2022年混凝土结构原理混凝土的强度 .pdf

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1、1 / 11 第 2 章 混凝土的基本力学性能2.1 抗压强度一、实验方法1试件形状与试件尺寸采用不同试件的原因：（1） 考虑尺寸效应的影响（2） 考虑承压板下部摩擦约束的影响（3） 考虑工程中应用的方便性混凝土抗压实验试件北美、日本、欧洲中国中国中国中国形状圆柱体立方体立方体立方体棱柱体尺寸（mm ）612（150 300 ）150150150 100100100200 200200150150300强度符号cfcuf，150,cuf100,cuf200,cufcf2减摩措施（1） 考虑减摩的必要性承压板与试件端部的摩擦力使得混凝土试块端部处于（不均匀）三向受压状态，圣维南效应范围外的混凝土

2、处于单向受压状态，所测抗压强度与混凝土的实际抗压强度之间没有对应关系，只能反应相对抗压强度大小。（2） 常见减摩措施不减摩，对于测定混凝土的强度等级（强度相对值），不需采取减摩措施。垫层减摩，要求混凝土试件垫层EE，常用材料有铝、黄油、二硫化钼（MoS2）油膏、异丁橡胶、聚四氟乙烯（Teflon）等精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 11 页2 / 11 刷形加载板柔性加载板3加载方向由于新拌混凝土骨料的沉陷和水泥砂浆的泌水性质，平行浇注方向混凝土的抗压强度高于垂直于浇注方向的抗压强度，所以要求加载方向垂直于浇注方向。4加载

3、速度加载速度（应变速率）对混凝土抗压强度影响很大，中国规范规定加载速度为：(0.30.5)N/(mm2s)二、影响混凝土抗压强度的因素1组成材料的品质（1） 水泥品种一般来讲，硅酸盐水泥混凝土强度高于掺加其他矿物料水泥混凝土强度。但高强水泥可能带来后期较大的收缩。（2） 粗骨料品种弹性模量和抗压强度高的粗骨料，其混凝土强度亦高。（3） 粗骨料形状砾石混凝土的强度较碎石混凝土抗压强度低（4） 粗骨料尺寸水灰比相同的情况下，粒径越大，抗压强度越低水泥用量相同的情况下，水泥用量较低时，粒径越大，抗压强度越高；水泥用量较高时，粒径越大，抗压强度越低。2组成材料的配比（1） 水灰比一般情况下，混凝土强度

4、与水灰比成反比直线降低关系，水灰比越高，硬化混凝土内部孔隙越多，抗压强度越低；理论上存在最优水灰比，当水灰比过低时，反而会由于工作度不好而振捣不密实，导致抗压强度下降。（2） 空气含量随着空气含量的增加，混凝土抗压强度呈直线下降关系；空气含量高，可能会有利于混凝土的抗冻性能。（3） 水泥用量一般情况下，水泥用量越多，混凝土抗压强度越高，但不是线性增长关系；当水泥用量高于一定量后，混凝土抗压强度提高幅度有限；水泥用量过高会导致混凝土收缩和徐变的增长，对后期性能不利。3施工方法（1） 振捣方法机械振捣的混凝土比人工振捣混凝土抗压强度高。（2） 养护条件养护温度对混凝土的长期强度影响不大。但养护温度

5、高，前期抗压强度高；养护温度低于0 度会导致混凝土前期受冻，后期强度降低。养护湿度对混凝土强度有很大影响。环境湿度低，会导致混凝土表面失水，表面混凝土强度降低。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 11 页3 / 11 4混凝土的龄期随着水泥的不断水化，龄期越长，混凝土强度越高。前期混凝土强度增长较快，后期强度增长较慢，直至缓慢增长。混凝土强度随龄期增长的规律大致按对数规律增长。 Abrams:BtAtflgACI:28ccfbtattf,0.47.0a,0 .167.0b中国：7728fnff, 强度单位： kg/cm2,1

6、18n(普通硅酸盐水泥)，85n(早强硅酸盐水泥 ) 换算成国际单位： 1 kg/cm20.098 N/mm2，1 N/mm210.20 kg/cm2098. 0098. 0098.07728fnff,7728313.0fnff, 强度单位： N/mm2普通湿养普通混凝土相对强度（CEB-FIP）混凝土龄期（天）3 7 28 90 360 普通硅酸盐水泥0.40 0.65 1.00 1.20 1.35 快硬早强硅酸盐水泥0.55 0.75 1.00 1.15 1.20 一般认为， 28 天龄期既满足一般施工安全性要求，又具备一定的安全性，通常都用28 天抗压强度作为划分确定混凝土强度等级的依据

7、。5实验方法（1） 试件形状实验表明，圆柱体、立方体和棱柱体试件的抗压强度稍有差别，原因在于约束的均匀性和影响范围不同。（2） 试件尺寸试件尺寸对于混凝土强度的影响成为尺寸效应一般情况下尺寸越大，所测强度越低尺寸效应的原因在于支座和加载件约束的影响，尺寸越大，圣维南影响越小，强度越低。Neville 研究结论：hhVdffcuhcu4.152697.056.0150,hd,为试件最小尺寸和高度，V为试件体积，长度单位为英寸( 1 英寸25.4mm)。中国和 CEB-FIP研究结论：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 11 页

8、4 / 11 不同尺寸立方体抗压强度转换值混凝土试件立方体圆柱体（ 6in12in）边长/mm强度等级200 150 100 C20C40 C50 C60 C70 C80 抗压强度相对值0.95 1.00 1.05 0.80 0.83 0.86 0.875 0.89 不同高厚比棱柱体抗压强度混凝土试件试件边长mmb100试件边长mmb1501/bh2/ bh3/bh1/ bh2/bh3/bhcucff1 0.87 0.84 1 0.82 0.81 （3） 加载方向平行浇注方向加压的强度大于垂直浇注方向加压的强度。（4） 加载速率加载速度越快，混凝土抗压强度越高快速加载时，混凝土抗压强度的提高，

9、原因在于混凝土内部裂缝的扩展与加压存在滞后；缓慢加载时，混凝土抗压强度的降低在于裂缝扩展变形的徐变发展。加载速度很快（加载时间很短），一般成为冲击作用，加载速度很慢（加载时间很长），一般成为长期作用长期加载时，混凝土的抗压强度为一般短期荷载的70，冲击荷载下，混凝土抗压强度可以提高10。快速加载时，混凝土的弹性模型和极限应变均有不同程度的提高。高速加载下混凝土相对强度（陈肇元）加载时间 /ms 抗压强度抗拉强度300 100 10 5 100 150 10 强度提高系数1.4 1.14 1.24 1.27 1.21 1.28 1.46 不同加载速度下混凝土的相对抗压强度（B.Bresler）加

10、载速度 /0.07kg/cm2/sec 0.1 1.0 10 102 103 104 105 106 107 抗压强度相对值0.85 0.90 0.95 0.98 1.10 1.16 1.30 1.42 1.70 三、不同强度指标的关系1棱柱体抗压强度与立方体抗压强度中国规范组实验值棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值与混凝土抗压强度有关，混凝土强度越高，比值越大。cucff)92.070.0(中国规范组62.184.0cucff中国规范组简化公式精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 11 页5 / 11 cucff80.0德

11、国 Graf cucucfff17285.0前苏联 cucucucffff3145130中国规范建议公式50cuf时，cucff76.0，50cuf时，50002.076.0cucucucffff许锦峰50cuf时，cucff76.0；50cuf时，cucff83.02园柱体抗压强度与立方体抗压强度L Hermit ：cucucfff051.0ln2 .076. 0CEB-FIP1978 ：cucff)(0.850.833棱柱体抗压强度与圆柱体抗压强度四、研究与工程设计取值混凝土强度等级： 95保证概率的分位值研 究 取 值 ： 50 保 证 概 率 的 平 均 值 ， 变 异 系 数20.0

12、，645.1176.0Cfc工程设计：cucff67.0精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 11 页6 / 11 2.2 抗拉强度一、实验方法1轴心受拉（1） 试件棱柱体预埋钢筋受拉150 mm150 mm300mm，哑铃形沾胶受拉（2） 抗拉强度ANft2劈裂受拉（1） 试件圆柱体试件 150mm 300mm立方体试件 150 mm150 mm150mm，100 mm100 mm100mm （2）劈拉强度圆柱体水平拉应力DLNt2精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第

13、6 页，共 11 页7 / 11 竖向压应力DyDyDLNc11112立方体试件水平拉应力22aNt3弯曲受拉（1） 试件棱柱体试件 150 mm150 mm（550600）mm，三分点加载（2） 弯曲强度（抗折强度）弯曲拉应力：22632bhPlbhlPWMf二、影响因素1混凝土强度等级（抗压强度）（1） 抗压强度越高，混凝土的抗拉强度越高（2） 抗拉强度随抗压强度的增长为非比例关系，抗压强度越高，相对抗拉强度越低2实验方法（1） 不同的实验方法得到不同的抗拉强度值。（2） 抗折实验中，混凝土为有梯度受拉，抗拉强度最高；轴心受拉为均匀受拉强度次之；劈裂实验，混凝土为拉压组合，劈裂强度最低（国

14、内外实验结果结论不一致，一般分析为实验方法的差异所致）。（3） 试件尺寸越大，抗拉强度越低（大试件轴心受拉强度为小试件的5064，）。中国实验结果：64. 050.0100,450,ttff，平均值 0.57 19. 195.0150,100,tstsff，平均值 1.12三、不同抗拉强度及其比较1轴心抗拉强度（1） 中国的研究结论3226.0cutff（抗拉试件 100 mm100 mm500mm）（2） CEB-FIP MC90 的结论32104.1ctff2劈拉强度 （请转换为 SI 单位）（1） 中国的研究结论立方体劈拉实验精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结

15、 - - - - - - -第 7 页，共 11 页8 / 11 劈拉强度与试件尺寸（ 70mm，100mm）的关系不明显劈拉强度765. 0,32.0custff（单位： kg/cm2）43,35.0custff（单位： kg/cm2）43,19.0custff（单位： N/mm2）（2） 国外研究结论（滕教材）64.0,29. 0cstff3抗折强度 （请转换为 SI 单位）单位转换关系：1 lb/in2=0.006895MPa，1kg/cm2=0.098MPa （1）M.Fintel 研究结果cfff)108(（单位：磅 /平方英寸）（2）ACI 结论cfff)125.7(（单位：磅 /

16、平方英寸）（3）CEB结论cfff5 .9（单位：磅 /平方英寸）（4）简化公式1515.0cufff（2290170cmkgfcu单位：2cmkg）4不同强度的比较 （画出曲线）（1） 轴心抗拉强度与抗压强度比3132342. 076.026. 0cucucuctfffff（2） 轴心抗拉强度与劈拉强度比国内结论1214332,368.119. 026. 0cucucusttfffff国外结论03. 064.032,04.129.0104.1cccsttfffff（推导）9 .0,sttff（CEB-FIP MC90）（3） 抗折强度与轴心抗拉强度比精选学习资料 - - - - - - -

17、- - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 11 页9 / 11 截面塑性系数的概念截面弹性抗弯强度：WfMte截面塑性抗弯强度：WfMfp截面塑性系数（截面抵抗矩塑性影响系数）：tfepffMM截面塑性系数统计值中国大连工学院结论：21072.1hh（单位 cm）21000702.1hh（单位 mm）进一步讨论见素混凝土开裂弯矩（8.3 节）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 11 页10 / 11 2.3 抗剪强度一、实验方法混凝土抗剪强度实验方法与一般结论实验方法研究者剪应力公式应力分布特点实验结论

18、矩形短梁直接剪切Morsch AP（1）水平正应力较小；（2）顶部竖向压应力很大；（ 3）剪应力分布严重不均匀，上部大、下部小。tcpff5 .0tcpff5.25 .125.017.0单剪面 Z 形试件Mottock H. AV（1） 水平正应力较小，近乎均匀受拉；（2） 竖向压应力较大，中间小、两端大；（3） 剪应力分布接近均匀cpf12.0缺口梁四点受力Iosipescu N. AV（1） 正应力都很小，约为剪应力的1225；（2） 缺口处剪应力分布均匀；（3） 应力集中决定了实验进度tpf薄壁圆筒受扭Bresler B. 22dDtT壁厚很薄时为理想、均匀、纯剪应力状态tcpff8.0二轴拉 / 压Guo 1（1） 理想、均匀、纯剪应力状态（2） 实验复杂tpf等高变宽度梁四点受力Guo AV2.1避免了缺口梁四点受力方案的应力集中问题精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 11 页11 / 11 二、混凝土抗剪强度57.038. 0cupf1 .0514.1cutpff，04.113. 1tpf（C20 C50 ）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 11 页