四校联合出版 混凝土结构设计原理第2章-材性 课件.ppt

大约在20世纪80年代以前，一般认为混凝土的应力—应变曲线只有上升段。由于试验技术的进步，后来发现了“下降段”。这改变了混凝土结构的破坏准则，是一次认知和理论的新飞跃。 过去认为的“混凝土压应力达到抗压强度时破坏”的概念被打破了，改为“混凝土压应变达到其极限压应变值时破坏”。由强度准则改为应变准则，对混凝土结构的影响是很大的。 例如，界限相对受压区高度的确定等都是以此为依据的。 * 对混凝土单轴短期加载下 关系曲线的几点认识： 1、混凝土的 关系是一条曲线，说明混凝土是一种弹塑性 材料。 2、 曲线的上升段的高低反映了混凝土强度的大小，下降 段的陡缓反映了混凝土变形能力的大小。 混凝土的变形能力是指混凝土到达极限强度后，在应力下降 幅度相同的情况下变形的大小，变形大的，说明混凝土耐受 变形的能力强，亦即延性好。即下降段越缓的混凝土，其变 形能力越好。 3、不同强度混凝土的 曲线有相似的形状，但也有实质性 区别。混凝土强度越高，其下降段越陡，其延性越差，而上 升段和峰值应变的变化不大。见图。 * 强度越高，峰值应变越大，极限应变越小，下降段越陡峭 ——延性越差 强度越低，峰值应变越小，极限应变越大，下降段越平缓——延性越好 * 不同强度混凝土的 曲线 4、 关系曲线与加荷速度有关。 加荷速度增加，最大应力值提高，相应的峰值应变减小，下降 段变陡。 加荷速度降低，最大应力值降低，相应的峰值应变提高，下降 段减缓。 5、对混凝土配置横向钢筋，形成处于三向受压状态的“约束混凝 土”，使其峰值应力提高，峰值应变增大，下降段减缓。 螺旋筋或箍筋使混凝土处于三向受压状态，阻止混凝土的膨胀，从而提高了试件的纵向强度和延性，而且螺旋筋和箍筋的用量越多，其效果越明显，特别是延性提高幅度较大。 * * 下图为采用配置螺旋箍筋形成 “约束混凝土”的应力—应变曲线： 混凝土单轴受压应力-应变本构关系美国E.Hognestad建议的模型曲线 德国Rüsch建议的模型曲线 * 《规范》应力-应变关系 上升段： 下降段： * 混凝土轴心受拉时的应力-应变关系 * 混凝土变形模量的表示方法 P18 混凝土的变形模量 Elastic Modulus * 弹性模量(原点切线） Elastic Modulus 切线模量 Tangent Modulus 弹性系数n (coefficient of elasticity) 随应力增大而减小 n =1~0.5 变形模量(割线) Secant Modulus * 混凝土的三种模量 ◆弹性模量测定方法 * 对标准尺寸150mm×150mm×300mm的棱柱体试件，先加载至σ=0.5fc，然后卸载至零，再重复加载、卸载5-10次 需要注意的是: 混凝土不是弹性材料，所以不能用已知的混凝土应变乘以规范中所给的弹性模量值去求混凝土的应力（尤其是在结构分析中）。 * 2、混凝土的徐变 Creep 混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。 不利影响：徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大；引起预应力损失；在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。 有利影响：徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布；降低结构的受力（如支座不均匀沉降）；减小大体积混凝土内的温度应力；受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。 下图为混凝土棱柱体徐变的试验曲线。 * 在应力（≤0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变ee（= si/Ec(t0)，t0加荷时的龄期），荷载持续作用下逐渐完成徐变应变 。 前4个月徐变增长较快，6个月可达最终徐变的（70~80）%，以后增长逐渐缓慢，2~3年后趋于稳定。 (ε×10–3) 0 0.5 1.0 1.5 2.0 5 10 15 20 25 30 (t/月) εe εcr εe εe εcr * (ε×10–3) 0 0.5 1.0 1.5 2.0 5 10 15 20 25 30 (t/月) εe εcr εe εe εcr 如在时间t 卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变ee。由于混凝土弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变ee小于加载时的瞬时弹性应变 ee。再经过一段时间后，还有一部分应变ee可以恢复，称为弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变ecr * ◆徐变系数j (t，t0) Creep Coefficient 当初始应力小