02.1主要因素的影响剖析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第2章 主要因素的影响,混凝土的根本力学性能是：承受标准试件、依据标准试验方法、在抱负应力状态下进展的一次短期加载试验测定。,工程混凝土影响因素众多，主要有：,荷载的重复加卸载作用；,构件截面的非均匀受力；,非28天龄期加载；,荷载的长期持续作用等。,以上因素都对混凝土的力学性能有不同程度的影响，需要争论其变化规律，便利正确处理工程实际问题。,2.1荷载重复加卸载作用的影响,全部的构造工程，在使用期间都承受各种活荷载随机地或有规律地屡次重复加卸载作用，构造中混凝土必有相应的应力重复作用。这种受力状态明显不同于前述的标准试件一次单调加载、直至破坏的试验状况。,为了争论混凝土在应力重复作用下的强度和变形性能，已经进展过多种形式的重复荷载试验。虽然这些试验不行能模拟实际构造中混凝土的全部重复加卸载过程，但是可以从典型的试验结果中得到其一般性的规律和重要的结论。,2.1.1 6种压应力重复加卸载试验介绍,过镇海、张秀勤在文献中介绍了6种压应力重复加卸载试验，测得的混凝土受压应力,应变全曲线：,单调加载(a),等应变增量的重复完全加卸载(b),2.1.1 6种压应力重复加卸载试验介绍,等应变增量的重复加卸载，但卸载至卸载前应力的一半时，马上再加载(c),等应力循环加卸载(d),等应变循环加卸载(e),沿首次卸载曲线的循环加卸载(f),EV-包络线,CM-共同点轨迹线,重要现象和一般规律,1、包络线(EV),沿着重复荷载下混凝土应力-应变曲线的外轮廓描绘所得的光滑曲线称为包络线EV。各种重复荷载(b-f)下的包络线都与单调加载的全曲线(a)特殊接近。包络线上的峰点给出的棱柱体抗压强度和峰值应变也与单调加载的相应值(fc，p)无明显差异。,2、裂缝和破坏过程,全部试件都是在超过峰值应力后、总应变达1.53.0)10-6时消逝第一条可见裂缝。,裂缝细而短，平行于压应力方向。连续加卸载，相继消逝多条纵向短裂缝。假设荷载重复加卸屡次，则总应变值并不增大，裂缝无明显进展。当试件的总应变达(35)10-3时，相邻裂缝延长并连接，形成贯穿的斜向裂缝。应变再增大，斜裂缝的破坏带渐渐加宽，仍保有少量剩余承载力。这一过程也与试件一次单调加载的现象一样。,3、卸载曲线,从受压应力-应变全曲线或包络线上的任一点u，u卸载至应力为零，得完全卸载曲线。,每次卸载至零后，混凝土有剩余应变res它随卸载应变(u)而增大，屡次重复加卸载，剩余应变又有所加大。,每次卸载刚开头时，试件应力下降很快，而应变恢复很少。随着应力值的减小，变形的恢复才渐渐加快。当应力降至卸载时应力 u 的约20%-30以下，变形恢复最快。这是恢复变形滞后现象，主要缘由是试件中存在的纵向裂缝在高压应力下不行能恢复。故卸载时应变 u 越大，裂缝开展越充分，恢复变形滞后现象越严峻。,假设再加载起点的应变较大，其上端应变rel/p1.0，即与包络线的下降段相切。由于切点的斜率小于零，再加载曲线的上升段在应力较低处有一拐点，后又消逝一个极大值峰点和一小节下降段而且，起点应变 res越大，曲线的变化幅度越大。,4、再加载曲线,从应力为零的任一应变值 res，0)开头再加载，直至与包络线相切、重合(rel,rel)，为再加载曲线。再加载曲线有两种不同的外形：,当再加载起点的应变很小(res/p0.2)时，其上端应变rel/p1.0，即与包络线的上升段相切，曲线上无拐点，斜率单调减小，至切点处斜率仍大于零；,只有当曲线超过共同点(CM,共同点轨迹线后，纵向应变加速增长时，横向应变才开头增大。这些现象明显也是纵向裂缝的进展和滞后恢复所致。,5、横向应变,重复荷载作用下，试件横向应变的变化如图。,开头加载阶段，横向应变很小。当应力接近棱柱体强度 fc时，横向应变才明显加快增长。卸载时，纵向应变能恢复一局部，而横向应变几乎没有恢复，保持常值。再加载时，纵向应变即时增大，而横向应变仍保持常值。,当试件应变很大410-6，卸载时横向应变才有少许恢复。一次加卸载循环在-曲线上形成一个很扁的菱形封闭环。重复荷载(b)和单调加载(a)试验比照，试件在一样纵向应变()时对应的横向应变 值接近，且总体变化规律全都。,分析各种重复荷载下的共同点轨迹线，明显与相应的包络线或单调加载全曲线的外形相像，经计算比照给出前者与后两者的相像比值为 Kc0.860.93 平均为0.89 其中重复荷载 c 的相像比值偏大，约为0.91。,6、共同点轨迹线(CM),在重复荷载试验中，从包络线上任一点卸载后再加载，其交点称共同点。将屡次加卸载所得的共同点，用光滑曲线依次相连，即为共同点轨迹线，用CM表示。观看各试验曲线可觉察。再加载曲线过了共同点以后斜率显著减小，也即试件的纵向应变超过原卸载应变 u 而快速增长，横向应变也突然增大。这说明已有纵向裂缝的扩张，或产生新的裂缝，损伤积存加大。,7、稳定点轨迹线(ST),重复荷载试验(e,f)中，在预定应变值下经过屡次加卸载，混凝土的应力承载力不再下降，剩余应变不再加大，卸载再加载曲线成为一稳定的闭合环，环的上端称稳定点。将各次循环所得的稳定点连以光滑曲线，即为稳定点轨迹线，以ST表示。这也就是混凝土低周疲乏的极限包线。,到达稳定点所需的荷载循环次数，取决于卸载时的应变。经统计，在应力-应变曲线上升段以内，一般约需3-4次；在下降段内则需69次，才能到达稳定点。,经观看和比照，稳定点轨迹线的外形也与相应的包络线或单调加载全曲线的相像。它们之间的相像比值为：,Ks=0.700.80平均为0.75,s,e,0.5,f,c,510,次,ce,cp,弹性模量测定方法,在进展钢筋混凝土构造的抗震或其它受力状态下的非线性分析时，需要应用混凝土在荷载加卸和重复作用下的应力-应变关系，包括包络线、卸载和再加载曲线等的方程，可承受 过镇海、张秀勤或文献 建议的计算公式，前者给出的结果与试验曲线符合更好。,但是必需说明，上述都是混凝土试件在短时间数小时内进展加卸载试验的结果，其数据和规律对于长期加、卸荷载的状况，固然会有所变化。,2.2偏心受压 非均匀受压试验方法,应变梯度对混凝土的强度和变形性能的影响，国内外设计了多种棱柱体的偏心受压试验加以争论。试验依据把握截面应变方法的不同分作三类,1.等偏心距试验(e0=const),按预定偏心距确定荷载位置，一次加载直至试件破坏为止。试件的截面应变随荷载的增大而变化，应变梯度渐渐增大，中和轴因混凝土受压的塑性变形等缘由而向荷载方向有少量移动。,3.等应变梯度加载1-2=const,试件由试验机施加轴力N，在横向有千斤顶施加弯矩M。试验时按预定应变梯度同时把握N和M，使截面应变平行地增大，应变梯度保持为一常值。,2.全截面受压，一侧应变为零2o),截面中心的主要压力(N1由试验机施加。偏心压力N2由液压千斤顶施加，数值可调，使一侧应变为零。截面应变分布始终成三角形，但应变梯度渐增。,主要试验结果,1.极限承载力Np和相应的最大应变(1p),试件破坏时的极限承载力随荷载偏心距eo的增大而降低，但是均明显高出按线性应力图,弹性计算的承载力：,说明混凝土塑性变形产生的截面非线性应力分布，有利于承载力的提高。,在极限荷载下，,试件截面的,最大压应变(,1p,)达3.03.5,10,-3,，,随偏心距的变化并不大。,此应变值显著大于混凝土轴心受压的峰值应变,p,，说明试件此时的最外纤维已进入应力,-,应变曲线的下降段。,2.破坏形态,混凝土棱柱体中心受压的破坏过程和形态如前述。,偏心距较小(e00.2h)的试件,一开头加载，截面上就有拉应力区。当拉应变超过混凝土的极限值，试件首先消逝横向拉裂缝。并随荷载的增大而向压区延长。接近极限荷载时，靠近最大受压侧消逝纵向裂缝。荷载进入下降段后，横向拉裂缝连续扩张和延长，纵向受压裂缝也有较大扩展。最终，试件因压区面积缩小，裂开加剧，也发生上、下部的相对转动和滑移而破坏。,全部试件的三角形受压破坏区，纵向长度约为横向宽度的2倍。压碎区的长度和面体积均随偏心距的增大、截面压区高度的减小而渐渐减小。,3.截面应变,试验中量测的荷载与截面外侧应变1，2)的全曲线如图。,荷载一侧压应变1的全曲线与轴压试件的应力-应变全曲线外形一样。荷载对侧应变2的变化则随试件的偏心距而异。,e00.2h的试件2自始至终为受拉，其全曲线外形也与轴心受压应力-应变全曲线相像。,试验过程中，沿截面高度布置变形传感器量测到试件的平均应变，可绘制各级荷载作用下的截面应变分布图。几乎全部的试验结果都证明，无论荷载偏心距的大小、截面上是否有受拉区，从开头加载直至试件破坏，截面平均应变都符合平截面变形的条件。,4.中和轴位置的变化,由截面应变分布图很简洁确定偏心受压试件的中和轴位置。刚开头加载，混凝土的应力很低时，截面中和轴位置接近于弹性计算的结果：,荷载增大(e0=const)后，混凝土的塑性变形和微裂缝渐渐进展，截面应力发生非线性重分布，中和轴向荷载一侧渐渐地漂移，压区面积减小。至极限荷载Np时，中和轴移动的距离可达(0.250.4)h。,应力-应变关系,在混凝土棱柱体的偏心受压试验中，虽然可以准确地确定荷载的数值和位置，并量测到截面的应变值和分布，但由于混凝土应力-应变的非线性关系，截面的应力分布和数值仍不得而知。故偏心受压状况下的混凝土应力-应变全曲线不能直接用试验数据绘制。为了求得混凝土的偏心受压应力-应变全曲线，只能实行一些假定，推导根本计算公式，并引人试验数据进展大量的运算。现有计算方法分两类：,增量方程计算法。将加载过程划分成多个微段，用各荷载段的数据增量代入根本公式计算一一对应的应力和应变关系，作图相连得应力-应变全曲线；,给定全曲线方程，拟合参数值。首先选定合理的全曲线数学方程，用最小二乘法作回归分析，确定式中的参数值。两类方法各有优缺点,依据试验数据和计算方法进展争论后的全都结论是，应力-应变全曲线的外形与试件偏心距或应变梯度无关，即偏心受压和轴心受压可承受一样的曲线方程。但是，文献对偏心受压状况下的混凝土抗压强度(fc,e)和相应峰值应变(p,e给出了不全一样的数值。,考虑到这些结果来自不同的试验和计算方法、试件混凝土材料等，可以认为他们的主要结论根本全都。,依据上述试验结果和分析，过镇海建议承受混凝土偏心抗压强度fc.e和相应峰值应变(p,e)随偏心距(e0而变化的简化计算式,理论曲线和试验结果的比较如图。,按上式计算，轴心受压构件e0=0)得1，受弯构件(e0)得1.2。,2.3偏心受拉和弯曲受拉,争论和确定应变力梯度对混凝土受拉的影响,混凝土偏心受拉性能的已有试验争论较少，且所得结论不全全都:,文献2-8通过试验争论得出的结论是，偏心受拉的应力-应变关系与轴心受拉的一样；,文献2-9则认为应变梯度的存在提高了混凝土的受拉峰值应变，应力-应变曲线有所不同，给出了由直线段和曲线段组成的上升段曲线方程；,文献2-10,2-11争论了混凝土弯曲抗拉强度(ft,f)计算方法的改进；,文献1-31比较了系统的偏心受拉和弯曲试验，量测了应力-应变全曲线，给出混凝土偏心受拉性能的一般规律和相应的计算式。,1.破坏过程,不同荷载偏心距的受拉试件，加载后截面上产生不均匀应力分布：,到达极限荷载时，首先在试件的最大受拉边消逝裂缝；,裂缝垂直于拉应力方向，沿截面对另一侧延长，承载力渐渐下降，最终将试件断裂成两截；,试件一般只有一条裂缝，由初始裂缝进展为断裂裂缝；,试件的破坏形态和断口特征与轴心受拉试件的一样，不同偏心距试件也无区分。,2.极限抗拉强度和塑性影响系数,试件破坏时的极限拉力N,p,随荷载偏心距e,o,的增大而降低，试验数据如图。,图中可看到试验值均高于按弹脆性材料计算的理论值：,但是，提高的幅度小于偏心受压的类似状况。这说明混凝土受拉塑性变形的进展有限，截面应力重分布的变化较小。,矩形截面的混凝土偏心受拉和受弯试件，依据弹性材料截面直线应力分布计算的最大拉应力，即为弯曲抗拉强