第2章鋼筋混凝土材料的物理力學(xué)性能-周勇

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2章鋼筋混凝土材料的物理力學(xué)性能制作人：周勇

LanzhouUniversityofTechnology2.1.1鋼筋的品種與級(jí)別§2.1鋼筋消除應(yīng)力鋼絲§2.1建筑中常用鋼材種類熱軋鋼筋中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋鋼絞線余熱處理鋼筋熱軋鋼筋是由低碳鋼、普通低合金鋼或細(xì)晶粒鋼在高溫狀態(tài)下軋制而成，有明顯的屈服點(diǎn)和流幅，斷裂時(shí)有“頸縮”現(xiàn)象，伸長率比較大。按其強(qiáng)度由低到高分為HPB300級(jí)、HRB335級(jí)、HRBF335級(jí)、HRB400級(jí)、HRBF400級(jí)、RRB400級(jí)、HRB500級(jí)和HRBF500級(jí)。冷加工鋼筋在混凝土結(jié)構(gòu)中也有一定的應(yīng)用，它是將某些熱軋光面鋼筋（稱為母材）經(jīng)冷拉、冷拔或冷軋、冷扭等工藝進(jìn)行加工而得到的直徑較細(xì)的光面或變形鋼筋，有冷拉鋼筋、冷拔鋼筋、冷軋帶肋鋼筋和冷軋扭鋼筋。熱軋鋼筋經(jīng)冷加工后強(qiáng)度提高，但是鋼筋的塑性（伸長率）明顯降低，因此冷加工鋼筋主要用于對延性要求不高的板類構(gòu)件，或作為非受力構(gòu)造鋼筋。近年來，我國強(qiáng)度高，性能好的預(yù)應(yīng)力鋼筋(鋼絲、鋼絞線)已可充分供應(yīng)，故冷加工鋼筋不再列入2010版《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，工程應(yīng)用時(shí)可按相關(guān)的冷加工鋼筋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，比如《冷軋扭鋼筋混凝土構(gòu)件技術(shù)規(guī)程》（JGJ115-2006）。

鋼絲是由熱軋鋼筋經(jīng)冷拔而成，根據(jù)強(qiáng)度不同又分為中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲、消除應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋，故鋼絲有：中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲光面φPM、螺旋肋φHM預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋（精扎螺紋粗鋼筋：18mm、25mm、32mm、40mm、50mm）螺紋φT

消除應(yīng)力鋼絲光面φP、螺旋肋φH鋼絞線三股或七股φS

上述鋼筋主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力筋，應(yīng)用時(shí)注意其極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。余熱處理鋼筋由軋制鋼筋經(jīng)高溫淬水，余熱處理后提高強(qiáng)度。其延性、可焊性、機(jī)械連接性能及施工適應(yīng)性降低，一般可用于對變形性能及加工性能要求不高的構(gòu)件中，如基礎(chǔ)、大體積混凝土、樓板、墻體以及次要的中小結(jié)構(gòu)構(gòu)件等。

光面鋼筋螺紋鋼筋月牙紋鋼筋人字紋鋼筋LanzhouUniversityofTechnology

HPB

—熱軋光面鋼筋，橋梁規(guī)范用R表示；

HRB

—普通低合金熱軋?jiān)卵兰y變形鋼筋；HRBF—細(xì)晶粒熱軋?jiān)卵兰y變形鋼筋；

RRB—余熱處理月牙紋變形鋼筋，橋梁規(guī)范用KL表示。熱軋鋼筋（2002版《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》）4008~40RRB400(K20MnSi)4006~50HRB400(20MnSiV,20MnSiNb,20MnTi)3356~50HRB335(20MnSi)2356~20HPB235(Q235)fyk/(N/mm2)d/(mm)符號(hào)種類熱軋鋼筋（2010版《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》）普通鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（2010版《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》）預(yù)應(yīng)力筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（2010版《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》）熱軋鋼筋（2010對2002版《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的修訂）

根據(jù)鋼筋產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的修改，不再限制鋼筋材料的化學(xué)成分和制作工藝，而按性能確定鋼筋的牌號(hào)和強(qiáng)度級(jí)別，并以相應(yīng)的符號(hào)表達(dá)。本次修訂根據(jù)“四節(jié)一環(huán)?！钡囊?，提倡應(yīng)用高強(qiáng)、高性能鋼筋。根據(jù)混凝土構(gòu)件對受力的性能要求，規(guī)定了各種牌號(hào)鋼筋的選用原則。

1增加強(qiáng)度為500MPa級(jí)的熱軋帶肋鋼筋；推廣400、500MPa級(jí)高強(qiáng)熱軋帶肋鋼筋作為縱向受力的主導(dǎo)鋼筋；限制并準(zhǔn)備逐步淘汰335MPa級(jí)熱軋帶肋鋼筋的應(yīng)用；用300MPa級(jí)光圓鋼筋取代235MPa級(jí)光圓鋼筋。在規(guī)范的過渡期及對既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，235MPa級(jí)光圓鋼筋的設(shè)計(jì)值仍按原規(guī)范取值。

2推廣具有較好的延性、可焊性、機(jī)械連接性能及施工適應(yīng)性的HRB系列普通熱軋帶肋鋼筋。列入采用控溫軋制工藝生產(chǎn)的HRBF系列細(xì)晶粒帶肋鋼筋。

3RRB系列余熱處理鋼筋由軋制鋼筋經(jīng)高溫淬水，余熱處理后提高強(qiáng)度。其延性、可焊性、機(jī)械連接性能及施工適應(yīng)性降低，一般可用于對變形性能及加工性能要求不高的構(gòu)件中，如基礎(chǔ)、大體積混凝土、樓板、墻體以及次要的中小結(jié)構(gòu)構(gòu)件等。

4增加預(yù)應(yīng)力筋的品種：增補(bǔ)高強(qiáng)、大直徑的鋼絞線；列入大直徑預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋(精軋螺紋鋼筋)；列入中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲以補(bǔ)充中等強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力筋的空缺，用于中、小跨度的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件；淘汰錨固性能很差的刻痕鋼絲。5箍筋用于抗剪、抗扭及抗沖切設(shè)計(jì)時(shí)，其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值收到限制，不宜采用強(qiáng)度高于400MPa級(jí)的鋼筋。當(dāng)用于約束混凝土的間接配筋(如連續(xù)螺旋配箍或封閉焊接箍)時(shí)，其高強(qiáng)度可以得到充分發(fā)揮，采用500MPa級(jí)鋼筋具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。6近年來，我國強(qiáng)度高，性能好的預(yù)應(yīng)力鋼筋(鋼絲、鋼絞線)已可充分供應(yīng)，故冷加工鋼筋不再列入本規(guī)范。

7原規(guī)范中有關(guān)軸心受拉和小偏心受拉構(gòu)件中的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)取值的注刪去，這是由于采用裂縫寬度計(jì)算控制，無須再限制強(qiáng)度值了。

注意常用普通鋼筋的選用原則：1縱向受力普通鋼筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500鋼筋，也可采用HPB300、HRB335、HRBF335、RRB400鋼筋；2梁、柱縱向受力普通鋼筋應(yīng)采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500鋼筋；3箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500鋼筋，也可采用HRB335、HRBF335鋼筋；4預(yù)應(yīng)力筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋。2.1.2鋼筋的強(qiáng)度與變形鋼筋的－曲線lPPA比例極限屈服強(qiáng)度極限抗拉強(qiáng)度o(N/mm2)fyfted流幅abc0.2%0.2(N/mm2)ooa－彈性階段a－比例極限b－屈服強(qiáng)度cd－強(qiáng)化階段d－極限抗拉強(qiáng)度de－頸縮階段0.2－條件屈服強(qiáng)度由力學(xué)性能不同分成：軟鋼：有明顯屈服臺(tái)階的鋼筋(熱軋鋼筋、冷拉鋼筋)硬鋼：無明顯屈服臺(tái)階的鋼筋(高強(qiáng)鋼絲、余熱處理鋼筋)鋼筋力學(xué)性能指標(biāo)：對于有明顯屈服臺(tái)階的軟鋼取屈服強(qiáng)度fy

作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)依據(jù)。對于無明顯屈服臺(tái)階的硬鋼取條件屈服強(qiáng)度0.2作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)依據(jù)。屈服強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度、伸長率、冷彎性能。強(qiáng)屈比：反映鋼筋的強(qiáng)度儲(chǔ)備，在抗震結(jié)構(gòu)中考慮到鋼筋可能進(jìn)入強(qiáng)化階段，要求fu/fy不小于1.25。取相應(yīng)于殘余應(yīng)變=0.2%時(shí)的應(yīng)力0.2作為名義屈服點(diǎn)。常取0.2=0.85fu。伸長率：（2002版《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》）0.2的定義：:::同一根鋼筋上述伸長率只反映斷口附近殘留變形大小，不反映鋼筋總伸長率情況。普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋在最大力下的總伸長率（均勻伸長率）：（2002版《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》）上式中第一項(xiàng)反映了鋼筋的塑性殘余變形，第二項(xiàng)反映了鋼筋在最大拉應(yīng)力下的彈性變形。鋼筋的徐變和松弛：徐變應(yīng)力不變，隨時(shí)間的增長應(yīng)變繼續(xù)增加松弛長度不變，隨時(shí)間的增長應(yīng)力降低對結(jié)構(gòu)，尤其是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不利的影響，需采取必要的措施冷彎性能：彎心直徑冷彎角度鋼筋的冷彎性能是檢驗(yàn)鋼筋韌性、內(nèi)部質(zhì)量和加工可適性的有效方法。鋼筋塑性愈好，構(gòu)件破壞前預(yù)兆愈明顯。

=90°,180°,反復(fù)彎曲要求：冷彎過程中無裂縫、鱗落或斷裂。D愈小，要求愈高。反復(fù)次數(shù)愈高，要求愈高。鋼筋的疲勞：鋼筋的疲勞強(qiáng)度：影響鋼筋疲勞強(qiáng)度的因素：鋼筋在承受重復(fù)、周期性的動(dòng)荷載作用下，經(jīng)過一定的次數(shù)后，從塑性破壞變成脆性破壞的現(xiàn)象。吊車梁、橋面板、軌枕等承受重復(fù)荷載的混凝土構(gòu)件，在正常使用期間會(huì)由于疲勞而發(fā)生破壞。指在某一規(guī)定的應(yīng)力幅內(nèi)，經(jīng)受一定次數(shù)（我國規(guī)定為200萬次）循環(huán)荷載后發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。疲勞應(yīng)力幅、最小應(yīng)力值的大小、鋼筋外表面幾何形狀、鋼筋直徑、鋼筋強(qiáng)度、試驗(yàn)方法等。2.1.3鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型sss=Essys,hfysss=Essys,hfyfs,us,us,usss=Essyfys,hfs,u有明顯流幅的鋼筋無明顯流幅的鋼筋§1.22.1.4鋼筋的冷加工性能

冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷軋。冷加工的目的：改變鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高鋼材強(qiáng)度，節(jié)約鋼筋。注意冷加工對鋼材性能的影響。(a)為冷拉，可采用冷拉控制應(yīng)力和冷拉率控制。冷拉后可提高鋼材的抗拉強(qiáng)度，不提高抗壓強(qiáng)度，且塑性下降。(b)為冷拔，經(jīng)過冷拔后鋼筋沒有明顯的屈服點(diǎn)和流幅，可同時(shí)提高鋼材的抗拉和抗壓強(qiáng)度，塑性降低很多。o冷拉控制應(yīng)力(N/mm2)冷拉率殘余變形o'abcc'd'd冷拉無時(shí)效冷拉經(jīng)時(shí)效(a)(b)d1d2Pd2d12.1.5混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求1）強(qiáng)度高（包括屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度），要求鋼筋有足夠的強(qiáng)度和適宜的強(qiáng)屈比(極限抗拉強(qiáng)度實(shí)測值與屈服強(qiáng)度實(shí)測值的比值)，推廣應(yīng)用500MPa級(jí)或400MPa級(jí)強(qiáng)度高、延性好的熱軋鋼筋，在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中推廣應(yīng)用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋。

2）塑性好：要求鋼筋應(yīng)有足夠的變形能力，具體用均勻伸長率滿足要求和冷彎性能合格來衡量。施工單位驗(yàn)收鋼筋是否合格的的主要指標(biāo)為：對有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋為屈服強(qiáng)度fy，極限抗拉強(qiáng)度fu，伸長率和冷彎性能四項(xiàng)；而對無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋則為極限抗拉強(qiáng)度fu，伸長率和冷彎性能三項(xiàng)。

3）可焊性好：要求鋼筋焊接后不產(chǎn)生裂縫和過大的變形，焊接接頭性能良好。

4）與混凝土有良好的粘結(jié)力：要求鋼筋與混凝土之間有足夠的粘結(jié)力，以保證兩者共同工作。變形鋼筋比光面鋼筋好§2.2混凝土混凝土的組份：水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不同等級(jí)的砼。骨料水泥結(jié)晶體水泥凝膠體彈性變形的基礎(chǔ)塑性變形的基礎(chǔ)混凝土的強(qiáng)度及變形隨時(shí)間、隨環(huán)境的變化而變化。

特點(diǎn):1）以固相為主，包含固體、液體、氣體的三相體；2）水化過程長，性能要很長時(shí)間才穩(wěn)定；3）水泥石收縮可形成微裂縫；4）受制作、養(yǎng)護(hù)、使用條件影響大。

2.2.1混凝土的強(qiáng)度（1）立方體的抗壓強(qiáng)度fcu（評定混凝土強(qiáng)度等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)）1.單軸受力狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度（強(qiáng)度等級(jí)）1.標(biāo)準(zhǔn)尺寸：150mm×150mm×150mm2.養(yǎng)護(hù)條件：20℃±3℃，濕度≥90%；28d3.加荷方法：加荷速度0.15～0.25MPa/s，墊板不涂油或墊橡膠板。4.強(qiáng)度保證率：95%，f=-1.645

承壓板試塊摩擦力不涂潤滑劑涂潤滑劑強(qiáng)度大于我國規(guī)范的處理方法：不涂潤滑劑壓力試件裂縫發(fā)展擴(kuò)張整個(gè)體系解體，喪失承載力另影響強(qiáng)度的因素還有：齡期、加載速率、試塊尺寸等試驗(yàn)方法：標(biāo)準(zhǔn)試塊：150×150×150非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100×100×100換算系數(shù)0.95200×200×200換算系數(shù)1.05立方體抗壓強(qiáng)度fcu立方體抗壓強(qiáng)度是區(qū)分混凝土強(qiáng)度等級(jí)的指標(biāo)，我國規(guī)范混凝土的強(qiáng)度等級(jí)有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60,C65，C70，C75，C80(高強(qiáng)混凝土），共14個(gè)等級(jí)。

表示混凝土Concrete立方體抗壓強(qiáng)度C—Concrete,單位：N/mm2或MPa。影響立方體抗壓強(qiáng)度的因素：內(nèi)因：如強(qiáng)度與水泥標(biāo)號(hào)、骨料品種、配合比等。外因：試驗(yàn)方法（箍套）、溫度、濕度、試件尺寸。由于尺寸效應(yīng)的影響：fcu(150)=0.95fcu(100)

fcu(150)=1.05fcu(200)注意問題：混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強(qiáng)度。因此抗壓強(qiáng)度是混凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標(biāo)?；炷恋膹?qiáng)度等級(jí)是用立方體抗壓強(qiáng)度來劃分的。混凝土強(qiáng)度等級(jí)的選用原則鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中素混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C15；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20；采用強(qiáng)度等級(jí)400MPa及以上的鋼筋時(shí)，混凝土等級(jí)強(qiáng)度不應(yīng)低于C25。

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中

混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C40，不應(yīng)低于C30。當(dāng)采用鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋時(shí)，不宜低于C40。承受重復(fù)荷載的鋼筋混凝土構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30。

補(bǔ)充：混凝土的選用原則混凝土的強(qiáng)度等級(jí)對鋼筋混凝土的抗震性能是有影響的：（1）強(qiáng)度等級(jí)低的混凝土，由于它與鋼筋之間的握裹能力小而易使鋼筋受力后引起滑移，影響構(gòu)件變形能力的增長；（2）若混凝土的強(qiáng)度等級(jí)過高而又無相應(yīng)措施時(shí)，則混凝土脆性明顯；（3）對于C50以上的高強(qiáng)度混凝土宜通過適當(dāng)?shù)呐浣顦?gòu)造措施，合理地提高配筋率等辦法來增大構(gòu)件的延性。LanzhouUniversityofTechnology（2）軸心抗壓強(qiáng)度fc按標(biāo)準(zhǔn)方法制作的150mm×l50mm×300mm的棱柱體試件，在溫度為20土3℃和相對濕度為90％以上的條件下養(yǎng)護(hù)28d，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的具有95％保證率的抗壓強(qiáng)度。對于同一混凝土，棱柱體抗壓強(qiáng)度小于立方體抗壓強(qiáng)度?？紤]到實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、養(yǎng)護(hù)和受力情況，實(shí)際構(gòu)件強(qiáng)度與試件強(qiáng)度之間存在差異，《規(guī)范》基于安全取偏低值，規(guī)定軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的換算關(guān)系為：fcu,k立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值即為混凝土強(qiáng)度等級(jí)fcu。高強(qiáng)混凝土的脆性影響系數(shù)

混凝土強(qiáng)度與試塊混凝土強(qiáng)度的修正系數(shù)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度之比值混凝土強(qiáng)度等級(jí)≤C40C45C50C55C60C65C70C75C80

c10.760.760.760.770.780.790.800.810.82

c21.000.9840.9680.9510.9350.9190.9030.8870.87

c1

和c2值對于非標(biāo)準(zhǔn)試件：非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100×100×300換算系數(shù)0.95200×200×400換算系數(shù)1.05對國外（美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會(huì)等）采用的圓柱體試件（d=150,h=300），有fc′=0.79fcu圓柱體抗壓強(qiáng)度我國建筑工程實(shí)際應(yīng)用的混凝土強(qiáng)度和鋼筋強(qiáng)度均低于發(fā)達(dá)國家。我國結(jié)構(gòu)安全度總體上比國際水平低，但材料用量并不少，其原因在于國際上較高的安全度是依靠較高強(qiáng)度的材料實(shí)現(xiàn)的。C15級(jí)的低強(qiáng)度混凝土僅限于素混凝土結(jié)構(gòu)，各種配筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)也普遍稍有提高。

C80以上的高強(qiáng)混凝土，目前雖偶有工程應(yīng)用但數(shù)量很少，且對其性能的研究尚不夠，故暫未列入。修訂規(guī)范還刪除了02版規(guī)范表注中受壓構(gòu)件尺寸效應(yīng)的規(guī)定。該規(guī)定源于前蘇聯(lián)規(guī)范，最近俄羅斯規(guī)范已經(jīng)取消。對離心混凝土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，應(yīng)按專門的標(biāo)準(zhǔn)取用，也不再列入。

LanzhouUniversityofTechnology2.軸心抗拉強(qiáng)度混凝土的抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度小得多，為抗壓強(qiáng)度，且不與抗壓強(qiáng)度成正比。測試方法：直接測試方法間接測試方法(彎折，劈裂)LanzhouUniversityofTechnology直接受拉試驗(yàn)ft100100150150500試驗(yàn)結(jié)果：ft=0.26fcu2/3考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，尺寸效應(yīng)，加荷速度等的影響，規(guī)范?。狠S心抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的折算系數(shù)

試驗(yàn)離散性的影響系數(shù)

試驗(yàn)離散性系數(shù)

上式中的系數(shù)0.395和指數(shù)0.55是根據(jù)原規(guī)范確定抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)再加上我國近年來對高強(qiáng)混凝土研究的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，統(tǒng)一進(jìn)行分析后得到的。fcu,kC15C20C25C30C35C40C45C50~C55C60~C80

δ0.210.180.160.140.130.120.120.110.10混凝土立方體強(qiáng)度變異系數(shù)δ值劈裂試驗(yàn)ft,sddftsFFFF我國根據(jù)100mm立方體的劈裂與抗壓試驗(yàn)結(jié)果有：fts=0.19fcu3/4混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度可以采用直接軸心受拉的試驗(yàn)方法來測定，但由于試驗(yàn)比較困難，目前國內(nèi)外主要采用圓柱體或立方體的劈裂試驗(yàn)來間接測試混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度。LanzhouUniversityofTechnology3.混凝土在復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度（1）混凝土的雙向受力強(qiáng)度雙向正應(yīng)力作用(如圖)1,2(壓－壓)強(qiáng)度增加1,2(拉－壓)強(qiáng)度降低1,2(拉－拉)強(qiáng)度基本不變0LanzhouUniversityofTechnology§1.2（2）混凝土在法向應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用下的復(fù)合強(qiáng)度拉-剪：抗剪強(qiáng)度隨拉應(yīng)力而降低；壓-剪：當(dāng)時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力提高而增大；當(dāng)時(shí)，內(nèi)部裂縫增加，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增加而降低。

注意：構(gòu)件受剪或受扭時(shí)常遇到剪應(yīng)力t和正應(yīng)力s共同作用下的復(fù)合受力情況。LanzhouUniversityofTechnology（3）混凝土三向受壓強(qiáng)度注意：三軸應(yīng)力狀態(tài)有多種組合，實(shí)際工程遇到較多的螺旋箍筋柱和鋼管混凝土柱中的混凝土為三向受壓狀態(tài)。三向受壓試驗(yàn)一般采用圓柱體在等側(cè)壓條件進(jìn)行。工程應(yīng)用：約束混凝土鋼管砼密配螺旋箍筋2002=50N/mm235N/mm212210N/mm21501005005101520251—2(N/mm2)1(‰)LanzhouUniversityofTechnology三向受壓時(shí)，強(qiáng)度增加，其最高強(qiáng)度不宜超過單軸抗壓強(qiáng)度的5倍?？v向受壓的混凝土，若約束混凝土的側(cè)向變形，也可以使混凝土的抗壓強(qiáng)度有較大提高。通過此點(diǎn)理解工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件中配置箍筋的作用。LanzhouUniversityofTechnology（4）混凝土的疲勞強(qiáng)度破壞重復(fù)荷載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線fcf321疲勞強(qiáng)度<fcfcf的確定原則：100×100×300mm或150×150×450mm的棱柱體試塊承受200萬次（或以上）循環(huán)荷載時(shí)發(fā)生破壞的最大壓應(yīng)力值。LanzhouUniversityofTechnology2.2.2混凝土的變形1.混凝土的受力變形（1）混凝土一次短期加載的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系混凝土單軸受力時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系反映了混凝土受力全過程的重要力學(xué)特征，是分析混凝土構(gòu)件應(yīng)力、建立承載力和變形計(jì)算理論的必要依據(jù)，也是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行非線性分析的基礎(chǔ)。LanzhouUniversityofTechnology§1.30→A:近似彈性

A→B:非線性

B→C:體積增大

C→F:破壞

不同強(qiáng)度等級(jí)的受壓混凝土棱柱體應(yīng)力—應(yīng)變曲線適當(dāng)簡化：OA–––彈性階段A:0.3fcAB–––彈塑性階段BC–––裂縫不穩(wěn)定階段:0.8fc～1.0fcCBDEfc00???Acu??:0.3fc～0.8fc

裂縫穩(wěn)定階段特征點(diǎn)：fc–––混凝土軸心抗壓強(qiáng)度0–––對應(yīng)于峰值點(diǎn)應(yīng)變《規(guī)范》0

=0.002cu

–––混凝土極限壓應(yīng)變《規(guī)范》cu

=0.0033LanzhouUniversityofTechnology◆中國《規(guī)范》應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系上升段：下降段：高強(qiáng)混凝土：↗，↘LanzhouUniversityofTechnology（2）混凝土在多次重復(fù)荷載下的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系如果我們將混凝土棱柱體試塊加荷使其壓應(yīng)力達(dá)到某個(gè)數(shù)值σ，然后卸荷至零，并把這一循環(huán)多次重復(fù)下去，就稱為多次重復(fù)荷載。我們通常把能使試件循環(huán)200萬次或次數(shù)稍多時(shí)發(fā)生破壞的壓應(yīng)力稱為混凝土的疲勞抗壓強(qiáng)度，用符號(hào)表示。LanzhouUniversityofTechnology（3）混凝土的彈性模量、變形模量和切線模量混凝土的彈性模量ccccep01原點(diǎn)切線模量（彈性模量）：拉壓相同變形模量（割線模量、彈塑性模量）切線模量彈性系數(shù)，反映了混凝土的彈塑性性質(zhì)。LanzhouUniversityofTechnology混凝土的彈性模量的試驗(yàn)方法（150×150×300標(biāo)準(zhǔn)試件）c/fcc0.55~10次此線和原點(diǎn)切線基本平行，取其斜率作為Ec混凝土的泊松比和剪切模量：混凝土的泊松比，在壓力較小時(shí)為0.15~0.18，接近破壞時(shí)可達(dá)0.5以上，一般可取0.2?；炷恋募羟心Ａ繛椋篖anzhouUniversityofTechnology

徐變（4）混凝土的徐變定義：混凝土在受到荷載作用后，在荷載（應(yīng)力）

不變的情況下，變形（應(yīng)變）隨時(shí)間而不斷增長的現(xiàn)象。特點(diǎn)：早期發(fā)展快，但可以延續(xù)數(shù)年。原因之一，膠凝體的粘性流動(dòng)原因之二，混凝土內(nèi)部微裂縫的不斷發(fā)展LanzhouUniversityofTechnology徐變性質(zhì)：線性徐變初應(yīng)力c0.5fc時(shí)，徐變與初應(yīng)力呈正比非線性徐變c>0.5fc當(dāng)c>0.8fc，徐變發(fā)展最終導(dǎo)致破壞作為混凝土的長期抗壓強(qiáng)度。

0.8fc徐變對結(jié)構(gòu)的影響：使構(gòu)件變形增大；在軸壓構(gòu)件中，使鋼筋應(yīng)力增加，混凝土應(yīng)力減??；在預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中，引起預(yù)應(yīng)力損失；在超靜定結(jié)構(gòu)中，使內(nèi)力發(fā)生重分布。徐變對混凝土結(jié)構(gòu)軸壓構(gòu)件的影響PAsPAss1c1Ps2Ass2P拆去，鋼筋受壓，混凝土受拉，可能會(huì)引起混凝土開裂徐變：s，c◆徐變的影響因素：內(nèi)在因素是混凝土的組成和配比。骨料(aggregate)的剛度（彈性模量）越大，體表比越大，徐變就越小。水泥用量越多，水灰比越大，徐變也越大。環(huán)境影響包括養(yǎng)護(hù)和使用條件。受荷前養(yǎng)護(hù)(curing)的溫濕度越高，水泥水化作用越充分，徐變就越小。采用蒸汽養(yǎng)護(hù)可使徐變減少（20~35）%。受荷后構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高，相對濕度越小，徐變就越大?；炷恋膽?yīng)力條件的影響：加荷時(shí)混凝土的齡期越長，徐變越??；混凝土的應(yīng)力越大，徐變越大。LanzhouUniversityofTechnology2.混凝土的收縮變形（1）混凝土的收縮混凝土在空氣中硬化時(shí)體積會(huì)縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形?；炷潦湛s會(huì)使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。收縮的性質(zhì)自由收縮約束收縮來自內(nèi)部的鋼筋約束來自支座的外部約束收縮對結(jié)構(gòu)的影響自由收縮一般不會(huì)引起拉應(yīng)力，故不會(huì)開裂約束收縮產(chǎn)生收縮拉應(yīng)力甚至開裂收縮的特點(diǎn)：早期快，可延續(xù)1～2年。蒸汽養(yǎng)護(hù)常溫養(yǎng)護(hù)051015200.10.20.30.4收縮(10–3)時(shí)間(月)LanzhouUniversityofTechnology◆影響因素

混凝土的收縮受結(jié)構(gòu)周圍的溫度、濕度、構(gòu)件斷面形狀及尺寸、配合比、骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)條件等許多因素有關(guān)。（1）水泥的品種：水泥強(qiáng)度等級(jí)越高，混凝土收縮越大。（2）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。（3）骨料的性質(zhì)：骨料彈性模量高、級(jí)配好，收縮就小。（4）養(yǎng)護(hù)條件：干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大。（5）混凝土制作方法：混凝土越密實(shí)，收縮越小。（6）使用環(huán)境：使用環(huán)境溫度、濕度越大，收縮越小。（7）構(gòu)件的體積與表面積比值：比值大時(shí)，收縮小。LanzhouUniversityofTechnology收縮對結(jié)構(gòu)的影響：當(dāng)收縮受到約束時(shí)，引起構(gòu)件開裂。減少收縮的措施：限制水泥用量；減小水灰比；加強(qiáng)振搗和養(yǎng)護(hù)；構(gòu)造鋼筋數(shù)量加強(qiáng)；設(shè)置變形縫；摻膨脹劑。AssAss收縮：

鋼筋受壓，混凝土受拉AsLanzhouUniversityofTechnology2.混凝土的收縮變形（2）混