混凝土结构第3章混凝土结构材料与性能 全文-论文指导设计-文档在线

第3章混凝土结构材料与性能蒋秀根（

jiangxg@）中国农业大学水利与土木工程学院土木工程系第3章混凝土结构材料与性能混凝土及其性能钢材及其性能钢筋—混凝土的粘结性能3.1混凝土及其性能一、单轴受压强度一、单轴受压强度立方体强度（150×150×150mm）破坏机理：三向受压、复合受力，锥型破坏；圣维南影响，不反映受压状况强度：影响因素:组分配比——水泥用量、水灰比、外加剂试件——试件形状、试件尺寸养护——养护温度、养护湿度、养护时间试验方法——加载速度、加载板棱柱体强度（150×150×300mm）破坏机理：中心受压、侧向膨胀破坏；可以反映受压状况实验室养护： (统计)一、单轴受压强度3．现场混凝土强度现场养护：设计强度：(工程)二、单轴受拉强度1.轴拉强度（100×100×500mm）机理：轴心受拉、单裂缝破坏；中心受拉难度较大强度：(实验室)， (实验室滕教材)(现场)二、单轴受拉强度2.劈拉强度（100×100×100mm）机理：中间部位受单向拉应力,解决了中心受拉的困难应力或劈拉强度公式：圆柱体试件：立方体试件：混凝土劈拉强度：(立方体试块，100×100×100mm)(圆柱体试块：H=12英寸300mm,D=6英寸150mm)二、单轴受拉强度3.弯拉强度二、单轴受拉强度二、单轴受拉强度三、变形特性1.受压应力——应变曲线关键性能与参数分段性能上升段：

，峰值点：

，，下降段：峰值点应变：应力：极限应变三、变形特性（2）截面分析应力－应变曲线模型（Hognestad，规范正文）当 时，若，可改写为：当时，三、变形特性变形参数时，指数

：当当；，；峰值应变

:当时，，或；当，极限应变

:当时，，或当，三、变形特性三、变形特性三、变形特性（3）结构分析应力－应变曲线模型（过镇海，规范附录）定义：

，当

或 时，当 时，三、变形特性变形参数混凝土单轴受压应力－应变曲线的参数值（规范）（N/mm2）15202530354045505560(×10－6)13701470156016401720179018501920198020302.212.152.092.031.961.901.841.781.171.650.410.741.061.361.651.942.212.482.743.004.23.02.62.32.12.01.91.91.81.8三、变形特性三、变形特性2.变形模量单轴受压弹性模量N/mm2单轴受拉变形模量弹性模量：峰值切线模量：3.应变特征值受压峰值应变：受拉峰值应变：四、多轴强度1.多轴强度基本特征当混凝土处于三向应力力（多轴受力）作用下，其破坏强度与单轴受力强度不同，一般规律为：侧向压应力的存在导致主压应力方向强度提高；侧向拉应力的存在导致主压应力方向强度降低；侧向压应力的存在导致主拉应力方向强度降低；侧向拉应力的存在对主拉应力方向强度影响不明显。四、多轴强度四、多轴强度机理

混凝土的受压破坏是侧向拉应变过大导致的破坏，侧向压应力的存在降低了侧向拉应变，可以提高主压应力强度；侧向拉应力的存在增加了侧向拉应变，可以降低主压应力强度。

混凝土的受拉破坏是主方向拉应变过大导致的破坏，侧向压应力的存在提高了主向拉应变，可以降低主拉应力强度；侧向拉应力的存在减小了主向拉应变，可以适当提高主拉应力强度。典型模型混凝土多轴强度二轴强度实用公式（规范，过镇海）四、多轴强度二轴强度计算公式（GB500010-2002，过镇海）区域与应力状态应力比次区域与应力状态二轴强度计算公式拉—拉（全双拉域），拉－压（拉应力较大）（拉应力较小），压－压(侧压较小)，(侧压较大)，，四、多轴强度三轴强度模型（规范，过镇海）八面体抗剪强度：计算参数：八面体应力：四、多轴强度强度参数：过镇海模型强度参数三轴强度实用公式（规范，过镇海）简化公式：不考虑中间应力的影响6.96380.090.929712.24457.3319四、多轴强度四、多轴强度简化计算图表：四、多轴强度补充说明：对于图中 的控制线，理论上属于常规三轴受压状态，可以采用 强度公式推导得到抗压强度公式：即：四、多轴强度四、多轴强度约束混凝土(Confined

Concrete)概念约束混凝土，是指采用主动（施加约束荷载或应力）或被动（限制混凝土的某方向的自由变形）的手段，控制混凝土的拉应变大小、限制混凝土裂缝的发生或发展，从而达到改善混凝土受力性能的目的。约束混凝土的工作机理：限制混凝土的受压纵向裂缝的开展提高混凝土的抗压强度提高混凝土的受压延性（Ductility，最大变形，极限变形）应用箍筋约束钢管约束周边自由结构或构件约束四、多轴强度特征强度双压:围压(常规三轴受压)：局部受压强度(Bearing

Strength

of

Concrete)应用范围定义：混凝土受压面只有部分面积承受（均匀）压力，但上部传压结构承载力较大而导致下部混凝土结构由于局部受压而发生的破坏。应用：混凝土基础承受钢柱的作用混凝土墙承受钢梁的作用

混凝土基础承受混凝土柱的作用，但基础混凝土强度低于柱混凝土强度预应力混凝土端部承受锚具的压力四、多轴强度（2）破坏机理四、多轴强度

套箍受压破坏：当局部受压混凝土受压产生侧向膨胀时，由于周围自由混凝土的约束作

用而使得受压面下部混凝土处于三向（两向）状态，混凝土的局部抗压强度有一定的提高。

劈裂破坏：沿着压力作用线截面，局部受压面下部一定距离以外，出现纵截面上的横向拉应力，当拉应力达到混凝土的三向拉压抗拉强度，出现劈裂破坏，这张破坏很突然（脆性破坏），应预避免。

沉陷破坏：不发生受压和受压破坏时，可能出现局部受压面较大的下陷变形。四、多轴强度（3）套箍强化理论基本假定：混凝土达到塑性状态，壁厚方向周向应力分布相等（弹性薄壁自然满足）

极限状态时，核心混凝土压坏，同时周围混凝土拉坏，二向抗拉强度不考虑径向压力的作用，与单轴抗拉强度相同

核心混凝土处于围压、轴压状态，常规三轴抗压强度为 ，一般 ，当采用Richart强度破坏准则时，四、多轴强度孔壁周向应力：径向压应力：四、多轴强度核心混凝土抗压强度：四、多轴强度蔡绍怀结论：取： ，有：刘永颐结论：取 （Richart），有：四、多轴强度（4）简化计算公式局部抗压强度：，局部受压的计算底面积：原则：中心——计算底面积图形和局部受压面积图形中心重合；对称——计算底面积图形由局部受压面积图形对称扩展；有限——为了防止局部受压的劈裂破坏。计算底面积不能扩大太多，双向均取局部受压面积图形的短边边长。四、多轴强度(1)(2)(3)(4)(5)(6)五、收缩与徐变收缩（Shrinkag收缩的概念混凝土在不受力的情况下，因体积变化而产生的变形。混凝土收缩的成因混凝土收缩成因e）收缩成因机

理发生次序物理性收缩沉陷收缩初凝前混凝土中粗骨料和砂浆由于自重作用而沉陷，导致表面离析、泌水，水分蒸发使得混凝土体积变小。1塑性收缩初凝前混凝土表面水分蒸发，内部水分向表面迁移，导致混凝土在塑性阶段的体积收缩。2自生收缩初凝后水泥水化导致内部水分减小、孔隙生成，内部水分由表面向内部迁移，形成毛细空内负压，导致混凝土内自干燥收缩。4干燥收缩硬化后混凝土内部的自由水向表面迁移、蒸发，导致混凝土的收缩。5化学性收缩水化收缩水泥在水化过程中，水化物的绝对体积同水化前水泥与水的体积和相比有所减小，导致混凝土产生的收缩。3碳化收缩混凝土水化物与空气中CO2发生碳化反应，生成自由水，蒸发导致混凝土体积变小。6五、收缩与徐变（3）混凝土收缩的后果五、收缩与徐变（4）影响收缩的因素五、收缩与徐变（5）混凝土收缩的计算王铁梦模型，混凝土收缩时间参数养护条件一般养护较差养护0.010.03五、收缩与徐变五、收缩与徐变极限收缩量：CEB-FIP

MC90，：混凝土抗压强度，MPa：湿度修正系数湿度修正系数相对湿度RH五、收缩与徐变：水泥品种修正系数水泥品种修正系数水泥品种慢硬水泥普通水泥,快硬水泥快硬高强水泥458五、收缩与徐变2.徐变(Creep)徐变：混凝土的应变（荷载变形）随时间延续而加大徐变的原因：水泥胶凝体的流变、界面裂缝的扩展影响徐变的因素：应力水平；加载时的混凝土龄期；原料及配比；制作及养护条件；使用环境；构件形状及尺寸等影响：徐变导致结构长期变形大于瞬间变形，约束混凝土的徐变导致应力减小六、强度等级试件尺寸：（150×150×150mm）养护条件：温度20±3℃，相对湿度90%，28天试验方法：浇注垂直方向加压，加载速度0.3-0.5MPa/sec统计特征值：95%保证率，代号：C××（混凝土立方体抗压强度标准值）强度等级立方体强度棱柱体强度标准值设计值标准值设计值CCC/1.40.67C0.48C六、强度等级六、强度等级参数指标混凝土强度等级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80强度标准值10.013.416.720.123.426.829.632.435.338.541.544.547.450.21.271.541.782.012.202.392.512.642.742.852.932.993.053.11强度设计值7.29.611.914.316.719.121.123.125.327.529.731.833.835.90.911.101.271.431.571.711.801.891.962.042.092.142.182.22弹性模量（×104）2.202.552.803.003.153.253.353.453.553.603.653.703.753.80混凝土强度与弹性模量（N/mm2）（GB50010-2002）3.2钢材及其性能一、钢材种类(Steel

Bar)化学成分普通碳素钢；低合金钢；特殊钢成型工艺热轧钢筋（塑性好）；冷拉钢筋（强度高、塑性差）；热处理钢筋（强度高，无屈服点）；冷拔钢丝（强度极高，塑性差）外形光圆钢筋（圆钢）（普通碳素钢、粘结性能差）变形钢筋（螺纹钢、月牙钢、人字钢）（合金钢、粘结性能好）直径光圆钢筋（d≤14），变形钢筋（14≤d≤22，25，28≤d≤40）二、钢筋代号钢筋代号HPB235HRB335HRB400RRB400含义热轧光圆钢筋热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋余热处理钢筋英文Hot

rolledPlainBarHot

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BarHot

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BarRemained

heattreatmentRibbedBar屈服强度235335400400符号三、强度比例极限：弹性极限：屈服极限：强度极限：屈强比（≮1.25）四、变形特性MPa弹性摸量：延伸率：δ5（%）颈缩率冷弯性能：α=180°，D=（1-5）d五、钢筋混凝土结构用钢筋性能种类符号直径d(mm)屈服强度标准值屈服强度设计值，弹性模量（×105）热轧钢筋HPB235(Q235)8~202352102.1HRB335(20MnSi)6~503353002.0HBR400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)6~504003602.0RRB400(K20MnSi)8~404003602.0普通钢筋强度与弹性模量（M/mm2）五、钢筋混凝土结构用钢筋性能直径（mm）不同根数钢筋面积（mm2）每米单根钢筋重量

(kg/m2)12345628.357851131410.226.533.2661001331660.26850.31011512012510.398.252.81061582112640.411078.51572363143930.6212113.12263394525650.8914153.93084626167701.2116201.140260380410051.5818254.5509763101812722.0020314.2628942125715712.4722380.17601140152119012.9825490.99821473196324543.8528615.812321847246330794.8332804.216082413321740216.31361017.920363054407250897.99401256.625133770502762839.86501963.5392758907854981715.41钢筋面积表五、钢筋混凝土结构用钢筋性能钢筋间距（mm）不同钢筋直径下的钢筋面积(mm2)66/888/101010/121212/1414167040456171892011221369161619072199287275377524670859104712781508178020532681803534916288059821198141416691924251385333462591758924112713311571181123659031443655971687310651257148417102234952984135296788271009119014051620211610028339350364478595811311335153920111102573574575857148711028121413991828120236327419537654798942111312831676130217302387495604737870102711841547140202280359460561684808954110014361501882623354295246397548901026134016017724531440349159970783496212571701662312963794625646657859061183180157218279358436532628742855111719014920726533941350459570381010582001411962513223934795656687701005各种钢筋间距时每米长度板内钢筋面积3.3钢筋—混凝土的粘结性能一、粘结的作用协调变形：传递内力：钢筋应力差为粘结力）、）两类粘结应力状态——粘结锚固（裂缝间粘结（二、粘结的组成化学胶着力；表面摩擦力；机械咬合力三、影响粘结的因素混凝土强度（劈拉）；表面粗糙度；钢筋径压力；箍筋约束；保护层厚度（净距）四、粘结强度五、钢筋保护层（钢筋净距）作用保证粘结；保护钢筋不锈蚀2.钢筋保护层厚度取值：≮c，≮d五、钢筋保护层（钢筋净距）环境类别条件—室内正常环境二a室内潮湿环境；非严寒或非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性水或土壤直接接触的环境b严寒或非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性水或土壤直接接触的环境三使用除冰盐的环境；严寒或寒冷地区冬季水位变动的环境；滨海室外环境四海水环境五受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境混凝土结构的环境类别五、钢筋保护层（钢筋净距）钢筋净距梁底钢筋：不小于保护层厚度，不小于钢筋直径

梁顶钢筋：不小于保护层厚度，不小于1.5倍钢筋直径柱侧边钢筋：不小于50mm环境类别板、壳、墙梁柱≤C20C20-C45≥C50≤C20C20-C45≥C50≤C20C20-C45≥C50—201515302525303030二A202030303030B252035303530三302540354035钢筋保护层c(mm)六、钢筋的锚固长度锚固的作用由钢筋应力差产生的粘结应力不超过粘结强度，使得钢筋不发生粘结滑移屈服钢筋的锚固长度la六、钢筋的锚固长度六、钢筋的锚固长度六、钢筋的锚固长度锚固长度 影响因素：混凝土强度（

）钢筋强度（

）保护层厚度（c）钢筋直径（d）钢筋类型光圆钢筋带肋钢筋刻痕钢丝