1钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能
结构设计原理知识点
第一章 钢筋混凝土结构基本概念及材料的物理力学性能1.混凝土立方体抗压强度cu f ：（基本强度指标）以边长150mm 立方体试件，按标准方法制作养护28d ，标准试验方法（不涂润滑剂，全截面受压，加载速度0.15~0.25MPa/s ）测得的抗压强度作为混凝土立方体抗压强度cu f 。
影响立方体强度主要因素为试件尺寸和试验方法。
尺寸效应关系： cu f （150）=0.95cu f （100）cu f （150）=1.05cu f （200）2.混凝土弹性模量和变形模量。
①原点弹性模量：在混凝土受压应力—应变曲线图的原点作切线，该切线曲率即为原点弹性模量。
表示为：E '=σ/ε=tan α0②变形模量：连接混凝土应力应变—曲线的原点及曲线上某一点K 作割线，K 点混凝土应力为σc （=0.5c f ），该割线（OK ）的斜率即为变形模量，也称割线模量或弹塑性模量。
E c '''=tan α1=σc /εc 混凝土受拉弹性模量与受压弹性模量相等。
③切线模量：混凝土应力应变—上某应力σc 处作一切线，该切线斜率即为相应于应力σc 时的切线模量''c E =d σ/d ε3 . 徐变变形：在应力长期不变的作用下，混凝土的应变随时间增长的现象称为徐变。
影响徐变的因素：a. 内在因素，包括混凝土组成、龄期，龄期越早，徐变越大；b. 环境条件，指养护和使用时的温度、湿度，温度越高，湿度越低，徐变越大；c. 应力条件，压应力σ﹤0.5c f ，徐变与应力呈线性关系；当压应力σ介于（0.5～0.8）c f 之间，徐变增长比应力快；当压应力σ﹥0.8c f 时，混凝土的非线性徐变不收敛。
徐变对结构的影响：a.使结构变形增加；b.静定结构会使截面中产生应力重分布；c.超静定结构引起赘余力；d.在预应力混凝土结构中产生预应力损失。
4.收缩变形：在混凝土中凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减少的现象称为收缩。
混凝土及砌体结构复习要点
学习必备 欢迎下载混凝土及砌体结构复习要点 第一章 绪论1.配筋的主要作用：提高结构和构件的承载能力及变形能力2.配筋的基本要求：①钢筋与混凝土两者变形一致；②钢筋的位置和数量等也必须正确。
3.砌体结构的主要特点：①主要用于受压的结构和构件；②砌体结构的尺寸应与块体尺寸相匹配；③砌体结构除了满足承载力要求外，还要满足耐久性的要求；④受力性能的离散性比较大；⑤整体性比较差，对抗震不利。
第二章 混凝土及砌体结构设计方法概述 一、结构上的作用1.作用的定义：施加在结构上的集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因。
作用包括：直接作用（直接作用在结构上的力）和间接作用（使结构产生外加变形或约束变形，但不是直接以力的形式出现的）2.作用的分类：按时间的变异，分为永久作用、可变作用、偶然作用。
永久作用：在设计基准期内量值不随时间变化的作用，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。
可变作用：在设计基准期内量值随时间变化的作用，或其变化与平均值相比不可以忽略不计的作用。
偶然作用：在设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间较短的作用。
二、两类极限状态1.建筑结构的功能（*）（安全性、适用性、耐久性） （1）能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种作用； （2）在正常使用时有良好的工作性能； （3）在正常维护下具有足够的耐久性；（4）在偶然事件，例如罕遇地震等发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性，即结构只产生局部损坏而不发生连续倒塌。
结构的可靠性：结构在设计使用年限内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。
结构的设计使用年限：指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按预定目的使用的年限。
普通房屋和构筑物的设计使用年限为50年。
建筑结构的安全等级分为三级。
2.两类极限状态（结构的可靠性用结构的极限状态来判断） （1）极限状态：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足某一功能要求。
混凝土结构材料的物理力学性能
第二章混凝土结构材料的物理力学性能2.1砼的物理力学性能材料的力学性能指标包括：强度指标和变形性能指标。
本节内容一、混凝土的组成结构二、单向受力状态下的混凝土强度（重点）三、复合受力状态下的混凝土强度四、混凝土的变形性能2.1.1 混凝土的组成结构普通混凝土是由水泥、砂子和石子三种材料及水按一定配合比拌合，经过凝固硬化后做成的人工石材。
1、混凝土结构分为三种基本类型：微观结构：即水泥石结构，由水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成，其物理力学性能取决于水泥的化学—矿物成分、粉磨细度、水灰比和硬化条件亚微观结构：即混凝土中的水泥砂浆结构；可看作以水泥石为基相、砂子为分散相的二组分体系，砂子和水泥石的结合面是薄弱面。
对于水泥砂浆结构，除上述决定水泥石结构的因素外，砂浆配合比、砂的颗粒级配与矿物组成、砂粒形状、颗粒表面特性及砂中的杂质含量是重要控制因素宏观结构：即砂浆和粗骨料两组分体系。
与亚微观结构有许多共同点，因为这时可以把水泥砂浆看作基相，粗骨料分布在砂浆中，砂浆与粗骨料的结合面也是薄弱面。
2、混凝土的内部结构特点a)混凝土是一种复杂的多相复合材料。
其组份中的砂、石、水泥胶块中的晶体、未水化的水泥颗粒组成了混凝土中错综复杂的弹性骨架，主要用它来承受外力，并使混凝土具有弹性变形的特点；b)水泥胶块中的凝胶、孔隙和结合界面初始微裂缝等，在外荷载作用下则使混凝土产生塑性变形。
c)混凝土结构中的孔隙、界面微裂缝等先天缺陷，往往是混凝土受力破坏的起源，而微裂缝在受荷时的发展对混凝土的力学性能起着极为重要的影响。
2.1.2、单向受力状态下的混凝土强度用途：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。
1、立方体抗压强度 混凝土强度等级立方体抗压强度是最主要和最基本的指标。
混凝土的强度等级是依据混凝土立方体抗压强度标准制f cuk 确定的。
（1）测定方法：以边长150mm 立方体标准试件，在标准条件下（20±3℃，≥90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.15~0.3N/mm 2/s ，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的抗压强度值，用符号C 表示，C30表示f cu,k =30N/mm 2现《规范》根据强度范围，从C15~C60共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。
钢筋混凝土结构的基本概念
fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2
第一章
钢筋混凝土梁
150 300
2f16
Pcr = 9.7kN sc= ft
ft
2500
fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2
开裂前,与素混凝土梁受力类似.当梁底应力达到ft时,梁受拉区将 开裂.
sscc= ft
ft fy
2500
fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2
当钢筋应力达到屈服后,钢筋所能承受的拉力不能再继续增加.梁 的承载力比开裂前有很大增加.
第一章
钢筋混凝土梁
Pu ≈ 52.5kN
Py ≈ 50.0kN
150
Pcr = 9.7kN
300
sc= ft
徐变:混凝土在荷载的长期作用下,其变形随 时间而不断增长的现象称为徐变.
徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大,引起预应力 损失,在长期高应力作用下,甚至会导致破坏.
不过,徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布,降低结 构的受力（如支座不均匀沉降）,减小大体积混凝土内的温度应 力,受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现.
因此,混凝土最大应变对应的不是最大应力, 最大应力对应的也不是最大应变.
影响混凝土应力-应变曲线形状的因素很多, 如混凝土强度、组成材料的性质及配合比、试验 方法及约束情况等.
s (MPa)
C80
60
C60
fc
40
C40
20
0.3fc
C20
0
0.002 0.004 0.006 0.008 0.01
第一章 钢筋混凝土结构的基本概念 及其材料的物理力学性能
长安大学结构设计原理总复习
《结构设计原理》复习参考总论《结构设计原理》主要讨论土木基础工程施工中各种工程结构的基本构件的受力性能，计算方法和构造设计原理，它是学习和掌握桥梁工程和其他道路人工构造物设计的基础。
构件的4种基本受力：受弯构件（梁和板），受压构件，受拉构件和受扭构件。
根据所使用的建筑材料种类，常用的构件一般可分为：1）混凝土结构以混凝土为主的制作的结构，包括素混凝土结构，钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。
2）钢结构以钢材为主制作的结构3）圬工结构以圬工砌体为主制作的结构，是砖结构，石结构和混凝土砌体结构的总称。
4）木结构以木材为主制作的结构0.1各种工程结构的特点：1）钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种材料组成的。
钢筋是一种抗拉性能很好的材料；混凝土材料具有较高的抗压强度，而抗拉强度很低。
根据构件受力的情况，合理的配置钢筋可形成承载能力较高，刚度较大的结构构件。
2）预应力混凝土结构预应力混凝土结构是为解决钢筋混凝土结构在使用阶段容易开裂问题而发展起来的结构。
它采用的是高强度钢筋和高强度混凝土材料，并采用相应钢筋张拉施工工艺在结构构件中建立预加应力的结构。
由于预应力混凝土结构采用了高强度材料和预应力工艺，节省了材料，减少了构件截面尺寸，减轻了构件自重，因而预应力混凝土构件比钢筋混凝土构件轻巧，特别适用于建造由恒载控制设计的大跨径桥梁。
3）圬工结构圬工结构是人类社会使用最早的结构。
它是用胶结材料将砖，天然石料等块材按一定规则砌筑而成整体的结构，其特点是材料易于取材。
当块材使用天然石料时，则具有良好的耐久性。
但是，圬工结构的自重一般较大，施工中机械化程度较低。
5）钢结构钢结构一般是由钢厂轧制的型钢或钢板通过焊接或螺栓等连接组成的结构。
钢结构由于钢材的强度很高，构件所需的截面积很少，故钢结构和其他结构相比，尽管其容重很大，却是自重很轻的结构。
钢材的组织均匀，最接近于各向同性体，弹性模量很高，是理想的弹塑性材料，故钢结构工作性很高。
混凝土第一章
5
or
10
l
l0 l0
%
弹性模量Es：为常数，为应力-应变上升直线的斜率。
1.3 钢筋
b.无明显流幅的s-曲线(硬钢) sb
0.2
1.3 钢筋
2.钢筋拉伸的塑性指标 伸冷长弯率试：验δ。5，δ10
图中D称为弯心直径；α为冷弯角度。 冷弯试验的合格标准为在规定的D和α下冷弯后的 钢筋应无裂纹、鳞落、起皮或断裂现象。 冷弯试验不但可以检验钢筋塑性，同时可以检验 钢筋内部是否有缺陷，是对质量较严格的检验。
3.混凝土的收缩——体积变形 ★定义：
混凝土在空气中结硬时其体积会缩小的现象。
★收缩的原因
凝缩和干缩。 干缩指干燥失水导致的收缩为收缩主要原因。
★混凝土收缩变形与时间曲线见图
1.2.2.混凝土的变形
★混凝土收缩的特点 ➢ 结硬初期收缩变形发展很快，一个月完成50%， 三个月后增长缓慢。最终收缩值约为(2～6)×10-4。 ➢ 蒸汽养护比常温养护的收缩变形小。
1.2 混凝土
一、混凝土的组成
水泥、水、粗骨料、 细骨料、 外加剂；掺合料（硅 粉、矿渣、粉煤灰等）
二、内部构造
1)固体颗粒： 为粗骨料和未水化的水泥团； 2)硬化的水泥砂浆； 3)气孔和微裂缝。
1.2 混凝土
三、混凝土力学性能
强度
变形
单轴受力 强度
立棱抗 方柱拉 体体强 抗抗度 压压 强强 度度
相对湿度95%以上;养护28
天
➢标准试验方法
接触面不涂润滑油；
加载速度0.3-0.5MPa/s。
单轴强度测试时不涂润滑油。 加载速度越快，强度越高。
2.轴心抗压强度 fc(棱柱体抗压强度)—强度设计指标
钢筋混凝土结构.ppt
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三、影响粘结强度的因素
1．混凝土强度
粘结强度与混凝土抗拉强度大约成正比关系
2．构件中钢筋的位置
混凝土浇筑后有下沉及泌水现象。处于水平位置的钢筋，其下的混 凝土由于水分、气泡的逸出及混凝土的下沉，并不与钢筋紧密接触，削 弱了二者之间的粘结作用，比竖向位置的钢筋的粘结强度要低。
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2.混凝土在长期荷载作用下的变形—徐变
1 )徐变：混凝土在荷载长期作用下产生随时间而增长的变形。 2 )徐变曲线
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3)影响徐变的因素：
（1）混凝土长期荷载作用下的应力
应力≤0.5R0a时，线性徐变； 0.5R0a≤≤0.8R0a，时，非线性徐变 >0.8R0a，非稳定徐变。
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3. 抗拉强度 1)测试方法:采用圆柱体或立方体的劈裂 试件来测定.(如下图）
劈裂试验
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2)采用劈裂试验测抗拉强度的原因
采用两端预埋钢筋的混凝土棱柱体测试轴心抗拉 强度时（如下图），保持试件轴心受拉是很重要的， 也是不容易完全做到的。混凝土内部结构不均匀，钢 筋的预埋和试件的安装都难以对中，而偏心又对抗拉 强度测试有很大的干扰。
性越差。延性是材料承受变形的能力）
3. —应变速率。
4.
应变速率小，峰值应力R0a降低，0增大。
5. —测试技术和实验条件
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3）混凝土的弹性模量，变形模量 （如图）
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原点弹性模量：Eh 切线模量： Eh
钢筋混凝土结构原理1材料的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 3 硬钢的应力—应变曲线
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d ——极限抗拉强度 e ——极限应变
条件屈服强度： 取残余应变为0.2%所对应的应力作为无明显流幅钢筋
的强度限值，通常称为条件屈服强度。
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 4 钢筋的应力—应变简化模型
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 1 钢筋的种类及符号说明
预应力钢筋的屈服强度
种类
钢绞线
1×3 1×7
消除应力钢丝 热处理钢筋
光面螺旋肋
刻痕 40Si2Mn 48Si2Mn
45Si2Cr
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符号
φS
φP φH φI
fptk 1860 1720 1570 1860 1720 1770 1670 1570 1570
fpy
f'py
1320
1220 390
1110
1320 390
1220
1250
1180 410
1110
1110 410
φHT
1470 1040 400
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 2 软钢的应力—应变曲线
石家强度 e ——极限应变 ob ——弹性阶段 bc ——屈服阶段 cd ——强化阶段 de ——破坏阶段
影响因素：
尺寸效应：尺寸越大，内部缺陷较多， 强度较低。 加载速度：加载速度越快，强度越低。
端部约束：涂润滑油 ，强度降低。
1.2 混凝土的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 1 立方体抗压强度
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