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1、sA第2章混凝土结构材料的物理力学性能 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2.12.1混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.1.1.2.1.1.混凝土的组成结构混凝土的组成结构1.1.组成：混凝土组成：混凝土=水泥水泥+细骨料（砂）细骨料（砂）+粗骨料（碎石或鹅粗骨料（碎石或鹅卵石）卵石）+水水+外加剂外加剂2.2.混凝土的结构分为三种类型：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、晶体骨微观结构：也即水泥石结构，包括水
2、泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成。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。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。宏观结构：即砂浆和粗骨料两组分体系。注意：注意：1.1.骨料的分布及骨料与基相之间在界面的结合强度骨料的分布及骨料与基相之间在界面的结合强度2 2是影响混凝土强度的重要因素；是影响混凝土强度的重要因素；2.2.在荷载的作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有在荷载的作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。着极为重要的影响。2.1.22.1.2单轴应力状态下的混凝土强度单轴应力状
3、态下的混凝土强度 混凝土构件一般处于多轴向应力状态下，单向受力状混凝土构件一般处于多轴向应力状态下，单向受力状态下混凝土的强度指标，是进行钢筋混凝土结构构件强度态下混凝土的强度指标，是进行钢筋混凝土结构构件强度分析、建立强度理论公式的重要依据。为分析问题方便，分析、建立强度理论公式的重要依据。为分析问题方便，先讨论单轴向应力状态下的混凝土强度。先讨论单轴向应力状态下的混凝土强度。混凝土强度值的大小与采用的水泥强度等级、水灰比、混凝土强度值的大小与采用的水泥强度等级、水灰比、骨料的性质、制作方法、养护条件、龄期、试件的大小和骨料的性质、制作方法、养护条件、龄期、试件的大小和形状、试验方法和加载速
4、率等有很大的关系。形状、试验方法和加载速率等有很大的关系。1.1.混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度3 3 混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的,原因原因?（1 1）混凝土的）混凝土的立方体抗压强度立方体抗压强度和和强度等级强度等级A.A.立方体抗压强度的物理意义：混凝土强度的基本指立方体抗压强度的物理意义：混凝土强度的基本指标和评定混凝土强度等级的标准标和评定混凝土强度等级的标准B
5、.B.确定混凝土立方体抗压强度的标准方法确定混凝土立方体抗压强度的标准方法 a.a.标准试件：标准试件：150150mm mm 150mm 150mm 150mm150mm的立方体；的立方体；b.b.标准制作条件：在温度（标准制作条件：在温度（203203）C C和相对湿度和相对湿度90%90%以上的环境下，养护以上的环境下，养护2828天；天；4 4 c.c.c.c.标准试验方法：标准试验方法：标准试验方法：标准试验方法：试件表面不涂润滑剂试件表面不涂润滑剂试件表面不涂润滑剂试件表面不涂润滑剂、均匀加载、均匀加载、均匀加载、均匀加载和匀速加和匀速加和匀速加和匀速加“静静静静”载；通常加载速率
6、为混凝土强度小于载；通常加载速率为混凝土强度小于载；通常加载速率为混凝土强度小于载；通常加载速率为混凝土强度小于C30C30C30C30时，取每秒钟时，取每秒钟时，取每秒钟时，取每秒钟0.30.5N/mm0.30.5N/mm0.30.5N/mm0.30.5N/mm2 2 2 2，等于或高于，等于或高于，等于或高于，等于或高于C30C30C30C30时取时取时取时取0.50.8 0.50.8 0.50.8 0.50.8 N/mmN/mmN/mmN/mm2 2 2 2。d.d.d.d.单位：单位：单位：单位：N/mmN/mmN/mmN/mm。压力压力试件试件裂缝发展裂缝发展扩张扩张整个体系解体，丧
7、失承载力整个体系解体，丧失承载力试块试块承压板承压板5 5C.C.C.C.强度等级强度等级强度等级强度等级 a.a.a.a.确定方法：采用混凝土的立方体抗压强度；确定方法：采用混凝土的立方体抗压强度；确定方法：采用混凝土的立方体抗压强度；确定方法：采用混凝土的立方体抗压强度；b.b.b.b.数值确定：具有数值确定：具有数值确定：具有数值确定：具有95%95%95%95%的保证率；的保证率；的保证率；的保证率；c.c.c.c.工程符号：工程符号：工程符号：工程符号：（N/mm N/mm N/mm N/mm），简写形式为），简写形式为），简写形式为），简写形式为C C C C ；d d d d.“
8、.“.“.“规范规范规范规范”的等级范围：的等级范围：的等级范围：的等级范围：C15C80C15C80C15C80C15C80，共，共，共，共14141414级；级；级；级；级差为级差为级差为级差为5N/mm5N/mm5N/mm5N/mm2 2 2 2 e.e.e.e.应用范围：应用范围：应用范围：应用范围：C15C45C15C45C15C45C15C45为普通混凝土，适用于一般的为普通混凝土，适用于一般的为普通混凝土，适用于一般的为普通混凝土，适用于一般的混凝土结构混凝土结构混凝土结构混凝土结构 C50C80 C50C80 C50C80 C50C80为高强混凝土，适用于高层结构和预应力混为高
9、强混凝土，适用于高层结构和预应力混为高强混凝土，适用于高层结构和预应力混为高强混凝土，适用于高层结构和预应力混凝土构件。凝土构件。凝土构件。凝土构件。6 6 D.D.D.D.试验方法对立方体抗压强度的影响试验方法对立方体抗压强度的影响试验方法对立方体抗压强度的影响试验方法对立方体抗压强度的影响 a.a.a.a.试件表面是否涂润滑剂：不涂时强度高；涂后强度底，试件表面是否涂润滑剂：不涂时强度高；涂后强度底，试件表面是否涂润滑剂：不涂时强度高；涂后强度底，试件表面是否涂润滑剂：不涂时强度高；涂后强度底，其主要原因是由于其主要原因是由于其主要原因是由于其主要原因是由于“套箍套箍套箍套箍”作用；且破坏
10、形态不一样（见作用；且破坏形态不一样（见作用；且破坏形态不一样（见作用；且破坏形态不一样（见图）；图）；图）；图）；不涂润滑剂不涂润滑剂不涂润滑剂不涂润滑剂 涂润滑剂涂润滑剂涂润滑剂涂润滑剂b.b.b.b.加载速度：速度快强度高，速度慢强度低加载速度：速度快强度高，速度慢强度低加载速度：速度快强度高，速度慢强度低加载速度：速度快强度高，速度慢强度低承压板试块摩擦力7 7另影响强度的因素还有：龄期、养护条件、试块尺寸等。另影响强度的因素还有：龄期、养护条件、试块尺寸等。试块尺寸：尺寸效应（小尺寸强度高，大尺寸强度低）试块尺寸：尺寸效应（小尺寸强度高，大尺寸强度低）非标准试块：非标准试块：1001
11、00 100100100 100换算系数换算系数 0.95 0.95 200200 200 200200 200换算系数换算系数 1.05 1.05（2 2）混凝土的）混凝土的轴心抗压强度轴心抗压强度 A.A.确定混凝土轴心抗压强度的标准方法确定混凝土轴心抗压强度的标准方法 a.a.标准试件：标准试件：150 150mm mm 150mm 150mm 300mm300mm的棱柱体；的棱柱体；b.b.其余同混凝土立方体抗压强度的标准方法；其余同混凝土立方体抗压强度的标准方法；c.c.工程符号：工程符号：（N/mm N/mm），），8 8#对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。对于同一
12、混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。B.B.B.B.关于关于关于关于 的讨论的讨论的讨论的讨论 a.a.a.a.高宽比：随着高宽比的增加，高宽比：随着高宽比的增加，高宽比：随着高宽比的增加，高宽比：随着高宽比的增加，会降低，但高宽比会降低，但高宽比会降低，但高宽比会降低，但高宽比为为为为23232323时，会稳定；时，会稳定；时，会稳定；时，会稳定；b.b.b.b.考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况，实际构件考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况，实际构件考虑到实际结构构件制作、养护和
13、受力情况，实际构件考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况，实际构件强度与试件强度之间存在差异，规范基于安全取偏低强度与试件强度之间存在差异，规范基于安全取偏低强度与试件强度之间存在差异，规范基于安全取偏低强度与试件强度之间存在差异，规范基于安全取偏低值，值，值，值，混凝土立方体抗压强度与轴心抗压强度的关系：混凝土立方体抗压强度与轴心抗压强度的关系：混凝土立方体抗压强度与轴心抗压强度的关系：混凝土立方体抗压强度与轴心抗压强度的关系：0.880.880.880.88为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而
14、取用为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数的折减系数的折减系数的折减系数。（2-12-1）9 91棱柱体强度与立方体强度之比，对不大于棱柱体强度与立方体强度之比，对不大于C50级的混凝级的混凝土取土取0.76，对，对C80取取0.82，其间按线性插值。，其间按线性插值。2为高强混凝土的脆性折减系数，对为高强混凝土的脆性折减系数，对C40及以下取及以下取1.0，对对C80取取0.87，中间按直线规律变化取值。，中间按直线规律变化取值。2.2.混凝土的混凝土的轴心抗拉强度轴心抗拉强度：基本力学特征之一，构件抗剪、：基本力学特征之一，构件抗剪、抗裂、抗扭、抗冲切计算中需采用。抗裂、
15、抗扭、抗冲切计算中需采用。（1 1）确定方法：轴心拉伸试验、劈裂试验、弯折试验）确定方法：轴心拉伸试验、劈裂试验、弯折试验a a）轴心拉伸试验）轴心拉伸试验1001001501505001010缺点缺点缺点缺点：钢筋不容易对中；混凝土质量不均匀，几何中心与：钢筋不容易对中；混凝土质量不均匀，几何中心与：钢筋不容易对中；混凝土质量不均匀，几何中心与：钢筋不容易对中；混凝土质量不均匀，几何中心与质量中心不相一致；安装试件不可避免有较小的歪斜和质量中心不相一致；安装试件不可避免有较小的歪斜和质量中心不相一致；安装试件不可避免有较小的歪斜和质量中心不相一致；安装试件不可避免有较小的歪斜和 偏心偏心偏心
16、偏心对试验结果有较大影响对试验结果有较大影响对试验结果有较大影响对试验结果有较大影响b b b b）劈裂试验：立方体或圆柱体试件）劈裂试验：立方体或圆柱体试件）劈裂试验：立方体或圆柱体试件）劈裂试验：立方体或圆柱体试件ddFFFF1111试验表明：同一品质的混凝土，试验表明：同一品质的混凝土，劈裂强度值略大于直接劈裂强度值略大于直接拉伸强度值拉伸强度值，劈裂试件的大小对试验结果也有影响。，劈裂试件的大小对试验结果也有影响。（2 2）由下图可知，混凝土轴心抗拉强度约为立方体抗压）由下图可知，混凝土轴心抗拉强度约为立方体抗压强度的强度的1/171/81/171/8，且混凝土强度等级越高，比值越小；
17、，且混凝土强度等级越高，比值越小；混凝土轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系混凝土轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系1212规范考虑构件与试件的差别、尺寸效应、加载速度的规范考虑构件与试件的差别、尺寸效应、加载速度的影响，并考虑了从普通强度混凝土到高强度混凝土的变化影响，并考虑了从普通强度混凝土到高强度混凝土的变化规律，取规律，取f ftktk与与f fcucu，K K的关系为的关系为 （3 3）在荷载较小时，混凝土即开裂，所以混凝土结构一在荷载较小时，混凝土即开裂，所以混凝土结构一般带裂缝工作，混凝土轴心抗拉强度不起决定作用般带裂缝工作，混凝土轴心抗拉强度不起决定作用。2.1.3.2.1.3.
18、复合应力状态下混凝土的强度复合应力状态下混凝土的强度 1.1.关于双向应力状态下的强度变化规律关于双向应力状态下的强度变化规律（1 1）双向受压时，混凝土抗压强度大于单向，最多可增）双向受压时，混凝土抗压强度大于单向，最多可增加加2727 ；（2 2）双向受拉时，混凝土抗拉强度接近于单向；）双向受拉时，混凝土抗拉强度接近于单向；（3 3）一向受压和一向受拉时，其抗拉（抗压）强度均低）一向受压和一向受拉时，其抗拉（抗压）强度均低于相应的单向强度；于相应的单向强度；13131414构件受剪或受扭时常遇到剪应力构件受剪或受扭时常遇到剪应力构件受剪或受扭时常遇到剪应力构件受剪或受扭时常遇到剪应力 和正
19、应力和正应力和正应力和正应力 共同作用共同作用共同作用共同作用下的复合受力情况。下的复合受力情况。下的复合受力情况。下的复合受力情况。混凝土的抗剪强度：混凝土的抗剪强度：混凝土的抗剪强度：混凝土的抗剪强度：（1 1）随拉应力增大而减小）随拉应力增大而减小）随拉应力增大而减小）随拉应力增大而减小（2 2）随压应力增大而增大，当压应力在）随压应力增大而增大，当压应力在）随压应力增大而增大，当压应力在）随压应力增大而增大，当压应力在0.6f0.6fc c左右时，左右时，左右时，左右时，抗剪强度达到最大，压应力继续增大，则由于内裂缝发展抗剪强度达到最大，压应力继续增大，则由于内裂缝发展抗剪强度达到最大
20、，压应力继续增大，则由于内裂缝发展抗剪强度达到最大，压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。1515（3 3）剪应力的存在降低混凝土的抗压和抗拉强度剪应力的存在降低混凝土的抗压和抗拉强度剪应力的存在降低混凝土的抗压和抗拉强度剪应力的存在降低混凝土的抗压和抗拉强度。2.2.2.2.关于三向受压状态下的强度变化规律关于三向受压状态下的强度变化规律关于三向受压状态下的强度变化规律关于三向受压状态下的强度变化规律 三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋
21、三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。有侧向约束时有侧向约束时的抗压强度的抗压强度无侧向约束无侧向约束时圆柱体的时圆柱体的单轴抗压强单轴抗压
22、强度度16161=fcc1=fcc2=3=fLfL-侧向约束侧向约束压应力（加液压）压应力（加液压）结论：结论：三向受压状态下的三向受压状态下的混凝土抗压强度大于双向混凝土抗压强度大于双向和单向，侧压力的存在还和单向，侧压力的存在还会提高混凝土的延性。会提高混凝土的延性。1717200 3=50N/mm235N/mm213 310N/mm2150100500510152025 1 2(N/mm2)1()18182.1.4.混凝土的变形 变形的分类：变形的分类：变形的分类：变形的分类：受力变形受力变形受力变形受力变形荷载产生的；荷载产生的；荷载产生的；荷载产生的；体积变形体积变形体积变形体积变形
23、收缩、温差和湿差产生的。收缩、温差和湿差产生的。收缩、温差和湿差产生的。收缩、温差和湿差产生的。1.1.1.1.一次短期加载下混凝土的变形性能一次短期加载下混凝土的变形性能一次短期加载下混凝土的变形性能一次短期加载下混凝土的变形性能（1 1 1 1）混凝土受压时的应力）混凝土受压时的应力）混凝土受压时的应力）混凝土受压时的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系 混凝土单轴受力时的应力混凝土单轴受力时的应力混凝土单轴受力时的应力混凝土单轴受力时的应力-应变关系反映了混凝土受应变关系反映了混凝土受应变关系反映了混凝土受应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学特征力全过程的重要力学特征力全过程的重要
24、力学特征力全过程的重要力学特征,是分析混凝土构件应力、建立是分析混凝土构件应力、建立是分析混凝土构件应力、建立是分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。非线性分析的基础。非线性分析的基础。非线性分析的基础。混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常应变关系曲线，常应变关系曲线，常应变关系曲线，常采用棱柱采用棱柱采用棱柱采用棱柱体试件来测定体试件来测
25、定体试件来测定体试件来测定。在普通试验机上采用等应力速度加载，在普通试验机上采用等应力速度加载，在普通试验机上采用等应力速度加载，在普通试验机上采用等应力速度加载，达到轴心抗压强度达到轴心抗压强度达到轴心抗压强度达到轴心抗压强度f fc c时，试验机中集聚的弹性应变能大于时，试验机中集聚的弹性应变能大于时，试验机中集聚的弹性应变能大于时，试验机中集聚的弹性应变能大于1919试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力只能测得应力-应变曲线的上升段。应变曲线的上升段。采用等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与采用等应变速度加
26、载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力应力-应变曲线的下降段。应变曲线的下降段。作用是：峰值应力作用是：峰值应力后，吸收试验机的后，吸收试验机的变形能，测出下降变形能，测出下降段段202002468102030(MPa)10-3BACED2121 曲线分为曲线分为上升段（上升段（OCOC）和下降段（）和下降段（CFCF）1 1）上升段（上升段（OCOC）可分为三段）可分为三段a.OAa.OA段：混凝土的变形主要段：混凝土的变形主要弹性变形弹性变形，应力，应力-应变关系近应变关系近似直线，在卸载后应变
27、将重新恢复到零。似直线，在卸载后应变将重新恢复到零。A A点应力随混凝点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强度混凝土土强度的提高而增加，对普通强度混凝土 A A约为约为(0.30.4)(0.30.4)f fc c，对高强混凝土，对高强混凝土 A A可达可达(0.50.7)(0.50.7)f fc c，A A点称点称为比例极限点为比例极限点。b.AB段：由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所延伸段：由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力-应应变曲线逐渐偏离直线。但该阶段变曲线逐渐偏离直线。但该阶段微裂缝
28、的发展是稳定的微裂缝的发展是稳定的。达到达到B B点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形突然增大。在此应力的长期作用下，裂缝会持续横向变形突然增大。在此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导致破坏。发展最终导致破坏。取取B B点的应力作为混凝土的长期抗压点的应力作为混凝土的长期抗压强度强度。普通强度混凝土。普通强度混凝土 B约为约为0.80.8f fc c，高强强度混凝土，高强强度混凝土 B可可达达0.950.95f fc c以上。以上。B B称为临界点称为临界点。2222c.BC段：应变增长速度明显加快，混凝土处于裂缝快速不段：应
29、变增长速度明显加快，混凝土处于裂缝快速不稳定发展阶段，稳定发展阶段，C点为混凝土受压应力达到最大时的应力点为混凝土受压应力达到最大时的应力值，称为混凝土的轴心抗压强度值，称为混凝土的轴心抗压强度，C点的纵向应变值称为点的纵向应变值称为峰值应变峰值应变 0，约为，约为0.002。2 2）下降段）下降段CFCF：a.CDa.CD段：裂缝迅速发展，出现主裂缝，内部结构破坏严重，段：裂缝迅速发展，出现主裂缝，内部结构破坏严重，应力快速下降，应变还在增长，应力应力快速下降，应变还在增长，应力-应变曲线向下弯曲，应变曲线向下弯曲，直到凹向发生变化，出现直到凹向发生变化，出现拐点拐点D D。b.DEb.DE
30、段：曲线开始凸向应变轴，混凝土内部结构处于磨合段：曲线开始凸向应变轴，混凝土内部结构处于磨合和调整阶段，主裂缝宽度进一步增大，最后只依赖骨料间和调整阶段，主裂缝宽度进一步增大，最后只依赖骨料间的咬合力和摩擦力来承受荷载，曲线中出现的咬合力和摩擦力来承受荷载，曲线中出现收敛点收敛点E E（曲（曲率最大的一点）。率最大的一点）。c.EFc.EF段（收敛段）：主裂缝宽度快速增大而完全破坏了混段（收敛段）：主裂缝宽度快速增大而完全破坏了混凝土内部结构。凝土内部结构。2323不同强度混凝土的应力不同强度混凝土的应力-应变关系曲线应变关系曲线强度等级越高，线弹性强度等级越高，线弹性段越长，峰点越高，峰段越
31、长，峰点越高，峰值应变也有所增大；下值应变也有所增大；下降段越陡，单位应力幅降段越陡，单位应力幅度内应变越小，延性越度内应变越小，延性越差。差。2424（2 2 2 2）混凝土单轴向受压应力）混凝土单轴向受压应力）混凝土单轴向受压应力）混凝土单轴向受压应力-应变曲线的数学模型应变曲线的数学模型应变曲线的数学模型应变曲线的数学模型A.A.A.A.美国美国美国美国E.HognestadE.HognestadE.HognestadE.Hognestad模型（上升段为二次抛物线，下降模型（上升段为二次抛物线，下降模型（上升段为二次抛物线，下降模型（上升段为二次抛物线，下降 段为斜直线）用于美国段为斜直
32、线）用于美国段为斜直线）用于美国段为斜直线）用于美国ACIACIACIACI规范；（图规范；（图规范；（图规范；（图2-112-112-112-11）2525B.B.德国德国R Rsch sch 模型模型（上升段为二次抛物线，下降段采（上升段为二次抛物线，下降段采 用水平线）用水平线）被欧盟和中国国家规范参考。（图被欧盟和中国国家规范参考。（图2-2-1212）u=0.0035 0=0.002o cfc c2626C.C.我国规范我国规范模型模型（上升段为抛物线，下降段采（上升段为抛物线，下降段采 用水平线）用水平线）当处于轴心受压取为当处于轴心受压取为0 2727（3 3）三向受压状态下混凝
33、土的变形特点）三向受压状态下混凝土的变形特点A.A.变形特点：侧压力越大，变形能力越好（强度也高）；变形特点：侧压力越大，变形能力越好（强度也高）；B.B.工程意义：设置密排箍筋或螺旋筋间接产生侧压力。工程意义：设置密排箍筋或螺旋筋间接产生侧压力。参见图参见图2-132-13和图和图2-142-14。（4 4）混凝土的变形摸量）混凝土的变形摸量 由于混凝土的弹塑性性质，其模量是一个变数，通常由于混凝土的弹塑性性质，其模量是一个变数，通常有三种表示方法。有三种表示方法。A.A.弹性模量（原点模量）弹性模量（原点模量）E EC C：在应力应变曲线上，过原：在应力应变曲线上，过原点作该曲线的切线，其
34、斜率即为混凝土的弹性模量。点作该曲线的切线，其斜率即为混凝土的弹性模量。通常通过重复加载的方式确定；通常通过重复加载的方式确定；2828c0.5510次此线和原点切线基此线和原点切线基本平行，取其斜率作为本平行，取其斜率作为Ec注意：能否用已知的混凝土应变乘以规范中所给的弹性模注意：能否用已知的混凝土应变乘以规范中所给的弹性模量值求混凝土的应力？量值求混凝土的应力？混凝土强度越高，弹性混凝土强度越高，弹性模量越大。模量越大。29292 2 2 2）变形模量（割线模量）变形模量（割线模量）变形模量（割线模量）变形模量（割线模量）EEEEC C C C：连接：连接：连接：连接O O O O点至曲线
35、任一点应点至曲线任一点应点至曲线任一点应点至曲线任一点应力为力为力为力为 C C C C处割线的斜率即处割线的斜率即处割线的斜率即处割线的斜率即 EEEEC C C C=tg=tg=tg=tg 1 1 1 1=C C C C/C C C C又又又又 C C C C=elaelaelaela+plaplaplapla，弹性系数，弹性系数，弹性系数，弹性系数 =elaelaelaela/C C C C，则则则则kcc10cecp0h30303 3）切线模量切线模量EEC C：在应力：在应力-应变曲线上任取一点并作该应变曲线上任取一点并作该点的切线，其斜率即为混凝土的切线模量，即点的切线，其斜率即为
36、混凝土的切线模量，即 E EC C=tg=tg EEC C也是一个变数，随应力的增大而减小；对不同强度也是一个变数，随应力的增大而减小；对不同强度等级的混凝土，在应变相同的情况下，强度越高，切线模等级的混凝土，在应变相同的情况下，强度越高，切线模量越大。量越大。（5 5）混凝土轴向受拉时的应力）混凝土轴向受拉时的应力-应变关系（略）应变关系（略）EEC C=tg=tg 1 1=C C/C C=C C elaela/（ela ela C C）=E=EC C 随某点应力的增大而减小，故割线模量是一个随应力随某点应力的增大而减小，故割线模量是一个随应力不同而异的变数，在同样应变条件下，混凝土强度越不
37、同而异的变数，在同样应变条件下，混凝土强度越高，割线模量越大高，割线模量越大。31312.2.2.2.荷载长期作用下混凝土的变形性能荷载长期作用下混凝土的变形性能荷载长期作用下混凝土的变形性能荷载长期作用下混凝土的变形性能（1 1 1 1）徐变徐变徐变徐变：结构或材料承受的荷载或应力不变，而应变结构或材料承受的荷载或应力不变，而应变结构或材料承受的荷载或应力不变，而应变结构或材料承受的荷载或应力不变，而应变或变形随时间增长的现象；或变形随时间增长的现象；或变形随时间增长的现象；或变形随时间增长的现象；3232（2 2）线性徐变：当应力较小时，徐变与应力近似成正比。）线性徐变：当应力较小时，徐变
38、与应力近似成正比。随时间可以稳定（不再发展）即具有收敛性；随时间可以稳定（不再发展）即具有收敛性；（3 3）非线性徐变：当应力较大时，徐变变形不与应力成）非线性徐变：当应力较大时，徐变变形不与应力成正比，徐变变形比应力增长要快。正比，徐变变形比应力增长要快。注意：混凝土构件在使用期间，应避免经常处于高应力注意：混凝土构件在使用期间，应避免经常处于高应力状态。状态。（4 4）引起徐变的原因：）引起徐变的原因：一是混凝土中尚未完全水化的水一是混凝土中尚未完全水化的水泥凝胶体在荷泥凝胶体在荷载载作用下的粘性流作用下的粘性流动动引起引起应应力重分布，在力重分布，在应应力力较较小小时时，以，以这这一原因
39、一原因为为主，由此主，由此产产生的生的变变形一部分形一部分可恢复；二是混凝土内部的微裂可恢复；二是混凝土内部的微裂缝缝在荷在荷载载作用下不断作用下不断发发展增加展增加导导致致应变应变增加，由此增加，由此产产生的生的变变形，一般不可恢复，形，一般不可恢复，应应力力较较大大时时，以此原因，以此原因为为主。主。3333（5 5）影响徐变的因素：）影响徐变的因素：A.A.应力（荷载）大小应力（荷载）大小：应力大时，徐变大；持续时间越：应力大时，徐变大；持续时间越长，徐变越大。长，徐变越大。B.B.内在因素内在因素：即混凝土的组成和配比。骨料的刚度（弹性：即混凝土的组成和配比。骨料的刚度（弹性模量）越大
40、，体积比越大，徐变就越小；水灰比越小，徐模量）越大，体积比越大，徐变就越小；水灰比越小，徐变也越小；水泥用量越大，徐变越大；受荷龄期越长，徐变也越小；水泥用量越大，徐变越大；受荷龄期越长，徐变越小变越小。C.C.环境影响环境影响：包括养护和使用条件。受荷前养护的温湿度：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；受荷后构件所越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小；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；构件的处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大；构件的体表比越大，徐变越小。体表比越大，徐变越小。3434（6 6 6 6）徐变对结构的影响）徐变
41、对结构的影响）徐变对结构的影响）徐变对结构的影响A.A.A.A.使构件的变形增加；使构件的变形增加；使构件的变形增加；使构件的变形增加；B.B.B.B.在截面中引起应力重分布；在截面中引起应力重分布；在截面中引起应力重分布；在截面中引起应力重分布；C.C.C.C.在预应力混凝土结构中引起预应力损失。在预应力混凝土结构中引起预应力损失。在预应力混凝土结构中引起预应力损失。在预应力混凝土结构中引起预应力损失。3.3.3.3.混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形）混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形）混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形）混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形）3535（1 1
42、）疲劳破坏：荷载重复作用引起的破坏；）疲劳破坏：荷载重复作用引起的破坏；如一次加荷应力小于混凝土疲劳强度，其加荷、卸荷如一次加荷应力小于混凝土疲劳强度，其加荷、卸荷的应力的应力应变曲线形成了一个环状。在多次加荷、卸荷作应变曲线形成了一个环状。在多次加荷、卸荷作用下，应力用下，应力应变环越来越闭合，最后闭合成一条直线。应变环越来越闭合，最后闭合成一条直线。如一次加荷应力大于混凝土疲劳强度，则其加卸载不如一次加荷应力大于混凝土疲劳强度，则其加卸载不能再形成闭合环。至荷载重复到某一定次数时，构件会因能再形成闭合环。至荷载重复到某一定次数时，构件会因严重开裂或变形过大而破坏。严重开裂或变形过大而破坏。
43、（2 2）疲劳强度疲劳强度：混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用用100mm100mm300mm 或着或着150mm150mm450mm的棱柱体，把棱柱体试件承受的棱柱体，把棱柱体试件承受200万次或其以上循环荷万次或其以上循环荷载而发生破坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度。载而发生破坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度。3636（3 3）影响因素）影响因素 施加荷载时的施加荷载时的应力大小应力大小是影响应力是影响应力-应变曲线不同的应变曲线不同的发展和变化的关键因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用发展和变化的关键因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的
44、幅度有关。在相同的重复次数下，疲劳强度时应力变化的幅度有关。在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力比值的减小而增大随着疲劳应力比值的减小而增大。我国规范规定，混凝土的疲劳强度设计值按混凝土我国规范规定，混凝土的疲劳强度设计值按混凝土的强度设计值乘以相应的疲劳修正系数确定。详见规范的强度设计值乘以相应的疲劳修正系数确定。详见规范4.1.6条。条。4.4.混凝土的收缩混凝土的收缩（1 1）混凝土的收缩：）混凝土的收缩：混凝土在空气中硬化时体积缩小的混凝土在空气中硬化时体积缩小的现象。是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。现象。是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。当这种自发的变形受到
45、外部（支座）或内部（钢筋）当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）3737的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。损失。蒸汽养护蒸汽养护常温养护常温养护051015200.10.20.30.4收缩(103)时间(月)3838（2 2 2 2）混凝土的收缩的组成：一是水泥凝胶体本身体积的）混凝土的收缩的组成：一是水泥凝胶体本身体积的）混凝土的收缩的组成：一是水泥凝胶体本身体积的）混凝土的收缩的组成：一是水泥凝胶体本身体积的收缩，二是混
46、凝土内自由水分蒸发引起的收缩。收缩，二是混凝土内自由水分蒸发引起的收缩。收缩，二是混凝土内自由水分蒸发引起的收缩。收缩，二是混凝土内自由水分蒸发引起的收缩。（3 3 3 3）影响因素影响因素影响因素影响因素 混混混混凝凝凝凝土土土土的的的的收收收收缩缩缩缩受受受受结结结结构构构构周周周周围围围围的的的的温温温温度度度度、湿湿湿湿度度度度、构构构构件件件件断断断断面面面面形形形形状状状状及及及及尺尺尺尺寸寸寸寸、配配配配合合合合比比比比、骨骨骨骨料料料料性性性性质质质质、水水水水泥泥泥泥性性性性质质质质、混混混混凝凝凝凝土土土土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。浇筑质量及养护条件等许多因素有关。
47、浇筑质量及养护条件等许多因素有关。浇筑质量及养护条件等许多因素有关。（1 1）水水水水泥泥泥泥的的的的品品品品种种种种：水水水水泥泥泥泥强强强强度度度度等等等等级级级级越越越越高高高高，制制制制成成成成的的的的混混混混凝凝凝凝土土土土收收收收缩越大。缩越大。缩越大。缩越大。（2 2）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。（3 3）骨料的性质：骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。）骨料的性质：骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。）骨料的性质：骨料弹性
48、模量高、级配好，收缩就小。）骨料的性质：骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。（4 4）养护条件：干燥失水及高温环境，收缩大。）养护条件：干燥失水及高温环境，收缩大。）养护条件：干燥失水及高温环境，收缩大。）养护条件：干燥失水及高温环境，收缩大。（5 5）混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。）混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。）混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。）混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。（6 6）使用环境：使用环境温度、湿度越大，收缩越小。）使用环境：使用环境温度、湿度越大，收缩越小。）使用环境：使用环境温度、湿度越大，收缩越小。）使用环境：使用环境温度、湿度越大，
49、收缩越小。（7 7）构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。）构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。）构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。）构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。3939*混凝土的选用原则：考虑材料力学性能、耐久性混凝土的选用原则：考虑材料力学性能、耐久性能、施工性能、经济性等方面，按规范要求能、施工性能、经济性等方面，按规范要求选用。规范选用。规范4.1.24.1.21.1.1.1.钢筋混凝土的混凝土强度等级不应低于钢筋混凝土的混凝土强度等级不应低于钢筋混凝土的混凝土强度等级不应低于钢筋混凝土的混凝土强度等级不应低于C15C15C15C15，当采用，当采用，当
50、采用，当采用HRB335HRB335HRB335HRB335时不宜低于时不宜低于时不宜低于时不宜低于C20C20C20C20，当采用，当采用，当采用，当采用HRB400HRB400HRB400HRB400、RRB400RRB400RRB400RRB400时，以时，以时，以时，以及承受重复荷载的构件，不得低于及承受重复荷载的构件，不得低于及承受重复荷载的构件，不得低于及承受重复荷载的构件，不得低于C20C20C20C20。2.2.2.2.预应力混凝土的混凝土强度等级不应低于预应力混凝土的混凝土强度等级不应低于预应力混凝土的混凝土强度等级不应低于预应力混凝土的混凝土强度等级不应低于C30C30C3