混凝土結構設計所以然一、混凝土的配置強度如何確定？根據《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)第4.1.1條：混凝土強度等級應按立方體抗壓強度標準值確定。立方體抗壓強度標準值系指按標準方法制作、養護的邊長為150mmX150mm的立方體試件，在28d或者設計規定齡期以標準試驗方法測得的具體有95%保證率的抗壓強度值。構件具體制作詳細過程見規范《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T50081-2002)。根據《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)條文說明第4.1.1條：按混凝土強度總體分布的平均值減去1.645倍的標準差的原則確定。用公式表示，即：f,fjjL64%f,15(1.64於fc)式中：fcu,k——混凝土立方體抗壓強度標準值，即混凝土強度等級值(N/mm2)；Mfcu,15——混凝土立方體(邊長150mm)抗壓強度總體分布的平均值；Zfcu——混凝土立方體抗壓強度的標準差；5fcu——混凝土立方體抗壓強度的變異系數。二、為什么要引入標準差？標準差(StandardDeviation)是一組數值自平均值分散開來的程度的一種測量觀念。一個較大的標準差，代表大部分的數值和其平均值之間差異較大；一個較小的標準差，代表這些數值較接近平均值。比如：混凝土強度試驗值。離散程度最常用的一種量化形式，是表示精密確的最要指標。由于檢測方法總是有誤差的，所以檢測值并不是其真實值。但是真實值是多少，不得而知。為了保證每批實驗結果的準確可靠，量化檢測方法的準確性，必須引入評價試驗離散度的概念。雖然樣本的真實值是不可能知道的，但是每個樣本總是會有一個真實值的，不管它究竟是多少。可以想象，一個好的檢測方法，基檢測值應該很緊密的分散在真實值周圍。如何不緊密，那距真實值的就會大，準確性當然也就不好了，不可能想象離散度大的方法，會測出準確的結果。因此，離散度是評價方法的好壞的最重要也是最基本的指標。至于1.645是怎么來的，這玩意要涉及到統計學概率論，我也不是很懂這鬼東西。反正是根據混凝土試驗正態分布圖，分布曲線中心兩側95%的概率區域對應的橫坐標剛好是正負1.645個標準差，意思就是要保證該試配強度的混凝土的強度保證率為95%，充分地保證了結構物的安全。具體怎么計算，我不懂。三、混凝土抗壓強度標準值的由來？按照混凝土抗壓強度理論值，混凝土的標號應該是其強度標準值，然而，實際上并非如此。例如：C30混凝土，其抗壓強度標準值應該是30N/mm2,但根據《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)表4.1.3-1所對應的抗壓強度標準值為fck=20.1N/mm2，這又是為什么？這個就要涉及到棱柱體抗壓強度標準值與立方體抗壓強度標準值的換算關系，脆性折減系數，混凝土構件強度修正系數。即，混凝土立方體抗壓強度標準值的關系如下所示：棱柱體抗壓強度標準值fck與立方體抗壓強度標準值的換算關fck=0.88XaclXac2Xfcu,k其中：acl為棱柱體強度與立方體強度之比C50及以下：ac1=0.76C80：ac1=0.82兩者之間用內插法確定其值ac2為高強度混凝土的脆性折減系數C40及以下：ac2=1.00C80：ac2=0.87兩者之間用內插法確定其值既然如此，為什么不直接使用混凝土棱柱體抗壓強度這個力學指標，作為混凝土抗壓強度標準值呢？為什么還要考慮立方體抗壓強度標準值？這算是多此一舉嗎？首先，受壓是表面有摩擦力，約束混凝土的側向發展，使得此壓力稍大于彼壓力，這是立方體試件強度高的原因之一；混凝土是含有缺陷的不均質材料，內部缺陷是強度的薄弱點，缺陷的數量和缺陷嚴重程度決定強度高低。棱柱體試件長，總體積相對大，內部缺陷的數量就會多，強度相對就低。其次，150mm立方體的試塊是標準試塊，它只能代表混凝土的強度等級，即用來評定混凝土強度等級。畢竟棱柱體試件存在內部缺陷，不能真實反映出混凝土的實際強度等級，所以立方體試塊必不可缺。而而實際的工程中很多構件是圓柱型或方型的，且都屬于長構件，那么它不僅僅要求混凝土的強度達到要求，還有其它方面的要求，例如：抗折強度，軸心抗壓強度、抗滲性等。而150mmX150mmX300mm的試件就是對其它方面檢測的一個試件尺寸要求，如果是作為構件設計值使用，采用棱柱體抗壓強度，也叫軸心抗壓強度，150mmX150mmX300mm,因為這個棱柱體比較符合實際的梁、柱等形狀，因此采用棱柱體試件比立方體試件能更好地反映混凝土的實際受壓情況。為什么還要考慮混凝土脆性折減系數？這個要從高強混凝土的特性說起，與普通混凝土相比，高強混凝土的彈性極限、與峰值應力對應的應變值、荷載長期作用下的強度以及與鋼筋的粘結強度等均比較高。但高強混凝土在達到峰值應力以后，應力一應變曲線下降很快，表現出很大的脆性，其極限應變也比普通混凝土低。應該還有其他因素，只不過，我并沒有在實際工程中接觸過高強混凝土，對這個不是很了解。混凝土構件強度修正系數是啥玩意？為什么要考慮？根據《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)條文說明第4.1.3條第一款：考慮到結構中的混凝土實體強度與立方體試件混凝土強度之間的差異，根據以往經驗，結合試驗數據分析并參考其他國家的有關規定，對試件混凝土強度的修正系數取為0.88。通過查閱資料，有些資料給予的解釋是：考慮實際構件與試件混凝土之間的差異，引入修正系數。即實際結構中混凝土的制備、構件尺寸、混凝土成型和養護方法、加荷方式及受力情況與棱柱體試件之間存在的差異。下面引用《混凝土構件強度修正系數0.88是考慮受力狀態對混凝土強度的影響》論文對此解釋。實際上是試件混凝土強度與結構混凝土強度差異的問題。造成這種差異的因素可以分成兩大類，其一為兩者受力狀態的差異，其二為兩者質量上的差異。混凝土的長期強度比短期強度低的特性，是對同等質量的混凝土而言的，既適用于標養混凝土，也適用于非標養混凝土。按標準試驗方法進行試件混凝土強度測定時，加荷速度較快，長期強度問題顯現不出來。顯然，應該對試件混凝土強度進行修正后才能用于結構混凝土。尺寸對混凝土的強度也有影響，試件尺寸大，混凝土的強度低。大量的試驗表明，在混凝土質量相同時，200mm立方體混凝土試件的抗壓強度要低于150mm和100mm立方體混凝土試件的抗壓強度。如果以200mm立方體混凝土試件的抗壓強度為1.00，相同質量的150mm立方體混凝土試件的抗壓強度約為1.05,100mm立方體混凝土試件的抗壓強度約為1.10在確定混凝土強度時所使用試件的截面尺寸不大于200mm而結構構件的尺寸大于此值較多。因此，即使結構中混凝土的質量與試件混凝土的質量完全相同，結構混凝土的強度也要低于試件混凝土的強度。顯然，應該對按標準試驗方法得到的試件混凝土強度進行適當的調整才能適合結構混凝土的情況。在確定設計使用的結構混凝土抗壓和抗拉強度標準值時，考慮結構混凝土與試件混凝土受力狀態的差異，取0.88的系數是合適的。應該強調指出的是，0.88不是混凝土結構設計規范預留的安全儲備，而是結構混凝土實際強度情況的體現。考慮此系數后所得到的強度標準值與其他國家相應規范給出的強度特征值也是比較接近的。四、混凝土抗壓強度設計值又是什么？根據《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)條文說明第4.1.4條:混凝土強度設計值由強度標準值除混凝土材料分項系數Yc確定。混凝土的材料分項系數取1.40。至于材料分項系數1.40如何得來的，應該是根據材料性能的離散程度確定的，一般認為，混凝土材料的實際也是強度是離散分布的。為了考慮材料性能不確定離散性而采用1.4的混凝土材料分項系數。你可以將材料分項系數1.40理解為，對材料性能不確定性的進一步計算保證。至于材料分項系數1.40是推導的，這鬼東西涉及到統計學，我不懂！五、標準值和設計值的作用？標準值：正常使用極限狀態計算時采用；變形驗算；拉應力驗算；裂縫寬度驗算；豎向自振頻率驗算。設計值：承載力極限狀態計算時采用構件承載力(包括失穩)計算；構