第2章 混凝土结构材料的物理力学性能1.docx
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第2章混凝土结构材料的物理力学性能1
§
2.1混凝土的物理力学性能§2.1混凝土的物理力学性能§
2.3混凝土与钢筋的粘结§2.3混凝土与钢筋的粘结§2.2钢筋的物理力学性能
§2.2钢筋的物理力学性能
第2章材料性能
2.1.1
第2章材料性能1混凝土的抗压强度
2.1.1（1混凝土的立方体抗压强度fcu,k和强度等级
（1混凝土的立方体抗压强度fcu,k和强度等级立方体抗压强度fcu,k:
边长150mm立方体标准试件,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0.3~0.8N/mm2/sec,两端不涂润滑剂测得的具有95%保证率的抗压强度标准值,用符号fcu,k表示,位:
N/mm2或MPa。
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。
强度是指结构材料所能承受的某种极限应力。
混凝土强度等级
混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的。
尺寸效应、加载速度摩擦力的影响影响因素:
美国、日本、加拿大等国家,采用圆柱体（直径150mm
划分强度等级,符号记为
标准立方体抗压强度的换算关系为
轴心抗压强度（标准值:
采用棱柱体试件测定所测得的具有保证率的抗压强度,用符号fck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的棱柱体试件（标准试件,也有用100×100×300试件。
（2混凝土的轴心抗压强度（棱柱体抗压强度
（2混凝土的轴心抗压强度（棱柱体抗压强度
立方抗压与轴心抗压强度的关系
2混凝土的轴心抗拉强度
由于轴心受拉试验对中困难,也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
ftk与
混凝土强度标准值
《规范》规定材料强度的标准值立方体强度标准值
2.1.1
第2章材料性能
强度种类
轴心抗压强度
轴心抗拉强度
§2.1
第2章材料性能
实际结构中,混凝土很少处于单向受力状态。
更多的
是处于
双轴应力状态
图2-6双向应力状态下混凝土的破坏包络图
构件受剪或受扭时常遇到剪应力下的复合受力情况。
三向受压:
三轴应力状态
实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。
三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件下进行。
试件纵向（轴向受压时,受到侧向压应力的约束,使核心混凝土处于三向受压
的发生和开展受到抑制,从而提高了试件的轴向抗压
延性大为提高。
由试验得到的
混凝土的三轴抗压强度
约束混凝土可以提高混凝土的
以提高混凝土的
重要。
在抗震结构中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。
混凝土
图2-10局部受压试件
第2章材料性能
§2.1混凝土的变形
受力变形
体积变形
一次短期加载下的变形重复荷载作用下的变形
荷载长期作用下的变形收缩变形温度变形
第2章材料性能
混凝土单轴受力时的应力程的重要力学特征（1混凝土受压时的应力—应变关系
（1混凝土受压时的应力—应变关系2.1.3混凝土单轴受压应力-应变关系（Stress-strainRelationship曲线,常采用棱柱体试件来测定。
在普通试验机上采用加载,达到轴心抗压强度f0c时,试验机中集聚的弹性应变
能大于试件所能吸收的应变能,会导致试件产生突然脆性破坏,只能测得应力-应变曲线的上升段。
1一次短期加载下混凝土的变形性能
采用等应变速度加载,或在试件旁附设高弹性元件与
1混凝土的破坏机理
要弹性变形,应力-应变
关系近似直线。
σΑ随混凝土强度的提高
而增加,对普通强度混凝
土σΑ约为
对高强混凝土
（0.5~0.7
2混凝土受压应力—应变全曲线
3不同强度混凝土的应力-应变关系比较
力—压变曲线上升段形状相
似,下降段形状差异较大。
强度等级越高,线弹性段越
长,峰值应变也有所增大。
混凝土强度越高,下降段坡
度越陡,延性越差。
高强混
凝土中,砂浆与骨料的粘结
很强,密实性好,微裂缝很
少,最后的破坏往往是骨料
破坏,破坏时脆性越显著,
下降段越陡。
4纵横向应变及体积应变
临界点B之前,试件的混凝土体积是减小的。
B点之后,在高压应力下横向应变增长很快,横向应变大到竟然使试件的混凝土体积实际上开始增大,即
4混凝土受压应力—应变全曲线的几何特征
若采用无量纲坐标
则混凝土应力
征必须满足
5混凝土应力-应变关系的数学描述σ（MPa
uuccffεεεεεεεσεεεεεεσ≤≤⎟⎟⎠⎞
⎜⎜⎝
⎛−−−=≤≤⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=000020015.0102下降段:
上升段:
1美国E.Hognestad建议的应力—应变曲线
0038
.0
002.0（2混凝土单轴向受压应力—应变曲线的数学模型（2混凝土单轴向受压应力—应变曲线的数学模型（2-7
（2-6
2德国Rüsch建议的应力—应变曲线上升段:
下降段:
3《砼规范》提出的混凝土应力-应变曲线表达式上升段:
下降段:
（3三向受压状态下混凝土的受力特点
（3三向受压状态下混凝土的受力特点混凝土圆柱体三向受压时轴向应力—应变曲线
混凝土园柱体三向受压的应力—应变关系
混凝土园柱体三向受压时,轴向（纵向强度和延性
（变形能力都有显著提高,特别是延性大为提高侧向压力增加,轴向强度和延性相应显著增大。
c
d
螺旋箍筋圆柱体约束混凝土的应力—应变曲线
螺旋箍筋
螺旋箍筋约束对强度和变形能力（延性均有很大提高;矩形箍筋约束对强度的提高不是很显著,但对变形能力
（延性有显著改善。
当应力较小时,横向变形很小,箍筋的约束作用不明显;当应力超
过B点的应力时,由于混凝土的横向变形开始显著增大,侧向膨胀使螺旋箍筋产生环向拉应力,其反作用力使混凝土的横向变形受到约束,从（a螺旋箍筋
压应变
箍筋d=4.76mm,
s=38.1mm,箍筋d=4.76mms=63.5mm
无箍筋
矩形箍筋
约束效果的影响因素
（b箍筋间距对约束效果的影响
k
εc
σc
α0
σε
α
弹性模量（即原点模量（ElasticModulusEce
e
0cεσα=
=tgE（4混凝土的变形模量
（4混凝土的变形模量α1
εce
εcp
——过原点切线的斜率
原点切线
切线
割线
2变形模量（SecantModulus
ε
弹性模量
σ
5
2ccu,k10（N/mm34.72.2Ef=+弹性模量
ctc
ttEfEf5.00=′=ε混凝土受拉应力-应变关系
TheTensionConstitutiveRelationshipofConcrete
ε270~500=tuσ
ε
εt0弹性系数约为0.5tu
ε（5混凝土轴向受拉时的应力—应变关系
（5混凝土轴向受拉时的应力—应变关系
纤维混凝土
4.00
5.00
6.00
a
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