第二讲 混凝土材料特性

第二章材料的物理力学性能西南交通大学土木工程学院建筑工程系刘艳辉副教授

2016.9.1

带你一起看建筑——

奇妙无比的耶鲁大学贝尼克珍本与手稿图书馆

是当今世界上最大的古籍善本图

书馆，藏有50余万册的珍本书及数

百万册手稿。

建筑样式极为特别，本身也可称

得上是世界独一无二的“孤本”，

被誉为“过去两百年中最有想象力

的建筑”，有人说像棋盘，而另有

人说像集邮册。

图书馆外墙全部由产自佛蒙特州的半透明大理石拼接而成，看不到一扇窗户，像一个密不通风的闷罐子，从而避免了阳光直接照射，有利于馆内古籍的保护。在阳光充足的时候，这种大理石墙也能透过斑驳的光影。

图书馆楼的外部是用镶嵌在伍德伯里花岗岩里的佛蒙特大理石砌成的。

馆内最主要的装饰物是书籍本身。书库是外露的，共分六层，每层有七格书架，所有的书一律书脊朝外，环绕着大厅中央。

室内的灯光经条纹大理石的映衬，显得色彩丰富绚丽。

这是一座集中各种优点的图书馆：阅览室大厅雍容华贵，行政管理简明便利，还有一个金碧辉煌的展览大厅，自中欧的巴罗克图书馆以来绝无仅有。

上讲复习回顾

今天的讲课安排

第2章材料的物理力学性能

2.3 混凝土的物理力学性能

2.3.1 简单受力状态下混凝土的强度

2.3.2 复杂受力状态下混凝土的强度

2.3.3荷载作用下混凝土的变形

2.3.4 混凝土的弹性模量、泊松比及剪切弹性模量

2.3.5 混凝土的徐变与收缩

2.3.１单轴应力状态下的混凝土强度

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。

混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的。

●立方体抗压强度f cu

我国混凝土的强度等级由立方体抗压强度确定，确定强度等级有四个条件：✓试件：150×150×150mm

✓养护：t=20±3℃ ，φ≥90%

✓龄期：28d

✓用标准试验方法（加载速度0.15~0.25N/mm2/s，两端不涂润滑剂）

混凝土试件混凝土养护混凝土试件加压

●抗压强度，用符号C表示。

●《规范》根据强度范围，从C15~C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。

●轴心抗压强度（棱柱体强度）f c

☐确定轴心抗压强度的四个条件：

✓试件：150×150×300mm

✓养护：t=20±3℃ ，φ≥90%

✓龄期：28d

✓用标准试验方法（加载速度0.15~0.25N/mm2/s，两端不涂润滑剂）测得的具有95％保证率的抗压强度。

☐对于同一混凝土，轴心抗压强度小于立方体抗压强度。

式中：k １为棱柱体强度与立方体强度之比，对不大于C50级的混凝土

取0.76，对C80取0.82，其间按线性插值。

k 2为高强混凝土的脆性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87，中间按

直线规律变化取值。

0.88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。

k

cu ck f k k f ,2188.0⋅⋅=f cu,k 立方体强度标准值。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》基于安全取偏低值，规定轴心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系为：

轴心抗压强度的计算

•可以采用直接轴心受拉的试验方法来测定；

•目前国内外主要采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。

劈裂试验F a F 拉

压

压

轴心抗拉强度

2.3.2 复杂应力状态下的混凝土的强度

实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态，更多的是处于双向或三向受力状态。

●双轴应力状态

☐1.双向受压强度大于单向受压强度，混

凝土的双向受压强度最多可提高27%。

☐2.双向受拉，混凝土抗拉强度与单向受

拉基本相等。

☐3.一侧受拉，一侧受压，混凝土一个方

向上的强度随另一个方向线性降低。

双向应力作用下混凝土强度应力曲线

剪应力和正应力共同

•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0.6f c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。

三轴应力状态

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。

由试验得到的经验公式为:

式中——被约束混凝土的轴心抗压强度；

——非约束混凝土的轴心抗压强度；

——侧向约束压应力。侧向压应力的存在还可提高混凝土的延性。

()r

c c f f σ0.7~5.4c +=c c f c f r σ

混凝土的变形分为:

一次短期加载下的变形

1.

混凝土的受力变形

荷载长期作用下的变形——徐变重复荷载作用下的变形

2. 混凝土的体积变形收缩、膨胀、温度变化2.

3.3荷载作用下的混凝土变形

●一次短期荷载下的变形——轴心受压时的应力—应变曲线

☐作用：通过应力——应变曲线，可以了解混凝土各阶段的强度和变形，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。

☐方法：采用棱柱体试件测定混凝土受压时应力——应变全曲线。

☐包括：上升段和下降段

✓在普通试验机上采用等应力速度加载，达到轴心抗压强度f c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-应变曲线的下降段。