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1、第2 2章 混凝土结构材料的 物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结第1页/共110页学 习 目 标1.理解混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能；理解混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能；2.掌握混凝土的基本强度指标和混凝土的选用原则；掌握混凝土的基本强度指标和混凝土的选用原则；3.了解土木工程所用钢筋的品种、级别及其性能；了解土木工程所用钢筋的品种、级别及其性能；4.掌握钢筋的强度及变形指标；掌握钢筋的强度及变形指标；5.掌握土木工程对钢筋性能的要求及选用原则；掌握土木工程对钢筋

2、性能的要求及选用原则；6.了解钢筋与混凝土的共同工作原理，理解保证钢了解钢筋与混凝土的共同工作原理，理解保证钢筋与混凝土之间协同工作的构造措施。筋与混凝土之间协同工作的构造措施。 第2页/共110页混凝土：混凝土： 由水泥、骨料和水由水泥、骨料和水按一定比例按一定比例拌合，拌合，经过硬化后经过硬化后形成的人工合成材料。形成的人工合成材料。其为其为一多相复合材料，其质量的好坏与材料、施工配合比、施工工艺、龄期、环境等一多相复合材料，其质量的好坏与材料、施工配合比、施工工艺、龄期、环境等诸多因素有关。诸多因素有关。特特 点：点： 非弹性、非线性、非匀质材料，较大离散性。非弹性、非线性、非匀质材料，

3、较大离散性。通常将其组成结构分为：通常将其组成结构分为： 宏观结构宏观结构：两组分体系，砂浆和粗骨料。：两组分体系，砂浆和粗骨料。 亚微观结构亚微观结构：水泥砂浆结构。：水泥砂浆结构。 微观结构微观结构： 水泥石结构。水泥石结构。2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的组成结构混凝土的组成结构第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第3页/共110页宏观结构宏观结构亚微观结构亚微观结构微观结构微观结构粗骨料（分散相）水泥石（基相）细骨料（分散相）砂浆（基相）晶体骨架晶体晶体带核凝胶体干缩孔隙凝缩氢氧化钙凝胶体凝胶体混凝土组

4、成结构第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第4页/共110页晶体骨架：由未水化颗粒组成，承受外力，具有弹性变形特点。由未水化颗粒组成，承受外力，具有弹性变形特点。塑性变形：在外力作用下由凝胶、孔隙、微裂缝产生。在外力作用下由凝胶、孔隙、微裂缝产生。破坏起源：孔隙、微裂缝等原因造成。孔隙、微裂缝等原因造成。PH值：由于水泥石中的氢氧化钙存在，混凝土偏碱性。由于水泥石中的氢氧化钙存在，混凝土偏碱性。由于水泥凝胶体的硬化过程需要若干年才能完成，所由于水泥凝胶体的硬化过程需要若干年才能完成，所以，混凝土的强度、变形也会在较

5、长时间内发生变化，以，混凝土的强度、变形也会在较长时间内发生变化，强度逐渐增长强度逐渐增长，变形逐渐加大变形逐渐加大。第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第5页/共110页第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能单轴应力状态下的混凝土强度单轴应力状态下的混凝土强度1、混凝土强度等级混凝土结构中，混凝土结构中，主要是利用它的主要是利用它的抗压强度抗压强度。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要。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

6、。和最基本的指标。混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的混凝土强度等级混凝土强度等级：边长：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下（立方体标准试件，在标准条件下（203，90%湿湿度）养护度）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0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂两端不涂润滑剂）测得的测得的具有具有95%保证率保证率的立方体抗压强度，用符号的立方体抗压强度，用符号C表示，表示，C30表示表示fcu,k=30N/mm2 规范规范根据强度范围，根据强度范围，从从C15C80共划分为共划分为14个强度等级个强度等级，级差为

7、，级差为5N/mm2。与原。与原规范规范GBJ10-89相比，混凝土强度等级范围由相比，混凝土强度等级范围由C60提高到提高到C80，C50以上为以上为高强混高强混凝土凝土，有关指标和计算公式在，有关指标和计算公式在C50与原与原规范规范GBJ10-89衔接。衔接。第6页/共110页承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂强度大于我国规范的方法：不涂润滑剂我国规范的方法：不涂润滑剂试验机通过钢垫板对试件施加压力。试验机通过钢垫板对试件施加压力。由于垫板的刚度有限，以及试件内部和表层的受力状态和材料性能有差别，致使试件由于垫板的刚度有限，以及试件内部和表层的受力状态和材料性能有差别，致使试件承压面上的

8、竖向压应力分布不均匀。承压面上的竖向压应力分布不均匀。同时，钢垫板和试件混凝土的弹性模量和泊松比值不等，在相同应力作用下的横向应同时，钢垫板和试件混凝土的弹性模量和泊松比值不等，在相同应力作用下的横向应变不等。故变不等。故垫板约束了试件的横向变形，在试件的承压面上作用着水平摩擦力。垫板约束了试件的横向变形，在试件的承压面上作用着水平摩擦力。第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第7页/共110页试验录像第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能

9、第8页/共110页100mm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100150cucuff小于小于C50的混凝土，修正系数的混凝土，修正系数 =0.95。随混凝土强度的提高，修正系数。随混凝土强度的提高，修正系数 值有所降低。值有所降低。当当fcu100=100N/mm2时，换算系数时，换算系数 约为约为0.9美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径150mm，高，高300 mm）标准试件测定）标准试件测定的抗压强度来划分强度等级，符号记为的抗压强度来划分强度等级，符号记为 fc。圆柱体强度与我国标准立方体抗

10、压强度的换算关系为，圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为，cucff)81. 079. 0(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件下比较混凝土强度水平和品质的标准（制作、测试方便）。一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准（制作、测试方便）。第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第9页/共110页2、轴心抗压强度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

11、fc表示，它比较接近实际构件中混凝土表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为h/b=23，我国取，我国取150mm150mm300mm的标准试件，试件上下表面不涂润滑剂。的标准试件，试件上下表面不涂润滑剂。对于同一混凝土，对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。棱柱体抗压强度和立方体。棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为，抗压强度的换算关系为，cuccff1规范规范对小于等于对小于等于C50的混凝土取的混凝土取c1 =0.76，对，对C80取取c1 =0.82，其间按线性其间按线性插值。

12、对小于等于插值。对小于等于C40的混凝土取的混凝土取c2 =1.00，对对C80取取c2 =0.87 ，其间按线性其间按线性插值。插值。第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能cukccckff2188. 0第10页/共110页试验录像第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第11页/共110页3、轴心抗拉强度也是其基本力学性能，用符号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、受表示。混凝土构件开裂、裂缝、变

13、形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。 500 150 15010016轴心受拉试验0102030405060708090100123456 ft fcuGBJ10-89 规范轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系55. 0395. 0cutff 3/226. 0cutff 第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第12页/共110页试验录像第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第13页/共

14、110页劈拉试验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拉强度22aPfsp4/319. 0cuspff第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第14页/共110页4、混凝土强度的标准值规范规范规定材料强度的标准值规定材料强度的标准值 fk 应具有不小于应具有不小于95%的保证率的保证率)645. 11 (mkff立方体强度标准值即为混凝土强度等级立方体强度标准值即为混凝土强度等级fcuk。规范规范

15、在确定混凝土轴心抗压强度在确定混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值时，假定它们的变异系数与立方体强度的变异系数相同，利和轴心抗拉强度标准值时，假定它们的变异系数与立方体强度的变异系数相同，利用与立方体强度平均值的换算关系，便可按上式计算得到。用与立方体强度平均值的换算关系，便可按上式计算得到。同时，同时，规范规范考虑到试件与实际结构的差异以及高强混凝土的脆性特征，对轴心考虑到试件与实际结构的差异以及高强混凝土的脆性特征，对轴心抗压强度和轴心抗拉强度，还采用了以下两个抗压强度和轴心抗拉强度，还采用了以下两个折减系数折减系数：结构中混凝土强度与混：结构中混凝土强度与混凝土试件强度的比值，取凝土试

16、件强度的比值，取0.88；脆性折减系数，对；脆性折减系数，对C40取取1.0，对，对C80取取0.87，中，中间按线性规律变化。间按线性规律变化。第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第15页/共110页混凝土强度标准值（N/mm2）混混 凝凝 土土 强强 度度 等等 级级强度种类强度种类符号符号C15C20C25C30C35轴心抗压强度轴心抗压强度fck10.013.416.720.123.4轴心抗拉强度轴心抗拉强度ftk1.271.541.782.012.20混混 凝凝 土土 强强 度度 等等 级级C40C45C

17、50C55C60C65C70C75C8026.829.632.435.538.541.544.547.450.22.402.512.652.742.852.933.003.053.10例 fcu=30MPa, =0.12, fcu,m=fcu/(1-1.645 ) fc,m=0.76fcu,m fc,k=fc,m(1-1.645 )0.881.0 =0.76fcu0.88 1.0 =20.06MPa第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第16页/共110页5. 混凝土破坏机理fc xd 当 x时，y0，0ddxy x

18、0，0y 1第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第26页/共110页根据以上条件，过镇海提出的应力-应变全曲线表达式1 ) 1(1 )2()23()(232xxxxxxaxaaxxyca=Ec/E0，Ec为初始弹性模量；E0为峰值点时的割线模量，为满足条件和，一般应有1.5a3； c 为下降段参数00.0020.0040.0060.0080.01204060s (MPa)eC20C40C60C80第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第2

19、7页/共110页Hognestad建议的应力-应变曲线uuccffeeeeeeeseeeeees0000200 15. 010 200.0020.0038 fc0.15 fcsee0eu第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第28页/共110页规范规范应力应力-应变关系应变关系上升段：)1 (1 0ncccfees0ee下降段：ccfsueee066010)50(0033. 010)50(5 . 0002. 0)50(6012cuucucufffnee规范混凝土应力-应变曲线参数fcuC50C60C70C80n21.

20、831.671.5e00.0020.002050.00210.00215eu0.00330.00320.00310.00300.0010.0020.0030.00410203040506070C80C60C40C20se第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第29页/共110页2、混凝土的弹性模量 Elastic ModulusseEc= tan 原点切线模量Elastic Modulus0sesddEcseEc= tan 割线模量Secant ModulusescEseEc= tan 切线模量Tangent Mod

21、ulusesddEc 弹性系数n n (coefficient of elasticity) 随应力增大而减小n n =10.5eeelcEcEn第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第30页/共110页弹性模量测定方法se0.5fc510 次)N/mm(74.342 . 21025cucfE第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第31页/共110页3、箍筋约束混凝土受压的应力、箍筋约束混凝土受压的应力-应变关系应变关系 螺旋箍筋约束对强度

22、和变形能力均有很大提高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显著改善(a) 螺旋箍筋压应变压应力(N/mm2)箍筋 s=(b) 矩形箍筋压应变压力箍筋 d=4.76mm，s=38.1mm箍筋 d=4.76mm，s=63.5mm无箍筋Confinement with Transverse Reinforcement 第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第32页/共110页 箍筋与内部混凝土的体积比；箍筋与内

23、部混凝土的体积比； 箍筋的屈服强度；箍筋的屈服强度； 箍筋间距与核心截面直径或边长的比值；箍筋间距与核心截面直径或边长的比值； 箍筋直径与肢距的比值；箍筋直径与肢距的比值； 混凝土强度，对高强混凝土的约束效果差一些。混凝土强度，对高强混凝土的约束效果差一些。影响因素第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第33页/共110页R.Park建议的矩形封闭箍筋约束混凝土的应力-应变曲线A0.002BCDe50ue50he50e20cfZtan约束混凝土非约束混凝土cf 0.5cf 0.2cf se第第2章章 混凝土结构材料的

24、物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第34页/共110页4、混凝土受拉应力-应变关系se ftet0ctctcttEfEfEf25 . 00e第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第35页/共110页纤维混凝土第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第36页/共110页0.002.004.006.008.0010.00Strain (%)0.001.002.003.004.005.006.0

25、0Stress (MPa)ECC in tension, 21 days第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第37页/共110页第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第38页/共110页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 Biaxial Stress State实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向双向或或三向三向受力状态。受力状态。如剪力

26、和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。等。双向受压强度大于单向受压强度，最大双向受压强度大于单向受压强度，最大受压强度发生在两个压应力之比为受压强度发生在两个压应力之比为0.3 0.6之间，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曲线相似，但峰值应变均超过单轴受压时的峰值应变。轴受压时的峰值应变。第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1

27、混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第39页/共110页在一轴受压一轴受拉状态下，任意应在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。力比情况下均不超过其相应单轴强度。并且抗压强度或抗拉强度均随另一方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。向拉应力或压应力的增加而减小。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 Biaxial Stress State实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向双向或或三向三向受力状态。受力状态。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和

28、压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。等。2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能第40页/共110页试验录像第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第41页/共110页构件构件受剪或受扭受剪或受扭时常遇到剪应力时常遇到剪应力t t 和正应力和正应力s s 共同作用下的复合受力情况。共同作用下的复合受力情况。混凝土的抗剪强度：随混凝土的抗剪强度：随拉拉应力增大而减小应力

29、增大而减小 随随压压应力增大而增大应力增大而增大当压应力在当压应力在0.6fc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的增大而减小。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。第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第42页/共110页三轴应力状态 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和钢管混凝土柱中的混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柱

30、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。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。214sccff第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第43页/共110页局部抗压强度 Local Bearing StrengthclbcclfAAff第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第44页/共110页混凝土的收缩和徐变混凝土的收缩和徐变Shrinkage and Creep1、混凝土的收缩 Shr

31、inkage 混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。 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）的约束时，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。应力损失。 某些某些对跨度比较敏感的超静定结构对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构）

32、，收缩也会引起不利的内力。（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第45页/共110页墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第46页/共110页混凝土的收缩是随时间而增长的变形，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，两周可完成全部早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的收缩的25%，一个月可完成，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

33、，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。两年以上。一般情况下，最终收缩应变值约为一般情况下，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)10-414d 28dtesh(25)10-425%50%第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第47页/共110页影响因素影响因素 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。料性质、水

34、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。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，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响 施工缝。施工缝。第第2章章 混凝土结

35、构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第48页/共110页2、混凝土的徐变 Creep 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。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。 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。用下，甚至会导致破坏。 不过，徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力（如支座不不过，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

36、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。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。 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，在同样环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变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，从徐变试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形。试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形。第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的

37、物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第49页/共110页在应力（在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变弹性应变e eel（= s si/Ec(t0)，t0加荷时的龄加荷时的龄期期）。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个月徐变增长较快，个月徐变增长较快，6个月可达最终徐个月可达最终徐变的（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。年后趋于稳定。t0eeleeleshecreeleelecret第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2

38、.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第50页/共110页记记(t-t0)时间后的总应变为时间后的总应变为e e c(t, ,t0)，此时混凝土的收缩应变为此时混凝土的收缩应变为e esh(t，t0)，则徐变为，则徐变为，e ecr (t, ,t0) = e ec(t, ,t0)- - e e c(t0)- - e esh(t, ,t0)= e ec(t, ,t0)- - e eel- - e esh(t, ,t0)t0eeleeleshecreeleelecret第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第51

39、页/共110页如在时间如在时间t 卸载卸载，则会产生，则会产生瞬时弹性恢复应变瞬时弹性恢复应变e eel。由于混凝土弹性模量随时间增大，由于混凝土弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变故弹性恢复应变e eel小于加载时的瞬时弹性应变小于加载时的瞬时弹性应变 e eel。再经过一段时间后，还有一部分应再经过一段时间后，还有一部分应变变e eel可以恢复，称为可以恢复，称为弹性后效弹性后效或或徐变恢复徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变，但仍有不可恢复的残留永久应变e ecrt0eeleeleshecreeleelecret第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1

40、混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第52页/共110页徐变系数徐变系数j (t，t0) Creep Coefficientelcrtttteej),(),(00当初始应力小于当初始应力小于0.5fc时，徐变在时，徐变在2年以后可趋于稳定，最终的徐变系数年以后可趋于稳定，最终的徐变系数j j =24。影响因素影响因素内在因素内在因素是混凝土的组成和配比。骨料是混凝土的组成和配比。骨料(aggregate)的刚度（弹性模量）越大，体积的刚度（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。比越大，徐变就越小。水灰比越小，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

41、护包括养护和使用条件。受荷前养护(curing)的温湿度越高，水泥水化作用越的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（2035）%。受荷后构件所处的环。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。境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第53页/共110页应力条件应力条件是指初应力是指初应力(initial stress)水平水平s si /fc和加荷时混凝土的龄期和加荷时混凝土的龄期t0，它们是

42、影响徐，它们是影响徐变的非常主要的因素。当初始应力水平变的非常主要的因素。当初始应力水平s si /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，也即（最终）也即（最终）徐变系数徐变系数j j =e ecr /e eel =Ece ecr /s si = =常数常数，这种徐变称为这种徐变称为线性徐变线性徐变。 当初应力当初应力s si 在在(0.50.8) fc 范围时，徐变最终虽仍收敛，但最终徐变与初应力范围时，徐变最终虽仍收敛，但最终徐变与初应力s si不成不成比例，也即徐变系数比例，也即徐变系数j j 随随s si的增大而增大的增大而增大，这种徐变称为这种徐

43、变称为非线性徐变非线性徐变。当初应力。当初应力s si 0.8fc 时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，徐变的发展将不收敛，最时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，徐变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。因此将终导致混凝土的破坏。因此将0.8fc作为混凝土的作为混凝土的长期抗压强度长期抗压强度。 高强混凝土高强混凝土的密实性好，在相同的的密实性好，在相同的s s /fc比值下，徐变比普通混凝土小得多。但由于比值下，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

44、。此外，高强混凝土线性徐变的范围可达土线性徐变的范围可达0.65fc，长期强度约为，长期强度约为0.85fc，也比普通混凝土大一些。，也比普通混凝土大一些。第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第54页/共110页第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第55页/共110页第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第56页/共110页3. 混凝土的疲劳破坏重复荷载下的应

45、力重复荷载下的应力-应变曲线应变曲线fcfs3s2s1e疲劳强度fcfcf的确定原则：的确定原则：100100 300或150150 450 的棱柱体试块承受的棱柱体试块承受200万万次（或以上）循环荷载时发生破坏的最大压应力值次（或以上）循环荷载时发生破坏的最大压应力值第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能es包罗线与一次性加载时的应力-应变曲线相似第57页/共110页作作 业：业：1.1.混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度标准值、混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度标准值、轴心抗拉强度标准值是如何确定的？它们之间的

46、轴心抗拉强度标准值是如何确定的？它们之间的关系如何？关系如何？2.2.混凝土的强度等级是如何确定的？我国混凝土的强度等级是如何确定的？我国规范规范规定的混凝土强度等级有哪些？规定的混凝土强度等级有哪些？3.3.混凝土轴心受压应力混凝土轴心受压应力- -应变曲线有何特点？试列应变曲线有何特点？试列出三种常用的数学模型。出三种常用的数学模型。4.4.混凝土的变形模量和弹性模量如何确定？混凝土的变形模量和弹性模量如何确定？5.5.混凝土的收缩和徐变对构件有何影响？混凝土的收缩和徐变对构件有何影响？6.6.查阅相关文献或规范给出混凝土多轴强度计算查阅相关文献或规范给出混凝土多轴强度计算图。图。第第2章

47、章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性混凝土的物理力学性能能第58页/共110页2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能按化学成分按化学成分碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）磷等元素）普通低合金钢（另加硅、锰、钛、普通低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、铬等）钒、铬等）2.2 钢筋的物理力学性能 Steel Reinforcement钢筋的种类第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能低碳钢（含碳量低碳钢（含碳量0.25%）中碳钢（含碳量中碳钢（含碳量0.250.6%）高碳钢（含碳量高碳钢（

48、含碳量0.61.4%）硅系硅系硅钒系硅钒系硅钛系硅钛系硅锰系硅锰系硅铬系硅铬系第59页/共110页钢筋钢筋热轧钢筋：热轧光面钢筋热轧钢筋：热轧光面钢筋HPB235，热轧带肋钢筋，热轧带肋钢筋HRB335、HRB400，余热处理钢筋余热处理钢筋RRB400冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成热处理钢筋：将热处理钢筋：将HRB400、RRB400钢筋通过加热、淬火、回火而成钢筋通过加热、淬火、回火而成按加工方法按加工方法钢丝钢丝碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成

49、刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力钢绞线：多根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起（钢绞线：多根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起（3股或股或7股）股）冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能第60页/共110页D公称直径 A3 股钢绞线量测尺寸钢绞线图 2-1 常用钢筋形式刻痕钢丝螺旋肋钢丝第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能第61页/共110页热轧钢筋热轧钢筋 Ho

50、t Rolled Steel Reinforcing BarHPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRolledBarRRBRolledRibbedBar屈服强度屈服强度 fyk（标准值标准值= =钢材废品限值，保证率钢材废品限值，保证率97.73%）HPB235级： fyk = 235 N/mm2HRB335级： fyk = 335 N/mm2HRB400级、RRB400级： fyk = 400 N/mm2第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.2 钢筋的物理力学性能钢筋

51、的物理力学性能第62页/共110页HPB235级级(级级)钢筋钢筋多为光面钢筋（多为光面钢筋（Plain Bar），），多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。 HRB335级级(级级)和和 HRB400级级(级级)钢筋钢筋强度较高，强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用也有用级钢筋作箍筋的。为增强与混凝土的粘结级钢筋作箍筋的。为增强与混凝土的粘结（Bond），外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋），外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（Deformed Bar）。）。 RRB400级（级）级）钢筋强

52、度太高，不适宜作为钢筋钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。延伸率延伸率 5 5= =25、16、14、10%，直径，直径840。第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能第63页/共110页钢丝钢丝，中强钢丝的强度为中强钢丝的强度为8001200MPa，高强钢丝、钢绞线为，高强钢丝、钢绞线为 1470 1860MPa；延伸率延伸率 10=6%， 100=3.54%；钢丝的直径；钢丝的直径39mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种

53、，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.515.2 mm。中高强钢丝和钢。中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。绞线均用于预应力混凝土结构。冷加工钢筋冷加工钢筋是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工的是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。近年近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。热处理钢筋热处理钢筋是将是将

54、级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于预应力混凝土结构。幅度的提高，而延伸率降低不多。用于预应力混凝土结构。第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能第64页/共110页s se e钢筋的强度与变形 有明显屈服点的钢筋 Steel bar with yield pointa为比例极限为比例极限proportional limit s =Eseaa为弹性极限为弹性极限elastic limitade为强化段为强化段str

55、ain hardening stagebb为屈服上限为屈服上限upper yield strengthc为屈服下限，即为屈服下限，即屈服强度屈服强度 fylower yield strengthcdcd为屈服台阶为屈服台阶yield plateauefue为极限抗拉强度为极限抗拉强度 fu ultimate tensile strengthfyf第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能第65页/共110页几个指标：几个指标：屈服强度屈服强度yield strength：是钢筋强度的设计依据是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服

56、后将产生很大的塑性，因为钢筋屈服后将产生很大的塑性变形，且卸载时这部分变形变形，且卸载时这部分变形不可恢复不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。延延 伸伸 率率elongation rate：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。0010or 5lll

57、屈强比屈强比反映钢筋的强度储备，反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.60.7。se残余变形er弹性变形ee均匀延伸率均匀延伸率 gt对应最大应力时应变，包括了残对应最大应力时应变，包括了残余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力力(2.5%)第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能第66页/共110页无明显屈服点的钢筋Steel bar without yield pointa0.2%s0.2 fua点：比例极限，约为点：比例极限，约为0.65fua点前：应力点前：应力-应变关系为

58、线弹性应变关系为线弹性a点后：应力点后：应力-应变关系为非线性，有一定塑性应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点变形，且没有明显的屈服点强度设计指标强度设计指标条件屈服点条件屈服点残余应变为残余应变为0.2%所对应的应力所对应的应力规范规范取取s s0.2 =0.85 fu第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能第67页/共110页钢筋的强度标准值钢筋的强度标准值( Characteristic or Standard Strength) 按冶金钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值是取其出厂时的废品限值，其数值

59、按冶金钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值是取其出厂时的废品限值，其数值相当于相当于fy,m-3s s，具有，具有97.73%的保证率，满足的保证率，满足建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准材料强度标准材料强度标准值保证率值保证率95%的要求。的要求。普通钢筋强度标准值（N/mm2）种 类符号fykHPB235(Q235)235HRB335(20MnSi)335热轧钢筋HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)RRB400(20MnSi)400第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能第68页/共110

60、页预应力钢筋强度标准值（N/mm2）种 类fptk消除应力钢丝螺旋肋钢丝491470157016701770刻痕钢丝5、714701570二股d=10.0d=12.01720三股d=10.8d=12.91720钢绞线七股d=9.5d=11.1d=12.7d=15.21860186018601860，1820，1720热处理钢筋40Si2Mn(d=6)48Si2Mn(d=8.2)45Si2Cr(d=10)14701、 钢绞线直径 d 系指钢绞线外接圆直径2、 各种直径、钢丝、钢绞线的截面积见附录第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物