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棱柱体受压破坏的全过程
• 棱柱体受压破坏的全过程参见图1-7。

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—试件纵向应变
—试件横向应变
V —试件体积应变
s —割线泊松比 t d d —切线泊松比
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棱柱体试件受压破坏的照片
破坏斜裂面与荷载垂线夹角=58º ～64º
海水环境 受人为或自然侵蚀性物质影响的环境
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我国2002规范中耐久性规定——续
• 结构耐久性的基本要求
环境类别 水灰比 不大于 水泥用量 不少于 砼强度等级 不低于 氯离子含量 不大于(%) 碱含量 不大于 不限制 3.0 kg/m3 3.0 3.0
一
二a 二b 三 四 五
0.65
0.60 0.55 0.50
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试件及其裂缝分布
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混凝土微裂缝发展的3个阶段
• 试验证实了混凝土在受力前就存在初始微裂缝，都出现在 较大粗骨料的界面。开始受力后直到极限荷载( ma以分作3个阶段：
• 1.微裂缝相对稳定期（ / max ＜0.3~0.5 ） • 2.稳定裂缝发展期（ / max ＜0.75~0.9 ） • 3.不稳定裂缝发展期（ / max ＞ 0.75~0.9 ）
直至试件破坏。试件的破坏荷载除以承压面积，即为
混凝土的标准立方体抗压强度，以 fcu 表示。
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试块承压面压力分布不均匀
• 试验机通过钢垫板对试件施加压 力，试件承压面上的竖向压应力 分布是不均匀的，见图1-5(a)。 • 这主要是由于垫板的刚度有限， 而导致压应力分布不均匀。
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各组成成分的物理力学性能有差异
• 混凝土的两个基本组成部分，粗骨料和水泥浆的物理力 学性能也存在着很大的差异。见表1-1。
性能指标 硬化水泥 浆体 粗骨料 抗压强度 N/mm2 15~150 70~350 抗拉强度 N/mm2 1.4~7 1.4~14 弹性模量 104N/mm2 0.7~2.8 3.5~7.0 泊松比 0.25 0.1~0.25 密度 kg/m3 1700~ 2200 2500~ 2700 极限收缩 10-6 2000~ 3000 可忽略 单位徐变 10-6/N.mm2 150~450 一般可忽略 膨胀系数 10-6/˚C 12~20 6~12
成重大影响，在实际工程中不能不加以重视。
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时间和环境的影响
• 4.时间和环境条件的巨大影响 • 混凝土中水泥水化作用的可以持续很长时间。有试验表明，
至龄期20年后水泥颗粒的水化作用仍未终止。
• 混凝土在应力的持续作用下，会发生徐变。 • 在长期持续荷载作用下，混凝土的强度会降低。 • 环境介质中二氧化碳气体和氯离子对混凝土的劣化作用。
试件各点应力状态
• 如图 1-5(c) 所示：试件 在承压面上这些竖向力 和水平力作用下，其内 部必然产生不均匀的三 维应力场。
图1-5(c) 试件各点应力状态
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立方体试件受压破坏形态
• 破坏时，立方体试件的破坏 形态和裂缝分布如图 1-5(d) 所示。
图 1-5(d) 破坏形态和裂缝分布
裂缝的形成和扩展
• (3)裂缝的形成和扩展——在拉 应力作用下，混凝土沿应力的 垂直方向发生裂缝。在压应力 作用下，混凝土大致沿应力平 行方向发生纵向劈裂裂缝。 • 卸载后，大部分裂缝变形不能 恢复(图1-3(c))。
图1-3(c)裂缝扩张变形
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应力状态和途径的影响
• 3.
失承载力。
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提高砂浆质量可以提高混凝土强度
• 值得注意： • 混凝土的强度和变形性能在很大程度上取决于水泥砂 浆的质量和密实性。 • 任何改进和提高水泥砂浆质量的措施都能有效地提高 混凝土强度和改善结构的性能。
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1.2 混凝土抗压强度
• 1.2.1 立方体抗压强度
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不同形状的试件和尺寸
• 当采用不同形状和尺寸的试件时，要考虑其形状尺寸 效应，对其强度值进行修正，修正系数见表1-2。
立方体 混凝土试件 边长/mm 200 150 100 圆柱体（H=300mm，D=150mm） 强度等级 C20~ C40 C50 C60 C70 C80
225 kg/m3
250 275 300
C20
C25 C30 C30
1.0
0.3 0.2 0.1
由《港口工程技术规范》确定 由《工业建筑防腐蚀设计规范》确定
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混凝土是一种多相混合材料
• 由上述的材性特点可见： • 混凝土是一种非匀质、不等向的，且随时间和
环境条件而变化的多相混合材料。
图1-3(a)骨料弹性变形
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水泥凝胶体的塑性变形
• (2)水泥凝胶体的粘性流 动——水泥凝胶体，在应
力作用下除了产生瞬时变
形外，还将徐变变形，随 着时间推移不断地增长， 形成塑性变形(图1-3(b))。 • 卸载后，水泥凝胶体的塑 性变形一般不能恢复。
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图1-3(b)水泥浆变形
第 1章
混凝土的基本力学性能
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1.1混凝土的组成和材性特点
• 1.1.1混凝土的组成和内部构造
• 混凝土内部的组成成 分如图所示。 • 可以看出混凝土的内 部构造是非匀质的。
缝隙 粗骨料 气孔 水泥 砂浆 粗砂 杂质
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各组成成分的分布也是不均匀的
• 浇注振捣混凝土时，各组成成分的分布也是不均匀的。
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棱柱体试件的尺寸效应
• 试验结果表明，棱柱体抗压强度随试件高厚比的增大而单 调下降，但当h/b≥2后，强度值变化不大，见图1-6(b)。 • 所以，标准试件尺寸取为150mm 150mm300mm。
图1-6(b)
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棱柱体试件的试验方法
• 棱柱体试件的制作、养护、加载龄期和试验方法与立 方体试件的标准试验的规定相同。
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棱柱体试件的破坏情况与浇注方向
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1.2.3 主要抗压性能指标
• 棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值变化范围:
fc 0.70 0.92 f cu
• 强度等级高的，比值 fc /fcu偏大。
(1 1)
• 我国2002设计规范给出的设计强度为： fc =0.76fcu，适
单轴受力与多轴受力、存在横向和纵 向应力、单调荷载与重复荷载、反复 荷载等情况下混凝土的性能均有不同 应力状态和途径对力学性能的巨大影响 的变化。
• 混凝土材料与钢、木等结构材料的拉、压强度和变形 接近相等的情况有明显不同。 • 应力状态和应力途径的不同会引起混凝土力学性能的 巨大差异。这种差异足以对构件和结构的力学性能造
• 注：CEB—欧洲混凝土委员会；FIP—国际预应力混凝土协会
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混凝土的标准立方体强度的意义
• 混凝土的标准立方体抗压强度是确定混凝土强度等级、 评定和比较混凝土强度和制作质量的最主要的相对指 标，也是判定和计算其它力学指标的基础，因而具有 重要的技术意义。
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内部发生应力重分布，粗骨料
将承受更大的压应力 。
（b）均匀应力作用
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混凝土的变形值由3部分组成
• 2.变形的多元组成 • (1)骨料的弹性变形——占混 凝土体积绝大部分的石子和 砂。即使混凝土达到极限强 度值时，骨料变形仍在弹性
范围以内，卸载后变形可全
部恢复 (图1-3(a))。
• 混凝土的力学性能是复杂、多变和离散的，要
完全从微观的定量分析来解决混凝土的性能问
题，得到准确而实用的结果是十分困难的。
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测定混凝土材性的实用标准
• 从工程实用的观点出发，将一定尺度，例如≥70mm或 3～4倍粗骨料粒径的混凝土体积作为单元，看成是连续 的、匀质的和等向的材料，取其平均的强度、平均的变 形值和宏观的破坏形态等作为研究的标准，可以得到相 对稳定的力学性能。
• 水泥浆收缩变形差使粗骨料受压，砂浆受拉，形成应 力场（见图）。这些应力场在截面上的合力为零，但 局部应力可能很大，使得骨料界面产生微裂缝。
（a）收缩和温差引起 拉力
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压力
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外力作用产生不均匀微观应力场
• 当混凝土承受外力作用时，将 产生不均匀的空间微观应力场 (见图)。 • 在应力的长期作用下，水泥砂 浆和粗骨料的徐变差使混凝土
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混凝土的4个基本受力特点
• 1.1.2材性的基本特点
• 1.复杂的微观内应力、变形和裂缝状态 • 混凝土在承受荷载(应力)之前，就已经存在复杂的微 观应力、应变和裂缝。 • 混凝土内部微裂缝的宽度大约(2~5)×10-3mm，长度值 大约1~2mm。
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收缩和温差引起微裂缝
1.2.2 棱柱体试件的受力破坏过程
• 采用棱柱体可以消除端部局部应 力和约束的影响，见图1-6(a) 。 • 棱柱体中间部分已接近于均匀的 单轴受压应力状态。 • 试件的破坏荷载除以棱柱体截面
面积，称为混凝土的棱柱体抗压
强度，或轴心抗压强度，以 fc （N/mm2）表示。
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图1-6(a)
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《混凝土结构设计规范》规定