【正文】 塑性變形。由于水泥膠體的硬化過程需要多年才能完成，所以混凝土的強度和變形也隨時間逐漸增長。因此各國對各種單向受力下的混凝土強度都規(guī)定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法。1) 測定的方法我國國家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》(GBJ8185)規(guī)定以邊長為150mm的立方體為標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)立方體試件在(20177。2) 立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定用上述標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的具有95％保證率的立方體抗壓強度作為混凝土的立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值，用符號fcu,k表示。混凝土強度等級劃分有C1CC2CC3CC4C50、C5C60、C6C70、C75和C80，共14個等級。其中，C50～C80屬高強度混凝土范疇。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應(yīng)低于C30；當(dāng)采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于C40o4) 試驗方法對立方體抗壓強度的影響 圖21試件在試驗機上單向受壓時，豎向縮短，橫向擴張，由于混凝土與壓力機墊板彈性模量與橫向變形系數(shù)不同，壓力機墊板的橫向變形明顯小于混凝土的橫向變形，所以墊板通過接觸面上的摩擦力約束混凝土試塊的橫向變形，就象在試件上下端各加了一個套箍，致使混凝土破壞時形成兩個對頂?shù)慕清F形破壞面，抗壓強度比沒有約束的情況要高。我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法是不涂潤滑劑的。通常規(guī)定加載速度為：混凝土強度等級低于C30時，～；混凝土強度等級高于或等于C30時，～。7) 幾點說明① 施工單位按圖紙規(guī)定的強度等級制作混凝土, 現(xiàn)場用同樣的混凝土制作一定量的試塊, 以檢驗其立方體抗壓強度是否滿足要求；② 立方體抗壓強度是在實驗室條件下取得的抗壓強度（標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊）；③ 結(jié)構(gòu)實體的環(huán)境條件與實驗室標(biāo)養(yǎng)試塊不同，標(biāo)養(yǎng)試塊立方體強度不能真實反應(yīng)結(jié)構(gòu)實體混凝土的抗壓強度，必須增加同條件養(yǎng)護(hù)試塊立方體強度予以判定結(jié)構(gòu)實體的強度； ④ 不同尺寸試件的“尺寸效應(yīng)” :fcu(200) = fcu(150) =fcu(100)(2) 混凝土的軸心抗壓強度 fc混凝土的抗壓強度與試件的形狀有關(guān)，采用棱柱體比立方體能更好地反映混凝土結(jié)構(gòu)的實際抗壓能力。 1) 測定的方法 圖23我國《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》規(guī)定以150mm150mm300mm的棱柱體作為混凝土軸心抗壓強度試驗的標(biāo)準(zhǔn)試件。棱柱體試件的抗壓強度都比立方體的強度值小，并且棱柱體試件高寬比越大，強度越小。 3) 軸心抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值與立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系 圖24圖24是根據(jù)我國所做的混凝土棱柱體與立方體抗壓強度對比試驗的結(jié)果。αc2——為高強度混凝土的脆性折減系數(shù)，對C40及以下取αc2 =,對C80取αc2 =,中間按直線規(guī)律變化取值。國外常采用混凝土圓柱體試件來確定混凝土軸心抗壓強度。 混凝土軸心 fc′= fcu,k (22)2. 混凝土的軸心抗拉強度ft抗拉強度是混凝土的基本力學(xué)指標(biāo)之一，也可用它間接地衡量混凝土的沖切強度等其他力學(xué)性能。但是，由于混凝土內(nèi)部的不均勻性，加之安裝試件的偏差等原因，準(zhǔn)確測定抗拉強度是很困難的。根據(jù)彈性理論，劈拉強度ft,s可按下式計算： 圓柱體 ft,s＝2F/(πdι) (23) 立方體 ft,s＝2P/πa2 試驗表明，劈裂抗拉強度略大于直接受拉強度，劈拉試件的大小對試驗結(jié)果也有一定影響。(2) 軸心抗拉強度ftk與立方體抗壓強度fcu,k的關(guān)系 圖26 ftk＝ fcu,() a2 (24) 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強度實際混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件大多是處于復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，例如框架梁、柱既受到柱軸向力作用，又受到彎矩和剪力的作用。同時，研究復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強度，對于認(rèn)識混凝土的強度理論也有重要的意義。一旦超出包絡(luò)線就意味著材料發(fā)生破壞。(2) 雙向受壓: 第三象限為雙向受壓區(qū)，大體上一向的強度隨另一向壓力的增加而增加，混凝土雙向受壓強度比單向受壓強度最多可提高27％。 2. 法向應(yīng)力與剪應(yīng)力組合混凝土的強度 圖28壓應(yīng)力低時，抗剪強度隨壓應(yīng)力的增大而增大； fc′時，抗剪強度隨壓應(yīng)力的增大而減小。另外，還可以看出，抗剪強度隨著拉應(yīng)力的增大而減小，也就是說剪應(yīng)力的存在也會使抗拉強度降低。常規(guī)的三軸受壓是在圓柱體周圍加液壓，在兩側(cè)向等壓(σ2=σ3= fL＞0)的情況下進(jìn)行的。公式中，fL前的數(shù)字為側(cè)向應(yīng)力系數(shù)，,當(dāng)側(cè)向壓應(yīng)力較低時得到的系數(shù)值較高。—— 可提供側(cè)向約束, 以提高混凝土的抗壓強度和延性。包括受力變形和體積變形。體積變形: 混凝土由于硬化過程中的收縮以及溫度和濕度變化所產(chǎn)生的變形，這類變形稱為體積變形。在普通試驗機上獲得有下降段的應(yīng)力應(yīng)變曲線是比較困難的。我國采用棱柱體試件測定一次短期加載下混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€。圖29混凝土棱柱體受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線2) 下降段（CE）：在峰值應(yīng)力以后，裂縫迅速發(fā)展，試件的平均應(yīng)力強度下降，應(yīng)力應(yīng)變曲線向下彎曲，直到凹向發(fā)生改變，曲線出現(xiàn)“拐點（D）”。從收斂點E開始以后的曲線稱為收斂段，這時貫通的主裂縫已很寬，對無側(cè)向約束的混凝土，收斂段EF已失去結(jié)構(gòu)意義。（等級高的混凝土，受壓時的延性不如等級低的混凝土）圖210 不同強度的混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線比較4) 加載速度對混凝土強度試驗值的影響 ① 加載慢，最大應(yīng)力值有所減小，相應(yīng)于最大應(yīng)力值時的應(yīng)變增加； ② 加載快，最大應(yīng)力值有所增大，相應(yīng)于最大應(yīng)力值時的應(yīng)變減??； (2) 混凝土單軸向受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型1）美國 建議的模型模型的上升段為二次拋物線,下降段為斜直線?！鄳?yīng)于峰值應(yīng)力時的應(yīng)變，取ε。 圖211 Hognestad 建議的應(yīng)力應(yīng)變曲線2）德國Rusch建議的模型該模型形式較簡單，模型的上升段也采用二次拋物線,下降段則采用水平直線。=；εu =。三向受壓下混凝土圓柱體的軸向應(yīng)力應(yīng)變曲線可以由周圍用液體壓力加以約束的圓柱體進(jìn)行加壓試驗得到。工程上可以通過設(shè)置密排螺旋筋或箍筋來約束混凝土，改善鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能?；炷恋淖冃文Ａ坑腥缦氯N表示方法。 Ec＝tgαo （210）式中 αo——混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線在原點處的切線與橫坐標(biāo)的夾角。由于混凝土不是彈性材料，每次卸載至應(yīng)力為零時，存在殘余變形，隨著加載次數(shù)增加，應(yīng)力應(yīng)變曲線漸趨穩(wěn)定并基本上趨于直線。2) 混凝土的變形模量連接圖215中O點至曲線任一點應(yīng)力為σc處割線的斜率，稱為任意點割線模量或稱變形模量。它的表達(dá)式為：Ec′＝tgα1 （211）混凝土的變形模量是個變值，它隨應(yīng)力大小而不同。 Ec′′＝tgα （212）混凝土的切線模量也是一個變值，它隨著混凝土的應(yīng)力增大而減小。只有當(dāng)混凝土應(yīng)力很低時，它的彈性模量與變形模量值才近似相等。試驗測試表明，在試件加載的初期，變形與應(yīng)力呈線性增長，至峰值應(yīng)力的40％～50％達(dá)比例極限，加載至峰值應(yīng)力的76％～83％時，曲線出現(xiàn)臨界點（即裂縫不穩(wěn)定擴展的起點），到達(dá)峰值應(yīng)力時對應(yīng)的應(yīng)變只有75106 ～115106。受拉彈性模量與受壓彈性模量值基本相同?；炷恋男熳兲匦灾饕c時間參數(shù)有關(guān)。2) 混凝土的徐變εcr若保持荷載不變，隨著加載作用時間的增加，應(yīng)變也將繼續(xù)增長，這就是混凝土的徐變εcr。徐變應(yīng)變值約為瞬時應(yīng)變的14倍。應(yīng)力越大徐變也越大，隨著混凝土應(yīng)力的增加，混凝土徐變將發(fā)生不同的情況:圖218 壓應(yīng)力與徐變的關(guān)系1) 線性徐變當(dāng)混凝土應(yīng)力σc≤，徐變與應(yīng)力成正比，曲線接近等間距分布，這種情況稱為線性徐變。在非線性徐變范圍內(nèi)，當(dāng)加載應(yīng)力過高時，徐變變形急劇增加不再收斂，呈非穩(wěn)定徐變的現(xiàn)象，可能造成混凝土的破壞。一般地, 混凝土長期抗壓強度取(～)fc。加載時混凝土的齡期越早，徐變越大。 (4) 影響徐變的因素1) 內(nèi)在因素──混凝土組成成分水泥用量越多，徐變越大；水灰比越大，徐變也越大。圖220 骨料對徐變的影響2) 環(huán)境因素──養(yǎng)護(hù)及使用時的溫度、濕度養(yǎng)護(hù)時溫度高、濕度大，水泥水化作用充分，徐變越?。欢褂檬艿胶奢d作用后所處的環(huán)境溫度越高、濕度越低，則徐變越大。(5) 徐變對混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的工作性能的影響由于混凝土的徐變，會使構(gòu)件的變形增加，在鋼筋混凝土截面中引起應(yīng)力重分布。3. 混凝土在荷載重復(fù)作用下的變形（疲勞變形）混凝土的疲勞是在荷載重復(fù)作用下產(chǎn)生的。疲勞現(xiàn)象大量存在于工程結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土吊車梁受到重復(fù)荷載的作用，鋼筋混凝土道橋受到車輛振動的影響以及港口海岸的混凝土結(jié)構(gòu)受到波浪沖擊而損傷等都屬于疲勞破壞現(xiàn)象。(1) 混凝土在荷載重復(fù)作用下的應(yīng)力應(yīng)變曲線1）σ1或σ2＜fcf時: 對混凝土棱柱體試件，一次加載應(yīng)力σ1或σ2小于混凝土疲勞強度fcf時，其加載卸載應(yīng)力應(yīng)變曲線OAB形成了一個環(huán)狀。2）σ3＞fcf時: 開始，混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線凸向應(yīng)力軸，在重復(fù)荷載過程中逐漸變成直線，再經(jīng)過多次重復(fù)加卸載后，其應(yīng)力應(yīng)變曲線由凸向應(yīng)力軸而逐漸凸向應(yīng)變軸，以致加卸載不能形成封閉環(huán)，這標(biāo)志著混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展加劇趨近破壞。圖221 混凝土在重復(fù)荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變曲線(2) 混凝土的疲勞強度fcf 1) 測定方法混凝土的疲勞強度用疲勞試驗測定。2) 疲勞應(yīng)力比值ρcf混凝土的疲勞強度與重復(fù)作用時應(yīng)力變化的幅度有關(guān)。疲勞應(yīng)力比值ρcf按下式計算：ρcf =σcf,min/ σcf,max （214）式中 σcf,min、σcf,max表示截面同一纖維上的混凝土最小應(yīng)力及最大應(yīng)力。通常，收縮值比膨脹值大很多。圖222 混凝土的收縮養(yǎng)護(hù)不好以及混凝土構(gòu)件的四周受約束從而阻止混凝土收縮時，會使混凝土構(gòu)件表面或水泥地面上出現(xiàn)收縮裂縫。(2) 水泥的用量：水泥越多，收縮越大；水灰比越大，收縮也越大。(4) 養(yǎng)護(hù)條件：在結(jié)硬過程中周圍溫、濕度越大，收縮越小。(6) 使用環(huán)境：使用環(huán)境溫度、濕度大時，收縮小。 鋼筋的物理力學(xué)性能 鋼筋的品種和級別1. 鋼材按化學(xué)成分分類混凝土結(jié)構(gòu)中使用的鋼材按化學(xué)成分，可分為碳素鋼及普通低合金鋼兩大類。根據(jù)含碳量的多少，碳素鋼又可分為低碳鋼（含碳量＜％＝、中碳鋼（含碳量0. 25％～％）和高碳鋼（％～％），含碳量越高強度越高，但是塑性和可焊性會降低。目前我國普通低合金鋼按加入元素種類有以下幾種體系：錳系（20MnSi,25MnSi）、硅釩系(40Si2MnV、45SiMnV )、硅鈦系(45Si2MnTi)、硅錳系(40Si2Mn,48Si2Mn)、硅鉻系(45Si2Cr)。用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的國產(chǎn)預(yù)應(yīng)力鋼筋可使用消除應(yīng)力鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線，也可使用熱處理鋼筋。熱軋鋼筋為軟鋼，其應(yīng)力應(yīng)變曲線有明顯的屈服點和流幅，斷裂時有“頸縮”現(xiàn)象，伸長率比較大。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的縱向受力鋼筋宜優(yōu)先采用HRB400級鋼筋。2) 螺旋肋鋼絲螺旋肋鋼絲是以普通低碳鋼或低合金鋼熱軋的圓盤條為母材，經(jīng)冷軋減徑后在其表面冷軋成二面或三面有月牙肋的鋼筋。 3) 刻痕鋼絲刻痕鋼絲是在光面鋼絲的表面上進(jìn)行機械刻痕處理，以增加與混凝土的粘結(jié)能力，分φⅠφⅠ7兩種。5) 熱處理鋼筋熱處理鋼筋是將特定強度的熱軋鋼筋再通過加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理的鋼筋。熱處理鋼筋是硬鋼。熱處理鋼筋有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr三種。1) 冷拉: 鋼筋的冷拉應(yīng)力值必須超過鋼筋的屈服強度。鋼筋經(jīng)過冷拉和時效硬化以后，能提高屈服強度、節(jié)約鋼材，但冷拉后鋼筋的塑性（伸長率）有所降低。2) 冷拔: 冷拔鋼筋是將鋼筋用強力拔過比它本身直徑還小的硬質(zhì)合金拔絲模，這時鋼筋同時受到縱向拉力和橫向壓力的作用，截面變小而長度拔長。冷拉只能提高鋼筋的抗拉強度，冷拔則可同時提高抗拉及抗壓強度。4. 鋼筋的形式鋼筋的形式有光圓和帶肋兩類，帶肋鋼筋又分等高肋和月牙肋兩種。鋼絲的外形通常為光圓，也有在表面刻痕的。鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線，有的有明顯的流幅（例如熱軋低碳鋼筋HPB235級和熱軋低合金鋼筋HRB335級、HRB400級、RRB400級）；有的則沒有明顯的流幅（例如預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋）。2) AC段 —— 屈服階段：過A點后，應(yīng)力基本不增加而應(yīng)變急劇增長，曲線接近水平線。B′點稱為屈服上限，B點稱為屈服下限，有明顯流幅的熱軋鋼筋屈服強度是按屈服下限確定的。隨著曲線上升到最高點D,相應(yīng)的應(yīng)力稱為鋼筋的極限強度。圖224 有明顯流幅鋼筋的應(yīng)力一應(yīng)變曲線(2) 強度指標(biāo)1) 屈服強度fy: 有明顯流幅的鋼筋的應(yīng)力到達(dá)屈服點后，會產(chǎn)生很大的塑性變形，使鋼筋混凝土構(gòu)件出現(xiàn)很大的變形和過寬的裂縫，以致不能使用，所以對有明顯流幅的鋼筋，在計算承載力時以屈服強度作為鋼筋強度限值。(3) 塑性指標(biāo)鋼筋除了要有足夠的強