結(jié)構(gòu)與材料-混凝土的強度（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)攪拌而得的工程復合材料?；炷敛牧隙?、混凝土材料的強度

混凝土強度是混凝土的重要力學性能，是設(shè)計鋼筋混凝土結(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，混凝土的強度是指混凝土材料達到破壞時所能承受的應(yīng)力。

1.混凝土的立方體抗壓強度和強度等級

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

混凝土材料3.混凝土軸心抗拉強度

混凝土的軸心抗拉強度可以采用直接軸心受拉(圖1)的試驗方法來測定，

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

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

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

實際結(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)。

試驗表明：

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

混凝土的變形受力變形體積變形單調(diào)短期加載多次重復加載長期荷載作用（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特征,是分析混凝土構(gòu)件應(yīng)力、建立承載力和變形計算理論的必要依據(jù)。在下圖曲線圖中，我們可以比較清楚地看到，應(yīng)力應(yīng)變變化的幾個階段。OC段又分為OA,AB和BC三階段。分三個階段上升段: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點應(yīng)力約為0.8?c。BC段：此時應(yīng)變增長進一步加快，當應(yīng)力達到C點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εc0

=0.0015~0.0025，常取εc0=0.002，稱為峰值應(yīng)變。OA段：A點應(yīng)力為(0.3~0.4)?c，σ—ε曲線近似呈直線，可認為是理想彈性變形，此階段為彈性階段。混凝土的變形CF段又分為CD,DE和EF三階段。峰點●●●●臨界點比例極限A拐點D收斂點E破壞點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)力達到峰值后，試件的承載力下降，應(yīng)變增長，在沿著試件長度方向出現(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D（

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

，相應(yīng)的應(yīng)變εC=εc0=0.002；D點：“拐點”，曲率為零,此時一般取極限應(yīng)變值εcu=0.0033；E點：“收斂點”，曲率最大；F點：破壞點，一般已無實際意義。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：原點彈性模量（彈性模量）、割線模量、切線模量。αα1εσεcεeεpσcOεc=εe+εp原點切線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)不同等級混凝土彈性模量試驗值的統(tǒng)計分析，得出了彈性模量計算的經(jīng)驗公式為：

混凝土的