混凝土结构设计原理04材料的力学性能-混凝土

1.1 钢筋 1.2 混凝土 1.3 钢筋与混凝土的粘结 第一章 混凝土结构用材料的性能 通常把混凝土的结构分为三种类型： Ａ.微观结构：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：混凝土中的水泥砂浆结构。 Ｃ.宏观结构：砂浆和粗骨料两组份体系。 1.2 混凝土的物理力学性能 注意：1. 其水泥胶块中的结晶体和骨料组成弹性骨 架承受荷载，并具有弹性变形的特点； 2. 水泥胶块中的凝胶体需要在较长时间内逐 渐硬化，故强度随时间而增长，同时又因其内部的 凝胶体、微裂缝和孔隙等缺陷的存在和发展。塑性 变形也逐渐增大。 1.2.1 混凝土的强度  抗压强度  抗拉强度  复合应力状态下的强度 混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压 强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。 混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的 混凝土强度等级：边长150mm立方体试件，在标 准条件下（20±3℃，≥90%湿度）养护28天，用标准 试验方法（加载速度0.3~0.5N/mm2/s，两端不涂润滑 剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度，用符 号C示，C30表示fcu,k=30N/mm2 一、混凝土的强度等级-立方体抗压强度 《》根据强度范围，从C15~C80共 划分为14个强度等级，级差5N/mm2。 C50以上为高强混凝土。 一、混凝土的强度等级-立方体抗压强度 在与压力机压板接触的试件表面涂润滑剂，其抗压强 度将比表面不加润滑剂试件的抗压强度低很多，两者 的破坏形态也不相同 混凝土的立方体抗压强度与试件的龄 期和养护条件有关 100mm和200mm立方体强度与标准立方体强度之间的 换算关系 尺寸越小，强度越高 100150 95.0 cucu ff  尺寸效应 200150 05.1 cucu ff  美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径150mm，高300 mm）标准试件测定的抗压强度来划分强度等级，符号记为 fc'。 圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为， cuc ff )81.0~79.0( 立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的受力 状态，只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的 标准（制作、测试方便）。 尺寸效应 轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号fc 表 示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。 棱柱体试件高宽比一般为h/b=3~4，我国通常取 150mm×150mm×450mm，也常用100×100×300 试件。 二、轴心抗压强度-棱柱体强度 在钢筋混凝土结构中， 计算轴心受压构件时 （如轴心受压柱，桁 架受压腹杆等），要 采用混凝土的轴心抗 压强度! 0.88:考虑结构中的混凝土强度与试块混凝土强度之间 的差异等因素的修正系数； αc1：棱柱体强度与立方体强度的比值，当≤C50时，取 0.76； 当为C80时取0.82，其间插值； αc 2：混凝土的脆性系数，当不大于C40时取1.0；当为 C80时取 0.87，其间插值。 cucuccc fff 67.088.0 21   对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度!  砼的抗压强度主要取决于横向变形的约束条件和加 载速率：加载速度0.3~0.5N/mm2/sec, 混凝土强度等 级≥C30时，取每秒 0.5~0.8N/mm2/sec,. （1）加荷速度提高为10/mm2/sec，强度提高约10%； （2）快速加荷的冲击荷载下，105N/mm2/sec,提高60%； 三、影响抗压强度的主要因素 比抗压强度小得多，用符号 ft 表示。混凝土构件开裂、 裂缝、变形，以及受剪、受 扭、受冲切等的承载力均与 抗拉强度有关。 5 0 0 1 5 0 1 5 0 100 16 轴心受拉试验 四、轴心抗拉强度 ft 5 0 0 1 5 0 1 5 0 100 16 轴心受拉试验 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5 6 f t f cu GBJ10-89 规范 轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系 55 . 0 395 . 0 Cu,m tm f f  3 / 2 26 . 0 cu t f f  劈拉试验 P a P 拉 压 压 轴心受拉试验对中困难，常常采用立方体或圆柱体劈 拉试验测定混凝土的抗拉强度 2, 2 a P f st    4/3 , 19.0 cust ff  45.055.0 ,2 )645.11(395.088.0   kcuctk ff 1、混凝土的双向受力强度 实际结构中，混凝土更多的是处于双向或三向受力状态。 双向受压强度大于单 向受压强度，最大受 压强度发生在两个压 应力之比为2或0.5之 间，约为1.27fc。 六、混凝土的复合受力强度 拉压共同作用下：试件 破坏时强度比单向受力 时强度低。 2、拉压共同作用时及双拉时的强度 双向受拉时：其强度 比单向受拉时的强度 差不多。 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 但当压应力在0.6fc 左右时，抗剪强度达到最大， 在梁、柱中当有剪 应力时，将要影响其受压区混凝土的强度！ 3、在法向应力和剪力作用下的复合强度 4、混凝土的三向受压强度 31 4  c f 3 3 3 侧向约束限制了混凝土 受压后的横向变形，包 括限制了混凝土内部裂 缝的产生和发展，从而 提高了混凝土在受压方 向上的抗压强度。 混凝土三向受压时，各 个方向上的抗压强度都 有很大的提高。 在实际工程中，常常采用横向钢筋约束混凝土的办法提高混 凝土的抗压强度，例如在柱中采用密排螺旋钢筋。由于这种 钢筋有效地约束了混凝土的横向变形，所以使混凝土的强度 和延性都有较大的提高。 图 2-11 螺旋箍筋约束混凝土 “约束混凝土”的概念在工程中许多地方都有应用，如螺旋箍 筋柱等。而钢管混凝土对内部混凝土的约束效果更好，因此近 年来在我国工程中得到许多应用。 约束混凝土可以提高混凝土的强度，但更值得注意的是可以提 高混凝土的变形能力，这一点对于抗震结构非常重要。在抗震 结构对于可能出现塑性铰的区域，均要求加密箍筋配置来提高 构件的变形能力，达到坏而不倒的目的。