關于混凝土結構材料的物理力學性能第一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二2.1混凝土的物理力學性能2.1.1混凝土的組成結構通常把混凝土的結構分為三種類型：Ａ.微觀結構：也即水泥石結構，包括水泥凝膠、晶體骨架、未化完的水泥顆粒和凝膠孔組。Ｂ.亞微觀結構：即混凝土中的水泥砂漿結構。Ｃ.宏觀結構：即砂漿和粗骨料兩組分體系。注意：1.骨料的分布及骨料與基相之間在界面的結合強度是影響混凝土強度的重要因素；

2.在荷載的作用下，微裂縫的擴展對混凝土的力學性能有著極為重要的影響。第二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二2.1.2單軸應力狀態(tài)下的混凝土強度

混凝土結構中，主要是利用它的抗壓強度。因此抗壓強度是混凝土力學性能中最主要和最基本的指標?；炷恋膹姸鹊燃壥怯每箟簭姸葋韯澐值模?）單向受力狀態(tài)下混凝土的強度1）立方體抗壓強度：邊長為150mm的混凝土立方體試件，在標準條件下（溫度為20±3℃，濕度≥90%）養(yǎng)護28天，用標準試驗方法（加載速度0.15~0.3N/mm2/s，兩端不涂潤滑劑）測得的具有95%保證率的抗壓強度，用符號C表示。

《規(guī)范》根據強度范圍，從C15~C80共劃分為14個強度等級，級差為5N/mm2。第三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二2）軸心抗壓強度軸心抗壓強度由棱柱體試件測得的抗壓強度確定。按標準方法制作的150mm×l50mm×300mm的棱柱體試件，在溫度為20土3℃和相對濕度為90％以上的條件下養(yǎng)護28d，用標準試驗方法測得的具有95％保證率的抗壓強度。對于同一混凝土，棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度?？紤]到實際結構構件制作、養(yǎng)護和受力情況，實際構件強度與試件強度之間存在差異，《規(guī)范》基于安全取偏低值，規(guī)定軸心抗壓強度標準值和立方體抗壓強度標準值的換算關系為：脆性折減系數強度比第四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二

式中：

k１為棱柱體強度與立方體強度之比，對不大于C50級的混凝土取0.76，對C80取0.82，其間按線性插值。k2為高強混凝土的脆性折減系數，對C40取1.0，對C80取0.87，中間按直線規(guī)律變化取值。0.88為考慮實際構件與試件混凝土強度之間的差異而取用的折減系數。

fcu,k立方體強度標準值即為混凝土強度等級fcu。第五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二3）軸心抗拉強度

混凝土的軸心抗拉強度可以采用直接軸心受拉的試驗方法來測定，但由于試驗比較困難，目前國內外主要采用圓柱體或立方體的劈裂試驗來間接測試混凝土的軸心抗拉強度。劈拉試驗FaF拉壓壓第六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二

《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定軸心抗拉強度標準值與立方體抗壓強度標準值的換算關系為：混凝土軸心抗拉強度與立方體抗壓強度的關系第七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二

在平面應力狀態(tài)下，當兩方向應力均為壓應力時，抗壓強度相互提高，最大可增加27％，而當一方向為壓應力，另一方向為拉應力時，強度相互降低。當壓應力不太高時，其存在可提高混凝土的抗剪強度，拉應力的存在會降低混凝土的抗剪強度。剪應力的存在降低混凝土的抗壓和抗拉強度。

側向壓應力的存在可提高混凝土的抗壓強度，關系為

式中——被約束混凝土的軸心抗壓強度；

——非約束混凝土的軸心抗壓強度；

——側向約束壓應力。

側向壓應力的存在還可提高混凝土的延性。

（3）復合受力狀態(tài)下混凝土的強度第八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二◆雙軸應力狀態(tài)實際結構中，混凝土很少處于單向受力狀態(tài)。更多的是處于雙向或三向受力狀態(tài)。雙向受壓強度大于單向受壓強度，最大受壓強度發(fā)生在兩個壓應力之比為0.3~0.6之間，約(1.25~1.60)fc。雙軸受壓狀態(tài)下混凝土的應力-應變關系與單軸受壓曲線相似，但峰值應變均超過單軸受壓時的峰值應變。壓拉－壓第九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二第二章鋼筋和混凝土的材料性能在一軸受壓一軸受拉狀態(tài)下，任意應力比情況下均不超過其相應單軸強度。并且抗壓強度或抗拉強度均隨另一方向拉應力或壓應力的增加而減小?！綦p軸應力狀態(tài)實際結構中，混凝土很少處于單向受力狀態(tài)。更多的是處于雙向或三向受力狀態(tài)。2.1.3復雜應力下混凝土的受力性能第十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二構件受剪或受扭時常遇到剪應力t和正應力s共同作用下的復合受力情況?；炷恋目辜魪姸龋弘S拉應力增大而減小隨壓應力增大而增大當壓應力在0.6fc左右時，抗剪強度達到最大，壓應力繼續(xù)增大，則由于內裂縫發(fā)展明顯，抗剪強度將隨壓應力的增大而減小。第十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二◆三軸應力狀態(tài)三軸應力狀態(tài)有多種組合，實際工程遇到較多的螺旋箍筋柱和鋼管混凝土柱中的混凝土為三向受壓狀態(tài)。三向受壓試驗一般采用圓柱體在等側壓條件進行。

由試驗得到的經驗公式為:

式中——被約束混凝土的軸心抗壓強度；

——非約束混凝土的軸心抗壓強度；

——側向約束壓應力。

側向壓應力的存在還可提高混凝土的延性。

第十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二2.1.4混凝土的變形1、單軸受壓應力-應變關系混凝土單軸受力時的應力-應變關系反映了混凝土受力全過程的重要力學特征,是分析混凝土構件應力、建立承載力和變形計算理論的必要依據，也是利用計算機進行非線性分析的基礎。

混凝土單軸受壓應力-應變關系曲線，常采用棱柱體試件來測定。在普通試驗機上采用等應力速度加載，達到軸心抗壓強度fc時，試驗機中集聚的彈性應變能大于試件所能吸收的應變能，會導致試件產生突然脆性破壞，只能測得應力-應變曲線的上升段。采用等應變速度加載，或在試件旁附設高彈性元件與試件一同受壓，以吸收試驗機內集聚的應變能，可以測得應力-應變曲線的下降段。第十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二第十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二02468102030s(MPa)e×10-3BACEDA點以前，微裂縫沒有明顯發(fā)展，混凝土的變形主要彈性變形，應力-應變關系近似直線。A點應力隨混凝土強度的提高而增加，對普通強度混凝土sA約為

(0.3~0.4)fc，對高強混凝土sA可達(0.5~0.7)fc。A點以后，由于微裂縫處的應力集中，裂縫開始有所延伸發(fā)展，產生部分塑性變形，應變增長開始加快，應力-應變曲線逐漸偏離直線。微裂縫的發(fā)展導致混凝土的橫向變形增加。但該階段微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的?；炷猎诮Y硬過程中，由于水泥石的收縮、骨料下沉以及溫度變化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂縫，成為混凝土中的薄弱部位?；炷恋淖罱K破壞就是由于這些微裂縫的發(fā)展造成的。達到B點，內部一些微裂縫相互連通，裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，橫向變形突然增大，體積應變開始由壓縮轉為增加。在此應力的長期作用下，裂縫會持續(xù)發(fā)展最終導致破壞。取B點的應力作為混凝土的長期抗壓強度。普通強度混凝土sB約為0.8fc，高強強度混凝土sB可達0.95fc以上。達到C點fc，內部微裂縫連通形成破壞面，應變增長速度明顯加快，C點的縱向應變值稱為峰值應變

e0，約為0.002?？v向應變發(fā)展達到D點，內部裂縫在試件表面出現第一條可見平行于受力方向的縱向裂縫。隨應變增長，試件上相繼出現多條不連續(xù)的縱向裂縫，橫向變形急劇發(fā)展，承載力明顯下降，混凝土骨料與砂漿的粘結不斷遭到破，裂縫連通形成斜向破壞面。E點的應變e=(2~3)e0，應力s=(0.4~0.6)fc。第十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二不同強度混凝土的應力-應變關系曲線強度等級越高，線彈性段越長，峰值應變也有所增大。但高強混凝土中，砂漿與骨料的粘結很強，密實性好，微裂縫很少，最后的破壞往往是骨料破壞，破壞時脆性越顯著，下降段越陡。第十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二◆Hognestad建議的應力-應變曲線第十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二◆《規(guī)范》應力-應變關系上升段：下降段：第十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二2、混凝土的變形模量彈性模量變形模量切線模量第十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二◆彈性模量測定方法第二十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二2.1.5混凝土的收縮和徐變1、混凝土的收縮混凝土在空氣中硬化時體積會縮小，這種現象稱為混凝土的收縮。收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產生的變形。

當這種自發(fā)的變形受到外部（支座）或內部（鋼筋）的約束時，將使混凝土中產生拉應力，甚至引起混凝土的開裂?；炷潦湛s會使預應力混凝土構件產生預應力損失。

第二十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二◆影響因素

混凝土的收縮受結構周圍的溫度、濕度、構件斷面形狀及尺寸、配合比、骨料性質、水泥性質、混凝土澆筑質量及養(yǎng)護條件等許多因素有關。（1）水泥的品種：水泥強度等級越高，制成的混凝土收縮越大。（2）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。（3）骨料的性質：骨料彈性模量高、級配好，收縮就小。（4）養(yǎng)護條件：干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大。（5）混凝土制作方法：混凝土越密實，收縮越小。（6）使用環(huán)境：使用環(huán)境溫度、濕度越大，收縮越小。（7）構件的體積與表面積比值：比值大時，收縮小。第二十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二2、混凝土的徐變

混凝土在荷載的長期作用下，其變形隨時間而不斷增長的現象稱為徐變。

徐變對混凝土結構和構件的工作性能有很大影響。由于混凝土的徐變，會使構件的變形增加，在鋼筋混凝土截面中引起應力重分布，在預應力混凝土結構中會造成預應力的損失。

混凝土的徐變特性主要與時間參數有關。第二十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二

在應力（≤0.5fc）作用瞬間，首先產生瞬時彈性應變eel（=si/Ec(t0)，t0加荷時的齡期）。隨荷載作用時間的延續(xù)，變形不斷增長，前4個月徐變增長較快，6個月可達最終徐變的（70~80）%，以后增長逐漸緩慢，2~3年后趨于穩(wěn)定。第二十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二

記(t-t0)時間后的總應變?yōu)閑c(t,t0)，此時混凝土的收縮應變?yōu)閑sh(t，t0)，則徐變?yōu)椋琫cr(t,t0)=ec(t,t0)-ec(t0)-esh(t,t0)=ec(t,t0)-eel-esh(t,t0)第二十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二如在時間t卸載，則會產生瞬時彈性恢復應變eel'。由于混凝土彈性模量隨時間增大，故彈性恢復應變eel'小于加載時的瞬時彈性應變

eel。再經過一段時間后，還有一部分應變eel''可以恢復，稱為彈性后效或徐變恢復，但仍有不可恢復的殘留永久應變ecr'第二十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二◆影響因素內在因素是混凝土的組成和配比。骨料(aggregate)的剛度（彈性模量）越大，體積比越大，徐變就越小。水灰比越小，徐變也越小。環(huán)境影響包括養(yǎng)護和使用條件。受荷前養(yǎng)護(curing)的溫濕度越高，水泥水化作用月充分，徐變就越小。采用蒸汽養(yǎng)護可使徐變減少（20~35）%。受荷后構件所處的環(huán)境溫度越高，相對濕度越小，徐變就越大。第二十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二3、混凝土在荷載重復作用下的變形（疲勞變形）◆疲勞強度

混凝土的疲勞強度由疲勞試驗測定。采用100mm×100mm×300mm或著150mm×150mm×450mm的棱柱體，把棱柱體試件承受200萬次或其以上循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓應力值稱為混凝土的疲勞抗壓強度?！粲绊懸蛩?/p>

施加荷載時的應力大小是影響應力-應變曲線不同的發(fā)展和變化的關鍵因素，即混凝土的疲勞強度與重復作用時應力變化的幅度有關。在相同的重復次數下，疲勞強度隨著疲勞應力比值的增大而增大。第二十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二混凝土在荷載重復作用下的

應力-應變關系第二十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二2.2鋼筋的物理力學性能

2.2.1鋼筋的品種和級別熱軋鋼筋、中高強鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋第三十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二熱軋鋼筋的分類HPB235級、HRB335級、HRB400級、RRB400級屈服強度fyk（標準值=鋼材廢品限值，保證率97.73%）HPB235級：fyk=235N/mm2HRB335級：fyk=335N/mm2HRB400級、RRB400級：fyk=400N/mm2第三十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二

HPB235級(Ⅰ級)鋼筋多為光面鋼筋，多作為現澆樓板的受力鋼筋和箍筋。

HRB335級(Ⅱ級)和

HRB400級(Ⅲ級)鋼筋強度較高，多作為鋼筋混凝土構件的受力鋼筋，尺寸較大的構件，也有用Ⅱ級鋼筋作箍筋以增強與混凝土的粘結，外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋。

RRB400級(Ⅳ級)鋼筋強度太高，不適宜作為鋼筋混凝土構件中的配筋，不能用冷拉后的鋼筋。延伸率d5=25、16、14、10%，直徑8~40。第三十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二鋼絲，中強鋼絲的強度為800~1200MPa，高強鋼絲、鋼絞線的為1470~1860MPa；延伸率d10=6%，d100=3.5~4%；鋼絲的直徑3~9mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三種，另有二股、三股和七股鋼絞線，外接圓直徑9.5~15.2mm。中高強鋼絲和鋼絞線均用于預應力混凝土結構。冷加工鋼筋是由熱軋鋼筋和盤條經冷拉、冷拔、冷軋、冷扭加工后而成。冷加工的目的是為了提高鋼筋的強度，節(jié)約鋼材。但經冷加工后，鋼筋的延伸率降低。近年來，冷加工鋼筋的品種很多，應根據專門規(guī)程使用。熱處理鋼筋是將Ⅳ級鋼筋通過加熱、淬火和回火等調質工藝處理，使強度得到較大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于預應力混凝土結構。第三十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二se2.2.2鋼筋的強度與變形

◆有明顯屈服點的鋼筋a’abcdefua′為比例極限oa為彈性階段de為強化階段b為屈服上限c為屈服下限，即屈服強度fycd為屈服臺階e為極限抗拉強度fu

fyfef為頸縮階段第三十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二幾個指標：屈服強度：是鋼筋強度的設計依據，因為鋼筋屈服后將發(fā)生很大的塑性變形，且卸載時這部分變形不可恢復，這會使鋼筋混凝土構件產生很大的變形和不可閉合的裂縫。屈服上限與加載速度有關，不太穩(wěn)定，一般取屈服下限作為屈服強度。延伸率：鋼筋拉斷后的伸長值與原長的比率，是反映鋼筋塑性性能的指標。延伸率大的鋼筋，在拉斷前有足夠預兆，延性較好。屈強比：反映鋼筋的強度儲備，fy/fu=0.6~0.7。第三十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二有明顯屈服點鋼筋的應力-應變關系一般可采用雙線性的理想彈塑性關系1Es第三十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二◆無明顯屈服點的鋼筋a點：比例極限，約為0.65fua點前：應力-應變關系為線彈性a點后：應力-應變關系為非線性，有一定塑性變形，且沒有明顯的屈服點強度設計指標——條件屈服點殘余應變?yōu)?.2%所對應的應力《規(guī)范》取s0.2=0.85fu第三十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二

1）強度：要求鋼筋有足夠的強度和適宜的強屈比(極限強度與屈服強度的比值)。例如，對抗震等級為一、二級的框架結構，其縱向受力鋼筋的實際強屈比不應小于1.25。

2）塑性：要求鋼筋應有足夠的變形能力。

3）可焊性：要求鋼筋焊接后不產生裂縫和過大的變形，焊接接頭性能良好。

4）與混凝土的粘結力：要求鋼筋與混凝土之間有足夠的粘結力，以保證兩者共同工作。2.2.3混凝土結構對鋼筋性能的要求第三十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二2.3混凝土與鋼筋的粘結2.3.1粘結的意義

粘結和錨固是鋼筋和混凝土形成整體、共同工作的基礎鋼筋與混凝土之間粘結應力示意圖（a）錨固粘結應力（b）裂縫間的局部粘結應力第三十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二2.3混凝土與鋼筋的粘結2.3.2

粘結力的形成◆光圓鋼筋與變形鋼筋具有不同的粘結機理，其粘結作用主要由三部分組成：（１）鋼筋與混凝土接觸面上的化學吸附作用力（膠結力）。一般很小，僅在受力階段的局部無滑移區(qū)域起作用，當接觸面發(fā)生相對滑移時，該力即消失。（２）混凝土收縮握裹鋼筋而產生的摩阻力。（３）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產生的機械咬合作用力（咬合力）。對于光圓鋼筋，這種咬合力來自于表面的粗糙不平。第四十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二2.3混凝土與鋼筋的粘結◆變形鋼筋與混凝土之間的機械咬合作用主要是由于變形鋼筋肋間嵌入混凝土而產生的。變形鋼筋和混凝土的機械咬合作用第四十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二2.3混凝土與鋼筋的粘結2.3.3粘結強度◆測試第四十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二2.3混凝土與鋼筋的粘結◆計算公式

式中N—鋼筋的拉力；ｄ—鋼筋的直徑；ｌ—粘結的長度。第四十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二2.3混凝土與鋼筋的粘結◆不同強度混凝土的粘結應力和相對滑移的關系第四十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二2.3混凝土與鋼筋的粘結2.3.4