质的标准（制作、测试方便）。测试方便）。混凝土

6、结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院 轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号 “fc” 表示。表示。轴心抗压强度轴心抗压强度 fc（棱柱体强度）（棱柱体强度）实际工程中混凝土的制作、养护差；实际工程中混凝土的制作、养护差；混凝土的长期强度比短期强度低；混凝土的长期强度比短期强度低；150150300ckc1c2cu,k0.88ff 实际混凝土强度实际混凝土强度与试块混凝土强与试块混凝土强度的修正系数度的修正系数脆性折减脆性折减系数系数 棱柱体强度棱柱体强度与立方体强与立方体强度之比值度之比值混凝

7、土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院ckc1c2cu,k0.88ff 实际混凝土强度实际混凝土强度与试块混凝土强与试块混凝土强度的修正系数度的修正系数脆性折减脆性折减系数系数 棱柱体强度棱柱体强度与立方体强与立方体强度之比值度之比值混凝土混凝土强度强度等级等级C40C45C50C55C60C65C70C75C80 c10.760.760.760.770.780.790.800.810.82 c21.000.9840.9680.9510.9350.9190.9030.8870.87 c1 和和 c2 值值混凝土结构设计原理混凝土结构

8、设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院 混凝土抗拉强度用符号混凝土抗拉强度用符号 ft 表示。构件开表示。构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。切等的承载力均与抗拉强度有关。2. 轴心抗拉强度轴心抗拉强度 ft 500150 15010016轴心受拉试验轴心受拉试验轴心抗拉强度与轴心抗拉强度与立方体抗压强度立方体抗压强度的折算系数的折算系数 试验离散性的试验离散性的影响系数影响系数 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院

9、混凝土的轴心抗拉强度远小于抗压强度。一般为混凝土的轴心抗拉强度远小于抗压强度。一般为（1/81/20） fcu，且与，且与 fcu 不成线性关系。不成线性关系。 fcu 越大，越大， ft /fcu值越小，两者关系见图及公式。值越小，两者关系见图及公式。0102030405060708090100123456 ftfcu轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院劈拉试验劈拉试验PaP拉拉压压压压 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由于轴心受拉试

10、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劈裂抗拉强度拉试验测定混凝土的劈裂抗拉强度混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院fc fcu ?不涂润滑剂不涂润滑剂涂润滑剂涂润滑剂3. 混凝土破坏机理混凝土破坏机理 试件承压面不涂润滑剂，横向变形受承压面上的摩擦力约试件承压面不涂润滑剂，横向变形受承压面上的摩擦力约束，处于三向受压应力状态。立方体试件由于高宽比小，所束，处于三向受压应力状态。立方体试件由于高宽比小，所受影响较大，棱柱体试件高宽比较大，中部变形不受约束，受影响较大，棱柱体试件高宽比较大，中部变形不受约束，基

11、本处于单向均匀受压，故抗压强度低于立方体试件。所以，基本处于单向均匀受压，故抗压强度低于立方体试件。所以，当混凝土的横向变形受到约束，其抗压强度可以得到提高。当混凝土的横向变形受到约束，其抗压强度可以得到提高。原因与混凝土的破坏机理有关。原因与混凝土的破坏机理有关。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院 试验证实了混凝土在受力前就存在初始微裂缝，都出现在试验证实了混凝土在受力前就存在初始微裂缝，都出现在较大粗骨料的界面开始受力后直到极限荷载，混凝土内的微较大粗骨料的界面开始受力后直到极限荷载，混凝土内的微裂缝逐渐增多和扩展，可以

12、分作裂缝逐渐增多和扩展，可以分作3个阶段：个阶段：max=0.85max=0.65max粘粘结结裂裂缝缝=0用用X光观测的混凝土单轴受压的裂缝过程光观测的混凝土单轴受压的裂缝过程混凝土内部的破坏过程混凝土内部的破坏过程混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院max=0.85max=0.65max粘粘结结裂裂缝缝=0用用X光观测的混凝土单轴受压的裂缝过程光观测的混凝土单轴受压的裂缝过程混凝土内部的破坏过程混凝土内部的破坏过程 1.微微裂缝相对称定期裂缝相对称定期（/max0.30.5） 这时混凝土的压应力较小，虽然有些微裂缝的尖端因

13、应力这时混凝土的压应力较小，虽然有些微裂缝的尖端因应力集中而沿界面略有发展，也有些微裂缝和间隙因受压而有些集中而沿界面略有发展，也有些微裂缝和间隙因受压而有些闭合，对混凝土的宏观变形性能无明显变化。闭合，对混凝土的宏观变形性能无明显变化。即使荷载的多即使荷载的多次重复作用或者持续较长时间，微裂缝也不致有大发展，残次重复作用或者持续较长时间，微裂缝也不致有大发展，残余变形很小。余变形很小。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院max=0.85max=0.65max粘粘结结裂裂缝缝=0用用X光观测的混凝土单轴受压的裂缝过程光观测的混

14、凝土单轴受压的裂缝过程混凝土内部的破坏过程混凝土内部的破坏过程 2.稳定裂缝发展期（稳定裂缝发展期（ /max 0. 75 0. 9） 混凝土在高应力作用下，粗骨料的界面裂缝突然加宽和延伸，水混凝土在高应力作用下，粗骨料的界面裂缝突然加宽和延伸，水泥砂浆中的已有裂缝也加快发展，并和相邻的粗骨料界面裂缝相连泥砂浆中的已有裂缝也加快发展，并和相邻的粗骨料界面裂缝相连。这些裂缝逐个连通，构成大致平行于压应力方向的连续裂缝。这些裂缝逐个连通，构成大致平行于压应力方向的连续裂缝。这这一阶段的应力增量不大，而裂缝发展迅速，变形增长大。即使应力一阶段的应力增量不大，而裂缝发展迅速，变形增长大。即使应力维持常

15、值，裂缝仍将继续发展，不再能保持稳定状态。维持常值，裂缝仍将继续发展，不再能保持稳定状态。纵向的通缝纵向的通缝将试件分隔成数个小柱体，承载力下降而导致混凝土的最终破坏。将试件分隔成数个小柱体，承载力下降而导致混凝土的最终破坏。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院4. 复杂应力下混凝土的受力性能复杂应力下混凝土的受力性能双轴应力状态双轴应力状态 Biaxial Stress State 双向受压强度大于单向受压强度，双向受压强度大于单向受压强度，最大受压强度发生在两最大受压强度发生在两个压应力之比为个压应力之比为0.3 0.6之

16、间，约为（之间，约为（1.251.60 ）fc。双轴受。双轴受压状态下混凝土的应力压状态下混凝土的应力-应变关系与单轴受压曲线相似，但峰应变关系与单轴受压曲线相似，但峰值应变均超过单轴受压时的峰值应变（值应变均超过单轴受压时的峰值应变（ 象限）象限） 。混凝土双轴受力强度混凝土双轴受力强度1/ft-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-1.22/ft11221/fc2/fc混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院 复杂应力下混凝土的受力性能复杂应力下混凝土的受力性能双

17、轴应力状态双轴应力状态 Biaxial Stress State一轴受压一轴受拉状态下，任意应力比情况下均不超过其相应一轴受压一轴受拉状态下，任意应力比情况下均不超过其相应单轴强度。单轴强度。并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小（应力的增加而减小（ 、 象限）。象限）。混凝土双轴受力强度混凝土双轴受力强度1/ft-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-1.22/ft11221/fc2/fc混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY

18、2013昆明理工大学建工学院 复杂应力下混凝土的受力性能复杂应力下混凝土的受力性能双轴应力状态双轴应力状态 Biaxial Stress State在双轴受拉状态下，则不论应力比多大，抗拉强度均与单轴抗在双轴受拉状态下，则不论应力比多大，抗拉强度均与单轴抗拉强度接近拉强度接近（ 象限）。象限）。混凝土双轴受力强度混凝土双轴受力强度1/ft-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-1.22/ft11221/fc2/fc混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院 混凝土的抗剪

19、强度：混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小随拉应力增大而减小 随压应力增大而增大随压应力增大而增大 当压应力在当压应力在0.6 fc左右时，抗剪强度达到最大；左右时，抗剪强度达到最大； 压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。压应力的增大而减小。混凝土在法向应力和剪应力的作用下得复合强度混凝土在法向应力和剪应力的作用下得复合强度/fc剪压纯剪轴拉-0.1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0/fc轴压混凝土在法向应力和剪应力的作用下的复合强度混凝土在法向应力和剪应力的作用下的复合强度混凝土结构设计原理混凝土结

20、构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院98765432120015010050（b）1与2的关系1/ f c0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.51, 2 / Mpa0 0.005 0.015 0.025 0.010 0.020 2=50Mpa35Mpa10Mpa0 01= fc+42221(a) 三向受压1-1关系2/ f c圆柱体三向受压试验圆柱体三向受压试验 1三轴应力状态三轴应力状态 Triaxial Stress State 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

21、柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一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。般采用圆柱体在等侧压条件进行。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院三轴应力状态三轴应力状态 Triaxial Stress State 我国我国规范规范规定，在三轴受压应力状态下，规定，在三轴受压应力状态下，混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度（f3）可根据应力比）可根据应力比 1/3按图插值确定，其最高强度值不宜超过单按图插值确定，其最高强度值不宜超过单轴抗压强度的轴抗压强度的5倍。倍。*3/cff*3/

22、cff*3/cff*3/cff*3/cff*3/cff*3/cff*3/cff*3/cff螺旋箍筋=0.8fc=fc矩形箍筋2/31/3=0.051/3=0.101/3=0.151/3=0.201/3=0.251/3=0.35.03.93.02.31.81.41.25.04.03.02.01.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.01/3=0-f3 / fc*配螺旋箍筋柱体试件的应力配螺旋箍筋柱体试件的应力-应变曲线应变曲线混凝土的三轴抗压强度混凝土的三轴抗压强度混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院三轴应力状态三轴应力状态

23、 Triaxial Stress State 对于纵向受压混凝土，如采用螺旋箍筋柱、钢管混凝土柱能对于纵向受压混凝土，如采用螺旋箍筋柱、钢管混凝土柱能有效约束混凝土的侧向变形，不仅可提高混凝土强度，也可显有效约束混凝土的侧向变形，不仅可提高混凝土强度，也可显著增加混凝土变形能力，有利于提高混凝土结构的抗震性能。著增加混凝土变形能力，有利于提高混凝土结构的抗震性能。 *3/cff*3/cff*3/cff*3/cff*3/cff*3/cff*3/cff*3/cff*3/cff螺旋箍筋=0.8fc=fc矩形箍筋2/31/3=0.051/3=0.101/3=0.151/3=0.201/3=0.251/

24、3=0.35.03.93.02.31.81.41.25.04.03.02.01.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.01/3=0-f3 / fc*配螺旋箍筋柱体试件的应力配螺旋箍筋柱体试件的应力-应变曲线应变曲线混凝土的三轴抗压强度混凝土的三轴抗压强度混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院2.2.3混凝土的变形性能混凝土的变形性能 测试方法：测试方法：用棱柱体或用棱柱体或圆柱体，加装伺服装置的圆柱体，加装伺服装置的压力机。压力机。 这时这时 试件中部处于纯试件中部处于纯压状态，可反映压状态，可反映混凝土混凝土的的实际变形。

25、在试件中部设实际变形。在试件中部设置应变计，据所施加的压置应变计，据所施加的压力和量测的应变可得出力和量测的应变可得出-关系曲线。关系曲线。与荷载无关的变形性能（体积变形）与荷载无关的变形性能（体积变形）混凝土的变形性能混凝土的变形性能与荷载有关的变形性能与荷载有关的变形性能2.2.3.1 与荷载有关的变形性能与荷载有关的变形性能1.单轴（单调）受压应力单轴（单调）受压应力-应变关系应变关系Stress- strain Relationship混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力-应变关系应变关系破坏点破坏点F临界点临界点fcBDs sce e cpcAceE0cu0.8C0.3o峰值点峰值点

26、拐点拐点收敛点收敛点比例极限比例极限混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力-应变关系应变关系破坏点破坏点F临界点临界点fcBDs sce e cpcAceE0cu0.8C0.3o峰值点峰值点拐点拐点收敛点收敛点比例极限比例极限2.-关系曲线描述关系曲线描述c（0.30.4）fc 线弹性、变形可恢复、线弹性、变形可恢复、微裂缝无发展。微裂缝无发展。曲线逐渐变弯曲，为裂曲线逐渐变弯曲，为裂缝稳定

27、发展，卸载后，缝稳定发展，卸载后，变形不能全部恢复。变形不能全部恢复。内部微裂缝发展贯通。内部微裂缝发展贯通。0.3 fc c 0.8 fc 0.8 fc c fc 上升段上升段, OA:AB:BC:上升段上升段混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院c= fc 00.002 为曲线拐点。破坏发为曲线拐点。破坏发生本质变化的分界点。生本质变化的分界点。cu = 0.0030.005下降段，下降段，C点点:D点点:E点点: 当应力达到峰值点当应力达到峰值点C后，后，曲线开始下降。在下降段，曲线开始下降。在下降段，曲线渐趋平缓。曲线渐

28、趋平缓。 为收敛点，裂缝很宽，为收敛点，裂缝很宽，结构内聚力耗尽，对无结构内聚力耗尽，对无侧向约束的混凝土已失侧向约束的混凝土已失去结构意义。去结构意义。混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力-应变关系应变关系破坏点破坏点F临界点临界点fcBDs sce e cpcAceE0cu0.8C0.3o峰值点峰值点拐点拐点收敛点收敛点比例极限比例极限上升段上升段下降段下降段2.-关系曲线描述关系曲线描述混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院不同强度混凝土的应力应变关系曲线强度等级越高，线弹性段越强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增

29、大。但长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。变形小，延性差。降段越陡。变形小，延性差。由图可见：由图可见：不同强度等级的混凝土，其不同强度等级的混凝土，其上升段较陡峭，形状差不多上升段较陡峭，形状差不多。不同强度等级的混凝土，其不同强度等级的混凝土，其下降段不一样。低强混凝土，下降段不一样。低强混凝土，较平缓，表明变形能力大，延较平缓，表明变形能力大，延性好。性好。混凝土结构设计原理混凝土结

30、构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院规范规范混凝土应力混凝土应力 - - 应变曲线参数应变曲线参数fcuC50C60C70C80n21.831.671.5e e00.0020.002050.00210.00215e eu0.00330.00320.00310.003规范规范应力应力-应变关系应变关系上升段：上升段：)1 (1 0ncccfees0eec下降段：下降段：ccfscuceee05,5,0,10)50(0033.010)50(5.0002.0)50(6012kcucukcukcufffnee00.0010.0020.0030.00410203

31、040506070C80C60C40C20se混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院seEc= tan epseEc= tan 原点切线模量原点切线模量Elastic Modulus割线模量割线模量Secant ModulusseEc= tan 切线模量切线模量Tangent Modulus3.3.混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量 Elastic Modulus混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院se0.5fc510次 ce cp弹性模量测定方法混凝土结构设计原

32、理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院se ftet04.4.混凝土受拉应力混凝土受拉应力- -应变关系应变关系混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院 混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。的现象称为徐变。 徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。 但徐变有利于结构

33、构件产生内（应）力重分布，降低结构但徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力（如支座不均匀沉降），减小大体积混凝土内的温度的受力（如支座不均匀沉降），减小大体积混凝土内的温度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。 与混凝土的收缩一样，徐变也与时间有关。因此，在测与混凝土的收缩一样，徐变也与时间有关。因此，在测定混凝土的徐变时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在定混凝土的徐变时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变试件的变形同样环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形，才可得

34、到徐变变形。中扣除对比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形。5.混凝土的徐变 Creep不利影响有利影响混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院 在应力（在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变e eela 。随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增长较个月徐变增长较快，快，6个月可达最终徐变的（个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓慢，以后增长逐渐缓慢，23年后趋于稳定。这就是混凝土的徐变应变年后趋于稳定。这就是混凝土的徐变应变e

35、ecr 。徐变与时间的关系徐变与时间的关系etelaecresheelaeelaecre0t瞬时弹性应变瞬时弹性应变徐变变形徐变变形收缩变形收缩变形残留永久应变残留永久应变弹性后效弹性后效瞬时弹性恢复应变瞬时弹性恢复应变混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院徐变与时间的关系徐变与时间的关系etelaecresheelaeelaecre0t瞬时弹性应变瞬时弹性应变徐变变形徐变变形收缩变形收缩变形残留永久应变残留永久应变弹性后效弹性后效瞬时弹性恢复应变瞬时弹性恢复应变 如在时间如在时间t 卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变卸载，则会产生

36、瞬时弹性恢复应变e eela。由于混。由于混凝土弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变凝土弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变e eela小于加载时的瞬小于加载时的瞬时弹性应变时弹性应变 e e ela 。再经过一段时间后，还有一部分应变。再经过一段时间后，还有一部分应变e eela可可以恢复，称为弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永以恢复，称为弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变久应变e ecr混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院影响徐变的因素影响徐变的因素混凝土的组成材料混凝土的组成材料，即混凝土的组成和配比。

37、骨料的刚度，即混凝土的组成和配比。骨料的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。徐变也越小。环境影响环境影响，包括养护和使用条件。受荷前养护的温湿度越，包括养护和使用条件。受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（徐变减少（2035）%。受荷后构件所处的环境温度越高，。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。相对湿度越小，徐变就越大。一般认为：一般认为： 水泥凝胶体的粘性流动；水泥凝胶体的粘性流动； 微裂

38、缝在长期荷载作用下的发展。微裂缝在长期荷载作用下的发展。徐变产生的原因徐变产生的原因混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院压应力大小压应力大小，是指初应力，是指初应力s sela / fc 的水平的水平 ，它是影响徐变的非它是影响徐变的非常主要的因素。常主要的因素。当初应力当初应力s sela 在在(0.50.8) fc 范围时，徐变最终虽仍收敛，但范围时，徐变最终虽仍收敛，但最终徐变与初应力最终徐变与初应力s sela不成比例，这种徐变称为不成比例，这种徐变称为非线性徐变非线性徐变。当初应力当初应力s sela 0.8fc 时

39、，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，定的状态，徐变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。徐变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。因此，将因此，将0.8fc作为混凝土的长期抗压强度。作为混凝土的长期抗压强度。当初始应力当初始应力s sela / fc 0.5时，徐变值与初应力基本上成正比，时，徐变值与初应力基本上成正比，这种徐变称为这种徐变称为线性徐变线性徐变。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明

40、理工大学建工学院构件的尺寸与形状构件的尺寸与形状构件单位体积的表面积越小，徐变也越小。构件单位体积的表面积越小，徐变也越小。加载龄期加载龄期 在加载时构件的龄期越长，水泥石中结晶体所占比例就在加载时构件的龄期越长，水泥石中结晶体所占比例就越大，胶体的粘性流动相对就越小，徐变也越小。越大，胶体的粘性流动相对就越小，徐变也越小。 另外，高强混凝土密实性好，在相同的另外，高强混凝土密实性好，在相同的s sela/ fc比值下，比值下，徐变比普通混凝土小得多。但由于高强混凝土承受较徐变比普通混凝土小得多。但由于高强混凝土承受较高的应力值，初始变形较大，故两者总变形接近。此高的应力值，初始变形较大，故两

41、者总变形接近。此外，高强混凝土线性徐变的范围可达外，高强混凝土线性徐变的范围可达0.65fc，长期强度，长期强度约为约为0.85fc，也比普通混凝土大一些。，也比普通混凝土大一些。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院 混凝土在空气中硬化时体积会缩小混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为，这种现象称为混凝混凝土的收缩土的收缩。在水中结硬时体积会膨胀。在水中结硬时体积会膨胀。 收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。 当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的当这

42、种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开约束时，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。裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。 某些对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩某些对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。也会引起不利的内力。2.2.3.2 与荷载无关的变形性能与荷载无关的变形性能 1.混凝土的收缩混凝土的收缩Shrinkage 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院墙板干燥

43、收缩裂缝与边框架的变形墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院 混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较快，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年展较快，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。一般情况下，以上。一般情况下，最终收缩应变值约为最终收缩应变值约为(25)10-4， 混凝土开裂应变为混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4。14d 28dtesh(25)10-425%50%产生原因产生原因水泥凝胶体在硬化过程中的凝

44、缩；水泥凝胶体在硬化过程中的凝缩；混凝土中的游离水蒸发，混凝土产生干缩。混凝土中的游离水蒸发，混凝土产生干缩。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。护条件等许多因素有关。 水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。 骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。骨料弹性模量高、级配好，收缩就

45、小。 干燥失水及高温环境，收缩大。干燥失水及高温环境，收缩大。 小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。 高强混凝土收缩大。高强混凝土收缩大。 影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。在实际工程中，可采取一定措施减小收缩应力的不利影响在实际工程中，可采取一定措施减小收缩应力的不利影响施工缝。施工缝。影响因素影响因素混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院2.混凝土的温度变形混凝土的温度变形 混凝土和其它材料一样，也会混凝土和其它材料一样，也

46、会热胀冷缩热胀冷缩。混凝土的温度线。混凝土的温度线膨胀系数随骨料的性质和配合比不同而略有不同，以每摄氏度膨胀系数随骨料的性质和配合比不同而略有不同，以每摄氏度计，约为（计，约为（1.01.5)10-5,规范规范取为取为1.0 10-5。他与钢的。他与钢的线温度膨胀系数（线温度膨胀系数（1.210-5 )相近。因此，当温度发生变化时，相近。因此，当温度发生变化时，在混凝土和钢筋之间仅引起很小的内应力，不致产生有害的影在混凝土和钢筋之间仅引起很小的内应力，不致产生有害的影响。响。 但是，工程中混凝土的温度变形和收缩变形一样，其通常但是，工程中混凝土的温度变形和收缩变形一样，其通常受到结构的某种约束

47、，不能自由变形。这样将在混凝土内部产受到结构的某种约束，不能自由变形。这样将在混凝土内部产生应力，称为生应力，称为“强制应力强制应力”或或“附加应力附加应力”。当这种应力大于。当这种应力大于混凝土的抗拉强度，在混凝土结构中将产生裂缝。这是目前工混凝土的抗拉强度，在混凝土结构中将产生裂缝。这是目前工程中经常出现的一个问题，应给与足够的重视。程中经常出现的一个问题，应给与足够的重视。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院2.2.4混凝土和钢筋的粘结作用混凝土和钢筋的粘结作用Bond of Concrete and Reinforce

48、ment 在钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土之所以能共同工作，在钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土之所以能共同工作，主要原因在于钢筋与混凝土之间存在粘结力。主要原因在于钢筋与混凝土之间存在粘结力。粘结力：粘结力：钢筋与外围混凝土之间的相互作用，保证钢筋和混钢筋与外围混凝土之间的相互作用，保证钢筋和混凝土共同工作。凝土共同工作。例如：例如：钢筋与混凝土钢筋与混凝土无粘结的梁：无粘结的梁：无粘结梁s ss=0破坏犹如素混凝土梁破坏犹如素混凝土梁混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院端部有锚固无粘结梁s ss=常数常数端部有锚固的无粘结梁：

49、端部有锚固的无粘结梁：破坏犹如二铰拱破坏犹如二铰拱混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院 承受均布荷承受均布荷载的悬臂梁：载的悬臂梁： 其钢筋未锚其钢筋未锚入支座。入支座。 钢筋不起任钢筋不起任何作用，其破何作用，其破坏犹如素混凝坏犹如素混凝土梁。土梁。laM图MmaxlaM图Mmaxq混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院laM 图Mmax钢筋截断fyAs 承受均布荷载的承受均布荷载的悬臂梁：悬臂梁： 钢筋锚入支座。钢筋锚入支座。 钢筋起承担拉钢筋起承担拉力的作

50、用，梁不力的作用，梁不会破坏。会破坏。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院1.钢筋与混凝土的粘结性能 粘结的概念粘结的概念（以轴拉构件开裂前的受力为例）以轴拉构件开裂前的受力为例）NN 端部：端部：s=N/As；c=0，可见在端部两种材料有较大的应变差。可见在端部两种材料有较大的应变差。中部：应变差为中部：应变差为0。ssss+dsstssscss+dsssc+dscdx混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院由上例可见：由上例可见：钢筋与混凝土间具有足够的粘结是

51、保证钢筋与混凝土共钢筋与混凝土间具有足够的粘结是保证钢筋与混凝土共同受力变形的基本前提。同受力变形的基本前提。通过钢筋与混凝土界面的粘结应力通过钢筋与混凝土界面的粘结应力(bond stress)，可以，可以实现钢筋与混凝土之间的应力传递，从而使两种材料可以实现钢筋与混凝土之间的应力传递，从而使两种材料可以结合在一起共同工作。结合在一起共同工作。粘结应力通常是指钢筋与混凝土界面间的剪应力，用符粘结应力通常是指钢筋与混凝土界面间的剪应力，用符号号 表示。表示。钢筋混凝土构件中钢筋应力存在变化的区段，就有粘结钢筋混凝土构件中钢筋应力存在变化的区段，就有粘结应力。应力。粘结应力的大小取决于钢筋与混凝

52、土间的相对变形，这粘结应力的大小取决于钢筋与混凝土间的相对变形，这种变形又称为滑移。当无相对变形时，也就无粘结应力。种变形又称为滑移。当无相对变形时，也就无粘结应力。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院 开裂后，开裂后，裂缝处混凝土退出工作，应力裂缝处混凝土退出工作，应力c=0 ，同时混凝同时混凝土将试图恢复弹性变形，土将试图恢复弹性变形，裂缝处的混凝土与钢筋之间产生一裂缝处的混凝土与钢筋之间产生一个相对滑移，个相对滑移，由于钢筋与混凝土之间存在粘结力，钢筋将阻由于钢筋与混凝土之间存在粘结力，钢筋将阻止混凝土回弹。止混凝土回弹

53、。轴拉构件开裂后的受力情况轴拉构件开裂后的受力情况NNNNtc=0混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院锚固粘结作用锚固粘结作用laM图Mmax钢筋截断梁柱节点柱脚粘结作用的分类粘结作用的分类 根据钢筋混凝土构件根据钢筋混凝土构件中钢筋受力情况的不同，中钢筋受力情况的不同，粘结作用有两类：粘结作用有两类： 在支座部位，在支座部位，M较较大，为保证支座截面正大，为保证支座截面正常工作，受力钢筋必须常工作，受力钢筋必须深入支座一定锚固长度，深入支座一定锚固长度，通过该长度上粘结力的通过该长度上粘结力的积累，使钢筋在支座截积累，使钢筋

54、在支座截面发挥作用。如锚固长面发挥作用。如锚固长度不够，将会导致粘结度不够，将会导致粘结破坏。破坏。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院裂缝间（局部）粘结作用裂缝间（局部）粘结作用 钢筋的搭接也属于锚固钢筋的搭接也属于锚固粘结问题。粘结问题。钢筋与钢筋之钢筋与钢筋之间的拉力是通过钢筋与混间的拉力是通过钢筋与混凝土之间的粘结应力来传凝土之间的粘结应力来传递的，所以搭接的钢筋必递的，所以搭接的钢筋必须有一定的搭接长度须有一定的搭接长度ll，才，才能保证钢筋内力的传递。能保证钢筋内力的传递。使裂缝间的混凝土参加工作使裂缝间的混凝土参

55、加工作钢筋搭接钢筋搭接fyfyttllNNt裂缝间粘结应力裂缝间粘结应力混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成：钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成：混凝土中水泥胶体与钢筋表面的混凝土中水泥胶体与钢筋表面的胶结力胶结力；混凝土收缩将钢筋握紧而产生的钢筋与混凝土间的混凝土收缩将钢筋握紧而产生的钢筋与混凝土间的摩擦力摩擦力；钢筋表面凹凸不平与周围混凝土之间的钢筋表面凹凸不平与周围混凝土之间的机械咬合力机械咬合力。 当钢筋与混凝土产生相对滑动后，胶结作用即丧失。当钢筋与混凝土产生相对滑动后，胶结作用即丧

56、失。 摩擦力的大小取决于握裹力和钢筋与混凝土表面的摩擦摩擦力的大小取决于握裹力和钢筋与混凝土表面的摩擦系数。系数。3 3、粘结的机理、粘结的机理混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合作用也由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合作用也不大。因此，不大。因此，光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的。光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的。为保证光面钢筋的锚固，为保证光面钢筋的锚固，通常需在钢筋端部弯钩、弯折或通常需在钢筋端部弯钩、弯折或加焊短钢筋以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动。加焊短

57、钢筋以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动。光面钢筋的粘结锚固光面钢筋的粘结锚固对于光面钢筋，对于光面钢筋，表面轻度锈蚀表面轻度锈蚀有利于增加摩擦力，有利于增加摩擦力，但摩擦作用但摩擦作用也很有限。也很有限。1355dD= 4d5ddd5ddd混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院 将钢筋表面轧制出肋形成带肋钢筋，即变形钢筋，可显将钢筋表面轧制出肋形成带肋钢筋，即变形钢筋，可显著增加钢筋与混凝土的机械咬合作用，从而大大增加了粘结著增加钢筋与混凝土的机械咬合作用，从而大大增加了粘结强度。强度。 对于强度较高的钢筋，均需作成变形钢筋

58、，以保证钢筋对于强度较高的钢筋，均需作成变形钢筋，以保证钢筋与混凝土间具有足够的粘结强度使钢筋的强度得以充分发挥。与混凝土间具有足够的粘结强度使钢筋的强度得以充分发挥。变形钢筋的粘结锚固变形钢筋的粘结锚固混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力；变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力；其水平分力使钢筋周围的混凝土轴向受拉、受剪，径向分其水平分力使钢筋周围的混凝土轴向受拉、受剪，径向分力使混凝土产生环向拉力；力使混凝土产生环向拉力；轴向拉力和剪力使混凝土产生内部斜向锥形裂缝；

59、轴向拉力和剪力使混凝土产生内部斜向锥形裂缝；环向拉力使混凝土产生内部径向裂缝。环向拉力使混凝土产生内部径向裂缝。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院拔出试验拔出试验 Pull out test平均粘结强度平均粘结强度t tu ：粘结破坏（钢筋：粘结破坏（钢筋拔出或混凝土劈裂）时钢筋与混凝拔出或混凝土劈裂）时钢筋与混凝土界面上的最大平均粘结应力土界面上的最大平均粘结应力4、粘结强度、粘结强度 Bond StrengthFd自由

60、端加载端加载端套管1005d23ddlFsssAstu锚固长度锚固长度拔出试验拔出试验粘结强度粘结强度拔出试验拔出试验FsssAs混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院t（N/mm2）混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第2章 混凝土结构用材料的性能 TY 2013昆明理工大学建工学院影响粘结强度的主要因素影响粘结强度的主要因素 Influence factors混凝土强度混凝土强度：光面钢筋和变形钢筋的粘结强度均随混凝土强光面钢筋和变形钢筋的粘结强度均随混凝土强度的提高而增加，但并不与立方体强度度的提高而增加，但并不与立方体