01.1基本力学性能.ppt

钢筋混凝土原理和分析Reinforced Concrete Theory and Analyse 0、绪论 0.1钢筋混凝土结构的发展和特点 广泛应用钢筋混凝土结构的工程领域： 建筑工程 桥梁和交通工程 水利和海港工程 地下工程 特种结构 0.2本课程特点 结构工程科学研究的一般规律： 从工程实践中提出要求和问题，精心调查和统计、实验研究、理论分析、计算对比、找出解决问题的方法； 研究一般的变化规律，揭示作用机理，建立物理模型和数学表达，确定计算方法和构造措施，回到工程实践中验证，改进和补充。 混凝土结构作为结构工程的一个分支，亦服从上述规律。 第一篇 混凝土的力学性能 混凝土：由水泥、骨料和水拌合形成的人工合成材料。 作 用：作为钢筋混凝土结构的主体，一是自身承担较的大的荷载；二是容纳和维护各种构造的钢筋，组成合理的组合性结构材料。 特 点：非弹性、非线性、非匀质材料，较大离散性。 本篇介绍：一般特性和破坏机理、基本应力状态下的强度和变形，主要因素影响下的性能变化，多轴应力状态下的强度和本构关系。 1.1.2材性的基本特点 1.1.3受力破坏的一般机理 1.2.2棱柱体试件的受力破坏过程 粗骨料和水泥砂桨的热工性能（如线膨胀系数)有差别。当混凝土中水泥产生水化热或环境温度变化时，两者的温度变形差受到相互约束而形成温度应力场。更因为混凝土是热惰性材料，温度梯度大而加重了温度应力。 当混凝土承受外力作用时，即使作用应力完全均匀，混凝土内也将产生不均匀的空间微观应力场，取决于粗骨料和水泥砂浆的面（体）积比、形状、排列和弹性模量值，以及界面的接触条件等。在应力的长期作用下，水泥砂浆和粗骨料的徐变差使混凝土内部发生应力重分布，粗骨料将承受更大的压应力。 压力 拉力 所有这些都说明，从微观上分析混凝土，必然要考虑非常复杂的、随机分布的三维应力（应变）状态。 其对于混凝土的宏观力学性能，如开裂，裂缝开展，变形，极限强度和破坏形态等，都有重大影响。 混凝土内部有不可避免的初始气孔和缝隙，其尖端附近因收缩、温度变化或应力作用都会形成局部应力集中区，其应力分布更复杂，应力值更高。 2.变形的多元组成 混凝土在承受应力作用或环境条件改变时都将发生相应的变形。从混凝土的组成和构造特点分析，其变形值由3部分组成： ⑴骨料的弹性变形 占混凝土体积绝大部分的石子和砂，本身的强度和弹性模量值均比其组成的混凝土高出许多。即使混凝土达到极限强度值时，骨料并不破碎，变形仍在弹性范围以内，即变形与应力成正比，卸载后变形可全部恢复，不留残余变形。 ⑵水泥凝胶体的粘性流动 水泥经水化作用后生成的凝胶体，在应力作用下除了即时产生的变形外，还将随时间的延续而发生缓慢的粘性流（移）动，混凝土的变形不断地增长，形成塑性变形。当卸载后，这部分变形一般不能恢复，出现残余变形。 ⑶裂缝的形成和扩展 在拉应力作用下，混凝土沿应力的垂直方向发生裂缝。裂缝存在于粗骨料的界面和砂浆的内部，裂缝不断形成和扩展，使拉变形很快增长。在压应力作用下，混凝土大致沿应力平行方向发生纵向劈裂裂缝，穿过粗骨料界面和砂浆内部。这些裂缝的增多、延伸和扩展，将混凝土分成多个小柱体，纵向变形增大。在应力的下降过程中，变形仍继续增长，卸载后大部分变形不能恢复。 后两部分变形成分，不与混凝土的应力成比例变化，且卸载后大部分不能恢复，一般统称为塑性变形。 不同原材料和组成的混凝土，在不同的应力水平下，这三部分变形所占比例有很大变化。 ①当混凝土应力较低时，骨料弹性变形占主要部分，总变形很小； ②随应力的增大，水泥凝胶体的粘性流动变形逐渐加速增长； ③接近混凝土极限强度时，裂缝的变形才明显显露，但其数量级大，很快就超过其它变形成分。 在应力峰值之后，随着应力的下降，骨料弹性变形开始恢复，凝胶体的流动减小，而裂缝的变形却继续加大。 3.应力状态和途径对力学性能的巨大影响 混凝土的单轴抗拉和抗压强度的比值约为1:10，相应的峰值应变之比约为1:20，都相差一个数量级。两者的破坏形态也有根本区别。这与钢、木等结构材料的拉、压强度和变形接近相等的情况有明显不同。 混凝土在基本受力状态下力学性能的巨大差别使得： ①混凝土在不同应力状态下的多轴强度、变形和破坏形态等有很大的变化范围； ②存在横向和纵向应力（变）梯度的情况下，混凝土的强度和变形值又将变化； ③荷载（应力）的重复加卸和反复作用下，混凝土将产生程度不等的变形滞后、刚度退化和残余变形等现象； ④多轴应力的不同作用途径，改变了微裂缝的发展状况和相互约束条件，混凝土出现不同力学性能反