第一章：混凝土结构材料的性能

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混凝土结构材料的性能（PropertiesofConcreteStructuralMaterials）给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章本章重点熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则；

熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能及其选用原则；

了解钢筋与混凝土的共同工作原理。给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章1.1.1建筑用钢筋的种类热轧钢筋4008~40RRB400(K20MnSi)4006~50HRB400(20MnSiV,20MnSiNb,20MnTi)3356~50HRB335(20MnSi)2358~20HPB235(Q235)fyk/(N/mm2)d/(mm)符号种类§1.1钢筋（Reinforcement；bar）给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章

HPB（hot-rolledplanebar）—热轧光面钢筋；

HRB

（hot-rolledribbar）—热轧带肋钢筋；

RRB

（residualheatribbar）余热处理钢筋。Mn——锰，Si

——硅，V

——钒，

Nb

——铌，Ti

——钛，

C

——碳低碳：C<0.25%中碳：C=0.25~0.6%

高碳：C>0.6%20MnSiV含碳万分数含锰、硅、钒的百分数，取整。光面钢筋螺纹钢筋月牙纹钢筋人字纹钢筋给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章中、高强钢丝、钢绞线（steelwire）做预应力筋用。中强：800~1370MPa高强：1470~1860MPa热处理钢筋（heattreatedbar）经淬火处理得，fptk=1470MPa，无明显屈服点。给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章冷加工钢筋（colddrawbar）

冷加工工艺：冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。

目的：提高强度，节约钢材。但塑性减小。冷拉钢筋仍有屈服台阶。给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章1.1.2钢筋的强度和变形

应力应变曲线上屈服点不稳定下屈服点出现颈缩拉断OA段为弹性段BC段为屈服平台CD段为强化段DE段为颈缩段0.2%0.2标距有明显流幅的钢筋（软钢）无明显流幅的钢筋*钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同AB’BCDEOfyfub0.2=0.85b条件屈服强度（offsetyieldstrength）给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章伸长率（extensionratio）同一根钢筋上述伸长率只反映断口附近残留变形大小，不反映钢筋总伸长率情况。：

：

:::给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章均匀伸长率钢筋弹性模量实测钢筋拉断强度残余伸长已回复弹性应变+=给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章钢筋均匀伸长率的测定：给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章冷弯性能（coldbendbehavior）=90°,180°,反复弯曲要求：冷弯过程中无裂缝、鳞落或断裂。D愈小，要求愈高。反复次数愈高，要求愈高。冷弯是检验钢筋加工性能的指标。钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。

给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章1.1.3混凝土结构对钢筋性能的要求

强度高热轧钢筋钢丝、钢绞线、各种冷加工钢筋给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章可加工性好与混凝土粘结锚固性好变形钢筋比光面钢筋好给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章钢筋的直径常用：6mm，6.5mm，8mm，8.2mm，10mm，12mm，14mm，16mm，18mm，20mm，22mm，25mm，28mm，32mm，36mm，40mm，50mm。其中，8.2mm仅适用有纵肋的热处理钢筋。钢筋的选用普通钢筋：宜用HRB400和HRB335钢筋

可用HPB235、RRB400预应力筋：宜用钢铰线、钢丝

可用热处理钢筋和强度较高的冷加工钢筋d=6~50mm给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章1.1.4钢筋应力-应变曲线的数学模型sss=Essys,hfysss=Essys,hfyfs,us,us,usss=Essyfys,hfs,u有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章1.1.5钢筋的施工图片给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章§1.2混凝土（Concrete）1.2.1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。给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章1.2.2混凝土强度立方体抗压强度fcu,k

（cubecompressivestrength）*标准测试方法

1.标准尺寸：150mm×150mm×150mm2.养护条件：20℃±3℃，湿度≥90%；28d3.加荷方法：加荷速度0.15～0.25MPa/s，可垫橡胶板

4.强度保证率：95%

，f

cu,k=-1.645

承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂影响强度的因素有：横向约束、龄期、加载速率、试块尺寸等给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章

*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（日本、美国等）6〞×12〞棱柱体：1.32（1〞=2.54cm）*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。给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章轴心抗压强度fck

（prismstrength）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标准试块：150×150×300h/b=2～4给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章混凝土强度等级≤C40C45C50C55C60C65C70C75C80

c10.760.760.760.770.780.790.800.810.82

c21.000.9840.9680.9510.9350.9190.9030.8870.87

c1和c2值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给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章轴心抗拉强度ftk

（axistensilestrength）

直接测试法ddftsFFFF间接测试法（劈裂试验）给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算系数

试验离散性的影响系数

试验离散性系数

给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章复合应力下的强度双向受力0拉-拉：强度不变压-压：强度提高拉-压：抗拉和抗压强度都降低给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章压剪和拉剪拉-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。

给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章三向受力：1=fcc’1=fcc’2=3=fLfL----侧向约束压应力（加液压）圆柱体试验有侧向约束时的抗压强度无侧向约束时圆柱体的单轴抗压强度给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章1.2.3混凝土的变形（deformationofconcrete）一次加载时0→A:近似弹性

A→B:非线性

B→C:体积增大

C→F:破坏

高强混凝土：↗，↘给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章微观机理σmaxσ=0.85σmaxσ=0.65σmax粘结裂缝σ=0用X光观测的混凝土单轴受压的裂缝过程注：1）峰值应变2）下降段须在刚性试验机上方能测试出来；3）下降段的承载力主要由裂缝滑移面上的摩擦咬合力提供。给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章增设刚性元件的试验方法用千斤顶作为刚性元件的试验方法给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章弹性模量（elasticmodulus）（杨氏模量）棱柱体试件。受压：受拉：Ec′=0.5Ec剪切模量：Gc=0.4Ec

泊松比=横向应变/纵向应变=0.2给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章

徐变（creep）定义：在荷载保持不变的情况下，混凝土变形随时间推移继续增大的现象。原因：水泥凝胶体粘性流动和内部微裂缝的发展。

特点：早期发展快（180d可达总量的70~80%），但可以延续数年。161284369121518212427•Acecr徐变ce弹性变形ch收缩ceaeerBCD(10–4)t(月)0给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章*初应力对徐变的影响*影响因素a)组成成分和配合比b)养护条件c)龄期给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章*徐变对结构的影响：混凝土长期抗压强度降低约20％；梁、板的挠度增大一倍；预应力结构的预应力损失50%,降低构件的抗裂性；构件的截面应力和结构的内力发生重分布等；在大体积水工结构中，徐变的出现降低了温度应力（即松弛），减少收缩裂缝；结构的局部应力集中区，徐变可调整应力分布等。在轴压构件中，使钢筋应力增加，混凝土应力减小；给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章收缩（contraction/shrinkage）定义：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。收缩率：3×10-4。收缩=凝缩+干缩特点：早期快，可延续1～2年。给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章收缩对结构的影响：当收缩受到约束时，引起构件开裂。尤其对钢筋混凝土构件（自由状态时）。减少收缩的措施：限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护；构造钢筋数量加强；设置变形缝；掺膨胀剂。影响因素：

混凝土的组成及配合比，尤其是水灰比；养护条件；使用时的温度与湿度。给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章温度变形

受到外部约束时将产生温度应力，尤其是在大体积混凝土中；可设置伸缩缝减少温度变形，或配置温度钢筋加以限制。给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章1.2.4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；给水排水结构中，不得低于C25。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。给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章1.2.5施工图片给水排水工程结构第1章主页目录帮助上一章下一章§1.3钢筋与混凝土之间