结构与材料-混凝土的强度（建筑构造）

混凝土材料一、混凝土材料的定义和组成混凝土的组成材料示意不同的配合比可获得不同的性能及强度用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水（可含外加剂和掺合料）按一定比例（配合比）配合，经搅拌而得的工程复合材料。混凝土材料二、混凝土材料的强度

混凝土强度是混凝土的重要力学性能，是设计钢筋混凝土结构的重要依据，其直接影响到结构的安全性和耐久性，混凝土的强度是指混凝土材料达到破坏时所能承受的应力。

1.混凝土的立方体抗压强度和强度等级

立方体抗压强度试验F150mmF混凝土材料采用棱柱体混凝土试件测定混凝土的轴心抗压能力，称为混凝土轴心抗压强度，用符号fc表示。轴心抗压强度测试方法与立方体抗压强度测试方法相同，但试件尺寸为150mm×150mm×300mm。考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况，实际构件强度与试件强度之间存在差异，《规范》基于安全取偏低值，规定轴心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系为：式中：k１为棱柱体强度与立方体强度之比，对不大于C50级的混凝土取0.76，对C80取0.82，其间按线性插值。k2为高强混凝土的脆性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87，中间按直线规律变化取值。0.88为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。2.混凝土轴心抗压强度

混凝土材料3.混凝土轴心抗拉强度

混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉(图1)的试验方法来测定，

通过大量的试验回归分析（图2），《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）规定轴心抗拉强度标准值与立方体抗压强度标准值的换算关系为：

图1受拉试验图2混凝土轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系混凝土材料4.混凝土的劈裂强度

由于上述试验较困难，稍有偏差引起偏心受拉，影响试验结果。目前国内外主要采用圆柱体或立方体的劈裂试验（图3）来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。劈拉试验采用立方体试块上下面加垫条方法进行，使试件上下面收到条形荷载作用劈裂破坏，其劈裂强度按下列公式进行，目前认为混凝土的轴心抗拉强度和劈裂强度值接近。垫条5.混凝土的双向复合受力强度

实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向受压或受力状态。

试验表明：

构件在剪应力t和正应力s共同作用下的复合受力时，抗剪强度：随拉应力增大而减小，随压应力增大而增大(图4)。而双向受压强度大于单向受压强度，约(1.25~1.60)fc（图5）。图3图4图5混凝土材料三、影响混凝土强度的主要因素1.水泥强度和水灰比水泥的强度和水灰比是决定混凝土强度的最主要因素，在配合比相同的条件下，水泥的强度越高，混凝土强度也越高。当采用同一水泥（品种和强度相同）时，混凝土的强度主要决定于水灰比，水灰比越小，强度越高。2.骨料的种类、质量、级配。骨料品种、粒径、级配、杂质等采用粒径较大、级配较好且干净的碎石和砂时，可降低水灰比，提高界面粘结强度，因而混凝土的强度高。3.外加剂和掺合料混凝土中掺入高效减水剂和掺合料是制备高强和高性能混凝土必需的技术措施。4.混凝土养护的温度和湿度养护温度高，水泥的初期水化速度快，混凝土早期强度高。湿度大能保证水泥正常水化所需水分，有利于强度的增长。但在20℃~30℃范围内，养护温度对混凝土的抗压强度影响不大。养护湿度越高，混凝土的抗压强度越高。

混凝土的变形受力变形体积变形单调短期加载多次重复加载长期荷载作用（徐变）收缩温度变化变形与荷载无关混凝土的变形混凝土的变形一、单轴受压应力-应变关系

混凝土单轴受力时的应力-应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学特征,是分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据。在下图曲线图中，我们可以比较清楚地看到，应力应变变化的几个阶段。OC段又分为OA,AB和BC三阶段。分三个阶段上升段:OC下降段:CD收敛段:DE●●●●DEF0

e

BA●●CAB段：σ—ε曲线呈曲线，混凝土呈现塑性性质，为弹塑性阶段。此时混凝土内已产生微裂缝，如不再增加荷载，裂缝的开展是稳定的。B点应力约为0.8ƒc。BC段：此时应变增长进一步加快，当应力达到C点即为混凝土的最大承载力ƒc，称为峰值应力，相应的应变εc0

=0.0015~0.0025，常取εc0=0.002，称为峰值应变。OA段：A点应力为(0.3~0.4)ƒc，σ—ε曲线近似呈直线，可认为是理想弹性变形，此阶段为弹性阶段。混凝土的变形CF段又分为CD,DE和EF三阶段。峰点●●●●临界点比例极限A拐点D收敛点E破坏点F0

e

B●CDE段：试件上相继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。CD段：在应力达到峰值后，试件的承载力下降，应变增长，在沿着试件长度方向出现平行裂缝后，裂缝持续发展，变形持续增加，直至拐点D（

εcu=0.0033）。EF段：裂缝已上下贯通，变形迅速增加，E点时曲率最大，F段贯通的裂缝已很宽，F为破坏点。注意：几个特征点：A点：比例极限，混凝土的变形由弹性向塑性过渡点；B点：临界应力点，裂缝从稳定到非稳定转变，σB=0.8ƒc为长期荷载作用下的抗压强度；C点：应力最大点，σC=σ0=ƒc

，相应的应变εC=εc0=0.002；D点：“拐点”，曲率为零,此时一般取极限应变值εcu=0.0033；E点：“收敛点”，曲率最大；F点：破坏点，一般已无实际意义。上升段：下降段：混凝土的变形弹性模量割线模量切线模量由于混凝土是非弹性材料，所以不能简单的用弹性模量来描述应力—应变关系，而要用变形模量。混凝土的变形模量有三种形式：原点弹性模量（弹性模量）、割线模量、切线模量。αα1εσεcεeεpσcOεc=εe+εp原点切线α0割线切线KEc=tanα0=σc/εe

εc=εe+εpEc´=tanα1=σc/εc

混凝土的变形二、混凝土的弹性模量根据不同等级混凝土弹性模量试验值的统计分析，得出了弹性模量计算的经验公式为：

混凝土的