(2.3.1)--2.3混凝土的变形性能.pdf

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1、Basic Performance of Concrete Deformation 2.2混凝土的变形性能混凝土的变形性能 课堂教学设计课堂教学设计 混凝土的混凝土的变形性能变形性能 主要内容 2、混凝土的各种模量 3、混凝土的长期变形性能 1、混凝土的短期变形性能 4、混凝土的体积变形性能 混凝土变形的基本规律 重 点 课堂教学设计课堂教学设计 混凝土的混凝土的变形性能变形性能 混凝土的变形性能原理 难 点 力 学 分 析 法、实验 分析法 重点、难点突破 课堂教学设计课堂教学设计 教学目标 了解混凝土各类模量的确定；理解混凝土的短期变形性能 理解混凝土应力应变全曲线特性；掌握混凝土收缩、徐

2、变概念、性质及其 对结构构件性能的影响 混凝土的混凝土的变形性能变形性能 C B D E fc 0 0 A cu 轴心受压应力应变曲线轴心受压应力应变曲线 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 C B D E fc 0 0 A cu OA 弹性阶段弹性阶段 A:0.3fc AB 弹塑性弹塑性阶段阶段 :0.3fc 0.8fc 裂缝稳定阶段裂缝稳定阶段 BC 裂缝不稳定阶段裂缝不稳定阶段 :0.8 fc 1.0 fc 轴心受压应力应变曲线轴心受压应力应变曲线 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 特征：特征：CE 破坏破坏阶段阶段 E:0.1 fc 0.4

3、 fc：残余应力：残余应力 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 轴心受压应力轴心受压应力应变曲线应变曲线 特征点：特征点：fc 轴心抗压强度轴心抗压强度 0 0 对应于峰值点应变对应于峰值点应变 规范规范 0 0 =0.002=0.002 cucu 混凝土极限压混凝土极限压应变规范应变规范 cucu =0.0033=0.0033 C B D E fc 0 0 A cu 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 轴心受压应力轴心受压应力应变曲线应变曲线 特征点：特征点：fc 轴心抗压强度轴心抗压强度 0 0 对应于峰值点应变对应于峰值点应变 规范规范 0 0

4、 =0.002=0.002 cucu 混凝土极限压混凝土极限压应变规范应变规范 cucu =0.0033=0.0033 C B D E fc 0 0 A cu 下降段有用没？下降段有用没？混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 轴心受压应力轴心受压应力应变曲线应变曲线 特征点：特征点：fc 轴心抗压强度轴心抗压强度 0 0 对应于峰值点应变对应于峰值点应变 规范规范 0 0 =0.002=0.002 cucu 混凝土极限压混凝土极限压应变规范应变规范 cucu =0.0033=0.0033 C B D E fc 0 0 A cu 下降段有用没？下降段有用没？混凝土混凝土在荷载

5、短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 轴心受压应力轴心受压应力应变曲线应变曲线 特征点：特征点：fc 轴心抗压强度轴心抗压强度 0 0 对应于峰值点应变对应于峰值点应变 规范规范 0 0 =0.002=0.002 cucu 混凝土极限压混凝土极限压应变规范应变规范 cucu =0.0033=0.0033 C B D E fc 0 0 A cu 下降段有用没？下降段有用没？混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 轴心受压应力轴心受压应力应变曲线应变曲线 特征点：特征点：fc 轴心抗压强度轴心抗压强度 0 0 对应于峰值点应变对应于峰值点应变 规范规范 0 0 =0.002=0

6、.002 cucu 混凝土极限压混凝土极限压应变规范应变规范 cucu =0.0033=0.0033 C B D E fc 0 0 A cu 下降段有用没？下降段有用没？423 对轴心受压构件，当采用对轴心受压构件，当采用HRB500、HRBF500钢筋时，钢筋时，钢筋的抗压强度设计值应取钢筋的抗压强度设计值应取400N/mm2。混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 影响曲线形状的因素：影响曲线形状的因素：强度强度 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 强度越高：强度越高：1 1、峰值应变增大趋势

7、、峰值应变增大趋势 2 2、上升段斜率变大，更接、上升段斜率变大，更接近线性近线性 3 3、下降段变陡，残余应力、下降段变陡，残余应力相对较低，相对较低，变形性能变形性能越差越差 影响曲线形状的因素：影响曲线形状的因素：强度强度 影响影响曲线形状的因素：曲线形状的因素：混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 加载速率加载速率 影响影响曲线形状的因素：曲线形状的因素：1 1、加载速率越快、加载速率越快：下降段下降段越陡越陡 2 2、加载、加载速率速率越慢越慢：下降下降段段变缓，变缓，残余应力相残余应力相对对较高，较高，变形性能变形性能越好越好 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形

8、在荷载短期作用下的变形 加载速率加载速率 应力应变关系模型应力应变关系模型 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 )(2(200ccsccfcf002.000038.0cuscf15.0美国美国HongnestadHongnestad 我国混凝土结构设计规范本构模型我国混凝土结构设计规范本构模型 轴心受拉应力应变曲线轴心受拉应力应变曲线 0 ft tu t 410)4.25.0(tu时，明显偏离直线当时，近乎直线当ttff8.05.0 t=0.00015，10m长的构件，产生1.5mm受拉变形即会产生裂缝。混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 复合受力下

9、应力应变关系复合受力下应力应变关系 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 200 3=50N/mm2 35N/mm2 1 3 3 10N/mm2 150 100 50 0 5 10 15 20 25 1()工程应用：约束混凝土工程应用：约束混凝土 钢管砼钢管砼 螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱 二二 混凝土混凝土的强度的强度 普通箍筋柱普通箍筋柱 螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱 纵筋屈服纵筋屈服 螺旋箍筋外砼开始剥落螺旋箍筋外砼开始剥落 N 复合受力下应力应变关系复合受力下应力应变关系 螺旋螺旋箍筋箍筋柱：柱：强度强度和和变形变形显著提高，显著提高，特别特别是是变形性能变形性能得到极大的改善。得

10、到极大的改善。混凝土在荷载短期作用下的变形混凝土在荷载短期作用下的变形 Mpa/素素 6.5 90mm 6.5 60mm 6.5 45mm 螺旋螺旋6.5 30mm 重复加载下的变形性能重复加载下的变形性能 特点：明显不同于一次加载性能，多次加载后形成滞回环特点：明显不同于一次加载性能，多次加载后形成滞回环 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 重复加载下的变形性能重复加载下的变形性能 特点：明显不同于一次加载性能，多次加载后形成滞回环特点：明显不同于一次加载性能，多次加载后形成滞回环 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 重复加载下的变形性能重复加载下

11、的变形性能 特点：明显不同于一次加载性能，多次加载后形成滞回环特点：明显不同于一次加载性能，多次加载后形成滞回环 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 重复加载下的变形性能重复加载下的变形性能 特点：明显不同于一次加载性能，多次加载后形成滞回环特点：明显不同于一次加载性能，多次加载后形成滞回环 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 fcf 疲劳抗压强度疲劳抗压强度：混：混凝土试件承受凝土试件承受200万次重复荷载时发万次重复荷载时发生破坏的压应力生破坏的压应力 重复加载下的变形性能重复加载下的变形性能 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的

12、变形 max,min,cccf疲劳应力比值：重复加载下的变形性能重复加载下的变形性能 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量 确定方法：采用柱体试件，取应力上限为确定方法：采用柱体试件，取应力上限为0.4fc重复加荷重复加荷510次次 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 0 0 原点弹性模量：原点弹性模量：el0ctgE)N/nm(7.342.2102kcu,5cfE 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量 k c c 1 0 el pl 0 混凝土混凝土在荷载短期作用

13、下的变形在荷载短期作用下的变形 混凝土的变形模量混凝土的变形模量 1ttgE c=el+pl 割线模量：割线模量：混凝土的变形模量混凝土的变形模量 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 弹性系数弹性系数0 01.01.0 cplelplelelelcEk c c 1 0 el pl 0 h 2 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 混凝土的切线模量混凝土的切线模量 ddtgE2c 轴心受拉应力应变曲线轴心受拉应力应变曲线 0 ft tu t 5.0时，ttf 轴心受拉弹性模量为轴压时弹性模量的0.821.12倍，平均值0.995倍，因此取值相同。混凝土混

14、凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 剪变模量剪变模量 )1(2cccvEG概念：一次加载过程时试件的横向概念：一次加载过程时试件的横向应变应变和纵向应变的比值和纵向应变的比值 混凝土混凝土在荷载短期作用下的变形在荷载短期作用下的变形 混凝土混凝土的泊松比的泊松比 应力较小时：应力较小时：0.150.18 接近破坏时：大于接近破坏时：大于0.5 规范规定值：规范规定值：c=0.2 规范规定值：规范规定值：Gc=0.4Ec 混凝土的收缩混凝土的收缩 概念：概念：混凝土在空气中结硬体积减小的现象。混凝土在空气中结硬体积减小的现象。蒸汽养护蒸汽养护 常温养护常温养护 0 5 10 15

15、20 0.1 0.2 0.3 0.4 时间时间 (月月)Shrinkage 非荷载作用下的变形非荷载作用下的变形 混凝土混凝土的时随变形的时随变形收缩与徐变收缩与徐变 墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形 收缩的危害收缩的危害 混凝土混凝土的时随变形的时随变形收缩与徐变收缩与徐变 收缩性质收缩性质 自由收缩自由收缩 约束收缩约束收缩 来自内部的钢筋约束来自内部的钢筋约束 来自支座的外部约束来自支座的外部约束 对结构影响对结构影响 自由收缩一般不会引起拉应力，自由收缩一般不会引起拉应力，故不会开裂故不会开裂 约束收缩产生收缩应力甚至开约束收缩产生收缩应力甚至开裂、预应力损

16、失、裂缝过大裂、预应力损失、裂缝过大 收缩原因收缩原因 水泥胶体体积收缩，失水干缩水泥胶体体积收缩，失水干缩 混凝土混凝土的时随变形的时随变形收缩与徐变收缩与徐变 混凝土的收缩混凝土的收缩 影响因素影响因素 组成、配比、外部环境组成、配比、外部环境 混凝土在受到荷载作用后，在荷载混凝土在受到荷载作用后，在荷载(应力应力)不变的情况不变的情况下，变形下，变形(应变应变)随时间而不断增长的随时间而不断增长的现象现象(胶体流动胶体流动+裂缝开裂缝开展）。展）。概念：概念：混凝土的徐变混凝土的徐变 Creep 徐变徐变 弹性变形弹性变形 16 12 8 4 3 6 9 12 15 18 21 24 2

17、7 t(月月)cr el sh D B C A 0 收缩收缩 荷载荷载长期作用长期作用下的变形。下的变形。混凝土混凝土的时随变形的时随变形收缩与徐变收缩与徐变 内在因素，环境因素和应力条件内在因素，环境因素和应力条件 徐变性质徐变性质 影响因素影响因素 混凝土混凝土的时随变形的时随变形收缩与徐变收缩与徐变 混凝土的徐变混凝土的徐变 内在因素，环境因素和应力条件内在因素，环境因素和应力条件 徐变性质徐变性质 线性徐变线性徐变 初应力初应力 c c 0.50.5fc 徐变与初应力呈正比徐变与初应力呈正比 非线性徐变非线性徐变 0.50.5fc c c 0.8 0.8 0.8fc ，徐变发展最终导致

18、破坏徐变发展最终导致破坏 作为混凝土的长期抗压强度。作为混凝土的长期抗压强度。影响因素影响因素 0.8fc 混凝土混凝土的时随变形的时随变形收缩与徐变收缩与徐变 混凝土的徐变混凝土的徐变 混凝土混凝土的时随变形的时随变形收缩与徐变收缩与徐变 混凝土的徐变混凝土的徐变 西太平洋西太平洋Caroline群岛上的一座桥梁（主跨为群岛上的一座桥梁（主跨为241m）由于）由于徐变使跨中向下挠曲，加铺的桥面板进一步加剧徐变，使该徐变使跨中向下挠曲，加铺的桥面板进一步加剧徐变，使该桥在建成不到桥在建成不到20年后坍塌年后坍塌（1996年）。年）。对结构对结构的不利影响的不利影响：使构件的变形增加；使构件的变

19、形增加；在截面中引起应力重分布；在截面中引起应力重分布；在在预应力混凝土结构中引起预应力损失。预应力混凝土结构中引起预应力损失。对对结构结构的有利的有利影响影响：受拉徐变可以延缓裂缝出现；受拉徐变可以延缓裂缝出现；超静定结构中的徐变可以减少内力；超静定结构中的徐变可以减少内力；混凝土混凝土的时随变形的时随变形收缩与徐变收缩与徐变 混凝土的徐变混凝土的徐变 一种性能一种性能 混凝土的变形 两种变形两种变形 混凝土短期变形和时随变形 小结 疲劳破坏、收缩、徐变 三个概念三个概念 四种模量四种模量 弹性模量、变形模量 切线模量、剪变模量 混凝土的变形混凝土的变形 钢筋和混凝土材料的基本性能 2 复合材料成分杂；复合材料成分杂；变形特殊都赖它；变形特殊都赖它；短期变形看加载；短期变形看加载；随着时间还增加。随着时间还增加。钢筋和混凝土材料的基本性能 2 混凝土的变形混凝土的变形 小结