混凝土材料性能

混凝土材料性能第1页，课件共70页，创作于2023年2月1.2混凝土(Concrete)组成及特点主要材料：水泥、水、砂、石

特点:1）以固相为主，包含固体、液体、气体的三相体；2）水化过程长，性能要很长时间才稳定；3）水泥石收缩可形成微裂缝；4）受制作、养护、使用条件影响大。第1章钢筋和混凝土的材料性能1.2混凝土第2页，课件共70页，创作于2023年2月第1章钢筋和混凝土的材料性能1.2混凝土1.2混凝土(Concrete)一、混凝土的强度(Strengthofconcrete)1混凝土的抗压强度（1）混凝土立方体抗压强度混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度(CompressiveStrength)。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。混凝土的强度等级（StrengthGrade

）是用抗压强度来划分的第3页，课件共70页，创作于2023年2月立方体抗压强度（强度等级）规范规定：标准尺寸：150mm×150mm×150mm养护条件：20℃±3℃，湿度≥90%；28d加荷方法：加荷速度0.15～0.25MPa/s，垫板不涂油或垫橡胶板。强度保证率：95%，fcuk=-f-1.645

分级：C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80(高强混凝土），共14个等级。

C—Concrete,单位：N/mm2或MPa。第1章钢筋和混凝土的材料性能1.2混凝土第4页，课件共70页，创作于2023年2月影响因素:A实验方法:B尺寸效应:非标准试块强度换算系数：

200mm×200mm×200mm:1.05；

100mm×100mm×100mm:0.95。

6〞×12〞圆柱体：1.20（1〞=2.54cm）

6〞×12〞棱柱体：1.32C加载速度:加荷速度0.15～0.25MPa/sD加载时混凝土混凝土龄期.第1章钢筋和混凝土的材料性能1.2混凝土第5页，课件共70页，创作于2023年2月(2)轴心抗压强度AxialCompressiveStrength轴心抗压强度采用棱柱体试件(Prismsample)测定，用符号fc表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。第1章钢筋和混凝土的材料性能1.2混凝土棱柱体试件高宽比一般为h/b=3~4，我国通常取150mm×150mm×450mm的棱柱体试件，也常用100×100×300试件。第6页，课件共70页，创作于2023年2月轴心抗压强度

混凝土强度与试块混凝土强度的修正系数脆性影响系数

棱柱体强度与立方体强度之比值对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。换算关系:第1章钢筋和混凝土的材料性能1.2混凝土第7页，课件共70页，创作于2023年2月混凝土强度等级≤C40C45C50C55C60C65C70C75C80

c10.760.760.760.770.780.790.800.810.82

c24.000.9840.9680.9510.9350.9190.9030.8870.87

c1

和c2值第1章钢筋和混凝土的材料性能1.2混凝土第8页，课件共70页，创作于2023年2月第1章钢筋和混凝土的材料性能1.2混凝土02468102030s(MPa)e×10-3BACED混凝土破坏机理FailureMechanism第9页，课件共70页，创作于2023年2月第1章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土对横向变形加以约束(LateralConstraint)，就可以限制微裂缝的发展，从而可提高混凝土的抗压强度。第10页，课件共70页，创作于2023年2月第1章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土2.轴心抗拉强度AxialTensileStrength也是其基本力学性能，用符号ft表示。混凝土构件开裂、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。第11页，课件共70页，创作于2023年2月第1章钢筋和混凝土的材料性能1.2混凝土劈拉试验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试验测定混凝土的抗拉强度(SplittingStrength)第12页，课件共70页，创作于2023年2月轴心抗拉强度轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算系数

混凝土脆性系数

试验离散性系数

第1章钢筋和混凝土的材料性能1.2混凝土第13页，课件共70页，创作于2023年2月（1）混凝土双向受力强度图中：ft*，fc*—混凝土单轴抗拉、抗压强度；f1，f2，f3—混凝土的多轴强度,f1≥f2≥f3此图说明：压-压：强度提高；拉-拉：强度不变；拉-压：抗拉和抗压强度都低。第1章钢筋和混凝土的材料性能3.混凝土在复合应力作用下的强度第14页，课件共70页，创作于2023年2月此图说明：压-压：强度提高；拉-拉：强度不变；拉-压：抗拉和抗压强度都低。第1章钢筋和混凝土的材料性能第15页，课件共70页，创作于2023年2月（2）混凝土在法向应力和切应力作用下的复合强度拉-剪：抗拉、抗剪强度都降低；压-剪：当时，抗剪强度随压应力提高而增大；当时，内部裂缝增加，抗剪抗压强度均降低。

第1章钢筋和混凝土的材料性能第16页，课件共70页，创作于2023年2月（3）混凝土三向受压强度三向受压时，强度增加，最大增加5倍。第1章钢筋和混凝土的材料性能螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。一般采用圆柱体在等侧压条件下的试验测定抗压强度。第17页，课件共70页，创作于2023年2月◆局部抗压强度LocalBearingStrength第1章钢筋和混凝土的材料性能第18页，课件共70页，创作于2023年2月箍筋约束混凝土受压的应力-应变关系◎螺旋箍筋约束对强度和变形能力均有很大提高◎矩形箍筋约束对强度的提高不是很显著，但对变形能力有显著改善ConfinementofTransversalReinforcement第1章钢筋和混凝土的材料性能第19页，课件共70页，创作于2023年2月2.2混凝土二、混凝土的变形DeformationofConcrete两类变形：受力变形；非受力变形。1、混凝土受力变形（1）单轴（单调）受压应力-应变关系Stress-strainRelationship混凝土单轴受力时的应力-应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学特征是分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。第1章钢筋和混凝土的材料性能第20页，课件共70页，创作于2023年2月1.2混凝土第1章钢筋和混凝土的材料性能试验装置第21页，课件共70页，创作于2023年2月0→A:近似弹性σ=0.3-0.4fckA→B:非线性

σ=0.8fckB→C:体积增大

C→F:破坏

第1章钢筋和混凝土的材料性能第22页，课件共70页，创作于2023年2月第1章钢筋和混凝土的材料性能1.2混凝土不同强度混凝土的应力-应变关系曲线高强混凝土：↗，↘第23页，课件共70页，创作于2023年2月第1章钢筋和混凝土的材料性能（2）混凝土的弹性模量（ModulusofElasticity）、变形模量原点切线模量InitialModulus割线模量SecantModulus切线模量TangentModulus弹性系数n

(coefficientofelasticity)

随应力增大而减小n

=1~0.51.2混凝土eel第24页，课件共70页，创作于2023年2月第1章钢筋和混凝土的材料性能◆弹性模量测定方法1.2混凝土第25页，课件共70页，创作于2023年2月剪切模量：Gc=0.4Ec

泊松比νc=横向应变/纵向应变=0.2第1章钢筋和混凝土的材料性能第26页，课件共70页，创作于2023年2月受拉：Ec′=0.5Ec（3）混凝土受拉应力-应变关系第1章钢筋和混凝土的材料性能第27页，课件共70页，创作于2023年2月（4）混凝土的徐变定义：在荷载保持不变的情况下，变形随时间推移继续增大的现象。

特点：早期发展快，但可以延续数年。第1章钢筋和混凝土的材料性能t0eelaeelaecreel’eel’’ecr’et徐变变形加荷瞬时变形卸荷瞬时恢复变形卸荷后弹性后效残余变形第28页，课件共70页，创作于2023年2月◆徐变系数j(t，t0)CreepCoefficient当初始应力小于0.5fc时，徐变在2年以后可趋于稳定，最终的徐变系数j=2~4。t0eelaeelaecreel’eel’’ecr’et第1章钢筋和混凝土的材料性能第29页，课件共70页，创作于2023年2月◆影响混凝土徐变的因素内在因素是混凝土的组成和配比。骨料(aggregate)的刚度（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。环境影响包括养护和使用条件。受荷前养护(curing)的温湿度越高，水泥水化作用月充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（20~35）%。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。第1章钢筋和混凝土的材料性能第30页，课件共70页，创作于2023年2月应力条件是指初应力水平si/fc和加荷时混凝土的龄期t0第1章钢筋和混凝土的材料性能线性徐变、非线性徐变。第31页，课件共70页，创作于2023年2月高强混凝土的密实性好，在相同的σ

/fc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高的应力值，初始变形较大，故两者总变形接近。此外，高强混凝土线性徐变的范围可达0.65fc，长期强度约为0.85fc，也比普通混凝土大一些。第1章钢筋和混凝土的材料性能第32页，课件共70页，创作于2023年2月徐变对结构的影响：使构件变形增大；在轴压构件中，使钢筋应力增加，混凝土应力减小；在预应力构件中，产生预应力损失；在超静定结构中，产生内力重分布。第1章钢筋和混凝土的材料性能第33页，课件共70页，创作于2023年2月2、混凝土的非受力变形（1）混凝土的收缩与膨胀混凝土的收缩Shrinkage

混凝土在空气中硬化(hardening)时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。混凝土的膨胀：在水中或处于饱和湿度情况下结硬时体积增大的现象。以收缩为主第1章钢筋和混凝土的材料性能第34页，课件共70页，创作于2023年2月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。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。第1章钢筋和混凝土的材料性能第35页，课件共70页，创作于2023年2月收缩率：3×10-4。收缩=凝缩+干缩特点：早期快，可延续1～2年。第1章钢筋和混凝土的材料性能第36页，课件共70页，创作于2023年2月第1章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土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，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成50%，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，最终收缩应变值约为(2~5)×10-4

混凝土开裂应变为(0.5~2.7)×10-4第37页，课件共70页，创作于2023年2月第1章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土◆影响因素

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护条件等许多因素有关。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。在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响——施工缝第38页，课件共70页，创作于2023年2月水泥用量对高性能混凝土自生收缩的影响2.2混凝土第1章钢筋和混凝土的材料性能第39页，课件共70页，创作于2023年2月墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形第1章钢筋和混凝土的材料性能第40页，课件共70页，创作于2023年2月（2）混凝土的温度变形温度线膨胀系数：1.2-1.5*10-5

0C-1危害：温度应力造成混凝土开裂。第1章钢筋和混凝土的材料性能第41页，课件共70页，创作于2023年2月1.2.3混凝土的选用原则钢筋混凝土结构中混凝土强度等级不应低于C15。用HRB335级钢筋时，不宜低于C20；用HRB400和RRB400级钢筋时，不得低于C20。预应力混凝土结构中混凝土强度等级不应低于C30。当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋时，不宜低于C40。第1章钢筋和混凝土的材料性能第42页，课件共70页，创作于2023年2月课程小结：熟悉混凝土的立方体强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度及相互间的关系。掌握复合应力下混凝土的强度关系。熟悉混凝土弹性模量、变形模量的概念。熟悉混凝土徐变、收缩与膨胀的概念。了解高强度、高性能混凝土的主要物理、力学性能。第1章钢筋和混凝土的材料性能1.2混凝土第43页，课件共70页，创作于2023年2月§1.3钢筋与混凝土粘结1.3.1粘结力的定义定义：当钢筋与混凝土之间产生相对变形（滑移），在钢筋和混凝土的交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，此作用力称为粘结力。第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结第44页，课件共70页，创作于2023年2月钢筋与混凝土共同工作的原理：钢筋混凝土轴心受拉构件裂缝出现前的应力分布第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结第45页，课件共70页，创作于2023年2月钢筋混凝土梁中σs、σc和τ的分布钢筋在支座中的锚固长度(a)梁；(b)屋架；(c)柱第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结第46页，课件共70页，创作于2023年2月1.3.2粘结力的组成1.粘结力组成（1）化学胶结力（2）摩擦力（3）机械咬合力（4）端部锚固力第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结第47页，课件共70页，创作于2023年2月2.光面钢筋的粘结性能直段光面钢筋的粘结力主要来自于化学胶结力和摩擦力。钢筋的拔出试验光面钢筋的τ-s曲线第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结τu=(0.4～1.4)ft第48页，课件共70页，创作于2023年2月3.变形钢筋的粘结性能变形钢筋的粘结效果比光面钢筋的好得多，化学胶合力和摩擦力仍然存在，机械咬合力是变形钢筋粘结力的重要组成部分。

变形钢筋和混凝土的机械咬合作用第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结第49页，课件共70页，创作于2023年2月变形钢筋的τ-sl曲线第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结第50页，课件共70页，创作于2023年2月变形钢筋的粘结破坏形态当混凝土保护层、钢筋间距较小时，径向裂缝可发展达到构件表面，且相互贯通，产生劈裂式粘结破坏当混凝土保护层厚度较大或者配置有横向钢筋时，径向裂缝的发展受到限制，肋前部的混凝土在水平分力和剪力作用下最终将被挤碎，产生所谓

“刮犁式”的剪切型粘结破坏第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结第51页，课件共70页，创作于2023年2月◆不同强度混凝土的粘结应力和相对滑移的关系4.影响粘结的因素（1）混凝土的强度等级：钢筋的粘结强度均随混凝土的强度提高而提高第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结第52页，课件共70页，创作于2023年2月（2）混凝上保护层c和钢筋之间净距离越大，劈裂抗力越大，因而粘结强度越高。但当c/d＞5时，τu与ft,s不再增长，也就是说粘结强度不由壁裂破坏来决定，而是沿钢筋外径圆柱面上发生剪切破坏。第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结（3）横向钢筋限制了纵向裂缝的发展，可使粘结强度提高，因而在钢筋锚固区和搭接长度范围内，加强横向钢筋(则箍筋加密等)可提高混凝土的粘结强度。第53页，课件共70页，创作于2023年2月（4）钢筋端部的弯钩、弯折及附加锚固措施（如焊钢筋和焊钢板等）可以提高的锚固粘接能力。第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结（5）侧向压力约束粘接强度也有提高作用。第54页，课件共70页，创作于2023年2月1.3.3保证粘结锚固的构造措施

手工弯钩：第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结机械弯钩：第55页，课件共70页，创作于2023年2月钢筋表面带肋；

纵向钢筋端部焊横向钢筋；纵向钢筋端部加箍筋；采用高强混凝土；弯起钢筋端部加水平锚固段；第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结第56页，课件共70页，创作于2023年2月在纵向钢筋端部焊锚板、加焊短钢筋；将钢筋焊在预埋件上。第57页，课件共70页，创作于2023年2月◆保证粘结的其他构造措施(1)对不同等级的混凝土和钢筋，要保证最小搭接长度和锚固长度；(2)为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结，必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求；(3)在钢筋的搭接接头内应加密箍筋；(4)为了保证足够的粘结在钢筋端部应设置弯钩；(5)对大深度混凝土构件应分层浇筑或二次浇捣；(6)一般除重锈钢筋外，可不必除锈。第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结第58页，课件共70页，创作于2023年2月补充：粘结的锚固长度和搭接长度试验第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结第59页，课件共70页，创作于2023年2月粘结锚固长度平均粘结应力

光面钢筋带肋钢筋

由和钢筋强度可推算出基本锚固长度

式中：F—钢筋的拉力；ｄ—钢筋的直径；l—粘结的长度。第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结第60页，课件共70页，创作于2023年2月普通钢筋基本锚固长度按下列公式计算：钢筋抗拉强度设计值

钢筋外形系数

钢筋直径

混凝土轴心抗拉强度设计值

0.140.16带肋钢筋光面钢筋钢筋类型钢筋的基本锚固长度取决于钢筋的强度及混凝土抗拉强度，并与钢筋的外形有关（见附录8）。第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结第61页，课件共70页，创作于2023年2月钢筋的连接钢筋的连接可分为两类：绑扎搭接；机械连接或焊接。

受力钢筋的接头宜设在受力较小处。在同一根钢筋上宜少设接头。轴心受拉及小偏心受拉杆件（如桁架和拱的拉杆）的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接接头。当受拉钢筋的直径d＞28mm及受压钢筋的直径d＞32mm时，不宜采用绑扎搭接接头。第62页，课件共70页，创作于2023年2月同一构件中相邻纵向受力钢筋的绑扎搭接接头宜相互错开。ll1.3ll

ll＝ζla

ζ——纵向受拉钢筋的搭接长度修正系数纵向钢筋搭接接头面积百分率（%）≤2550100ζ1.21.41.6第63页，课件共70页，创作于2023年2月课程小结1．掌握钢筋与混凝土粘结力的定义2．掌握粘结力的组成3．掌握影响粘结强度的因素4．掌握保证粘结的构造措施5．了解轴心受力构件粘结性能、徐变、收缩的应力分析

第1章钢筋和混凝土的材料性能1.3钢筋与混凝土粘结第64页，课件共70页，创作于2023年2月本章总结

1、钢筋力学性能的基本指标主要有屈服强度、延伸率和强屈比。

2、根据钢筋的应力-应变关系特点，可分为有明显屈服点钢筋和无明显屈服点钢筋。有明显屈服点钢筋以屈服应力作为强度指标；无明显屈服点钢筋以条件屈服点应力作为强度指标。

3、钢筋混凝土的变形性能采用均匀延伸率来反映。均匀延伸率是指达到最大应力时的应变。

第1章钢筋和混凝土的材料性能第1章总结第65页，课件共70页，创作于2023年2月4、混凝土主要强度指标有：立方体强度、轴心抗压强度和轴心抗拉强度。立方体强度不代表实际构件中混凝土的受力状况，仅用来作为划分混凝土的强度等级。轴心抗压强度和轴心抗拉强度的平均值可分别根据换算公式(2-4)和公式(2-6)，由混凝土立方体强度的平均值计算得到。

5、混凝土的破坏机理是由于内部微裂缝的发展导致横向变形增大，并最终因微裂缝连通而导致破坏。对