《高等钢筋混凝土理论》第1章.ppt

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1、第1章混凝土的基本力学性能8/31/202111.1混凝土的组成和材性特点1.1.1混凝土的组成和内部构造气孔水泥砂浆粗砂杂质缝隙粗骨料混凝土内部的组成成分如图所示。可以看出混凝土的内部构造是非匀质的。8/31/20212各组成成分的分布也是不均匀的浇注振捣混凝土时，各组成成分的分布也是不均匀的。8/31/20213各组成成分的物理力学性能有差异混凝土的两个基本组成部分，粗骨料和水泥浆的物理力学性能也存在着很大的差异。见表1-1。性能指标抗压强度N/mm2抗拉强度N/mm2弹性模量104N/mm2泊松比密度kg/m3极限收缩10-6单位徐变10-6/N.mm

2、2膨胀系数10-6/˚C硬化水泥浆体15~1501.4~70.7~2.80.251700~22002000~3000150~45012~20粗骨料70~3501.4~143.5~7.00.1~0.252500~2700可忽略一般可忽略6~128/31/20214混凝土的4个基本受力特点1.1.2材性的基本特点1.复杂的微观内应力、变形和裂缝状态混凝土在承受荷载(应力)之前，就已经存在复杂的微观应力、应变和裂缝。混凝土内部微裂缝的宽度大约(2~5)×10-3mm，长度值大约1~2mm。8/31/20215收缩和温差引起微裂缝水泥浆收缩变形差使粗骨料受压，砂浆受拉

3、，形成应力场（见图）。这些应力场在截面上的合力为零，但局部应力可能很大，使得骨料界面产生微裂缝。（a）收缩和温差引起拉力压力8/31/20216外力作用产生不均匀微观应力场当混凝土承受外力作用时，将产生不均匀的空间微观应力场(见图)。在应力的长期作用下，水泥砂浆和粗骨料的徐变差使混凝土内部发生应力重分布，粗骨料将承受更大的压应力。（b）均匀应力作用8/31/20217混凝土的变形值由3部分组成2.变形的多元组成(1)骨料的弹性变形——占混凝土体积绝大部分的石子和砂。即使混凝土达到极限强度值时，骨料变形仍在弹性范围以内，卸载后变形可全部恢复(图1-3(a))。图

4、1-3(a)骨料弹性变形8/31/20218水泥凝胶体的塑性变形(2)水泥凝胶体的粘性流动——水泥凝胶体，在应力作用下除了产生瞬时变形外，还将徐变变形，随着时间推移不断地增长，形成塑性变形(图1-3(b))。卸载后，水泥凝胶体的塑性变形一般不能恢复。图1-3(b)水泥浆变形8/31/20219裂缝的形成和扩展(3)裂缝的形成和扩展——在拉应力作用下，混凝土沿应力的垂直方向发生裂缝。在压应力作用下，混凝土大致沿应力平行方向发生纵向劈裂裂缝。卸载后，大部分裂缝变形不能恢复(图1-3(c))。图1-3(c)裂缝扩张变形8/31/202110应力状态和途径的影响3.应

5、力状态和途径对力学性能的巨大影响混凝土材料与钢、木等结构材料的拉、压强度和变形接近相等的情况有明显不同。应力状态和应力途径的不同会引起混凝土力学性能的巨大差异。这种差异足以对构件和结构的力学性能造成重大影响，在实际工程中不能不加以重视。单轴受力与多轴受力、存在横向和纵向应力、单调荷载与重复荷载、反复荷载等情况下混凝土的性能均有不同的变化。8/31/202111时间和环境的影响4.时间和环境条件的巨大影响混凝土中水泥水化作用的可以持续很长时间。有试验表明，至龄期20年后水泥颗粒的水化作用仍未终止。混凝土在应力的持续作用下，会发生徐变。在长期持续荷载作用下，混凝土

6、的强度会降低。环境介质中二氧化碳气体和氯离子对混凝土的劣化作用。8/31/202112《混凝土结构设计规范》规定混凝土结构的使用环境类别环境类别说明一室内正常环境二a室内潮湿环境；非常严寒和寒冷地区的露天环境；与无侵蚀性的水和土壤直接接触的环境二b严寒和寒冷地区的露天环境；与无侵蚀性的水和土壤直接接触的环境三使用冰盐的环境；严寒与寒冷地区冬季的水位变动环境；滨海室外环境四海水环境五受人为或自然侵蚀性物质影响的环境8/31/202113我国2002规范中耐久性规定——续结构耐久性的基本要求环境类别水灰比不大于水泥用量不少于砼强度等级不低于氯离子含量不大于(%)碱

7、含量不大于一0.65225kg/m3C201.0不限制二a0.60250C250.33.0kg/m3二b0.55275C300.23.0三0.50300C300.13.0四由《港口工程技术规范》确定五由《工业建筑防腐蚀设计规范》确定8/31/202114混凝土是一种多相混合材料由上述的材性特点可见：混凝土是一种非匀质、不等向的，且随时间和环境条件而变化的多相混合材料。混凝土的力学性能是复杂、多变和离散的，要完全从微观的定量分析来解决混凝土的性能问题，得到准确而实用的结果是十分困难的。8/31/202115测定混凝土材性的实用标准从工程实用的观点出发，将一定尺度

8、，例如≥70mm或3～4倍粗骨料粒径的