02-2 混凝土结构1.pdf
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1、第二章钢筋和混凝土的材料性能 2.2 混凝土2.2 混凝土Concrete Questions: 1. What kinds of strength were used in RC construction? 2. What relationship between the different concrete strength? 3. What mechanical properties must be used in RC structure analysis? 4. Any other properties must be considered for practical use in
2、RC structure? 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 一、混凝土的强度一、混凝土的强度 1、混凝土强度等级(、混凝土强度等级( Strength Grade ) 混凝土结构中,主要是利用它的混凝土结构中,主要是利用它的抗压强度抗压强度抗压强度抗压强度(Compressive Strength),它是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。),它是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。 混凝土的强度等级混凝土的强度等级混凝土的强度等级混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的是用抗压强度来划分的是用抗压强度来划分的是用抗压强度来划分的 混凝土强度等级混凝土强度等级混凝土强度等级混凝土
3、强度等级:边长:边长150mm立方体标准试件,在标准条件下 ( 立方体标准试件,在标准条件下 (203,90%湿度)养护湿度)养护28天,用标准试验方法(加载速 度 天,用标准试验方法(加载速 度0.150.3N/mm2/sec,两端不涂润滑剂)测得的,两端不涂润滑剂)测得的具有具有具有具有95%95%保证保证保证保证 率率率率的立方体抗压强度的立方体抗压强度(Cube Strength),用符号,用符号C表示。表示。 C30:fcu,k=30N/mm2 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 规范根据强度范围,规范根据强度范围,从从从从C15C80C15C80共划分为共划分为共划分为共
4、划分为1414个强度等级个强度等级个强度等级个强度等级, 级差为 , 级差为5N/mm2。 C50以上为以上为高强混凝土高强混凝土高强混凝土高强混凝土。 100mm立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系 Size Affection 100150 cucu ff= 小于小于C50的混凝土,修正系数的混凝土,修正系数 =0.95 随混凝土强度的提高,修正系数随混凝土强度的提高,修正系数 值有所降低值有所降低 当当fcu100=100N/mm2时,换算系数时,换算系数 约为约为0.9 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 美国、日本、加拿大等国家,
5、采用圆柱体(直径美国、日本、加拿大等国家,采用圆柱体(直径150mm, 高 , 高300 mm)标准试件测定的抗压强度来划分强度等级,符 号记为 )标准试件测定的抗压强度来划分强度等级,符 号记为 fc。 圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为,圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为,圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为,圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为, cuc ff)81. 079. 0(= 立方体立方体和和圆柱体圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的 受力状态,只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平 和品质的标准( 抗压试验都不能代表混凝
6、土在实际构件中的 受力状态,只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平 和品质的标准(制作、测试方便制作、测试方便)。)。 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 2 2、轴心抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗压强度Axial Compressive Strength 轴心抗压强度采用棱柱体试件测定,用符号轴心抗压强度采用棱柱体试件测定,用符号f f c c 表示,它比较表示,它比较接接接接 近实际构件中混凝土的受压情况近实际构件中混凝土的受压情况近实际构件中混凝土的受压情况近实际构件中混凝土的受压情况。 h b 棱柱体试件高宽比一般为棱柱体试件高宽比一般为h/b=34 通常取
7、通常取150mm150mm 450mm 也常用也常用100100300试件。试件。 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 2 2、轴心抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗压强度Axial Compressive Strength 对于同一混凝土,对于同一混凝土,棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。 为什么?为什么? 棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为,棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为, cuc fkf= 规范规定:规范规定:小于小于C50级的混凝土取级的混凝土取
8、k=0.76 C80级混凝土取级混凝土取k=0.82, 其间按线性插值其间按线性插值其间按线性插值其间按线性插值 cucucuc ffff76. 0)002. 066. 0(+= 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 3 3、轴心抗拉强度、轴心抗拉强度、轴心抗拉强度、轴心抗拉强度Axial Tensile Strength 也是基本力学性能,用符号也是基本力学性能,用符号 ft 表示。 混凝土构件的开裂、裂缝、变形,以及受剪、受扭、受冲切等 的承载力均与抗拉强度有关。 表示。 混凝土构件的开裂、裂缝、变形,以及受剪、受扭、受冲切等 的承载力均与抗拉强度有关。 2.2 混凝土 01020
9、30405060708090100 1 2 3 4 5 6 ft fcu GBJ10-89 规范 轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系 55. 0 395. 0 cut ff = 3/2 26. 0 cut ff = 500 150 150 100 16 轴心受拉试验 第二章钢筋和混凝土的材料性能 劈拉试验 P a P 拉 压 压 由于轴心受拉试验对中困难,也常常采用立方体或圆柱体劈拉 试验测定混凝土的抗拉强度 由于轴心受拉试验对中困难,也常常采用立方体或圆柱体劈拉 试验测定混凝土的抗拉强度(Splitting Strength ) 2 2 a P f sp = 4/3 19. 0 cusp
10、ff= 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 4 4、混凝土强度的标准值、混凝土强度的标准值、混凝土强度的标准值、混凝土强度的标准值 Characteristic Strength 规范规定材料强度的标准值规范规定材料强度的标准值 fk应具有不小于应具有不小于95%95%的保证率的保证率 )645. 11 (= mk ff 立方体强度标准值立方体强度标准值即为混凝土强度等级即为混凝土强度等级即为混凝土强度等级即为混凝土强度等级f fcu cu 规范在确定混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值 时,假定它们的变异系数与立方体强度的变异系数相同
11、,利 用与立方体强度平均值的换算关系,便可按上式计算得到。 规范在确定混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值 时,假定它们的变异系数与立方体强度的变异系数相同,利 用与立方体强度平均值的换算关系,便可按上式计算得到。 Question: Can you feel safe enough to use characteristic strength? 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 规范考虑到试件规范考虑到试件与实际结构的差异与实际结构的差异以及以及高强混凝土的脆高强混凝土的脆 性特征性特征,对轴心抗压强度和轴心抗拉强度,还采用了以下两 个 ,对轴心抗压强度和轴心抗拉强度,还采用了
12、以下两 个折减系数折减系数: 结构中混凝土强度与混凝土试件强度的比值,取结构中混凝土强度与混凝土试件强度的比值,取0.88; 脆性折减系数,对脆性折减系数,对C40取取1.0,对,对C80取取0.87,中间按线性 规律变化。 ,中间按线性 规律变化。 例例 fcu=30MPa, =0.12, fcu,m=fcu/(1-1.645 ) fc,m=0.76fcu,m fc,k=fc,m(1-1.645 )0.881.0 =0.76fcu0.88 1.0 =20.06MPa 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 表表 2-4 混凝土强度标准值混凝土强度标准值(N/mm2) 混 凝 土 强 度
13、 等 级 强度种类 符号 C15 C20 C25 C30 C35 轴心抗压强度 fck 10.0 13.4 16.7 20.1 23.4 轴心抗拉强度 ftk 1.27 1.54 1.78 2.01 2.20 弹性模量(104)Ec 2.20 2.55 2.80 3.00 3.15 混 凝 土 强 度 等 级 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80 26.8 29.6 32.4 35.5 38.5 41.5 44.5 47.4 50.2 2.40 2.51 2.65 2.74 2.85 2.93 3.00 3.05 3.10 3.25 3.35 3.45 3.5
14、5 3.60 3.65 3.70 3.75 3.80 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 二、混凝土破坏机理二、混凝土破坏机理二、混凝土破坏机理二、混凝土破坏机理 Failure Mechanism fc 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 02468 10 20 30 (MPa) 10-3 混凝土在结硬过程中, 由于水泥石的收缩、骨 料下沉以及温度变化等 原因,在骨料和水泥石 的界面上形成很多 混凝土在结硬过程中, 由于水泥石的收缩、骨 料下沉以及温度变化等 原因,在骨料和水泥石 的界面上形成很多微裂微裂微裂微裂 缝缝缝缝 Micro-fissure,成为 混凝土中的薄弱
15、部位。 混凝土的最终破坏就是 由于这些微裂缝的发展 造成的。 ,成为 混凝土中的薄弱部位。 混凝土的最终破坏就是 由于这些微裂缝的发展 造成的。 B A C E D 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 02468 10 20 30 (MPa) 10-3 A A A点以前点以前点以前点以前,微裂缝没有 明显发展,混凝土的变 形主要弹性变形,应 力 ,微裂缝没有 明显发展,混凝土的变 形主要弹性变形,应 力-应变关系近似直线应变关系近似直线 A点应力随混凝土强度 的提高而增加, 普通强度混凝土 点应力随混凝土强度 的提高而增加, 普通强度混凝土 A约为约为 (0.30.4)fc 高强混凝
16、土高强混凝土 A可达可达 (0.50.7)fc。 B C E D 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 02468 10 20 30 (MPa) 10-3 B A A A点以后点以后点以后点以后,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 ,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-应 变曲线逐渐偏离直线。 微裂缝的发展导致混凝 土的 应 变曲线逐渐偏离直线。 微裂缝的发展导致混凝 土的横向变形增加横向变形增加 Expansion。但该阶段 微裂缝的发展是稳定的 。但该阶段 微裂缝
17、的发展是稳定的 C E D 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 02468 10 20 30 (MPa) 10-3 B A 达到达到达到达到B B点点点点,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,体积应变开始 由压缩转为增加。 在此应力的长期作用下, 裂缝会持续发展最终导 致破坏。取 ,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,体积应变开始 由压缩转为增加。 在此应力的长期作用下, 裂缝会持续发展最终导 致破坏。取B点的应力作 为混凝土的 点的应力作 为混凝土的长期抗压强长期抗压强长期抗压强长期抗压强 度度度度。普通强度混凝土。普通强
18、度混凝土 B 约为约为0.8fc,高强强度混凝 土 ,高强强度混凝 土 B可达可达0.95fc以上以上 C E D 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 02468 10 20 30 (MPa) 10-3 B A C E D 达到达到C点点fc,内部微裂缝 连通形成破坏面,应变 增长速度明显加快, ,内部微裂缝 连通形成破坏面,应变 增长速度明显加快,C 点的纵向应变值称为点的纵向应变值称为峰峰峰峰 值应变值应变值应变值应变 0,约为,约为0.002。 纵向应变发展达到 。 纵向应变发展达到D点, 内部裂缝在试件表面出 现第一条可见平行于受 力方向的纵向裂缝 点, 内部裂缝在试件表面出
19、 现第一条可见平行于受 力方向的纵向裂缝 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 02468 10 20 30 (MPa) 10-3 B A C E D 随应变增长,试件上相 继出现多条不连续的纵 向裂缝,横向变形急剧 发展,承载力明显下降 随应变增长,试件上相 继出现多条不连续的纵 向裂缝,横向变形急剧 发展,承载力明显下降 2.2 混凝土 第二章钢筋和混凝土的材料性能 02468 10 20 30 (MPa) 10-3 B A C E D 混凝土骨料与砂浆的粘 结不断遭到破,裂缝连 通形成斜向破坏面。 混凝土骨料与砂浆的粘 结不断遭到破,裂缝连 通形成斜向破坏面。E 点的应变点的应变
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