第一章钢筋混凝土材料的物理力学性能课件

第一章钢筋混凝土材料的物理力学性能1.掌握混凝土的各项力学指标及一次单轴短期加载的变形性能。2.了解混凝土的弹性模量、变形模量、混凝土的收缩和徐变。

第一讲教学目标：第一章钢筋混凝土材料的物理力学性能1.1重点1.混凝土的强度指标；2.混凝土的变形；难点1.混凝土的强度指标；2.混凝土的变形。重点1.混凝土的强度指标；难点1.混凝土的强度2§1.1混凝土的物理力学性能一、混凝土的强度1.混凝土的立方体抗压强度及强度等级（1）混凝土的立方体抗压强度规范规定：混凝土强度按立方体抗压强度标准值确定。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℃，相对湿度大于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0.3～0.8N/mm2）测得的具有95%保证率的抗压强度，作为混凝土的立方体抗压强度标准值，用符号表示。§1.1混凝土的物理力学性能一、混凝土的强度3立方体抗压强度fcu承压板试块摩擦力不涂润滑剂（箍套作用）涂润滑剂强度大于我国规范的方法：不涂润滑剂压力试件裂缝发展扩张整个体系解体，丧失承载力另影响强度的因素还有：龄期、加载速率、试块尺寸等立方体抗压强度fcu承压板试块摩擦力不涂润滑剂（箍套作用）涂4强度指标的确定强度随机变量强度标准值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率（95%）的统计特征值：强度标准值=强度平均值-1.645×标准差概率密度材料强度强度平均值强度标准值强度指标的确定强度随机变量强度标准值根据统计资料，运用数理统5标准试块：150×150×150非标准试块：100×100×100换算系数0.95200×200×200换算系数1.05立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等级有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方体抗压强度立方体抗压强度fcu标准试块：150×150×150非标准试块：100×1006结构混凝土强度等级的要求：钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于Ｃ15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于Ｃ20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于Ｃ20。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于Ｃ30；当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋作为预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于Ｃ40。结构混凝土强度等级的要求：7

2混凝土轴心抗压强度采用与立方体试件相同制作条件、尺寸为150×150×300mm或者150×150×450mm棱柱体试件测得的抗压强度作为混凝土的轴心抗压强度标准值，用符号表示，混凝土的轴心抗压强度标准值按下式计算：（2.2.1）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。2混凝土轴心抗压强度（2.2.1）式中—8棱柱体抗压强度fc承压板试块标准试块：150×150×300非标准试块：100×100×300换算系数0.95200×200×400换算系数1.05考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu(试验结果)考虑到构件和试件的区别，取fc=0.67fcu对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150,h=300），有fc’=0.79fcu圆柱体抗压强度棱柱体抗压强度fc承压板试块标准试块：150×150×309

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。故国内外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：

3.轴心抗拉强度混凝土的抗拉强度可采用尺寸为100×1010直接受拉试验ft100100150150500试验结果：ft=0.395fcu0.55考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷速度等的影响，取ft=0.348fcu0.55直接受拉试验ft100100150150500试验结果：ft11劈裂试验ftsddftsFFFF我国根据100mm立方体的劈裂与抗压试验结果有：fts=0.19fcu3/4劈裂试验ftsddftsFFFF我国根据100mm立方体的劈12二、混凝土的变形

混凝土的变形有两类：一类是受力变形；另一类是体积变形，包括收缩、膨胀和温度、湿度变化引起的变形。二、混凝土的变形13(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土强度提高加载速度减慢单轴受压时的应力-应变关系作用是：峰值应力后，吸收试验机的变形能，测出下降段1.混凝土单轴受压时的应力-应变曲线

fco0(10-3)abcd22520151054614单轴受压时的应力-应变关系的数学模型u=0.00380=0.002ocfcc0.15fcu=0.00350=0.002ocfcc美国Hognestad模型德国Rüsch模型单轴受压时的应力-应变关系的数学模型u=0.00380=15单轴受压时的应力-应变关系的数学模型----中国规范u0ocfcc单轴受压时的应力-应变关系的数学模型----中国规范u016弹性模量：是反映弹性材料应力与应变之间的一个重要物理量，表达式.ccccep01原点切线模量（弹性模量）：拉压相同变形模量（割线模量、弹塑性模量）切线模量受压时，为0.4~1.0；受拉破坏时，为1.02.混凝土的弹性模量、变形模量弹性模量：是反映弹性材料应力与应变之间的一个重要物理量，表达17混凝土的弹性模量的试验方法（150×150×300标准试件）c/fcc0.55~10次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec混凝土的弹性模量的试验方法（150×150×300标准试183混凝土的徐变长期荷载作用下混凝土的变形性能----徐变0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)c<0.5fc，线性徐变c<0.8fc，非线性徐变cree’e’’cr’P3混凝土的徐变长期荷载作用下混凝土的变形性能----徐变0.19长期荷载作用下混凝土的变形性能----影响徐变的因素应力：c<0.5fc，徐变变形与应力成正比----线性徐变0.5fc<c<0.8fc，非线性徐变

c>0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大骨料越硬，徐变越小长期荷载作用下混凝土的变形性能----影响徐变的因素应力：20环境影响：养护条件越好，周围环境的湿度越大，构件加载前混凝土的强度愈高，水泥用量愈少，混凝土越密实，集料含量越大，集料刚度越大，则徐变越小。

环境影响：养护条件越好，周围环境的湿度越大，构件加载前混凝土214混凝土的收缩和膨胀在空气中凝结硬化过程中混凝土体积缩小的性质。在水中结硬时，体积会膨胀。水泥品种：等级越高，收缩越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大骨料：骨料越硬，收缩越小养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等4混凝土的收缩和膨胀水泥品种：等级越高，收缩越大水泥用量：22收缩对混凝土结构的影响AssAss收缩：钢筋受压，混凝土受拉As收缩对混凝土结构的影响AssAss收缩：钢筋受压，23

对结构构件的不利影响：当构件受到约束时，混凝土的收缩就会使构件中产生收缩应力，收缩应力过大，就会使构件产生裂缝，以致影响结构的正常使用；在预应力混凝土构件中混凝土收缩将引起钢筋预应力值损失，等等。

对结构构件的不利影响：当构件受到约束时，24小结：1.混凝土的强度指标；2.混凝土的变形；小结：25结束！谢谢大家！结束！26第一章钢筋混凝土材料的物理力学性能1.掌握混凝土的各项力学指标及一次单轴短期加载的变形性能。2.了解混凝土的弹性模量、变形模量、混凝土的收缩和徐变。

第一讲教学目标：第一章钢筋混凝土材料的物理力学性能1.27重点1.混凝土的强度指标；2.混凝土的变形；难点1.混凝土的强度指标；2.混凝土的变形。重点1.混凝土的强度指标；难点1.混凝土的强度28§1.1混凝土的物理力学性能一、混凝土的强度1.混凝土的立方体抗压强度及强度等级（1）混凝土的立方体抗压强度规范规定：混凝土强度按立方体抗压强度标准值确定。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℃，相对湿度大于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0.3～0.8N/mm2）测得的具有95%保证率的抗压强度，作为混凝土的立方体抗压强度标准值，用符号表示。§1.1混凝土的物理力学性能一、混凝土的强度29立方体抗压强度fcu承压板试块摩擦力不涂润滑剂（箍套作用）涂润滑剂强度大于我国规范的方法：不涂润滑剂压力试件裂缝发展扩张整个体系解体，丧失承载力另影响强度的因素还有：龄期、加载速率、试块尺寸等立方体抗压强度fcu承压板试块摩擦力不涂润滑剂（箍套作用）涂30强度指标的确定强度随机变量强度标准值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率（95%）的统计特征值：强度标准值=强度平均值-1.645×标准差概率密度材料强度强度平均值强度标准值强度指标的确定强度随机变量强度标准值根据统计资料，运用数理统31标准试块：150×150×150非标准试块：100×100×100换算系数0.95200×200×200换算系数1.05立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等级有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方体抗压强度立方体抗压强度fcu标准试块：150×150×150非标准试块：100×10032结构混凝土强度等级的要求：钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于Ｃ15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于Ｃ20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于Ｃ20。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于Ｃ30；当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋作为预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于Ｃ40。结构混凝土强度等级的要求：33

2混凝土轴心抗压强度采用与立方体试件相同制作条件、尺寸为150×150×300mm或者150×150×450mm棱柱体试件测得的抗压强度作为混凝土的轴心抗压强度标准值，用符号表示，混凝土的轴心抗压强度标准值按下式计算：（2.2.1）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。2混凝土轴心抗压强度（2.2.1）式中—34棱柱体抗压强度fc承压板试块标准试块：150×150×300非标准试块：100×100×300换算系数0.95200×200×400换算系数1.05考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu(试验结果)考虑到构件和试件的区别，取fc=0.67fcu对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150,h=300），有fc’=0.79fcu圆柱体抗压强度棱柱体抗压强度fc承压板试块标准试块：150×150×3035

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。故国内外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：

3.轴心抗拉强度混凝土的抗拉强度可采用尺寸为100×1036直接受拉试验ft100100150150500试验结果：ft=0.395fcu0.55考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷速度等的影响，取ft=0.348fcu0.55直接受拉试验ft100100150150500试验结果：ft37劈裂试验ftsddftsFFFF我国根据100mm立方体的劈裂与抗压试验结果有：fts=0.19fcu3/4劈裂试验ftsddftsFFFF我国根据100mm立方体的劈38二、混凝土的变形

混凝土的变形有两类：一类是受力变形；另一类是体积变形，包括收缩、膨胀和温度、湿度变化引起的变形。二、混凝土的变形39(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土强度提高加载速度减慢单轴受压时的应力-应变关系作用是：峰值应力后，吸收试验机的变形能，测出下降段1.混凝土单轴受压时的应力-应变曲线

fco0(10-3)abcd22520151054640单轴受压时的应力-应变关系的数学模型u=0.00380=0.002ocfcc0.15fcu=0.00350=0.002ocfcc美国Hognestad模型德国Rüsch模型单轴受压时的应力-应变关系的数学模型u=0.00380=41单轴受压时的应力-应变关系的数学模型----中国规范u0ocfcc单轴受压时的应力-应变关系的数学模型----中国规范u042弹性模量：是反映弹性材料应力与应变之间的一个重要物理量，表达式.ccccep01原点切线模量（弹性模量）：拉压相同变形模量（割线模量、弹塑性模量）切线模量受压时，为0.4~1.0；受拉破坏时，为1.02.混凝土的弹性模量、变形模量弹性模量：是反映弹性材料应力与应变之间的一个重要物理量，表达43混凝土的弹性模量的试验方法（150×150×300标准试件）c/fcc0.55~10次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec混凝土的弹性模量的试验方法（150×150×300标准试443混凝土的徐变长期荷载作用下混凝土的变形性能----徐变0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)c<0.5fc，线性徐变c<0.8fc，非线性徐变cree’e’’cr’P3混凝土的徐变