混凝土概述及分析課件

1、混凝土混凝土是用水泥、砂子和石子三種材料，經水拌和凝固硬化后制成的人工石材。 混凝土的要求： 和易性好 強度要高(重點) 耐久性要好 經濟上要節(jié)省 評定混凝土 品質的主要指標 檢測砼塌落度 一、混凝土的強度 三個強度指標： 影響因素：材料的性質、混凝土配合比、養(yǎng)護環(huán)境、施工方法、 試件的形狀與尺寸，試驗方法，加載條件和試件的受力性質。 （1）定義：按照標準方法制作養(yǎng)護（溫度203、相對濕度不小于90%的潮濕空氣中養(yǎng)護28d）的邊長150mm的立方體試件，在28d齡期用標準試驗方法（試件表面不涂潤滑劑，全截面受壓，加載速度0.150.25MPa/sec）測得的具有95%保證率的抗壓強度。 1.

2、混凝土的立方體抗壓強度 -基本強度指標立方體抗壓強度fcu承壓板試塊摩擦力不涂潤滑劑涂潤滑劑強度大于我國規(guī)范的方法：不涂潤滑劑壓力試件裂縫發(fā)展擴張整個體系解體，喪失承載力另影響強度的因素還有：齡期、加載速率、試塊尺寸等單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強度 （2） 影響因素 試件尺寸 (尺寸效應) 直接受壓(標準試驗方法) 間接受壓 (試塊與承壓板之間涂有油脂或填以塑料薄片)試驗方法 加載速度越快,強度越高 （3） 對混凝土強度等級的要求 混凝土強度從C20C80共分為14個等級，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 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范規(guī)定

3、： 鋼筋混凝土構件不應低于C20，當采用HRB400、KL400級鋼筋配筋時，不應低于C25 預應力混凝土構件不應低于C40。 混凝土結構設計規(guī)范規(guī)定： 鋼筋混凝土構件不應低于C15，當采用HRB335級鋼筋配筋時，混凝土強度等級不宜低于C20；當采用HRB400、RRB級鋼筋以及重復荷載的構件，混凝土強度等級不得低于C20 預應力混凝土構件，混凝土強度等級不應低于C30；當采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預應力鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于C40 例如，美國、日本和歐洲混凝土協(xié)會、(CEB)采用直徑6英寸(152mm)、高12英寸(305mm)的圓柱體標準試件的抗壓強度作為軸心抗壓強度的指標，

4、記作 。對C60以下的混凝土，圓柱體抗壓強度和立方體抗壓強度標準值fcu,k之間的關系可按下式折算： 國外常采用混凝土圓柱體試件確定混凝土軸心抗壓強度 當fcu,k超過60N/mm2后隨著抗壓強度提高，與fcu,k的比值(即公式中的系數(shù))要提高。CEB-FIPMC-90給出：對C60的混凝土，比值為0.833；對C70的混凝土，比值為0.857；對C80的混凝土，比值為0.875。 2. 棱柱體強度（軸心抗壓強度) （1）定義：真實反映以受壓為主的混凝土結構構件的抗壓強度，用150mm150mm300mm棱柱體為標準試件測得的抗壓強度。 注：試件制作、養(yǎng)護和加載試驗方法同立方體試件（2） 軸心

5、抗壓強度標準值 與立方體抗壓強度標準值 的換算: 注：C50及以下混凝土， =0.76 ；C55C80混凝土， =0.760.82考慮C40以上混凝土具有脆性，還需取折減系數(shù)C40C80為1.00.87，中間按直線插入。棱柱體抗壓強度fc承壓板試塊標準試塊：150150 300非標準試塊：100100 300 換算系數(shù) 0.95 200200 400 換算系數(shù) 1.05考慮到承壓板對試件的約束，立方體抗壓強度大于棱柱體抗壓強度，且有：fc=0.76fcu (試驗結果)考慮到構件和試件的區(qū)別，取fc=0.67fcu 對國外（美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會等）采用的圓柱體試件（d=150, h=300

6、），有fc=0.79fcu 圓柱體抗壓強度 3. 軸心抗拉強度( )是鋼筋混凝土構件設計中確定混凝土抗裂度的重要指標 邊長為150mm立方體試件抗壓強度的變異系數(shù)表達式：式中： 試驗方法 直接軸向拉伸法劈裂法直接軸向拉伸法劈裂法 ？三個強度指標如何使用 歸納 混凝土的強度指標是 立方體強度是各種力學指標的基本代表值 4. 復合應力狀態(tài)下混凝土強度1, 2 (壓壓) 混凝土強度增加 （第三象限） 1, 2 (拉壓) 混凝土強度降低 （第二、四象限） 1, 2 (拉拉) 混凝土強度基本不變（第一象限） 0（1）雙向正應力作用(如下圖)（2）正應力和剪應力作用 （混凝土的抗壓強度由于剪應力的存在而降

7、低） 當/fc（0.50.7)時,抗剪強度隨壓應力的增大而增大 當/fc（0.50.7)時,抗剪強度隨壓應力的增大而減小 當壓應力在 左右時，抗剪強度達到最大，壓應力繼續(xù)增大，則由于內裂縫發(fā)展明顯，抗剪強度將隨壓應力的增大而減小。 20050N/mm2 35N/mm2 12210N/mm2 15010050051015202512(N/mm2) 1 () （3）三軸受壓（抗壓強度提高）混凝土圓柱體三向受壓的軸心抗壓強度 與側壓 的經驗公式：1-2工程應用鋼管砼、密配螺旋箍筋縱向鋼筋螺旋箍筋工程應用鋼管混凝土、密配螺旋箍筋 二、混凝土的變形 1、混凝土變形性能的特點 影響因素加載方式、荷載作用時

8、間、溫度、濕度、試驗的尺寸、形狀、 混凝土強度等。外荷載作用而產生的受力變形：體積變形：包括溫度變形和收縮變形長期荷載作用下的變形一次短期加載下的變形重復荷載作用下的變形分類 （1） 混凝土的應力應變曲線 2. 混凝土在單調、短期加載作用下的變形性能 受力過程： OA 彈性階段（0.3fc） AB 彈塑性階段（裂縫穩(wěn)定階段）（=0.3fc 0.8fc） BX 裂縫不穩(wěn)定階段： （ =0.8fc 1.0fc）特征值 fc ：峰值應力（軸心抗壓強度） 0 ：對應于應力峰值點的應變 規(guī)范c0 = 0.002 cu ：最大應變（混凝土極限壓應 變）規(guī)范cu =3.010-3 （2）影響混凝土軸心受壓應

9、力應變曲線的主要因素： 混凝土的強度： 9 15 22 28 32 40 30 20 10 0 0.001 0.002 0.003 0.004 強度等級不同的混凝土的應力應變曲線 混凝土強度愈高，應力應變曲線下降愈劇烈，延性就愈差（延性是材料承受變形的能力）。 加載速度 應變速率小，峰值應力fc降低， c0 增大，下降段曲線坡度顯著地減緩。 測試技術和試驗條件 應該采用等應變加載。 試驗機的剛度對下降段的影響很大。如果試驗機的剛度不足，無法測出應力應變曲線的下降段。 應變測量的標距也有影響，應變量測的標距愈大，曲線坡度陡；標距愈小，坡度愈緩。 C)承壓板和試件上下 表面之間涂以油脂潤滑劑不加油

10、脂潤滑劑的試驗方法 b）破壞狀態(tài) 側向約束 試件的上下表面與試驗機承壓板之間存在摩阻力，破壞時，形成兩個對頂疊置的截頭方錐體。（測得的強度較高） 試件的上下表面與試驗機承壓板之間涂抹潤滑劑，其破壞形態(tài)如c)圖所示。（測得的強度較低，應力應變曲線沒有下降段） kc c 0 ce cp 0h （3）混凝土的模量 抗壓彈性模量（三種表示方法） 原點彈性模量 切線彈性模量 割線彈性模量 （初始彈性模量）過原點作切線，該切線的斜率： 過應力應變曲線上某一點作切線，該切線的斜率： 切線模量原點彈性模量 連接混凝土應力應變曲線的原點O及曲線上某一點K，該割線的斜率，也稱割線模量或彈塑性模量，即式中： 彈性特

11、征系數(shù)，即 反映了混凝土的彈塑性性質， 越大， 越小 變形模量()2. 混凝土在重復荷載作用下的變形(如圖）0fcf21CD 混凝土的剪切模量 G：混凝土的泊松比規(guī)范中抗壓彈性模量 的測定方法 用棱柱體標準試件，將應力增加到 然后卸載至零，在0 間加載510次，不斷消除塑性變形，直至應力-應變曲線逐漸穩(wěn)定成為直線，該直線斜率即為混凝土彈性彈性模量由統(tǒng)計分析得經驗公式為： 3、混凝土單軸向受壓應力-應變曲線的數(shù)學模型 國內外采用廣泛的描述混凝土單軸向受壓應力-應變曲線模型 上升段為二次拋物線，下降段為斜直線。 上升段： 下降段： 式中，峰值應變 極限壓應變 補充我國規(guī)范采用的混凝土單軸向受壓應力

12、-應變 曲線模型 該模型形式較簡單，上升段采用二次拋物線，下降段采用水平直線。 上升段： 水平段： 式中，參數(shù)取值如下： 、 補充4. 混凝土在荷載長期作用下的變形 徐變在荷載的長期作用下，混凝土的變形將隨時間而增加，亦即在應力不變的情況下，混凝土的應變隨時間繼續(xù)增長，這種現(xiàn)象被稱為徐變。 徐變定義： 在荷載長期作用下，混凝土凝膠體中的水分逐漸壓出，水泥石逐漸發(fā)生粘性流動，微細空隙逐漸閉合，結晶體內部逐漸滑動，微細裂縫逐漸發(fā)生等各種因素的綜合結果。(凝膠體的粘性流動要持續(xù)一個較長時間，內部裂縫不斷產生和發(fā)展） 徐變產生的原因 塑性變形：混凝土中結合面裂縫的擴展延伸引起；只有當應力超過材料的彈性

13、極限強度后才產生塑性變形，且具有不可恢復性。 徐變：應力不大時為混凝土內未結晶的水泥膠體的應力重分布所致（水泥石中的膠體具有流動的性質）；應力較大時，是混凝土內微裂縫發(fā)展的結果（裂縫促進徐變發(fā)展）；應力較小時就會發(fā)生，部分可恢復。 徐變和塑性變形的區(qū)別 影響混凝土徐變的因素 （1） 加載齡期： 加載齡期越老，水泥石晶體所占比重越大，膠體粘流就越小，徐變就越小。 當應力 時，徐變大致與應力成正比，產生線性徐變。 （2） 加載應力大?。簳r，徐變急劇增加，不收斂。 產生非線性徐變。 時，徐變的增長較應力快， 當應力 當應力 工程應用工程應用預應力混凝土構件的預加力過高危險 應避免過早的施加預應力 （

14、3） 周圍濕度： 混凝土周圍的濕度是影響徐變大小的主要因素之一，外界相對濕度越低，混凝土的徐變就越大。 （4） 混凝土的組成成份和配合比： 水泥用量、水灰比、水泥品種，養(yǎng)護條件等對徐變有影響，水泥用量多，水灰比大，徐變則大，水泥的活性越低，徐變越大。 徐變的作用 不利方面：引起撓度增大，造成預應力損失。 有利方面：減少由于支座不均勻沉降產生的應力；分散應力集中，引起應力重分布（由于徐變而使應力集中緩和）；降低溫度應力。 應力重分布：某一個給定的截面在梁的不同階段受拉區(qū)與受壓區(qū)的應力相對初始彈性分布時期的變化。 5. 混凝土的非荷載變形 收縮（1）定義：在混凝土凝結和硬化的物理化學過程中體積隨時間推移而減小的現(xiàn)象稱為收縮。蒸汽養(yǎng)護常溫養(yǎng)護051015200.10.20.30.4收縮(103) 時間