（１）双向应力状态下混凝土的强度。图１-６所示在两个相互垂直平面
作用着法向应力σ１ 和σ２，第三个平面上应力为零的双向应力状态下， 其强度变化特点如下：
１）双向受拉
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第二节 钢筋混凝土材料物理力学性质
２）双向受压。 ３）拉－压状态 （２）三向受压状态下混凝土的强度。混凝土在三向受压的情况下，由
（３）钢筋被混凝土包裹，免遭锈蚀，使钢筋混凝土结构具有较好的耐 久性。水泥水化作用后产生碱性反应，在钢筋表面产生一种水泥石质薄 膜，可以防止有害介质的直接侵蚀。
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第二节 钢筋混凝土材料物理力学性质
一、混凝土物理力学性质 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。混凝土中的砂、石、水泥胶体组成了弹性骨架，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、孔隙 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。此外，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，由 于水泥胶体的硬化过程需要多年才能完成，所以，混凝土的强度和变形 也随时间逐渐增长。 （一）混凝土的强度 混凝土的强度是混凝土的重要力学性能指标，是设计混凝土结构的重要 依据，它直接影响到结构的安全性和耐久性。在设计施工中常用混凝土 的强度可分为立方体抗压强度、混凝土轴心抗压强度以及混凝土轴心抗 拉强度等。
第二节 钢筋混凝土材料物理力学性质
《标准》（ＧＢ／Ｔ５０１０７）规定，以１５０ｍｍ×１５０ｍｍ× ３００ｍｍ 的棱柱体试件在标准条件下，用标准试验方法试验测得的具
有９５％保证率的抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值，用符号犳ｃ ｋ表示。棱柱体试件与立方体试件的制作条件相同，试件上下表面不涂 润滑剂。实测的棱柱体试件的抗压强度都比立方体的强度值低，并且棱
混凝土轴心抗压强度犳犮犽
由于实际结构和构件往往不是立方体，而是棱柱体，所以用棱柱体试件 比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。试验证实，轴心抗 压钢筋混凝土短柱中的混凝土抗压强度基本上和棱柱体抗压强度相同， 可以用棱柱体测得的抗压强度作为轴心抗压强度，又称为棱柱体抗压强 度。
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于受到侧向压力的约束作用，最大主压应力轴的抗压强度犳ｃｃ（σ１） 有较大程度的增长，其变化规律随两侧向压应力（σ２，σ３）的比值和 大小而不同。混凝土在三向受压时，其最大主压应力方向的抗压强度， 取决于侧向压应力的约束程度，随侧向压应力的增加，微裂缝的发展受 到了极大的限制，大大地提高了混凝土纵向抗压强度，并使混凝土的变 形性能接近理想的弹塑性体。如采用钢管混凝土柱、螺旋箍筋柱等，能 有效约束混凝土的侧向变形，使混凝土的抗压强度、延性（耐受变形的 能力）有相应的提高。常规的三轴受压是在圆柱体周围加液压，在两侧 向等压的情况下进行的。由试验得到的经验公式为：
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第二节 钢筋混凝土材料物理力学性质
（二）混凝土的变形
混凝土变形有两类：一类是荷载作用下的受力变形，包括一次短期加荷 时的变形、多次重复加荷时的变形和长期荷载作用下的变形；另一类是 体积变形，包括收缩、膨胀和温度变形。
一次短期加载下混凝土的变形性能
对混凝土进行短期单向施加压力所获得的应力－应变关系曲线即为单轴 受压应力－应变曲线，如图１-７所示，它能反映混凝土受力全过程的重 要力学特征和基本力学性能，是研究混凝土结构强度理论的必要依据， 也是对混凝土进行非线性分析的重要基础。一般，用棱柱体试件来测试 混凝土的应力－应变曲线。
柱体试件高宽比越大，强度越小。混凝土轴心抗压强度随着混凝土强度 等级提高而增加，总趋势是混凝土轴心抗压强度与混凝土强度成正比。
混凝土轴心抗拉强度ft
混凝土的轴心抗拉强度是混凝土的基本力学指标之一，也可用它间接地
衡量混凝土的冲切强度等其他力学性能。
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第二节 钢筋混凝土材料物理力学性质
“箍套”的作用对混凝土试件的横向变形产生制约，试件破坏时形成两 个对顶的角锥形破坏面，如图１-３（ａ）所示，也就是说试件是被压坏 的。如果在试件承压面上涂一些润滑剂，这时试件与压力机垫板间的摩 擦力大大减小，使对试件横向变形的约束作用几乎没有.
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第二节 钢筋混凝土材料物理力学性质
钢筋混凝土受压柱
在轴心受压的混凝土柱中，通常也配置抗压强度较高的钢筋协助混凝土 承受压力，以提高混凝土柱的承载能力和变形能力。
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第一节 钢筋混凝土结构概述
由于钢筋的抗压强度比混凝土的高，所以可以减小柱的截面尺寸。另外， 配置了钢筋还能改善受压混凝土构件破坏时的脆性，并可以承受偶然因 素在构件内产生的拉力（图１-２）
经统计分析并考虑结构混凝土强度与试件混凝土强度之间的差异，选取 具有９５％保证率的强度值作为强度标准值。混凝土强度设计值为混凝 土强度标准值除以混凝土的材料分项系数γｃ，《公路钢筋混凝土及预应 力混凝土桥涵设计规范》（ＪＴＧＤ６２—２００４）（以下简称《桥 规》）规定，对于混凝土的轴心抗压和轴心抗拉，均取相同的分项系数 γｃ＝１．４５，混凝土强度值见表１-１。
（２）强度等级的划分及有关规定。《标准》（ＧＢ／Ｔ５０１０７） 规定，混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值fcu,k确定。
（３）试验方法对立方体抗压强度的影响。试件在试验机上受压时，纵 向要压缩，横向要膨胀，由于混凝土与压力机垫板弹性模量与横向变形 的差异，压力机垫板的横向变形明显小于混凝土的横向变形。当试件承 压接触面上不涂润滑剂时，混凝土的横向变形受到摩擦力的约束，形成 “箍套”的作用。
导致横向变形使混凝土产生横向拉力，试件沿着力的作用方向平行地产 生几条裂缝而破坏，所测得的抗压极限强度较低，如图１-３（ｂ）所示。 《标准》（ＧＢ／Ｔ５０１０７）规定的标准试验方法是不加润滑剂。
（４）加载速度对立方体强度的影响。加载速度越快，测得的强度越高。 通常规定，加载速度为：混凝土强度等级低于Ｃ３０时，取每秒钟 ０．３～０．５Ｎ／ｍｍ２；混凝土强度等级高于或等于Ｃ３０时，取 每秒钟０．５～０．８Ｎ／ｍｍ２，强度等级大于Ｃ６０的混凝土取每 秒钟０．８Ｎ／ｍｍ２。
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第二节 钢筋混凝土材料物理力学性质
立方体抗压强度fcu,k
（１）概念。混凝土的强度与水泥强度等级、水灰比有很大关系；集料
的性质、混凝土的级配、混凝土成型方法、硬化时的环境条件及混凝土
的龄期等也不同程度地影响混凝土的强度；试件的大小和形状、试验方
法和加载速率也影响混凝土强度的试验结果。因此，各国对各种单向受
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第二节 钢筋混凝土材料物理力学性质
由不同强度的混凝土的σ－ε关系曲线（图１-８）比较可知：
（１）混凝土强度等级高，其峰值应变ε０ 增加不多。 （２）上升段曲线相似。
（３）下降段区别较大，强度等级低的混凝土下降段平缓，应力下降慢； 强度等级高的混凝土下降段较陡，应力下降很快（等级高的混凝土，受 压时的延性不如等级低的混凝土）。
二、钢筋与混凝土能共同工作的原因 （１）混凝土干缩硬化后能产生较大的粘结力（或称握裹力），由于粘
结力的存在，使两者可靠地结合成整体，在荷载的作用下能共同工作， 协调变形。
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第一节 钢筋混凝土结构概述
（２）钢筋和混凝土的温度膨胀系数较为接近（钢筋为１．２×１０－ ５，混凝土为１．０×１０－５～１．５×１０－５）。当温度变化时， 两种材料不会产生较大的相对变形，即不会产生较大的内应力。
力下的混凝土强度都规定了统一的标准试验方法。我国采用边长为１５
０ｍｍ的立方体作为混凝土抗压强度的标准尺寸试件，并以立方体抗压
强度作为混凝土各种力学指标的代表值。《混凝土强度检验评定标准》
（ＧＢ／Ｔ５０１０７—２０１０）［以下简称《标准》（ＧＢ／Ｔ５
０１０７）］规定以边长为１５０ｍｍ 的立方体，在（２０±２）℃的
温度和相对湿度在９５％以上的潮湿空气中养护２８天，依照标准试验
方法测得的具有９５％保证率的抗压强度（以Ｎ／ｍｍ２ 计，也就是单
位ＭＰａ）作为混凝土的立方体抗压强度，并以此作为混凝土的强度等
级，并用符号犳ｃｕ，ｋ表示。立方体抗压强度是在试验室条件下取得
的抗压强度（标准养护试块）
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第二节 钢筋混凝土材料物理力学性质
轴心抗拉强度只有立方抗压强度的１／１８～１／８，混凝土强度等级 越高，这个比值越小。混凝土的轴心抗拉强度取决于水泥石的强度和水 泥石与集料的粘结强度，采用表面粗糙的集料及较好的养护条件可提高 混凝土的轴心抗拉强度。
混凝土轴心抗拉强度可采用图１-４所示混凝土直接受拉试验的试验方法 测定，试件为１００ｍｍ×１００ｍｍ×５００ｍｍ的柱体，两端埋有 伸出长度为１５０ｍｍ的变形钢筋，钢筋位于试件轴线上。试验机夹紧 两端伸出的钢筋，对试件施加拉力，破坏时，裂缝产生在试件的中部， 单位时间的平均破坏应力为轴心抗拉强度。由于混凝土内部的不均匀性， 加之安装试件的偏差等原因，这种方法准确测定轴心抗拉强度是很困难 的，所以国内外也常用如图１-５所示的圆柱体或立方体的劈裂试验，来 间接测定混凝土的轴心抗拉强度。
钢筋混凝土简支梁
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第一节 钢筋混凝土结构概述
为了改变由于混凝土抗拉性能差导致素混凝土简支梁易突然断裂这种情 况，应在截面受拉区域配置适量的钢筋构成钢筋混凝土梁。钢筋主要承 受梁中性轴以下受拉区的拉力，混凝土主要承受中性轴以上受压区的压 力。由于钢筋的抗拉能力和混凝土的抗压能力都很强，受拉区的混凝土 达到抗拉极限强度开裂，此时受拉区的抗力就由钢筋来承担，这样就使 梁还能继续承受相当大的荷载，直到受拉钢筋达到屈服强度，此后荷载 还可略有增加，当受压区混凝土被压碎时梁才破坏。破坏前变形较大， 有明显预兆，属于延性破坏类型［图１-１（ｃ）］。
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第二节 钢筋混凝土材料物理力学性质