第二章高等混凝土结构原理

1、高等混凝土结构原理高等混凝土结构原理授课教师：彭亚萍授课教师：彭亚萍济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院第二章第二章 主要因素的影响主要因素的影响 结构中的混凝土实际受力条件复杂多变，这些结构中的混凝土实际受力条件复杂多变，这些不符合标准试验方法的因素对混凝土的力学性能都不符合标准试验方法的因素对混凝土的力学性能都有不同程度的影响，认识其影响规律有助于正确处有不同程度的影响，认识其影响规律有助于正确处理实际工程问题。理实际工程问题。主要因素主要因素n荷载重复加卸作用荷载重复加卸作用n偏心受压偏心受压n偏心受拉和弯曲受拉偏心受拉和弯曲受拉n龄期龄期n收缩收缩n徐变徐变2.1 荷载重复加卸作用

2、荷载重复加卸作用单调加载单调加载等应变增量等应变增量完全加卸载完全加卸载等应变增量等应变增量重复加卸载重复加卸载等应力循等应力循环加卸载环加卸载等应变循等应变循环加卸载环加卸载沿首次沿首次卸载曲卸载曲线的循线的循环加卸环加卸载载包络线包络线单调加载单调加载各种重复荷载各种重复荷载作用下的包络作用下的包络线均与单调加线均与单调加载的全曲线十载的全曲线十分接近分接近恢复变形滞后现象恢复变形滞后现象裂缝开展越充分，滞后现象裂缝开展越充分，滞后现象越严重。越严重。原因：原因：纵向裂缝在高压纵向裂缝在高压下不可能恢复下不可能恢复共同点轨迹线共同点轨迹线89. 093. 086. 0cK稳定点轨迹线稳定点

3、轨迹线等应变循等应变循环加卸载环加卸载稳定点：稳定点：在预定应变值下加卸载在预定应变值下加卸载46次次后，混凝土承载力和残余应变后，混凝土承载力和残余应变不再改变，卸载和再加载曲线不再改变，卸载和再加载曲线形成稳定的闭合环的上端点。形成稳定的闭合环的上端点。75. 08 . 07 . 0sK2.2 偏心受压偏心受压n一般构件均为偏心受压状态；一般构件均为偏心受压状态；n截面应力及应变分布不均匀。截面应力及应变分布不均匀。2.2.1 试验方法试验方法2.2.2 主要试验结果主要试验结果1、极限承载力和相应的最大应变、极限承载力和相应的最大应变1、随偏心距增加极、随偏心距增加极限承载力下降；限承载

4、力下降；2、NpNe2、破坏形态、破坏形态1 1、三角形受压破坏、三角形受压破坏区域的纵向长度约区域的纵向长度约为横向长度的为横向长度的2 2倍；倍；2 2、压碎区的长度和、压碎区的长度和面积均随偏心距的面积均随偏心距的增大、截面受压区增大、截面受压区高度的减小而逐渐高度的减小而逐渐减小。减小。3、截面应变、截面应变n截面平均应变符合平截面变形的截面平均应变符合平截面变形的条件；条件；n荷载一侧压应变全曲线与轴压试荷载一侧压应变全曲线与轴压试件的应力应变曲线形状相同；件的应力应变曲线形状相同；n荷载对侧应变的变化随试件偏心荷载对侧应变的变化随试件偏心距而异。距而异。4、中和轴位置的变化、中和轴

5、位置的变化中和轴中和轴弹性计算值弹性计算值中和轴的移中和轴的移动幅度较大动幅度较大2.2.3 应力应变关系应力应变关系n通过试验和计算研究得出：应力应变曲线通过试验和计算研究得出：应力应变曲线与试件偏心距及应力梯度没有关系，轴压与试件偏心距及应力梯度没有关系，轴压与偏压曲线一致。与偏压曲线一致。偏压和轴压的抗压强度和峰值应变比值偏压和轴压的抗压强度和峰值应变比值)/6(12 . 02 . 10,heffpepcec2.3 偏心受拉和弯曲受拉偏心受拉和弯曲受拉n试件的破坏形态、断口特征与轴拉相同；试件的破坏形态、断口特征与轴拉相同；n截面应变符合平截面假定截面应变符合平截面假定n从开始加载到极限

6、状态，中和轴的移动幅从开始加载到极限状态，中和轴的移动幅度小于偏压构件度小于偏压构件极限抗拉承载力极限抗拉承载力弹性计算值弹性计算值1 1、随偏心距的增、随偏心距的增加，偏拉承载力加，偏拉承载力下降；下降；2 2、承载力试验值均、承载力试验值均大于弹性计算值。大于弹性计算值。塑性影响系数塑性影响系数tftff/,弹脆性材料弹脆性材料轴拉构件轴拉构件=1)/6 (51. 177. 051. 10he受弯构件受弯构件e0=1.51极限荷载时的最大拉应变极限荷载时的最大拉应变)/6(110 . 20,1heptp应力应变曲线方程应力应变曲线方程n不同偏心距构件的应力应变曲线形状相似不同偏心距构件的应

7、力应变曲线形状相似n偏心受拉构件应力应变方程采用轴心受拉的计偏心受拉构件应力应变方程采用轴心受拉的计算式，但抗拉强度和峰值应变不同；算式，但抗拉强度和峰值应变不同；)/6(11 . 01 . 10,hefftet1x22xxy1xxxxy7 . 1) 1(5 . 0)/6(13 . 03 . 10,heptetn受弯构件的取为：受弯构件的取为：2.4 龄期龄期n随着龄期的增长，随着龄期的增长，混凝土内水泥的水混凝土内水泥的水化作用日渐充分，化作用日渐充分，成熟度不断提高，成熟度不断提高，其强度和弹性模量其强度和弹性模量继续增长。继续增长。抗压强度抗压强度n一般将混凝土的后期强度（一般将混凝土的

8、后期强度（28天以后增加的强度）天以后增加的强度）做为结构的附加安全储备，计算中不考虑；做为结构的附加安全储备，计算中不考虑；n结构的长期抗压强度一般取为结构的长期抗压强度一般取为0.8fc。n模式规范的计算式：模式规范的计算式：水泥品种影响系数:)()/281(seftftstctc弹性模量弹性模量水泥品种影响系数:)()/281(seEtEtsttcc2.5 收缩收缩n混凝土在空气中硬化时水份散失体积会缩小的混凝土在空气中硬化时水份散失体积会缩小的现象称为混凝土的收缩。现象称为混凝土的收缩。n收缩应变是混凝土内部微裂缝和外表宏观裂缝收缩应变是混凝土内部微裂缝和外表宏观裂缝发展的主要原因。发

9、展的主要原因。n收缩会加大预应力损失、降低构件抗裂性、增收缩会加大预应力损失、降低构件抗裂性、增大构件变形，产生不利影响。大构件变形，产生不利影响。主要影响因素主要影响因素n水泥的品种：水泥的品种：水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越大。越大。n水泥的用量：水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。n骨料的性质：骨料的性质：骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。n养护条件：养护条件：干燥失水及高温环境，收缩大。干燥失水及高温环境，收缩大。n混凝土制作方法：混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小

10、。混凝土越密实，收缩越小。n使用环境：使用环境：使用环境温度、湿度越大，收缩越小。使用环境温度、湿度越大，收缩越小。n构件的体积与表面积比值：构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。比值大时，收缩小。模式规范的计算式模式规范的计算式n普通混凝土在正常温度下，湿养护不超过普通混凝土在正常温度下，湿养护不超过14天，天，暴露在平均温湿度环境中的素混凝土构件未加暴露在平均温湿度环境中的素混凝土构件未加载时的平均收缩应变载时的平均收缩应变)()2(035.0)(10)90(160)(),(26scssscscRHcsosscsoscsttuAttttftttt名义收缩系数名义收缩系数环境湿度环境湿度

11、水泥种类水泥种类2.6 徐变徐变n混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而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。不断增长的现象称为徐变。徐变徐变弹性后效弹性后效残余变形残余变形n徐变是水泥凝胶体的塑性流动以及骨徐变是水泥凝胶体的塑性流动以及骨料界面和砂浆内部微裂缝发展的结果。料界面和砂浆内部微裂缝发展的结果。松弛松弛n保持应变值不变，混凝土的保持应变值不变，混凝土的应力随时间的延长而逐渐减应力随时间的延长而逐渐减小的现象。小的现象。n徐变和松弛实际上是材料随徐变和松弛实际上是材料随时间而异的变形性质的不同时间而异的变形性质的不同表现形式。表现形式。n两者的变化规律和影

12、响因素两者的变化规律和影响因素相同，并可互相转换和折算。相同，并可互相转换和折算。徐变徐变松弛松弛徐变指标徐变指标)(),(),(000tttttCcc徐变度（单位徐变）：徐变度（单位徐变）：徐变系数：徐变系数：)(),(),(000tttttcicc名义徐变系数：名义徐变系数：)(),(),(000tttcicc)(),()(/ )(),()(),(),(00000000tEttCtEttttttttcccccicc2.6.2 主要影响因素主要影响因素n应力水平越高，起始应变越大，徐变也越大应力水平越高，起始应变越大，徐变也越大；n混凝土龄期越小，徐变越大；混凝土龄期越小，徐变越大；n水泥用量多、水灰比越大、水泥砂浆含量大，水泥用量多、水灰比越大、水泥砂浆含量大，徐变也越大；徐变也越大；n混凝土振捣密实、养护条件好时徐变就小；混凝土振捣密实、养护条件好时徐变就小；n环境湿度越小、温度越高，徐变就越大；环境湿度越小、温度越高，徐变就越大；n构件相对表面积越大，徐变就越大。构件相对表面积越大，徐变就越大。应力水平对徐变的影响应力水平对徐变的影响d(0.40.6)线形徐变线形徐变(0.40.6) d 0.8非线形徐变非线形徐变0.8 d 徐变发散徐变发散构件破坏构件破坏2.6.3 计算公式计算公式3/12 . 00000)/2( 1 . 0)100/(111 . 0