三钢筋和混凝土力学性能3讲解.ppt

第四章 混凝土结构 第一节钢筋和混凝土材料的力学性能 一.混凝土结构的基本概念 概念： 由钢筋和混凝土结合在一起共同工作的材料，该材料可充分利用混凝土的抗压性能和钢筋的抗拉性能。 二.钢筋 4。复合受力状态下的混凝土强度 实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。 双轴应力状态 Biaxial Stress 四 钢筋与混凝土之间的粘接与锚固 钢筋和混凝土这两种材料结合在一起，在荷载、温度、收缩等外界因素作用下，能够共同工作，除了两者具有相近的线膨胀系数外，主要是由于混凝土硬化后，钢筋与它周围的混凝土之间产生了良好的粘结能力(或称锚固能力)。 强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。峰值应力fc所对应的应变ε0约为0.002左右，应力小于0.3fc时混凝土处于弹性阶段，混凝土内部几乎没有裂缝，0.3～0.8 fc之间，混凝土内部裂缝发展，但能保持稳定，大于0.8 fc混凝土内部裂缝发展很快，塑性变形显著增大，体积应变逐渐由压缩转为扩张。 ε0 不同强度混凝土的应力 - 应变关系曲线 fc 0.3fc 不涂润滑剂 涂润滑剂 ≈ 混凝土破坏机理 fc fcu ? ◆《规范》应力-应变关系 上升段： 下降段： ② 混凝土的弹性模量和变形模量 ◆弹性模量：通过应力应变曲线原点的切线斜率，用Ec表示，也叫原点模量。 ◆变形模量：在应力应变曲线上取一点，将该点与原点相连得到的直线的斜率，用E’c来表示，也叫割线模量。 割线模量 切线模量 弹性系数n 随应力增大而减小 n =1~0.5 原点切线模 ◆弹性模量测定方法 3.80 3.75 3.70 3.65 3.60 3.55 3.45 EC 3.35 3.25 3.15 3.00 2.80 2.55 2.20 EC C80 C75 C70 C65 C60 C55 C50 混凝土强度等级 C45 C40 C35 C30 C25 C20 C15 混凝土强度等级 混凝土弹性模量（×10-4N/mm2） 注释：《规范》表4.1.5 P17 2。混凝土的非受力变形 （1） 混凝土的徐变 混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。 徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。 不过，徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力（如支座不均匀沉降），减小大体积混凝土内的温度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。 与混凝土的收缩一样，徐变与时间有关。因此，在测定混凝土的徐变时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形。 在应力（≤0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变，随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增长较快，6个月可达最终徐变的（70~80）%，以后增长逐渐缓慢，2~3年后趋于稳定。 t 加荷瞬时应 变 徐变应变 残余应 变 ε 卸荷瞬时 恢复应变 卸 荷 后 弹性后效 ◆影响徐变得因素 内在因素是混凝土的组成和配比。骨料的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。 环境影响包括养护和使用条件。受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（20~35）%。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。 应力条件 初应力水平si /fc和加荷时混凝土的龄期t0，它们影响徐变的非常主要的因素。当初始应力水平si /fc ≤ 0.5时，徐变值与初应力基本上成正比，这种徐变称为线性徐变。 当初应力si 在(0.5~0.8) fc 范围时，徐变最终虽仍收敛，但最终徐变与初应力si不成比例，这种徐变称为非线性徐变。当初应力si 0.8fc 时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，徐变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。因此将0.8fc作为混凝土的长期抗压强度。 高强混凝土的密实性好，在相同的s /fc比值下，徐变比普通混凝土小得多。但由于高强混凝土承受较高的应力值，初始变形较大，故两者总变形接近。此外，高强混凝土线性徐变的范围可达0.65fc，长期强度约为0.85fc，也比普通混凝土大一些。 （2）混凝土的收缩变形 混凝土在水中硬化时体积会膨胀，但其值较小，对混凝土影响不大。 混凝土在空气中