第二章混凝土结构材料的物理力学性能.pptx
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1、混凝土的强度混凝土的强度1 1、混凝土强度等级、混凝土强度等级 混混凝凝土土结结构构中中,主主要要是是利利用用它它的的抗抗压压强强度度。因因此此抗抗压压强强度度是是混混凝凝土力学性能中最主要和最基本的指标。土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的。混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的。混混凝凝土土强强度度等等级级:边边长长150mm150mm立立方方体体标标准准试试件件,在在标标准准条条件件下下(203203,95%95%湿湿度度)养养护护2828天天,用用标标准准试试验验方方法法(加加载载速速度度0.150.3N/mm0.150.3N/mm2 2/sec/sec
2、,两两端端不不涂涂润润滑滑剂剂)测测得得的的具具有有95%95%保保证证率率的的立立方方体体抗压强度,用符号抗压强度,用符号C C表示,表示,C30C30表示表示 f fcu,kcu,k=30N/mm=30N/mm2 2 第1页/共54页非标准试块强度换算系数:200mm200mm200mm:1.05;100mm100mm100mm:0.95。612圆柱体:1.20 (1=2.54cm)612棱柱体:1.32分级:C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80 (高强混凝土),共14个等级 CConcrete,单位:N/mm2或M
3、Pa与原规范GBJ10-89相比,混凝土强度等级范围由C60提高到C80,C50以上为高强混凝土。第2页/共54页混凝土立方体抗压强度不仅与混凝土试件的大小和形状有关,还与试验方法、加载速度等有关。加载速度 加载速度越快,测得的强度越高。通常规定加载速度为:或=C30时,取每秒0.50.8N/mm2第3页/共54页立方体抗压强度的试验尺寸效应尺寸效应及及摩擦力摩擦力的影响的影响美国、日本、加拿大等国家,采用圆柱体(直径150mm,高300 mm)标准试件测定的抗压强度来划分强度等级,符号记为 fc。圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为第4页/共54页第5页/共54页立方体抗压强度的换
4、算关系立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的受力状态,只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准(制作、测试方便)100mm立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系小于C50的混凝土,修正系数m m=0.95。随混凝土强度的提高,修正系数m m 值有所降低。当fcu100=100N/mm2时,换算系数m m 约为0.9第6页/共54页轴心抗压强度轴心抗压强度采用棱柱体试件测定,用符号fc表示,它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为h/b=34,我国通常取150mm150mm450mm的棱柱体试件,也常用100100300试件。第7页/共54页棱柱
5、体抗压强度的试验方法第8页/共54页立方抗压与轴心抗压强度的关系规范规范对小于对小于C50C50级的混凝土取级的混凝土取k k=0.76=0.76,对,对C80C80取取k k=0.82=0.82,其间按线性插值。,其间按线性插值。对于同一混凝土,对于同一混凝土,棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。第9页/共54页轴心抗拉强度也是混凝土的基本力学性能,用符也是混凝土的基本力学性能,用符号号 f ft t 表示。表示。混凝土构件开裂、裂缝、变形,以混凝土构件开裂、裂缝、变形,以及受剪、受扭、受冲切等的承载力及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。均与抗拉强度
6、有关。第10页/共54页拉压压劈拉试验aPP由于轴心受拉试验对中困难,也常常采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度。第11页/共54页轴心抗拉与立方抗压强度的关系第12页/共54页混凝土强度标准值规范规定材料强度的标准值 fk 应具有不小于95%的保证率立方体强度标准值即为混凝土强度等级立方体强度标准值即为混凝土强度等级f fcucu。规范规范在确在确定混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值时,假定它定混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值时,假定它们的变异系数与立方体强度的变异系数相同,利用与立方们的变异系数与立方体强度的变异系数相同,利用与立方体强度平均值的换算关系,便可按上式计算
7、得到。体强度平均值的换算关系,便可按上式计算得到。同时,同时,规范规范考虑到试件与实际结构的差异以及高强混凝土的脆性特征,考虑到试件与实际结构的差异以及高强混凝土的脆性特征,对轴心抗压强度和轴心抗拉强度,还采用了以下两个折减系数:对轴心抗压强度和轴心抗拉强度,还采用了以下两个折减系数:结构中混凝土强度与混凝土试件强度的比值,取结构中混凝土强度与混凝土试件强度的比值,取0.880.88;脆性折减系数,对脆性折减系数,对C40C40取取1.01.0,对,对C80C80取取0.870.87,中间按线性规律变化,中间按线性规律变化第13页/共54页例 fcu=30MPa,d d=0.12,fcu,m=
8、fcu/(1-1.645d d)fc,m=0.76fcu,m fc,k=fc,m(1-1.645d d)0.881.0 =0.76fcu0.88 1.0=20.06MPa第14页/共54页混凝土的变形单轴(单调)受压应力-应变关系Stress-strain Relationship 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,也是利用计算机进行非线性分析的基础。混凝土单轴受压应力-应变关系曲线,常采用棱柱体试件来测定。在普通试验机上采用等应力速度加载,达到轴心抗压强度fc时,试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能
9、吸收的应变能,会导致试件产生突然脆性破坏,只能测得应力-应变曲线的上升段。采用等应变速度加载,或在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压,以吸收试验机内集聚的应变能,可以测得应力-应变曲线的下降段。第15页/共54页混凝土的破坏机理A点以前,微裂缝没有明显发展,混凝土的变形主要弹性变形,应力应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度的提高而增加,对普通强度混凝土s sA A约为 (0.30.4)fc,对高强混凝土s sA A可达(0.50.7)fc 到达B点以后,混凝土产生部分塑性变形,应力应变逐渐偏离直线。B点时的裂缝发展已不稳定,试件的横向变形突然增大,常取s sB B作为混凝土的长期抗压强度;普
10、通强度混凝土s sB B约为0.8 fc,高强混凝土s sB B可达0.95 fc 到达C点时,内部微裂缝连通形成破坏面,试件承载力开始减小而进入下降段。B点时的应力称为峰值应力,即为混凝土棱柱体抗压强度;相应的纵向压应变称为峰值应变,约为0.002。继续发展至D点时,破坏面初步形成。E点以后,纵向裂缝形成一个斜向的破坏面,此破坏面在正应力和剪应力的作用下形成破坏带。此时试件的强度由破坏面上骨料间的摩阻力提供。随着应变进一步发展,摩阻力不断下降,试件的残余强度约为0.10.4 fc第16页/共54页由上述混凝土的破坏机理可知,微裂缝的发展导致横向变形的增由上述混凝土的破坏机理可知,微裂缝的发展
11、导致横向变形的增大。大。对横向变形加以约束对横向变形加以约束,就可以限制微裂缝的发展,从而可提,就可以限制微裂缝的发展,从而可提高混凝土的抗压强度。高混凝土的抗压强度。约束混凝土可以提高混凝土的强度,约束混凝土可以提高混凝土的强度,但更值得注意的但更值得注意的是可以提高混凝土的变形能力是可以提高混凝土的变形能力,这一点对于抗震结构,这一点对于抗震结构非常重要。非常重要。第17页/共54页若采用无量纲坐标x=e e/e e0,y=s s/fc,则混凝土应力-应变全曲线的几何特征必须满足:第18页/共54页 清华大学清华大学过镇海提出的应力-应变全曲线表达式 a=Ec/E0,Ec为初始弹性模量;E
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