钢筋和混凝土材料的力学性能.pptx
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1、第2页/共60页第1页/共60页承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂强度大于我国规范的方法:不涂润滑剂我国规范的方法:不涂润滑剂压力压力试件试件裂缝发展裂缝发展扩张扩张整整个体系解体,个体系解体,丧失承载力丧失承载力另影响强度的因另影响强度的因素还有:龄期、加素还有:龄期、加载速率、试块尺寸载速率、试块尺寸等等影响实验强度值因素分析影响实验强度值因素分析第3页/共60页第2页/共60页u影响立方体抗压强度的因素:影响立方体抗压强度的因素:内因:内因:如强度与水泥标号、骨料品种、配合比等。如强度与水泥标号、骨料品种、配合比等。外因:外因:试验方法(箍套)、温度、湿度、试件尺寸。试验方法(箍套)、温
2、度、湿度、试件尺寸。由于尺寸效应尺寸效应的影响:fcu(150)=0.95 fcu(100)fcu(150)=1.05 fcu(200)注意问题:注意问题:u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。第4页/共60页第3页/共60页砼的立方体抗压强度标准值砼的立方体抗压强度标准值fcu,kC C Concrete Concrete(混凝土)(混凝土)砼强度等级砼强度等级(1414级)级)C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80C C后的数值后
3、的数值 该级别砼的立方体抗压强度标准值该级别砼的立方体抗压强度标准值单位:单位:N/mm2fcu,k45N/mm2 第5页/共60页第4页/共60页普通混凝土普通混凝土高强混凝土高强混凝土C15C15C50C50C55C55C80C80强度高、和易性、流动性好,制作工艺简单强度高、和易性、流动性好,制作工艺简单掺入高效减水剂掺入高效减水剂第6页/共60页第5页/共60页混凝土的强度等级的选用混凝土的强度等级的选用混凝土结构中混凝土强度最低等级混凝土结构中混凝土强度最低等级(GB50010-2010)钢筋种类钢筋种类混凝土强度等级混凝土强度等级素混凝土结构素混凝土结构 不应低于不应低于C15钢筋
4、混凝土结构钢筋混凝土结构不应低于不应低于C20强度等级强度等级400MPa及以上的钢筋时及以上的钢筋时 不应低于不应低于C25不应低于不应低于C30不宜低于不宜低于C40预应力混凝土结构预应力混凝土结构采用预应力钢绞线、钢丝、预应力螺纹钢筋采用预应力钢绞线、钢丝、预应力螺纹钢筋 重复荷载的构件不应低于不应低于C30第7页/共60页第6页/共60页2.2.混凝土的轴心抗压强混凝土的轴心抗压强度度(1)(1)混凝土的轴心抗压强度混凝土的轴心抗压强度fch/bfckh/b=23,fck趋于稳趋于稳定定“套箍效应套箍效应”压力机垫板压力机垫板摩擦力摩擦力试块试块第8页/共60页第7页/共60页所测得极
5、限压应力所测得极限压应力 标准方法标准方法 破破坏坏轴心抗压强度标准值轴心抗压强度标准值 f fckck 标准条件标准条件 棱柱体棱柱体 压力面垫板压力面垫板 1.4300第9页/共60页第8页/共60页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为fcu,k立方体强度标准值即为混凝土强度等级立方体强度标准值即为混凝土强度等级fcu。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。高强混凝土的脆性影响系数 棱柱体强度与立方体强度之比值混凝土混凝土强度强度等级等级C40C45C50C55C60C65C70C75C80 c10.760.760.760.770.780.790.800.
6、810.82 c21.000.9840.9680.9510.9350.9190.9030.8870.87 c1 和 c2 值第10页/共60页第9页/共60页混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度 与立方体抗压强度的关系与立方体抗压强度的关系第11页/共60页第10页/共60页(2)(2)混凝土的轴心抗拉强度混凝土的轴心抗拉强度ft间接测试法:间接测试法:轴心抗拉强度标准值轴心抗拉强度标准值f ftktk 劈拉试验FdF第12页/共60页第11页/共60页(2)(2)混凝土的轴心抗拉强度混凝土的轴心抗拉强度ft间接测试法:间接测试法:P-P-破坏荷载破坏荷载d-d-圆柱体直径或立方体边长圆柱体直
7、径或立方体边长l-l-圆柱体长度或立方体边长圆柱体长度或立方体边长计算钢筋混凝土和预应力混凝土构件的抗裂和裂缝宽度计算钢筋混凝土和预应力混凝土构件的抗裂和裂缝宽度劈拉试验FaF拉压压第13页/共60页第12页/共60页第第2 2章章 物理力学性能物理力学性能第14页/共60页第13页/共60页3.3.复合应力状态下混凝土的强度复合应力状态下混凝土的强度 1,2 (压压压压)混凝土强度增加混凝土强度增加(第三象限第三象限)1,2 (拉压拉压)混凝土强度降低混凝土强度降低(第二、四象限第二、四象限)1,2 (拉拉拉拉)混凝土强度基本不混凝土强度基本不变(变(第一象限第一象限)(1)双向正应力)双向
8、正应力第15页/共60页第14页/共60页20050N/mm235N/mm212210N/mm215010050051015202512(N/mm2)1()(3)三轴受压(抗压强度提高)三轴受压(抗压强度提高)混凝土圆柱体三向受压的轴心抗压强度混凝土圆柱体三向受压的轴心抗压强度 与侧与侧压压的经验公式:的经验公式:第16页/共60页第15页/共60页(4)正应力和剪应力作用)正应力和剪应力作用(混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低)(混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低)l当当/fc(0.50.7)时时,抗剪强度随压应力的增大而增大抗剪强度随压应力的增大而增大 l当当/fc(0.50.7)
9、时时,抗剪强度随压应力的增大而减小抗剪强度随压应力的增大而减小l当压应力在当压应力在 左右时,左右时,抗剪强度达到最大抗剪强度达到最大,压应力继续增大,则,压应力继续增大,则由于内裂缝发展明显,抗剪强度将随压应力的增大而减小。由于内裂缝发展明显,抗剪强度将随压应力的增大而减小。第17页/共60页第16页/共60页复合应力状态下混凝土的强度小结 1.双向应力状态下的强度变化规律(1)双向受压时,混凝土抗压强度单向;大于(2)双向受拉时,混凝土抗拉强度于接近单向;(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
10、在,混凝土抗剪强度有限增加,但当压应力大于0.6fc时,随压应力增大而减小。第18页/共60页第17页/共60页2.三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结论:三向受压状态下的混凝土抗压强度大于双向和单向大于双向和单向。3.实际工程应用约束混凝土 (1 1)采用约束混凝土不仅可以提高混凝土)采用约束混凝土不仅可以提高混凝土的抗压强度,也可以提高构件的耐受变形的抗压强度,也可以提高构件的耐受变形能力;能力;(2 2)工程中应用约束混凝土的实例,如)工程中应用约束混凝土的实例,如螺旋钢箍柱、钢管混凝土等。螺旋钢箍柱、钢管混凝土等。第19页/共60页第18页/共60页4.
11、砼的变形1.混凝土轴心受压应力-应变曲线有何特点?本节重点本节重点2.什么是混凝土的徐变?徐变对混凝土构件有何影响?通常认为影响徐变的主要因素有哪些?如何减少徐变?第20页/共60页第19页/共60页4.4.砼的变形砼的变形受力变形 砼在荷载一次短期作用下的变形砼在荷载多次重复作用下的变形混凝土硬化时的收缩与膨胀体积变形 变形 温、湿度变化产生的变形 砼在荷载长期作用下的变形-徐变第21页/共60页第20页/共60页(1)(1)混凝土混凝土曲线曲线1.1.混凝土在短期荷载作用下的变形混凝土在短期荷载作用下的变形(用(用h/b=3h/b=34 4的柱体试件测定)的柱体试件测定)第22页/共60页
12、第21页/共60页02468102030(MPa)10-3第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土BACEDA点以前点以前,微裂缝没有,微裂缝没有明显发展,混凝土的变明显发展,混凝土的变形主要弹性变形,应力形主要弹性变形,应力-应变关系近似直线。应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度的点应力随混凝土强度的提高而增加,对普通强提高而增加,对普通强度混凝土度混凝土 A约为约为 (0.30.4)fc,对高强混,对高强混凝土凝土 A可达可达(0.50.7)fc。A点以后点以后,由于微裂缝,由于微裂缝处的应力集中,裂缝开处的应力集中,裂缝开始有所延伸发展,产生始有所延伸发展,产生部分塑性变形,应变增
13、部分塑性变形,应变增长开始加快,应力长开始加快,应力-应应变曲线逐渐偏离直线。变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是该阶段微裂缝的发展是稳定的。稳定的。混凝土在结硬过程中,混凝土在结硬过程中,由于水泥石的收缩、骨由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等料下沉以及温度变化等原因,在骨料和水泥石原因,在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂的界面上形成很多微裂缝,成为混凝土中的薄缝,成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。缝的发展造成的。达到达到B点,
14、内部一些微点,内部一些微裂缝相互连通,裂缝发裂缝相互连通,裂缝发展已不稳定,横向变形展已不稳定,横向变形突然增大,体积应变开突然增大,体积应变开始由压缩转为增加。在始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下,此应力的长期作用下,裂缝会持续发展最终导裂缝会持续发展最终导致破坏。取致破坏。取B点的应力点的应力作为混凝土的长期抗压作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土强度。普通强度混凝土 B约为约为0.8fc,高强强度混,高强强度混凝土凝土 B可达可达0.95fc以上。以上。达到达到C点点fc,内部微裂缝,内部微裂缝连通形成破坏面,应变连通形成破坏面,应变增长速度明显加快,增长速度明显加快,C点的纵向
15、应变值称为峰点的纵向应变值称为峰值应变值应变 e e 0,约为,约为0.002。纵向应变发展达到纵向应变发展达到D点,点,内部裂缝在试件表面出内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。力方向的纵向裂缝。随应变增长,试件上相随应变增长,试件上相继出现多条不连续的纵继出现多条不连续的纵向裂缝,横向变形急剧向裂缝,横向变形急剧发展,承载力明显下降,发展,承载力明显下降,混凝土骨料与砂浆的粘混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破,裂缝连结不断遭到破,裂缝连通形成斜向破坏面。通形成斜向破坏面。E点的应变点的应变e e=(23)e e 0,应力应力 =(0.40.6)fc。2
16、.1 混凝土的物理力学性能第23页/共60页第22页/共60页2.1 混凝土不同强度混凝土的应力-应变关系曲线强度等级越高,线弹性段强度等级越高,线弹性段越长,峰值应变也有所增越长,峰值应变也有所增大。但高强混凝土中,砂大。但高强混凝土中,砂浆与骨料的粘结很强,密浆与骨料的粘结很强,密实性好,微裂缝很少,最实性好,微裂缝很少,最后的破坏往往是骨料破坏,后的破坏往往是骨料破坏,破坏时脆性越显著,下降破坏时脆性越显著,下降段越陡。段越陡。2.1 混凝土的物理力学性能第24页/共60页第23页/共60页2.砼单轴受压时的应力变形模型(1).美国E.Hongnestad模型第25页/共60页第24页/
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