【正文】 2 .85 School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的受力性能 ◆ 雙軸應(yīng)力狀態(tài) Biaxial Stress State 實(shí)際結(jié)構(gòu)中，混凝土很少處于單向受力狀態(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。 School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能構(gòu)件受剪或受扭時(shí)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。 ?fs?fsSchool of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能◆ 三軸應(yīng)力狀態(tài) Triaxial Stress State 三軸應(yīng)力狀態(tài)有多種組合，實(shí)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)。 School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 不涂潤(rùn)滑劑 涂潤(rùn)滑劑 ≈ 混凝土的破壞機(jī)理 School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 0 2 4 6 8 10 20 30 s (MPa) e 10 3 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能混凝土在結(jié)硬過程中，由于水泥石的收縮、骨料下沉以及溫度變化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多 微裂縫 Microfissure，成為混凝土中的薄弱部位。 B A C E D School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 0 2 4 6 8 10 20 30 s (MPa) e 10 3 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能A A點(diǎn)以前 ，微裂縫沒有明顯發(fā)展，混凝土的變形主要是彈性變形，應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系近似為直線。 B C E D School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 0 2 4 6 8 10 20 30 s (MPa) e 10 3 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能B A A點(diǎn)以后 ，由于微裂縫處的應(yīng)力集中，裂縫開始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生部分塑性變形，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)開始加快，應(yīng)力 應(yīng)變曲線逐漸偏離直線。但該階段微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的。在此應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，裂縫會(huì)持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。普通強(qiáng)度混凝土sB約為 ，高強(qiáng)度混凝土 sB可達(dá) 。 縱向應(yīng)變發(fā)展達(dá)到 D點(diǎn)，內(nèi)部裂縫在試件表面出現(xiàn)第一條可見平行于受力方向的縱向裂縫。 School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 0 2 4 6 8 10 20 30 s (MPa) e 10 3 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能B A C E D 混凝土骨料與砂漿的粘結(jié)不斷遭到破壞，裂縫連通形成斜向破壞面。 School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 0 2 4 6 8 10 20 30 s (MPa) e 10 3 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能B A C E D E點(diǎn)以后，縱向裂縫形成一斜向破壞面，此破壞面受正應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用繼續(xù)擴(kuò)展，形成一破壞帶。 隨應(yīng)變繼續(xù)發(fā)展，摩阻力和粘結(jié)力不斷下降，但即使在很大的應(yīng)變下，骨料間仍有一定摩阻力，殘余強(qiáng)度，約為 (~) fc。 對(duì)橫向變形加以約束 (Lateral Constraint )，就可以限制微裂縫的發(fā)展，從而可提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。 School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能了解混凝土的破壞機(jī)理，不僅可以解釋各種不同試驗(yàn)混凝土強(qiáng)度的差別，還可以通過約束混凝土的 橫向變形 來提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。 螺旋箍筋約束混凝土 School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 螺旋箍筋約束混凝土 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能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(shí) ，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(diǎn)的應(yīng)力時(shí) ，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(qiáng)度 和 變形能力 都得到提高。 鋼管混凝土 (Concrete Filled Tube)對(duì)內(nèi)部混凝土的約束效果更好，因此近年來在我國(guó)工程中得到許多應(yīng)用。 在抗震結(jié)構(gòu)對(duì)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(dá)到 壞而不倒 的目的。 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(cè)定。 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(yàn)機(jī)內(nèi)集聚的應(yīng)變能，可以測(cè)得應(yīng)力 應(yīng)變曲線的 下降段 (Descending Curve) 。 ?高強(qiáng)混凝土中，砂漿與骨料的粘結(jié)很強(qiáng)，密實(shí)性好，微裂縫很少，最后的破壞往往是骨料破壞，破壞時(shí)脆性越顯著，下降段越陡。 若采用無量綱坐標(biāo) 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(diǎn) D ， 2 2 d d x y x d =0 ， x d ≥ 1 ⑤ 曲率最大點(diǎn) E ， 3 3 d d x y x e =0 ， x e x d ⑥ 當(dāng) x →∞ 時(shí)， y → 0 ， 0 d d ? x y ⑦ x ≥ 0 ， 0 ≤ y ≤ 1 School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能◆ 根據(jù)以上條件，過鎮(zhèn)海提出的應(yīng)力 應(yīng)變?nèi)€表達(dá)式 ??????????????1 )1(1 )2()23()(232xxxxxxaxaaxxyc?a=Ec/E0， Ec為初始彈性模量； E0為峰值點(diǎn)時(shí)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)eC20C40C60C80School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 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 uuccffeeeeeeeseeeeees??????????????????????????????????0000200 0 20 fc f csee0euSchool of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能◆ 《 規(guī)范 》 應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系 上升段： ])1(1[0nccc f ees ??? 0ee ?下降段： cc f?s ueee ??050512 ( 50 )60 02 ( 50 ) 10 03 3 ( 50 ) 10cucuu c unfffee??? ? ?? ? ? ?? ? ? ?0 10203040506070C80C60C40C20se《 規(guī)范 》 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變曲線參數(shù) f cu ≤ C50 C60 C70 C80 n 2 e 0 e u School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 影響混凝土應(yīng)力 —應(yīng)變曲線形狀的因素 : a).混凝土強(qiáng)度 b).組成材料的性質(zhì)及配合比 c).試驗(yàn)方法 : 如 :加荷速度 d).約束情況 : 如 :橫向鋼筋的約束 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 混凝土在荷載重復(fù)作用下的變形 ? 重復(fù)加載的概念： ?特點(diǎn)： ? 在應(yīng)力較小時(shí)，經(jīng)過多次循環(huán)，累計(jì)塑性變形不再增長(zhǎng)，應(yīng)力 應(yīng)變曲線變成直線。 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能?疲勞強(qiáng)度 混凝土的疲勞強(qiáng)度由疲勞試驗(yàn)測(cè)定。 ? 影響因素 施加荷載時(shí)的應(yīng)力大小是影響應(yīng)力 應(yīng)變曲線不同的發(fā)展和變化的關(guān)鍵因素，即混凝土的疲勞強(qiáng)度與重復(fù)作用時(shí)應(yīng)力變化的幅度有關(guān)。 School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能混凝土的彈性模量 Modulus of Elasticity seE c = tan ?原點(diǎn)切線模量 Initial Modulus 0??sesddEcseE c?= tan ??割線模量 Secant Modulus es??cEseE c = tan ?切線模量 Tangent Modulus esddEc ???eel School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能◆ 彈性模量測(cè)定方法 se fc5~10 次 5210 ( N / m m )3 4 . 72 . 2ccuEf??cccE se?◆ 取 10次加載循環(huán)后應(yīng)力差與應(yīng)變差的比值 ◆ 彈性模量與抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系 School of Civil Engineering And Architecture 第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 混凝土的泊松比和剪切模量 混凝土的泊松比，在壓力較小時(shí)為 ~，接近破壞時(shí)可達(dá) ，一般可取 混凝土的剪切模量： 0 . 42 (1 )ccccEGE????第二章 鋼筋和混凝土的