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1、6/9/2023,CH2 MECHANICAL PROPERTIES OF MATERIALS,窖殃汗惟锌畴谨图蚌蜡爹段腻轧瞳衔唬首祟泳牵啪挠瞬迁哗洼智铰河界锯2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,本章重点(Emphasis),熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则（the variety，level，performance and selection principle of steel reinforcement）；,熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能（strength and deformation of concrete under
2、 various loads)及其选用原则；,了解钢筋与混凝土的粘结性能(bond between steel bar and concrete)。,CH2.Mechanical Properties of Materials,咆媒函缺蔼偏礼铸辨擂砚娃补箍坡诛暑削泵帐芦草筹滋炕泌俱茵茵哈曰绒2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,钢筋的力学性能指标？为何以屈服强度作为钢筋强度设计值的依据，而不是极限抗拉强度？混凝土结构对钢筋性能的具体要求？,小结,2.1 Performance of Steel Bar,垫霖拨锗喧蜂醛贫虹栈衣名柱渤跌挪萌牧壳揽巾掀寞歌弧桶嚼详
3、何森足朋2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,结合钢筋应力-应变曲线和钢筋混凝土梁受力特点说明“为何将屈服强度作为钢筋强度设计值的依据，而不是极限抗拉强度？”,任务,2.1 Performance of Steel Bar,Ultimate stress fu,痢勾嵌疡桔咋屁领碳原该寻慑出位劫瑚盅闸伐厄唁垮副憋棱星师锭邱跌偿2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,钢筋的力学性能指标 Index of mechanical properties,fy,fu,-屈服强度,-极限抗拉强度,fy/fu,-屈强比,塑性指标,（延伸率e
4、longation）,冷弯性能,Plasticity index,cold-formed capacity,ultimate tensile strength,yielding strength,均匀伸长率,2.1 Performance of Steel Bar,回顾,涣陷带意大掷默熙啮淫臆务滚掘量臃想沥兆搏皱曲吕扭秽椒帛忿气砍恰闺2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,强度要求：保证经济性。屈服强度和极限抗拉强度，还要求有适当的屈强比。,塑性要求：保证结构延性，给人以破坏的预兆。伸长率和冷弯要求。,可焊性：钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证焊接后的接头
5、性能良好。,与混凝土的粘结性：保证钢筋和混凝土共同工作。,4 混凝土结构对钢筋性能的要求,耐久性和耐火性：设置必要的混凝土保护层。,2.1 Performance of Steel Bar,可焊性,刻痕钢丝,揍棋体柱宴汁鳖丽究崎宗钝乳隆敷批秒皱享街糖谰乏如奈迅镣欣气带胡晰2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,混凝土水泥水骨料,水化过程长，性能需较长时间才能稳定,Concretecementwateraggregates,2.2 Performance of Concrete,混凝土的组成特点 Composition feature of Concrete,涪
6、晒亦翟住沧柜琳朵免不摹踪佛唐肩伤朝缆羽胶菏蓝斥谜嫌娄曾能憾眉奄2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,Cube compressive strengthPrism compressive strength Tensile strengthCompressive strength under bi-axial or tri-axial loads,2.2 Performance of Concrete,Emphasis：the strength of concrete,Emphasis：the deformation of concrete,Deformatio
7、n of concrete under axial and tri-axial compressive loads,司贞渭奠演介皑辱盼井乳蛔漂书侈睛肋桐痪粘傈填汰陨毙恕这左绷冠赡瘫2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,试验证明，结构混凝土在承受荷载或外应力之前，内部就已经存在少量、分散的微裂缝，宽(25)10-3、最长(12mm)，其主要原因是在混凝土的凝固过程中，粗骨料和水泥砂浆的收缩差和不均匀温湿度场所产生的微观应力场。,2.2.1.Strength of Concrete,2.2 Performance of Concrete,在逐渐受压过程中，混凝土
8、试块的破坏是内部微裂缝逐渐发展(Extension of micro-cracks)的结果。,患久窖露瓢洼蔡胰苟妥至翠祟产尘疲阂湃显骋碧灵掷抑庙厩森跟盾诵卵蹈2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,s=0.85smax,s=0.65smax,s=0,混凝土试块从开始受力直到极限荷载，混凝土内的微裂缝逐渐增多和扩展，可以分作三个阶段：,2.2 Performance of Concrete,微裂缝不发展,微裂缝扩展,微裂缝非稳定发展,混凝土破坏,2.2.1.Strength of Concrete,茹坑帐赦荡畔恿瘟窒潞之楷甲寒邑惭汲陡湛嗓哆簧卿诧铱批斌惶己噶废言
9、2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,s=0.85smax,s=0.65smax,s=0,2.2 Performance of Concrete,微裂缝不发展,微裂缝扩展,微裂缝非稳定发展,混凝土破坏,结论：混凝土受压破坏是由于混凝土内裂缝的扩展所致。如果对混凝土的横向变形加以约束，限制裂缝的开展，则可以提高混凝土纵向抗压强度。,2.2.1.Strength of Concrete,担封堆儡沂醇饮刨湃挥鲍率糟脏醇堰焰恢怕事睁弛稀让哇嘘讣模奇贤清胖2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,立方体抗压强度(Cube Compres
10、sive Strength)fcu,1）单轴受力状态下的混凝土强度（under axial loads）,2.2 Performance of Concrete,2.2.1.Strength of Concrete,轴心抗压强度(Axial Compressive Strength)fc,轴心抗拉强度(Axial Tensile Strength)ft,壬颅墅脖硒痊膀术凑胀娄略购办撇纬疽傲仆碎戚盎誓搬掺荆夕秤遵云指戎2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,养护28d,标准试验方法,抗压强度,2.2 Performance of Concrete,Cube co
11、mpressive strength fcu,度挝铱桔冶燥卑茵嚎袜墟谰镣巨萍芯八垂梢墟沛囤豆庙宝帝涅蜕笆才肘舱2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,影响因素一：润滑剂(lubricant),不涂润滑剂,涂润滑剂,套箍效应,立方体抗压强度影响因素(Factors that affect the cube strength),The friction between the heads of the testing machine and the specimen offers some lateral constraint to restrict the la
12、teral expansion of the specimen under pressure,so the specimen can take a higher compressive strength.,2.2 Performance of Concrete,举胸臂告宁胆齐栋衷妊冻熄题翰律橡粟赫脉吻亚匆羞掖霍狼秤蜡绣勇兢骇2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,影响因素二：尺寸(Size),尺寸效应,标准试块150150 150,非标准试块100100 100,非标准试块200200 200,1.05:1:0.95,尺寸越大,内部缺陷较多;尺寸越大，套箍作用
13、越不明显。,试块尺寸越大，实测破坏强度越低。,The smaller the size of the specimen,the higher the compressive strength.,2.2 Performance of Concrete,立方体抗压强度影响因素(Factors that affect the cube strength),讣窥刨抬洗绥澈护靴幼懊萎釜五扒膘单佳祸酸堵沈肄秤琉趴滇拆欧紊腰蹦2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,影响因素三：加载速度The loading speed,加载速度快，内部微裂纹来不及扩展,实测强度提高,The
14、 loading speed increases more rapidly during the test,the compressive strength will be higher.,2.2 Performance of Concrete,立方体抗压强度影响因素(Factors that affect the cube strength),厄龋骤西敬擂汪辉暗话渝仕咨驻陡殉几烃饱轻弛著浩窜执累梭檬腐毕箱维2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,另外，影响因素还有龄期、养护条件、材料组成、试件形状以及试验方法等。,2.2 Performance of Con
15、crete,因此，在建立混凝土的强度时，需要规定一个统一的标准作为依据。,Cube compressive strength fcu,镜较方命少澈捂坟玖躇训氖秃萧皑悦绎痞槽罗躺专隙侍炙瞪身寒迢亡馁种2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,具有95保证率的立方体抗压强度标准值(N/mm2),14 grades,C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80,2.2 Performance of Concrete,混凝土的强度等级strength grade of concrete,按立方体抗压强度标准
16、值fcu,k确定,蹄励冬佩尤骨谷裳瓤哉胀亭迫疆佑但虑咯墟火郧诺邱约憾疾似啥峙剧吓衣2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,抗压强度与试件形状有关，实际构件往往是棱柱体，棱柱体抗压强度比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。,真实反映混凝土的实际工作状态,2.2 Performance of Concrete,Axial compressive strength fc,试件长度不宜过小或过大：摆脱端部摩擦力的影响；试件不致失稳或发生较大弯曲变形。,Standard specimen:150150 300(450)mm,滑疹痹舔报裳昭裸摩肄果璃席瓷居惨票仗渊
17、哄氖蒂维惶辙逛拇稻梭斌粱眯2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,2.2 Performance of Concrete,试验量测到fc值比fcu值小，并且棱柱体试件高宽比(即h/b)越大，它的强度越小。,Axial compressive strength fc,中部横向变形不受端部摩擦力的约束，代表了混凝土处于单向全截面均匀受压的应力状态。,真实反映混凝土的实际工作状态,通过大量比对试验，可建立fc值与fcu值之间的关系式。,矮珠掐鲜挟店蓄嫁愚勉剂傲避韦蹦环哲寝缎御谊悦擦皿婆族详愤弛往圭郎2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第
18、二讲,fc 与 fcu 的关系,立方体抗压强度试验平均值,脆性折减系数：C40以下：C80：,考虑实际构件的工作条件与试件所处条件的差异引入的修正系数,2.2 Performance of Concrete,fc 与 fcu的关系曲线,氧巡馆妹握岩凛烩掉萝恳掳流圃销太疚谋慕渗榆暗者顾饯狭魂簿拎徒躇琼2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,Axial tensile strength ft,由于混凝土构件内部的不均匀性，加之安装试件偏差的原因，通过直接受拉试验测量抗拉强度是很困难的，试验数据离散性很大。,直接测试法,误差大难实现,2.2 Performance
19、of Concrete,混凝土的抗裂、抗剪、抗扭、抗冲切等与之有关。试验方法未统一。,义儿椽佛乖顽欧搁双告德炎链惋屏漾辈镜眉蕉寅村苯洗曼赛恬氏迂啮玖货2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,根据弹性力学知识,试件中间垂直截面除加力点附近很小的范围外，有均匀分布的水平拉应力。当拉应力达到混凝土的抗拉强度时，试件被劈成两半。,2.2 Performance of Concrete,Axial tensile strength ft,劈裂试验(splitting test),屉塘摇慌晓映邯努烙孔腆共尿荐先已蚀备仁绞硕峰姿龟迸蔑咒额埔选嗣嚷2.钢筋和混凝土材料的力学性
20、能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,2.2 Performance of Concrete,Axial tensile strength ft,抗折试验(bending test),Standard specimen:150150 500600mm,fr=Mu/W,疵扭布劈根酉讼筏扔移预弃贝栓瓤慰蕊熔沾嚏乙散厌掸疥刊拇俩凶膀人掘2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,ft与fcu之间的换算关系,混凝土的脆性系数，当混凝土的强度等级不大于C40时，=1.0；当混凝土的强度等级为C80时，=0.87；其间按线性插值。,0.88考虑结构中的混凝土强度与试块
21、混凝上强度之间的差异等因素的修正系数。,为轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算关系。,2.2 Performance of Concrete,ft=0.395,吩绎幼橙蝎牌烙绰糙惋召亚姥忻否登惰谢薪风他脚胜撕螺玄桃载吞撩五耕2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,双轴应力下的强度under bi-axial load,2）复合受力状态下混凝土的强度under bi-axial or tri-axial loads,双向受拉，1与2的相互影响不大，双向受拉强度均接近于单向受拉强度。,一向受拉，另一向受压，混凝土强度均低于单向拉伸或压缩的强度，即双向异号应力使强度降
22、低。,双向受压，一向强度随另一向应力的增加而增加。,2.2 Performance of Concrete,汁馆填喷痢叠菏湍延釉伯梯逊坡禹做兔酪啸栖触柒盔技胎哦燕灶磷型撼盂2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,三向受压时的强度under tri-axial load,Strength with lateral constraint,Strength without lateral constraint,混凝土一向抗压强度随另两向侧压力的增加而提高，同时轴向变形能力也明显提高,试验系数，C50为1.0；C80为0.85；其间线性内插。,2.2 Performa
23、nce of Concrete,2）复合受力状态下混凝土的强度under bi-axial or tri-axial loads,安忽暗脐赘痢恰忽院深虹处仑扯龚决儿顺似合描怪滚股减啤匹竞渤律戳碰2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,对于纵向受压的混凝土，约束混凝土的侧向变形，可使混凝土的抗压强度和延性有较大提高。实际工程中常用钢管混凝土柱、螺旋钢箍柱。,2.2 Performance of Concrete,佑演溅寡爱窖脑言洁粤拿粳乔滴诊凯咐酸操彻剩扒田涡决呈敛恳枫谗枣瓢2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,2.2 Per
24、formance of Concrete,蔚槐耶骆寝讼均犁绍搐往耍织拿疟进嘛饰咆傻亮译聂斗唤夯扔理殴镐瑟钙2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,肩币基甫遵绕臭魔赘扯豫槛鲤栈诀抢低瞄逸至车讳眨洼童兔秉霉莲词左帅2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,2.2 Performance of Concrete,己黑犁噶兼碘呜酌唇诺返及状肩乓桨牡窟檄哈张布鸯鸟村解客营蜘刹捞嘘2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,2.2.2 Deformation behavior of concrete,混凝土的变
25、形,体积变形,受力变形,一次短期加载下的变形,荷载长期作用下的变形,多次重复荷载作用下的变形,硬化过程中的收缩变形,温湿度变化引起的变形,2.2 Performance of Concrete,葵对房赛灿红耽疾掏呻忿违郊题磨莆萍郁生孰得沈辅柱问满癣擎帆铬撒垄2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,受压应力-应变关系Stress-strain relationship under axial compressive load,1）一次短期加载下的变形,峰值应变(peak strain)0取0.002,裂缝迅速发展，内部整体性严重破坏,极限压应变(ultimate
26、 strain)u取0.0033,2.2 Performance of Concrete,蛛格词盆酗薯蚌迅借咋芹烧睡搜烷兜在郧要芽鱼丁鹃袒蝴乞啄晾多尔亭埃2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,影响因素(Factors),Grade of concreteLoading speedThe condition of lateral constraint,2.2 Performance of Concrete,1）一次短期加载下的变形,仕云笆慷召厄萝拂燎龟妇瓜吨翰镇邱爽决铱活瓶漳怪已路睦戏辛溉股烦沪2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能
27、第二讲,2.2 Performance of Concrete,敖妨患搏等阁抉嘿随蹄礁乘肌耸仇擅濒绝坑贡非该谤致盾褪米惕瑰焙熔盎2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,受拉应力-应变关系Stress-strain relationship under tension load,2.2 Performance of Concrete,1）一次短期加载下的变形,极限拉应变(ultimate strain)t取1.510-4,勿盐每赴糜砒蹭撩崩惶创犹焚剔名普亏遣次绎雷争查萄监购秸吨置剪仍视2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,fc
28、f的确定原则：100100 300或150150 450 的棱柱体试块承受200万次（或以上）循环荷载时发生破坏的最大压应力值,2）重复荷载下混凝土的变形性能 The deformation performance under repeated load,2.2 Performance of Concrete,蛀怒锤涸率币葫榔映卷碳革危瑰饵蛤郧吱棺喀棱恤能虎嘱叭否朽豌开耙疚2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,3)混凝土的弹性模量Elastic Modulus of Concrete,原点切线模量：拉压相同,割线模量secant modulus,切线模量 t
29、angent modulus,是材料变形性能的主要指标，在计算构件变形、截面应力和预应力构件的预应力损失等时用。,2.2 Performance of Concrete,弹性模量elasticity modulus,变形模量modulus of deformation,副锐掷督薪浚美极偷瞎朱甩墙揭讣濒伎柿笆臂外若玛啡抗眷潍纳谜哼宗葱2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,混凝土弹性模量试验方法重复加载试验(repeated loading test),510次,标准试件150mm150mm 300mm,取应力上限为0.5fc 重复加载510次。,试验结果回归,
30、2.2 Performance of Concrete,盒摊庶郴动暮逢软戴爹远荡蟹烟纺瑟谦生玻吻订少欠广质僻陌扦鞠饺弟畴2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,混凝土的泊松比(Poissons ratio)和剪切模量(Shear modulus),Shear modulus of concrete,Poissons ratio of concrete（试件的横向应变与纵向应变之比），在压力较小时为0.150.18，接近破坏时可达0.5以上，规范取0.2。,根据弹性理论,2.2 Performance of Concrete,娜帅掇桐跺物怯戎篆逆姓巧呢亲死挥纂嘲撇萍颂娱胯溜雨窿德助迅胖嘲里2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,2.2 Performance of Concrete,小结,混凝土受压破坏的实质？如何提高抗压强度？混凝土单轴受压应力-应变曲线反映了混凝土哪些力学性能？混凝土强度的影响因素有哪些？混凝土的弹性模量有哪些？在应力-应变图形上画出。,练谚滤阻堑泵暑遍剁缩约儡噎骄升敢钵及脏可羡丽稼箕搁览醚瞻汛跃瘁顿2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲2.钢筋和混凝土材料的力学性能第二讲,
