钢筋和混凝土材料的力学性能-选.ppt

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1、河南理工大学土木工程学院 2023/5/14CH2MECHANICALPROPERTIESOFMATERIALS2 2023/5/14河南理工大学土木工程学院本章重点(Emphasis)熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则（thevariety，level，performanceandselectionprincipleofsteelreinforcement）；熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能（strengthanddeformationofconcreteundervariousloads)及其选用原则；了解钢筋与混凝土的粘结性能(bondbetweensteelba

2、randconcrete)。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能CH2.Mechanical Properties of Materials3 2023/5/14河南理工大学土木工程学院钢筋的力学性能指标？为何以屈服强度作为钢筋强度设计值的依据，而不是极限抗拉强度？混凝土结构对钢筋性能的具体要求？小结2.1PerformanceofSteelBarCH2.钢筋和混凝土材料的基本性能4 2023/5/14河南理工大学土木工程学院结合钢筋应力-应变曲线和钢筋混凝土梁受力特点说明“为何将屈服强度作为钢筋强度设计值的依据，而不是极限抗拉强度？”任务2.1PerformanceofSteelBarCH2.

3、钢筋和混凝土材料的基本性能PPABBCDEUltimatestressfu Yieldingstressfy 5 2023/5/14河南理工大学土木工程学院fyfu-屈服强度-极限抗拉强度fy/fu-屈强比 强度储备塑性指标（延伸率elongation）冷弯性能强度指标strengthIndexPlasticityindexcold-formedcapacityultimatetensilestrengthyieldingstrength均匀伸长率CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar回顾6 2023/5/14河南理工大学土木工程学院强度要求：保证经

4、济性。屈服强度和极限抗拉强度，还要求有适当的屈强比。塑性要求：保证结构延性，给人以破坏的预兆。伸长率和冷弯要求。可焊性：钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证焊接后的接头性能良好。与混凝土的粘结性：保证钢筋和混凝土共同工作。耐久性和耐火性：设置必要的混凝土保护层。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1 Performance of Steel Bar可焊性刻痕钢丝7 2023/5/14河南理工大学土木工程学院混凝土水泥水骨料混凝土是多空隙、不均匀的物体，内部存在许多微裂纹水化过程长，性能需较长时间才能稳定ConcretecementwateraggregatesCH2.钢筋和混凝土材料的基本

5、性能2.2PerformanceofConcrete8 2023/5/14河南理工大学土木工程学院CubecompressivestrengthPrismcompressivestrengthTensilestrengthCompressivestrengthunderbi-axialortri-axialloadsCH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcreteDeformationofconcreteunderaxialandtri-axialcompressiveloads9 2023/5/14河南理工大学土木工程学院试验证明，结构混凝土在承受荷载或外应

6、力之前，内部就已经存在少量、分散的微裂缝，宽(25)10-3、最长(12mm)，其主要原因是在混凝土的凝固过程中，粗骨料和水泥砂浆的收缩差和不均匀温湿度场所产生的微观应力场。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete在逐渐受压过程中，混凝土试块的破坏是内部微裂缝逐渐发展(Extensionofmicro-cracks)的结果。粘结裂缝混凝土加载前的内部微裂缝10 2023/5/14河南理工大学土木工程学院=0.85max=0.65max粘结裂缝s=smax=0混凝土试块从开始受力直到极限荷载，混凝土内的微裂缝逐渐增多和扩展，可以分作三个阶段：CH2.钢筋

7、和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete微裂缝不发展 微裂缝扩展 微裂缝非稳定发展 混凝土破坏用X光观测的混凝土单轴受压的裂缝过程11 2023/5/14河南理工大学土木工程学院=0.85max=0.65max粘结裂缝s=smax=0CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete微裂缝不发展 微裂缝扩展 微裂缝非稳定发展 混凝土破坏结论：混凝土受压破坏是由于混凝土内裂缝的扩展所致。如果对混凝土的横向变形加以约束，限制裂缝的开展，则可以提高混凝土纵向抗压强度。12 2023/5/14河南理工大学土木工程学院立方体抗压强度(Cube

8、 Compressive Strength)fcu1）单轴受力状态下的混凝土强度（underaxialloads）CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete轴心抗压强度(Axial Compressive Strength)fc轴心抗拉强度(Axial Tensile Strength)ft13 2023/5/14河南理工大学土木工程学院承压板试块温度：203相对湿度：90标准条件养护28d标准试验方法抗压强度边长为150mm的标准立方体试块加载速度：0.150.25MPa/s全截面受力，表面不涂润滑剂CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2Perfor

9、manceofConcrete14 2023/5/14河南理工大学土木工程学院影响因素一：润滑剂(lubricant)摩擦力friction不涂润滑剂 涂润滑剂套箍效应 套箍效应强度大于立方体抗压强度影响因素(Factors that affect the cube strength)Thefrictionbetweentheheadsofthetestingmachineandthespecimenofferssomelateralconstrainttorestrictthelateralexpansionofthespecimenunderpressure,sothespecimenca

10、ntakeahighercompressivestrength.承压板试块CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete15 2023/5/14河南理工大学土木工程学院影响因素二：尺寸(Size)尺寸效应 尺寸效应标准试块150150150非标准试块100100100非标准试块2002002001.05:1:0.95尺寸越大,内部缺陷较多;尺寸越大，套箍作用越不明显。试块尺寸越大，实测破坏强度越低。Thesmallerthesizeofthespecimen,thehigherthecompressivestrength.CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2

11、.2PerformanceofConcrete立方体抗压强度影响因素(Factors that affect the cube strength)16 2023/5/14河南理工大学土木工程学院影响因素三：加载速度The loading speed加载速度快，内部微裂纹来不及扩展实测强度提高Theloadingspeedincreasesmorerapidlyduringthetest,thecompressivestrengthwillbehigher.CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete立方体抗压强度影响因素(Factors that affe

12、ct the cube strength)17 2023/5/14河南理工大学土木工程学院另外，影响因素还有龄期、养护条件、材料组成、试件形状以及试验方法等。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete因此，在建立混凝土的强度时，需要规定一个统一的标准作为依据。温度：203相对湿度：90边长为150mm的标准立方体试块标准条件养护28d标准试验方法加载速度：0.150.25MPa/s全截面受力，表面不涂润滑剂抗压强度18 2023/5/14河南理工大学土木工程学院具有95保证率的立方体抗压强度标准值(N/mm2)14gradesC15C20C25C30C3

13、5C40C45C50C55C60C65C70C75C80高强混凝土代表Concrete立方体抗压强度标准值fcu,kCH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete混凝土的强度等级strengthgradeofconcrete按立方体抗压强度标准值fcu,k确定概率密度材料强度强度平均值强度标准值19 2023/5/14河南理工大学土木工程学院承压板试块 抗压强度与试件形状有关，实际构件往往是棱柱体，棱柱体抗压强度比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。真实反映混凝土的实际工作状态CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConc

14、rete 试件长度不宜过小或过大：摆脱端部摩擦力的影响；试件不致失稳或发生较大弯曲变形。Standardspecimen:150150300(450)mm20 2023/5/14河南理工大学土木工程学院CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete 试验量测到fc值比fcu值小，并且棱柱体试件高宽比(即h/b)越大，它的强度越小。承压板试块中部横向变形不受端部摩擦力的约束，代表了混凝土处于单向全截面均匀受压的应力状态。真实反映混凝土的实际工作状态 通过大量比对试验，可建立fc值与fcu值之间的关系式。21 2023/5/14河南理工大学土木工程学院立方体抗压

15、强度试验平均值脆性折减系数：C40以下：C80：考虑实际构件的工作条件与试件所处条件的差异引入的修正系数CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcretefc 与fcu的关系曲线22 2023/5/14河南理工大学土木工程学院 由于混凝土构件内部的不均匀性，加之安装试件偏差的原因，通过直接受拉试验测量抗拉强度是很困难的，试验数据离散性很大。100100150 150500 直接测试法 误差大难实现CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete混凝土的抗裂、抗剪、抗扭、抗冲切等与之有关。试验方法未统一。23 2023/5/14河

16、南理工大学土木工程学院ddftsF FFF根据弹性力学知识试件中间垂直截面除加力点附近很小的范围外，有均匀分布的水平拉应力。当拉应力达到混凝土的抗拉强度时，试件被劈成两半。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete劈裂试验(splittingtest)24 2023/5/14河南理工大学土木工程学院CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete抗折试验(bendingtest)Standardspecimen:150150500600mmfr=Mu/W25 2023/5/14河南理工大学土木工程学院混凝土的脆性系数，当

17、混凝土的强度等级不大于C40时，=1.0；当混凝土的强度等级为C80时，=0.87；其间按线性插值。0.88考虑结构中的混凝土强度与试块混凝上强度之间的差异等因素的修正系数。为轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算关系。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcreteft=0.39526 2023/5/14河南理工大学土木工程学院双轴应力下的强度underbi-axialload2）复合受力状态下混凝土的强度underbi-axialortri-axialloads双向受拉，1与2的相互影响不大，双向受拉强度均接近于单向受拉强度。一向受拉，另一向受压，混凝土强度均

18、低于单向拉伸或压缩的强度，即双向异号应力使强度降低。双向受压，一向强度随另一向应力的增加而增加。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete27 2023/5/14河南理工大学土木工程学院三向受压时的强度undertri-axialload3=fcc3=fcc1=2=fLfL-侧向约束压应力（加液压）三轴受压试验StrengthwithlateralconstraintStrengthwithoutlateralconstraint混凝土一向抗压强度随另两向侧压力的增加而提高，同时轴向变形能力也明显提高试验系数，C50为1.0；C80为0.85；其间线性内

19、插。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete2）复合受力状态下混凝土的强度underbi-axialortri-axialloads28 2023/5/14河南理工大学土木工程学院对于纵向受压的混凝土，约束混凝土的侧向变形，可使混凝土的抗压强度和延性有较大提高。实际工程中常用钢管混凝土柱、螺旋钢箍柱。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete29 2023/5/14河南理工大学土木工程学院CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete30 2023/5/14河南理工大学土木工程

20、学院CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能31 2023/5/14河南理工大学土木工程学院CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete32 2023/5/14河南理工大学土木工程学院混凝土的变形体积变形受力变形一次短期加载下的变形荷载长期作用下的变形 多次重复荷载作用下的变形 硬化过程中的收缩变形 温湿度变化引起的变形 CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete33 2023/5/14河南理工大学土木工程学院受压应力-应变关系Stress-strainrelationshipunderaxialcompressivelo

21、ad作用是峰值应力后，吸收试验机的变形能，测出下降段。棱柱体试块骨料和水泥结晶体弹性变形内部微裂缝稳定扩展内部微裂缝非稳定扩展峰值应变(peakstrain)0取0.002裂缝迅速发展，内部整体性严重破坏极限压应变(ultimatestrain)u取0.0033CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete百分表34 2023/5/14河南理工大学土木工程学院(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546 810混凝土强度提高加载速度减慢影响因素(Factors)Gradeofconcrete Loadingspeed Theconditio

22、noflateralconstraintCH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete35 2023/5/14河南理工大学土木工程学院CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete36 2023/5/14河南理工大学土木工程学院受拉应力-应变关系Stress-strainrelationshipundertensionloadCH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete极限拉应变(ultimatestrain)t取1.510-437 2023/5/14河南理工大学土木工程学院Stres

23、s-strainrelationshipunderrepeatedload破坏fcf321fcf的确定原则：100100300或150150450的棱柱体试块承受200万次（或以上）循环荷载时发生破坏的最大压应力值CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete38 2023/5/14河南理工大学土木工程学院1ccccpe原点切线模量：拉压相同割线模量secantmodulus切线模量tangentmodulus 是材料变形性能的主要指标，在计算构件变形、截面应力和预应力构件的预应力损失等时用。0CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2Performanceo

24、fConcrete弹性模量elasticitymodulus变形模量modulusofdeformation39 2023/5/14河南理工大学土木工程学院混凝土弹性模量试验方法重复加载试验(repeatedloadingtest)c/fcc0.5510 次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec标准试件150mm150mm300mm取应力上限为0.5fc重复加载510次。试验结果回归CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete40 2023/5/14河南理工大学土木工程学院混凝土的泊松比(Poissonsratio)和剪切模量(Shearmodulus)ShearmodulusofconcretePoissonsratioofconcrete（试件的横向应变与纵向应变之比），在压力较小时为0.150.18，接近破坏时可达0.5以上，规范取0.2。根据弹性理论CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete41 2023/5/14河南理工大学土木工程学院CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete小结混凝土受压破坏的实质？如何提高抗压强度？混凝土单轴受压应力-应变曲线反映了混凝土哪些力学性能？混凝土强度的影响因素有哪些？混凝土的弹性模量有哪些？在应力-应变图形上画出。