kA混凝土结构材料的物理力学性能.ppt
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1、kA混凝土结构材料的物理力学性能 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2.1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.1.12.1.1混凝土的组成结构混凝土的组成结构混凝土结构的三种基本类型:混凝土结构的三种基本类型:.微观结构:微观结构:也即水泥石结构,包括水泥凝胶、晶体也即水泥石结构,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。骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成。.亚微观结构:亚微观结构:即混凝土中的水泥砂浆结构。即混凝土中
2、的水泥砂浆结构。.宏观结构:宏观结构:即砂浆和粗骨料两组分体系。即砂浆和粗骨料两组分体系。注意:注意:1.1.骨料的分布及骨料与基相之间在界面的结合强骨料的分布及骨料与基相之间在界面的结合强度是影响混凝土强度的重要因素;度是影响混凝土强度的重要因素;2.2.在荷载的作用下,微裂缝的扩展对混凝土的力在荷载的作用下,微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。学性能有着极为重要的影响。2.1.22.1.2单轴应力状态下的混凝土强度单轴应力状态下的混凝土强度.混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度(1 1)混凝土抗压强度和强度等级)混凝土抗压强度和强度等级1 1)立方体抗压强度立方体抗压强度:边长为
3、:边长为150mm150mm的混凝土立方体试件,的混凝土立方体试件,在标准条件下(温度为在标准条件下(温度为203203,湿度,湿度90%90%)养护)养护2828天,用标天,用标准试验方法(加载速度准试验方法(加载速度0.150.150.3N/mm2/s0.3N/mm2/s,两端不涂润滑剂),两端不涂润滑剂)测得的具有测得的具有95%95%保证率的抗压强度。保证率的抗压强度。是混凝土强度的基本指标和评定混凝土强度等级的标准。是混凝土强度的基本指标和评定混凝土强度等级的标准。规范根据强度范围,共划分为规范根据强度范围,共划分为1414个强度等级:个强度等级:C15,C20,C25,C30,C3
4、5,C40,C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80。表示混凝土Concrete立方体抗压强度2.1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能承压板试块摩擦力不涂润滑剂不涂润滑剂涂润滑剂涂润滑剂强度大于强度大于试验方法对立方体抗压强度的影响试验方法对立方体抗压强度的影响a.a.试件表面是否涂润滑剂:不涂时强度高;涂后强度底,其试件表面是否涂润滑剂:不涂时强度高;涂后强度底,其主要原因是由于主要原因是由于“套箍套箍”作用;且破坏形态不一样;作用;且破坏形态不一样;b.b.加载速度:速度快强度高,速度慢强度低加载速度:速
5、度快强度高,速度慢强度低2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2 2)混凝土的轴心抗压强度)混凝土的轴心抗压强度A.A.确定混凝土轴心抗压强度的标准方法确定混凝土轴心抗压强度的标准方法a.a.标准试件:标准试件:150 150mm mm 150mm 150mm 300mm300mm的棱柱体;的棱柱体;b.b.b.b.其余同混凝土立方体抗压强度的标准方法;其余同混凝土立方体抗压强度的标准方法;承压板试块轴心抗压强度真实反映以受压为主的混轴心抗压强度真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度。凝土结构构件的抗压强度。为消除端部约束的影响为消除端部约束的影响 随着高宽比的增加,混凝土的轴
6、心抗随着高宽比的增加,混凝土的轴心抗压强度会降低压强度会降低2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况,实际构件强度考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况,实际构件强度与试件强度之间存在差异,规范基于安全取偏低值,规定轴与试件强度之间存在差异,规范基于安全取偏低值,规定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:心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系:c1棱柱体强度与立方体强度之比,对不大于C50级的混凝土取0.76,对C80取0.82,其间按线性插值。c2高强混凝土的脆性折减系数,对C40取1.0,对C80取0.87,中间按直线规
7、律变化取值。0.88为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。fcu,kfcu,k立方体强度标准值立方体强度标准值2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.2.轴心抗拉强度轴心抗拉强度确定方法:轴心受拉试验和劈裂试验;确定方法:轴心受拉试验和劈裂试验;约约为立方体抗压强度的为立方体抗压强度的1/171/171/81/8;在荷载较小时,混凝土即开裂,所以混凝土结构一般带裂在荷载较小时,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。缝工作,混凝土轴心抗拉强度不起决定作用。劈裂试验劈裂试验ftsddftsFFFF2.1 混凝土的物理力学性能混凝
8、土的物理力学性能.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双向受压双向受压时,混凝土抗压强时,混凝土抗压强度大于单向;度大于单向;双向受拉双向受拉时,混凝土抗拉强时,混凝土抗拉强度接近于单向;度接近于单向;一向受压和一向受拉一向受压和一向受拉时,其时,其抗拉(抗压)强度均低于相应抗拉(抗压)强度均低于相应的单向强度;的单向强度;由于剪应力的存在,混凝由于剪应力的存在,混凝土抗压强度低于单向;土抗压强度低于单向;由于压应力的存在,混凝由于压应力的存在,混凝土抗剪强度有限增加。土抗剪强度有限增加。双向应力状态下混双向应力状态下混凝土的破坏包络图凝土的破坏包络图2.1 混凝土的物理力学性
9、能混凝土的物理力学性能 fc fc0.20.1-0.10.00.61.0单轴抗拉强度单轴抗压强度法向应力和剪应力下的破坏曲线法向应力和剪应力下的破坏曲线混凝土的抗剪强度:随拉应力增大而减小混凝土的抗剪强度:随拉应力增大而减小 随压应力增大而增大随压应力增大而增大当压应力在当压应力在0.6fc0.6fc左右时,抗剪强度达到最大,左右时,抗剪强度达到最大,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。的增大而减小。2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能三向受压时的混凝土强度三向受压时的混凝土强度 1=fcc
10、1=fcc 2=3=fLfL-侧向约束侧向约束压应力(加液压)压应力(加液压)圆柱体试验圆柱体试验有侧向约有侧向约束时的抗束时的抗压强度压强度无侧向约无侧向约束时圆柱束时圆柱体的单轴体的单轴抗压强度抗压强度三轴应力状态有多种组合,实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和三轴应力状态有多种组合,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进行。采用圆柱体在等侧压条件进行。2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能.混凝土的变形混凝土的变形变形的分类:变形的分类:受力变形受力变形荷载产生
11、的;荷载产生的;体积变形体积变形收缩、温差即湿差产生的。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)混凝土受压时的应力-应变关系应变关系CBDEfc00AcuOA 弹性阶段A:0.3fcAB 弹塑性阶段:0.3fc 0.8fc 裂缝稳定阶段BC 裂缝不稳定阶段:0.8 fc 1.0 fc2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能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
12、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混凝土的物理力学性能(2)混凝土单轴向受压应力)混凝土单轴向受压应力-应变曲线的数学模型应变曲线的数学模型)美国)美国E.Hognestad模型(上升段为二次抛物线,下降模型(上升段为二次抛物线,下降 段为斜直线)段为斜直线)2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能)德国)德国Rsch 模型模型(上升段为二次抛物线,下降段采用(上升段为二次抛物线,下降段采用水平线)水平线)u=0.00350=
13、0.002ocfcc2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能(3)三向受压状态下混凝土的变形特点)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,变形能力好,强度高;变形特点:侧压力约大,变形能力好,强度高;工程意义:设置密排箍筋间接产生侧压力。工程意义:设置密排箍筋间接产生侧压力。2 2 2 22.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能(4)混凝土的变形模量)混凝土的变形模量由于混凝土的弹塑性性质,模量是一个变数,通常有由于混凝土的弹塑性性质,模量是一个变数,通常有三种表示方法。三种表示方法。1)弹性模量(切线模量):通过重复加载的方式确定)弹性模量(切线模量):通过重
14、复加载的方式确定002.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2)变形模量(割线模量)变形模量(割线模量)3)切线模量:)切线模量:c=ela+plakcc0elapla0h割线割线切线切线2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.荷载长期作用下混凝土的变形性能荷载长期作用下混凝土的变形性能徐变:在长期不变的荷载作用下,结构或构件产生的应变或徐变:在长期不变的荷载作用下,结构或构件产生的应变或变形。变形。2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能影响徐变的因素:影响徐变的因素:A.应力(荷载)大小:应力大时,徐变大;应力(荷载)大小:应力大时,徐变大;c0.5fc,徐变变
15、形与应力成正比-线性徐变 0.5fcc0.8fc 造成混凝土破坏,不稳定B.加载时的龄期:龄期早,徐变大;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。其它:水泥用量、水灰比、骨料、温度以及湿度。徐变对结构的影响:徐变对结构的影响:A.使结构产生应力重分布;使结构产生应力重分布;B.使预应力产生损失。使预应力产生损失。2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能3.混凝土在荷载重复作用下的变形(疲劳变形)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;)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
16、曲线始终保持)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;密合直线的最大应力值;混凝土在荷载重复作用下的应力混凝土在荷载重复作用下的应力-应变曲线应变曲线2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能4.混凝土的收缩与膨胀混凝土的收缩与膨胀混凝土的收缩混凝土的收缩混凝土在空气中硬化时体积会缩小。混凝土在空气中硬化时体积会缩小。影响混凝土收缩的因素:影响混凝土收缩的因素:水泥的品种水泥的品种:水泥强度等级越高,制成的混凝土收缩越大。:水泥强度等级越高,制成的混凝土收缩越大。水泥的用量水泥的用量:水泥用量多、水灰比越大,收缩越大。:水泥用量多、水灰比越大,收缩越大。骨料的
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