混凝土結(jié)構(gòu)材料及力學(xué)性能-混凝土

2024/3/13.1.2混凝土的變形

混凝土的變形可分為兩類，一類為荷載(包括一次短期荷載、長(zhǎng)期荷載和重復(fù)荷載)作用下的受力變形；另一類為混凝土的體積變形，主要為混凝土的收縮和溫度變化產(chǎn)生的變形等。

2024/3/1圖3.5混凝土受壓時(shí)的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線由圖可以看出，混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系不是直線，這說明它不是彈性材料，而是彈塑性材料。實(shí)驗(yàn)表明隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高，混凝土的極限應(yīng)壓變?chǔ)與u卻明顯減少，說明混凝土強(qiáng)度越高，其脆性越明顯，延性也就越差?！痘炷烈?guī)范》對(duì)非均勻受壓時(shí)的中低強(qiáng)度混凝土的極限壓應(yīng)變?chǔ)與u取0.0033?；炷潦芾瓡r(shí)的應(yīng)力—應(yīng)變曲線的形狀與受壓時(shí)相似，只是其峰值應(yīng)力及極限拉應(yīng)變均較受壓時(shí)小得多，對(duì)應(yīng)于ft的極限拉應(yīng)變可取ε0t＝0.00015。2024/3/12)混凝土的彈性模量和變形模量

(1)彈性模量如圖3.6所示，通過一次加載的混凝土棱柱體的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，取原點(diǎn)切線的斜率為混凝土的原點(diǎn)切線模量，也即混凝土的彈性模量，以Ec表示。

Ec＝tana0 (3-3)式中a0——混凝土應(yīng)力—應(yīng)變曲線在原點(diǎn)處的切線與橫坐標(biāo)的夾角。

但是，由于利用一次加載的應(yīng)力—應(yīng)變曲線不易準(zhǔn)確測(cè)得混凝土的彈性模量，我國(guó)《混凝土規(guī)范》規(guī)定，混凝土的彈性模量利用混凝土在重復(fù)荷載作用下的性質(zhì)，以s＝(0.4～0.5)fc重復(fù)加載和卸載5～10次后，應(yīng)力—應(yīng)變曲線漸趨穩(wěn)定并基本上接近于直線，且該直線平行于第一次加載時(shí)曲線的原點(diǎn)切線。因此可取該直線的斜率作為混凝土彈性模量Ec。2024/3/1

根據(jù)大量的試驗(yàn)結(jié)果，《混凝土規(guī)范》給出不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土彈性模量的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為：(3-4)2024/3/1

《混凝土規(guī)范》給出不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的彈性模量，見表3.1?；炷潦芾瓡r(shí)的應(yīng)力—應(yīng)變曲線與受壓時(shí)相似，所以在計(jì)算中，受拉彈性模量與受壓彈性模量可取為相同值。圖3.6混凝土的彈性模量及變形模量的表示方法2024/3/1k

c

c

0

ce

cp

0h

混凝土的彈性模量及變形模量的表示方法2024/3/1

(2)變形模量(或割線模量)

當(dāng)混凝土壓應(yīng)力s

較大(超過0.5fc)時(shí)，彈性模量Ec己不能反映這時(shí)的s

和e

的關(guān)系，為此，要用到變形模量的概念。在圖3.6中，連接原點(diǎn)O與s—e

曲線上任一點(diǎn)C的割線的斜率，稱為混凝土的變形模量或割線模量，以Ec'表示。式中

ec——混凝土應(yīng)力為sc時(shí)的總應(yīng)變，即ec＝ee+ep；

ee——混凝土的彈性應(yīng)變；

ep——混凝土的塑性應(yīng)變。(3-5)2024/3/1

混凝土的彈性模量與變形模量的關(guān)系為：式中

n

——混凝土受壓時(shí)的彈性系數(shù)，等于混凝土彈性應(yīng)變與總應(yīng)變之比。在應(yīng)力較小時(shí)，處于彈性階段，可取n＝1；應(yīng)力增大，處于彈塑性階段，n＜1；當(dāng)應(yīng)力接近fc時(shí)，n＝0.4～0.7。(3-6)2024/3/1

2．混凝土在多次重復(fù)荷載作用下的變形性能

如果在所加的應(yīng)力較小時(shí)即卸載，則在多次循環(huán)后，累積的塑性變形就不再增加。而多次加載、卸載作用下的應(yīng)力—應(yīng)變曲線逐漸密合成一條直線(處于彈性工作狀態(tài))。如果所加的應(yīng)力雖低于混凝土的抗壓強(qiáng)度，但超過某一限值后，在經(jīng)過多次重復(fù)循環(huán)加載、卸載作用以后，混凝土?xí)驀?yán)重開裂或變形過大而導(dǎo)致破壞，這種現(xiàn)象稱為疲勞破壞。2024/3/1通常將試件在循環(huán)200萬次時(shí)發(fā)生破壞的壓應(yīng)力稱為混凝土的疲勞強(qiáng)度，以fcf表示。在實(shí)際工程中，諸如吊車梁、汽錘基礎(chǔ)等承受重復(fù)荷載的構(gòu)件是需要進(jìn)行疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算的。圖3.7混凝土在多次重復(fù)荷載作用下的應(yīng)力—應(yīng)變曲線2024/3/13．混凝土在長(zhǎng)期荷載作用下的變形——徐變

混凝土的徐變對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的影響，在大多數(shù)情況下是不利的，徐變會(huì)使構(gòu)件的變形大大增加。對(duì)于長(zhǎng)細(xì)比較大的偏心受壓構(gòu)件，徐變會(huì)使偏心距增大而降低構(gòu)件的承載力；在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，徐變會(huì)造成預(yù)應(yīng)力損失，尤其是構(gòu)件長(zhǎng)期處于高應(yīng)力狀態(tài)下，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全不利，徐變的急劇增加會(huì)導(dǎo)致混凝土的最終破壞。2024/3/1

產(chǎn)生徐變的原因，目前研究得尚不夠充分。一般認(rèn)為，產(chǎn)生的原因有兩方面：一是在應(yīng)力不太大時(shí)(s＜0.5fc)，由混凝土中一部分尚未形成結(jié)晶體的水泥凝膠體的粘性流動(dòng)而產(chǎn)生的塑性變形；二是在應(yīng)力較大時(shí)(s≥0.5fc)，由混凝土內(nèi)部微裂縫在荷載作用下不斷發(fā)展和增加而導(dǎo)致應(yīng)變的增加。2024/3/1◆影響混凝土徐變的因素主要有：

①應(yīng)力的大小是最主要的因素，應(yīng)力越大，徐變也越大；②水泥用量越多，水灰比越大，徐變?cè)酱?。③養(yǎng)護(hù)溫度高、濕度大、時(shí)間長(zhǎng)，則徐變小。④加載時(shí)混凝土的齡期越短徐變?cè)酱?。加?qiáng)養(yǎng)護(hù)使混凝土盡早結(jié)硬或采用蒸汽養(yǎng)護(hù)可減小徐變。⑤材料質(zhì)量和級(jí)配越好，彈性模量高，則徐變小。⑥與水泥的品種有關(guān)，普通硅酸鹽水泥的混凝土較礦渣水泥、火山灰水泥的混凝土徐變相對(duì)要大。2024/3/14．混凝土的體積變形混凝土的體積變形主要是指混凝土的收縮與膨脹。混凝土在空氣中硬結(jié)時(shí)體積減小的現(xiàn)象稱為收縮。當(dāng)混凝土在水中硬結(jié)時(shí)，其體積略有膨脹。一般來說，混凝土的收縮值比膨脹值大得多?；炷恋氖湛s隨時(shí)間而增長(zhǎng)，第一年可完成一半左右，兩年后趨于穩(wěn)定。對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件來講，收縮是不利的。收縮會(huì)使混凝