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1、第1章混凝土结构的材料性能第1页，本讲稿共80页第一章第一章 混凝土结构的材料性能混凝土结构的材料性能 混混凝凝土土结结构构主主要要用用钢钢筋筋和和混混凝凝土土材材料料制制作作而而成成。为为了了合合理理地地进进行行混混凝凝土土结结构构设设计计，需需要要深深入入地地了了解解混混凝凝土土和和钢钢筋筋的的受受力力性性能能。对对混混凝凝土土和和钢钢筋筋力力学学性性能能、相相互互作作用用和和共共同同工工作作的的了了解解，是是掌掌握握混混凝凝土土结结构构构构件件性性能能并并对对其其进进行行分分析与设计的基础。析与设计的基础。第2页，本讲稿共80页1.1 钢筋 1.1.1 钢筋的品种和性能钢筋的品种和性能一
2、、分类一、分类1.按加工方法分：按加工方法分：热热轧轧钢钢筋筋、热热处处理理钢钢筋筋、中中高高强强钢钢丝丝、钢钢绞绞线线、冷加工钢筋冷加工钢筋2.按使用用途分：按使用用途分：普通钢筋、预应力钢筋普通钢筋、预应力钢筋3.按化学成分分：按化学成分分：低碳钢钢筋、普通低合金钢钢筋低碳钢钢筋、普通低合金钢钢筋4.按按力力学学性性能能分分：有有明明显显屈屈服服点点钢钢筋筋（“软软钢钢”）、无明显屈服点钢筋（无明显屈服点钢筋（“硬钢硬钢”）5.按钢筋表明形状分：按钢筋表明形状分：光面钢筋光面钢筋、变形钢筋变形钢筋第3页，本讲稿共80页(1)热轧钢筋热轧钢筋 热轧钢筋是钢厂用热轧钢筋是钢厂用普通低碳钢普通低
3、碳钢(含碳含碳 量不大于量不大于0.25)和和普通低合金钢普通低合金钢(合金合金元素不大于元素不大于5)制成。制成。其常用种类、代表符号和直径范围如其常用种类、代表符号和直径范围如表表 1-1所示。所示。第4页，本讲稿共80页强度等级代号强度等级代号钢种钢种符号符号d d/mm/mmHPB235HPB235Q235Q235（低碳钢）（低碳钢）6 62020HRB335HRB33520MnSi20MnSi（低合金钢）（低合金钢）6 65050HRB400HRB40020MnSiV,20MnSiNb,20MnTi20MnSiV,20MnSiNb,20MnTi（低合金钢）（低合金钢）6 65050R
4、RB400RRB400K20MnSiK20MnSi（低合金钢）（低合金钢）8 84040HPB235为热轧为热轧光面光面钢筋，钢筋，普通钢筋普通钢筋，“软钢软钢”HRB335和和HRB400是热轧是热轧变形变形钢筋，钢筋，普通钢筋普通钢筋，“软钢软钢”RRB400是是余余热热处处理理钢钢筋筋余余热热处处理理钢钢筋筋是是将将屈屈服服强强度度相相当当于于HRB335的的钢钢筋筋在在轧轧制制后后穿穿水水冷冷却却，然然后后利利用用芯芯部部的的余余热热对对钢钢筋筋表表面面的的淬淬水水硬硬壳壳回回火火处处理理而而成成的的变变形形钢钢筋筋。其其性性能能接接近近于于 HRB400级级钢钢筋筋，但但不不如如 H
5、RB400级级钢钢筋筋稳稳定定，焊焊接接时时钢钢筋筋回回火火强强度度有有所所降降低低，因因此此应应用用范范围围受到限制。受到限制。表表1-1 常用热轧钢筋的种类、代表符号和直径范围常用热轧钢筋的种类、代表符号和直径范围 第5页，本讲稿共80页 在在公公路路桥桥涵涵工工程程中中，热热轧轧光光面面钢钢筋筋用用R235表表示示，余余热热处处理理钢钢筋用筋用KL400表示表示。钢钢筋筋的的直直径径范范围围并并不不表表示示在在此此范范围围内内任任何何直直径径的的钢钢筋筋钢钢厂厂都都生产生产。钢钢厂厂提提供供的的钢钢筋筋直直径径为为6 mm，6.5 mm，8 mm，8.2 mm，10 mm，12 mm，1
6、4 mm，16 mm，18 mm，20 mm，22 mm，25 mm，28 mm，32 mm，36 mm，40 mm和和 50 mm。其其中中，d=8.2 mm的的钢钢筋筋仅仅适适用用于于有有纵纵肋肋的的热热处处理理钢钢筋筋。设设计计时时，应应在在表表1-1的的直直径径范范围围和和上上述述提提供供的的直直径径内内选选择择钢钢筋筋。直直径径大大于于40 mm的的钢钢筋筋主主要要用用于于大大坝坝一一类类大大体体积积混混凝凝土土结结构构中中。当当采采用用直直径径大大于于40 mm的的钢钢筋筋时，应有可靠的工程经验。时，应有可靠的工程经验。第6页，本讲稿共80页钢钢筋筋表表面面形形状状的的选选择择取取
7、决决于于钢钢筋筋的的强强度度。为为了了使使钢钢筋筋的的强强度度能能够够充充分分地地利利用用，强强度度越越高高的的钢钢筋筋要要求求与与混混凝凝土土粘粘结结的的强强度度越越大大。提提高高粘粘结结强强度度的的办办法法是是将将钢钢筋筋表表面面轧轧成成有有规规律律的的凸凸出出花花纹纹，称称为为变变形形钢钢筋筋。HPB235钢钢筋筋的的强度低，表面做成光面即可强度低，表面做成光面即可(图图1-1a)其其余余级级别别的的钢钢筋筋强强度度较较高高，表表面面均均应应做做成成带带肋肋形形式式。变变形形钢钢筋筋的的表表面面形形状状，我我国国以以往往长长期期采采用用螺螺旋旋纹纹和和人人字字纹纹两两种种(图图1-1b，
8、c)，表表面面花花纹纹由由两两条条纵纵助助和和螺螺旋旋形形横横助助或或人人字字形形横横肋肋组组成成。鉴鉴于于这这种种形形式式的的横横肋肋较较密密，消消耗耗于于肋肋纹纹的的钢钢材材较较多多，纵肋和横肋相交，容易造成应力集中，纵肋和横肋相交，容易造成应力集中，第7页，本讲稿共80页对对钢钢筋筋的的动动力力性性能能不不利利，故故近近几几年年来来我我国国已已将将变变形形钢钢筋筋的的肋肋纹纹改改为为月月牙牙纹纹(图图1-1d)。月月牙牙纹纹钢钢筋筋的的特特点点是是横横肋肋呈呈月月牙牙形形，与与纵纵肋肋不不相相交交，且且横横肋肋的的间间距距比比老老式式变变形形钢钢筋筋大大，故故可可克克服服老老式式钢钢筋筋
9、的的缺缺点点，而而粘粘结结强强度度降低不多降低不多。(2)热轧钢筋的力学性能热轧钢筋的力学性能 应力应力应变曲线的一般特征应变曲线的一般特征热热轧轧钢钢筋筋具具有有明明显显的的屈屈服服点点和和屈屈服服台台阶阶(图图1-2)。根根据据热热轧轧钢钢筋筋应应力力应应变变曲曲线线的的基基本本特特征征，在在建建立立钢钢筋筋混混凝凝土土构构件件截截面面承承载载力力计计算算理理论论时时作作了了如如下下两两点点简化：简化：A.忽忽略略从从比比例例极极限限到到屈屈服服点点之之间间钢钢筋筋微微小小的的塑塑性性应应变变，即即假假设设钢钢筋筋应应力力不不大大于于屈屈服服点点时时应应力力-应应变变关关系系-直服从胡克定
10、律，处于理想弹性阶段；直服从胡克定律，处于理想弹性阶段；第8页，本讲稿共80页B.不不利利用用应应力力强强化化阶阶段段，假假设设钢钢筋筋混混凝凝土土构构件件截截面面达达到到破破坏坏时时，钢筋拉应力保持为屈服点钢筋拉应力保持为屈服点 应力，应变则处于流幅以内。应力，应变则处于流幅以内。通通常常热热轧轧钢钢筋筋也也称称为为“软软钢钢”。经经上上述述简简化化后后，热热轧轧钢钢筋筋的的应应力力-应应变变关关系系可可简简化化为为图图1-3所所示示的的曲曲线线(图图中中fy为为钢钢筋筋抗抗拉拉强强度度设设计计值值)。第9页，本讲稿共80页塑性性能塑性性能A.伸伸长长率率-试试件件断断裂裂前前的的永永久久变
11、变形形与与原原标标定定长长度度的的百百分比分比.伸伸长长率率是是衡衡量量钢钢筋筋塑塑性性性性能能的的一一个个指指标标，伸伸长长率率越越大大，塑塑性性越越好好。伸伸长长率率用用表表示示，我我国国以以往往用用钢钢筋筋试试样样拉拉断断后后断断口口两两侧侧的的残残留留应应变变(用用百分率表示百分率表示)作伸长率，即作伸长率，即(1-1)式中式中l钢筋拉伸试验试件的应变量测标距；钢筋拉伸试验试件的应变量测标距；l试件经拉断并重新拼合后量测断口两侧的试件经拉断并重新拼合后量测断口两侧的 标距，即产生残留伸长后的标距。标距，即产生残留伸长后的标距。第10页，本讲稿共80页(1-2)B.冷冷弯弯试试验验。冷冷
12、弯弯试试验验是是检检验验钢钢筋筋塑塑性性的的另另-种种方方法法。伸伸长长率率一一般般不能反映钢材脆化的倾向。不能反映钢材脆化的倾向。为为了了使使钢钢筋筋在在弯弯折折加加工工时时不不致致断断裂裂和和在在使使用用过过程程中中不不致致脆脆断断，应应进进行行冷冷弯弯试试验验，并并保保证证满满足足规规定定的的指指标标。冷冷弯弯试试验验的的示示意意图图如图如图1-5。图中。图中D称为弯心直径；称为弯心直径；为冷弯角度。为冷弯角度。冷冷弯弯试试验验的的合合格格标标准准为为在在规规定定的的D和和下下冷冷弯弯后后的的钢钢筋筋应应无无裂裂纹纹、鳞落或断裂现象。鳞落或断裂现象。第11页，本讲稿共80页强度及弹性模量
13、强度及弹性模量热轧钢筋的强度以屈服点应力为依据热轧钢筋的强度以屈服点应力为依据。为为什什么么不不采采用用极极限限抗抗拉拉强强度度为为依依据据？这这是是因因为为钢钢筋筋应应力力超超过过屈屈眼眼点点后后将将产产生生过过大大的的应应变变，导导致致混混凝凝土土的的裂裂缝缝将将过过宽宽。但但是是作作为为一一种种安安全全储储备备，钢钢筋筋的的极极限限抗抗拉拉强强度度仍仍有有重重要要意意义义。即即通通常常希希望望构构件件的的某某个个(或或某某些些)截截面面已已经经破破坏坏时时，钢钢筋筋仍仍不不致致被被拉拉断断而而造造成成整整个个结结构构倒倒塌塌。要要求求钢钢筋筋的的屈屈服服应应力力不不低低于于规规定定值值。
14、而而且且“屈屈服服应力极限抗拉强度应力极限抗拉强度”值值(通常称为通常称为“屈强比屈强比”)不宜过大。不宜过大。钢筋强度用钢筋强度用标准值标准值和和设计值设计值表示。表示。规规范范取取具具有有95以以上上的的保保证证率率的的屈屈服服强强度度作作为为钢钢筋筋的的强强度度标准值标准值fyk。钢钢筋筋强强度度的的设设计计值值fy等等于于钢钢筋筋强强度度标标准准值值除除以以材材料料分分项项系系数数s，即即 第12页，本讲稿共80页(1-3)由由于于钢钢材材的的均均质质性性较较好好，质质量量波波动动较较小小，因因此此，建建筑筑工工程程规规范范对对各各种种热热轧轧钢钢筋筋统统-取取s=1.10。公公路路桥
15、桥涵涵工工程程的的可可靠靠度度要要求求比建筑工程高一些，取比建筑工程高一些，取s=1.20。建建筑筑工工程程的的热热轧轧钢钢筋筋强强度度标标准准值值见见附附表表2-1，设设计计值值见见附附表表2-3，弹弹性性模模量量见见附附表表2-5。公公路路桥桥涵涵工工程程的的热热轧轧钢钢筋筋强强度度标标准准值值见见附表附表10-4，设计值见附表，设计值见附表10-6，弹性模量见附表，弹性模量见附表10-8。钢钢筋筋的的强强度度标标准准值值用用于于正正常常使使用用极极限限状状态态的的验验算算，设设计计值值用用于于承载能力极限状态的计算承载能力极限状态的计算。第13页，本讲稿共80页2.中、高强钢丝和钢绞线中
16、、高强钢丝和钢绞线中中、高高强强钢钢丝丝直直径径为为410 mm，捻捻制制成成钢钢绞绞线线后后也也不不超超过过15.2 mm。钢钢丝丝外外形形有有光光面面、刻刻痕痕、月月牙牙肋肋及及螺螺旋旋肋肋几几种种，而而钢钢绞绞线线则则为为绳绳状状，由由2股股、3股股或或7股股钢钢丝丝捻捻制制而而成成，均均可可盘盘成成卷卷状状。刻刻痕钢丝、螺旋肋钢丝和绳状钢绞线的形状如图痕钢丝、螺旋肋钢丝和绳状钢绞线的形状如图1-6所示。所示。第14页，本讲稿共80页中中、高高强强钢钢丝丝和和钢钢绞绞线线均均无无明明显显的的屈屈眼眼点点和和屈屈服服台台阶阶，也也称称为为“硬硬钢钢”，其其抗抗拉拉强强度度很很高高：中中强强
17、钢钢丝丝的的抗抗拉拉强强度度为为8001370 MPa，高高强强钢钢丝丝、钢钢绞绞线线的的抗抗拉拉强强度度为为 14701860 MPa。伸伸长长率率则则很很小小，100=3.54。中中、高高强强钢钢丝丝和和钢钢绞绞线线的的应应力力-应应变变特特征征如如图图1-7所所示示。图图中中0.2为为对对应应于于残残余余应应变变为为0.2的的应应力力，称称之之为为无无明明显屈服点钢筋的条件屈服点。显屈服点钢筋的条件屈服点。第15页，本讲稿共80页中、高强钢丝和钢绞线用作预应力混凝土结构的钢筋。中、高强钢丝和钢绞线用作预应力混凝土结构的钢筋。在在预预应应力力混混凝凝土土结结构构中中，除除了了采采用用中中、
18、高高强强钢钢丝丝外外，还还采采用热处理钢筋。用热处理钢筋。热热处处理理钢钢筋筋是是将将强强度度很很高高的的热热轧轧钢钢筋筋经经过过加加热热、淬淬火火和和口口火火等等调调质质工工艺艺处处理理的的热热轧轧钢钢筋筋。其其抗抗拉拉强强度度为为1470MPa，伸伸长长率率106，无无明显的屈服点和屈服台阶。明显的屈服点和屈服台阶。中中、高高强强钢钢丝丝和和钢钢绞绞线线的的强强度度标标准准值值取取具具有有95以以上上保保证证率率的的抗抗拉拉强强度度值值。设设计计值值取取条条件件屈屈服服点点除除以以分分项项系系数数s。条条件件屈屈服服点点不不小小于于抗抗拉拉强强度度的的85，建建筑筑工工程程中中取取材材料料
19、分分项项系系数数s=1.20，公公路路桥桥涵涵工工程程中中取取s=1.25。建建筑筑工工程程规规范范中中，中中高高强强钢钢丝丝、钢钢绞绞线线和和热热处处理理钢钢筋筋的的代代表表符符号号、直直径径范范围围、强强度度标标准准位位见见附附表表2-2，设设计计值值见见附附表表2-4，弹弹性性模模量量见见附附表表2-5。公公路路桥桥涵涵规规范范中中，中中高高强强钢钢丝丝、钢钢绞绞线线和和精精制制螺螺纹纹钢钢筋筋的的强强度度标标准准值值见见附附表表10-5，设设计计值值见见附附表表10-7，弹性模量见附表，弹性模量见附表10-8。第16页，本讲稿共80页3.冷加工钢筋冷加工钢筋冷冷加加工工钢钢筋筋是是指指
20、在在常常温温下下采采用用某某种种工工艺艺对对热热轧轧钢钢筋筋进进行行加加工工得得到到的的钢钢筋筋。常常用用的的加加工工工工艺艺有有冷冷拉拉、冷冷拔拔、冷冷轧轧和和冷冷轧轧扭扭四四种种。其其目目的的都都是是为为了了提提高高钢钢筋筋的的强强度度，以以节节约约钢钢材材。但但是是，经经冷冷加加工工后后的的钢钢筋筋在在强强度度提提高高的的同同时时，延延伸伸率率显显著著降降低低，除除冷冷拉拉钢钢筋筋仍仍具具有有明明显显的的屈屈服服点点外外，其其余余冷冷加加工工钢钢筋筋均均无无明明显显屈服点和屈服台阶。屈服点和屈服台阶。(1)冷拉钢筋冷拉钢筋第17页，本讲稿共80页第18页，本讲稿共80页(2)冷拔钢筋冷拔
21、钢筋冷冷拔拔是是将将钢钢筋筋用用强强力力拔拔过过比比其其直直径径小小的的硬硬质质合合金金拨拨丝丝模模(图图1-9)。这这时时钢钢筋筋受受到到纵纵向向拉拉力力和和横横向向压压力力的的作作用用，内内部部结结构构发发生生变变化化，截截面面变变小小而而长长度度增增加加。经经过过几几次次冷冷拔拔，钢钢筋筋强强度度比比原原来来的的有有很很大大提提高高，但但塑塑性性则则显显著著降降低低。且且没没有有明明显显的的屈屈服服点点(图图1-10)。冷冷拔拔可可以以同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度。同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度。第19页，本讲稿共80页冷冷拔拔低低碳碳钢钢丝丝为为光光圆圆钢钢丝丝，直直径径为为3
22、mm，4 mm，5 mm，强强度度为为550 MPa，650 MPa和和750MPa三三种种。其其中中，550 MPa冷冷拔拔低低碳碳钢钢丝丝用作非预应力钢筋，其余用作预应力钢筋。用作非预应力钢筋，其余用作预应力钢筋。(3)冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋冷冷轧轧带带肋肋钢钢筋筋是是以以低低碳碳钢钢筋筋或或低低合合金金钢钢筋筋为为原原材材料料，在在常常温温下下进进行行轧轧制制而而成成的的表表面面带带有有纵纵肋肋和和月月牙牙纹纹横横肋肋的的钢钢筋筋(图图1-11)。它它的的极极限限强强度度与与冷冷拔拔低低碳碳钢钢丝丝相相近近，但但伸伸长长率率比比冷冷拔拔低低碳碳钢钢丝丝有有明明显显提提高高。用用这这种种
23、钢钢筋筋逐逐步步取取代代普普通通低低碳碳钢钢筋筋和和冷冷拔拔低低碳碳钢钢丝丝，可可以以改改善善构构件件在在正正常常使使 用用阶阶段段的的受受力性能和力性能和第20页，本讲稿共80页节节省省钢钢材材。冷冷轧轧带带肋肋钢钢筋筋的的直直径径从从412mm，按按0.5mm变变化化；其其抗抗 拉拉 强强 度度 分分 别别 为为550MPa，650MPa，800MPa，970MPa和和 1170MPa几几种种。其其中中，550MPa的的冷冷轧轧带带肋肋钢钢筋筋用用作作非非预预应应力力钢钢筋筋，其其余的用作预应力钢筋余的用作预应力钢筋。(4)冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋冷冷轧轧扭扭钢钢筋筋是是以以热热轧轧光光面面钢
24、钢筋筋HPB 235为为原原材材料料，按按规规定定的的工艺参数，经钢筋冷轧扭机一次加工轧扁扭曲呈连续螺工艺参数，经钢筋冷轧扭机一次加工轧扁扭曲呈连续螺旋旋状状的的冷冷强强化化钢钢筋筋(图图 1-12)。其其规规格格按按原原材材料料直直 径径 中中 6.5，8，10和和12分分别别有有r6.5，r8，r10和和r12，抗抗拉拉强强度度标标准准值值为为600 Nmm2。第21页，本讲稿共80页冷冷拔拔低低碳碳钢钢丝丝、冷冷轧轧带带肋肋钢钢筋筋和和冷冷轧轧扭扭钢钢筋筋都都有有专专门门的的设计与施工规程，供设计与施工时查用设计与施工规程，供设计与施工时查用。1.1.2 混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土
25、结构对钢筋性能的要求 1.强度高强度高采用较高强度的钢筋可以采用较高强度的钢筋可以节省钢材节省钢材，获得较好的经济效益。，获得较好的经济效益。2.塑性好塑性好要要求求钢钢筋筋在在断断裂裂前前有有足足够够的的变变形形，能能给给人人以以破破坏坏的的预预兆兆。因因此此，应保证钢筋的伸长率和冷弯性能合格。应保证钢筋的伸长率和冷弯性能合格。第22页，本讲稿共80页3.可焊性好可焊性好在在很很多多情情况况下下，钢钢筋筋的的接接长长和和钢钢筋筋之之间间的的连连接接需需通通过过焊焊接接。钢钢筋筋焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证焊接后的接头性能良好。焊接后的接头性能良好。4.
26、与混凝土的粘结锚固性能好与混凝土的粘结锚固性能好为为了了使使钢钢筋筋的的强强度度能能够够充充分分被被利利用用和和保保证证钢钢筋筋与与混混凝凝土土共共同同工作，二者之间应有工作，二者之间应有足够的粘结力足够的粘结力。在寒冷地区，对钢筋的低温性能也有一定的要求。在寒冷地区，对钢筋的低温性能也有一定的要求。1.1.3 钢筋的选用原则钢筋的选用原则 1.钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构中中的的钢钢筋筋和和预预应应力力混混凝凝土土结结构构中中的的非非预预应应力力钢钢筋筋宜宜优优先先采采用用HRB400级级和和HRB335级级钢钢筋筋，以以节节省省钢钢筋筋用量，改善我国建筑结构的质量。除此之外，用量，改善我国
27、建筑结构的质量。除此之外，第23页，本讲稿共80页也也可可以以采采用用HPB235级级和和RRB400级级热热轧轧钢钢筋筋以以及及强强度度级级别别较较低低的冷拔、冷轧和冷轧扭钢筋。的冷拔、冷轧和冷轧扭钢筋。2.预预应应力力钢钢筋筋宜宜采采用用预预应应力力钢钢绞绞线线、中中高高强强钢钢丝丝，也也可可以以采采用用热热处处理理钢钢筋筋。除除此此之之外外，还还可可以以采采用用冷冷拉拉钢钢筋筋和和强强度度级级别别较较高高的的冷冷拔拔低低碳碳钢钢丝丝和和冷冷轧轧扭扭钢钢筋筋。公公路路桥桥涵涵工工程程中中还还可可以以选选用精制螺纹钢筋。用精制螺纹钢筋。在在我我国国经经济济困困难难、物物资资短短缺缺的的年年代
28、代，冷冷加加工工钢钢筋筋为为我我国国的的基基本本建建设设事事业业做做出出过过极极大大的的贡贡献献。但但是是，冷冷加加工工钢钢筋筋在在强强度度提提高高的的同同时时，塑塑性性大大幅幅度度地地降降低低，导导致致结结构构构构件件的的塑塑性性减减小小，脆脆性性加加大大。当当前前，我我国国的的钢钢产产量量已已位位于于世世界界之之首首，质质优优、价价廉廉的的钢钢材材不不断断出出现现，为为了了提提高高结结构构构构件件的的质质量量，应尽量选用强度较高、塑性较好、价格较低的钢材。应尽量选用强度较高、塑性较好、价格较低的钢材。第24页，本讲稿共80页1.2 1.2 混凝土混凝土 混混凝凝土土水水泥泥和和粗粗细细骨骨
29、料料加加水水搅搅拌拌经经养养护护而而形形成成的的人人造造石。石。混混凝凝土土构构造造复复杂杂、具具有有各各向向异异性性、抗抗拉拉强强度度低低（易易开裂），是一种弹塑性材料。开裂），是一种弹塑性材料。1.2.1混凝土的强度混凝土的强度混凝土强度混凝土强度 混混凝凝土土的的强强度度与与水水泥泥强强度度、水水灰灰比比、骨骨料料品品种种、混混凝凝土土配配合合比比、硬硬化化条条件件和和龄龄期期等等有有很很大大关关系系。此此外外，试试件件的的尺尺寸寸及及形形状状、试验方法和加载时间的不同，所测得的强度也不同。试验方法和加载时间的不同，所测得的强度也不同。第25页，本讲稿共80页1.混凝土的抗压强度混凝土的
30、抗压强度(1)立方体抗压强度立方体抗压强度fcu,k混凝土强度的基本代表值混凝土强度的基本代表值混混凝凝土土主主要要用用于于抗抗压压，其其抗抗压压性性能能比比较较稳稳定定。规规范范规规定定以以边边长长为为150mm的的立立方方体体在在 203的的温温度度和和相相对对湿湿度度在在 90以以上上的的潮潮湿湿空空气气中中养养护护28d，照照依依标标准准试试验验方方法法测测得得的的具具有有95保保证证率率的的抗抗压压强强度度(以以Nmm2 2计计)作作为为混混凝凝土土的的强强度度等等级级，并用符号并用符号fcu,k表示。表示。fcu,k与平均值与平均值f和标准差和标准差f的关系为的关系为(1-4)第2
31、6页，本讲稿共80页混混凝凝土土强强度度等等级级一一般般可可划划分分为为：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80，C代代表表混混凝凝土土地地后后的的数数字字即即为为混混凝凝土土立立方方体体抗抗压压强强度度的的标标准准值值，其其单单位位为为Nmm2，例例如如 C60表表示示混混凝凝土土的的立立方方体体抗抗压压强强度度标标准准值值fcu,k=60 Nmm2（C15C50为为普普通通混混凝土，凝土，C50以上为高强混凝土）。以上为高强混凝土）。试试验验方方法法对对混混凝凝土土的的fcu,k值值有有较较大大影影响响。试试件件承承压
32、压接接触触面面上上可可不不涂涂润润滑滑剂剂和和涂涂润润滑滑剂剂。标标准准试试验验方方法法不不加加润润滑剂。滑剂。第27页，本讲稿共80页第28页，本讲稿共80页试试件件尺尺寸寸对对混混凝凝土土fcu,k也也有有影影响响。实实验验结结果果证证明明，立立方方体体尺尺寸寸愈愈小小则则试试验验测测出出的的抗抗压压强强度度愈愈高高，这这个个现现象称为尺寸效应。象称为尺寸效应。混混凝凝士士抗抗压压试试验验时时加加载载速速度度对对立立方方体体抗抗压压强强度度也有影响，加载速度越快，测得的强度越高。也有影响，加载速度越快，测得的强度越高。随随着着试试验验时时混混凝凝土土的的龄龄期期增增长长，混混凝凝土土的的极
33、极限限抗抗压压强强度度逐逐渐渐增增大大，开开始始时时强强度度增增长长速速度度较较快快，然然后后逐逐渐渐减减缓缓，这这个个强强度度增增长长的的过过程程往往往往要要延延续续几年，在潮湿环境中延续的增长时间更长。几年，在潮湿环境中延续的增长时间更长。第29页，本讲稿共80页(2)轴心抗压强度轴心抗压强度fck由由于于实实际际结结构构和和构构件件往往往往不不是是立立方方体体，而而是是棱棱柱柱体体，所所以以用用棱棱柱体试件比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力柱体试件比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。试试验验证证明明，轴轴心心抗抗压压钢钢筋筋混混凝凝土土短短柱柱中中的的混混凝凝土土抗抗
34、压压强强度度基基本本上上和和棱棱柱柱体体抗抗压压强强度度相相同同。可可以以用用棱棱柱柱体体测测得得的的抗抗压压强强度度作作为为轴轴心心抗压强度，又称为棱柱体抗压强度，用抗压强度，又称为棱柱体抗压强度，用fck表示。表示。棱棱柱柱体体试试件件是是在在与与立立方方体体试试件件相相同同的的条条件件下下制制作作的的，试试件件承承压压面面不不涂涂润润滑滑剂剂且且高高度度比比立立方方体体试试件件高高，因因而而受受压压时时试试件件中中部部横横向向变变形形不不受受端端部部摩摩擦擦力力的的约约束束，代代表表了了混混凝凝土土处处于于单单向向全全截截面面均均匀匀受受压压的的应应力力状状态态。试试验验量量测测到到fc
35、k值值比比fcu,k值值小小，并并且且棱棱柱柱体体 试试 件件 高高 宽宽 比比(即即 h/b)越越 大大，它它 的的 强强 度度 越越 小小。我我 国国 采采 用用150mm150 mm300mm棱棱柱柱体体作作为为轴轴心心抗抗压压强强度度的的标标准准试试件。件。第30页，本讲稿共80页轴轴心心抗抗压压强强度度(棱棱柱柱体体强强度度)标标准准值值fcu,k与与立立方方体体抗抗压压强强度标准值度标准值fcu,k之间存在以下折算关系之间存在以下折算关系(1-5)式中式中 1棱柱体强度与立方体强度的比值，当混凝土的强棱柱体强度与立方体强度的比值，当混凝土的强 度等级不大于度等级不大于C50时，时，
36、1=0.76；当混凝土的强度；当混凝土的强度 等等级级为为C80时时，1=0.82；当当混混凝凝土土的的强强度度等等级级为为中中间值时，在间值时，在0.76和和0.82之间插人；之间插人；2混凝土的脆性系数，当混凝土的强度等级不大于混凝土的脆性系数，当混凝土的强度等级不大于 C40时时，2=1.0；当当混混凝凝土土的的强强度度等等级级为为 C80时时，2=0.87；当当混混凝凝土土的的强强度度等等级级为为中中间间值值时时，在在 1.0和和 0.87之之间间插入；插入；0.88考考虑虑结结构构中中的的混混凝凝土土强强度度与与试试块块混混凝凝上上强强度度之之间间的的差差异异等等因因素的修正系数。素
37、的修正系数。第31页，本讲稿共80页混混凝凝土土受受压压破破坏坏是是由由于于混混凝凝土土内内裂裂缝缝的的扩扩展展所所致致.如如果果对对混混凝凝土土的的横横向向变变形形加加以以约约束束 限限制制裂裂缝缝的的开开展展，可可以以提提高高混混凝凝土土的的纵向抗压强度纵向抗压强度。2.混凝土的抗拉强度混凝土的抗拉强度ftk混混凝凝土土的的抗抗拉拉强强ftk比比抗抗压压强强度度低低得得多多。一一般般只只有有抗抗压压强强度度的的510，fcu,k越越大大ftk/fcu,k值值越越小小，混混凝凝土土的的抗抗拉拉强强度度取取决决于于水水泥泥石石的的强强度度和和水水泥泥石石与与骨骨料料的的粘粘接接强强度度。采采用
38、用表表面面粗粗糙糙的的骨料及较好的养护条件可提高骨料及较好的养护条件可提高ftk值。值。轴轴心心抗抗拉拉强强度度是是混混凝凝土土的的基基本本力力学学性性能能，也也可可间间接接地地衡衡量混凝土的其他力学性能，如混凝土的抗冲切强度。量混凝土的其他力学性能，如混凝土的抗冲切强度。第32页，本讲稿共80页轴轴心心抗抗拉拉强强度度可可采采用用如如图图1-17a的的试试验验方方法法，试试件件尺尺寸寸为为100mm100mm500mm的柱体两端埋有伸的柱体两端埋有伸出出长长度度为为150mm的的变变形形钢钢筋筋(d16mm)，钢钢筋筋位位于于试试件件轴轴线线上上。试试验验机机夹夹紧紧两两端端伸伸出出的的钢钢
39、筋筋，对对试试件件施施加加拉拉力力，破破坏坏时时裂裂缝缝产产生生在在试试件件的的中中部部，此此时时的的平平均均破破坏坏应应力力为为轴心抗拉强度轴心抗拉强度ftk。第33页，本讲稿共80页在在测测定定混混凝凝土土抗抗拉拉强强度度时时，上上述述试试验验方方法法存存在在对对中中的的困困难难。故故国国内内外外多多采采用用立立方方体体或或圆圆柱柱体体劈劈裂裂试试验验测测定定混混凝凝土土的的抗抗拉拉强强度度，如如图图1-17b所所示示。在在立立方方体体或或圆圆柱柱体体上上的的垫垫条条施施加加一一条条压压力力线线荷荷载载，这这样样试试件件中中间间垂垂直直截截面面除除加加力力点点附附近近很很小小的的范范围围外
40、外，有有均均匀匀分分布布的的水水平平拉拉应应力力。当当拉拉应应力力达达到到混混凝凝土土的的抗抗拉拉强强度度时时，试试件件被被劈劈成成两两半半。根根据弹性理论，劈裂抗拉强度据弹性理论，劈裂抗拉强度t,s可按下式计算可按下式计算t,s 2F/ld （1-6）式中式中F破坏荷载；破坏荷载；d圆柱直径或立方体边长；圆柱直径或立方体边长；l圆柱体长度或立方体边长圆柱体长度或立方体边长。第34页，本讲稿共80页抗抗拉拉强强度度标标准准值值ftk与与立立方方体体抗抗压压强强度度标标准准值值fcu,k之之间间的的折折算关系为算关系为(1-7)式式中中，系系数数0.88和和2的的意意义义同同式式(1-5)。为为
41、轴轴心心抗抗拉拉强强度度与与立立方方体体抗抗压压强强度度的的折折算算关关系系，而而(1-1.645)0.45则则反反映映了了试试验验离离散散程度对标准值保证率的影响。程度对标准值保证率的影响。混混凝凝土土抗抗压压强强度度设设计计值值fc和和抗抗拉拉强强度度设设计计值值ft与与其其对对应应的的标标准准值的关系为值的关系为(1-8)(1-9)式式中中c混混凝凝土土的的材材料料分分项项系系数数，建建筑筑工工程程取取c=1.40，公路桥涵工程取，公路桥涵工程取c=1.45。第35页，本讲稿共80页建建筑筑工工程程规规范范的的混混凝凝土土强强度度标标准准值值见见附附表表1-1，设设计计值值见见附附表表1
42、-2。公公路路桥桥涵涵工工程程规规范范的的混混凝凝土土强强度度标标准准值值见见附附表表10-1，设计值见附表，设计值见附表10-2。3.混凝土在复合应力作用下的强度混凝土在复合应力作用下的强度混混凝凝土土结结构构和和构构件件通通常常受受到到轴轴力力、弯弯矩矩、剪剪力力和和扭扭矩矩的的不不同同组组合合作作用用，混混凝凝土土很很少少处处于于理理想想的的单单向向受受力力状状态态，而而更更多多的的是是处处于于双双向向或或三三向向受受力力状状态态，因因此此，分分析析混混凝凝土土在在复复合合应应力力作用下的强度就很有必要。作用下的强度就很有必要。由由于于混混凝凝土土的的特特点点，在在复复合合应应力力作作用
43、用下下的的强强度度至至今今尚尚未未建建立立起起完完善善的的强强度度理理论论，目目前前仍仍只只有有借借助助有有限限的的试试验验资资料料，推荐推荐一一些近似方法作为计算的依据些近似方法作为计算的依据。第36页，本讲稿共80页(1)混混凝凝土土的的双双向向受受力力强强度度（图图1-18为为混混凝凝土土双双向向受受力力试试验结果）验结果）双双向向受受拉拉，图图1-18中中第第一一象象限限，1与与3的的相相互互影影响响不不大大，双双向受拉强度均接近于单向受拉强度向受拉强度均接近于单向受拉强度。一一向向受受拉拉，另另一一向向受受压压，图图1-18第第二二、四四象象限限，混混凝凝土土强强度度均均低低于于单单
44、向向拉拉伸伸或或压压缩缩的的强强度度，即即双双向向异异号号应应力力使使强强度度降低。降低。双双向向受受压压，图图1-18第第三三象象限限，最最大大受受压压强强度度发发生生在在2/3等等于于0.21.0时时，混混凝凝土土双双向向受受压压强强度度比比单单向向受受压压强度最多可提高强度最多可提高20。第37页，本讲稿共80页第38页，本讲稿共80页(2)混凝土在法向应力和切应力作用下的复合强度混凝土在法向应力和切应力作用下的复合强度 从从图图中中可可以以看看出出：抗抗剪剪强强度度随随拉拉应应力力的的增增大大而而减减小小；随随着着压压应应力力的的增增大大，抗抗剪剪强强度度增增大大，但但大大约约在在/f
45、c0.6时时，由由于于内内裂裂缝缝明明显显发发展展，抗抗剪剪强强度度反反而而随随压压应应力力的的增增大大而而减减小小，从从抗抗压压强强度度的的角角度度来来分分析析，由由于于切切应应力力的的存存在在，混混凝凝土土的的抗压强度要低于单向抗压强度抗压强度要低于单向抗压强度。第39页，本讲稿共80页 (3)(3)混凝土的三向受压强度混凝土的三向受压强度混混凝凝土土在在三三向向受受压压的的情情况况下下其其最最大大主主压压应应力力方方向向的的抗抗压压强强度度取决于侧向压应力的约束程度。取决于侧向压应力的约束程度。图图1-201-20所所示示为为圆圆柱柱体体三三轴轴受受压压(侧侧向向压压应应力力均均为为1
46、1的的试试验验 随随着着侧侧向向压压应应力力的的增增加加、微微裂裂缝缝的的发发展展受受到到了了极极大大的的限限制制 ，大大大大地地提提高高了了混混凝凝土土纵纵向向抗抗压压强强度度，此此时时混混凝凝土土的的变变形形性性能能接接近近理理想的弹塑性体。想的弹塑性体。我我国国规规范范规规定定在在三三轴轴受受压压应应力力状状态态下下，混混凝凝土土的的抗抗压压强强度度(f3)可可根根据据应应力力比比2/3，按按图图1-21插插值值确确定定，其其最最高高强强度度值值不不宜宜超超过单轴抗压强度的过单轴抗压强度的5倍。倍。第40页，本讲稿共80页第41页，本讲稿共80页对对于于纵纵向向受受压压的的混混凝凝土土，
47、如如果果约约束束混混凝凝土土的的侧侧向向变变形形，也也可可使使混混凝凝土土的的抗抗压压强强度度有有较较大大提提高高。如如采采用用钢钢管管混混凝凝土土柱柱、螺螺旋旋钢钢箍箍柱柱等等 能能有有效效约约束束混混凝凝土土的的侧侧向向变变形形使使混混凝凝土土的的抗抗压压强强度度、延延性性(承承受受变变形形的的能能力力)有有相相应应的的提提高高、如如图图1-22所示。所示。第42页，本讲稿共80页1.2.2 1.2.2 混凝土的变形混凝土的变形 混凝土的变形分为：混凝土的变形分为：受力变形、非受力变形受力变形、非受力变形1.混凝土的受力变形混凝土的受力变形(1)受压混凝土一次受压混凝土一次短期加荷短期加荷
48、的的-曲线曲线第43页，本讲稿共80页图图1-23是是天天津津大大学学实实测测的的典典型型混混凝凝土土棱棱柱柱体体的的-曲曲线，有上升段和下降段上升段的特点：线，有上升段和下降段上升段的特点：0A:第第I阶阶段段(弹弹性性阶阶段段）(=0.30.4fck)，由由于于试试件件应应力力较较小小，混混凝凝土土的的变变形形主主要要是是骨骨料料和和水水泥泥结结晶晶体体的的弹弹性性变变形形，应应力力应应变变的的公公关关系系接接近直线，近直线，A点称为比例极限点。点称为比例极限点。AB:第第II 阶阶段段(稳稳定定裂裂缝缝扩扩展展阶阶段段），临临界界点点B相相对对应应的的应应力力可可作作为为长长期期受受压压
49、受受强强度度的的依依据据(一般取一般取0.8 fCk)第44页，本讲稿共80页BC：第第III阶阶段段（裂裂缝缝快快速速发发展展阶阶段段），应应力力达到的最高点为达到的最高点为fck。fck相相对对应应的的应应变变称称为为峰峰值值应应变变0。一一般般0=0.00150.0025，平均取平均取0=0.002。在在fck以以后后，裂裂缝缝迅迅速速发发展展，结结构构内内部部的的整整体体性性受受到到愈愈来来愈愈严严重重的的破破坏坏，试试件件的的平平均均应应力力强强度度下下降降，当当曲曲线线下下降降到到拐拐点点D后后，曲曲线线-由由凸凸向向水水平平方方向向发发展展，在在拐拐点点D之之后后，-曲曲线线中中
50、曲曲率率最最大大点点E称称为为“收收敛敛点点”、E点点以以后后主主裂裂缝缝已已很很宽宽.结结构构 内内聚聚力力几几乎乎耗耗尽尽对对于于无无侧侧向向约约束束的的混混凝凝土土已已失去结构的意义。失去结构的意义。不同强度混凝土的不同强度混凝土的-曲线见图曲线见图1-24所示所示。第45页，本讲稿共80页(2)混凝土的弹性模量、变形模量混凝土的弹性模量、变形模量在在计计算算混混凝凝土土构构件件的的截截面面应应力力、变变形形、预预应应力力混混凝凝土土构构件件的的预预压压应应力力，以以及及由由于于温温度度变变化化、支支座座沉沉降降产产生生的的内内力力时时，需需要要利利用用混混凝凝土土的的弹弹性性模量模量。