混凝土結構原理混凝土的強度

1、第2章混凝土的基本力學性能2.1抗壓強度、實驗方法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）考慮工程中應用的方便性混凝土抗壓實驗試件北美、日本、歐洲中國中國中國中國: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強度符號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)，圣維南效應范

2、圍外的混凝土處于單向受壓狀態(tài)，所測抗壓強度與混凝土的 實際抗壓強度之間沒有對應關系，只能反應相對抗壓強度大小。（2）常見減摩措施不減摩，對于測定混凝土的強度等級（強度相對值），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，平行澆注方向混凝土的抗 壓強度高于垂直于澆注方向的抗壓強度，所以要求加載方向垂直于澆注方向。4加載速度 加載速度（應變速率）對混凝土抗壓強度影響很大，中國規(guī)范規(guī)定加載速度 為：（0.

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

4、抗壓強度越低； 理論上存在最優(yōu)水灰比，當水灰比過低時，反而會由于工作度不好 而振搗不密實，導致抗壓強度下降。（2） 空氣含量 隨著空氣含量的增加，混凝土抗壓強度呈直線下降關系； 空氣含量高，可能會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，混凝土抗壓強度越高，但不是線性增 長關系； 當水泥用量高于一定量后，混凝土抗壓強度提高幅度有限； 水泥用量過高會導致混凝土收縮和徐變的增長，對后期性能不利。3施工方法（1）振搗方法 機械振搗的混凝土比人工振搗混凝土抗壓強度高。（ 2） 養(yǎng)護條件 養(yǎng)護溫度對混凝土的長期強度影響不大。但養(yǎng)護溫度高，前期抗壓 強度高；養(yǎng)護溫度低于 0 度會導

5、致混凝土前期受凍，后期強度降 低。 養(yǎng)護濕度對混凝土強度有很大影響。環(huán)境濕度低，會導致混凝土表 面失水，表面混凝土強度降低。4 混凝土的齡期隨著水泥的不斷水化，齡期越長，混凝土強度越高。前期混凝土強 度增長較快，后期強度增長較慢，直至緩慢增長?；炷翉姸入S齡期增長的規(guī)律大致按對數規(guī)律增長。Abrams: ft 二 Algt BACI:仁 t仁 28 , a =0.7 4.0, b =0.67 1.0中國： 2f28二f7 n f7 ,強度單位：kg/cm , n = 8 11 （普通硅酸鹽水泥），n -5 8（早強硅酸鹽水泥）換算成國際單位：1 kg/cm2= 0.098 N/mm2，1 N/

6、mm2= 10.20 kg/cm2f280.09870.0980.098f28 二 f7 0.3131,7 ,強度單位:N/mm2普通濕養(yǎng)普通混凝土相對強度（CEB-FIP）混凝土齡期（天）372890360普通硅酸鹽水泥0.400.651.001.201.35快硬早強硅酸鹽水泥0.550.751.001.151.20一般認為，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天抗壓強度作為劃分確定混凝土強度等級的依 據。5 實驗方法（1）試件形狀實驗表明，圓柱體、立方體和棱柱體試件的抗壓強度稍有差別，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于混凝土強

7、度的影響成為尺寸效應 一般情況下尺寸越大，所測強度越低 尺寸效應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，強度越低。Neville研究結論：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，長度單位為英寸（1英寸二25.4mm）。中國和CEB-FIP研究結論：不同尺寸立方體抗壓強度轉換值混凝土試件立方體圓柱體( 6inx 12in)邊長/mm強度等級200150100C20 C40C50C60C70C80抗壓強度相對值0.951.001.050.800.830.860.8750.89不同高厚比棱柱體抗壓強度混凝土試件

8、試件邊長b = 100mm試件邊長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度大于垂直澆注方向加壓的強度（4）加載速率加載速度越快，混凝土抗壓強度越高快速加載時，混凝土抗壓強度的提高，原因在于混凝土內部裂縫的 擴展與加壓存在滯后；緩慢加載時，混凝土抗壓強度的降低在于裂 縫擴展變形的徐變發(fā)展。加載速度很快（加載時間很短），一般成為沖擊作用，加載速度很 慢（加載時間很長），一般成為長期作用長期加載時，混凝土的抗壓強度為一般短期荷載的70%，沖擊荷載下，混凝土抗

9、壓強度可以提高10%?？焖偌虞d時，混凝土的彈性模型和極限應變均有不同程度的提高。高速加載下混凝土相對強度（陳肇元）加載時間/ms抗壓強度抗拉強度30010010510015010強度提高系數1.41.141.241.271.211.281.46不同加載速度下混凝土的相對抗壓強度（B.Bresler）加載速度/x20.07kq/cm /sec0.11.010102103104105106107抗壓強度相對值0.850.900.950.981.101.161.301.421.70三、不同強度指標的關系1 .棱柱體抗壓強度與立方體抗壓強度中國規(guī)范組實驗值棱柱體抗壓強度與立方體抗壓強度的比值與混凝土抗

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

11、978 : fe (0.83 0.85) feu3.棱柱體抗壓強度與圓柱體抗壓強度四、研究與工程設計取值混凝土強度等級：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、：二0.20 ,Cfe =0.761 -1.645、.工程設計：f 0.67 feu2.2抗拉強度、實驗方法1. 軸心受拉(1) 試件棱柱體預埋鋼筋受拉 150 mmx 150 mmX 300mm, 啞鈴形沾膠受拉(2) 抗拉強度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) 劈拉強度圓柱體水平拉

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

13、凝土為拉壓組合，劈裂強度最低(國內外實驗結果結論不一致，一般分析為實驗方法的差異所 致)。(3) 試件尺寸越大，抗拉強度越低(大試件軸心受拉強度為小試件的 50%64%，)。中國實驗結果：t,450-0.50 0.64，平均值 0.57t,100-0.95 1.19，平均值 1.12fts,150三、不同抗拉強度及其比較1 軸心抗拉強度(1) 中國的研究結論ft =0.26鶯3 (抗拉試件 100 mmX 100 mmX500mm)(2) CEB-FIP MC90 的結論ft 4 fc 10 232 劈拉強度(請轉換為SI單位)(1)中國的研究結論立方體劈拉實驗劈拉強度與試件尺寸(70mm,

14、100mm)的關系不明顯 劈拉強度ft,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)國外研究結論(滕教材)ft,s 二 0.29 fc 0.643 抗折強度(請轉換為SI單位) 單位轉換關系：2 21 lb/in =0.006895MPa, 1kg/cm =0.098MPa(1) M.Fintel研究結果ff =(810)f (單位：磅/平方英寸)(2) ACI結論ff =(7.512)f (單位：磅/平方英寸)(3) CEB結論ff =9.5 f (單位：磅/平方英寸)(4) 簡化公式ff

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

16、 中國大連工學院結論：710= 1.2- 2 （單位 cm）h h斗,c 701000/ 卒八、= 1.2（單位 mm）h h進一步討論見素混凝土開裂彎矩（8.3節(jié)）2.3抗剪強度、實驗方法混凝土抗剪強度實驗方法與一般結論實驗方法研究者剪應力公式應力分布特點實驗結論矩形短梁直接剪切MorschPT =A(1) 水平正應力較小；(2) 頂部豎向壓應力很大；(3) 剪應力分布嚴重不均勻，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) 水平正應力較小，近乎均勻受拉；(2) 豎向壓應力較大，中間小、兩端大；(3) 剪