第2章混凝土结构的研究.docxVIP

第2章混凝土结构材料的物理力学性能教学要求：理解混凝土单轴向受压的应力---应变曲线及其应用；了解混凝土和钢筋的主要力学指标，性能和工程应用；理解钢筋与混凝土粘结的重要性和机理，知道钢筋锚固的要求。2.1 混凝土的物理力学性能2.1.1 单轴向应力状态下的混凝土强度虽然实际工程中的混凝土结构和构件一般处于复合应力状态，但是单轴向受力状态下混凝土的强度是复合应力状态下强度的基础和重要参数。混凝土试件的大小和形状、试验方法和加载速率都影响混凝土强度的试验结果，因此各国对各种单轴向受力下的混凝土强度都规定了统一的标准试验方法。1 混凝土的抗压强度(1) 混凝土的立方体抗压强度fcu,k和强度等级立方体试件的强度比较稳定，所以我国把立方体强度值作为混凝土强度的基本指标，并把立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级的标准。我国《混凝土结构设计规范》规定以边长为150mm的立方体为标准试件，标准立方体试件在(20±3)℃的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为“N/mm2”。《混凝土结构设计规范》规定的混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定，用符号fcu.k表示，下标cu表示立方体，k表示标准值（注意，混凝土的立方体抗压强度是没有设计值的）。即用上述标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度作为混凝土的强度等级。《混凝土结构设计规范》规定的混凝土强度等级有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，共14个等级。例如，C30表示立方体抗压强度标准值为30N/mm2。其中，C50～C80属高强度混凝土范畴。《混凝土结构设计规范》规定，钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；采用强度等级400Mpa及以上钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40,且不应低于C30.实验方法对混凝土立方体抗压强度有较大影响。试件在试验机上单轴受压时，竖向缩短，横向扩张，由于压力机垫板的横向变形远小于混凝土的横向变形，所以垫板九通过接触面上的摩擦力来约束混凝土试块的横向变形，就像在试件上，下端各加了一个套箍，致使混凝土破坏时形成两个对顶的角锥形破坏面，见图2-1（a）,抗压强度比没有约束的情况要高。如果在试件上下表面涂一些润滑剂，这时试件与压力机垫板间的摩擦力将大大减小，其横向变形几乎不受约束，受压时没有“套箍作用”的影响，试件将沿着平行于力的作用方向产生几条裂缝而破坏，测得的抗压强度较低，见图2-1（b）我国规定的标准实验方法是不涂润滑剂的。加载速度对立方体抗压强度也有影响，加载速度越快，测得的强度越高。通常规定加载速度为：混凝土强图2-1 混凝土立方体试块的破坏情况度等级低于C30时，取每秒钟（0.3~0.5）N/mm2;混凝（a）不涂润滑剂；(b) 涂润滑剂土强度等级高于或等于C30时，取每秒（0.5~0.8）N/mm2.(2) 混凝土的轴心抗压强度混凝土的抗压强度与试件的形状有关,采用棱柱体比立方体能更好地反映混凝土结构的实际抗压能力。用混凝土棱柱体试件测得的抗压强度称为轴心抗压强度。图2-2 混凝土棱柱体抗压试验和破坏情况我国《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081—2002)规定以150mm×150mm×300mm的棱柱体作为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件。棱柱体试件与立方体试件的制作条件相同，试件上，下表面不涂润滑剂。棱柱体的抗压实验及试件破坏情况如图2-2所示。由于棱柱体试件的高度越大，试验机压板与试件之间的摩擦力对试件高度中部的横向变形的约束影响最小，所以棱柱体试件的抗压强度都比立方体的抗压强度值小，并且棱柱体高宽比越大，强度越小。但是，当高宽比达到一定值后，这种影响就不明显了。在确定棱柱体试件尺寸时，一方面要考虑到试件具有足够的高度以不受试验机压板与试件承压面间摩擦力的影响，在试件的中间区段形成纯压状态，同时也要考虑到避免试件过高，在破坏前产生较大的附加偏心而降低抗压强度。根据资料，一般试件的高宽比为2-3时，可以基本消除上述两种因素的影响。《混凝土结构设计规范》规定以上述棱柱体试件试验测得的具有95%保证率的抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值，用符号fck表示，下标c表示受压，k表示标准值。图2-3是根据我国所做的混凝土棱柱体和立方体抗压强度对比实验的结果。由图可以看到，试验值fck0与fcu.k0的统计平均值大致呈一条直线，他们的比值大致在0.70~0.92的范围内变化，强度大的比值大些，这里的上标0表示是试验值。图2-3 混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况等方面与试件的差别，实际构件