混凝土结构的材料力学性能

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1、第二章混凝土结构的材料力学性能提要1.混凝土强度等级、影响混凝土强度和变形的因素、混凝土的各类强度指标；2.混凝土的徐变和收缩现象及其对结构的影响；3.了解混凝土的疲劳及疲劳强度的确定；4.不同类型钢筋的应力应变曲线、钢筋的强度、变形、弹性模量、钢筋的品种和级别；5.钢筋的冷加工方法；6.了解钢筋的疲劳强度及如何确定；7.混凝土结构对钢筋性能的要求，钢筋的选用原则；8.保证钢筋和混凝土粘结力的构造措施。§2.1混凝土一、概述混凝土是由水、水泥、砂子和石子按一定的比例搅拌在一起，经凝结和硬化形成的人工石材。混凝土在凝结和硬化过程中，水泥和水进行水化反应生成水泥结晶体和

2、水泥凝胶体。它两者和未水化的水泥颗粒和凝胶孔形成水泥胶块称为水泥石的水泥胶块。水泥胶块和砂子形成水泥砂浆结构，水泥砂浆和石子形成砂浆和粗骨料两组分体系。混凝土的组成结构分为三种类型：微观结构即水泥石结构；亚微观结构即水泥砂浆结构；宏观结构即砂浆和粗骨料两组分体系。混凝土内部结构的力学性能为：水泥结晶体和骨料组成弹性骨架，承受荷载，并具有弹性变形的能力；水泥凝胶体需要较长时间才能完成硬化，故水泥凝胶体调整和扩散混凝土的应力，使混凝土具有塑性表形的能力。图2－1混凝土内部微裂缝发展过程由于混凝土在浇注时的泌水作用而引起沉缩，以及硬化过程中水泥浆的化学收缩（凝缩）和物理收

3、缩（干缩多余水分蒸发）受到骨料的限制，因而在水泥胶块和石子或砂浆的不同结合界面形成不规则的微裂缝。在荷载作用下，这种微裂缝往往是引起混凝土破坏的主要根源。如图2－1所示。二、混凝土的强度混凝土的强度是指混凝土能承受的某种极限应力。（一）、单向受力状态1.立方体抗压强度规范规定的标准条件为：试件的标准尺寸为150150150mm3立方体，标准养护条件为20℃±3℃，相对湿度大于等于90％，养护龄期为28d，加载速度为0.3～0.5兆帕/s。立方体抗压强度就是指在标准条件下，按标准试验方法中心加压到破坏时所得的具有95％的保证率的抗压强度，用表示。规范根据立方体抗压强度

4、把混凝土分为14个等级：（C7.5、C10）C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。例如，C30表示立方体抗压强度标准值为30kN/mm2。其中，C50～C80为高强混凝土。影响立方体抗压强度的因素有：1)试验方法；如图2－22）试件尺寸；当立方体的尺寸为200mm时，换算系数为1.05；当立方体为100mm时，换算系数为0.95。3）加载速度；4）龄期；5）使用条件；如图2-36）内部条件；图2－2混凝土立方体试块的破坏情况(a)没有涂润滑剂(b)没有涂润滑剂实际破坏形式图2－3混凝土立方体强

5、度随龄期的变化1.在潮湿的环境；2.在干燥的环境2．轴心抗压强度试验表明，在试件上下表面不涂润滑剂测得的抗压强度随试件高度的增加，抗压强度降低。因此，确定试件的尺寸时，应具有一定的高度，使试件中间区域不致受摩擦力的影响而形成纯压状态；同时高度也不能取得太高，避免试件破坏时，产生较大的附加偏心而降低其抗压强度。当高宽比h/b大于3时，强度下降不大。当高宽比h/b=2～3时，其强度值趋于稳定。换算关系3．混凝土的抗拉强度图2－5直接轴心受拉的试验方法图2－6混凝土劈裂试验示意图a)圆柱体试件b)立方体试件（二）、双向受力状态（平面应力状态）1）在双向受拉应力作用下，两者

6、影响不大与单向拉应力作用下强度几乎相同接近于正方形。2）在双向压应力作用下，一方向的抗压强度随另一方向压应力的增加而增加。这是因为一个方向的压应力会对另一个方向的压应力所引起的侧向变形形成一定程度的约束，限制内部微裂缝的发展，从而提高强度，最多可以提高27％。3）拉压应力组合情况下，混凝土的强度随着压应力增加而减小。这是因为拉应力会加大另一方向压应力所引起的侧向变形，加速内部微裂缝的发展使受压强度降低。剪压或剪拉平面应力状态当法向应力为压应力时，抗剪强度随着压应力的增大而增大，当压应力在0.5～0.7之间即在0.6时，抗剪强度达到最大值；当压应力再增大时，由于内部微

7、裂缝的发展抗剪强度反而减小；当压应力达到轴心抗压强度时，抗剪强度为0。当法向应力为拉应力时，随着拉应力的增加抗剪强度降低。剪压或剪拉平面应力状态试验对混凝土空心薄壁圆柱体先施加纵向压力（拉力）然后施加扭矩直到破坏，或者采取如图2-9试件。图2-9剪压或剪拉试件（三）、三向受力状态（空间应力状态）三向受力状态应用图2－11三向受力状态应用混凝土的变形体积变形：收缩变形、温度变形、湿度变形等；它们一般通过构造措施来保证，所以一般不作讨论。受力变形：短期加荷变形、长期加荷变形、重复加荷变形以及反复荷载作用下的变形等。本章的重点（一）、混凝土短期加荷变形作用是：峰值应力