钢筋混凝土材料的力学性能

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1、4建筑结构材料内容概述：本章主要讲解混凝土结构材料、砌体结构材料及钢结构材料的力学性能及其各自材料之间的相互作用。学习目标，了解钢筋和混凝土材料各自的力学性能及其共同工作的原理，掌握钢筋混凝土构件的受力性能，；掌握砌体结构中砌体材料的特性；掌握钢结构中钢材的性能。一、基础知识4.1钢筋混凝土结构材料钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土这两种性质不相同的材料组成的，了解钢筋和混凝土材料各自的力学性能及其共同工作的原理，是掌握钢筋混凝土构件的受力性能，正确地进行钢筋混凝土结构的设计的基础。4.1.1混凝土一

2、、混凝土的强度普通混凝土是由水泥、砂、石和水按一定配合比拌合，经凝固硬化后作成的人工石材。混凝土强度的大小不仅与组成材料的质量和配合比有关，而且与混凝土的养护条件、龄期、受力情况以及测定其强度时所采用的试件形状、尺寸和试验方法也有密切关系。因此，研究各种单向受力状态下的混凝土强度指标时必须以统一规定的标准试验方法为依据。1．立方体抗压强度我国以立方体抗压强度值作为混凝土最基本的强度指标以及评价混凝土强度等级的标准，因为这种试件的强度比较稳定。《规范》规定，用边长为150mm的标准立方体试件，在标准

3、养护条件（温度在20℃±3℃，相对湿度不小于90％）下养护28天后在试验机上试压。试验时，试块表面不涂润滑剂，全截面受力、加荷速度每秒钟约为（0.3~0.8）N/mm2。试块加压至破坏时，所测得的极限平均压应力作为混凝土的立方体抗压强度，用符号表示，单位为N/mm2。《规范》规定的混凝土强度等级，是按立方体抗压强度标准值（即具有不小于95％保证率）确定的，用符号C表示，共有14个等级，即C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。

4、字母C后面的数字表示以N/mm2为单位的立方体抗压强度标准值。在试验过程中可以看到，当试件的压力达到极限值时，在竖向压力和水平摩擦力的共同作用下，首先是试块中部外围混凝土发生剥落，形成两个对顶的角锥形破坏面（如图4－1）。这也说明试块和试验机垫板之间的摩擦对试块有“套箍”的作用，而且这种“套箍”作用，越靠近试块中部作用越弱。试验还表明，混凝土的立方体抗压强度还与试块的尺寸有关，立方体尺寸越小，测得混凝土抗压强度越高。当采用边长为200mm或100mm立方体试件时，须将其抗压强度实测值乘以1.05或

5、0.95转换成标准试件的立方体抗压强度值。图4－1混凝土立方体试件的破坏情况2．轴心抗压强度在实际工程中，受压构件往往不是立方体，而是棱柱体。因此采用棱柱体试件比立方体试件能更好的放映混凝土的实际抗压能力。用标准棱柱体试件测定的混凝土抗压强度，称为混凝土的轴心抗压强度或棱柱体强度，用符号表示。试验表明，当棱柱体试件的高度h与截面边长b的比值在2～4之间时，混凝土的抗压强度比较稳定。这是因为在此范围内既可消除垫板与试件之间摩擦力对抗压强度的影响，又可消除可能的附加偏心距对试件抗压强度的影响。因此，我

6、国混凝土材料试验中规定以150mm×150mm×300mm的试件作为试验混凝土轴心抗压强度的标准试件。混凝土的轴心抗压强度与立方体抗压强度之间关系很复杂，与很多因素有关。根据试验分析，混凝土轴心抗压强度平均值与边长为150mm立方体抗压强度平均值的经验关系是：（4－1）式中：——轴心抗压强度平均值与立方体抗压强度平均值的比值，对C50及以下混凝土取＝0.76，对C80混凝土＝0.82，中间按线性规律变化；——高强度混凝土脆性折减系数，对C40及以下混凝土取＝1.0，对C80混凝土取＝0.87，中间

7、按线性规律变化；0.88——考虑到结构中混凝土强度与试件混凝土强度之间的差异修正系数。在钢筋混凝土结构中，计算受弯构件正截面承载力、偏心受拉和受压构件时，采用混凝土的轴心抗压强度作为计算指标。3．轴心抗拉强度混凝土的抗拉强度远小于其抗压强度，一般只有抗压强度的。因此，在钢筋混凝土结构中，一般不采用混凝土承受拉力。混凝土的轴心抗拉强度用符号表示。《规范》采用直接测试法来测定混凝土的抗拉强度，即对棱柱体试件（100mm×100mm×500mm）两端预埋钢筋（每端长度为150mm，直径为16mm的变形钢

8、筋），且使钢筋位于试件的轴线上，然后施加拉力（如图4－2），试件破坏时截面的平均拉应力极为混凝土的轴心抗拉强度。图4－2用直接测试法测试混凝土抗拉强度根据试验分析，并考虑到构件与试件的差别、尺寸效应及加荷速度等因素的影响，混凝土轴心抗拉强度平均值与立方抗拉强度平均值经验关系为：（4－2）在钢筋混凝土结构中，当计算受弯构件斜截面受剪、受扭构件及对某些构件进行开裂验算时，会用到混凝土的轴心抗拉强度。二、混凝土的变形混凝土的变形分为两类，一类为混凝土的受力变形，包括一次短期加荷的变形，荷