同濟大學考博高等混凝土知識點總結

1、高等鋼筋混凝土理論第一章 鋼筋的物理力學性能1. 鋼筋單向拉伸應力應變曲線的金相學解釋。OA彈性變形：金屬內(nèi)部原子間距改變。取決于晶體陣上原子間的相互作用力。塑性變形：沿某些結晶面，施加的剪應力超過晶體臨界切應力，金屬晶體沿結晶面發(fā)生滑移。實際，晶體臨界切應力遠小于理論值，原因：晶體中缺陷位錯：金屬晶體中原子排列并非十分整齊，塑性變形時，滑移面不是整排原子一起移動，而是位錯移動造成晶面間相對滑動。B屈服上限：鋼中雜質原子或離子處于位錯中心，起“釘扎”作用，增加位錯運動阻力，宏觀形成“上限”。B屈服下限：位錯運動后，雜質原子滯后，位錯脫錨，發(fā)生低應力下滑動。CD強化階段：晶面滑移時，晶粒變形、位

2、錯繁殖。位錯密度大量增加，發(fā)生交割，加大運動阻力，出現(xiàn)強化現(xiàn)象。D點為鋼筋的極限強度。2. 鋼筋經(jīng)冷拉和冷拔后物理力學性能有何改變？（1）冷拉：在常溫下將鋼筋拉過屈服強度、至強化階段的某一應力水平。（下圖左）冷拉后，鋼材產(chǎn)生形變強化，抗拉屈服強度提高，延伸率下降，冷拉后的性能與以下因素有關： 1）屈服強度提高程度與鋼筋強度有關； 2）屈服點隨時效時間增加，鋼種級別越高，變化越??； 3）鋼筋強度高時，達控制冷拉應力，所需冷拉率小，冷拉率大將影響冷拉后的延伸率； 4）冷拉后由靜力法測得的彈性模量下降，經(jīng)人工時效幾乎恢復原值。 （2）冷拔：將鋼筋拉過比其直徑小的硬質合金模，使受側壓力，截面積減小，長

3、度增加。（上圖右）1、隨冷拔拉力和橫向擠壓力的增加，鋼筋強度提高，延伸率急劇下降。2、 截面壓縮率小于20-30%，主要是位錯密度增加提高鋼筋強度；大于50%，不僅晶粒滑移，而且滑移面轉動，產(chǎn)生各向異性，二者使抗拉、壓強度提高。3、 除原材料強度外，冷拔后截面總壓縮率大，強度高，延伸率降低；總壓縮率相同時，冷拔次數(shù)對鋼絲強度影響不大，但延伸率隨冷拔次數(shù)增加而減小。3. 鋼筋的徐變與松弛及其影響因素。徐變：在高應力下，鋼筋應變隨時間增長。屬于塑性變形。松弛：鋼筋受力后，長度保持不變，應力隨時間增長而降低。應力解除后，松弛可恢復。影響因素：1、鋼筋的松弛發(fā)展較混凝土快得多，而且隨時間增長松弛率逐漸

4、減小，如用時間為對數(shù)坐標時，基本為一直線關系。2、松弛損失與鋼筋初張拉應力大小有關，張拉控制應力值低時，應力松弛損失值小。3、松弛是隨溫度增加而增加的。4、鋼種有關：一般冷拉熱軋鋼筋<冷拔鋼絲<鋼絞線。為了減少鋼材的松弛損失，可采用的措施有：超張拉或選用低松弛高強鋼筋、鋼絲和鋼絞線（經(jīng)過應力消除或專門“穩(wěn)定”處理得到低松弛的高強鋼絲和鋼絞線）。4. 鋼筋的應力腐蝕。應力腐蝕：鋼筋在電化學腐蝕和應力復合作用下導致斷裂。首先是拉應力造成的應變破壞了材料表面的純化膜，新鮮表面與介質接觸發(fā)生電化學腐蝕，形成腐蝕坑，產(chǎn)生了裂紋源。在裂紋源處出現(xiàn)三向拉應力集中地區(qū)，介質中電化學反應形成的有害元

5、素（如氫）可吸附在材料表面，擴散到三向應力區(qū)，造成裂紋尖端部位材料性能的脆化，引起裂紋擴展，最后導致斷裂條件：有一定腐蝕介質，荷載，一定的材質條件。 影響因素：1、鋼筋強度：強度越高，應力腐蝕的敏感性越強。2、預應力值越大，應力腐蝕的敏感性越強。3、鋼筋外形和鋼種4、鋼筋的組織狀態(tài)。5. 鋼筋的疲勞斷裂。1）定義：鋼筋在外力循環(huán)作用下，由于內(nèi)部缺陷導致疲勞斷裂。2）如何發(fā)生：1、疲勞斷裂過程：反復荷載作用下，鋼筋內(nèi)部質量薄弱處產(chǎn)生應力集中個別點首先出現(xiàn)塑性變形，久之形成微裂紋2、裂紋增加、連接、發(fā)展，形成裂縫3、截面削弱，應力集中急速加劇，超過晶體結合力，發(fā)生斷裂。3）影響因素：影響鋼筋疲勞的

6、原因應力幅度、最小應力值大小、鋼筋外表面幾何尺寸、鋼筋直徑、鋼筋強度、其他一些因素。（分數(shù)多要展開如下）1） 應力幅值：應力幅值為一次循環(huán)應力中最大應力與最小應力之差。鋼筋壓應力的循環(huán)一般不會發(fā)生疲勞破壞，而在拉應力循環(huán)或拉壓應力循環(huán)才會發(fā)生疲勞破壞；其他影響因素均不變，在有限疲勞壽命區(qū)域應力值幅度與循環(huán)次數(shù)成斜線關系，在長壽命區(qū)域應力值幅度的影響很小，形成logN的平等線。2） 最小應力值大?。涸黾恿俗钚χ?，在有限壽命疲勞區(qū)域和長壽命區(qū)都降低了鋼筋的疲勞強度。但當最小應力值為壓應力時，可增加疲勞強度。3） 鋼筋外表面幾何尺寸：變形鋼筋能增強鋼筋與混凝土之間的粘結力，但在循環(huán)荷載作用下，在

7、鼓出的肋與鋼筋表面接交處產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象，這是產(chǎn)生鋼筋疲勞裂縫的一個很重要原因。4） 鋼筋直徑：隨著鋼筋直徑的增大，降低了鋼筋的疲勞強度。5） 鋼筋強度：在有限疲勞壽命區(qū)，隨著鋼筋強度等級的增加，增加了鋼筋的疲勞強度。6） 其他一些影響因素：焊接質量如焊縫表面粗糙度，氣泡，焊接燒傷等都會形成應力集中，因而降低了鋼筋的疲勞強度；含炭量愈高的鋼筋，由于降低了延性，焊接對鋼筋的敏感性也愈高；鋼筋彎起處將發(fā)生應力集中現(xiàn)象。6. 包興格效應及其工程意義。鋼筋經(jīng)拉伸（或壓縮）超過彈性變形后，其反向加載下的彈性極限顯著下降，荷載超過彈性極限越多，反向受力時的彈性極限降低越多。此現(xiàn)象即“包興格效應”。 工程意

8、義：1、鋼材的抗壓條件流限隨冷拉率的增加而降低，當冷拉率超過3%比例極限時，條件流限降低程度的增加不太明顯。2、鋼材冷拉經(jīng)時效后，則抗壓條件流限有明顯的提高，而冷軋、冷扭鋼筋的包興格效應不明顯。影響因素：1、鋼材的原始的性能的影響。2、不同類型鋼材晶粒的大小。3、退火、回火4、加載速度5、加載歷史：初始加載時塑性應力愈大，反向應力降低愈大，循環(huán)次數(shù)愈多，軟化影響愈小。產(chǎn)生原因：晶粒內(nèi)殘余應力的存在，施加反向荷載時，晶體大部分提早進入塑性狀態(tài)，發(fā)生包興格效應的應力軟化現(xiàn)象。2-1混凝土中裂縫的形成和發(fā)展(可以分為幾個階段)。原始微裂縫階段：加載前，由于水泥漿硬化干縮、水分蒸發(fā)等原因，在混凝土內(nèi)部

9、形成主要分布于較大粗骨料與砂漿界面上的原始微裂縫（粘結裂縫）。（圖1）穩(wěn)定裂縫產(chǎn)生階段：單軸壓應力不超過30%-50%極限抗壓強度，原始裂縫擴展并產(chǎn)生新的粘結裂縫，但裂縫處于相對獨立的發(fā)展階段，應力應變關系基本為彈性。（圖2）穩(wěn)定裂縫擴展階段：繼續(xù)加載，但不超過臨界應力（70%-90%極限抗壓強度），粘結裂縫向砂漿內(nèi)延伸，并在砂漿內(nèi)產(chǎn)生新裂縫，應力應變關系明顯非線性；若停止加載，裂縫擴展停止。（圖3）非穩(wěn)定裂縫擴展階段：荷載超過臨界應力，出現(xiàn)大量砂漿裂縫、并急劇發(fā)展，與向砂漿內(nèi)延伸的粘結裂縫連接貫通，出現(xiàn)不穩(wěn)定裂縫，荷載不變，裂縫自行擴展。（圖4）2-2.混凝土單軸受壓應力應變關系及主要影響因

10、素。（包括混凝土強度的影響因素）（A:比例極限：0.305p；B：臨界點B=0.8p;C：峰值；D： 收斂點（1）混凝土在荷載作用下的應力-應變關系，開始為直線變化，然后逐漸偏離直線，轉變成為曲線形變化，至應力達到最大值的極限強度而破壞。應力-應變關系曲線有上升段和下降段。上升段(如圖OABC段曲線)：除有明顯收縮史的混凝土試件外，在荷載開始作用下，應力應變曲線會呈現(xiàn)上凹段外，盡管荷載前混凝土內(nèi)存在局部微裂縫，只要混凝土處于“穩(wěn)定斷裂傳播的開始(OSFP)”值以下時，混凝土仍基本處于彈性工作階段，應力-應變關系為直線，如上圖內(nèi)OA線所示。A點約為峰值應力的3050%。當混凝土應力進入“穩(wěn)定裂縫

11、傳播”階段后，由于裂縫不斷傳播發(fā)展，應力-應變關系逐漸偏離直線，如圖AB曲線所示。當混凝土應力進入“非穩(wěn)定裂縫傳播”階段以后，由于砂漿裂縫大量出現(xiàn)，粘結裂縫向砂漿內(nèi)傳播延伸，成為可自行傳播開裂的不穩(wěn)定狀態(tài)，有些砂漿裂縫和粘結裂縫彼此連通，至最大應力C點時，混凝土內(nèi)會形成若干通縫如圖所示，能量消失增大。下降段（如圖CDE段曲線）：下降段是混凝士在到達峰值壓力后，裂縫繼續(xù)開展、傳播、發(fā)展引起應力應變關系變化曲反映。在到達峰值應力以后，裂縫繼續(xù)迅速傳播發(fā)展，而且由于堅硬骨料顆粒的存在，沿裂縫面上產(chǎn)生剪摩滑移，同時并出現(xiàn)新裂縫、試件仍能支撐一定的荷載。（2）應力-應變關系影響因素： 混凝土材料的品種、

12、配合比和齡期等是重要的影響因素；有試驗表明，水泥標號、用量和水灰比以及粗骨料的性質、含量配合比和粒徑大小等對應力-應變曲線，特別是下降段的變化，都有不同的影響。（3）影響混凝土抗壓強度的因素：組成材料品種性質的影響；組成材料配合比的影響（包括水灰比、空氣含量、水泥用量、骨料最大尺寸）；混凝土齡期的影響；試驗方法的影響（包括試件形狀和大小尺寸、加載速度）；施工養(yǎng)護條件的影響2-3.混凝土復雜受力下強度的變化規(guī)律 （1）雙軸受壓：破壞強度與二軸主應力比值有關，混凝土強度雖可提高，但提高的程度有限，一般只能比單軸受壓強度提高10%20%，最多也只有30%左右。 一軸受拉、一軸受壓：破壞時強度的變化與

13、混凝土標號或混凝土單軸抗拉強度的相對比值有關RL/0，混凝土抗壓強度增加或RL/0值減少時，相對的破壞強度即隨之減少。 雙軸同時受拉：無論二軸主應力比值如何，都大致和單軸抗拉強度相等。 （2）三軸受壓：試件破壞時的實際最大主壓應力軸強度，要比雙軸受壓的相應強度要高，均隨值3的增加而增大。 三軸不等號受力：試件破壞時，受壓軸能承受的主壓力值，隨受拉主拉應力的增加而降低。 三軸同時受拉：混凝土的破壞強度均小于或等于其單軸抗拉強度。 （3）同時受剪壓或剪拉：見下圖 截面同時受扭和受壓或受拉：單軸抗壓強度受壓破壞時正應力與剪應力的關系是：受拉： :純扭轉引起的剪應力截面同時受剪和受壓，相應也有經(jīng)驗關系

14、公式在復雜受力條件下混凝土的強度與變形規(guī)律，尚須進行更多的試驗研究和理論討論。2-4.混凝土局部承壓強度及其工作機理。局部承壓的混凝土，因為受周圍混凝土的約束作用，從而提高了局部承壓面積的混凝土強度，該強度為混凝土局部承壓強度。在靠近局部承壓荷載下的一段塊體長度內(nèi)（一般在塊體高度范圍內(nèi)）產(chǎn)生橫向拉應力。這種拉應力可使混凝土產(chǎn)生裂縫。當Ad/Ac>36時，試件整體破壞前，承壓板下混凝土已局部下陷，沿承壓板周邊混凝土明顯地被剪切，外圍混凝土尚未劈裂，承載力還可增長。當9<Ad/Ac<36時，裂縫從頂面向下發(fā)展，承壓板外圍的混凝土被劈成數(shù)塊，這種破壞很突然，屬于脆性破壞。當Ad/A

15、c<9時，在試件某一側面首先由于橫向拉應力形成裂縫，楔錐體劈裂尚未形成，當裂縫逐漸開展后形成通縫而最后劈裂破壞。影響因素：（1）局部加載面積與承載試件受力面積比值。即Ad/Ac它是最主要的因素；（2）試件尺寸的影響，寬度與高度，即h/2b;(3)加載墊板幾何形狀和性質，包括承壓板的尺寸和形狀、類型；（4）配筋率；（5）混凝土配合比和強度2-5.反復循環(huán)荷載和重復荷載下混凝土的變形性能。（1）反復循環(huán)荷載作用下，混凝土的殘余變形將逐漸累積，當荷載經(jīng)過多次反復以后，混凝土強度不再降低，殘余變形不再增加，應力-應變形成一穩(wěn)定的滯回環(huán)。 （2）重復荷載：在壓應力低于混凝土疲勞強度值情況下，卸載和

16、隨后加載的應力-應變曲線都形成一封閉的滯回環(huán)。當重復荷載增加至某一定值Rap后，內(nèi)部組織結構漸趨穩(wěn)定，卸載和加載應力-應變曲線會重復成直線。在壓應力較大，高于疲勞破壞強度Rap時，循環(huán)重復加載-卸載的應力-應變曲線，開始變化情況同低應力一樣，但這是暫時現(xiàn)象，每次加載都會引起混凝土內(nèi)微裂縫不斷出現(xiàn)新的開裂和發(fā)展，加載應力-應變曲線就會由凸向應力軸轉變?yōu)榘枷驊S變化，以致加載、卸載不能再形成封閉的滯回環(huán)。隨重復荷載次數(shù)增加，混凝土內(nèi)微裂縫會繼續(xù)開裂發(fā)展，應力-應變曲線傾角不斷降低，至荷載重復到某一定次數(shù)時，混凝土試件會因嚴重開裂或變形過大而破壞即疲勞破壞。2-6.綜述混凝土的徐變和收縮。(1)徐

17、變：與外荷載及時間都有關系的一種非彈性性質變形組成：徐變由兩個部分組成，一是基本徐變或真實徐變，即在濕度平衡條件下產(chǎn)生的徐變值，主要和常值應力大小及時間長短有關；一是干縮徐變，這是受力試件與周圍環(huán)境中濕度交換的結果，隨時間而引起的變形。它區(qū)別于收縮，主要是收縮是在混凝土不受力情況下引起的體積變形。徐變+加荷時瞬時應變=卸荷時瞬時恢復應變（瞬時彈性回復）+卸載后彈性后效（滯后彈性效應）+殘余應變（屈服效應）=基本徐變（真實徐變）+干縮徐變原因：在長期荷載作用下，混凝土凝膠體中的水分逐漸壓出，水泥石逐漸粘性流動，微細空隙逐漸閉合，細晶體內(nèi)部逐漸滑動，微細裂縫逐漸發(fā)生等各種因素的綜合結果。影響因素：

18、長期荷載應力、荷載持續(xù)時間、混凝土加載齡期、混凝土的組成成分和配合比、養(yǎng)護條件及使用條件下的溫度與濕度、構件體表比等。后果：徐變對結構具有有利和有害的雙重性作用。既有利于結構的內(nèi)力重分布，也有利不利于結構的變形和預應力的損失，在高應力下，甚至會導致構件出現(xiàn)徐變破壞現(xiàn)象。（2）收縮：是混凝土體內(nèi)水泥凝膠體中游離水分蒸發(fā)，而使本身體積縮小的一種物理化學現(xiàn)象，它是不依賴于荷載而與時間有關的一種變形。 原因：收縮大體由兩種情況引起：一種是干燥失水而引起；另一種是碳化作用引起的，通常稱為碳化收縮。也就是說，收縮現(xiàn)象實質上是混凝土內(nèi)水泥漿凝固硬化過程中的物理化學作用的效果。 影響因素：水泥的品種性質及用量

19、，骨料的物理性質；骨料的最大粒徑，水質和用量；澆制的密實度；養(yǎng)護方法和齡期；使用時所在的溫濕條件，混凝土的體積與表面積之比，即構件的大小尺寸，和附加劑的品種性質等。2-7.為何要建立復雜應力下的混凝土強度準則？試比較各種強度準則的特點及適用性。1）混凝土強度準則分類：第一類準則是經(jīng)典強度理論及其改進；第二類準則是實驗數(shù)據(jù)的經(jīng)驗回歸；第三類準則是對包絡面的唯象數(shù)學描述。2）特點：第一類準則的參數(shù)具有明確的物理意義，但是在高應力區(qū),該類準則通常過高的估計了混凝土材料的強度；第二和第三類準則可以準確地估計混凝土材料的強度但是其準則參數(shù)沒有明確的物理意義。3）原因：在設計鋼筋混凝土和預應力混凝土結構時

20、,混凝土的強度是一個很重要的參數(shù),也是一個與許多因素有關的參數(shù).我國現(xiàn)行的許多規(guī)范中只給出混凝土在單向受力時的強度指標。但在實際工程的混凝土受力構件中，最常遇到的是復合應力狀態(tài)，而單軸受力的構件和結構是極少的。4）通常是采用空間坐標的破壞曲面來描述不同受力態(tài)下混凝土的破壞情況，因此建立混凝土強度準則實際上就是建立空間坐標破壞曲面的規(guī)律。2-8高性能混凝土配合比設計和材料性能1、材料性能：耐久性、工作性、適用性、力學性能穩(wěn)定、體積穩(wěn)定性、經(jīng)濟合理性2、配合比設計方法定義：為配制稠度、強度和耐久性滿足起碼要求的盡可能經(jīng)濟的混凝土，而進行選擇混凝土組成和確定各組成相對數(shù)量的方法。3、配合比設計的基本

21、要求：使所配制的混凝土在比較經(jīng)濟的原則下具有所期望的性能：拌合物的和易性、混凝土的強度和耐久性。4、配合比設計步驟：1）先計算混凝土的初步配合比；2）根據(jù)經(jīng)驗初步確定外加劑與細摻料的摻量，通過流動性的試驗調(diào)整，和抗裂性的對比試驗確定基準配合比；3）再經(jīng)過強度與耐久性試驗調(diào)整，確定試驗室理論配合比，最后通過含水率的換算確定施工配合比。5、配合比設計的關鍵點：合理使用各種外加劑的技術；合理使用摻合料的技術卓有成效地控制混凝土開裂和防裂的技術6、配合比設計的原則：混凝土的配合比應根據(jù)原材料品質、混凝土設計強度等級、混凝土耐久以及施工工藝對工作性的要求，通脫計算、試配、調(diào)整等步驟選定。配置的混凝土應滿

22、足施工要求、設計強度和耐久性鄧質量要求。高性能混凝土配合比設計應首先考慮混凝土的耐久性要求，然后根據(jù)施工工藝對拌合物工作性和強度要求來進行設計，并通過試配、調(diào)整，確認滿足使用要求后方可用于正式施工。為提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能和抗裂性能，混凝土中宜適量摻加優(yōu)質的粉煤灰、礦渣粉或硅灰等礦物外加劑，其摻量應根據(jù)混凝土的性能通過試驗確定。化學外加劑的摻量應使混凝土達到規(guī)定的水膠比和工作度，且使用的最高摻量不應對混凝土性能（凝結時間、后期強度等）產(chǎn)生不利的影響。3-1.壓彎構件的試驗研究（受彎構件和受壓短柱、長柱的試驗情況、受力表現(xiàn)及破壞特征等）；鋼筋對壓彎構件強度和變形的影響。（1）中

23、心受壓構件短柱：中心受壓短柱受荷后，試驗中量測的界面?zhèn)€點的混凝土縱向應變及縱向受壓鋼筋應變式基本相同的。短期荷載下，普通鋼筋混凝土柱當接近破壞荷載時出現(xiàn)與荷載方向平行縱向裂縫，最后混凝土被壓碎崩裂。在長期荷載作用下，混凝土徐變引起鋼筋和混凝土之間的應力重分布，縱向受壓鋼筋的配筋率過高，形成混凝土的過早受壓破壞，配筋率低將發(fā)生混凝土的徐變破壞。長柱：研究較多的是兩端鉸接的長柱。受壓長柱的破壞是由于材料應力達到極限強度引起的，在荷載作用下的撓度，促進截面材料破壞較早到來。其破壞類型有材料破壞、附加彎矩引起的材料破壞、失穩(wěn)破壞和側向變形過大。隨著橫向鋼筋的用量和縱向鋼筋的配筋率和鋼材強度的增加，構件

24、可以提高承載能力和變形能力。當配置有螺旋筋或橫向焊接鋼筋網(wǎng)片時，可以顯著提高混凝土的強度并增大其變形能力。（2）偏心受壓構件隨著偏心距的大小、受拉鋼筋的強度和配筋率、混凝土強度的不同，存在不同的破壞形態(tài)，一是受拉破壞，是由于受拉鋼筋首先達到屈服造成的破壞，破壞時混凝土被壓碎的區(qū)段較短；二是受壓破壞，是由于構件受壓較大一側混凝土出現(xiàn)縱向裂縫被壓碎，破壞時混凝土被壓碎的區(qū)段較長，受壓區(qū)高度較大，沒有明顯的破壞預兆，甚至出現(xiàn)突然的脆性破壞?？v向鋼筋承受縱向壓力和由彎矩引起的拉力，決定偏心受壓構件的承載能力。（3）受彎構件受彎構件的變形特征和破壞形態(tài)與偏心受壓構件類似。當受拉鋼筋先達到屈服，破壞時有明

25、顯預兆，與大偏心受壓構件破壞相似；當配筋率增大，鋼筋應力變化緩慢，混凝土應變較快增長，鋼筋與砼同時達到相應的屈服輕度，若配筋率進一步增長，將出現(xiàn)與小偏心受壓構件相似的破壞形態(tài)。鋼筋對該類構件的影響：在適筋梁的范圍內(nèi)，梁的延性隨配筋率的減小而增大。只要有適當?shù)墓拷?，能防止受壓鋼筋的縱向壓屈，不論在任何情況下，受壓鋼筋都能提高梁的變形能力，具有較好的延性表現(xiàn)。但是，在平衡配筋率以下設置受壓鋼筋時，雖然梁的延性有很大改善，而承載能力卻沒有什么提高，或增長有限，只有在超筋梁的情況下，受壓鋼筋才能改善梁的延性，又可提高其承載能力。同時鋼筋的強度也有影響，強度越大，最大和最小配筋率都會減小。3-2.構件正

26、截面強度計算中基本假定的作用及適用性；如何應用平截面假定判別壓彎構件的破壞形態(tài)？（1）基本假定及作用： A.符合平截面假定，截面應力為直線形分布，不考慮鋼筋與混凝土的相對滑移，可以計算截面任意點的應變值；B.鋼筋與混凝土的應力應變關系為已知，認為正截面內(nèi)任意點混凝土的應力-應變關系完全與單軸受力的應力-應變關系相同，可計算截面各點值。C.不考慮混凝土收縮、徐變等時隨變形的影響，簡化計算。適用性：只要應變量測標距具有一定長度，即不小于構件裂縫平均間距或1012.5cm時，則實測的平均應變值基本與平截面變形相符，而且應變量測的標距越長，平截面假定的符合精度越好。正截面強度計算中一般都假定截面內(nèi)任意

27、點混凝土的應力-應變關系完全與單軸受力的應力-應變關系相同，實際上，截面應變梯度對應力-應變關系是有影響的，具有側限作用的橫向鋼筋對混凝土應力-應變關系的影響則更為顯著，但是這些影響主要反映在應力-應變曲線到達臨界應力以后的部分。（2）少筋梁破壞：破壞時，受拉區(qū)混凝土一開裂受拉鋼筋應力即達到屈服強度，而且可能經(jīng)過留幅進入硬化階段，受壓區(qū)混凝土壓應變小于極限壓應變。適筋梁破壞：受拉鋼筋屈服，經(jīng)過一段變形后，受壓區(qū)混凝土邊緣達到極限壓應變。超筋梁破壞：受壓區(qū)混凝土被壓碎達到極限壓應變而受拉鋼筋應力很小。大偏心受壓破壞：受拉區(qū)鋼筋先達到屈服，應變增長較大而使得受壓區(qū)高度減少，撓度顯著增大，導致壓區(qū)混

28、凝土被壓碎。小偏心受壓破壞：構件受壓較大一側混凝土出現(xiàn)縱向裂縫被壓碎，受力較小的另一側鋼筋中應力無論受壓或受拉均未達屈服強度。 長柱失穩(wěn)破壞：在最大荷載下實測的鋼筋和混凝土的應變都小于材料破壞應有的極限值。長柱側向變形過大破壞：在荷載未達到最大值以前，因撓度過大而不能再使用。3-3.簡支梁斜截面破壞的類型和機理；箍筋對梁抗剪的作用。（1）A剪切破壞縱筋未屈服： 斜拉破壞m3：斜向的主拉應力值達到和超過混凝土的抗拉強度時混凝土開裂而發(fā)展成為彎剪裂縫，荷載加大后其中一條裂縫急劇發(fā)展成臨界斜裂縫把梁劈成兩半。 剪壓破壞1<m<3：臨界斜裂縫延伸到荷載作用截面時，受荷載墊板下面垂直壓應力的

29、約束而被限制發(fā)展到梁頂。梁內(nèi)的主要內(nèi)力是通過臨界斜裂縫上方的混凝土拱體I傳遞，還有部分內(nèi)力是通過臨界斜裂縫下方的混凝土拱體II傳遞。小拱體II承受的內(nèi)力通過銷栓作用和骨料咬合作用傳遞給基本拱體I。在基本拱體I的剪壓面的混凝土承受正應力、垂直壓應力和剪應力的共同作用下達到混凝土的極限強度而破壞。斜壓破壞m1：正應力不大而剪應力很高，梁腹中部首先出現(xiàn)斜裂縫。隨著荷載加大裂縫向下延伸到支座，向上開展到荷載墊板而形成臨界斜裂縫。隨變形的加大裂縫間骨料咬合作用不斷地破壞，抗力逐漸下降，最后短柱范圍內(nèi)的混凝土全被壓碎。當m0時，為純剪破壞。B彎剪破壞和斜彎破壞：宏觀破壞形態(tài)同剪切破壞，但實際承載力由縱筋屈

30、服強度決定，不屬于真正的剪切破壞。斜彎破壞與斜裂縫相交處的縱筋達到屈服強度，支座處的縱筋屈服強后斜裂縫開展造成斜裂縫頂端壓區(qū)混凝土在正應力和剪應力共同作用而發(fā)生的斜截面彎曲破壞。彎剪破壞，是跨中彎矩最大截面的縱筋屈服后，由于裂縫的開展壓區(qū)混凝土的面積逐漸減少，在荷載不再增加的情況下，壓區(qū)混凝土所受的正應力和剪應力還在不斷加大，當應力值達到混凝土的強度極限時發(fā)生剪切破壞。屬于彎曲破壞和剪切破壞共存的情況。特點是縱筋屈服決定了梁的承載能力而壓區(qū)混凝土剪斷決定了梁的最大變形能力。 （2）箍筋對梁抗剪的作用： 直接承受剪力，有效地抑制斜裂縫的開展和延伸，提高了裂縫兩側骨料的咬合作用、剪壓區(qū)混凝土的抗剪

31、能力：發(fā)揮縱筋的銷栓力。但在小剪跨比下，如斜壓破壞時，箍筋傳遞剪力作用不大。3-4.配箍梁剪切強度控制區(qū)的影響因素。影響因素：（1）隨配筋量的加大剪切強度的下限值在提高;（2）剪跨比不同，剪切強度控制區(qū)也不同；當1<m<3時，隨剪跨比的減小剪切強度下限值在提高；（3）縱筋含鋼特征值p/Ru不同，剪切破壞區(qū)也不同；（4）縱筋的強度高時抗彎強度也高，所以與剪切破壞強度線的交點較低，相應剪切強度控制區(qū)擴大。3-5.T形截面梁的抗剪性能（厚腹、薄腹梁：破壞形態(tài)、傳力途徑）。（1）當梁腹稍寬于翼緣寬時，它的受力情況與梁腹和翼緣等寬的矩形梁相似。應力最大的位置還是在荷載墊板附近臨界斜裂縫頂部。

32、這位置還是處于翼緣部分，所以它們的抗剪強度是一樣的，在支座處附近沒有斜裂縫。厚腹T形梁的傳力模型還是一個拱形桁架，箍筋的作用與矩形梁相同，箍筋把受壓腹桿所承擔的壓力“懸吊”到基本拱體上去，而斜裂縫未跨越過的箍筋受力很小。（2）當腹板厚度減薄到一定程度時，強度薄弱的部位發(fā)生變化。在同樣大小的荷載作用下，隨著腹板的減薄，腹板上的剪應力增大，如主拉應力達到砼的抗拉強度，在荷載點到支座之間出現(xiàn)一批傾角接近45度的腹剪裂縫。這時腹板所受的應力最大，成為整個梁的薄弱環(huán)節(jié)。薄腹T形梁的傳力模型是一個梯形桁架，箍筋將靠近荷載點的受壓斜腹桿傳來的壓力“懸吊”到更接近支座的斜腹桿上去，依次遞推直到支座，所以在整個

33、剪跨范圍內(nèi)箍筋承受的拉力基本相同。箍筋應力隨梁腹減薄而加大。（3）翼緣寬為腹厚2倍時抗剪強度比矩形梁高20%左右，當再加大寬度，強度基本不再提高。由于翼緣的存在發(fā)生彎壓破壞的強度要比矩形梁高得多，所以抗剪強度的上限值加大。矩形梁的抗剪強度控制區(qū)下包線同樣適用于T形梁。3-6.反向彎矩、塑性鉸和軸向力對壓彎構件抗剪承載力的影響。（1）反向彎矩：在破壞截面廣義剪跨比相同的條件下，隨著反向彎矩和正向彎矩比值的增大，梁的抗剪強度在降低，當反向彎矩和正向彎矩相等時，強度最低。（2）塑性鉸：連續(xù)梁跨中出現(xiàn)塑性鉸發(fā)生內(nèi)力重分布，中間支座塑性鉸發(fā)生剪切破壞，它的抗剪強度并不因縱筋屈服而降低。形成機構前塑性鉸區(qū)

34、的出現(xiàn)并不影響梁的抗剪強度，但它使剪切強度控制區(qū)加大了。加大的程度和反彎點移動的距離有關，它取決于內(nèi)力重分布的幅度、縱筋含量和加載方式等因素，所以出現(xiàn)塑性鉸的連續(xù)梁，它的剪切強度下包線比不允許出現(xiàn)塑性鉸的要低些。（3）軸向力：軸力對破壞形態(tài)和抗剪強度影響頗大。軸力由拉到壓變化時其破壞形態(tài)分別經(jīng)歷了偏拉、拉剪、剪切、壓剪和小偏壓五種類型，而剪切強度控制區(qū)在中部，軸力過大時不發(fā)生剪切破壞。軸壓力能提高構件的抗剪強度，但它使構件的延性降低很多，軸拉力降低了構件的抗剪強度，經(jīng)常出現(xiàn)脆性的斜拉破壞。軸拉力較大時常發(fā)生斜拉破壞，剪切強度很低；軸拉力較小時多為剪壓破壞，剪切強度降低較少。斜裂縫寬度較大，分布

35、較廣，傾角也大，壓區(qū)混凝土高度減小，縱筋拉應力增加。軸壓力對構件受力性能影響更為復雜。A無軸壓力時發(fā)生剪壓破壞；B軸壓力不大時變成斜壓破壞，抗剪強度提高；C軸壓增大到一定程度時發(fā)生兼有斜壓破壞和小偏壓破壞特征的過渡類型破壞，稱壓剪破壞，其抗剪強度增長趨勢停滯；D軸壓力再增大則發(fā)生小偏壓破壞，強度隨軸壓力加大而急劇降低；最后發(fā)生軸壓破壞。其抗剪強度隨軸壓的變化作用相對坐標表示于下圖： 3-7復雜荷載和均布荷載下簡支梁的抗剪性能（1）所謂的復雜荷載是不對稱布置的多點不等值集中荷載。復雜荷載作用的簡支梁往往是在最大荷載點位置出現(xiàn)剪切破壞，并不是在剪力最大值處，因為在最大集中荷載作用處，一般彎矩和剪力

36、都很大，垂直裂縫的出現(xiàn) ，使剪力的主要部分由壓區(qū)砼承受，這里的砼單元體作用的剪應力也很大。最大集中荷載作用處截面的抗剪強度可近似取截面彎剪比作為截面的剪跨比m進行計算。（2）均布荷載作用下的簡支梁的受力特點是跨中彎矩最大，支座剪力最大，因此剪切破壞往往發(fā)生在跨中和支座之間的某個荷載作用的截面，多點荷載作用的簡支梁的抗剪強度和跨高比的大小密切相關，跨高比較小時，破壞位置接近跨中，跨高比較大時，破壞位置接近支座，且破壞點的廣義剪跨比接近3.第四章 鋼筋混凝土構件的裂縫與變形4-1. 鋼筋混凝土構件裂縫的種類、成因與裂縫控制。（一）裂縫種類及成因1.塑性混凝土裂縫（1）塑性沉降裂縫：固體顆粒下沉、水

37、上移過程中，由于鋼筋阻礙下沉而產(chǎn)生的裂縫，沿鋼筋分布，深度至鋼筋表面；（2）塑性收縮裂縫：混凝土在養(yǎng)護過程中，表面干燥速度大于泌水速度時發(fā)生,分布形狀無規(guī)則； 2.溫度、收縮裂縫（1）溫度裂縫：從澆筑至使用階段都可能出現(xiàn)。共時溫差、歷時溫差。如大尺寸構件由于水泥的水化熱，混凝土內(nèi)部和構件表面的溫度差7080，硬化初期產(chǎn)生的抗力很可能超過混凝土的抗拉強度，而產(chǎn)生濕度裂縫，當然使用階段的溫度梯度也可以引起開裂。（2）結硬后混凝土收縮產(chǎn)生的裂縫：一般在澆注后1-2年出現(xiàn)。鋼筋的存在，約束了混凝土的自由收縮便產(chǎn)生拉應力。3.荷載、不均勻沉降等產(chǎn)生的裂縫： 荷載、不均勻沉降等產(chǎn)生的拉應力大于混凝土抗拉強

38、度時發(fā)生，裂縫寬度幾乎與鋼筋應力成正比。 （二）裂縫控制1.塑性混凝土裂縫：（1）塑性沉降裂縫：改善混凝土組成的配比，減少泌水、加強養(yǎng)防，增加保護層厚度，減少坍落度和鋼筋直徑；（2）塑性收縮裂縫：加強混凝土養(yǎng)護，減少蒸發(fā)；2.溫度、收縮產(chǎn)生的裂縫： 選擇合理混凝土配合比，減少水和水泥的用量，加強養(yǎng)護；3.荷載、不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫：可以通過優(yōu)化設計，改善裂縫密度和分布。 裂縫控制主要是通過設計、施工、材料等方面綜合技術措施講裂縫控制在無害范圍內(nèi)：（1）設計：在構件截面配筋率不變而且澆筑方便的條件下,鋼筋直徑越細,間距越小則對預防開裂越有利；（2）施工方案：盡量避開炎熱天氣和晝夜溫差大的氣候；（

39、3）施工質量：選擇合適的配合比，水灰比，避免施工中的變形；（4）養(yǎng)護：設法使混凝土溫度慢慢下降接近外界氣溫，縮小降溫過程中的溫差。4-2. 長期荷載對裂縫寬度的影響。在長期荷載作用下，鋼筋混凝土構件的裂縫寬度隨時間而增長。前6個月增長速度較快，以后增長較緩，2年以后增長很少且趨于穩(wěn)定。影響長期荷載下裂縫寬度增長的因素很多，如混凝土的組成、養(yǎng)護、環(huán)境的溫濕度、加荷的應力水平、構件尺寸以及梁中受壓鋼筋的配置等。長期荷載下構件表面裂縫寬度的增長有兩個方面的因素：受拉鋼筋平均應變的增長以及裂縫間混凝土壓縮應變的增長。長期荷載下受拉鋼筋平均應變的增長是幾種因素的綜合結果：（1）由于壓區(qū)混凝土的徐變和收縮

40、，使中和軸下降，力臂減小，鋼筋應力增大（2）長期荷栽作用下，粘結徐變的發(fā)展，對于光圓鋼筋主要為相對滑動的增大，對于變形鋼筋則是肋處斜裂縫的持續(xù)開展。(3)如前所述，裂縫穩(wěn)定后，混凝土中最大拉應變并不在構件的表面，而是位于鋼筋處。構件表面裂縫間混凝土壓縮應變增長的原因是：（1）在荷載長期作用下，新的內(nèi)裂縫的出現(xiàn)和開展，使裂縫間混凝土截面的歪曲增大，即出平面的應變梯度增大，表面混凝土產(chǎn)生壓縮應變，使裂縫寬度增大，（2）裂縫間表面混凝土的收縮與近鋼筋處混凝土的收縮不同，也使截面歪曲增大，使構件表面的混凝土的壓縮應變增大。4-3. 三種裂縫計算理論的假設及特點。（1）.粘結滑動理論基本假設：裂縫產(chǎn)生前

41、鋼筋與混凝土具有相同的變形；當混凝土拉應力超過抗拉強度，產(chǎn)生鋼筋與混凝土變形不協(xié)調(diào)，出現(xiàn)相對滑動；以鋼筋與混凝土間粘結滑動為控制裂縫的機理，認為裂縫間距取決于鋼筋與混凝土間粘結應力分布，影響裂縫間距的主要變量為鋼筋直徑與截面配筋率的比值。（2）.無滑動理論 假定鋼筋與混凝土充分粘結，則鋼筋表面裂縫寬度為零，距離鋼筋表面最遠的混凝土表面裂寬最大，影響裂寬的主要因素是混凝土保護層厚度。裂縫寬度是由于外圍混凝土存在彎曲變形產(chǎn)生應變梯度；（3）一般裂縫理論 建立在上述兩種理論的基礎上，既考慮混凝土保護層中應變梯度的影響，又考慮鋼筋可能的粘結滑動?？梢暂^全面地解釋裂縫寬度的分布機理。 4-4. 受彎構件

42、在短期、長期、重復荷載下的變形特點與計算方法。 （1）單調(diào)加荷短期荷載下受彎構件的變形 當荷載小于開裂荷載時，構件變形基本處于彈性階段，撓度與荷載大致成線性關系；當構件開裂后，抗彎剛度逐漸變小，主要原因在于材料的物理關系并非完全彈性以及截面開裂導致抗彎慣性矩減小。主要計算有：A 不考慮拉區(qū)混凝土影響的變形計算理論將受拉區(qū)各個截面看成全部開裂，忽略裂縫之間受拉區(qū)混凝土的作用。B 解析剛度法分析受拉區(qū)的裂縫和受壓區(qū)的混凝土的非彈性變形的影響。以鋼筋和受壓邊緣混凝土平均應變表示剛度。C 有效慣性矩法從試驗資料的統(tǒng)計分析，得出帶裂縫階段的剛度經(jīng)驗表達式。D 等效拉力法計算變形和剛度時考慮裂縫向混凝土受

43、拉的影響。（2）長期荷載下受彎構件的變形 由于混凝土徐變的影響，受彎構件的變形隨時間而逐漸增大，當只考慮壓區(qū)混凝土的徐變而忽略拉區(qū)應變時隨性質時的因素解析法叫時隨系數(shù)法；當同時考慮壓區(qū)和拉區(qū)長期變形的影響的因素解析法稱為長期變形剛度參數(shù)修正法。還有過去的通用簡略方法，即按變彈性模量計算長期變形。主要方法有：A 時隨系數(shù)法長期荷載下受彎構件的變形增長主要是由于受壓區(qū)混凝土的徐變，一般計算說隨變形考慮收縮與徐變的相互影響。在普通鋼筋混凝土構件中，兩者的相互影響可以忽略。B 按受荷階段計算時隨變形C 長期變形系數(shù)法D 按變彈性模量計算長期變形考慮混凝土彈性模量隨時間的改變是引起時隨變形唯一的主要因素

44、。有效慣性矩采用開裂截面慣性矩。（3）重復荷載下受彎構件的變形在重復荷載作用下，A.鋼筋與混凝土粘結應力退化，相對滑動增長；B。產(chǎn)生新的次裂縫。再隨荷載循環(huán)這兩種因素相互作用使鋼筋應變（裂縫截面應變和平均應變）增大，因此使構件的殘余變形增大。在重復荷載不超過使用荷載時，可以用短期荷載剛度值計算變形，即不考慮重復荷載殘余變形累計的影響。5-1.結構構件延性的概念、表達方式及延性設計的意義（舉例子）。1延性的概念 1）單調(diào)荷載下延性 截面或構件在承載能力沒有顯著下降的情況下承受變形的能力2）周期荷載下延性 結構承受周期荷載多次循環(huán)后，在保持一定承載能力條件下所具有的變形能力。 2延性的表達方式(1

45、)利用力變形關系，曲線變形可以是曲率或轉角，利用u/y來表示延性，延性比越大，說明截面或構件的延性越好。延性系數(shù)，延性比：曲率延性比、轉角延性比、位移延性比(2)能量表達延性 單調(diào)荷載：力變形曲線下面積，以及反復交變荷載：滯回環(huán)所圍面積延性設計的意義：1）在地震力作用下，從截面屈服至承載力有限下降，有一較長的變形過程耗散地震能；2）塑性鉸有足夠的轉動能力，以使結構能形成足夠多的塑性鉸，形成機動體系，完成內(nèi)力重分布；3）作為偶然事件發(fā)生時結構的安全儲備；4）結構構件破壞之前有明顯預兆。 2.單調(diào)荷載下構件延性的計算方法。（一）曲率延性比1. 簡化計算假定：（1）截面應變符合平截面假定；（2）不計剪切影響；（3）已知混凝土受壓應力應變關系，假定受拉鋼筋剛達屈服時，壓區(qū)混凝