主要影響因素

第2章、主要因素的影響混凝土的基本力學(xué)性能是：采用標(biāo)準(zhǔn)試件、按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法、在理想應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行的一次短期加載試驗(yàn)測(cè)定。工程混凝土影響因素眾多，主要有：⑴荷載的重復(fù)加卸載作用；⑵構(gòu)件截面的非均勻受力；⑶非28天齡期加載；⑷荷載的長(zhǎng)期持續(xù)作用等。

⑵等應(yīng)變?cè)隽康闹貜?fù)完全加卸載(b)⑴單調(diào)加載(a)2.1荷載重復(fù)加卸作用過(guò)鎮(zhèn)海介紹了6種壓應(yīng)力重復(fù)加卸載試驗(yàn)：⑷等應(yīng)力循環(huán)加卸載(d)⑶等應(yīng)變?cè)隽康闹貜?fù)加卸載，但卸載至卸載前應(yīng)力的一半時(shí)，立即再加載(c)⑸等應(yīng)變循環(huán)加卸載(e)⑹沿首次卸載曲線的循環(huán)加卸載(f)

沿著重復(fù)荷載下混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線的外輪廓描繪所得的光滑曲線稱為包絡(luò)線（EV）。包絡(luò)線EV所有試件都是在超過(guò)峰值應(yīng)力后、總應(yīng)變達(dá)（1.5～3.0)×10-6時(shí)出現(xiàn)第一條可見裂縫。裂縫細(xì)而短，平行于壓應(yīng)力方向。裂縫與破壞過(guò)程繼續(xù)加卸載，相繼出現(xiàn)多條縱向短裂縫。若荷載重復(fù)加卸多次，則總應(yīng)變值并不增大，裂縫無(wú)明顯發(fā)展。裂縫與破壞過(guò)程當(dāng)試件的總應(yīng)變達(dá)(3～5)×10-3時(shí)，相鄰裂縫延伸并連接，形成貫通的斜向裂縫。應(yīng)變?cè)僭龃?，斜裂縫的破壞帶逐漸加寬，仍保有少量殘余承載力。這一過(guò)程也與試件一次單調(diào)加載的現(xiàn)象相同。卸載曲線

從受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€或包絡(luò)線上的任一點(diǎn)（σu，εu）卸載至應(yīng)力為零，得完全卸載曲線。

再加載曲線橫向應(yīng)變（

ε’

）重復(fù)荷載作用下，試件橫向應(yīng)變的變化如圖

在重復(fù)荷載試驗(yàn)中，從包絡(luò)線上任一點(diǎn)卸載后再加載，其交點(diǎn)稱共同點(diǎn)。共同點(diǎn)軌跡線CM穩(wěn)定點(diǎn)軌跡線ST

即混凝土低周疲勞的極限包線2.2、偏心受壓

2.2.1試驗(yàn)方法

1.等偏心距試驗(yàn)(e0=const)2.全截面受壓，一側(cè)應(yīng)變?yōu)榱悖é?≡o)3.等應(yīng)變梯度加載（ε1-ε2=const）按控制截面應(yīng)變方法的不同分為三類：2.2.2主要試驗(yàn)結(jié)果（以等偏心距試驗(yàn)為例）混凝土塑性變形產(chǎn)生的截面非線性應(yīng)力分布，有利于承載力的提高。1.極限承載力（Np）和相應(yīng)的最大應(yīng)變(ε1p)所有試件的三角形受壓破壞區(qū)，縱向長(zhǎng)度約為橫向?qū)挾鹊?倍。壓碎區(qū)的長(zhǎng)度和面（體）積均隨偏心距的增大、截面壓區(qū)高度的減小而逐漸減小。⑴⑵⑶eo>0.2he0<0.15h中心受壓2.破壞形態(tài)3.截面應(yīng)變

試驗(yàn)中量測(cè)的荷載與截面外側(cè)應(yīng)變（ε1，ε2)的全曲線如圖。e0<0.15h的試件ε2

由開始加載時(shí)的壓應(yīng)變逐漸轉(zhuǎn)為拉應(yīng)變；而e0>0.2h的試件ε2自始至終為受拉，其全曲線形狀也與軸心受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€相似。4.中和軸的變化

由截面應(yīng)變分布圖很容易確定偏心受壓試件的中和軸位置：

2.2.3應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系

⑴增量方程計(jì)算法。⑵給定全曲線方程，擬合參數(shù)值。增量法擬合法最終結(jié)果分別計(jì)算，經(jīng)相互驗(yàn)證和修正

試驗(yàn)結(jié)論表明，偏心受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線形狀與偏心距無(wú)關(guān)，所以偏心受壓和軸心受壓可采用相同的曲線方程。過(guò)鎮(zhèn)海試驗(yàn)分析表明，fc.e、εp,e、e0三者的關(guān)系如下式：理論曲線和試驗(yàn)結(jié)果的比較如圖。按上式計(jì)算，軸心受壓構(gòu)件（e0=0)得1，受彎構(gòu)件(e0＝∞)得1.2。

1破壞過(guò)程2極限抗拉強(qiáng)度和塑性影響系數(shù)2.3偏心受拉和彎曲受拉彈性值截面抵抗矩塑性影響系數(shù)：偏心受拉受彎非彈性的混凝土材料γ>1，經(jīng)回歸分析得：或3極限荷載時(shí)的最大拉應(yīng)變?chǔ)舤,p—混凝土軸心受拉時(shí)的峰值應(yīng)變；受彎構(gòu)件(e0=∞）得ε1p=2εt,p4截面應(yīng)變和中和軸的變化荷載-截面應(yīng)變與軸拉相似；受拉至破壞符合平截面假定。中和軸的位置主要取決于荷載偏心距。5應(yīng)力－應(yīng)變曲線方程根據(jù)分析結(jié)果建議如下：偏心受拉和受彎的抗拉強(qiáng)度f(wàn)t,e和峰值應(yīng)變?chǔ)舤,e．取為:式中，ft,εt,p—混凝土軸心抗拉強(qiáng)度和相應(yīng)的峰值應(yīng)變受彎構(gòu)件:式中，偏心受拉構(gòu)件：應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€方程分別采用不同的形式：

世界各國(guó)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，一般都取齡期t=28天作為標(biāo)定混凝土強(qiáng)度和其它性能指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)。

混凝土的強(qiáng)度和彈性模量等隨其齡期的變化規(guī)律和增長(zhǎng)幅度受到許多因素的影響。如：水泥的品種和成分、水泥的質(zhì)量、外加劑、養(yǎng)護(hù)條件、環(huán)境的溫度和濕度及其變化等。2.4齡期1抗壓強(qiáng)度

混凝土的抗壓強(qiáng)度在一般情況下隨齡期單調(diào)增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)速度漸減并趨向收斂。

混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期變化的數(shù)學(xué)描述，經(jīng)驗(yàn)公式：式中fc(t),fc(n)和fc(28)—齡期為t、n和28天時(shí)的混凝土抗壓強(qiáng)度；

a、b—取決于水泥品種和養(yǎng)護(hù)條件的參數(shù)。

當(dāng)應(yīng)力水平很高（σ≥0.8fc）時(shí)，混凝土進(jìn)入不穩(wěn)定裂縫發(fā)展期，試件的變形增長(zhǎng)不再收斂，在應(yīng)力持續(xù)一定時(shí)間后發(fā)生破壞，得到強(qiáng)度極限線。荷載長(zhǎng)期持續(xù)作用，混凝土不會(huì)破壞的最高應(yīng)力，稱為長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度，一般取為0.80fc。2長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度混凝土的彈性模量值隨齡期(t/天)的增長(zhǎng)變化如圖：

彈性模量Ec(t)在早期(t<28天）的增長(zhǎng)速度較快，在后期(t>28天）增加幅度較小。主要原因是混凝土中粗骨料的性能穩(wěn)定，彈性模量與齡期無(wú)關(guān)。3彈性模量混凝土在空氣中的硬化時(shí)體積會(huì)縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。

混凝土的收縮應(yīng)變值超過(guò)其軸拉峰值應(yīng)變(εt,p)的3～5倍，成為其內(nèi)部微裂縫和外表宏觀裂縫發(fā)展的主要原因。

混凝土的收縮是個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程。已有試驗(yàn)說(shuō)明，收縮變形在混凝土開始干燥時(shí)發(fā)展較快，以后逐漸減慢，大部分收縮在齡期3個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)，但齡期超過(guò)20年后收縮變形仍未終止。2.5收縮影響混凝土收縮變形的主要因素有：

1.水泥的品種和用量2.骨料的性質(zhì)、粒徑和含量

3.養(yǎng)護(hù)條件4.使用期的環(huán)境條件

5.構(gòu)件的形狀和尺寸6.其它因素（各種添加劑、配筋率等）

混凝土的收縮變形，因?yàn)橛绊懸蛩囟?，變化幅度大，一般難以準(zhǔn)確定量。

模式規(guī)范CEB-FIPMC90中給出了素混凝土構(gòu)件在未加載情況下的平均收縮（或膨脹）應(yīng)變的計(jì)算式為：模型中考慮了5個(gè)主要因素對(duì)混凝土收縮變形的影響:⑴水泥種類（βc）；⑵環(huán)境相對(duì)濕度(RH％）；⑶構(gòu)件尺寸（2Ac／u)；⑷時(shí)間(t,ts)；⑸混凝土的抗壓強(qiáng)度（fc）試驗(yàn)證明，混凝土強(qiáng)度值本身并不影響其收縮變形量。只是因?yàn)榛炷林械乃嘤昧?、水灰比、骨料狀況、養(yǎng)護(hù)條件等影響收縮的因素.按上述公式計(jì)算的混凝土收縮變形，隨各主要因素的變化規(guī)律和幅度如圖。2.6.1基本概念2.6徐變

徐變：應(yīng)力不變，應(yīng)變隨時(shí)間持續(xù)增大。徐變主要是水泥凝膠體的塑性流（滑）動(dòng)，以及骨料界面和砂漿內(nèi)部微裂縫發(fā)展的結(jié)果。內(nèi)部水分的蒸發(fā)也產(chǎn)生附加的干縮徐變。與徐變相平行的現(xiàn)象是松弛，兩者可相互轉(zhuǎn)換或折算。

松弛：應(yīng)變不變，應(yīng)力隨時(shí)間持續(xù)降低?；炷恋男熳兒退沙诂F(xiàn)象，對(duì)結(jié)構(gòu)工程產(chǎn)生不利的或有利的形響。

⑴混凝土長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度降低約20％；⑵梁、板的撓度增大一倍；⑶預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力損失50%,降低構(gòu)件的抗裂性；⑷構(gòu)件的截面應(yīng)力和結(jié)構(gòu)的內(nèi)力發(fā)生重分布等；⑸在大體積水工結(jié)構(gòu)中，徐變的出現(xiàn)降低了溫度應(yīng)力（即松弛），減少收縮裂縫；⑹結(jié)構(gòu)的局部應(yīng)力集中區(qū)，徐變可調(diào)整應(yīng)力分布等。這些影響對(duì)于結(jié)構(gòu)的作用有輕有重，應(yīng)該區(qū)別情況給于適當(dāng)解決。式中:to—施加應(yīng)力時(shí)的混凝土齡期．

t—計(jì)算所需應(yīng)變的齡期；

Ec(to)—齡期to時(shí)的混凝土彈性模量值。

結(jié)構(gòu)混凝土在應(yīng)力σ(t0)作用下、至齡期t時(shí)的總應(yīng)變?yōu)棣與σ(t,t0):由起始應(yīng)變?chǔ)與i(t0)和徐變?chǔ)與c(t,t0)等兩部分組成：?jiǎn)挝恍熳兓蛐熳兌刃熳兿禂?shù)影響混凝土徐變值和變化規(guī)律的主要因素有：

1、應(yīng)力水平混凝土承受的應(yīng)力水平σ(t0)／fc(t0）越高，則起始應(yīng)變?cè)酱螅S時(shí)間增長(zhǎng)的徐變也越大。2.6.2主要影響因素2.加載時(shí)的齡期3.原材料和配合比4.制作和養(yǎng)護(hù)條件5.使用期的環(huán)境條件6.構(gòu)件的尺寸計(jì)算模型中主要考慮：加載時(shí)混凝土的齡期(to)；應(yīng)力持續(xù)時(shí)間(t-t0)；環(huán)境