鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能混凝土(編輯修改稿)
2025-05-27 12:37 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 意的是可以提高混凝土的 變形能力 (Deformation Capacity)，這一點對于抗震結(jié)構(gòu)非常重要。 在抗震結(jié)構(gòu)對于可能出現(xiàn)塑性鉸的區(qū)域，均要求加密箍筋配置來提高構(gòu)件的變形能力，達到 壞而不倒 的目的。 由螺旋箍筋約束混凝土的應(yīng)力 應(yīng)變曲線可見， 當(dāng)應(yīng)力較小時 ，橫向變形很小，箍筋的約束作用不明顯； 當(dāng)應(yīng)力超過 B點的應(yīng)力時 ，由于混凝土的橫向變形開始顯著增大，側(cè)向膨脹使螺旋箍筋產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)力，其反作用力使混凝土的橫向變形受到約束，從而使混凝土的 強度 和 變形能力 都得到提高。 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 混凝土 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土強度 看以下三種受力 （ 1）雙向正應(yīng)力作用 （ 2） 正應(yīng)力和剪應(yīng)力作用 （ 3） 三軸受壓 （ 4） 局部抗壓強度 實際結(jié)構(gòu)中，混凝土很少處于單向受力狀態(tài)。更多的是處于 雙向 或 三向 受力狀態(tài)。如剪力和扭矩作用下的構(gòu)件、彎剪扭和壓彎剪扭構(gòu)件、混凝土拱壩、核電站安全殼等。 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 混凝土 2s1s1s2sc2 / fsc1 / fsc2 f?s1c2 2 ss ?c1c2 f?? ssc1 a x f?s c1 f?s0 （ 1） 雙向正應(yīng)力作用 Biaxial Stress State s1, s2 (壓－壓 ) 強度增加 s1, s2 (拉－壓 ) 強度降低 s1, s2 (拉－拉 ) 強度基本不變 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 混凝土 雙向受壓強度大于單向受壓強度，最大受壓強度發(fā)生在兩個壓應(yīng)力之比為 ~，約為 (~ )fc。 雙軸受壓狀態(tài)下混凝土的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系與單軸受壓曲線相似，但峰值應(yīng)變均超過單軸受壓時的峰值應(yīng)變。 在一軸受壓一軸受拉狀態(tài)下(第二、四象限 )，任意應(yīng)力比情況下均不超過其相應(yīng)單軸強度。并且抗壓強度或抗拉強度均隨另一方向拉應(yīng)力或壓應(yīng)力的增加而減小。 在雙軸受拉狀態(tài)下（第一象限），則不論應(yīng)力比多大，抗拉強度均與單軸抗拉強度接近。 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 混凝土 （ 2） 正應(yīng)力和剪應(yīng)力作用 構(gòu)件受剪或受扭時常遇到剪應(yīng)力 t 和正應(yīng)力 s 共同作用下的復(fù)合受力情況。 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 混凝土 0 σ/fc τ/fc 混凝土的抗剪強度：隨 拉 應(yīng)力增大而減小 隨 壓 應(yīng)力增大而增大 當(dāng)壓應(yīng)力在 （ ~） fc左右時，抗剪強度達到最大， 壓應(yīng)力繼續(xù)增大，則由于內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強度將隨壓應(yīng)力的增大而減小。 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 混凝土 （ 3） 三軸受壓 Triaxial Stress State 200 s3= 50N/mm2 35N/mm2 s1 s3 s3 10N/mm2 150 100 50 0 5 10 15 20 25 e1 (‰) 三軸應(yīng)力狀態(tài)有多種組合，實際工程遇到較多的螺旋箍筋柱和鋼管混凝土柱中的混凝土為三向受壓狀態(tài)。一般采用圓柱體在等側(cè)壓條件下的試驗測定抗壓強度。 21 4 s???? cc ff◆ （ 4） 局部抗壓強度 Local Bearing Strength 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 混凝土 clbccl fAAff ?? ?第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 混凝土 混凝土的變形 Deformation 混凝土的變形可分為兩類： （ 1） 荷載作用下的受力變形，如單調(diào)短期加載的變形、荷載長期作用下的變形以及多次重復(fù)加載的變形。 （ 2） 與受力無關(guān)，稱為體積變形，如混凝土收縮以及溫度變化引起的變形。 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 混凝土 單軸（單調(diào)）受壓應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系 Stress strain Relationship 混凝土單軸受力時的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系反映了混凝土受力全過程的重要力學(xué)特征 是分析混凝土構(gòu)件應(yīng)力、建立承載力和變形計算理論的必要依據(jù)，也是利用計算機進行非線性分析的基礎(chǔ)。 混凝土單軸受壓應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線，常采用棱柱體試件來測定。 在普通試驗機上采用 等應(yīng)力速度 加載，達到軸心抗壓強度 fc時，試驗機中集聚的彈性應(yīng)變能大于試件所能吸收的應(yīng)變能，會導(dǎo)致試件產(chǎn)生突然脆性破壞，只能測得應(yīng)力 應(yīng)變曲線的 上升段 (Ascending Curve)。 采用 等應(yīng)變速度 加載，或在試件旁附設(shè)高彈性元件與試件一同受壓，以吸收試驗機內(nèi)集聚的應(yīng)變能，可以測得應(yīng)力 應(yīng)變曲線的 下降段 (Descending Curve) 。 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 混凝土 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 混凝土 不同強度混凝土的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 強度等級越高，線彈性段越長，峰值應(yīng)變也有所增大。但高強混凝土中，砂漿與骨料的粘結(jié)很強，密實性好，微裂縫很少，最后的破壞往往是骨料破壞，破壞時脆性越顯著，下降段越陡。 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 混凝土 反映混凝土全部受壓力學(xué)性能，可采用混凝土應(yīng)力 應(yīng)變?nèi)€的形式。 若采用無量綱坐標 x=e/e0，y=s/fc，則混凝土應(yīng)力 應(yīng)變?nèi)€的幾何特征必須滿足 y = s / fc x = e /e011 DE① x =0 ， y =0 ， 0 d d E E x y c ? ② 0 ≤ x ≤ 1 ， 0 d d 2 2 ? x y ③ x =1 ， 0 d d ? x y ， y =1 ④ 拐點 D ， 2 2 d d x y x d =0 ， x d ≥ 1 ⑤ 曲率最大點 E ， 3 3 d d x y x e =0 ， x e x d ⑥ 當(dāng) x →∞ 時， y → 0 ， 0 d d ? x y ⑦ x ≥ 0 ， 0 ≤ y ≤ 1 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 混凝土 ◆ 根據(jù)以上條件，過鎮(zhèn)海提出的應(yīng)力 應(yīng)變?nèi)€表達式 ??????????????1 )1(1 )2()23()(232xxxxxxaxaaxxyc?a=Ec/E0， Ec為初始彈性模量； E0為峰值點時的割線模量， 為滿足條件①和②，一般應(yīng)有 ≤a≤3； ?c 為下降段參數(shù) 0 204060s (MPa)eC20C40C60C80 混凝土 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 ◆ Hognestad建議的應(yīng)力 應(yīng)變曲線 uuccffeeeee
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