第2章 混凝土结构材料的物理力学性能2
2-1材料的物理力学性能---混凝土
混凝土结构设计原理/第2章 材料的物理力学性能 混凝土结构设计原理/1混凝土结构设计原理/第2章 材料的物理力学性能 混凝土结构设计原理/22主要内容材料的物理力学性能•混凝土及其力学性能 混凝土的组成、强度指标及其换算关系、变形性 混凝土的组成、强度指标及其换算关系、变形性 能、其它性能（疲劳、收缩、徐变）。
钢筋及其力学性能 钢筋品种、级别和型号、力学性能及性能要求。
钢筋与混凝土的粘结钢筋砼的组成为非匀质的，又由于混凝土材料 组成的非均匀性以及具有显著的非弹性性能，因此 其力学性能与匀质弹性材料有很大的差异。
对钢筋 和砼材料力学性能的了解，包括其强度和变形性 能，以及对二者相互作用的了解是掌握钢筋砼构件 受力特点，确立计算方法，制定构造措施的基础。
OK• •混凝土结构设计原理/第2章 材料的物理力学性能 混凝土结构设计原理/3混凝土结构设计原理/第2章 材料的物理力学性能 混凝土结构设计原理/4学习要求 1. 掌握混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度和 轴心抗拉强度的测定方法；代表符号和强度间的 换算关系。
2. 了解影响混凝土强度的因素，掌握混凝土单调加 载时的应力－应变曲线的特点，理解复合应力下 混凝土的强度和变形特点。
3. 了解混凝土收缩、徐变现象及其影响因素；理解 收缩、徐变对钢筋混凝土结构的影响。
学习要求 4. 了解钢筋的品种、级别、形式和使用范围。
掌握 有明显流幅和没有明显流幅的钢筋的应力－应变 曲线的特点和设计时强度的取值标准。
了解混凝 土结构对钢筋性能的要求。
5. 理解粘结应力的作用、组成和保证粘结强度的措 施。
混凝土结构设计原理/第2章 材料的物理力学性能 混凝土结构设计原理/5混凝土结构设计原理/第2章 材料的物理力学性能 混凝土结构设计原理/6重点难点 • 混凝土的强度指标及相应测定、取值方法；影 响混凝土强度的因素，复合应力状态下的强 度。
混凝土一次短期加载时受压、受拉应力－ 度。
2钢筋和混凝土材料的力学性能
2.1 混凝土 混凝土的物理力学性能
2. 砼单轴受压时的应力变形模型 （1）. 美国 ） 美国E.Hongnestad模型 模型
ε ε 2 σ = fc[2 − ( ) ] ε0 ε0
4. 砼的变形
本节重点 1.混凝土轴心受压应力 应变曲线有何特点 混凝土轴心受压应力--应变曲线有何特点 混凝土轴心受压应力 应变曲线有何特点? 2.什么是混凝土的徐变 徐变对混凝土构件有何影响 通常 什么是混凝土的徐变?徐变对混凝土构件有何影响 什么是混凝土的徐变 徐变对混凝土构件有何影响?通常 认为影响徐变的主要因素有哪些?如何减少徐变 如何减少徐变? 认为影响徐变的主要因素有哪些 如何减少徐变
20
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（4）正应力和剪应力作用 ） （混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低） 混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低） ＜（0.5~0.7)时,抗剪强度随压应力的增大而增大 当σ/fc＜（ 时 抗剪强度随压应力的增大而增大 当σ/fc>（0.5~0.7)时,抗剪强度随压应力的增大而减小 （ 时 抗剪强度随压应力的增大而减小 左右时，抗剪强度达到最大， 当压应力在 0.6 f 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 继续增大，则由于内裂缝发展明显， 力的增大而减小。 力的增大而减小。
ε ×10-3
0 2 4 6 8
2.1 混凝土的物理力学性能 2.2 混凝土
强度等级越高， 强度等级越高，线弹性段 越长， 越长，峰值应变也有所增 大。但高强混凝土中，砂 但高强混凝土中， 浆与骨料的粘结很强， 浆与骨料的粘结很强，密 实性好，微裂缝很少， 实性好，微裂缝很少，最 后的破坏往往是骨料破坏， 后的破坏往往是骨料破坏， 破坏时脆性越显著， 破坏时脆性越显著，下降 段越陡。 段越陡。
混凝土课后答案解析
混凝⼟课后答案解析第⼆章混凝⼟结构材料的物理⼒学性能2.1 我国⽤于钢筋混凝⼟结构和预应⼒混凝⼟结构中的钢筋或钢丝有哪些种类？有明显屈服点钢筋和没有明显屈服点钢筋的应⼒—应变关系有什么不同？为什么将屈服强度作为强度设计指标？提⽰：我国混凝⼟结构⽤钢筋可分为热轧钢筋、冷加⼯钢筋、热处理钢筋及⾼强钢丝和钢绞线等。
有明显屈服点钢筋的应⼒—应变曲线有明显的屈服台阶，延伸率⼤，塑性好，破坏前有明显预兆；没有明显屈服点钢筋的应⼒—应变曲线⽆屈服台阶，延伸率⼩，塑性差，破坏前⽆明显预兆。
2.2 钢筋的⼒学性能指标有哪些？混凝⼟结构对钢筋性能有哪些基本要求？提⽰：钢筋的⼒学性能指标有强度和变形。
对有明显屈服点钢筋，以屈服强度作为钢筋设计强度的取值依据。
对⽆屈服点钢筋，通常取其条件屈服强度作为设计强度的依据。
钢筋除了要有⾜够的强度外，还应具有⼀定的塑性变形能⼒，反映钢筋塑性性能的⼀个指标是伸长率。
钢筋的冷弯性能是检验钢筋韧性、内部质量和加⼯可适性的有效⽅法。
混凝⼟结构对钢筋性能的要求：①强度⾼：强度越⾼，⽤量越少；⽤⾼强钢筋作预应⼒钢筋，预应⼒效果⽐低强钢筋好。
②塑性好：钢筋塑性性能好，破坏前构件就有明显的预兆。
③可焊性好：要求在⼀定的⼯艺条件下，钢筋焊接后不产⽣裂纹及过⼤的变形，保证焊接后的接头性能良好。
④为了保证钢筋与混凝⼟共同⼯作，要求钢筋与混凝⼟之间必须有⾜够的粘结⼒。
2.3 混凝⼟的⽴⽅体抗压强度是如何确定的？与试件尺⼨、试验⽅法和养护条件有什么关系？提⽰：我国规范采⽤⽴⽅体抗压强度作为评定混凝⼟强度等级的标准，规定按标准⽅法制作、养护的边长为150mm的⽴⽅体试件，在28d或规定期龄⽤标准试验⽅法测得的具有95%保证率的抗压强度值（以N/mm2计）作为混凝⼟的强度等级。
试件尺⼨：考虑尺⼨效应影响，试件截⾯尺⼨越⼩，承压⾯对其约束越强，测得的承载⼒越⾼，因此，采⽤边长为200mm的⽴⽅体试件的换算系数为 1.05，采⽤边长为100mm的⽴⽅体试件的换算系数为0.95。
混凝土结构设计原理课件第二章
3）轴心抗拉强度
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。
F
压
a
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拉
压
F
劈裂试验
f sp
2F
a2
6 2.1 混凝土的物理力学性能
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
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。
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8 2.1 混凝土的物理力学性能
上。e ×10-3
6
8
10 2.21 混凝土的物理力学性能
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
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。
不同强度混凝土的应力-应变关系曲线
式中： k１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76，对C80取0.82，其间按线性
插值。k2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。
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5 2.1 混凝土的物理力学性能
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：
第二章-混凝土结构设计原理
第2章混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性能2.1.1 单轴向应力状态下的混凝土强度虽然实际工程中的混凝土结构和构件一般处于复合应力状态，但是单轴向受力状态下混凝土的强度是复合应力状态下强度的基础和重要参数。
混凝土试件的大小和形状、试验方法和加载速率都影响混凝土强度的试验结果，因此各国对各种单轴向受力下的混凝土强度都规定了统一的标准试验方法。
1 混凝土的抗压强度(1) 混凝土的立方体抗压强度f cu,k和强度等级我国《混凝土结构设计规范》规定以边长为150mm的立方体为标准试件，标准立方体试件在(20±3)℃的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为“N/mm2”。
用上述标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度作为混凝土的强度等级。
《混凝土结构设计规范》规定的混凝土强度等级有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，共14个等级。
例如，C30表示立方体抗压强度标准值为30N/mm2。
其中，C50～C80属高强度混凝土范畴。
图2-1 混凝土立方体试块的破坏情况(a)不涂润滑剂；(b) 涂润滑剂(2) 混凝土的轴心抗压强度混凝土的抗压强度与试件的形状有关,采用棱柱体比立方体能更好地反映混凝土结构的实际抗压能力。
用混凝土棱柱体试件测得的抗压强度称为轴心抗压强度。
图2-2 混凝土棱柱体抗压试验和破坏情况我国《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081—2002)规定以150mm×150mm×300mm的棱柱体作为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件。
《混凝土结构设计规范》规定以上述棱柱体试件试验测得的具有95%保证率的抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值，用符号f ck表示，下标c表示受压，k表示标准值。
混凝土结构设计原理课件第二章
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第二章 钢筋和混凝土的材料性能
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。
不同强度混凝土的应力-应变关系曲线
2
1 60
(
fcu
50)
30 20
C40 C20
e0 0.002 0.5( fcu 50) 105 eu 0.0033 ( fcu 50) 105
10 0
0.001
0.002
0.003
e
0.004
fcu n
e0 2020/2/20eu
《规范》混凝土应力-应变曲线参数
性应变 eel。再经过一段时间后，还有一部分应变eel''可以恢复，
称为弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变ecr'
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2.1 混凝土的物理力学性能
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
◆影响因素
内在因素是混凝土的组成和配比。骨料(aggregate)的刚度 （弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小， 徐变也越小。 环境影响包括养护和使用条件。受荷前养护(curing)的温湿度 越高，水泥水化作用月充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使 徐变减少（20~35）%。受荷后构件所处的环境温度越高，相 对湿度越小，徐变就越大。
（1）单向受力状态下混凝土的强度
1）立方体抗压强度：边长为150mm的混凝土立方体 试件，在标准条件下（温度为20±3℃，相对湿度≥90%） 养护28天，用标准试验方法（加载速度0.15~0.3N/mm2/s，
混凝土课后答案
第二章混凝土结构材料的物理力学性能2.1 我国用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构中的钢筋或钢丝有哪些种类？有明显屈服点钢筋和没有明显屈服点钢筋的应力—应变关系有什么不同？为什么将屈服强度作为强度设计指标？提示：我国混凝土结构用钢筋可分为热轧钢筋、冷加工钢筋、热处理钢筋及高强钢丝和钢绞线等。
有明显屈服点钢筋的应力—应变曲线有明显的屈服台阶，延伸率大，塑性好，破坏前有明显预兆；没有明显屈服点钢筋的应力—应变曲线无屈服台阶，延伸率小，塑性差，破坏前无明显预兆。
2.2 钢筋的力学性能指标有哪些？混凝土结构对钢筋性能有哪些基本要求？提示：钢筋的力学性能指标有强度和变形。
对有明显屈服点钢筋，以屈服强度作为钢筋设计强度的取值依据。
对无屈服点钢筋，通常取其条件屈服强度作为设计强度的依据。
钢筋除了要有足够的强度外，还应具有一定的塑性变形能力，反映钢筋塑性性能的一个指标是伸长率。
钢筋的冷弯性能是检验钢筋韧性、内部质量和加工可适性的有效方法。
混凝土结构对钢筋性能的要求：①强度高：强度越高，用量越少；用高强钢筋作预应力钢筋，预应力效果比低强钢筋好。
②塑性好：钢筋塑性性能好，破坏前构件就有明显的预兆。
③可焊性好：要求在一定的工艺条件下，钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证焊接后的接头性能良好。
④为了保证钢筋与混凝土共同工作，要求钢筋与混凝土之间必须有足够的粘结力。
2.3 混凝土的立方体抗压强度是如何确定的？与试件尺寸、试验方法和养护条件有什么关系？提示：我国规范采用立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级的标准，规定按标准方法制作、养护的边长为150mm的立方体试件，在28d或规定期龄用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度值（以N/mm2计）作为混凝土的强度等级。
试件尺寸：考虑尺寸效应影响，试件截面尺寸越小，承压面对其约束越强，测得的承载力越高，因此，采用边长为200mm的立方体试件的换算系数为1.05，采用边长为100mm的立方体试件的换算系数为0.95。
混凝土结构基本原理》G第02章
混凝土结构基本原理
主要特征
a) 存在τ时, 抗拉和抗压强度均低于单轴向抗拉 f 't 和抗压强 度 f 'c
b) 压应力σ＜0.6 f 'c 时，抗剪强度随压应力σ的增大（或轴向 拉应力的减小）而增大
c) 压应力 σ＞0.6 f 'c 后，抗剪强度随压应力σ的增大而减小 d) 当压应力或拉应力σ ＝0时，抗剪强度τ ＝0.1 f 'c
对混凝土强度的影响变化？ 如果将试件的高度加大, 这种“套箍作用”对强度
的影响如何变化？
第2章 混凝土结构材料的物理力学性能
2020年12月22日
土木工程学院
混凝土结构基本原理
b) 加载速度
加载速度越快，测得强度越高（变形发展不充分）。
c) 龄期与环境条件
龄期越长、环境越潮湿，强度越高（混凝土强度随时间的 增长有“先快后慢”的规律）。
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混凝土结构基本原理
工程中采用的被动约束方式
第2章 混凝土结构材料的物理力学性能
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混凝土结构基本原理
4. 混凝土的变形模量
弹性材料： 混凝土：
c → 弹性模量 Ec c → 变形模量 （割线模量）E'c
Ec= tgα0
E'c = tgα1
混凝土强度越高，下 降段形状越陡，延性 越差，在C80时通常只 能达到0.003。
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混凝土结构基本原理
d) 加载速度对应力－应变曲线的影响
加载速度快→ 峰值应力偏高，峰值应变减小，下降段陡； 加载速度慢→ 峰值应力偏低，峰值应变增大，下降段平缓。
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教学重点：掌握各种材料性能的特性，钢筋及混凝土各自的应力应变关系，影响材料强度及变形大小的因素，从而为以后学习本课程或使用材料时打下基础。
教学内容：1.钢筋：钢筋的成份、种类和级别，钢筋的应力应变曲线，钢筋的塑性性能，钢筋的冷加工。
2.混凝土：立方体抗压强度，影响混凝土强度的因素，轴心抗压强度，轴心抗拉强度。
混凝土的变形：混凝土在一次短期加载时的应力应变性能，混凝土的变形模量。
混凝土的徐变。
混凝土的收缩。
3.钢筋与混凝土之间的粘结力。
2.1 混凝土的物理力学性能2.1.1 混凝土的组成结构普通混凝土是由水泥、砂、石材料用水拌合硬化后形成的人工石材，是多相复合材料。
混凝土组成结构是一个广泛的综合概念，包括从组成混凝土组分的原子、分子结构到混凝土宏观结构在内的不同层次的材料结构。
通常把混凝土的结构分为三种基本结构类型：微观结构即水泥石结构；亚微观结构即混凝土中的水泥砂浆结构；宏观结构即砂浆和粗骨料两组分体系。
微观结构(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、水灰比和凝结硬化条件等。
混凝上的宏观结构与亚微观结构有许多共同点，可以把水泥砂浆看作基相．粗骨料分布在砂浆中，砂浆与粗骨料的界面是结台的薄弱面。
骨料的分布以及骨料与基相之间在界面的结合强度也是重要的影响因素。
浇注混凝上时的泌水作用会引起沉缩，硬化过程中由于水泥浆水化造成的化学收缩和干缩受到骨料的限制，会在不同层次的界面引起结合破坏，形成随机分布的界面裂缝。
混凝土中的砂、石、水泥胶体中的晶体、未水化的水泥颗粒组成了错综复杂的弹性骨架，主要承受外力，并使混凝土具有弹性变形的特点。
而水泥胶体中的凝胶、?L隙和界面初始微裂缝等，在外力作用下使混凝土产生塑性变形。
另一方面，混凝土中的孔隙、界面微裂缝等缺陷又往往是混凝土受力破坏的起源。
在荷载作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。
《混凝土结构设计原理》第二章_课堂笔记
《混凝土结构设计原理》第二章 材料的物理力学性能 课堂笔记◆ 学习要点：钢筋砼的组成为非匀质的，又由于混凝土材料组成的非均匀性以及具有显著的非弹性性能，因此其力学性能与匀质弹性材料有很大的差异。
对钢筋和砼材料力学性能的了解，包括其强度和变形性能，以及对二者相互作用的了解是掌握钢筋砼构件受力特点，确立计算方法，制定构造措施的基础。
◆ 主要内容混凝土及其力学性能混凝土的组成、强度指标及其换算关系、变形性能、其它性能(疲劳、收缩、徐变)、钢筋及其力学性能。
钢筋品种、级别和型号、力学性能及性能要求。
钢筋与混凝土的粘结◆ 学习要求1、掌握混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度和轴心抗拉强度的测定方法和换算关系。
2、了解影响硷强度的因素，掌握砼应力一应变曲线特点，理解复合应力下硷强度和变形特点。
3、了解混凝土收缩、徐变现象及其影响因素；理解收缩、徐变对钢筋混凝土结构的影响。
4、了解钢筋的品种级别和使用范围。
掌握钢筋的应力一应变曲线的特点和强度的取值标准:，◆ 重点难点混凝土的强度及其影响因素，复合应力状态下的强度。
混凝土受压应力一应变关系的特征值。
混 凝土的收缩与徐变及其影响因素，一、混凝土（一）混凝土的组成结构砼是由水泥石(水泥胶结料)和骨料（石料)组成的一种内部结构复杂的复合材料。
从微观看：砼是不均匀的多相材料，存在许多内部微裂缝，这与其物理力学性能有密切的关系。
从宏观看：混凝土是粗骨料均匀分散在连续的砂浆基材中的两相材料，可视为各向同性的。
（二）混凝土的强度混凝土的强度是混凝土力学.隆能中的主要指标。
在工程中常用的混凝土强度指标有： ·立方体抗压强度fcu ·轴心抗压强度fc ·轴心抗拉强度ft1、混凝土立方体抗压强度砼立方体抗压强度是其力学性能中最基本的指标，也是评定fc 强度等级的标准。
砼强度等级是指按照标准方法制作养护的边长为150mm ，的立方体试件，在28天龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度标准值 。