第2章混凝土结构材料的物理力学性能.ppt

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第2,章混凝土结构材料的物理力学性能,2.1混凝土的物理力学性能,一.混凝土的组成结构,1.组成：混凝土=水泥+细骨料（砂）+粗骨料（碎石或鹅卵石）+水+外加剂,2.基本力学性质：,（1）弹塑性、各向异性,（2）水泥+细骨料+水 凝胶体（塑性）,（3）粗骨料（弹性）,1,二.单轴向应力状态下的混凝土强度,混凝土构件一般处于多轴向应力状态下，为分析问题方便，先讨论单轴向应力状态下的混凝土强度。由于混凝土的各向异性性质，其各项强度是不一样的，必须分别讨论。,1.混凝土的抗压强度,（1）混凝土的立方体抗压强度和强度等级,A.,立方体抗压强度的物理意义：混凝土强度的,基本指标和评定混凝土强度等级的标准,2,B.,确定混凝土立方体抗压强度的标准方法,a.,标准试件：150,mm 150mm150mm,的立方体；,b.,标准,制作条件：在温度（203）,C,和相对湿,度90%以上的环境下，养护28天；,c.,标准试验方法：,试件表面不涂润滑剂、均匀加载,和匀速加,“,静,”,载；,d.,单位：,N/,mm,。,3,C.,强度等级,a.,确定方法：采用混凝土的立方体抗压强度；,b.,数值确定：,具有95%的保证率；,c.,工程符号：（,N/,mm,），,简写形式为,C,；,d,.,“,规范,”,的等级范围：,C15C80，,共14级；,e.,应用范围：,C15C45,为普通混凝土，适用于一般的,混凝土结构；,C50C80,为高强混凝土，适用于预应力,混凝土构件。,4,D.,试验方法对立方体抗压强度的影响,a.,试件表面是否涂润滑剂：不涂时强度高；涂后强度底，其主要原因是由于,“,套箍,”,作用；且破坏形态不一样（见图2-1）；,b.,加载速度：速度快强度高，速度满强度底,（2）混凝土的轴心抗压强度,A.,确定混凝土轴心抗压强度的标准方法,a.,标准试件：150,mm 150mm300mm,的棱柱体；,b.,其余同混凝土立方体抗压强度的标准方法；,c.,工程符号：（,N/,mm,），,5,B.,关于,的讨论,a.,高宽比：随着高宽比的增加，会降低，但高宽比为3时，会稳定；,b.,混凝土立方体抗压强度与轴心抗压强度的关系：,上式中各系数的物理意义见书上说明。,c.,国外用圆柱体试件确定混凝土轴心抗压强度。,（2-1）,6,2.混凝土的轴心抗拉强度,（1）确定方法：轴心受拉试验和劈裂试验；,（2）由图2-6可知，混凝土轴心抗拉强度约为,立方体抗压强度的1/171/8；,（3）在荷载较小时，混凝土即开裂，所以混,凝土结构一般带裂缝工作，混凝土轴心,抗拉强度不起决定作用。,7,三.复合应力状态下混凝土的强度,1.关于双向应力状态下的强度变化规律,根据图2-7和图2-8可得到如下基本结论：,（1）双向受压时，混凝土抗压强度大于单向；,（2）双向受拉时，混凝土抗拉强度接近于单向；,（3）一向受压和一向受拉时，其抗拉（抗压）强度,均低于相应的单向强度；,（4）由于剪应力的存在，混凝土抗压强度低于单向；,（5）由于压应力的存在，混凝土抗剪强度有限增加。,8,2.关于三向受压状态下的强度变化规律,结论：三向受压状态下的混凝土抗压强度大,于双向和单向。,3.关于实际工程运用,（1）目前,“,规范,”,尚无定量计算公式；,（2）实际工程中均采用单向强度，但要考虑,复合应力情况，从构造上加以调整。,9,四.混凝土的变形,变形的分类：受力变形荷载产生的；,体积变形收缩、温差即湿差产生的。,1.一次短期加载下混凝土的变形性能,（1）混凝土受压时的应力-应变关系,实际试验曲线如图2-9和图2-10，其规律为：,a.,应力-应变关系为曲线，上升段中仅有一小段直线；,b.,应力峰值对应的应变约为0.002（基本与等级无关）；,c.,混凝土强度高时其延性越差。,10,（,2）混凝土单轴向受压应力-应变曲线的数学模型,A.,美国,E.,Hognestad,模型（上升段为二次抛物线，下降,段为斜直线）用于美国,ACI,规范；（图2-11）,B.,德国,R,sch,模型,（上升段为二次抛物线，下降段采,用水平线）,被欧盟和中国国家规范参考。（图2-12）,（3）三向受压状态下混凝土的变形特点,A.,变形特点：侧压力约大，变形能力约好（强度也高）；,B.,工程意义：设置密排箍筋间接产生侧压力。,参见图2-13和图2-14。,11,（,4）混凝土的变形摸量,由于混凝土的弹塑性性质，其模量是一个变数，通常有三种表示方法。,A.,弹性模量（切线模量）：通过重复加载的方,式确定；可参见图2-21（,b）,B.,变形模量（割线模量）：参见图2-15；,C.,切线模量：对应力-应变曲线求导数确定；,D.,经验公式法：即式（2-13）。,（5）混凝土轴向受拉时的应力-应变关系（略）,12,2.荷载长期作用下混凝土的变形性能,（1）徐变,：,在长期不变的荷载作用下，结构或构件产生的应变或变形；如图2-17；,（2）线性徐变：随时间可以稳定（不在发展）的徐变；,（3）非线性徐变：随时间不能稳定的徐变；,（4）影响徐变的因素：,A.,保持的应力（荷载）大小：应力大时，徐变大；,B.,加载时的龄期：龄期早，徐变大；,C.,其它：水泥用量、水灰比、骨料、温度以及湿度。,13,（,5）徐变对结构的影响,A.,使结构产生应力重分布；,B.,使预应力产生损失。,3.混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形）,（1）疲劳破坏：荷载重复作用引起的破坏；,（2）疲劳强度：荷载重复作用下使应力应变,曲线始终保持密合直线的最,大应力值；见图2-21；,4.混凝土的收缩与膨胀（参见,P.20-21）,14,2.2钢筋的物理力学性能,一.钢筋的品种和级别,1.钢筋的分类,（1）根据化学成分：,A.,碳素钢：低碳钢、中碳钢及高碳钢，其特点,是随着含碳量的增加，强度提高，脆性增加；,B.,普通低合金钢：为改善碳素钢的力学特性，,加入少量合金元素。,15,（,2）根据生产工艺：,A.,热轧钢筋：在高温下直接轧制成型（如碳素,钢和普通低合金）；,B.,热处理钢：将热轧钢经过调质（加热、淬火,和回火），主要是提高强度，而,降低塑性不多；,C.,冷加工钢筋：将普通热轧钢筋在常温下进行,冷拉或冷拔。,16,（3）根据钢筋外型：（见图2-23）,A.,柔性钢筋：普通钢筋;,a.,光圆,钢筋：表面是光滑的；,b.,变形钢筋：,表面有肋（如月牙肋等）；,c.,习惯上，直径大于4,mm,称为钢筋；小于或,等于4,mm,称为钢丝。,B.,劲性钢筋：型钢、钢轨及其组合。,（4）根据力学特性：,A.,软钢：有明显屈服台阶；（见图2-24）,B.,硬钢：无屈服台阶；（见图2-25）,17,2.钢筋的级别,（1）分级原则：力学特性；,（2）具体分级：,级钢，,HPB235，,强度标准,值为235,N/,mm,；,级钢，,HRB335，,强度标准,值为335,N/,mm,；,级钢，,HRB400，,强度标准,值为400,N/,mm,；,18,3.,关于冷加工钢筋,（1）冷拉,A.,加工方法：在常温下将钢筋拉伸至屈服，然,后卸载；,B.,力学性质：经过一段时间后，再次拉伸时，,其屈服强度将增大，但塑性降低；,C.,时效硬化：被拉伸至屈服点，经过一段时间,后，屈服强度增加的现象。,19,（,2）冷拔,A.,加工方法：在常温下将钢筋拔过比其自身直,径还小的硬质合金拔丝模拉伸至,屈服；,B.,力学性质：经过一段时间后，再次拉伸或压,缩时，其屈服强度将增大，但塑,性降低。,20,二.钢筋的强度与变形,1.钢筋屈服强度的取值：,（1）软钢：取其屈服下限；,（2）硬钢：取其极限抗拉强度的85%；（称为,条件屈服点）,（3）结构设计时，用钢筋的屈服强度进行计,算，其极限抗拉强度作为安全储备。,2.钢筋的变形,力学指标：伸长率和冷弯性,21,三.钢筋应力-应变曲线的数学模型,1.双直线（完全弹塑性）图2-26（,a），,为我国采用；,2.三折线（完全弹塑性+硬化）图2-26（,b）；,3.,双斜线（弹塑性）图2-26（,c）。,四.钢筋的疲劳,五.混凝土结构对钢筋性能的要求,1.较高的强度；2.良好的塑性；3.良好的可焊性；,4.较强的耐火性；5.钢筋与混凝土良好的粘结力。,22,2.3混凝土与钢筋的粘结,一.粘结的意义：确保混凝土与钢筋能共同工作。,二.粘结力的组成,1.化学吸附作用力；2摩阻力；3机械咬合力。光圆钢筋的粘结力主要由,前两者,组成；,变形钢筋的粘结力主要由,机械咬合力,组成。,三.粘结强度,四.影响粘结强度的因素,五.钢筋的锚固与搭接,本章结束,23,