鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土兩種力學效能截然不同的材料組成的復合結構。正確合理地進行鋼筋混凝土結構設計，必須掌握鋼筋混凝土結構材料的物理力學效能。鋼筋混凝土結構材料的物理力學效能指鋼筋混凝土組成材料——混凝土和鋼筋各自的強度及變形的變化規律，以及兩者結合組成鋼筋混凝土材料後的共同工作效能。
這些都是建立鋼筋混凝土結構設計計算理論的基礎，是學習和掌握鋼筋混凝土結構構件工作效能應必備的基礎知識。
§1-1 混凝土的物理力學效能
一、混凝土強度
混凝土強度是混凝土的重要力學效能，是設計鋼筋混凝土結構的重要依據，它直接影響結構的安全和耐久性。
混凝土的強度是指混凝土抵抗外力產生的某種應力的能力，即混凝土材料達到破壞或開裂極限狀態時所能承受的應力。混凝土的強度除受材料組成、養護條件及齡期等因素影響外，還與受力狀態有關。
(一) 混凝土的抗壓強度
在混凝土及鋼筋混凝土結構中，混凝土主要用以承受壓力。因而研究混凝土的抗壓強度是十分必要的。
試驗研究表明，混凝土的抗壓強度除受組成材料的性質、配合比、養護環境、施工方法等因素影響外，還與試驗方法及試件的尺寸、形狀有關。
混凝土抗壓強度與試驗方法有著密切的關係。如果在試件的表面和壓力機的壓盤之間塗一層油脂，其抗壓強度比不塗油脂的試件低很多，破壞形式也不相同（圖1.1-1）。
圖1.1-1混凝土立體試件的破壞形態
未加油脂的試件表面與壓力機壓盤之間有向內的摩阻力存在，摩阻力像箍圈一樣，對混凝土試件的橫向變形產生約束，延緩了裂縫的開展，提高了試件的抗壓極限強度。當壓力達到極限值時，試件在豎向壓力和水平摩阻力的共同作用下沿斜向破壞，形成兩個對稱的角錐形破壞面。如果在試件表面塗抹一層油脂，試件表面與壓力機壓盤之間的摩阻力大大減小，對混凝土試件橫向變形的約束作用幾乎沒有。
最後，試件由於形成了與壓力方向平行的裂縫而破壞。所測得的抗壓極限強度較不加油脂者低很多。
混凝土的抗壓強度還與試件的形狀有關。試驗表明，試件的高寬比h/b越大，所測得的強度越低。當高寬比h/b≥3時，強度變化就很小了。
這反映了試件兩端與壓力機壓盤之間存在的摩阻力，對不同高寬比的試件混凝土橫向變形的約束影響程度不同。試件的高寬比h/b越大，支端摩阻力對試件中部的橫向變形的約束影響程度就越小，所測得的強度也越低。當高寬比h/b≥3時，支端摩阻力對混凝土橫向變形的約束作用就影響不到試件的中部，所測得的強度基本上保持乙個定值。
此外，試件的尺寸對抗壓強度也有一定影響。試件的尺寸越大，實測強度越低。這種現象稱為尺寸效應。
一般認為這是由混凝土內部缺陷和試件承壓面摩阻力影響等因素造成的。試件尺寸大，內部缺陷(微裂縫，氣泡等)相對較多，端部摩阻力影響相對較小，故實測強度較低。根據我國的試驗結果，若以150×150×150mm的立方體試件的強度為準，對200×200×200mm立方體試件的實測強度應乘以尺寸修正係數1.
05；對100×100×100mm立方體試件的實測強度應乘以尺寸修正係數0.95。
為此，我們在定義混凝土抗壓強度指標時，必須把試驗方法、試件形狀及尺寸等因素確定下來。在統一基準上建立的強度指標才有可比性。
混凝土抗壓強度有兩種表示方法：
1、立方體抗壓強度
我國規範習慣於用立方體抗壓強度作為混凝土強度的基本指標。新修訂的《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵規範》jtg d62（以下簡稱《橋規jtg d62》）規定的立方體抗壓強度標準值係指採用按標準方法製作、養護至28天齡期的邊長為150mm立方體試件，以標準試驗方法（試件支承面不塗油脂）測得的具有95%保證率的抗壓強度(以mpa計)，記為fcu.k。
1.1-1)
式中 ——混凝土立方體抗壓強度標準值(mpa)；
——混凝土立方體抗壓強度平均值(mpa)；
——混凝土立方體抗壓強度的標準差(mpa)；
——混凝土立方體抗壓強度的變異係數，。其數值可按表1.1-1採用。
混凝土強度變異係數表1.1-1
《橋規jtg d62》規定的混凝土強度等級用邊長為150mm的立方體抗壓強度標準值確定，並冠以c表示，如c30表示30級混凝土。
應該指出，世界各國規範中用以確定混凝土強度等級的試件形狀和尺寸不盡相同。有採用立方體試件者，也有採用圓柱體試件者。採用立方體強度劃分混凝土強度等級的國家除中國外，尚有德國(200mm立方體)、俄羅斯(150mm立方體)和英國(150mm立方體)等；採用圓柱體強度的有美國、日本等，ceb-fip制訂的《國際標準規範》亦採用圓柱體強度，試件的尺寸為直徑6吋(約為150mm)，高度12吋(約為300mm)，其標準強度稱為特徵強度。
根據我國的試驗資料，圓柱體強度與150mm立方體強度之比為0.83～1.04，平均值為0.
94；但過去我國習慣於按與200mm立方體強度之比為0.85進行換算。考慮到新舊規範立方體強度試件尺寸和取值保證率的不同，圓柱體強度與《橋規jtg d62》規定的150mm立方體強度之比，可近似地按0.
85換算。 公路橋涵受力構件的混凝土強度等級可採用c20～c80，中間以5mpa進級。c50以下為普通強度混凝土，c50及以上為高強度混凝土。
公路橋涵混凝土強度等級的選擇應按下列規定採用：
(1)鋼筋混凝土構件不應低於c20，當採用hrb400、kl400級鋼筋配筋時，不應低於c25；
(2)預應力混凝土構件不應低於c40；
應該指出，近幾年來關於混凝土結構的耐久性問題，引起了國內外的廣泛關注，高強混凝土和高效能混凝土的研究取得了突破性進展。從解決混凝土結構的耐久性的需要出發，採用高效能混凝土，提高混凝土的密實度是十分必要的。另外，由於採用高強度混凝土，減輕了結構的自重，擴大了結構的適用跨度，收到的經濟效益也是十分顯著的。
因此，在混凝土施工技術***的前提下，設計時適當地提高混凝土的強度等級是適宜的。
2. 柱體抗壓強度
用高寬比h/b≥3的柱體試件所測得的抗壓強度稱為柱體抗壓強度(或稱為軸心抗壓強度)。在實際結構中，絕大多數受壓構件的高度比其支承面的邊長要大得多。所以，採用柱體抗壓強度能更好地反映混凝土的實際受力狀態。
同時，由於試件的高寬比較大(h/b≥3)，可擺脫端部摩阻力的影響，所測強度趨於穩定。我國採用150mm×150mm×450mm的柱體作為混凝土軸心抗壓試驗的標準試件，按與上述立方體試件相同的製作、養護條件和標準試驗方法測得的具有95%保證率的抗壓強度稱軸心抗壓(或柱體抗壓)強度標準值(以mpa計)，記為fck。
根據我國所進行的柱體抗壓強度試驗，柱體抗壓強度試驗統計平均值與150mm立方體抗壓強度試驗統計平均值呈線性關係：
1.1－2）
式中，係數與混凝土強度等級有關，對c50及以下混凝土，取；c55～c80混凝土，取。
在實際工程中，考慮到構件混凝土與試件混凝土因製作工藝、養護條件、受荷情況和環境條件等不同，按《公路工程結構可靠度統一設計標準》gb/t50283－1999條文說明建議，其抗壓強度平均換算係數，則構件混凝土柱體抗壓強度的平均值為：
1.1－3）
假定構件混凝土柱體抗壓強度的變異係數與立方體抗壓強度的變異係數相同，則構件混凝土柱體抗壓強度標準值為
（1.1－4）
另外，考慮到c40以上混凝土具有脆性，按公式（1.1－4）求得的柱體抗壓強度標準值尚須乘以脆性折減係數，對c 40～c 80混凝土取＝1.0～0.87，中間值按直線插入求得。
(二) 混凝土抗拉強度
混凝土的抗拉強度是混凝土的基本力學特徵之一，其值約為立方體抗壓強度的1/8～1/18。混凝土抗拉強度的測試方法各國不盡相同。我國較多採用的測試方法是用鋼模澆築成型的100×100×500mm的柱體試件，通過預埋在試件軸線兩端的鋼筋，對試件施加拉力，試件破壞時的平均應力即為混凝土的軸心抗拉強度。
圖1.1-2 混凝土直接受拉試驗
根據我國進行的混凝土直接受拉試驗結果，混凝土軸心抗拉強度的試驗統計平均值與立方體抗壓強度的試驗統計平均值之間的關係為
1.1－5)
構件混凝土軸心抗拉強度的平均值為
1.1－6）
構件混凝土軸心抗拉強度的標準值（保證率為95%）為
將（公式1.1-1）代入，並取，則得
1.1－7）
同樣，考慮c40以上混凝土的脆性，按公式（1.1－7）求得得軸心抗拉強度標準值，亦應乘以脆性係數（）。
應該指出，用上述直接受拉試驗測定混凝土抗拉強度時，試件的對中比較困難，稍有偏差就可能引起偏心受拉破壞，影響試驗結果。因此，目前國外常採用劈裂試驗間接測定混凝土抗拉強度。
劈裂試驗可用立方體或圓柱體試件進行，在試件上下支承面與壓力機壓板之間加一條墊條，使試件上下形成對應的條形載入，造成沿立方體中心或圓柱體直徑切面的劈裂破壞(圖1.1-3)。
由彈性力學可知，在上下對稱的條形荷載作用下，在試件的豎直中面上，除兩端載入點附近的區域性區域產生壓應力外，其餘部分將產生均勻的水平拉應力，當拉應力達到混凝土的抗拉強度時，試件將沿豎直中面產生劈裂破壞。混凝土的劈裂強度可按下式計算：
1.1-8)
式中 p——豎向破壞荷載；
d——圓柱體試件的直徑、立方體試件的邊長；
l——試件的長度。
a)用圓柱體進行劈裂試驗 b)用立方體進行劈裂試驗 c)劈裂麵中水平應力分布
圖1.1-3混凝土劈裂試驗及其應力分布
1—壓力機上壓板 2—墊條 3—試件
4—試件澆築頂面 5—試件澆築底面 6—壓力機下壓板 7—試件破裂線
試驗結果表明，混凝土的劈裂強度除與試件尺寸等因素有關外，還與墊條的寬度和材料特性有關。加大墊條寬度可使實測劈裂強度提高，一般認為墊條寬度應不小於立方體試件邊長或圓柱體試件直徑的1/10。
第一章鋼筋混凝土材料的力學效能 土木 ruc
by 小熊 本文由wangchen 698貢獻 ppt文件可能在wap端瀏覽體驗不佳。建議您優先選擇txt，或 原始檔到本機檢視。第一章鋼筋混凝土結構的材料 鋼筋混凝土結構和力學研究的物件不同，是針對具體材料，所以要充分了解材料的效能。本章主要講三個問題 一.鋼筋的品種和力學效能。二.混凝土的力學效...
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