混凝土結(jié)構(gòu)原理2123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)度一、 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（mm）6×12（150×300）150×150×150100×100×100200×200×200150×150×300強(qiáng)度符號(hào)，2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

2、）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） 常見減摩措施l 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。l 墊層減摩，要求，常用材料有鋁、黃油、二硫化鉬（MoS2）油膏、異丁橡膠、聚四氟乙烯（Teflon）等l 刷形加載板l 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：(0.30.

3、5)N/(mm2×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(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l 水灰比相同的情況下，粒徑越大，抗壓強(qiáng)度越低l 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l 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

4、孔隙越多，抗壓強(qiáng)度越低；l 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l 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；l 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l 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；l 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；l 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l 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)

5、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。l 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l 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)。l 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:ACI:,中國(guó)：,強(qiáng)度單位：kg/cm2,(普通硅酸鹽水泥)，(早強(qiáng)硅酸鹽水泥)換算成國(guó)際單位：1 kg/cm20.098 N/mm2，1 N/mm210.20 kg/cm2,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

6、普通硅酸鹽水泥0.400.651.001.201.35快硬早強(qiáng)硅酸鹽水泥0.550.751.001.151.20l 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l 試件尺寸對(duì)于混凝土強(qiáng)度的影響成為尺寸效應(yīng)l 一般情況下尺寸越大，所測(cè)強(qiáng)度越低l 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：為試件最小尺寸和高度，為試件體積，長(zhǎng)度單

7、位為英寸(1英寸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（6in×12in）邊長(zhǎng)/mm強(qiáng)度等級(jí)200150100C20C40C50C60C70C80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)試件邊長(zhǎng)10.870.8410.820.81（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l 加載速度越快，混凝土抗壓強(qiáng)度越高l 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

8、壓強(qiáng)度的降低在于裂縫擴(kuò)展變形的徐變發(fā)展。l 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l 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。l 快速加載時(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/×0.07kg/cm2/sec0.11.0101021031041

9、05106107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l 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。l 中國(guó)規(guī)范組l 中國(guó)規(guī)范組簡(jiǎn)化公式l 德國(guó)Grafl 前蘇聯(lián) l 中國(guó)規(guī)范建議公式時(shí)，時(shí)，l 許錦峰時(shí)，；時(shí)，2 園柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度LHermit：CEB-FIP1978：3 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)，工程設(shè)計(jì)：2.

10、2 抗拉強(qiáng)度一、 實(shí)驗(yàn)方法1 軸心受拉（1） 試件l 棱柱體預(yù)埋鋼筋受拉150 mm×150 mm×300mm，l 啞鈴形沾膠受拉（2） 抗拉強(qiáng)度2 劈裂受拉（1） 試件l 圓柱體試件150mm×300mml 立方體試件150 mm×150 mm×150mm，100 mm×100 mm×100mm（2）劈拉強(qiáng)度l 圓柱體水平拉應(yīng)力豎向壓應(yīng)力l 立方體試件水平拉應(yīng)力3彎曲受拉（1） 試件棱柱體試件150 mm×150 mm×（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：二、影響因

11、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5064，）。中國(guó)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：，平均值0.57，平均值1.12三、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 （抗拉試件100 mm&

12、#215;100 mm×500mm）（2） CEB-FIP MC90的結(jié)論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l 立方體劈拉實(shí)驗(yàn)l 劈拉強(qiáng)度與試件尺寸（70mm，100mm）的關(guān)系不明顯l 劈拉強(qiáng)度（單位：kg/cm2）（單位：kg/cm2）（單位：N/mm2）（2） 國(guó)外研究結(jié)論（滕教材）3 抗折強(qiáng)度（請(qǐng)轉(zhuǎn)換為SI單位）單位轉(zhuǎn)換關(guān)系：1 lb/in2=0.006895MPa，1kg/cm2=0.098MPa（1）M.Fintel研究結(jié)果（單位：磅/平方英寸）（2）ACI結(jié)論（單位：磅/平方英寸）（3）CEB結(jié)論 （單位：磅/平方英寸） （4）簡(jiǎn)化公式（單位：）4

13、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（2） 軸心抗拉強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度比l 國(guó)內(nèi)結(jié)論l 國(guó)外結(jié)論（推導(dǎo)）（CEB-FIP MC90）（3） 抗折強(qiáng)度與軸心抗拉強(qiáng)度比l 截面塑性系數(shù)的概念截面彈性抗彎強(qiáng)度：截面塑性抗彎強(qiáng)度：截面塑性系數(shù)（截面抵抗矩塑性影響系數(shù)）：l 截面塑性系數(shù)統(tǒng)計(jì)值中國(guó)大連工學(xué)院結(jié)論：（單位cm）（單位mm）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)實(shí)驗(yàn)結(jié)論矩形短梁直接剪切Morsch（1）水平正應(yīng)力較?。唬?）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。單剪面Z形試件Mottock H.（1） 水平正應(yīng)力較小，近乎均勻受拉；（2） 豎向壓應(yīng)力較大，