试验测得的抗压强度用表示教学教材

1、 RC结构的基本概念及材料的力学性能 试验测得的抗压强度用表示1.1 RC结构的基本概念结构的基本概念钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构共同工作的基础共同工作的基础RC结构优缺点结构优缺点1.1 RC1.1 RC结构的基本概念结构的基本概念1 1、钢筋混凝土结构、钢筋混凝土结构是一种以混凝土作为主要材料根据需要配置一定量钢是一种以混凝土作为主要材料根据需要配置一定量钢筋的结构筋的结构（1 1）组成及各自特性）组成及各自特性：钢筋混凝土（：钢筋混凝土（Reinforced Reinforced ConcreteConcrete或或RCRC） 先分开看先分开看钢筋钢筋 抗拉强度（抗拉强度（ ）高、抗压强

2、度（）高、抗压强度（ ）高、易）高、易锈锈混凝土混凝土抗压强度（抗压强度（ ）高、抗拉强度（）高、抗拉强度（ ）低、不）低、不易锈易锈 合起来看其共同工作合起来看其共同工作 简支梁试验简支梁试验(1(1)(2)(2)sfsfsfcftfsfsfsf素砼简支梁素砼简支梁: :L L=4m=4m，b bh h=200=200300mm300mm. . C20C20混凝土承受集混凝土承受集中荷载，中荷载，p p=8kN=8kN时破坏，无任何征兆。时破坏，无任何征兆。RCRC简支梁简支梁: :同样截面尺寸，同标号砼，同样简支长度，但同样截面尺寸，同标号砼，同样简支长度，但受拉区加入受拉区加入3 3根根

3、16mm16mm的的R235R235级级REBARREBAR，记作，记作3 31616，破坏荷，破坏荷载载p p=36KN=36KN试验结果分析试验结果分析承载力有了很大提高承载力有了很大提高8 36kN8 36kN结构的受力特性得到显著的改善，有明显预兆，裂结构的受力特性得到显著的改善，有明显预兆，裂 缝、挠度等变化缝、挠度等变化 问题问题为何受力会有改变为何受力会有改变? ?物理性质差异很大的情况下，二者能很好地结合在物理性质差异很大的情况下，二者能很好地结合在 一起工作一起工作? ?2 2、共同工作的基础、共同工作的基础钢筋和混凝土之间有良好的粘结力，能相互牢固地结钢筋和混凝土之间有良好

4、的粘结力，能相互牢固地结成整体，传力合理成整体，传力合理温度膨胀系数大体相同温度膨胀系数大体相同 钢筋：钢筋：= = 砼砼 ：= = 温度变化不至于产生大的内应力导致破坏。温度变化不至于产生大的内应力导致破坏。REBARREBAR被砼所包裹，从而防止了钢筋的锈蚀，保证被砼所包裹，从而防止了钢筋的锈蚀，保证 了结构的耐久性。了结构的耐久性。归纳为归纳为4 4句话：句话：各施所长，互补所短，协同工作，形成较好结构各施所长，互补所短，协同工作，形成较好结构51.2 105(1.01.5) 103 3、RCRC结构优缺点结构优缺点RCRC结构的优点：结构的优点： 耐久性和耐火性较好，维护费用低耐久性和

5、耐火性较好，维护费用低混凝土保护层使得混凝土保护层使得钢筋不易锈蚀，耐火时间长钢筋不易锈蚀，耐火时间长 可模性好可模性好适用于各种形状复杂的结构，如空间薄壳、适用于各种形状复杂的结构，如空间薄壳、箱型结构箱型结构 易于就地取材易于就地取材有利于当地建材的利用和工业废料的再有利于当地建材的利用和工业废料的再利用利用 整体性好（对现浇结构），防振和防辐射性能较好整体性好（对现浇结构），防振和防辐射性能较好适适用于抗震抗爆结构和防护结构用于抗震抗爆结构和防护结构 刚度大、阻尼大刚度大、阻尼大有利于结构的变形控制有利于结构的变形控制 材料利用合理材料利用合理结构承载力与其刚度比例合适结构承载力与其刚度

6、比例合适, , 基本无基本无局部稳定问题局部稳定问题 RCRC结构的缺点结构的缺点 自重大自重大(25kN/m3(25kN/m3）发展轻质混凝土、高强混凝土和预应发展轻质混凝土、高强混凝土和预应力混凝土力混凝土 抗裂性差，影响结构的耐久性抗裂性差，影响结构的耐久性发展预应力混凝土，利用发展预应力混凝土，利用树脂涂层钢筋树脂涂层钢筋 承载力有限承载力有限发展高强混凝土、钢骨混凝土、钢管混凝土发展高强混凝土、钢骨混凝土、钢管混凝土 施工复杂，工序多，工期长，受季节、天气的影响较大施工复杂，工序多，工期长，受季节、天气的影响较大利用钢模、飞模、滑模等先进施工技术，采用泵送混凝土、早利用钢模、飞模、滑

7、模等先进施工技术，采用泵送混凝土、早强混凝土、高性能混凝土、免振自密实混凝土等，提高施工效强混凝土、高性能混凝土、免振自密实混凝土等，提高施工效率率 破坏后的修复、加固、补强比较困难破坏后的修复、加固、补强比较困难 发展新型的混凝发展新型的混凝土加固技术，如碳纤维布加固混凝土结构技术土加固技术，如碳纤维布加固混凝土结构技术 1.2 砼（砼（cnrt）（1 1）概念）概念砼是用水泥、砂子和石子三种材料，用水拌和经过凝砼是用水泥、砂子和石子三种材料，用水拌和经过凝固硬化后制成的人工石材。混合凝结，色状如土故名固硬化后制成的人工石材。混合凝结，色状如土故名之之（2 2）要求）要求 和易性要好和易性要

8、好 强度要高强度要高 耐久性要好耐久性要好 经济上要节省经济上要节省1.2.11.2.1混凝土的强度混凝土的强度1 1、立方体抗压强度立方体抗压强度（ ）(1)(1)概念概念边长边长150mm150mm的立方体在的立方体在202022的温度和相对湿度的温度和相对湿度在在95%95%以上的潮湿空气中养护以上的潮湿空气中养护28d ,28d ,依照标准制作方依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度极限值，以法和试验方法测得的抗压强度极限值，以MPaMPa即即 为单位为单位, ,用符号用符号 表示。表示。普通混凝土力学性能普通混凝土力学性能试验标准试验标准（GB/T50081-2002GB/T500

9、81-2002） 标准试件标准试件边长边长150mm150mm的立方体试件的立方体试件 标准条件标准条件温度为温度为202022，湿度在，湿度在95%95%以上以上 标准试验方法标准试验方法试件两端不涂润滑剂试件两端不涂润滑剂 加载速度加载速度C30C30以下为以下为 0.30.30.5MPa/sec0.5MPa/sec，C30C30以以上为上为0.50.50.8/sec0.8/sec cuf2N/mmcuf (2)(2)试验方法试验方法 试件上下表面不涂油。由于与上下盘面的摩擦力影试件上下表面不涂油。由于与上下盘面的摩擦力影 响，起到响，起到“套箍套箍”作用，非单纯受压作用，非单纯受压 (3

10、)(3)影响因素影响因素尺寸效应尺寸效应 小试件高，摩擦力对中部的影响随高度的增高降低小试件高，摩擦力对中部的影响随高度的增高降低 换算系数换算系数 边长边长200mm 200mm 1.051.05 边长边长100mm 100mm 0.950.95涂油影响涂油影响 不涂油，有约箍力，压强大。涂油则小不涂油，有约箍力，压强大。涂油则小( (图示图示) )(4)(4)混凝土的强度等级混凝土的强度等级用立方体抗压强度标准值来划分的用立方体抗压强度标准值来划分的公路规范公路规范根据度范围，根据度范围，从从C20C20C80C80共划分为共划分为1313个强度等级，级差个强度等级，级差5 5，C50C5

11、0以上为高强混以上为高强混凝土。凝土。砼标号是设计砼标号是设计RCRC结构时选择砼材料的主要指标，应根结构时选择砼材料的主要指标，应根 据结构据结构物的用途、尺寸、使用条件和经济、技术等因素综合考虑。物的用途、尺寸、使用条件和经济、技术等因素综合考虑。 等级等级C C： C20 C20 C30 C30 CC30 C30 C40、 C C50、C60C60以上以上 普通普通RC RC 接头、接缝接头、接缝 PCPC结构结构2 2、棱柱体抗压强度棱柱体抗压强度 (1)(1)概念概念通常钢筋混凝土构件的长度比它的截面边长大得多，通常钢筋混凝土构件的长度比它的截面边长大得多，因此棱柱体试件的受力更接近

12、于实际构件中混凝土的因此棱柱体试件的受力更接近于实际构件中混凝土的受力情况。标准棱柱体试件按标准制作、养护、试验受力情况。标准棱柱体试件按标准制作、养护、试验测得的抗压强度，用测得的抗压强度，用 表示，亦称轴心抗压强度。表示，亦称轴心抗压强度。 cf (2)(2)测试方法及结果测试方法及结果 试件：棱柱体（圆柱体），不涂油试件：棱柱体（圆柱体），不涂油 h/bh/b h/bh/b=2=24 4稳定稳定 标准试件标准试件:150:150150mm150mm300mm 300mm 普通混凝土力学性能试验标准普通混凝土力学性能试验标准（GB/T50081-GB/T50081- 2002 2002）

13、原因原因 试件细长，中部箍束力小试件细长，中部箍束力小 偏心影响偏心影响 用于受压构件强度计算用于受压构件强度计算 cfcufcf(0.6 0.8)ccuffcfcuf 3 3、轴心抗拉强度轴心抗拉强度 (1)(1)概念概念 在轴心拉伸下的极限拉伸强度，用在轴心拉伸下的极限拉伸强度，用 表示表示 (2)(2)试验方法试验方法 直接试验法直接试验法 钢筋、拉断（钢筋、拉断（100100100100500mm500mm棱柱体棱柱体, ,对中预埋）对中预埋） 间接试验法间接试验法劈裂试验（见劈裂试验（见图图1-61-6） 劈裂试验可以克服轴心受拉试验中存在的对中问题。劈裂试验可以克服轴心受拉试验中存

14、在的对中问题。 试验中采用边长为试验中采用边长为150mm150mm的立方体标准试件，通过弧形的立方体标准试件，通过弧形钢垫条施加压力钢垫条施加压力F F，试件中间截面有着均匀分布的拉应，试件中间截面有着均匀分布的拉应力，当拉应力达到混凝土的抗拉强度时，试件劈裂成两力，当拉应力达到混凝土的抗拉强度时，试件劈裂成两半半 tf(3) (3) 与与 之间关系之间关系 (4)(4)与混凝土构件的开裂、变形，以及受剪、受与混凝土构件的开裂、变形，以及受剪、受 扭、受冲切等承载力有关。扭、受冲切等承载力有关。用于抗裂、冲切、粘结用于抗裂、冲切、粘结 强度计算强度计算tftsf21.80.90.9ttsFF

15、ffAA 4 4、复合应力状态下的强度、复合应力状态下的强度 取单元体，三个主应力取单元体，三个主应力1 1、2 2、3 3 轴向受力：轴向受力： 2 2= =3 3=0=0 平面应力状态：平面应力状态： 3 3=0=0 三向受力状态：三向受力状态： 1 1、2 2、3 3均不为均不为0 0 (1)(1)平面应力状态平面应力状态 双向受压：强度高于单轴，双向受压：强度高于单轴，1 12 2 双向受拉：强度无变化，同单轴双向受拉：强度无变化，同单轴 一拉一压：一拉一压：2 21 1,1 12 2 见见图图1-71-7 (2)(2)三向受压三向受压 一向强度随其它两向应力一向强度随其它两向应力而而

16、。 (3)(3)法向应力和剪应力的组合强度法向应力和剪应力的组合强度 混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低 当当 , ,抗剪强度随压应力的增大而增抗剪强度随压应力的增大而增 大大 当当 时，抗剪强度随压应力的增大时，抗剪强度随压应力的增大 而减小而减小0.5 0.7c/f0.5 0.7c/f见见图图1-81-8小小 结结 重点重点共同工作基础。混凝土强度定义、试验方法、共同工作基础。混凝土强度定义、试验方法、影响因素、用途。复合应力状态关系影响因素、用途。复合应力状态关系作业作业 1 11 1，1 12 2 302.0 10ccfcf0cmaxcf0cm

17、ax-3103.05.00,cccuf（2 2）砼的弹性模量与变形模量）砼的弹性模量与变形模量 用于计算结构之挠度、温度应力、超静定结构内用于计算结构之挠度、温度应力、超静定结构内 力。力。 如弹材：如弹材：E=/ E=/ tgtg= =conscons. . 受压变形模量表示方法（见受压变形模量表示方法（见图图1-131-13）原点弹模原点弹模： 或或切线模量切线模量：割线模量割线模量（变形模量或弹塑性模量）：（变形模量或弹塑性模量）： 和和 之间关系：之间关系： 式中：式中： 砼受压弹性特征系数，砼受压弹性特征系数， 构件刚开裂时构件刚开裂时: =0.5: =0.5。0cEtg/cceE

18、/cEdd1/cccEtgEcEcceccccceEEcec1图图 1-13 (3) (3) 的测取（参见的测取（参见图图1-141-14） 棱柱体加载棱柱体加载0 00 0，反复，反复5 51010次，次， 可可 得：得： 根据试验可得经验公式：根据试验可得经验公式： (4) (4)剪切模量剪切模量 其中其中 为混凝土的横向变形系数（泊松比），取为混凝土的横向变形系数（泊松比），取 时，可得时，可得 cE0.5cf0p0.5ceE5,10 (MPa)2.2(34.74/)ccu kEf2 1cccEGc0.2c0.4ccGE图图 1-14 2 2、砼在重复荷载作用下的变形性能、砼在重复荷载作

19、用下的变形性能 (1)(1)一次加载时和卸载时一次加载时和卸载时-曲线曲线( (图图1-151-15) )，加载，加载 “-”曲线为曲线为OAOA，卸荷，卸荷“-”曲线为曲线为ABAB， 为卸载为卸载时瞬时恢复应变，时瞬时恢复应变， 为卸载后弹性后效，为卸载后弹性后效， 为残余应变为残余应变 (2)(2)砼在重复荷载作用下的变形性能砼在重复荷载作用下的变形性能 多次荷载重复作用下多次荷载重复作用下-曲线曲线( (图图1-161-16) ) 若加荷若加荷较小较小( ( ) )起始为一环状，多次加荷，曲起始为一环状，多次加荷，曲 线越来越闭合，直至成一直线线越来越闭合，直至成一直线CDCD 若加载

20、若加载较大较大( ( ) )多次重复加荷载卸荷多次重复加荷载卸荷“-”由向应力轴而转为凸向应变轴，导致疲劳破坏由向应力轴而转为凸向应变轴，导致疲劳破坏 (200(200万次以上万次以上) ) eaecrfcffcf0.5fccff图图1-15图图1-16 3 3、砼在荷载长期作用下的变形性能、砼在荷载长期作用下的变形性能徐变徐变 (1)(1)概念概念：在长期不变荷载作用下，应变随时间继续增：在长期不变荷载作用下，应变随时间继续增 长的现象。（见长的现象。（见图图1-171-17） (2)(2)徐变过程徐变过程 瞬变瞬变 ，徐变变形，徐变变形 ，卸荷后瞬时恢复变形，卸荷后瞬时恢复变形 ，卸，卸

21、荷后弹性后效荷后弹性后效 ，残余变形，残余变形 。（见。（见图图1-181-18）cicccirchrcp图图1-171-17图图1-181-18 (3)(3)产生原因产生原因: : 砼凝结后，水泥浆变结晶体和凝胶体，凝胶体粘性流砼凝结后，水泥浆变结晶体和凝胶体，凝胶体粘性流 动，应力重分布，产生变形动，应力重分布，产生变形 微裂缝在荷载作用下，不断扩展和增长的结果微裂缝在荷载作用下，不断扩展和增长的结果 (4)(4)影响因素影响因素 压应力大，徐变大压应力大，徐变大 当当 ，徐变大致与应力成正比，各条徐变曲，徐变大致与应力成正比，各条徐变曲 线的间距接近相等，称为线形徐变线的间距接近相等，称

22、为线形徐变 当当 介于介于 之间时，为非线性徐变之间时，为非线性徐变 当当 时，混凝土的非线形徐变往往时不收敛时，混凝土的非线形徐变往往时不收敛 的，最终导致构件破坏的，最终导致构件破坏( (参见参见图图1-191-19) ) 加荷龄期早，徐变大加荷龄期早，徐变大 水泥用量多，水灰比大，徐变大；增加骨料含量，水泥用量多，水灰比大，徐变大；增加骨料含量， 弹模大，徐变减小弹模大，徐变减小 养护温湿度高，徐变小；使用温度高、湿度小，大养护温湿度高，徐变小；使用温度高、湿度小，大 0.5cf0.5 0.8cf0.8cf图图1-19 4 4、砼的收缩变形、砼的收缩变形 (1)(1)概念概念 砼在空气中的硬结过程中，体积减小的现象叫收砼在空气中的硬结过程中，体积减小的现象叫收 缩。在水中结硬，体积会膨胀。缩。在水中结硬，体积会膨胀。 (2)(2)过程：过程：混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早 期收缩