結(jié)構(gòu)與材料-混凝土的強(qiáng)度（建筑構(gòu)造）

混凝土材料一、混凝土材料的定義和組成混凝土的組成材料示意不同的配合比可獲得不同的性能及強(qiáng)度用水泥作膠凝材料，砂、石作集料；與水（可含外加劑和摻合料）按一定比例（配合比）配合，經(jīng)攪拌而得的工程復(fù)合材料?；炷敛牧隙⒒炷敛牧系膹?qiáng)度

混凝土強(qiáng)度是混凝土的重要力學(xué)性能，是設(shè)計(jì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)，其直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，混凝土的強(qiáng)度是指混凝土材料達(dá)到破壞時(shí)所能承受的應(yīng)力。

1.混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度等級(jí)

立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)F150mmF混凝土材料采用棱柱體混凝土試件測(cè)定混凝土的軸心抗壓能力，稱為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度，用符號(hào)fc表示。軸心抗壓強(qiáng)度測(cè)試方法與立方體抗壓強(qiáng)度測(cè)試方法相同，但試件尺寸為150mm×150mm×300mm。考慮到實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、養(yǎng)護(hù)和受力情況，實(shí)際構(gòu)件強(qiáng)度與試件強(qiáng)度之間存在差異，《規(guī)范》基于安全取偏低值，規(guī)定軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的換算關(guān)系為：式中：k１為棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比，對(duì)不大于C50級(jí)的混凝土取0.76，對(duì)C80取0.82，其間按線性插值。k2為高強(qiáng)混凝土的脆性折減系數(shù)，對(duì)C40取1.0，對(duì)C80取0.87，中間按直線規(guī)律變化取值。0.88為考慮實(shí)際構(gòu)件與試件混凝土強(qiáng)度之間的差異而取用的折減系數(shù)。2.混凝土軸心抗壓強(qiáng)度

混凝土材料3.混凝土軸心抗拉強(qiáng)度

混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度可以采用直接軸心受拉(圖1)的試驗(yàn)方法來測(cè)定，

通過大量的試驗(yàn)回歸分析（圖2），《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）規(guī)定軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的換算關(guān)系為：

圖1受拉試驗(yàn)圖2混凝土軸心抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系混凝土材料4.混凝土的劈裂強(qiáng)度

由于上述試驗(yàn)較困難，稍有偏差引起偏心受拉，影響試驗(yàn)結(jié)果。目前國(guó)內(nèi)外主要采用圓柱體或立方體的劈裂試驗(yàn)（圖3）來間接測(cè)試混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度。劈拉試驗(yàn)采用立方體試塊上下面加墊條方法進(jìn)行，使試件上下面收到條形荷載作用劈裂破壞，其劈裂強(qiáng)度按下列公式進(jìn)行，目前認(rèn)為混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度值接近。墊條5.混凝土的雙向復(fù)合受力強(qiáng)度

實(shí)際結(jié)構(gòu)中，混凝土很少處于單向受力狀態(tài)。更多的是處于雙向受壓或受力狀態(tài)。

試驗(yàn)表明：

構(gòu)件在剪應(yīng)力t和正應(yīng)力s共同作用下的復(fù)合受力時(shí)，抗剪強(qiáng)度：隨拉應(yīng)力增大而減小，隨壓應(yīng)力增大而增大(圖4)。而雙向受壓強(qiáng)度大于單向受壓強(qiáng)度，約(1.25~1.60)fc（圖5）。圖3圖4圖5混凝土材料三、影響混凝土強(qiáng)度的主要因素1.水泥強(qiáng)度和水灰比水泥的強(qiáng)度和水灰比是決定混凝土強(qiáng)度的最主要因素，在配合比相同的條件下，水泥的強(qiáng)度越高，混凝土強(qiáng)度也越高。當(dāng)采用同一水泥（品種和強(qiáng)度相同）時(shí)，混凝土的強(qiáng)度主要決定于水灰比，水灰比越小，強(qiáng)度越高。2.骨料的種類、質(zhì)量、級(jí)配。骨料品種、粒徑、級(jí)配、雜質(zhì)等采用粒徑較大、級(jí)配較好且干凈的碎石和砂時(shí)，可降低水灰比，提高界面粘結(jié)強(qiáng)度，因而混凝土的強(qiáng)度高。3.外加劑和摻合料混凝土中摻入高效減水劑和摻合料是制備高強(qiáng)和高性能混凝土必需的技術(shù)措施。4.混凝土養(yǎng)護(hù)的溫度和濕度養(yǎng)護(hù)溫度高，水泥的初期水化速度快，混凝土早期強(qiáng)度高。濕度大能保證水泥正常水化所需水分，有利于強(qiáng)度的增長(zhǎng)。但在20℃~30℃范圍內(nèi)，養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度影響不大。養(yǎng)護(hù)濕度越高，混凝土的抗壓強(qiáng)度越高。

混凝土的變形受力變形體積變形單調(diào)短期加載多次重復(fù)加載長(zhǎng)期荷載作用（徐變）收縮溫度變化變形與荷載無關(guān)混凝土的變形混凝土的變形一、單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

混凝土單軸受力時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系反映了混凝土受力全過程的重要力學(xué)特征,是分析混凝土構(gòu)件應(yīng)力、建立承載力和變形計(jì)算理論的必要依據(jù)。在下圖曲線圖中，我們可以比較清楚地看到，應(yīng)力應(yīng)變變化的幾個(gè)階段。OC段又分為OA,AB和BC三階段。分三個(gè)階段上升段:OC下降段:CD收斂段:DE●●●●DEF0

e

BA●●CAB段：σ—ε曲線呈曲線，混凝土呈現(xiàn)塑性性質(zhì)，為彈塑性階段。此時(shí)混凝土內(nèi)已產(chǎn)生微裂縫，如不再增加荷載，裂縫的開展是穩(wěn)定的。B點(diǎn)應(yīng)力約為0.8?c。BC段：此時(shí)應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)進(jìn)一步加快，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到C點(diǎn)即為混凝土的最大承載力?c，稱為峰值應(yīng)力，相應(yīng)的應(yīng)變?chǔ)與0

=0.0015~0.0025，常取εc0=0.002，稱為峰值應(yīng)變。OA段：A點(diǎn)應(yīng)力為(0.3~0.4)?c，σ—ε曲線近似呈直線，可認(rèn)為是理想彈性變形，此階段為彈性階段?；炷恋淖冃蜟F段又分為CD,DE和EF三階段。峰點(diǎn)●●●●臨界點(diǎn)比例極限A拐點(diǎn)D收斂點(diǎn)E破壞點(diǎn)F0

e

B●CDE段：試件上相繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向裂縫，橫向變形急劇發(fā)展，承載力明顯下降，混凝土骨料與砂漿的粘結(jié)不斷遭到破，裂縫連通形成斜向破壞面。CD段：在應(yīng)力達(dá)到峰值后，試件的承載力下降，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)，在沿著試件長(zhǎng)度方向出現(xiàn)平行裂縫后，裂縫持續(xù)發(fā)展，變形持續(xù)增加，直至拐點(diǎn)D（

εcu=0.0033）。EF段：裂縫已上下貫通，變形迅速增加，E點(diǎn)時(shí)曲率最大，F(xiàn)段貫通的裂縫已很寬，F(xiàn)為破壞點(diǎn)。注意：幾個(gè)特征點(diǎn)：A點(diǎn)：比例極限，混凝土的變形由彈性向塑性過渡點(diǎn)；B點(diǎn)：臨界應(yīng)力點(diǎn)，裂縫從穩(wěn)定到非穩(wěn)定轉(zhuǎn)變，σB=0.8?c為長(zhǎng)期荷載作用下的抗壓強(qiáng)度；C點(diǎn)：應(yīng)力最大點(diǎn)，σC=σ0=?c

，相應(yīng)的應(yīng)變?chǔ)臗=εc0=0.002；D點(diǎn)：“拐點(diǎn)”，曲率為零,此時(shí)一般取極限應(yīng)變值εcu=0.0033；E點(diǎn)：“收斂點(diǎn)”，曲率最大；F點(diǎn)：破壞點(diǎn)，一般已無實(shí)際意義。上升段：下降段：混凝土的變形彈性模量割線模量切線模量由于混凝土是非彈性材料，所以不能簡(jiǎn)單的用彈性模量來描述應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系，而要用變形模量?；炷恋淖冃文Ａ坑腥N形式：原點(diǎn)彈性模量（彈性模量）、割線模量、切線模量。αα1εσεcεeεpσcOεc=εe+εp原點(diǎn)切線α0割線切線KEc=tanα0=σc/εe

εc=εe+εpEc′=tanα1=σc/εc

混凝土的變形二、混凝土的彈性模量根據(jù)不同等級(jí)混凝土彈性模量試驗(yàn)值的統(tǒng)計(jì)分析，得出了彈性模量計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式為：

混凝土的