选定钢筋混凝土结构的材料-混凝土变形

005-混凝土的变形混凝土的变形混凝土的变形按成因分类：荷载变形；体积变形。荷载变形：单调短期荷载、长期荷载、重复荷载；体积变形：化学结晶、含水变化、温度变化。一、单轴受压应力-应变

混凝土单轴受力时的应力-应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学特征,是分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定。在普通试验机上采用等应力速度加载，达到轴心抗压强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲线的上升段。采用等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力-应变曲线的下降段。上升段OC——整体工作阶段OA，线弹性工作

——微裂缝发生、发展阶段AB，弹(塑)性工作

——宏观裂缝贯通、扩展阶段BC

，(弹)塑性工作下降段CD——宏观裂缝表面化并扩展形成斜向剪切破坏带，塑性工作收敛段DE——应力下降速率减缓并趋于稳定的残余应力上升段下降段特征值——峰值应力fc——峰值应变εc0

εc0

=0.0015~0.0025——极限压应变εcu

εcu

=0.003~0.005影响σ-ε关系的主要因素——混凝土强度：强度越高，则峰值应力和峰值应变越高，极限压应变越小，

σ-ε关系曲线尖锋越陡峭——应变速率：速率越高，则峰值应力越高、峰值应变和极限压应变越小，

σ-ε关系曲线尖锋越陡峭——测试技术和条件A点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强度混凝土sA约为

(0.3~0.4)fc，对高强混凝土sA可达(0.5~0.7)fc。A点以后，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力-应变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是稳定的。达到B点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导致破坏。取B点的应力作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土sB约为0.8fc，高强强度混凝土sB可达0.95fc以。达到C点fc，内部微裂缝连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰值应变

e0，约为0.002。随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破坏，裂缝连通形成斜向破坏面。E点的应变e=(2~3)e0，应力s=(0.4~0.6)fc。强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。二、混凝土在荷载重复作用下的应力-应变关系◆疲劳强度

混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用100mm×100mm×300mm或150mm×150mm×450mm的棱柱体，把棱柱体试件承受200万次或其以上循环荷载而发生破坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度。◆影响因素

施加荷载时的应力大小是影响应力-应变曲线不同的发展和变化的关键因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度有关。在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力比值的增大而增大。二、混凝土在荷载重复作用下的应力-应变关系

混凝土弹性模量弹性模量变形模量切线模量

混凝土弹性模量测定混凝土弹性模量Ec的规范方法——取应力上限为σ=0.5fc——重复加卸载5~10次，得到较为稳定的σ-ε关系斜直线——取该斜直线斜率作为弹性模量混凝土弹性模量Ec的经验公式混凝土的剪切弹性模量Ge

混凝土弹性模量混凝土弹性模量可按下式计算混凝土剪切弹性模量可按下式计算三、长期荷载下的变形性能

徐变/蠕变

概念——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，即应力不变的条件下，应变随时间持续增长。

徐变对混凝土结构和构件的工作性能有很大影响。由于混凝土的徐变，会使构件的变形增加，在钢筋混凝土截面中引起应力重分布，在预应力混凝土结构中会造成预应力的损失。相应地，变形模量随时间持续降低：软化效应

成因——砼内部凝胶体缓慢流动、微裂纹逐渐发生

影响因素——持续应力水平、加载龄期、混凝土组分和配合比、养护和使用的温度、湿度条件。三、长期荷载下的变形性能

徐变不同于塑性变形！——徐变在各种应力水平下都可能发生，塑性变形在超过一定应力水平才会发生——徐变可部分恢复，塑性变形不可恢复混凝土的徐变特性主要与时间参数有关。

随荷载作用时间的延续，变形不断增长，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。影响徐变的因素

应力水平的影响：线性和非线性徐变！——线性徐变与持续应力大致成正比，随时间收敛。应力条件：——非线性徐变较持续应力的增长为快。应力条件：——非收敛徐变为随时间不能收敛的非线性徐变，应力条件：影响徐变的因素

加载时砼龄期的影响

——其它条件相同，则加载龄期越短，徐变越大!影响徐变的因素

混凝土组成成分和配合比

——混凝土集料弹性模量越高、集料所占体积比越大，则徐变越小

——水灰比越小、密实度越高、强度等级越高，则徐变越小

养护使用条件下的温度与湿度

——养护时温度越高、湿度越大，则水泥水化作用越充分，徐变越小

——使用环境温度越高，徐变越大

——使用环境相对湿度越低，徐变越大四、混凝土的收缩

混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。影响混凝土的收缩因素（1）水泥的品种：水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越大。（2）水