[工學(xué)]高等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)-02混凝土的力學(xué)性能-wenkub
2023-04-26 22:13:15 本頁面
【正文】 觀應(yīng)力場 。 此收縮變形差使粗骨料受壓 ， 砂 漿 受拉 。 澆注方向 N N 澆注方向 N N ≤ 混凝土的材料組成和構(gòu)造決定其 4個基本受力特點(diǎn) : 1． 復(fù)雜的微觀內(nèi)應(yīng)力 、 變形和裂縫狀態(tài) 將一塊混凝土按比例放大 ， 可以看作是 由粗骨料和硬化水泥砂漿等兩種主要材料構(gòu)成的不規(guī)則的三維實(shí)體結(jié)構(gòu) ， 且具有非勻質(zhì) 、 非線性和不連續(xù)的性質(zhì) 。 當(dāng)混凝土承受不同方向 （ 即平行 、 垂直或傾斜于混凝土的澆注方向 ） 的應(yīng)力時 ， 其強(qiáng)度和變形值有所不同 。 由于混凝土材料的非均勻微構(gòu)造 、 局部缺陷和離散性較大而極難獲得精確的計(jì)算結(jié)果 。 塑性變形： 在外力作用下由凝膠、孔隙、微裂縫產(chǎn)生。 第 1章 基本力學(xué)性能 第一節(jié) 混凝土的變形及破壞機(jī)理 一 . 材料的組成和內(nèi)部構(gòu)造 通常把混凝土的結(jié)構(gòu)分為三種類型： Ａ .微觀結(jié)構(gòu)： 也即水泥石結(jié)構(gòu)，包括水泥凝膠、晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成。 作 用：作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主體，一是自身承擔(dān)較的大的荷載；二是容納和維護(hù)各種構(gòu)造的鋼筋，組成合理的組合性結(jié)構(gòu)材料。 特 點(diǎn)：非彈性、非線性、非勻質(zhì)材料，較大離散性。 Ｂ .亞微觀結(jié)構(gòu)： 即混凝土中的水泥砂漿結(jié)構(gòu)。 破壞起源： 孔隙、微裂縫等原因造成。 因此 ， 主要討論混凝土結(jié)構(gòu)的宏觀力學(xué)反應(yīng) ， 即混凝土結(jié)構(gòu)在一定尺度范圍內(nèi)的平均值 。 例如對混凝土立方體試件 ， 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法規(guī)定沿垂直澆注方向加載以測定抗壓強(qiáng)度 ， 其值略低于沿平行澆注方向加載的數(shù)值 。 混凝土在承受荷載 （ 應(yīng)力 ） 之前 ， 就已經(jīng)存在復(fù)雜的微觀應(yīng)力 、 應(yīng)變和裂縫 ， 受力后更有劇烈的變化。 這些應(yīng)力場在截面上的合力為零 ， 但局部應(yīng)力可能很大 ， 以至在骨料界面產(chǎn)生微裂縫 。 在應(yīng)力的長期作用下 ， 水泥砂漿和粗骨料的徐變差使混凝土內(nèi)部發(fā)生應(yīng)力重分布 ， 粗骨料將承受更大的壓應(yīng)力 。 2. 變形的多元組成 從砼的組成和構(gòu)造特點(diǎn)分析 ， 其變形值由 3部分組成： ⑴ 骨料的彈性變形 占混凝土體積絕大部分的石子和砂 ， 本身的強(qiáng)度和彈性模量值均比其組成的混凝土高出許多 。 ⑶ 裂縫的形成和擴(kuò)展 在拉應(yīng)力作用下 ， 混凝土沿應(yīng)力的垂直方向發(fā)生裂縫 。 不同原材料和組成的混凝土，在不同的應(yīng)力水平下，這三部分變形所占比例有很大變化。 兩者的破壞形態(tài)也有根本區(qū)別 。 混凝土周圍的環(huán)境條件既影響其成熟度的發(fā)展過程 ， 又與混凝土材料發(fā)生物理的和化學(xué)的作用 ， 對其性能產(chǎn)生有利的或不利的影響 。 所以 ， 從結(jié)構(gòu)工程的觀點(diǎn)出發(fā) ， 將一定尺度 ， （ 例如 ≥70mm或 3～ 4倍粗骨料粒徑 ） 的混凝土體積作為單元 ， 看成是連續(xù)的 、勻質(zhì)的和等向的材料 ， 取其平均的強(qiáng)度 、 變形值和宏觀的破壞形態(tài)等作為研究的標(biāo)準(zhǔn) ， 可以有相對穩(wěn)定的力學(xué)性能 ． 并且用同樣尺度的標(biāo)準(zhǔn)試件測定各項(xiàng)性能指標(biāo) 。現(xiàn)在已經(jīng)可以比較容易地獲得混凝土受壓和受拉的應(yīng)力 應(yīng)變?nèi)€，還可采用超聲波檢測儀、 x光攝影儀、電子顯微鏡等多種精密側(cè)試儀器，對混凝土的微觀構(gòu)造在受力過程中的變化情況加以詳盡的研究。 試驗(yàn)證實(shí)了混凝土在受力前就存在初始微裂縫 ， 都出現(xiàn)在較大粗骨料的界面 ． 開始受力后直到極限荷載 ， 混凝土內(nèi)的微裂縫逐漸增多和擴(kuò)展 ， 可以分作 3個階段： 粘結(jié)裂縫 σ=0 用 X光觀測的混凝土單軸受壓的裂縫過程 (σ/σmax～ ) 這時混凝土的壓應(yīng)力較小 ， 雖然有些微裂縫的尖端因應(yīng)力集中而沿界面略有發(fā)展 ， 也有些微裂縫和間隙因受壓而有些閉合， 對混凝土的宏觀變形性能無明顯變化 。 但是 ， 當(dāng)荷載不再增大 ， 微裂縫的發(fā)展亦將停滯 ， 裂縫形態(tài)保持基本穩(wěn)定 。 若混凝土中部分粗骨料的強(qiáng)度較低 ， 或有節(jié)理和缺陷 ， 也可能在高應(yīng)力下發(fā)生骨料劈裂 。 混凝土的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于粗骨料本身的強(qiáng)度 ， 當(dāng)混凝土破壞后 ，其中的粗骨料一般無破損的跡象 ， 裂縫和破碎都發(fā)生在水泥砂漿內(nèi)部 。 A點(diǎn)應(yīng)力隨混凝土強(qiáng)度的提高而增加，對普通強(qiáng)度混凝土 sA約為 (~)fc ，對高強(qiáng)混凝土 sA可達(dá) (~)fc。 典型的砼受壓應(yīng)力 應(yīng)變曲線 隨應(yīng)變增長，試件上相繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向裂縫，橫向變形急劇發(fā)展，承載力明顯下降，混凝土骨料與砂漿的粘結(jié)不斷遭到破，裂縫連通形成斜向破壞面。取 B點(diǎn)的應(yīng)力作為混凝土的長期抗壓強(qiáng)度。 Whitney很早就指出 混凝土試件突然破壞的原因是試驗(yàn)機(jī)的剛度不足 。有兩類試驗(yàn)方法： ①應(yīng)用電液伺服閥控制的剛性試驗(yàn)機(jī)直接進(jìn)行試件等應(yīng)變速度加載； ②在普通液壓試驗(yàn)機(jī)上附加剛性元件，使試驗(yàn)裝置的總體剛度超過試件下降段的最大線剛度，就可防止混凝土的急速破壞。 2. 砼強(qiáng)度等級的影響 應(yīng)變梯度對混凝土的強(qiáng)度和變形性能的影響。試驗(yàn)時按預(yù)定應(yīng)變梯度同時控制 N和 M，使截面應(yīng)變平行地增大，應(yīng)變梯度保持為一常值。 （ Np）和相應(yīng)的最大應(yīng)變 (ε1p) 試件破壞時的極限承載力隨荷載偏心距（ eo）的增大而降低，但是均明顯高出按線性應(yīng)力圖（彈性）計(jì)算的承載力： 表明混凝土塑性變形產(chǎn)生的截面非線性應(yīng)力分布，有利于承載力的提高。故偏心受壓情況下的混凝土應(yīng)力 應(yīng)變?nèi)€不能直接用試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制。首先選定合理的全曲線數(shù)學(xué)方程，用最小二乘法作回歸分析，確定式中的參數(shù)值。 pcxy fese??全曲線方程 繪制峰值點(diǎn)坐標(biāo)為（ 1， 1）的標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖，曲線形狀有一定差別，但具有一致的幾何特性，可用數(shù)學(xué)條件描述。 222 . 0 1 , 0 , ( / )dyx d y d xdx? ? ? 即 曲 線 斜 率 單 調(diào) 減 小 ， 無 拐 點(diǎn) ；3 . 1 , 1 , / 0 ,x y d y d x? ? ?時 即 單 峰 值 ；224 . 0 1 , ( D ) 。 其中比較簡單 、 實(shí)用的曲線形式如圖 。 式中： 00xdEdse ?? 混凝土的初始切線彈性模量（ N/mm2）。 上升段曲線方程為： 上升段曲線方程 ， 滿足數(shù)學(xué)條件描述 7。故 的 取 值 范 圍
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