混凝土結(jié)構(gòu)原理混凝土的強(qiáng)度

1、第2章混凝土的基本力學(xué)性能2.1抗壓強(qiáng)度、實(shí)驗(yàn)方法1 試件形狀與試件尺寸采用不同試件的原因：（1）考慮尺寸效應(yīng)的影響（2）考慮承壓板下部摩擦約束的影響（3）考慮工程中應(yīng)用的方便性混凝土抗壓實(shí)驗(yàn)試件北美、日本、歐洲中國(guó)中國(guó)中國(guó)中國(guó):形狀圓柱體立方體1立方體立方體棱柱體尺寸6X 12150X 150X100X 100200X 200150X 150(mm)(150X 300)150X 100X 200X 300強(qiáng)度符號(hào)f；fcu，f cu ,150fcu ,100fcu,200fc2 減摩措施（1）考慮減摩的必要性承壓板與試件端部的摩擦力使得混凝土試塊端部處于（不均勻）三向受壓狀 態(tài)，圣維南效應(yīng)范

2、圍外的混凝土處于單向受壓狀態(tài)，所測(cè)抗壓強(qiáng)度與混凝土的 實(shí)際抗壓強(qiáng)度之間沒有對(duì)應(yīng)關(guān)系，只能反應(yīng)相對(duì)抗壓強(qiáng)度大小。（2）常見減摩措施不減摩，對(duì)于測(cè)定混凝土的強(qiáng)度等級(jí)（強(qiáng)度相對(duì)值），不需采取減摩措 施。墊層減摩，要求j = j，常用材料有鋁、黃油、二硫化鉬E ./墊層E ./混凝土試件（M0S2）油膏、異丁橡膠、聚四氟乙烯（Teflo n）等刷形加載板 柔性加載板3加載方向 由于新拌混凝土骨料的沉陷和水泥砂漿的泌水性質(zhì)，平行澆注方向混凝土的抗 壓強(qiáng)度高于垂直于澆注方向的抗壓強(qiáng)度，所以要求加載方向垂直于澆注方向。4加載速度 加載速度（應(yīng)變速率）對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響很大，中國(guó)規(guī)范規(guī)定加載速度 為：（0.

3、30.5）N/（mm2 x s）二、影響混凝土抗壓強(qiáng)度的因素 1組成材料的品質(zhì)（1）水泥品種 一般來講，硅酸鹽水泥混凝土強(qiáng)度高于摻加其他礦物料水泥混凝土強(qiáng)度。 但高強(qiáng)水泥可能帶來后期較大的收縮。（2）粗骨料品種 彈性模量和抗壓強(qiáng)度高的粗骨料，其混凝土強(qiáng)度亦高。（3）粗骨料形狀 礫石混凝土的強(qiáng)度較碎石混凝土抗壓強(qiáng)度低（4）粗骨料尺寸水灰比相同的情況下，粒徑越大，抗壓強(qiáng)度越低 水泥用量相同的情況下，水泥用量較低時(shí)，粒徑越大，抗壓強(qiáng)度越 高；水泥用量較高時(shí)，粒徑越大，抗壓強(qiáng)度越低。2組成材料的配比（1） 水灰比 一般情況下，混凝土強(qiáng)度與水灰比成反比直線降低關(guān)系，水灰比越 高，硬化混凝土內(nèi)部孔隙越多，

4、抗壓強(qiáng)度越低； 理論上存在最優(yōu)水灰比，當(dāng)水灰比過低時(shí)，反而會(huì)由于工作度不好 而振搗不密實(shí)，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度下降。（2） 空氣含量 隨著空氣含量的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度呈直線下降關(guān)系； 空氣含量高，可能會(huì)有利于混凝土的抗凍性能。（3）水泥用量 一般情況下，水泥用量越多，混凝土抗壓強(qiáng)度越高，但不是線性增 長(zhǎng)關(guān)系； 當(dāng)水泥用量高于一定量后，混凝土抗壓強(qiáng)度提高幅度有限； 水泥用量過高會(huì)導(dǎo)致混凝土收縮和徐變的增長(zhǎng)，對(duì)后期性能不利。3施工方法（1）振搗方法 機(jī)械振搗的混凝土比人工振搗混凝土抗壓強(qiáng)度高。（ 2） 養(yǎng)護(hù)條件 養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)混凝土的長(zhǎng)期強(qiáng)度影響不大。但養(yǎng)護(hù)溫度高，前期抗壓 強(qiáng)度高；養(yǎng)護(hù)溫度低于 0 度會(huì)導(dǎo)

5、致混凝土前期受凍，后期強(qiáng)度降 低。 養(yǎng)護(hù)濕度對(duì)混凝土強(qiáng)度有很大影響。環(huán)境濕度低，會(huì)導(dǎo)致混凝土表 面失水，表面混凝土強(qiáng)度降低。4 混凝土的齡期隨著水泥的不斷水化，齡期越長(zhǎng)，混凝土強(qiáng)度越高。前期混凝土強(qiáng) 度增長(zhǎng)較快，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢，直至緩慢增長(zhǎng)?；炷翉?qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)的規(guī)律大致按對(duì)數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。Abrams: ft 二 Algt BACI:仁 t仁 28 , a =0.7 4.0, b =0.67 1.0中國(guó)： 2f28二f7 n f7 ,強(qiáng)度單位：kg/cm , n = 8 11 （普通硅酸鹽水泥），n -5 8（早強(qiáng)硅酸鹽水泥）換算成國(guó)際單位：1 kg/cm2= 0.098 N/mm2，1 N/

6、mm2= 10.20 kg/cm2f280.09870.0980.098f28 二 f7 0.3131,7 ,強(qiáng)度單位:N/mm2普通濕養(yǎng)普通混凝土相對(duì)強(qiáng)度（CEB-FIP）混凝土齡期（天）372890360普通硅酸鹽水泥0.400.651.001.201.35快硬早強(qiáng)硅酸鹽水泥0.550.751.001.151.20一般認(rèn)為，28天齡期既滿足一般施工安全性要求，又具備一定的安 全性，通常都用28天抗壓強(qiáng)度作為劃分確定混凝土強(qiáng)度等級(jí)的依 據(jù)。5 實(shí)驗(yàn)方法（1）試件形狀實(shí)驗(yàn)表明，圓柱體、立方體和棱柱體試件的抗壓強(qiáng)度稍有差別，原因在于 約束的均勻性和影響范圍不同。（2）試件尺寸試件尺寸對(duì)于混凝土強(qiáng)

7、度的影響成為尺寸效應(yīng) 一般情況下尺寸越大，所測(cè)強(qiáng)度越低 尺寸效應(yīng)的原因在于支座和加載件約束的影響，尺寸越大，圣維南 影響越小，強(qiáng)度越低。Neville研究結(jié)論：fcu ,hf cu ,150-0.560.697VI152.4hd,h為試件最小尺寸和高度，V為試件體積，長(zhǎng)度單位為英寸（1英寸二25.4mm）。中國(guó)和CEB-FIP研究結(jié)論：不同尺寸立方體抗壓強(qiáng)度轉(zhuǎn)換值混凝土試件立方體圓柱體( 6inx 12in)邊長(zhǎng)/mm強(qiáng)度等級(jí)200150100C20 C40C50C60C70C80抗壓強(qiáng)度相對(duì)值0.951.001.050.800.830.860.8750.89不同高厚比棱柱體抗壓強(qiáng)度混凝土試件

8、試件邊長(zhǎng)b = 100mm試件邊長(zhǎng)b = 150mmh/b =1h/b =2h/b =3h/b = 1h/b = 2h/b = 3fc / fcu10.870.8410.820.81（3）加載方向平行澆注方向加壓的強(qiáng)度大于垂直澆注方向加壓的強(qiáng)度（4）加載速率加載速度越快，混凝土抗壓強(qiáng)度越高快速加載時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度的提高，原因在于混凝土內(nèi)部裂縫的 擴(kuò)展與加壓存在滯后；緩慢加載時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度的降低在于裂 縫擴(kuò)展變形的徐變發(fā)展。加載速度很快（加載時(shí)間很短），一般成為沖擊作用，加載速度很 慢（加載時(shí)間很長(zhǎng)），一般成為長(zhǎng)期作用長(zhǎng)期加載時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度為一般短期荷載的70%，沖擊荷載下，混凝土抗

9、壓強(qiáng)度可以提高10%?？焖偌虞d時(shí)，混凝土的彈性模型和極限應(yīng)變均有不同程度的提高。高速加載下混凝土相對(duì)強(qiáng)度（陳肇元）加載時(shí)間/ms抗壓強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度30010010510015010強(qiáng)度提高系數(shù)1.41.141.241.271.211.281.46不同加載速度下混凝土的相對(duì)抗壓強(qiáng)度（B.Bresler）加載速度/x20.07kq/cm /sec0.11.010102103104105106107抗壓強(qiáng)度相對(duì)值0.850.900.950.981.101.161.301.421.70三、不同強(qiáng)度指標(biāo)的關(guān)系1 .棱柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度中國(guó)規(guī)范組實(shí)驗(yàn)值棱柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的比值與混凝土抗

10、壓強(qiáng)度有關(guān)，混凝土 強(qiáng)度越高，比值越大。fc =（0.70 0.92） feu中國(guó)規(guī)范組f 0.84 feu -1.62中國(guó)規(guī)范組簡(jiǎn)化公式fc = 0.80 feu德國(guó)Graf0.85eu前蘇聯(lián)BO3孔eB130 feu145 3feuf eu中國(guó)規(guī)范建議公式feu - 50 時(shí),fc = 0.76 feufeu - 50時(shí)，fe =0.76 feu0.002 feu feu - 50許錦峰f eu - 50 時(shí)，f e =.76fcu ；feu 50 時(shí)，fc 二 0.83feu2 園柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度L Hermit 仁 0.76 0.2ln0.051feufeuCEB-FIP1

11、978 : fe (0.83 0.85) feu3.棱柱體抗壓強(qiáng)度與圓柱體抗壓強(qiáng)度四、研究與工程設(shè)計(jì)取值混凝土強(qiáng)度等級(jí)：95 %保證概率的分位值研究取值：50 %保證概率的平均值，變異系數(shù)、：二0.20 ,Cfe =0.761 -1.645、.工程設(shè)計(jì)：f 0.67 feu2.2抗拉強(qiáng)度、實(shí)驗(yàn)方法1. 軸心受拉(1) 試件棱柱體預(yù)埋鋼筋受拉 150 mmx 150 mmX 300mm, 啞鈴形沾膠受拉(2) 抗拉強(qiáng)度2. 劈裂受拉(1) 試件圓柱體試件 150mm 300mm立方體試件 150 mm 150 mm 150mm, 100 mm 100 mm 100mm(2) 劈拉強(qiáng)度圓柱體水平拉

12、應(yīng)力G2N二 DL豎向壓應(yīng)力2N 111 nDL i y/D 1-y D 丿立方體試件2N水平拉應(yīng)力G = na3彎曲受拉(1) 試件棱柱體試件150mmX 150mmX( 550600) mm,三分點(diǎn)加載(2) 彎曲強(qiáng)度(抗折強(qiáng)度)彎曲拉應(yīng)力：_M J22l3= PlWbh /6bh二、影響因素1 混凝土強(qiáng)度等級(jí)(抗壓強(qiáng)度)(1) 抗壓強(qiáng)度越高，混凝土的抗拉強(qiáng)度越高(2) 抗拉強(qiáng)度隨抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)為非比例關(guān)系，抗壓強(qiáng)度越高，相對(duì)抗 拉強(qiáng)度越低2 實(shí)驗(yàn)方法(1) 不同的實(shí)驗(yàn)方法得到不同的抗拉強(qiáng)度值。(2) 抗折實(shí)驗(yàn)中，混凝土為有梯度受拉，抗拉強(qiáng)度最高；軸心受拉為均 勻受拉強(qiáng)度次之；劈裂實(shí)驗(yàn)，混

13、凝土為拉壓組合，劈裂強(qiáng)度最低(國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)論不一致，一般分析為實(shí)驗(yàn)方法的差異所 致)。(3) 試件尺寸越大，抗拉強(qiáng)度越低(大試件軸心受拉強(qiáng)度為小試件的 50%64%，)。中國(guó)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：t,450-0.50 0.64，平均值 0.57t,100-0.95 1.19，平均值 1.12fts,150三、不同抗拉強(qiáng)度及其比較1 軸心抗拉強(qiáng)度(1) 中國(guó)的研究結(jié)論ft =0.26鶯3 (抗拉試件 100 mmX 100 mmX500mm)(2) CEB-FIP MC90 的結(jié)論ft 4 fc 10 232 劈拉強(qiáng)度(請(qǐng)轉(zhuǎn)換為SI單位)(1)中國(guó)的研究結(jié)論立方體劈拉實(shí)驗(yàn)劈拉強(qiáng)度與試件尺寸(70mm,

14、100mm)的關(guān)系不明顯 劈拉強(qiáng)度f(wàn)t,s =0.32fcU.765 (單位：kg/cm2) .=0.35鶯4 (單位：kg/cm2)ft,s =0.19鶯4 (單位：N/mm2)(2)國(guó)外研究結(jié)論(滕教材)ft,s 二 0.29 fc 0.643 抗折強(qiáng)度(請(qǐng)轉(zhuǎn)換為SI單位) 單位轉(zhuǎn)換關(guān)系：2 21 lb/in =0.006895MPa, 1kg/cm =0.098MPa(1) M.Fintel研究結(jié)果ff =(810)f (單位：磅/平方英寸)(2) ACI結(jié)論ff =(7.512)f (單位：磅/平方英寸)(3) CEB結(jié)論ff =9.5 f (單位：磅/平方英寸)(4) 簡(jiǎn)化公式ff

15、= 0.15fcu 15 ( fcu 二 170 290 kg cm2 單位：kg cm2 ) 4不同強(qiáng)度的比較(畫出曲線(1)軸心抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度比-業(yè)空“342叮彳c 0.76 fcu0.26fc230.19f；4(2)軸心抗拉強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度比 國(guó)內(nèi)結(jié)論1.368涼12國(guó)外結(jié)論1.4 fc 10230.29 f； 0.64= 1.04 仁 0.03 （推導(dǎo)）t =0.9 ( CEB-FIP MC90)ft,s(3) 抗折強(qiáng)度與軸心抗拉強(qiáng)度比截面塑性系數(shù)的概念截面彈性抗彎強(qiáng)度：Me = fW截面塑性抗彎強(qiáng)度：Mp =ffW截面塑性系數(shù)（截面抵抗矩塑性影響系數(shù)）：二匹二Me截面塑性系數(shù)統(tǒng)計(jì)值

16、 中國(guó)大連工學(xué)院結(jié)論：710= 1.2- 2 （單位 cm）h h斗,c 701000/ 卒八、= 1.2（單位 mm）h h進(jìn)一步討論見素混凝土開裂彎矩（8.3節(jié)）2.3抗剪強(qiáng)度、實(shí)驗(yàn)方法混凝土抗剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)方法與一般結(jié)論實(shí)驗(yàn)方法研究者剪應(yīng)力公式應(yīng)力分布特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)論矩形短梁直接剪切MorschPT =A(1) 水平正應(yīng)力較??；(2) 頂部豎向壓應(yīng)力很大；(3) 剪應(yīng)力分布嚴(yán)重不均勻，上部大、下部 小。T p = 0.砧 fc ftJ =(0.170.25)fc= (1.52.5)ft單剪面Z形試件Mottock H.VT =A(1) 水平正應(yīng)力較小，近乎均勻受拉；(2) 豎向壓應(yīng)力較大，中間小、兩端大；(3) 剪