混凝土结构设计原理第2章混凝土结构材料的物理力学性能2.ppt

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1、第二章混凝土结构材料的物理力学性能学习要点：钢筋和混凝土材料的物理力学性能；钢筋和混凝土两者共同工作的特性；钢筋和混凝土两种不同材料在不同受力条件下的强度和变形规律。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土的物理力学性能2.1混凝土的物理力学性能2.1.1混凝土的组成结构通常分为三种类型：Ａ.微观结构：也即水泥石结构，包括水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成。Ｂ.亚微观结构：即混凝土中的水泥砂浆结构。Ｃ.宏观结构：即砂浆和粗骨料两系结构。注意：1.骨料的分布及骨料与基相之间在界面的结合强度是影响混凝土强

2、度的重要因素；2.在荷载的作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。影响混凝土强度的因素水泥强度等级水灰比骨料性质配合比制作方法硬化条件龄期混凝土的强度单轴向应力状态下的强度立方体抗压强度棱柱体轴心抗压强度轴心抗拉强度复合应力状态下的强度双向受力强度三向受压强度第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土2.1.2单轴向应力状态下的混凝土强度2.1混凝土的物理力学性能（1）单轴向应力状态下的混凝土强度1）立方体抗压强度：边长为150mm的混凝土立方体试件，在标准试验条件下（温度为20±3℃，湿度≥90%）

3、养护28天，用标准试验方法（匀速加载0.3～0.8N/mm2/s，两端不涂润滑剂）测得的试验结果具有95%保证率的抗压强度，用符号fcu,k表示。使用意义：评定混凝土强度等级的标准强度等级划分：《混凝土结构设计规范》规定，从C15～C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。2）轴心抗压强度150×l50×300mm的棱柱体试件，试验条件、试验方法同立方体试件，测得具有95%保证率的抗压强度为轴心抗压强度标准值，用符号fck表示。对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度，但基本能反映构件的实际抗压能力。

4、考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况，实际构件强度与试件强度之间存在差异，《规范》基于安全取偏低值，规定轴心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系式为：2.1混凝土的物理力学性能式中：α１为棱柱体强度与立方体强度之比，对不大于C50级的混凝土取0.76，对C80取0.82，其间按线性插值。α2为高强混凝土的脆性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87，其间线性内插。0.88为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。使用意义：设计计算混凝土构件的受弯、受压承载力时采用。2.1混凝土的物理

5、力学性能3）轴心抗拉强度混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验方法来测定，但由于试验比较困难，目前国内外主要采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。2.1混凝土的物理力学性能劈拉试验FaF拉压压两种试验方法直接测试法——轴心拉拔试验：100×l00×500mm棱柱体试件间接试验法——劈裂试验：边长150mm立方体试件轴心抗拉强度标准值用符号ftk表示使用意义：用于分析混凝土构件的开裂、裂缝宽度、变形及计算混凝土构件的受冲切、受扭、受剪等承载力。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土的物理

6、力学性能《混凝土结构设计规范》规定轴心抗拉强度标准值与立方体抗压强度标准值的换算关系为：混凝土轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系混凝土结构和构件通常受到轴力、弯矩、剪力和扭矩的不同组合作用，混凝土很少处于理想的单向受力状态，而更多的是处于双向或三向受力状态，因此分析混凝土在复合应力作用下的强度就很有必要。由于混凝土的特点，在复合应力作用下的强度至今尚未建立起完善的强度理论，目前仍只有借助有限的试验资料，推荐一些近似方法作为计算的依据。（2）复合应力状态下混凝土的强度第二章钢筋和混凝土的材料性能1）混凝土的双向（法向）

7、受力强度第一象限：双拉第三象限：双压第二、四象限：拉压结论：双拉强度接近于单拉强度；双压强度比单压强度有很大提高（最多可提高27％）；双向拉压异号应力使强度降低。2.1混凝土的物理力学性能第二章钢筋和混凝土的材料性能2）混凝土在剪应力和正应力共同作用下的复合强度混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小，随压应力增大而增大；当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大；压应力继续增大，由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力增大而减小结论：剪＋压强度低于单压强度剪应力使抗拉强度降低2.1混凝土的物理力学性能第二章钢筋和混凝土

8、的材料性能3）混凝土的三向受压强度三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件下进行。2.1混凝土的物理力学性能由试验得到的经验公式为:式中——被约束混凝土的轴心抗压强度——非约束混凝土的轴心抗压强度——侧向约束压应力结论：三压强度比单压强度显著提高！《规范》规定最高取5倍应用：钢管混凝土柱、螺旋钢箍柱等2.1.4　混凝土的变形分两大类：受力变形、非