混凝土结构设计原理-材料及性能教材

结构具有较好的耐久性。
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钢筋混凝土结构的优点 钢筋混凝土结构的缺点
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§1-2 混凝土
混凝土的性质： 非匀质、各向异性、离散性、抗压强度高的 弹塑性材料。 其破坏是由于内部微裂缝引起的。
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microcracks
hydrated cores
C-S-H
C-S-H
Capillary pore
=28d
F A
4000 300 200
A a) B
A－A
200 210
300
4000
B
316
b)
B－B
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素砼梁 极限荷载 P=8kN 梁的开裂即等于破坏：
由砼抗拉强度控制，
Mu = Mcr
极限弯矩 开裂弯矩
破坏性质：脆性
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钢筋混凝土梁的表现 开裂不等于破坏！受拉钢筋替代。极限荷载P=36kN
Mu >>13
混凝土强度等级：
常用等级：C15，C20， C25，C30， C35， C40，
C45，C55， C60，C65 ，C70， C75， C80
一般将C50以下称为普通砼，C50及以上称为高强砼
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混凝土立方体抗压强度与试验方法有着密切的关系。
图1-3 立方体抗压强度试件
深刻理解混凝土在一次单调加载作用下受压应力-应变曲线。
了解普通热轧钢筋的强度和变形，掌握普通热轧钢筋的强度级别和品 种。
理解钢筋与混凝土之间的粘结性能及其机理。
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1.1 钢筋混凝土结构的基本概念
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例：一跨度为4m，跨中作用集中荷载的简支梁，梁截 面尺寸200×300mm，混凝土为C20。如图所示：
1 0.5 2
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结论
双向受压，抗压强度提高，最多可达 1.27 fc 左右； 双向受拉，抗拉强度影响不大；
一向受拉，另一向受压，抗压强度要降低。 抗拉强度要降低。
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正应力和剪应力共同作用下：
混凝土的抗压强度: 由于剪应力的存在而降低。 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 （< 0.6fc ） 当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大， 压应力>0.6fc 后，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。
150mm×150mm×300mm的 试件为标准试件。
f 0.76f
c
cu
图1-4
h/b对抗压强度的影响
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3）轴心抗拉强度 f t
Tensile Strength
混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验 方法来测定，但由于试验比较困难，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。
1%mm
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1.2.1 混凝土的强度
1）混凝土立方体抗压强度 fcu
混凝土的立方体抗压强度是按规定的标准试件 和标准试验方法得到的混凝土强度基本代表值。 每边边长为150mm的立方体为标准试件。 标准试件在20℃±2℃的温度和相对湿度在95% 以上的潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和 试验方法测得的抗压强度值（以MPa为单位）作为
fcu<C30 fcu≥C30 0.3~0.5MPa/s 0.5~0.8MPa/s
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2）混凝土轴心抗压强度（棱柱体抗压强度） 棱柱体试件（高度大于截面边长的试件）的受力状态更 接近于实际构件中混凝土的受力情况。 按照与立方体试件相同条件下制作和试验方法所得的棱 柱体试件的抗压强度值，称为混凝土轴心抗压强度，用符 号fc表示。 混凝土的轴心抗压强度试验以
破坏性质：延性
由此得出钢筋和混凝土结合的有效性：
大大提高结构的承载力 结构的受力性能得到改善
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图1-2 素混凝土和钢筋混凝土轴心受压构件的受力性能比较 a) 柱的压力——混凝土应变曲线；b) 素混凝土柱； c) 钢筋混凝土柱
钢筋的作用是代替混凝土受拉(受拉区混凝土出现裂缝后)或协 助混凝土受压。
第一章 钢筋混凝土结构的基本概念 及材料的物理力学性能
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本章目录
1.1 钢筋混凝土结构的基本概念
1.2 混凝土 1.3 钢筋
1.4 钢筋与混凝土之间的粘结
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教学要求
理解钢筋混凝土结构的概念和混凝土中配置受力钢筋的作用。
理解混凝土的立方体抗压强度，轴心抗压强度和抗拉强度概念，了解 混凝土的弹性模量、徐变和收缩变形。
F
压
a
拉 压
2F ft 2 a
也可以用圆柱体进行劈拉试验
F
劈拉试验
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砼的抗拉强度很低，
ft (1 8 ~ 1 18) f c
随混凝土强度等级的提高，抗拉强度的增长 慢于抗压强度的增长。
ft 0.26( fcu )
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4) 砼在多轴应力状态下的强度
4) Concrete strength under combination of multiple stresses
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▲ 尺寸效应 尺寸大，中部侧向约束小，强度值偏低。 尺寸小，中部侧向约束大，强度值偏高。 尺寸不标准时应加以修正。 非标准试件修正系数 100×100×100 0.95 200×200×200 1.05
▲ 加荷速度的影响 加荷速度越快，强度值越高； 加荷速度越慢，强度值越低。 一般每秒钟压应力增量为
（1）bidirectional stresses
Biaxial loading device
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1 / fc
1.2 1.0 0 .1 0 .8 0 . 6 0 . 4 0 . 2 0 .2
0
2 / fc
1
0 .4
2 1.27 f c
2
2
0 .6
1
0 .8 1.0 1.2
max 1 1.27 f c
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钢筋与混凝土共同工作的三要素
1. 混凝土与钢筋之间有可靠的粘结力，二者在荷载作用下能
协调地共同受力、共同变形。
2. 二者的温度线膨胀系数相近，不会由于温度变化产生较
大的温度应力而破坏粘结力。
钢筋
st = 1.2 10–5
混凝土 ct =( 1.0 ～ 1.5 ) 10–5
3. 呈碱性的混凝土可以保护钢筋免遭锈蚀，使钢筋混凝土
a)立方体试件的受力；b)承压板与试件表面之间未涂润滑剂时；c)承压板与试件表面之间涂润滑剂时
▲ 套箍作用 立方体抗压强度试验，试块的受力状态，加压板与砼 接触面间产生摩阻力形成环箍效应。 端部砼单元体处于三向受压，由于试块高度小，中部砼也受到较大的 侧向约束，处于三向受压，强度提高。
规定采用的方法是不加油脂润滑剂的试验方法。