02.1主要因素的影响.ppt

1、第2章主要因素的影响是，混凝土的基本力学性能，采用标准试验片，按照标准试验方法，在理想的应力状态下进行短期负荷试验。 工程混凝土的影响因素很多，主要是有荷载重复加载作用的构件截面不均匀受力非28天龄期加载荷载的长期持续作用等以上因素对混凝土的力学性能有一定影响，需要研究其变化规律，正确处理工程实际问题。 2.1负荷重复加载作用的影响，所有结构工程在使用期间承受各种活载荷随机或有规律地重复加载作用，结构中的混凝土需要相应的应力重复作用。 这种受力状态与上述标准试料一次单调负荷、被破坏的试验状况明显不同。 为了研究混合土的反复应力所产生的强度和变形性能，进行了各种形式的反复负荷试验。 这些试验不能

2、模拟实际结构中混凝土的所有重复承载过程，但从典型的试验结果中可以得出其一般规律和重要结论。2.1.1 6种压应力重复卸载试验介绍，过镇海、张秀勤在文献中介绍了6种压应力重复卸载试验，测得的混凝土受压应力应变全曲线：单调载荷(a )等应变增量的重复完全卸载(b )，2.1.1 6种即时等应力循环卸载(d )等应变循环卸载(e )沿初次卸载曲线的循环卸载(f )、EV-包络线、CM-共同轨迹线、2.1.2重要现象和一般法则、1，1各种重复负荷(b-f )下的包络线单调负荷包络线上的峰点给出的棱柱体的耐压度和峰变形也与单调负荷的对应值(fc，p )没有显着差异。 2、裂纹和破坏过程中的所有试件均为超

3、过峰值应力后，总应变达到(1. 53. 0) 10-6时首次出现的裂纹。 裂缝又细又短，平行于压缩应力方向。 如果继续卸载，纵向的短裂缝将相继出现。 重复加载时，总应变值不增大，裂纹不明显发展。 当试验片的总应变达到(35) 10-3时，相邻的裂纹延伸连接，形成贯通的倾斜裂纹。 应变进一步增大，斜裂缝破坏带逐渐扩大，仍保留少量残馀承载力。 这个过程也和试验片一次单调负荷的现象相同。 3 .卸载曲线应从受压应力-应变全曲线或包络线上的任意点(u，u )卸载到应力零，使曲线完全卸载。 每次卸载到零时，混凝土都有残馀应变res。 它随着卸载应变(u )而增大，反复多次卸载，残馀应变又增大。 每次卸载

4、开始，试验片的应力降低都快，应变恢复少。 随着应力值的减小，变形的恢复逐渐加快。 应力为卸载时应力(u )的约20%-30以下时，变形恢复最快。 这是恢复变形滞后现象，主要原因是试样中存在的纵裂纹在高压应力下不能恢复。 因此，卸载时的变形(u )越大，裂纹的展开越充分，恢复变形滞后变得严重。 中的组合图层性质变更选项。 如果重载起点的应变大，则与其上端应变rel/p1.0(包络线的下降段)相接。 因为接点的倾斜度比零小，所以再负荷曲线的上升段在应力低的地方有拐点，之后出现极大值(峰值点)和小节下降段，并且，起点变形(res )越大曲线的变化幅度越大。 4 .再负荷曲线从应力为零的任一应变值(r

5、es，0 )开始与包络线相接，直到重叠(rel，rel )为止开始再负荷，作为再负荷曲线。重载曲线有两种不同的形状：重载起点的应变小(res/p0.2)时，与其上端应变rel/p1.0即包络线的上升段相接，曲线上没有拐点，斜率单调减少，到接点斜率大于零。 曲线超过共同点(CM，共同点轨迹线)后，仅在纵向应变加速增长时，横向应变才开始增大。 这些现象也明显是纵裂的发展和延迟恢复造成的。 由于横向应变() 的反复负荷，试验片的横向应变的变化如图所示。 开始负荷阶段，横向应变小。 当应力接近棱柱体强度fc时，横向应变显着增加。 卸载时，纵向应变部分恢复，但横向应变几乎不恢复，保持一定值。 再负荷时，

6、纵向应变立即增大，但横向应变保持一定值。 试验片的应变大(410-6 )，卸载时横向应变稍微恢复。 同时加上卸载循环，在-曲线上形成非常平坦的菱形封闭环。 将重复负荷(b )和单调负荷(a )的试验进行比较，试验片在相同的纵向应变()下对应的横向应变()的值接近，整体的变化规则一致。 分析各种重复负荷下的共同轨迹线，明显与对应的包络线或单调负荷全曲线的形状相似，前者和后者的相似比Kc0.860.93平均为0.89，重复负荷c的相似比大约为0.91。 6、共同点轨迹线(CM )在重复负荷试验中，从包络线上的任意点卸载后加载，其交点称为共同点。 多次卸载得到的共同点，用平滑的曲线依次连接，即共同点

7、轨迹线，用CM表示。 一看各条试验曲线就知道了。 再负荷曲线通过共同点时斜率显着减少，即试验片的纵向应变超过原来的卸载应变(u )急速增加，横向应变也急速增大。 这表明，既有纵裂的扩张，也有新裂纹的发生，损伤的积蓄增大。 7、在稳定点轨迹线(ST )重复载荷试验(e、f )中，以规定的应变值经过多次载荷，混凝土的应力(承载力)不会降低，残馀应变不会变大，载荷再载荷曲线成为稳定的闭环，环的上端被称为稳定点各循环中得到的稳定点用平滑的曲线，即稳定点轨迹线连接，用ST表示。 这就是混凝土低周疲劳的极限包线。 中的组合图层性质变更选项。 到达稳定点所需的载荷循环数取决于卸载时的应变。 根据统一修正，在

8、应力-应变曲线的上升段以内，一般约需要34次，在下降段内，为了达到稳定点，需要69次。 通过观察和比较，稳定点轨迹线的形状也类似于对应的包络线或单调负荷全曲线。 这些类似比必须在Ks=0.700.80平均值0.75、弹性模量测量方法、钢筋混凝土结构抗震或其他受力状态下进行非线性分析时，应用混凝土的加载和重复作用的应力应变关系(包络线)，但是， 这些都是混凝土试验片在短时间(数小时)内进行装货试验的结果，其数据和规则在长期装货的情况下，当然需要说明变化。2.2偏心受压(不均匀受压)2.2.1试验方法、应变梯度对混凝土强度和变形性能的影响、国内外设立和研究了多种棱柱体的偏心受压试验。 试验根据控制

9、断面应变的方法分为3种，1 .等偏心距离试验(e0=const )按规定偏心距离决定负荷位置，一次负荷直到试验片被破坏。 试验片的截面应变随载荷的增大而变化，应变梯度逐渐增大，中和轴因混凝土受压的塑性变形等而向载荷方向少量移动。 3 .等应变梯度负荷(1-2=const )试验片从试验机施加轴力n，千斤顶在横向施加弯矩m。 在试验时以规定的应变梯度同时控制n和m，截面应变平行地变大，应变梯度保持一定值。2 .全断面受压，单侧应变为零(2o )，断面中心的主要压力(N1 )由试验机施加。 偏心压力(N2 )由液压千斤顶施加，可进行数值调整，使单侧应变为零。 截面应变分布始终呈三角形，但应变梯度逐

10、渐增加。 2.2.2主要试验结果表明：1.极限承载力(Np )和相应的最大应变(1p )试验片破坏时的极限承载力随着载荷偏心距离(eo )的增大而降低，但均明显高于线性努力(弹性)计算的承载力：发生混凝土塑性变形该应变值表示混合土的轴心明显大于受压峰值应变p，试验片此时的最外纤维进入应力应变曲线的下降段。 2、破坏形态混凝土棱柱体中心受压的破坏过程和形态如前所述。 偏心距离小(e00. 15h )的试验片在负荷达到(0. 91. 0)Np时，首先在最大受压部产生纵裂纹。 如果负荷超过峰值进入下降段，纵向的龟裂延伸扩展，产生新的龟裂，形成三角形的龟裂区域。 相反侧被拉的话，就会产生横向拉的龟裂。

11、 试验片继续承受负荷，受压龟裂部的上部和下部发生了倾斜主龟裂。 横拉裂纹的伸长，减小冲压面积，与冲压裂纹合流后，试验片的上下产生相对旋转和打滑，最后的破坏形态如图所示。 偏心距离大的(eo 0. 2h )试验片开始施加负荷时，截面上有拉伸应力区域。 拉伸应变超过混凝土的界限值时，试验片首先发生横拉裂纹。 随着负荷的增大，向压力区延伸。 接近极限负荷时，接近最大受压侧产生纵裂纹。 负荷进入下降段后，横拉裂纹继续扩张和伸长，纵受压裂纹也扩大了。 最终，试验片冲压区域的面积缩小，裂纹加剧，也会发生上下的相对旋转和滑动引起的破坏。 所有试验片的三角形受压破坏区的纵向长度约为横向宽度的2倍。 破碎区域的

12、长度和面(体)积都随着偏心距离变大，截面压力区域的高度变小而逐渐变小。3 .截面应变、试验测得的负荷和截面外侧应变(1、2 )的全曲线如图所示。 负荷侧的压缩应变1的全曲线与轴压试验片的应力-应变全曲线形状相同。 负荷相反侧的应变2的变化根据试验片的偏心距离而不同。 e00. 2h的试验片2从头到尾被拉伸，其全曲线形状也与轴心受压应力应变全曲线相似。 在试验中，沿截面高度配置的变形传感器可以测量试验片的平均应变，制作各段负荷的截面应变分布图。 大多数试验结果证明，从载荷开始到试验片破坏，截面平均应变满足平截面变形的条件，无论载荷偏心距离的大小、截面是否有拉伸区。 4 .根据中和轴位置的变化截面

13、应变分布图能够容易地确定偏心受压试验片的中和轴位置。 刚开始施加载荷，混凝土应力低时，截面中和轴的位置接近弹性修正的结果：载荷增大(e0=const )后，混凝土的塑性变形和微裂缝逐渐发展，截面应力产生非线性重分布，中和轴的载荷侧逐渐漂移在极限负荷Np之前，中和轴移动的距离达到(0. 250. 4)h。 2.2.3应力应变关系，在混凝土棱柱偏心受压试验中，可以准确确定载荷的数值和位置，测量截面的应变值和分布，但从混凝土应力应变的非线性关系来看，截面的应力分布和数值尚不为人所知。 因此，偏心受压时的混凝土应力-应变全曲线不能直接用试验数据绘图。 为了求出混凝土的偏心受压应力-应变全曲线，只能做几

14、个假设，导出基本修正公式，收集实验数据进行大量的运算。 现有的修正算法分为增量方程式修正算法两种。将加载过程划分为多个微段，将每个载荷段的数据增量分配给基本表达式，以计算相应应力和应变之间的关系，并绘制连接应力-应变的所有曲线，指定适合残奥计数值的所有曲线方程。 首先选择合理的全曲线数学方程，用最小二乘法进行回归分析，确定公式中的残奥参数值。 在(两种方法各有优缺点)实验数据和校正方法的基础上研究结果表明，应力应变全曲线的形状与试件的偏心距离和应变梯度无关，即偏心受压和轴心受压可采用相同的曲线方程式。 但是，文献对于偏心受压时的混凝土抗压强度(fc，e )和对应的峰应变(p，e )没有给出完全

15、相同的数值。 考虑到这些结果来自不同的试验和修正计算方法、试验片混凝土材料等，他们的主要结论基本一致。 基于上述试验结果和分析，过镇海建议采用混凝土偏心抗压强度(fc.e )和相应峰应变(p，e )随偏心距离(e0)变化的简化修正公式，理论曲线与试验结果的比较如图所示。 如果用上式进行修正，则轴心受压部件(e0=0)为1，压曲部件(e0)为1.2。 2.3研究、确定偏心拉伸和弯曲拉伸、应变(力)梯度对混凝土拉伸的影响混凝土偏心拉伸性能的现有试验研究很少，而且得出的结论是不完全一致：文献2-8通过试验研究得出的结论是，偏心拉伸的应力应变关系是轴心文献2-9认为应变梯度的存在提高了混凝土的拉伸峰应

16、变，应力应变曲线不同，给出了由直线段和曲线段构成的上升段曲线方程式的文献2-10、2-11研究了混凝土的弯曲拉伸强度(ft，f )的修正计算方法的改良的文献1-31表示系统的偏心拉伸破坏过程不同的负荷偏心距离的拉伸试验片，负荷后截面产生不均匀的应力分布：达到极限负荷时，首先在试验片的最大拉伸边产生龟裂，裂纹与拉伸应力方向垂直，沿截面向相反侧延伸，承载力逐渐降低，最终将试验片断裂为两个的试验片一般从初期龟裂发展为断裂龟裂的试验片的破坏形态和断口特征与轴心拉伸试验片相同，即使偏心距离不同，试验片也没有差别。 2 .极限拉伸强度和塑性影响系数试验片破坏时的极限拉伸力Np随着负荷偏心距离eo的增大而降

17、低，试验数据如图所示。 图中，试验值都是用弹(脆)性材料修正的理论值：更高，但提高幅度比偏心受压的类似情况小。 这表明混凝土的拉伸塑性变形的进展有限，截面应力的再分布变化小。 矩形截面的混凝土偏心拉伸和弯曲试验片是根据弹性材料截面的直线应力分布修正的最大拉伸应力，即弯曲拉伸强度ft、f。 相对于轴心抗拉强度的比，截面阻力矩塑性影响系数：偏心拉伸，弯曲，对于弹性(脆)性材料，为1，坐标上为对角直线，所有的数据都在直线上，表示非弹性的混凝土材料1，根据回归分析：承受轴心拉伸的弯曲承受部件EO=1. 实际上，构件的塑性影响系数也与混凝土的强度等级、试验片断面高度等有关。 混凝土的强度等级越高，塑性变形的发展越小，值越低。 当fcu=25.36 N/mm2增大到74.05 N/mm2时，弯曲部件的试验平均值从=1. 76下降到1. 35。 偏心拉伸、弯曲、轴心拉伸部件eo=0时=1弯曲承受部件eo=1. 51。 实际上，构件的塑性影响系数也与混凝土的强度等级、试验片断面高度等有关。 混凝土的强度等级越高，塑性变形的发展越小，值越低。 当fcu=25.36 N/mm2增大到74.05 N/mm2时，弯曲部件的试验平均值从=1. 76下降到1. 35。 试验片的截面高度决定了极限状态时的截面应变斜率。 截面高度越大，应变梯度越小，塑性影响系数越小。 各国研