《02-材料力学性能.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《02-材料力学性能.pdf(75页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第二章 第二章 材料的力学性能 2.1 钢筋 钢筋 第二章第二章 混凝土结构材料的混凝土结构材料的 物理力学新能物理力学新能 2.3 钢筋与混凝土的相互作用 钢筋与混凝土的相互作用粘结粘结 2.2 混凝土混凝土 第二章 第二章 材料的力学性能 材料的力学性能材料的力学性能 钢 筋钢 筋 混 凝 土混 凝 土 两者间的粘结两者间的粘结 强 度强 度 变 形变 形 粘结破坏的 过程和机理 粘结破坏的 过程和机理 第二章 第二章 材料的力学性能 2.1 钢筋钢筋 2.1.1钢筋的种类钢筋的种类 1、按化学成份分类、按化学成份分类 钢筋 碳素钢普通低合金钢 低碳钢 c0.25% 中碳钢 0.25%c0
2、.6% 高碳钢 0.6%c1.4% 细晶粒钢筋细晶粒钢筋 加入硅、锰、钒、钛、 铬等合金元素 加入硅、锰、钒、钛、 铬等合金元素 强度提高,塑性和可焊性降低通过控制轧钢的温度形 成细晶粒的金相组织 随着含碳量提高 强度提高,塑性和可焊性降低通过控制轧钢的温度形 成细晶粒的金相组织 随着含碳量提高 节约低合金资源 性能相似 节约低合金资源 性能相似 第二章 第二章 材料的力学性能 2、按生产加工工艺和力学性能分类、按生产加工工艺和力学性能分类 热轧钢筋、中强度预应力钢丝、消除应力钢丝、钢绞线 和预应力螺纹钢筋 热轧钢筋、中强度预应力钢丝、消除应力钢丝、钢绞线 和预应力螺纹钢筋 第二章 第二章 材
3、料的力学性能 主要成分为主要成分为铁铁元素,还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等 元素,力学性能主要与 元素,还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等 元素,力学性能主要与碳碳的含量有关:的含量有关: 含碳量越高,则钢筋的强度越高,质地硬,但塑性变差。含碳量越高,则钢筋的强度越高,质地硬,但塑性变差。 3、热轧钢筋的成分、热轧钢筋的成分 热轧钢筋:由低碳钢、普通低合金钢或细晶粒钢在高温 状态下轧制而成。有明显的屈服点和流幅,断裂时有 热轧钢筋:由低碳钢、普通低合金钢或细晶粒钢在高温 状态下轧制而成。有明显的屈服点和流幅,断裂时有颈 缩 颈 缩,伸长率较大。,伸长率较大。 第二章 第二章 材料的力学性能 细
4、晶粒钢热轧 普通低合金钢热轧 细晶粒钢热轧 普通低合金钢热轧 HRB500 HRBF500 余热处理钢筋 细晶粒钢热轧 普通低合金钢热轧 余热处理钢筋 细晶粒钢热轧 普通低合金钢热轧 HRB400 HRBF400 RRB400 细晶粒钢热轧 月牙纹变形钢筋 普通低合金钢热轧 细晶粒钢热轧 月牙纹变形钢筋 普通低合金钢热轧 HRB335 HRBF335 光面钢筋低碳钢热轧光面钢筋低碳钢热轧HPB300 外形加工符号种类外形加工符号种类 热轧钢筋种类热轧钢筋种类 第二章 第二章 材料的力学性能 余热处理钢筋(余热处理钢筋(RRB400):):是由轧制的钢筋经高温淬 水、余热回温处理后得到 是由轧制
5、的钢筋经高温淬 水、余热回温处理后得到 的,其强度提高、价格相对 较低,但可焊性、机械连接性能及施工适应性稍差,可 在对延性及加工性要求不高的构件中使用,如基础、大 体积混凝土及跨度与荷载不大的楼板、墙体。 的,其强度提高、价格相对 较低,但可焊性、机械连接性能及施工适应性稍差,可 在对延性及加工性要求不高的构件中使用,如基础、大 体积混凝土及跨度与荷载不大的楼板、墙体。 第二章 第二章 材料的力学性能 淘汰低强钢筋,纳入高强、高性能钢筋 淘汰低强钢筋,纳入高强、高性能钢筋 钢筋 钢筋修订时作下列改动:修订时作下列改动: 增加增加500MPa级高强钢筋;500MPa级高强钢筋; 列入列入HRB
6、F系列系列细晶粒细晶粒钢筋;钢筋; 淘汰淘汰低强的HPB235钢筋低强的HPB235钢筋,代之以,代之以HPB300钢筋,并规定钢筋,并规定 了过渡方法;了过渡方法; 列入列入中强钢丝中强钢丝以增加预应力筋品种,补充中强空档以增加预应力筋品种,补充中强空档. 新规范修订新规范修订 第二章 第二章 材料的力学性能 普通纵向受力钢筋普通纵向受力钢筋宜采用宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、 HRBF500钢筋,也可采用钢筋,也可采用HRB335、HRBF335、HPB300 和和RRB400钢筋;钢筋; 预应力钢筋预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝和预应力螺纹钢 筋; 宜采用预应力钢
7、绞线、钢丝和预应力螺纹钢 筋; 普通箍筋普通箍筋宜采用宜采用HRB400、HRBF400、HRB500、 HRBF500钢筋;也可采用钢筋;也可采用HRB335、HRBF335和和HPB300 钢筋。钢筋。 规范规定规范规定 第二章 第二章 材料的力学性能 中强度预应力钢丝:中强度预应力钢丝:抗拉强度抗拉强度800-1270MPa,外形有光面和 螺旋肋两种; ,外形有光面和 螺旋肋两种; 消除应力钢丝:消除应力钢丝:抗拉强度抗拉强度1470-1860MPa,外形有光面和螺 旋肋两种; ,外形有光面和螺 旋肋两种; 钢绞线:钢绞线:抗拉强度抗拉强度1570-1960MPa,由多根高强钢丝扭结而
8、成,常用的有 ,由多根高强钢丝扭结而 成,常用的有7股和股和3股等;股等; 预应力螺纹钢筋(精轧螺纹粗钢筋):预应力螺纹钢筋(精轧螺纹粗钢筋):抗拉强度抗拉强度980- 1230MPa,是用于预应力混凝土结构的大直径高强钢筋,在 轧制时沿钢筋纵向全部轧有规律性的螺纹肋条,可用螺丝套 筒连接和螺帽锚固,不需要再加工螺丝,也不需要焊接。 ,是用于预应力混凝土结构的大直径高强钢筋,在 轧制时沿钢筋纵向全部轧有规律性的螺纹肋条,可用螺丝套 筒连接和螺帽锚固,不需要再加工螺丝,也不需要焊接。 4、预应力筋的性能特点、预应力筋的性能特点 第二章 第二章 材料的力学性能 2.1.2 钢筋的强度和变形钢筋的强
9、度和变形 有有明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋 无无明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋 软钢软钢 硬钢硬钢 根据钢筋单调受拉时应力-应变关系特点的不同,可分为 第二章 第二章 材料的力学性能 1、有明显屈服点钢筋的应力应变关系、有明显屈服点钢筋的应力应变关系 a a a 比例极限比例极限 弹性极限弹性极限 b 屈服上限屈服上限 c 屈服下限屈服下限 e 极限强度极限强度 cd段为屈服台阶 de段为强化段 cd段为屈服台阶 de段为强化段 第二章 第二章 材料的力学性能 反映钢筋力学性能的基本指标:反映钢筋力学性能的基本指标:屈服强度、延伸率和强屈比 对于有明显屈服点钢筋,其对于有明显屈服点钢筋,
10、其屈服强度屈服强度定义为屈服下限。定义为屈服下限。 强屈比强屈比为极限强度与屈服强度的比值,反映钢筋的强度 储备,要求强屈比不小于1.25 。 钢筋在拉断时的应变称为 为极限强度与屈服强度的比值,反映钢筋的强度 储备,要求强屈比不小于1.25 。 钢筋在拉断时的应变称为伸长率伸长率(延伸率),定义为:(延伸率),定义为: o l ll 0 10, 5 为试件的标距 0 l 第二章 第二章 材料的力学性能 钢筋标距通常取为钢筋标距通常取为5d5d或或10d10d,不同标距的试件测得的延伸 率不同,标距较小时得到的延伸率较大;且断后伸长率忽 略了钢筋的弹性变形,不能反映钢筋受力时的总体变形 能力。
11、 ,不同标距的试件测得的延伸 率不同,标距较小时得到的延伸率较大;且断后伸长率忽 略了钢筋的弹性变形,不能反映钢筋受力时的总体变形 能力。 目前多采用目前多采用均匀伸长率均匀伸长率来反映钢筋的变形能力,即 对应最大应力时的应变,包含了塑性残余应变和弹 性应变,反映了钢筋真实的变形能力。 来反映钢筋的变形能力,即 对应最大应力时的应变,包含了塑性残余应变和弹 性应变,反映了钢筋真实的变形能力。 第二章 第二章 材料的力学性能 )( 0 s b o El ll 第二章 第二章 材料的力学性能 冷弯性能是冷弯性能是反映钢筋变形能力的另一个指标反映钢筋变形能力的另一个指标 软钢质检时的四个主要指标:软
12、钢质检时的四个主要指标:屈服强度、极限抗拉强度、屈服强度、极限抗拉强度、 伸长率、冷弯性能伸长率、冷弯性能 直径为d的钢筋绕直径为D的轴进行弯折,在 达到规定冷弯角度时,钢筋不发生裂纹、断 裂或起层现象。 第二章 第二章 材料的力学性能 钢筋的双线性理想弹塑性本构模型钢筋的双线性理想弹塑性本构模型 ys sss E shsy ys f 第二章 第二章 材料的力学性能 2、无明显屈服点钢筋的应力应变关系、无明显屈服点钢筋的应力应变关系 条件屈服点条件屈服点为残余变形为 0.2时对应的应力 为残余变形为 0.2时对应的应力 b 85. 0 2 . 0 取取条件屈服强度条件屈服强度作为设计 强度依据
13、,取值: 作为设计 强度依据,取值: 硬钢质检时的三个主要指标:硬钢质检时的三个主要指标:极限抗拉强度、极限抗拉强度、 伸长率、冷弯性能伸长率、冷弯性能 第二章 第二章 材料的力学性能 不同钢筋应力应变关系的比较 第二章 第二章 材料的力学性能 钢筋的冷拉性能钢筋的冷拉性能 冷拉、冷拔、冷轧和冷扭 第二章 第二章 材料的力学性能 2.1.3 钢筋的疲劳钢筋的疲劳 钢筋疲劳:钢筋在承受重复、周期性的动荷载作用下,经过一 定次数后,突然发生断裂的现象。 钢筋的疲劳强度:在某一规定的应力幅内,经受一定次数(我 国规定200万次)循环荷载后发生疲劳破坏的最大应力值。 疲劳断裂的原因:钢筋内部和外表面的
14、缺陷引起应力集中,钢 筋中晶粒发生滑移,产生疲劳裂纹,最后断裂。 第二章 第二章 材料的力学性能 2.1.4 混凝土结构对钢筋的要求混凝土结构对钢筋的要求 强度屈服强度和极限抗拉强度强度屈服强度和极限抗拉强度 塑性延伸率和冷弯性能塑性延伸率和冷弯性能 具有较好的可焊性具有较好的可焊性 有较好的粘结力带肋钢筋有较好的粘结力带肋钢筋 第二章 第二章 材料的力学性能 2.2 混凝土混凝土 2.2.1 混凝土的组成部分混凝土的组成部分 混凝土材料是由水泥、砂、石子、水和外加剂按一定比例 组成,经凝结和硬化形成的人工石,属于复合材料。 混凝土材料是由水泥、砂、石子、水和外加剂按一定比例 组成,经凝结和硬
15、化形成的人工石,属于复合材料。 混凝土是由水泥结晶体、水泥凝胶体和内部微裂缝组成的。 其中,水泥结晶体和砂石骨料组成混凝土的弹性骨架,主要 承受外力的作用,并使混凝土产生一定的弹性变形;水泥凝 胶体起着调整和扩散混凝土应力的作用,并使混凝土具有相 当的塑性变形。 混凝土是由水泥结晶体、水泥凝胶体和内部微裂缝组成的。 其中,水泥结晶体和砂石骨料组成混凝土的弹性骨架,主要 承受外力的作用,并使混凝土产生一定的弹性变形;水泥凝 胶体起着调整和扩散混凝土应力的作用,并使混凝土具有相 当的塑性变形。 第二章 第二章 材料的力学性能 外加剂外加剂 是指在拌制混凝土的过程中掺入用以改善混凝土性能的物质。混凝
16、土外加 剂的掺量一般不大于水泥质量的5%。混凝土外加剂产品的质量必须符合国家标 准混凝土外加剂(GB 8076-2008)的规定。 按主要功能分为四类: (1)改善混凝土拌合物和易性能的外加剂,包括各种减水剂、引气剂和泵送剂 等; (2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂,包括缓凝剂、早强剂和速凝剂 等; (3)改善混凝土耐久性的外加剂,包括引气剂、防水剂和阻锈剂等; (4)改善混凝土其他性能的外加剂,包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、 防水剂和泵送剂等。 是指在拌制混凝土的过程中掺入用以改善混凝土性能的物质。混凝土外加 剂的掺量一般不大于水泥质量的5%。混凝土外加剂产品的质量必须符合国家
17、标 准混凝土外加剂(GB 8076-2008)的规定。 按主要功能分为四类: (1)改善混凝土拌合物和易性能的外加剂,包括各种减水剂、引气剂和泵送剂 等; (2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂,包括缓凝剂、早强剂和速凝剂 等; (3)改善混凝土耐久性的外加剂,包括引气剂、防水剂和阻锈剂等; (4)改善混凝土其他性能的外加剂,包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、 防水剂和泵送剂等。 第二章 第二章 材料的力学性能 2.2.2 混凝土的强度混凝土的强度 1、混凝土强度等级、混凝土强度等级 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。 混凝土结构
18、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。 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。 混凝土强度等级:边长混凝土强度等级: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0.15 0.3N/mm2/sec,两端不涂润滑剂)测得的具有,两端不涂润滑剂)测得的具有95%保证率的立方体抗压强 度,用符号 保证率的立方体抗压强 度,用符号C表示,如:表示,如:C30表示表示 fcu,k=30N/mm2。 规
19、范根据强度范围,从规范根据强度范围,从C15C80共划分为共划分为14个强度等级,级差为个强度等级,级差为 5N/mm2。与原规范。与原规范GBJ10-89相比,混凝土强度等级范围由相比,混凝土强度等级范围由C60提高到提高到 C80,C50以上为高强混凝土。以上为高强混凝土。 第二章 第二章 材料的力学性能 新规范修订新规范修订 为提高材料的利用效率(耐久性和延长使用年限等),对工程中 应用的混凝土强度等级适当作了提高,具体为: ( 为提高材料的利用效率(耐久性和延长使用年限等),对工程中 应用的混凝土强度等级适当作了提高,具体为: (1)C15级低强混凝土仅用于素混凝土。 ( 级低强混凝土
20、仅用于素混凝土。 (2)采用)采用400MPa、500MPa级钢筋时,混凝土强度等级不宜低于级钢筋时,混凝土强度等级不宜低于C25。 ( 。 (3)承受重复荷载的钢筋混凝土构件,不应低于)承受重复荷载的钢筋混凝土构件,不应低于C30。 ( 。 (4)预应力混凝土结构不宜低于)预应力混凝土结构不宜低于C40,不应低于,不应低于C30。 第二章 第二章 材料的力学性能 混凝土强度的不同指标混凝土强度的不同指标 tk f kcu f ,混凝土立方体抗压强度混凝土立方体抗压强度 混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度 混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度 )( cu f c f t f ck f 第二章 第二章
21、 材料的力学性能 立方体抗压强度的试验立方体抗压强度的试验 100150 95. 0 cucu ff 尺寸效应尺寸效应的影响:立方体尺寸越小,立方体抗压强度越高的影响:立方体尺寸越小,立方体抗压强度越高 美国、日本、加拿大等国家,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 cuc ff)81 . 0 79. 0( 200150 05. 1 c
22、ucu ff 立方体和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 (制作、测试方便) 立方体和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 (制作、测试方便) 第二章 第二章 材料的力学性能 立方体抗压强度试验的影响因素立方体抗压强度试验的影响因素 (试验方法)摩擦力(试验方法)摩擦力的影响的影响 (a)不涂润滑剂 ( )不涂润滑剂 (b)涂润滑剂)涂润滑剂 砼立方体试件破坏情况砼立方体试件破坏情况 第二章 第二章 材料的力学性能 立方体抗压强度试验的影响因素立
23、方体抗压强度试验的影响因素 加载速度加载速度的影响:加载速度越快,测得的强度越高。的影响:加载速度越快,测得的强度越高。 龄期龄期的影响:龄期越长,强度越高。的影响:龄期越长,强度越高。 环境的影响:适度越大,强度越高。环境的影响:适度越大,强度越高。 第二章 第二章 材料的力学性能 我国规范规定的标准试验方法为:我国规范规定的标准试验方法为: 1、不涂润滑剂、不涂润滑剂 2、加载速度:、加载速度:C30以下,力控制,每秒以下,力控制,每秒0.3-0.5N/mm2 ; C30以上,力控制,每秒以上,力控制,每秒0.5-0.8N/mm2 ; 3、养护条件:温度(、养护条件:温度(203)0C;
24、相对湿度:相对湿度:90%以上;以上; 试验龄期:试验龄期:28天。天。 第二章 第二章 材料的力学性能 2.2.2.2 轴心抗压强度轴心抗压强度 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 fck 表示,它比 较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比 一般为 表示,它比 较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比 一般为h/b=24,我国通常取,我国通常取150mm150mm300mm的 棱柱体试件。 的 棱柱体试件。 第二章 第二章 材料的力学性能 砼立方体抗压强度与轴心抗压强度标准值的关系砼立方体抗压强度与轴心抗压强度标准值的关系 对于
25、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。 。 kcuccck ff ,21 88. 0 式中,各系数的意义详见P14。式中,各系数的意义详见P14。 第二章 第二章 材料的力学性能 2.2.2.3 轴心抗拉强度轴心抗拉强度 500 150 150 100 16 轴心受拉试验 轴心抗拉强度亦是混凝土的基本力学性 能,用符号 轴心抗拉强度亦是混凝土的基本力学性 能,用符号ft (ftk ) 表示。表示。 混凝土构件开裂、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。 混凝土构件开裂、裂缝、变形,以及受 剪、受扭、受冲切等的承
26、载力均与抗拉强 度有关。 试验方法:直接拉伸试验、劈裂试验。试验方法:直接拉伸试验、劈裂试验。 第二章 第二章 材料的力学性能 拉 压 压 劈拉试验 a P P 2 2 a P f t t 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。 ld P f t t 2 立方体: 圆柱体: 立方体: 圆柱体: 第二章 第二章 材料的力学性能 0102030405060708090100 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
27、55. 0 395. 0 cut ff 3/2 26. 0 cut ff 轴心抗拉强度与立方抗压强度的关系轴心抗拉强度与立方抗压强度的关系 2 45. 055. 0 , 645. 11395. 088. 0 ckcutk ff 第二章 第二章 材料的力学性能 2.2.2.4 复杂应力状态下混凝土的力学性能复杂应力状态下混凝土的力学性能 实际结构中,混凝土很少处于单向受力状态。更多的 是处于 实际结构中,混凝土很少处于单向受力状态。更多的 是处于双向双向或或三向三向受力状态。如剪力和扭矩作用下的 构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站 安全壳等。 受力状态。如剪力和扭矩作用下的 构件、弯
28、剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站 安全壳等。 第二章 第二章 材料的力学性能 双轴应力状态(双轴应力状态(Biaxial Stress State) 第二章 第二章 材料的力学性能 复杂应力状态下混凝土的力学性能复杂应力状态下混凝土的力学性能 双向受压(象限):双向受压强度大于单向受压强度,大体 上一个方向的强度随另一方向压力的增大而增大;最大受压强 度发生在两个压应力之比为 双向受压(象限):双向受压强度大于单向受压强度,大体 上一个方向的强度随另一方向压力的增大而增大;最大受压强 度发生在两个压应力之比为0.4 0.7之间,约为之间,约为1.3fc。双轴受压 状态下混凝土的应力 。双
29、轴受压 状态下混凝土的应力-应变关系与单轴受压曲线相似,但峰值应 变均超过单轴受压时的峰值应变。 应变关系与单轴受压曲线相似,但峰值应 变均超过单轴受压时的峰值应变。 一轴受压一轴受拉(、象限):任意应力比情况下,其强 度均不超过相应的单轴强度;并且抗压强度或抗拉强度均随另 一方向拉应力或压应力的增加而减小。 一轴受压一轴受拉(、象限):任意应力比情况下,其强 度均不超过相应的单轴强度;并且抗压强度或抗拉强度均随另 一方向拉应力或压应力的增加而减小。 双轴受拉(象限):任意应力比情况下,其强度均与单轴抗 拉强度相近。 双轴受拉(象限):任意应力比情况下,其强度均与单轴抗 拉强度相近。 第二章
30、第二章 材料的力学性能 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应力和正应力共同作用 下的复合受力情况。 共同作用 下的复合受力情况。 混凝土的抗剪强度:随拉应力增大而减小,随压应力增大而增大。混凝土的抗剪强度:随拉应力增大而减小,随压应力增大而增大。 当压应力在当压应力在0.6fc左右时,抗剪强度达到最大;左右时,抗剪强度达到最大; 压应力继续增大,则 由于内裂缝发展明显,抗剪强度将随压应力的增大而减小。 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。 第二章 第二章 材料的力学性能 三轴应力状态(三轴应力状态( Triaxial Stress
31、State) 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。三向受压试验一般采用圆柱体在 等侧压条件进行。 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。三向受压试验一般采用圆柱体在 等侧压条件进行。 第二章 第二章 材料的力学性能 三轴应力状态(三轴应力状态( Triaxial Stress State) 一向的抗压能力随另两向压应力的增加而增大,并且混凝土受 压的极限变形也大大增加。 一向的抗压能力随另两向压应力的增加而增大,并且混凝土受 压的极限变形也大大增加。 2 c ff cc 第二章 第
32、二章 材料的力学性能 2.2.3 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: 1、混凝土的受力变形:一次短期加荷、长期加荷、多、混凝土的受力变形:一次短期加荷、长期加荷、多 次反复加荷等方式作用下的变形;次反复加荷等方式作用下的变形; 2、混凝土由于收缩、温度变化产生的变形。、混凝土由于收缩、温度变化产生的变形。 第二章 第二章 材料的力学性能 单轴(单调)受压应力单轴(单调)受压应力-应变关系应变关系Stress- strain Relationship: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力全过程的重要力学 特征,是分析混凝土构件应
33、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非线性分析的基础。 应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学 特征,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非线性分析的基础。 2.2.3.1 一次短期加荷时的变形一次短期加荷时的变形 第二章 第二章 材料的力学性能 混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力-应变关系曲线,常采用棱柱体试件来测定。应变关系曲线,常采用棱柱体试件来测定。 在普通试验机上采用在普通试验机上采用等应力速度等应力速度加载,达到轴心抗压强度加载,达到轴心抗压强度fc时,试验 机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能,会导致试
34、件产 生突然脆性破坏,只能测得应力 时,试验 机中集聚的弹性应变能大于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-应变曲线的应变曲线的上升段上升段。 采用采用等应变速度等应变速度加载,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,可以测得应力 加载,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,可以测得应力-应变曲线的应变曲线的下 降段 下 降段。 第二章 第二章 材料的力学性能 混凝土的破坏机理混凝土的破坏机理 A(比例极限比例极限)点以前,微 裂缝没有明显发展,混凝 土的变形主要是弹性变形, 应力应变关系近似直线。 点以
35、前,微 裂缝没有明显发展,混凝 土的变形主要是弹性变形, 应力应变关系近似直线。 A点应力随混凝土强度的 提高而增加,对普通强度 混凝土 点应力随混凝土强度的 提高而增加,对普通强度 混凝土 约为约为(0.30.4) fc ,对高强混凝土,对高强混凝土 可达可达 (0.50.7)fc 。 第二章 第二章 材料的力学性能 混凝土的破坏机理混凝土的破坏机理 到达到达B点以后,混凝土产 生部分塑性变形,应力 应变逐渐偏离直线。 点以后,混凝土产 生部分塑性变形,应力 应变逐渐偏离直线。B点 时的裂缝发展已不稳定, 试件的横向变形突然增大, 常取 点 时的裂缝发展已不稳定, 试件的横向变形突然增大,
36、常取 作为混凝土的长期 抗压强度 作为混凝土的长期 抗压强度 ;普通强度混 凝土 ;普通强度混 凝土 约为约为0.8 fc ,高强 混凝土 ,高强 混凝土 可达可达0.95 fc 。 第二章 第二章 材料的力学性能 混凝土的破坏机理混凝土的破坏机理 到达到达C点时,内部微裂缝 连通形成破坏面,试件承 载力开始减小而进入下降 段。 点时,内部微裂缝 连通形成破坏面,试件承 载力开始减小而进入下降 段。C点时的应力称为点时的应力称为峰 值应力 峰 值应力,即为混凝土棱柱 体抗压强度;相应的纵向 压应变称为 ,即为混凝土棱柱 体抗压强度;相应的纵向 压应变称为峰值应变,峰值应变,约 为 约 为0.0
37、02。继续发展至。继续发展至D点 时,破坏面初步形成。 点 时,破坏面初步形成。 第二章 第二章 材料的力学性能 混凝土的破坏机理混凝土的破坏机理 E点以后,纵向裂缝形成 一个斜向的破坏面,此破 坏面在正应力和剪应力的 作用下形成 点以后,纵向裂缝形成 一个斜向的破坏面,此破 坏面在正应力和剪应力的 作用下形成破坏带破坏带。此时 试件的强度由破坏面上 。此时 试件的强度由破坏面上骨 料间的摩阻力 骨 料间的摩阻力提供。随着 应变进一步发展,摩阻力 不断下降,试件的残余强 度约为 提供。随着 应变进一步发展,摩阻力 不断下降,试件的残余强 度约为0.10.4 fc 第二章 第二章 材料的力学性能
38、 由上述混凝土的破坏机理可知,微裂缝的发展导致横向变形的增 大。 由上述混凝土的破坏机理可知,微裂缝的发展导致横向变形的增 大。对横向变形加以约束对横向变形加以约束,就可以限制微裂缝的发展,从而可提 高混凝土的抗压强度。 ,就可以限制微裂缝的发展,从而可提 高混凝土的抗压强度。 约束混凝土可以提高混凝土的强度,约束混凝土可以提高混凝土的强度,但更值得注意的是 可以提高混凝土的变形能力 但更值得注意的是 可以提高混凝土的变形能力,这一点对于抗震结构非常 重要。 ,这一点对于抗震结构非常 重要。 混凝土受压时,横向应变与纵向应变的比值称为横向变形系 数或泊松比(),常取为0.2。 第二章 第二章
39、材料的力学性能 箍筋约束混凝土受压的应力箍筋约束混凝土受压的应力-应变关系应变关系 第二章 第二章 材料的力学性能 箍筋约束混凝土受压的应力箍筋约束混凝土受压的应力-应变关系应变关系 Confinement with Transverse Reinforcement 当应力较小时,横向变形很小,箍筋的约束作用不明显;当应力超过当应力较小时,横向变形很小,箍筋的约束作用不明显;当应力超过B点的应力时, 由于混凝土的横向变形开始显著增大,侧向膨胀使螺旋箍筋产生环向拉应力,其 反作用力使混凝土的横向变形受到约束,从而使混凝土的强度和变形能力都得到 提高。 点的应力时, 由于混凝土的横向变形开始显著增
40、大,侧向膨胀使螺旋箍筋产生环向拉应力,其 反作用力使混凝土的横向变形受到约束,从而使混凝土的强度和变形能力都得到 提高。 螺旋箍筋约束对强度和变形能力均有很大提高螺旋箍筋约束对强度和变形能力均有很大提高 矩形箍筋约束对强度的提高不是很显著,但对变形能力有显著改善矩形箍筋约束对强度的提高不是很显著,但对变形能力有显著改善 第二章 第二章 材料的力学性能 不同强度混凝土应力应变关系的比较不同强度混凝土应力应变关系的比较 强度等级越高,线弹性段越长,峰 值应变也有所增大。但高强混凝土 中,砂浆与骨料的粘结很强,密实 性好,微裂缝很少,最后的破坏往 往是骨料破坏,破坏时脆性越显著, 下降段越陡。 强度
41、等级越高,线弹性段越长,峰 值应变也有所增大。但高强混凝土 中,砂浆与骨料的粘结很强,密实 性好,微裂缝很少,最后的破坏往 往是骨料破坏,破坏时脆性越显著, 下降段越陡。 第二章 第二章 材料的力学性能 清华大学清华大学清华大学清华大学过镇海过镇海提出的应力提出的应力-应变全曲线表达式应变全曲线表达式 00.0020.0040.0060.0080.01 20 40 60 (MPa) C20 C40 C60 C80 a=Ec/E0, Ec为初始弹性模量;为初始弹性模量; E0为峰值点时的割线模量,为峰值点时的割线模量, 为满足条件和,一般应有为满足条件和,一般应有 1.5a3; c 为下降段参数
42、为下降段参数 1 ) 1( 1 )2()23( )( 2 32 x xx x xxaxaax xy c 混凝土应力-应变关系的数学描述混凝土应力-应变关系的数学描述 第二章 第二章 材料的力学性能 u u c c f f 0 0 0 0 2 00 15.01 0 2 美国Hognestad建议的应力-应变曲线美国Hognestad建议的应力-应变曲线 0038.0 002.0 0 u 第二章 第二章 材料的力学性能 00.0010.0020.0030.004 10 20 30 40 50 60 70 C80 C60 C40 C20 上升段: 下降段: 上升段: 下降段: cc f cu 0 n
43、 c cc f 0 11 0 规范提出的混凝土应力-应变曲线表达式规范提出的混凝土应力-应变曲线表达式 第二章 第二章 材料的力学性能 0033. 010)50(0033. 0 002. 010)50(5 . 0002. 0 2)50( 60 1 2 6 , 6 ,0 , kcuu kcu kcu f f fn 规范中混凝土应力应变曲线参数的确定规范中混凝土应力应变曲线参数的确定 第二章 第二章 材料的力学性能 混凝土的变性模量混凝土的变性模量 第二章 第二章 材料的力学性能 )N/mm( 7 .34 2 . 2 10 2 5 cu c f E 0.5fc 510 次 弹性模量的测定方法弹性模
44、量的测定方法 第二章 第二章 材料的力学性能 c t c t c t t E f E f E f2 5 . 0 0 混凝土受拉应力-应变关系混凝土受拉应力-应变关系 The Tension Constitutive Relationship of Concrete 270500 tu ft t0 弹性系数约为弹性系数约为0.5 tu 混凝土受拉和受压采用相同的弹性模量混凝土受拉和受压采用相同的弹性模量E Ec c。 第二章 第二章 材料的力学性能 2.2.3.2 混凝土在反复荷载作用下的性能混凝土在反复荷载作用下的性能 -自学自学 第二章 第二章 材料的力学性能 2.2.3.3 混凝土的收缩和
45、徐变混凝土的收缩和徐变 Shrinkage and Creep 混凝土在空气中硬化时体积会缩小,这种现象称为混凝土的收缩,混凝土在空气中硬化时体积会缩小,这种现象称为混凝土的收缩, 收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。 混凝土在长期不变荷载的作用下,其变形随时间而不断增长的现象 称为徐变。 混凝土在长期不变荷载的作用下,其变形随时间而不断增长的现象 称为徐变。 第二章 第二章 材料的力学性能 14d 28dt sh (25)10-4 25% 50% 混凝土的收缩是混凝土的收缩是随时间而增长的变形随时间而增长的变形,早期收缩变形发展较快
46、,两周 可完成全部收缩的 ,早期收缩变形发展较快,两周 可完成全部收缩的25%,一个月可完成,一个月可完成50%,以后变形发展逐渐减慢, 整个收缩过程可延续两年以上。通常,最终收缩应变值约为 ,以后变形发展逐渐减慢, 整个收缩过程可延续两年以上。通常,最终收缩应变值约为 (25)10-4 ,而混凝土开裂应变为,而混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4,说明收缩会导致 开裂 说明收缩会导致 开裂。 混凝土收缩包括混凝土收缩包括凝缩凝缩和和干缩干缩两部分,凝缩是由于水泥结晶体比原材料 的体积小;干缩是混凝土内自由水分蒸发引起的。 两部分,凝缩是由于水泥结晶体比原材料 的体积小;干缩是混凝土内自由
47、水分蒸发引起的。 第二章 第二章 材料的力学性能 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、 骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关: 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、 骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关: 水泥用量多、水灰比越大,收缩越大; 水泥用量多、水灰比越大,收缩越大; 骨料弹性模量高、级配好,收缩就小; 骨料弹性模量高、级配好,收缩就小; 干燥失水及高温环境,收缩大; 干燥失水及高温环境,收缩大; 小尺寸构件收缩大,大尺寸构件收缩小; 小尺寸构件收缩大,大尺寸构件收缩小; 高强混凝土收缩大。 高强混凝土收缩大。 影响收缩的因素多且复杂,要精确计算尚有一定的困难。在实际工程中, 要采取一定措施减小收缩应力的不利影响。 影响收缩的因素多且复杂,要精确计算尚有一定的困难。在实际工程中, 要采取一定措施减小收缩应力的不利影响。 混凝土收缩的影响因素混凝土收缩的影响因素 当这种自发的变形受到外部(支座)或内部(钢筋)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损失。 当这种自发的变形受到外部(支座)或内部(钢筋)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损失。 第二章
链接地址:https://www.31doc.com/p-2486760.html