混凝土结构原理3.1强度理论一般原理.doc

第3章 多轴混凝土强度理论3.1 强度理论的一般原理1 混凝土破坏机理（1）基本破坏形态混凝土的基本破坏形态与裂缝特征基本破坏形态拉断破坏劈裂破坏破坏机理主拉应力控制主压应力控制应力状态裂缝形态基本特征横向拉断纵向压劈方向垂直于主拉应力平行于主压应力，后期出现斜裂缝数量一般只有一条多条平行裂缝，间距小裂缝形状不规则中间宽，两端窄发展过程很快，突然开展、延伸较缓慢，逐渐增多、延伸、变宽裂缝面界面清晰、整齐裂缝面有分叉、碎片，无定形两旁混凝土坚实、稳定疏松、易剥落破坏区长度限于一截面与截面尺寸同一数量级（2）典型破坏形态混凝土典型破坏形态与机理破坏形态主导应力破坏机理及特征拉断破坏拉断1过大的拉应变导致混凝土被拉断是出现拉断破坏的原因；2当时，裂缝垂直于最大主应力方向，当时，由于也很大，导致裂缝与最大主应力方向成一夹角；3侧向主压应力的存在加剧拉断破坏的出现、不大的侧向主拉应力的存在可稍稍推迟拉断破坏的出现。混凝土典型破坏形态与机理(续)破坏形态主导应力破坏机理及特征劈裂破坏柱状压坏1、在最大主压应力下均出现较大的横向拉应变导致混凝土被拉断是出现柱状压坏的原因；2发生柱状压坏的前提是最大压应力远大于其他两个方向的主压应力、或其他两个方向为量值不大的主拉应力；3柱状压坏的裂缝面为双向、接近正交、平行于最大主压应力方向；4尽管都是拉应变过大导致的破坏，但与拉断破坏不同，柱状压坏的裂缝形态与单轴受压的裂缝形态相同：有多条主裂缝面，砂浆内部有微小裂缝；5侧向不大主压应力的存在可推迟柱状压坏的出现、侧向主拉应力的存在加剧柱状压坏的出现。片状劈裂1在主压应力和不大的主拉应力共同作用下出现过大的拉应变导致混凝土被拉断是出现片状劈裂的原因；2发生片状劈裂的前提是主压应力很大，侧向压应力很小或为主拉应力，而为主压应力且不能太小；3片状劈裂的裂缝面为多条、单向、平行于最大主压应力方向；4片状劈裂的裂缝面特征与单轴受压破坏类似；5第二主压应力、第一主拉应力的存在加剧片状劈裂破坏的出现。混凝土典型破坏形态与机理（续）破坏形态主导应力破坏机理及特征劈裂破坏斜剪破坏1第一主应力和第三主应力产生的最大剪应变过大，是导致混凝土出现斜剪破坏的原因；2发生斜剪破坏的前提是：三轴受压；第一主应力较大以阻止片状劈裂破坏；第一主应力和第三主应力的差值较大，以至最大剪应力较大；3斜剪破坏的裂缝面平行于第二主应力方向，于第一主应力、第三主应力方向均成一定交角，裂缝面有剪切错动、碾压、破碎的痕迹；4第二主应力的大小对斜剪破坏影响不大，增大第一主压应力绝对值可推迟斜剪破坏的出现。挤压流动1三个主应力方向都出现很大、大小相当的压应变，使得混凝土内部出现很大的压缩变形和剪切变形，是导致挤压流动的原因；2出现挤压流动的前提是3个方向的应力都为主压应力且大小相当；3挤压流动没有明显的破坏面、混凝土内部砂浆甚至软弱粗骨料出现很大的塑性变形；4第一、第二主应力的存在推迟挤压流动破坏的出现。（3）不同破坏形态的的应力界限混凝土典型破坏形态与应力界限破坏形态拉断破坏劈裂破坏拉断柱状压坏片状劈裂斜剪破坏挤压流动主导应力破坏特征单裂面双向平行裂面单向平行裂面斜裂面无明显裂面应力状态单轴二轴T/TT/CC/C三轴T/T/TT/T/CT/C/CC/C/C2 混凝土强度理论的一般概念（1）强度理论、强度准则、屈服准则、屈服面、破坏面l 屈服与破坏：屈服是指材料在该应力状态下出现很大的变形，破坏是指材料在该应力状态下出现强度破坏。l 强度理论：描述材料在组合应力下的破坏特征、破坏性质及组合破坏强度的理论。l 强度准则：描述材料在组合应力作用的组合破坏强度规律。l 屈服准则：描述材料在组合应力作用的组合屈服强度规律。l 屈服面：三维应力坐标空间中混凝土屈服的应力组合曲面。l 破坏面：三维应力坐标空间中混凝土破坏的应力组合曲面。（2）屈服面几何特征l 曲面连续（一阶）、光滑（二阶连续）；l 对静水压力轴三折对称；l 在静水压力轴的拉端封闭，顶点为三轴等拉应力状态；压端开口，不与静水压力轴相交；l 子午线上各点的偏应力或八面体剪应力值，随静水压力或八面体正应力的代数值的减小而单调增大，但斜率渐减，有极限值；l 偏平面上的封闭曲线三折对称，其形状随静水压力或八面体正应力值的减小，由近似三角形（）逐渐外凸饱满，过渡为一圆（）。（3）屈服面描述方式l 主应力l 八面体应力l 应力不变量及应力偏量不变量l 静水应力（柱坐标），l 平均应力，（4）几个与屈服面相关的概念l 静水压力轴：与三个主应力坐标轴夹角（位移）相等的直线应力特征：，静水压力l 等倾面，平面，偏平面：与三个主应力坐标轴夹角相等的平面几何特征：与静水压力轴垂直，柱坐标系的屈服线l 子午线：过静水压力轴的平面与屈服面的交线拉子午线：（静水压力下增加第一主应力）压子午线：（静水压力下降低第三主应力）3混凝土屈服准则的分类（1） 按建立方法分类l 基于古典强度理论的修正l 基于实验统计的强度理论l 基于屈服面形状特征的数学推导（2） 按建立时间分类l 古典强度理论序号强度理论建议人原表达式1第一强度理论最大拉应力理论Rankine(1876)2第二强度理论最大拉应变理论Marriotto(1682)3第三强度理论最大剪应力理论Tresca(1864)4第四强度理论最大变形能理论Von Mises(1913)5最大剪应力和正应力Mohr-Coulomb(1900)6Drucker-PragerDrucker-Prager(1952)l 现代强度理论混凝土、岩土（3） 按未知参数分类参数数量混凝土岩土1Rankine(1876)Tresca(1864)Von Mises(1913)单剪应力理论（Tresca）广义单剪应力理论（广义Tresca）单剪切角理论（Mohr-Coulomb）2Mohr-Coulomb(1900)Drucker-Prager(1952)双剪应力理论（俞茂宏）广义双剪应力理论（俞茂宏）双剪切角理论3Bresler-Pister(1958)Willam-Warnke(3)(1975)三剪切力理论（Mises）广义三剪切力理论（Drucker_Prager）三剪切角理论（松冈元中井照夫）4Ottosen(1977)Hsieh