第章混凝土结构材料的物理力学性能市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx
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1、主讲:付超电话:15939723200邮箱:混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第1页第第2 2章章 混凝土结构材料物理力学性能混凝土结构材料物理力学性能2.1混凝土物理力学性能2.2钢筋物理力学性能2.3钢筋与混凝土粘结2.4钢筋锚固第2页了解单轴和复合受力状态下混凝土强度和混凝土变形性能;混凝土结构对钢筋性能要求;了解钢筋强度和变形、级别、品种;熟悉掌握钢筋与混凝土共同工作原理。学习目:第3页学习要求:学习要求:了解单轴受力状态下混凝土强度标准检验方法,混凝土强度和强度等级;掌握混凝土在一次短期加载时变形性能,混凝土处于三向受压变形特点;(难)了解混凝土在重复荷载作用下变形性能;了解混凝土
2、弹性模量、徐变和收缩性能;(难)了解钢筋强度和变形、钢筋成份、级别和品种,混凝土结构对钢筋性能要求;掌握钢筋应力-应变关系曲线特点和数学模型,分清双直线和三折线模型所代表钢筋类型;(难)掌握钢筋和混凝土粘结性能。第4页2.1 2.1 混凝土强度和变形混凝土强度和变形2.1.1 2.1.1 混凝土组成混凝土组成 4组分:水泥、水、石子、砂;6组分:水泥、水、石子、砂,外掺料,高效减水剂;影响强度原因:龄期、加载速率、试块尺寸、约束条件等。混凝土(Concrete):简称“砼(tng)”,是指由胶凝材料将集料胶结成整体工程复合材料统称。第5页2.1.2 单轴受力状态下混凝土抗压强度1、立方体抗压强
3、度fcu承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂强度大于我国规范方法:不涂润滑剂。其中润滑剂只要起减小试件与压力机垫板间摩擦力作用,此时可忽略“套箍作用”影响,所测得抗压强度较低。压力试件裂缝发展扩张整个体系解体,丧失承载力。影响强度原因还有:龄期 、加载速率 、试块尺寸、约束条件等。承压面受竖向力和水平力作用,产生三维不均匀应力场:垂直中轴线上各点为显著三轴受压,四条垂直棱边靠近单轴受压,承压面水平周围为二轴受压,竖向表面上各点为二轴受压或二轴压/拉,内部各点则为三轴受压或三轴压/拉应力状态。受三维不均匀应力场影响实际受力非单轴受压。第6页标准试块:150150 150,在(20 3)温度和相对湿
4、度90%以上潮湿空气中养护28d,按照标准试验方法测得抗压强度作为混凝土立方体抗压强度。非标准试块:100100 100 换算系数 0.95 200200 200 换算系数 1.05立方体抗压强度是区分混凝土强度等级指标立方体抗压强度是区分混凝土强度等级指标,我国规范中混凝土强度等级有:C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80表示混凝土Concrete立方体抗压强度MPa1.立方体抗压强度fcu尺寸效应尺寸效应:同种混凝土试件,尺寸越小强度越高。立方体抗压试验意义立方体抗压试验意义不能代表混凝土在实际构件中受力状态;可作为衡
5、量混凝土强度水平和品质标准。第7页2、棱柱体抗压强度fc承压板试块标准试块:试件制作、养护、加载龄期和试验方法均与立方体试件标准试验相同。且混凝土棱柱体抗压强度随试件高厚比增大而单调下降,但h/b2后,强度值已改变不大,故标准尺寸为150150 300。非标准试块:100100 300,换算系数 0.95 200200 400,换算系数 1.05 考虑到承压板对试件约束,立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度,且有:fc=0.76fcu(试验结果);对国外(美国、日本、欧洲混凝土协会等)采取圆柱体试件(d=150,h=300),有 fc=0.79fcu 圆柱体抗压强度为了消除立方体试件两端局部应力和
6、约束变形影响,可改用棱柱体或圆柱体试件进行抗压试验。由SanVinent原理,加载面上不均匀垂直应力和总和为零水平应力,只影响试件端部局部范围(高度约等于试件宽度),中间部分已靠近于均匀单轴受压应力状态。棱柱体抗压强度=试件破坏荷载/试件截面积,也可称为轴心抗压强度。第8页2.1.2单轴受力状态下混凝土抗拉强度1、直接收拉试验ft(轴心抗拉强度)与混凝土构件开裂、变形,以及受剪、受扭、受冲切等承载力相关。试件为100mm100mm500mm柱体,破坏时试件中部产生横向裂缝,破坏截面上平均拉应力即为轴心抗拉强度破坏截面上平均拉应力即为轴心抗拉强度ft。第9页100100150150500试验结果
7、:ft=0.26fcu 2/3CEB-FIP MC90:考虑到构件和试件区分,尺寸效应尺寸效应,加荷速度等影响,取 ft=0.23fcu 2/3fcu,混凝土立方体和圆柱体抗压强度。ComiteEuro-InternationalduBeton.u 轴心抗拉强度轴心抗拉强度 ft 与立方体抗压强度与立方体抗压强度 fcu 关系关系轴心抗拉强度与立方体抗压强度不成线性关系,fcu越大,fcu /ft值越小值越小。线性回归:试件尺寸小者,实测抗拉强度偏高;尺寸较大者强度偏低。meanvalue第10页2、劈裂试验ftsddftsFFFF我国依据100mm立方体劈裂与抗压试验结果有:fts=0.19
8、fcu 因为混凝土内部不均匀性和安装试件偏差等原因,采取直接轴心受拉试验测定抗拉强度很困难。国内外常采取圆柱体或立方体劈裂试验间接测试混凝土轴心抗拉强度。依据弹性理论,轴心抗拉强度试验值:我国采取立方体试件,钢制垫条,国外为圆柱体试件,胶木垫条。对于同一混凝土,轴拉试验和劈拉试验对于同一混凝土,轴拉试验和劈拉试验测得抗拉强度并不相同。测得抗拉强度并不相同。第11页3、混凝土强度标准值规范规范对标准值要求:对标准值要求:要求材料强度标准值fk应含有大于95%确保率第12页混凝土轴心抗压强度标准值fck与混凝土强度等级关系为:混凝土轴心抗拉强度标准值ftk与混凝土强度等级关系为:立方体抗压强度标准
9、值棱柱体抗压强度平均值标准立方体抗压强度平均值第13页2.1混凝土强度和变形2.1.3复合受力状态下混凝土强度1、双轴应力下强度1.01.01.21.2-0.2-0.22/fc1/fc拉压/fc/fc0.20.1-0.10.00.61.0单轴抗拉强度单轴抗压强度I象限(双轴受拉)影响不大;III象限(双轴受压)增大;、象限抗压、抗拉强度随拉应力增加而减小;抗剪强度随压应力增加先增后减,随拉应力增加而减小;I III0单轴向受力状态下混凝土强度。fc混凝土轴心抗压强度。1122单轴单轴受拉受拉单轴单轴受压受压实际结构中,混凝土极少处于单向受力状态抗拉强度随剪应力存在而减小。第14页2、三向受压时
10、混凝土强度1=fcc1=fcc2=3=fLfL-静止水压力圆柱体试验有侧向约束时抗压强度无侧向约束时圆柱体单轴抗压强度侧向约束压应力侧向压力系数第15页2.1混凝土强度和变形2.1.4混凝土变形1、变形类型受力变形受力变形混凝土在一次短期加载、长久加载或屡次重复荷载作用下产生变形;体积变形体积变形指因为混凝土收缩以及温度和湿度改变所产生变形。第16页(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810 单轴受压时应力-应变关系:作用是:峰值应力后,吸收试验机变形能,测出下降段。2、一次短期加载下混凝土变形性能 一次短期加载是指荷载从零开始单调增加至试件破坏,也称单调加载单调加载
11、。a百分比极限点;b临界点;c峰值点;d拐点(凹-凸);e收敛点(曲率最大)。deo读音“epsilon”第17页(1)OA段应力较小,混凝土变形主要是骨料和水泥结晶体受力产生弹性变形,应力-应变关系靠近直线;(2)AB段裂缝稳定扩展阶段,除混凝土本身变形外,还有水泥胶体粘性流动以及初始微裂缝影响。(3)BC段进入裂缝快速发展不稳定状态,其中通常取峰值应力max作为混凝土棱柱体抗压强度试验值fc0,对应应变为峰值应变,普通取0210-3。(4)CD段峰值应力以后,裂缝快速发展,试件平均应力强度下降。曲线出现拐点,超出拐点后,只靠骨料间咬协力及摩擦力与残余承压面来承受荷载。(5)DE段随变形增加
12、,应力-应变曲线逐步凸向应变轴方向,构件出现贯通主裂缝,承载能力已经很小。此段曲线中曲率最大一点E称为收敛点。(6)EF段对于无侧向约束收敛段EF已失去结构意义,即结构已失去稳定。温度和混凝土收缩时在混凝土内部骨料和胶结物界面上产生第18页不一样强度混凝土应力-应变关系曲线混凝土强度对应力混凝土强度对应力-应变关系影响应变关系影响混凝土强度等级越高:-曲线中线弹性段越长;峰值应变0有所增大;脆性越显著,下降段越陡。第19页(1)单轴受压时应力-应变关系-国外模型u=0.00380=0.002ocfcc0.15fcu=0.00350=0.002ocfcc美国Hognestad模型德国Rsch模型
13、第20页(2)单轴受压时应力-应变关系-中国规范u0ocfcc第21页(3)侧向受约束(三向受压)时混凝土变形特点fcc有侧向约束时试件轴心抗压强度;fc 无侧向约束时试件轴心抗压强度;由试验可知,当混凝土试件受到约束时,可提升其抗压强度及延性当混凝土试件受到约束时,可提升其抗压强度及延性。试验中试验中静水压力;工程中静水压力;工程中密排螺旋筋或箍筋密排螺旋筋或箍筋。第22页混凝土微裂缝发展将造成横向变形增大,若对横向变形加以约束,就能够限制微裂缝发展,从而可提升混凝土抗压强度。u 约束混凝土概念提出约束混凝土概念提出经过配置螺旋箍筋,来约束混凝土横向变形,从而提升混凝土约束混凝土横向变形,从
14、而提升混凝土抗压强度和变形能力抗压强度和变形能力。变形能力提升对于抗震结构十分主要。当应力较小时,横向变形小,箍筋约束作用不显著;当应力超出时,混凝土侧向膨胀使螺旋箍筋产生环向拉应力,其反力使横向变形受到约束,从而提升了混凝土强度和变形能力。第23页(4)混凝土变形模量1)弹性模量弹性模量E EC C:拉、压时相同指应力-应变曲线在原点切线斜率,亦称为原点切线模原点切线模量量。该模量仅适合用于应力小于A情况。因为混凝土受压应力-应变关系是一条曲线,在不一样应力阶段,应力/应变式变数,所以不能称为弹性模量,而称其为变形模量。第24页 混凝土弹性模量EC试验方法(150150 300标准试件)c/
15、fcc0.5510次此线和原点切线基本平行,取其斜率作为Ecu0怎样确定:对标准尺寸150150300棱柱体试件,先加载至=0.5fc,然后卸载至零,再重复加载卸载510次,以期消除残余变形影响,最终应力应变关系逐步趋于直线。第25页当混凝土进入塑性阶段,初始弹性模量已不能反应其应力-应变关系,此时可用割线模量或切线模量来进行表示。第26页2)变形模量 (割线模量、弹塑性模量)指应力-应变曲线上任一点处割线斜率。当应力大于A(A点为百分比极限点),可采取该模量计算混凝土变形。当受压时,=0.51.0;受拉破坏时,=1.0第27页3)切线模量在混凝土应力-应变曲线上任一点应力为c处作一切线,切线
16、与横坐标轴交角为,则该处应力增量与应变增量比值称为应力c处混凝土切线模量,即:混凝土切线模量随应力增大而减小。第28页(5)混凝土泊松比和剪切模量 混凝土泊松比泊松比,指横向应变与纵向应变之比值,也叫横向变性系数,是反应材料横向变形弹性常数。当压力较小时为0.150.18,靠近破坏时可达0.5以上,普通可取0.2;混凝土剪切模量剪切模量为:第29页(6)轴向受拉时混凝土应力-应变关系理论模型理论模型oa段:当(0.40.6)ft时,混凝土变形按百分比增加;ac段:出现少许塑性变形,应变增加稍快,曲线微凸,并出现峰值;ce段:曲线进入下降段,裂缝逐步沿截面周围贯通,截面残余承载力为未开裂面积和裂
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