建筑材料-混凝土

1、第二章 建筑结构材料混凝土混凝土，一般是由水泥掺粒径成一定级配的石子 和砂子加水拌和，经水泥水化结硬而成的具有所需形体、强度和耐久性的人造石材。3.1混凝土的强度混凝土的强度混凝土单轴应力状态下的强度混凝土单轴应力状态下的强度 混凝土的强度是指混凝土抵抗外力所产生应力的能力，混凝土的强度是指混凝土抵抗外力所产生应力的能力，即混凝土材料达到破坏或破裂极限状态时所能承受的应力。即混凝土材料达到破坏或破裂极限状态时所能承受的应力。 工程中常用的混凝土单轴应力状态下的强度有：工程中常用的混凝土单轴应力状态下的强度有： 立方体抗压强度；立方体抗压强度； 棱柱体轴心抗压强度；棱柱体轴心抗压强度； 轴心抗拉

2、强度轴心抗拉强度 . .等等1 1. .立方体抗压强度立方体抗压强度 fcu承压板承压板试块试块摩擦力摩擦力不涂润滑剂不涂润滑剂涂润滑剂涂润滑剂强度大于强度大于边长边长150mm的立方体，的立方体，标准养护条件标准养护条件、标准试验方法标准试验方法我国规范：我国规范： 不涂润滑剂不涂润滑剂温度、湿度、龄期温度、湿度、龄期加载速度、加载速度、是否涂润滑剂是否涂润滑剂具有具有95%保证率的立方体抗压强度；保证率的立方体抗压强度； 是衡量混凝土强度大小的基本指标；是衡量混凝土强度大小的基本指标；是评定混凝土等级的标准；是评定混凝土等级的标准；不能直接用于结构设计。不能直接用于结构设计。3.3.影响强

3、度的因素：影响强度的因素：n龄期越长，强度越高龄期越长，强度越高（规范规定（规范规定28d28d或或设计规定的龄期设计规定的龄期）n加载越快，强度越高加载越快，强度越高n试块尺寸越小，强度越高试块尺寸越小，强度越高 尺寸效应尺寸效应：（非标试件试验值乘以换算系数，：（非标试件试验值乘以换算系数， 转换为标准试件的试验值）转换为标准试件的试验值） 200mm的试件的试件0.95， 100mm的试件的试件1.05考虑到粉煤灰等矿物掺和料的应考虑到粉煤灰等矿物掺和料的应用及工程实际，可适当延长用及工程实际，可适当延长（直接受拉试验、弯折试验、（直接受拉试验、弯折试验、劈裂试验劈裂试验 ）100100

4、150150500不同混凝土等级的不同混凝土等级的 ft k 见表见表3-2 ftk = 0.880.395fcuk0.55(1-1.645 )0.452c试验结果试验结果：ft0 fcu0，且不成线性关系且不成线性关系考虑到构件与试件强度的差异、尺寸效应、加载速度等因素的影响，混凝土结构设计规范考虑了普通混凝土到高强度混凝土的变化规律，取轴心抗拉强度标准值与立方体抗压强度标准值的关系为：承压板承压板试试件件标准试件标准试件：150150 300非标准试件非标准试件：100100 300 换算系数换算系数 0.95 200200 400 换算系数换算系数 1.05考虑到承压板对试件的约束，考虑

5、到承压板对试件的约束， fcu0 fc0 ，且大致呈线，且大致呈线性关系性关系考虑到构件和试件的区别，取修正系数考虑到构件和试件的区别，取修正系数0.88不同混凝土等级的不同混凝土等级的 fc k 见表见表 3-1fck=0.88 fcu,k2c1c其余条件同混凝土立方体抗压强度试验其余条件同混凝土立方体抗压强度试验三向受压时的混凝土强度三向受压时的混凝土强度 1=fcc 1=fcc 2= 3= fLfL-侧向约束压侧向约束压应力（加液压）应力（加液压）双轴应力下的强度双轴应力下的强度1.01.01.21.2-0.2-0.2 2/fc 1/fc拉拉压压双向正应力下的强度曲线双向正应力下的强度曲

6、线圆柱体试验圆柱体试验抗压强度随侧压力增大抗压强度随侧压力增大而提高，工程中常用而提高，工程中常用箍筋加强箍筋加强抗压强度随另一向压力增大而提高抗压强度随另一向压力增大而提高抗压（拉）强度随另一向拉（压）力抗压（拉）强度随另一向拉（压）力 增大而降低增大而降低抗拉强度随另一向拉力改变而变化不大抗拉强度随另一向拉力改变而变化不大混凝土的变形 混凝土的变形混凝土的变形一一. .混凝土在一次短期荷载下的变形混凝土在一次短期荷载下的变形（棱柱体单调短期轴压试验（棱柱体单调短期轴压试验 ）0c3 . 0f时，弹性，微裂缝不开展时，弹性，微裂缝不开展0c)8 . 03 . 0(f时，非弹性，微裂缝稳定开展

7、时，非弹性，微裂缝稳定开展0c)0 . 18 . 0(f时，塑性明显，微裂缝时，塑性明显，微裂缝 不稳定开展不稳定开展应力逐渐减小应力逐渐减小, ,应变不断加大应变不断加大出现宏观裂缝出现宏观裂缝有反弯点、收敛点有反弯点、收敛点反弯点反弯点收敛点收敛点1. 1.混凝土的应力混凝土的应力- -应变关系应变关系混凝土强度（图混凝土强度（图2-13）越高越高， 上升段影响不大，上升段影响不大，fc0越大，越大，0 越大，越大， 下降段越陡峭，下降段越陡峭，max越小，延性越差越小，延性越差反弯点反弯点收敛点收敛点 fc0 应力峰值应力峰值0 峰值应变峰值应变 一般取一般取0.002max 极限压应变

8、极限压应变 一般取一般取0.0033加载速度加载速度越快越快，fc0 越大越大，0 越小越小， 下降段越陡峭下降段越陡峭箍筋量箍筋量越多越多， fc0 越大越大， 0 越大越大， 下降段越平缓下降段越平缓. 3 2 1 疲劳强度疲劳强度破坏破坏当压应力不超过混凝土疲劳当压应力不超过混凝土疲劳强度时强度时, , 不会发生破坏。不会发生破坏。当压应力超过混凝土疲劳强当压应力超过混凝土疲劳强度，多次重复加卸载后即会度，多次重复加卸载后即会发生脆性的疲劳破坏。发生脆性的疲劳破坏。重复荷载是在一个方向加压、卸载重复荷载是在一个方向加压、卸载、再加压、再卸载的循环过程、再加压、再卸载的循环过程。对吊车梁、

9、桥梁等构件，应进行疲劳验算。对吊车梁、桥梁等构件，应进行疲劳验算。cfcff承受承受200200万次或以上循环重复荷载万次或以上循环重复荷载而发生疲劳破坏的压应力值而发生疲劳破坏的压应力值修正系数修正系数1，见规范，见规范原点切线模量（弹性模量）原点切线模量（弹性模量）ec0c/tgE变形模量（割线模量、弹塑性模量）变形模量（割线模量、弹塑性模量）cc1c/tgE切线模量切线模量ccctg ddEcccecEEE弹性系数：弹性系数：受压时为受压时为0.41.0；受拉时为受拉时为1.010 ccep原点切线原点切线割线割线切线切线拉压相同，适用于一般内力分析和设计拉压相同，适用于一般内力分析和设

10、计适用于非线性内力分析适用于非线性内力分析适用于理论研究适用于理论研究kcu,5c7 .342 . 210fE四、四、混凝土的徐变混凝土的徐变1. 1.荷载长期作用下的变形性能荷载长期作用下的变形性能-徐变徐变凝胶体粘性流动凝胶体粘性流动内部微裂缝开展内部微裂缝开展 c0.5fc，线性徐变，线性徐变 c0.8fc，非线性徐变，非线性徐变 e e cr0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月) cr eP混凝土在荷载长期作用下产生随时间而增长的变形混凝土在荷载长期作用下产生随时间而增长的变形前期增长快前期增长快6 6个月完成个月完成7080%以后徐变逐渐缓慢以后

11、徐变逐渐缓慢2 23 3年后趋于稳定年后趋于稳定 应力：应力： c 0.5 fc，徐变变形与应力成正比，徐变变形与应力成正比-线性徐变线性徐变 0.5 fc c 0.8 fc，徐变不稳定，造成混凝土脆性破坏，徐变不稳定，造成混凝土脆性破坏 加荷时混凝土的龄期越早，徐变越大加荷时混凝土的龄期越早，徐变越大 水泥用量越多，水灰比越高，徐变越大水泥用量越多，水灰比越高，徐变越大 骨料越硬，徐变越小骨料越硬，徐变越小 养护温度越高，湿度越大，徐变越小养护温度越高，湿度越大，徐变越小 构件体表比越小，徐变越大构件体表比越小，徐变越大通常混凝土在长期荷载下的强度取通常混凝土在长期荷载下的强度取0.8 fc

12、 s ， c 增大构件变形增大构件变形2-4倍倍产生预应力损失产生预应力损失在高应力下导致构件破坏在高应力下导致构件破坏有利于构件产生内力重分布有利于构件产生内力重分布减小支座不均匀沉降的内力减小支座不均匀沉降的内力减小大体积混凝土内的温度应力减小大体积混凝土内的温度应力减少收缩裂缝减少收缩裂缝 水泥等级越高，收缩越大水泥等级越高，收缩越大 水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大 骨料越硬，收缩越小骨料越硬，收缩越小 养护条件、制作方法、使用环境、等养护条件、制作方法、使用环境、等砼在空气中结硬过程中混凝土体积缩小的现象砼在空气中结硬过程中混凝土体积缩小的现象 钢

13、筋受压，钢筋受压， 混凝土受拉混凝土受拉产生预应力损失产生预应力损失不利于构件的内力重分布不利于构件的内力重分布产生收缩应力和裂缝产生收缩应力和裂缝混凝土强度等级按混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值立方体抗压强度标准值fcu,k确定，用符号确定，用符号C表表示，如示，如C30表示表示fcu,k=30N/mm2 。14个等级个等级C15C80，级差，级差5N/mm2。C50以上为高强混凝土。以上为高强混凝土。 新规范规定新规范规定：（比原规范提高）：（比原规范提高） 钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20C20； 当采用当采用400400级及以上的钢筋时，不应低于级及以上的钢筋时，不应低于C25C25。 承受重复荷载的构件，不应低于承受重复荷载的构件，不应低于C30C30。 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于预应力混