混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理學(xué)性能.pdf

第二章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理 力學(xué)性能 2.1 混凝土的物理力學(xué)性能 2.1.1 混凝土的組成結(jié)構(gòu) 2.1.2 單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度 2.1.3 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度 2.1.4 混凝土的變形性能另一個(gè)重要的 力學(xué)性能 水泥石結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu) 混凝土結(jié)構(gòu)組成水泥砂漿結(jié)構(gòu)亞微觀結(jié)構(gòu) 砂漿和粗骨料宏觀結(jié)構(gòu) 2.1.1 混凝土的組成結(jié)構(gòu)混凝土的組成結(jié)構(gòu) 普通混凝土是由水泥、砂、石材用水拌合硬化后形成的多相普通混凝土是由水泥、砂、石材用水拌合硬化后形成的多相 復(fù)合材料。復(fù)合材料。 2.1.2 單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度 強(qiáng)度即材料能承受的某種受力形成的極限應(yīng)力，混凝土強(qiáng)度強(qiáng)度即材料能承受的某種受力形成的極限應(yīng)力，混凝土強(qiáng)度 主要由試驗(yàn)力確定。主要由試驗(yàn)力確定。 1抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度混凝土最主要的強(qiáng)度指標(biāo)混凝土最主要的強(qiáng)度指標(biāo) （1）立方體抗壓強(qiáng)度（）立方體抗壓強(qiáng)度（）和強(qiáng)度等級）和強(qiáng)度等級c 定義：用立方體試塊測得的抗壓強(qiáng)度數(shù)值。定義：用立方體試塊測得的抗壓強(qiáng)度數(shù)值。 在用料相同時(shí)在用料相同時(shí)值受多種因素影響值受多種因素影響 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法：標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法： 由上述試驗(yàn)測得的抗壓強(qiáng)度作為，單位，混凝土強(qiáng)度等級取立 方體強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，具有95%保證率，記為。規(guī)范等級劃分14級， cxx(xx-抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值) 試塊尺寸150150150 溫度203 相對濕度90% 養(yǎng)護(hù)時(shí)間28天 加荷方法0.150.25mpa/s（表面不涂潤滑油) c15，c20，c25，c30，c35，c40，c45，c50，c60，c65，c70, c80 高強(qiáng)混凝土 （a）不涂潤滑劑（b）涂潤滑劑 （2）影響因素分析 （i）加荷速度越快，測得抗壓強(qiáng)度越高 （ii）試塊上下兩面涂潤滑油，測得低 （iii）試件尺寸愈小，愈高。反之也成立 對于非標(biāo)準(zhǔn)試塊得到應(yīng)進(jìn)行修正，乘以修正系數(shù)， 100100100mm試塊 0.95 200200200mm試塊 1.05 （iv）齡期的影響）齡期的影響 通常隨時(shí)增長，先快后慢通常隨時(shí)增長，先快后慢 混凝土立方體強(qiáng)度隨齡期的變化 1-在潮濕環(huán)境下；2-在干燥環(huán)境下 （3）混凝土強(qiáng)度等級選用原則 一般不低于c15 采用hrb335級鋼筋，不宜低于c20 采用hrb400和rrb400級鋼筋以及承受重荷載的構(gòu)件， 不低于c20 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，不應(yīng)低于c30，以鋼絞線、鋼絲、熱 處理鋼筋為預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，不宜低于c40。 2.1.3 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度 實(shí)際構(gòu)件絕大多數(shù)處于復(fù)合受力狀態(tài)，混凝土在 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度理論很復(fù)雜，但又是很重 要的問題。 對平面復(fù)合受力情況試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析： （1）雙軸正應(yīng)力作用下的強(qiáng)度 定性分析結(jié)論： （i）第i象限（拉-拉應(yīng)力狀 態(tài)）一向的抗拉強(qiáng)度 受另一向拉應(yīng)力影響較小。 （ii）第iii象限（壓一壓應(yīng) 力狀態(tài)）一向的抗壓 強(qiáng)度隨另一向壓應(yīng)力增加 而提高。 （iii）第ii，iv象限（拉一 壓應(yīng)力狀態(tài)）一向的 抗壓（拉）強(qiáng)度隨另一方 向拉（壓）應(yīng)力增大而降 低。 （2）正應(yīng)力及剪應(yīng)力復(fù)合作用下的強(qiáng)度 拉（壓）剪試件 法向應(yīng)力和剪應(yīng)力組合的破壞曲線 2.1.4 混凝土的變形性能混凝土的變形性能 混凝土的變形性能混凝土的變形性能另一個(gè)重要的力學(xué)性能另一個(gè)重要的力學(xué)性能 混凝土變形分為受力變形和體積變形兩種混凝土變形分為受力變形和體積變形兩種 1受力變形受力變形 1）一次短期加載下的變形性能）一次短期加載下的變形性能 （1）受壓時(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系）受壓時(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系最基本的力學(xué)性能最基本的力學(xué)性能 （iv）數(shù)學(xué)模型 此模型主要用于 多軸本構(gòu)關(guān)系中. （5）荷載長期作用下的混凝土變形性質(zhì)徐變變形 混凝土在長期作用下產(chǎn)生隨時(shí)增長的應(yīng)變現(xiàn)象稱為混凝土 的徐變，它是混凝土固有的特性。 （iii）徐變的機(jī)理 混凝土中水泥膠體，在荷載作用下產(chǎn)生粘性流動(dòng)， 并將壓力轉(zhuǎn)嫁給骨料顆粒，另外，在較高壓力作 用下會產(chǎn)生微裂縫也是原因。 2.2 鋼筋的物理力學(xué)性能 2.2.1 鋼筋的品種和級別 2.2.2 鋼筋的強(qiáng)度及變形 2.2.3 應(yīng)力應(yīng)變曲線的數(shù)常模型 2.2.4 鋼筋的疲勞 2.2.5 混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能要求 2.2.2 鋼筋的強(qiáng)度及變形 1應(yīng)力應(yīng)變試驗(yàn)曲線 1）軟鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線 2）硬鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線 2基本力學(xué)指標(biāo) 1）鋼筋的強(qiáng)度 設(shè)計(jì)中采用的是屈服強(qiáng)度（屈服下限點(diǎn)），對于硬 鋼取條件屈服點(diǎn)，即0.85倍的極限強(qiáng)度，強(qiáng)屈比定 義為鋼筋極限強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度之比，反映強(qiáng)度儲備 度，熱軋鋼筋為1.41.6。 2）三折線模型適用于流幅小的軟鋼 3）雙斜線模式適用于硬鋼 2.2.4 鋼筋的疲勞在重復(fù)循環(huán)荷載作用下，在一定次數(shù) 后，突然脆斷現(xiàn)象 1）疲勞斷裂的原因：鋼筋內(nèi)部或外表面的缺陷在外力作用 下引起了應(yīng)力集中，鋼筋中超負(fù)載的弱晶粒發(fā)生滑移，產(chǎn) 生疲勞裂紋最后引起斷裂。 2）鋼筋疲勞強(qiáng)度：在某一規(guī)定應(yīng)力幅度內(nèi)，經(jīng)受一定 次數(shù)（200萬次），循環(huán)荷載后，發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng) 力值，疲勞強(qiáng)度總低于在靜荷載下的極限強(qiáng)度。 3）疲勞試驗(yàn)：單根鋼筋試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。 2.2.5 混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能要求 1 鋼筋的強(qiáng)度要求較高； 2 良好的塑性性能； 3 可焊性好； 4 耐火性要好； 5 良好的粘結(jié)性。 鋼筋的成型 2.3 混凝土與鋼筋的粘結(jié) 2.3.1 粘結(jié)的作用 2.3.2 粘結(jié)力的組成和作用機(jī)理 2.3.3 粘結(jié)強(qiáng)度 2.3.4 保證鋼筋和混凝土粘結(jié)力的措施 2.3.5 鋼筋的錨固與搭接 2.3.1 粘結(jié)的作用 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力是保