02_混凝土结构材料的物理力学性能分析.ppt

第2章 混凝土结构材料的物理力学性能 主要内容 1、混凝土的物理力学性能 2、钢筋的物理力学性能 3、混凝土和钢筋的粘结 2.1 混凝土的物理力学性能 混凝土的组份： 水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不同等级的砼。 骨料 水泥结晶体 水泥凝胶体 混凝土的强度及变形随时间、随环境的变化而变化。 通常把混凝土的结构分为三种类型： 微观结构：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。 亚微观结构：即混凝土中的水泥砂浆结构。 宏观结构：即砂浆和粗骨料两组分体系。 注意： 1.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； 2.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。 砼试件大小和形状、荷载的性质和受力条件，均影响混凝土的强度 单向应力状态下的强度 立方体抗压强度 轴心抗压强度 轴心抗拉强度 复合应力状态下的强度 双向受力强度 三向受压强度 一、单轴向应力状态下的砼强度 1.混凝土的立方体抗压强度fcu,k 和强度等级 我国将立方体抗压强度值作为混凝土强度的基本指标，并作为评定砼强度等级的标准。 标准试验条件：边长、温度、湿度、养护时间 混凝土强度等级： 是按立方体抗压强度标准值确定的 共14级，用C表示：C15, C20, …C50,…C75,C80。 例如 C20, 表示为 fcu,k＝20N/mm2 影响立方体抗压强度的因素 1）试验方法： 不涂润滑剂与涂润滑剂：套箍作用 我国规定的标准试验方法是不涂润滑剂的 2）加载速度：速度越快，强度越高。 3）混凝土龄期：随龄期的增长而提高。 4）试件尺寸：尺寸越小，强度越高 2.混凝土的轴心抗压强度fck、fc 用标准棱柱体试件（150 ×150 × 300 mm3），采用标准试验方法（与立方体相同）测定的混凝土抗压强度――轴心抗压强度。 一般认为当 h / b = 2~3 时，可以消除摩擦力的影响，并能避免偏压的情形，中间为纯压状态，接近实际情况。 fcu,k与fck的关系如何？ 试验研究发现 fck/ fcu,k≈0.70～0.92 《规范》偏安全的给出之间的关系为： fck ＝0.88α1α2 fcu,k α1——棱柱体与立方体抗压强度比值，≤C50取0.76，C80取0.82，中间插值。 α2——高强混凝土的脆性折减系数， ≤C40取1.0，C80取0.87，中间插值。 0.88——考虑实际构件与试件混凝土之间的差异而取的折减系数。 不同国家试验形状及尺寸有差异。 3.混凝土的轴心抗拉强度ftk、ft 一般只为抗压强度的 1/17 ~ 1/8。 砼强度越高，这个比值越小。 测试方法： 轴心受拉试验（直接） 劈裂试验（间接） 通过试验分析，《规范》给出轴心抗拉强度标准值与立方体抗压强度标准值的关系 ftk=0.88×0.395fcu,k0.55(1-1.645δ)0.45×α2 式中：δ为变异系数，其它符号意义同前 注意： fck ＝0.88α1α2 fcu,k ftk=0.88×0.395fcu,k0.55(1-1.645δ)0.45×α2 在以后实际计算时，fck、ftk不用上式计算，当混凝土强度等级一定时，直接查表， 见附录2。 二、复合应力下砼的强度 实际上混凝土构件都处于复合应力状态 梁既受M又受V 柱同时受M、N、V 节点更复杂 所以需研究复合应力状态下混凝土的强度。 1.两法向应力σ1和σ2作用 2.法向应力σ和剪应力τ作用 “压剪状态” ： 压应力低时，抗剪强度随压应力的增大而增大，当压应力超过0.6fc’ 时，抗剪强度随压应力的增大而减小。 也就是说：由于剪应力存在，混凝土的抗压强度低于单向抗压强度。 “拉剪状态”： 抗剪强度随拉应力增大而减小。 也就是说：由于剪应力存在，混凝土的抗拉强度降低。 3.三向受压状态 混凝土在三向受压时，由于侧向压应力的约束作用，最大的主压应力轴的抗压强度大大增大。 试验经验公式： 实际工程中，配有螺旋钢 箍柱、钢管混凝土柱等都 是利用此性质，强度、延 性大大提高 “套箍作用” 三、砼的变形 混凝土的变形分为: 一次短期加载作用 1. 混凝土的受力变形 长期荷载作用 重复荷载作用