规范中的混凝土抗压强度指标

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,规范中的混凝土抗压强度指标,混凝土结构设计规范,GB 50010-2002,9/10/2024,1,材料强度的统计分析,有很多因素影响着混凝土的抗压强度。实际上混凝土抗压强度值必有较大的离散度，且有一定的随机性。,因此在设计规范中，为了制定全国统一的混凝土强度指标值只能采用概率统计的数学方法进行分析，方法简介如下。,9/10/2024,2,常用的几个统计特征值,平均值：,标准（均方）差：,变异系数：,后两者反映全部数据与平均值的离散程度。,(A-1),(A-2),(A-3),9/10/2024,3,确定混凝土强度实例,现以一组实例加以说明。,某混凝土制品厂生产的,C30,混凝土，在一个季度内共制作,n,209,组立方体试件，测得每组抗压强度为,X,i,（,i,=1,n,）。,现将全部数据按照强度分段,(,如,f,cu,20-22,、,22-24,、,),统计各段的试件组数,n,i,(,称为频数,),，分别作为横坐标、纵坐标来绘制强度分布的直方图，见图,A-1,。,各矩形的纵坐标总和为,n,。若纵坐标改为以频率,(,n,i,/,n,),表示，则各矩形的纵坐标的总和必为,1,。,9/10/2024,4,立方体抗压强度的统计分布图,图,A-1,直方图,9/10/2024,5,立方体抗压强度的统计分布图,经过统计分析，认为混凝土抗压强度可近似地取为正态分布，如图,A-2,所示。,如果曲线下的总面积取为,1,，则平均值,两侧的面积各为,50,。,如果以,-1.645, =,(1-1.645,),为界 则左右面积各为,5,和,95,。,图,A-2,正态分布,概率分布函数为：,9/10/2024,6,混凝土强度的保证率,按上述统计规律可得相应的结论：,如果强度值取平均值,34.42N/mm,2,，则可保证,50,试件的强度超过此值。,如果强度值取为,34.42,1.645,4.67=26.74N/mm,2,时，就可保证,95,试件的强度超过此值，或称强度保证率为,95,。,应用上述统计特征值，规范规定：立方体抗压强度标准值,f,cu,k,即为在,28,天龄期用标准方法测得的、具有,95,保证率的抗压强度为：,(A-4),9/10/2024,7,混凝土强度的保证率,其中对于抗压强度平均值,f,cu,m,和变异系数,，我国按照上述统计方法，选定了全国有代表性的,10,个省、市、自治区，由这些地区的混凝土强度进行统计分析得出，现将结果列于下页表,A-1,（部分数据来自规范条文说明）。,强度等级,C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80,f,cu,k,（,N/mm,2,）,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70,75,80,0.21,0.18,0.16,0.14,0.13,0.12,0.11,0.10,f,cu,m,（,N/mm,2,）,22.9,28.4,33.9,39.0,44.5,49.8,56.1,61.1,67.2,71.8,77.8,83.8,89.8,95.8,c1,0.76,0.77,0.78,0.79,0.80,0.81,0.82,c2,1.0,0.984,0.968,0.951,0.935,0.919,0.903,0.886,0.870,f,ck,（,N/mm,2,）,10.0,13.4,16.7,20.1,23.4,26.8,29.6,32.4,35.5,38.5,41.5,44.5,47.4,50.2,f,c,（,N/mm,2,）,7.2,9.6,11.9,14.3,16.7,19.1,21.1,23.1,25.3,27.5,29.7,31.8,33.8,35.9,f,cm,（,N/mm,2,）,15.3,19.0,22.7,26.1,29.8,33.3,36.9,39.5,43.3,46.1,49.7,53.3,56.7,60.1,9/10/2024,8,关于表,A-1,中数据的说明,我国规范规定：对用于结构设计的混凝土强度应按试件混凝土的强度加以修正，取修正系数为,0.88,。,令棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值为：,对于普通混凝土（,C50,），取,c1,0.76,；,对于高强混凝土,C80,取,c1,0.82,；,介于,C50,C80,之间按线性插值。,(A-5),9/10/2024,9,关于表,A-1,中数据的说明,由于高强混凝土性质较脆，为保证结构安全，规范中引入了脆性折减系数,c2,。,对于普通混凝土（,C40,），取,c2,1.0,；,对于高强混凝土,C80,取,c1,0.87,；,介于,C40,C80,之间按线性插值。,综合上面规定，混凝土轴心抗压强度标准值为：,(A-6),9/10/2024,10,关于表,A-1,中数据的说明,考虑材料分项系数后，其设计值为：,进行结构和构件的分析或承载力验算时，需要用到混凝土轴心抗压强度平均值,f,cm,的情况，参照立方体强度标准值与平均值的关系式得：,(A-7),(A-8),9/10/2024,11,规范中的曲线方程和参数,混凝土结构设计规范,附录,C,9/10/2024,12,用于非线性分析,混凝土结构设计规范,附录,C,中建议采用的混凝土单轴受压应力应变全曲线方程（即教材中式,(1-6),）为：,上升段（,x,1,）,：,下降段（,x,1,）：,但是式中的坐标改为：,与 相应的峰值应变,混凝土的单轴抗压强度（,f,ck,、,f,c,、,f,cm,）,(C-1),(C-2),9/10/2024,13,应力应变曲线的参数,峰值应变,c,按下式计算：,上升段和下降段曲线参数，根据国内外大量的试验数据，经过统计分析后得到下列建议公式：,(C-3),(C-4),(C-5),9/10/2024,14,应力应变曲线的参数,峰值应变,c,，上升段曲线参数,a,和下降段曲线参数,d,按上述公式计算列于下表（规范中表,C.2.1,）：,其中，,u,为应力应变曲线下降段上应力等于,0.5,f,c,*,时的混凝土压应变（见图,C.2.1,），由下降段曲线求得：,f,c,*,（,N/mm,2,）,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60,c,（,10,-6,）,1370,1470,1560,1640,1720,1790,1850,1920,1980,2030,a,2.21,2.15,2.09,2.03,1.96,1.90,1.84,1.78,1.71,1.65,d,0.41,0.74,1.06,1.36,1.65,1.94,2.21,2.48,2.74,3.00,u,/,c,4.2,3.0,2.6,2.3,2.1,2.0,1.9,1.9,1.8,1.8,(C-6),9/10/2024,15,混凝土单轴受压应力应变曲线,规范附录,C,中单轴受压应力应变曲线如图。,9/10/2024,16,应用说明,规范附录,C,为新增内容，专门用于混凝土结构的非线性分析和二维、三维结构的承载能力验算。,附录,C,明确指出，上述公式的适用条件是：混凝土强度等级,C15,C80,，质量密度（,2200,2400,）,kg/m3,，正常温度、湿度环境和加载速度等。当结构或构件的受力状态或环境条件不符合此要求时，例如混凝土受有横向和纵向应变梯度、箍筋约束作用、重复加卸载、持续荷载或快速加载，高温作用等因素的影响时，应对曲线参数进行修正。,9/10/2024,17,构件正截面承载力计算,混凝土结构设计规范,中第,7.1.2,条规定的混凝土受压应力应变关系曲线方程,9/10/2024,18,用于构件正截面承载力计算,1.,受压应力应变曲线,混凝土结构设计规范,中第,7.1.2,条规定了混凝土受压应力应变关系曲线方程：,c,0,0,c,cu,c,=,f,c,(B-1),9/10/2024,19,无量纲表达的受压应力应变曲线,如果取无量纲坐标：,则曲线方程可改写为：,x,1,y,1-(1-,x,),n,1,x,cu,/,0,y,1,（注：所用记号与规范一致）,(B-2),(B-3),9/10/2024,20,受压应力应变曲线的参数,上式中各参数随混凝土立方强度标准值,f,cu,k,而变化，计算式如下：,其中,cu,为构件正截面边缘的最大极限应变。,2.0,0.002,0.0033,(B-4),9/10/2024,21,受压应力应变曲线的参数,按照上式,(B-4),计算得的不同强度等级混凝土的受压应力应变参数如下表,B-1,：,各理论曲线见下页图,B-1,。,强度等级,C15-50,C55,C60,C65,C70,C75,C80,f,cu,k,(N/mm,2,),15-50,55,60,65,70,75,80,n,2.0,1.917,1.833,1.750,1.667,1.583,1.50,0,(10,-3,),2.0,2.025,2.050,2.075,2.100,2.125,2.15,cu,(10,-3,),3.3,3.25,3.20,3.15,3.10,3.05,3.00,9/10/2024,22,用于承载力计算的理论曲线,不同混凝土强度等级的理论曲线。,图,B-1,9/10/2024,23,两种应力应变曲线对比,计算正截面承载力所采用的受压应力应变曲线与棱柱体受压应力应变曲线存在着显著的差异：,下降段不同。前者混凝土达到,f,c,后保持应力不变，始终不出现下降段，直到应变达到,cu,。,与抗压强度相应的压应变值,0,均大于棱柱体的受压峰值应变值。,9/10/2024,24,两种应力应变曲线对比,上升段曲线的形状稍有不同。参数,n,和,a,具有相同的几何意义：,即同为曲线的初始斜率。,当,n,a,2,时，二者曲线方程相同：,y,2,x,-,x,2,而当,n,a,2,时，二者有差别，但是差别不是很大。,(B-5),(B-6),9/10/2024,25,两种应力应变曲线对比,如,n,a,1.5,时，二者差别如图,B-2,。,C15-C80,混凝土的,n,值范围为,2,1.5,。,图,B-2,9/10/2024,26,两种应力应变曲线对比,上述差别说明：,计算正截面承载力所采用的应力应变曲线更加丰满、峰值应变更大、曲线下面积更大。这实际上是考虑了实际工程中的结构构件一般具有应变梯度、箍筋约束、龄期较长等有利因素，因而计算结果符合更好。但是并不适用于受力全过程的非线性分析。,9/10/2024,27,等效矩形应力图及其参数,现以偏心受压构件（）为例说明等效矩形应力图的等效条件和参数值的确定。,规范假定：截面应变保持平面，不考虑混凝土受拉作用。,（,a,）应变分布,（,b,）压应力分布,（,c,）等效举行应力图,图,B-3,9/10/2024,28,等效矩形应力图的等效条件,等效矩形应力图的等效条件为：和曲线应力图形的面积相等，重心位置相同。,设矩形的底边长为,x,=,1,x,u,，高度为,1,f,c,，则等效条件为：,其中,1,、,1,为等效矩形,应力图的图形系数。,(B-7),(B-8),图,B-3c,9/10/2024,29,构件截面受压区应力图,现以,C15C50,混凝土为例。混凝土受压应力应变曲线参数为（表,B-1,）：,n,=2,，,0,=0.002,，,cu,=0.0033,将构件截面受压区单独取出作图（见下页图,B-4,）。,有图可见，受压区全长为,x,u,，曲线部分长度为：,则直线部分长度为：,0.394,x,u,。,9/10/2024,30,构件截面受压区应力图,图,B-4,构件截面受压区应力图,9/10/2024,31,构件截面受压区应力图,如图,B-4,所示，总应力图形面积有两部分组成，即曲线部分面积为,A,1,和直线部分面积,A,2,组成。,直线部分,面积,A,2,容易得到,：,A,2,0.394,x,u,f,c,曲线部分面积,A,1,可由积分法求得，具体方法如下。,先求出应力应变曲线下的面积和重心位置，然后再推求截面应力图的面积和重心。,(B-9),9/10/2024,32,构件截面受压区应力图,已知应力应变曲线：,0,x,1,y,1-(1-,x,),n,曲线部分面积为：,曲线部分面积重心位置：,(B-3),(B-10),(B-11),9/10/2024,33,构件截面受压区应力图,曲线部分面积为：,这样，总应力图面积为：,总应力图的重心为：,(B-12),(B-13),(B-14),9/10/2024,34,构件截面受压区应力图,把式,(B-13)(B-14),代入式,(B-7)(B-8),，并求解 得：,1,0.969,，,1,x,/,x,u,0.824,，,1,1,0.789,对于,C80,混凝土，其受压应力应变曲线的参数分别为,(,见表,B-1),：,n,=1.5,，,0,=0.00215,，,cu,=0.003,。按同样方法得：,1,0.935,，,1,x,/,x,u,0.762,，,1,1,0.713,其余,C55,C75,混凝土的图形系数值必在其间。,(B-15),(B-16),9/10/2024,35,构件截面受压区应力图,在,混凝土结构设计规范,条文说明中指出，为了简化计算，将,C15,和,C80,的两组图形系数取整，其间按线性内插法确定。,最终给出的构件截面等效应力图形的图形系数如表,B-2,。,强度等级,C15-50,C55,C60,C65,C70,C75,C80,1,1.00,0.99,0.98,0.97,0.96,0.95,0.94,1,0.80,0.79,0.78,0.77,0.76,0.75,0.74,1,1,0.80,0.782,0.764,0.747,0.730,0.713,0.696,9/10/2024,36,9/10/2024,37,