第二章 混凝土结构材料的物理力学性能.ppt

第二章 混凝土结构材料的物理力学性能
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混凝土的强度
混凝土立方抗压强度
混凝土轴心抗压强度
混凝土抗拉强度
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混凝土的强度
1、混凝土强度等级
)××
=× × =
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混凝土的变形
单轴（单调）受压应力-应变关系Stress- strain Relationship 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。 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。 在普通试验机上采用等应力速度加载，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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混凝土的破坏机理
A点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，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sA约为 (~)fc ，对高强混凝土sA可达(~)fc
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。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sB作为混凝土的长期抗压强度 ； fc ， fc
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。B点时的应力称为峰值应力，即为混凝土棱柱体抗压强度；相应的纵向压应变称为峰值应变，。继续发展至D点时，破坏面初步形成。
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破坏带。此时试件的强度由破坏面上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，~ fc
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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，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，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。
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若采用无量纲坐标x=e/e0，y=s/fc，则混凝土应力-应变全曲线的几何特征必须满足:
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◆ 清华大学过镇海提出的应力-应变全曲线表达式
a=Ec/E0，
Ec为初始弹性模量；
E0为峰值点时的割线模量，
为满足条件①和②，≤a≤3；ac 为下降段参数
混凝土应力-应变关系的数学描述
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美国Hognestad建议的应力-应变曲线
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上升段：
下降段：
《规范》提出的混凝土应力-应变曲线表达式
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《规范》中混凝土应力－应变曲线参数的确定
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箍筋约束混凝土受压的应力-应变关系Confinement with Transverse Reinforcement
螺旋箍筋
(a)
螺旋箍筋
压应变
箍筋
d
=
，
s
=
，
箍筋
d
=
s
=
无箍筋
矩形箍筋
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
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。
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第二十六页，本课件共有55页
混凝土受拉应力-应变关系
The Tension Constitutive Relationship of Concrete

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钢纤维混凝土（Steel Fiber Concrete）
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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，