混凝土結(jié)構(gòu)原理21

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)形狀圓柱體立方體立方體立方體棱柱體尺寸6〃X12〃150X150X100X100200X200150X150(mm)(150X300)150X100X200X300強(qiáng)度符號(hào)fcf,fcu 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(méi)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(jiàn)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。AyA AyA?墊層減摩，要求- =- ，常用材料有鋁、黃油、二硫化鉬IE丿 IE丿墊層 混凝土試件（MoS2）油膏、異丁橡膠、聚四氟乙烯（Teflon）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?0.5）N/（mm2Xs）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(lái)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(lái)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，抗壓強(qiáng)度越低；?理論上存在最優(yōu)水灰比，當(dāng)水灰比過(guò)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(guò)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)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)。?混凝土強(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:fAbrams:f（t）=Algt+BACI:廣（t）=—t 廠（28）,a=0.7?4.0,b=0.67?1.0ca+btc中國(guó)：f=f+n^f,強(qiáng)度單位：kg/cm2,n=8?11（普通硅酸鹽水泥）,28 7 勺7n=5~8（早強(qiáng)硅酸鹽水泥）28 = 7—+n7—0.098 0.098 0.098換算成國(guó)際單位：1kg/cm2=0.098N/mm2,1N/mm228 = 7—+n7—0.098 0.098 0.098N/mm2f=f+0.313^.'f，強(qiáng)度單位:N/mm228 7 ' 7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(mǎn)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)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：cu,h=0.56+0.697cu,150cu,h=0.56+0.697cu,150dV152.4hd,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((p6inX12in)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=3fifc cu10.870.8410.820.813）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)度提咼系數(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/X0.07kg/cm2/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壓強(qiáng)度有關(guān)，混凝土強(qiáng)度越高，比值越大。f二（0.70~0.92）fccu?中國(guó)規(guī)范組f二0.84f-1.62ccu?中國(guó)規(guī)范組簡(jiǎn)化公式

f二0.80fccu德國(guó)Graff={0.85-Lu]fc( 172丿cu前蘇聯(lián)「BO3HeB—130+ffTOC\o"1-5"\h\zI fc145+3f cucu中國(guó)規(guī)范建議公式f<50時(shí)，f二0.76fcu c cuf>50時(shí)，f二0.76f+0.002f(f-50)cu c cu cucu許錦峰f<50時(shí)，f二0.76f；cu c cuf>50時(shí)，f二0.83fcu c cu2．園柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度L'Hermit —=0.76+0.2ln0.051ffcucuCEB-FIP1978：f'二(0.83~0.85)fc cu3．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C-1.6455C-1.6455研究取值:50%保證概率的平均值，變異系數(shù)5=0.20，f=0.76xc1工程設(shè)計(jì)：f=0.67fc cu2.2抗拉強(qiáng)度2.2抗拉強(qiáng)度、實(shí)驗(yàn)方法1．1）試件?1．1）試件?棱柱體預(yù)埋鋼筋受拉150mmX150mmX300mm,?啞鈴形沾膠受拉2）抗拉強(qiáng)度f(wàn)二NtA2．劈裂受拉（1） 試件圓柱體試件（p150mmX300mm立方體試件150mmX150mmX150mm，100mmX100mmX100mm（2）劈拉強(qiáng)度圓柱體水平拉應(yīng)力Qt2N兀DL豎向壓應(yīng)力ac

yD1-y/D丿?立方體試件水平拉應(yīng)力a二2Nt兀a23．彎曲受拉（1）試件棱柱體試件150mmX150mmX（550?600）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_P2x13_Pl彎曲拉應(yīng)力： ,, ,,Wbh26bh2二、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：fu_0.50~0.64，平均值0.57ft,100fts,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f_0.26f23 （抗拉試件100mmX100mmX500mm）t cu（2）CEB-FIPMC90的結(jié)論f_1.4（廣10）23t c'2．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,100mm）的關(guān)系不明顯

劈拉強(qiáng)度f(wàn)=0.32f0.765（單位：kg/cm2）TOC\o"1-5"\h\zt,s cuf=0.35f34（單位:kg/cm2）t,s cuf=0.19f34（單位：N/mm2）t,s cu（2）國(guó)外研究結(jié)論（滕教材）f=0.29（廣、64t,s c3．抗折強(qiáng)度（請(qǐng)轉(zhuǎn)換為SI單位）單位轉(zhuǎn)換關(guān)系：1lb/in2=0.006895MPa，1kg/cm2=0.098MPa（1）M.Fintel研究結(jié)果f廠（8~10\：'T7（單位：磅/平方英寸）（2）ACI結(jié)論ff=（7.5?12）jf7（單位：磅/平方英寸）（3） CEB結(jié)論f=9.5打（單位：磅/平方英寸）f 'c（4）簡(jiǎn)化公式f=0.15f+15（f=（170-290）kg；cm2單位：kgicm2）f cu cu4．不同強(qiáng)度的比較（畫(huà)出曲線）（1）軸心抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度比f(wàn)0.26f23仆= —=0.342f-13f0.76f cuc cu(2)軸心抗拉強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度比■國(guó)內(nèi)結(jié)論0.26f23= ?=1.368f0.19f34 」cu國(guó)外結(jié)論f=1.4(fJ10》3f=0.29(f?t,s■tt,■-t.64c-112cu=1.04(f」03(推導(dǎo))cf=0.9（CEB-FIPMC90）ft,s3）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：M=fWet截面塑性抗彎強(qiáng)度：M二/WpfMf截面塑性系數(shù)（截面抵抗矩塑性影響系數(shù)）：丫二—=乂Mfet截面塑性系數(shù)統(tǒng)計(jì)值中國(guó)大連工學(xué)院結(jié)論：Y=1.2+了+〔°（單位cm）hh2701000Y=1.2+ +（單位mm）h h2進(jìn)一步討論見(jiàn)素混凝土開(kāi)裂彎矩（8.3節(jié)）2.3抗剪強(qiáng)度一、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)矩形短梁直接剪切MorschPT=—A水平正應(yīng)力較??；頂部豎向壓應(yīng)力很大；剪應(yīng)力分布嚴(yán)重不均勻，上部大、下單剪面Z形試件MottockH.VT=—A水平正應(yīng)力較小，近乎均勻受拉；豎向壓應(yīng)力較大，中間小