徐变对混凝土的影响

2.1.2单轴向应力状态下的混凝土强度虽然实际工程中的混凝土构件和结构一般处于复合应力状态，但是单向受力状态下混凝土的强度是复合应力状态下强度的基础和重要参数。1、混凝土的立方体抗压强度和强度等级立方体试件的强度比较稳定．所以我国把立方体强度值作为混凝土强度的基本指标，并把立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级的标准。我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》(GBJ81—85)规定以边长为150mm的立方体为标准试件．标准立方体试件在(20±3)℃的温度和相对湿度90％以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，用符号fcu表示．单位为N／mm2。强度影响因素：1.水灰比：fcu随着水灰比的增加而降低。2.温度：fcu随着温度的增加而增加。规定(20±3)℃3.湿度：fcu随着湿度的增加而增加。规定相对湿度90％以上4.试验方法：不涂润滑剂比涂润滑剂测得的抗压强度高。5.加载速度：加载速度越快，测得的强度越高;通常规定：混凝土强度等级低于C30时，取每秒钟0.3～0.5N／mm2；强度等级高于或等于C30时，取每秒钟(0.5～0.8)N／mm2。6.试件尺寸。混凝土立方体强度还与成型后的龄期有关，抗压强度随成型后混凝土的龄期逐渐增长，增长速度开始较快，后来逐渐缓慢。如右图所示。《混凝土结构设计规范》规定的混凝土强度等级有C15--C80，共14个等级，级差为5N/mm2。字母C后面的数字表示以5N/mm2为单位的立方体抗压强度标准值，用符号fcu,k表示。例如，C30表示立方体抗压强度标准值为30N／mm2。C50～C80属高强度混凝土范畴。钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于C20；预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。2、混凝土轴心抗压强度用混凝土棱柱体试件测得的抗压强度称轴心抗压强度用fc表示。我国《普通混凝土力学性能试验方法》规定以150mm×150mm×300mm的棱柱体作为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件。棱柱体试件与立方体试件的制作条件相同，试件表面不涂润滑剂。《混凝土结构设计规范》规定以上述棱柱体试件试验测得的具有95%保证率的抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值，用符号fck表示。对于同一混凝土，fc＜fcu。棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为为棱柱体强度与立方体强度之比，对小于C50级的混凝土取=0.76，对C80取=0.82，其间按线性插值。为高强度混凝土的脆性折减系数，C40以下取=1.00，C80取=0.87,其间按线性插值。0.88为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。3、轴心抗拉强度ft轴心抗拉强度是立方抗压强度的1/17～1/8，混凝土强度等级愈高，这个比值愈小。《混凝土结构设计规范》取轴心抗拉强度标准值ftk为(δ为变异系数，0.88的意义和a2取值与上式相同。)2.1.3复合应力状态下混凝土的强度1、双向应力状态第一象限：双向受拉，双向受拉强度均接近于单向抗拉强度ft；第三象限：双向受压，比单向受压强度提高约27％，最大强度发生在σ1／σ2约等于2或0.5时。第二、四象限：一向受压，一向受拉，混凝土的强度均低于单向受力（压或拉）的强度。2、剪压或剪拉复合应力状态剪应力存在，砼的抗拉强度、抗压强度低于相应的单向强度。3、三向受压三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。由于侧向压力的约束，轴心抗压强度又较大程度的增长。试验经验公式为：式中：fcc'——有侧向压力约束的轴心抗压强度；fc'——无侧向压力约束的轴心抗压强度；fL——侧向约束压应力。fL前系数平均值为5.6，侧压力低时的到的系数较高。2.1.4混凝土的变形1.一次短期加载下混凝土的变形性能(1)混凝土受压时的应力—应变关系是混凝土最基本的力学性能之一。一次短期加载是指荷载从零开始单调增加至试件破坏，也称单调加载。(2)应力-应变关系（《规范》）(3)三向压力下砼变形特点：侧压力增加，强度、延性显著提高。(4)混凝土的变形模量与弹性材料不同，混凝土受压应力—应变关系是一条曲线，在不同的应力阶段．应力与应变之比的变形模量是一个变数。混凝土的变形模量有如下三种表示方法。1)混凝土的弹性模量〔即原点模量）如图2-15所示，混凝土棱柱体受压时，在应力—应变曲线的原点（图中的O点）作一切线其斜率为混凝土的原点模量,称为弹性模量,以Ec表示．Ec=tgα0式中α0为混凝土应力一应变曲线在原点处的切线与横坐标的夹角．2)混凝土变形模量连接图2-15中O点至曲线任一点应力为σc处割线的斜率，称为任意点割线模量或称变形模量。表达式为Ec'＝tgαL3)混凝土的切线模量在混凝土应力-应变曲线上某一应力σc处作一切线，其应力增量与应变增量之比值称为相应于应力σc时视凝土的切线模量．Ec''=tga2、荷载长期作用下砼的变形性能——徐变徐变——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。（1）曲线如图2—17所示。（2）产生徐变的原因：A、水泥胶凝体粘性流动；B、微裂缝扩展、增加（3）影响徐变的因素：A、应力因素：应力越大，徐变越大应力较小时（σ＜0.5fc)，为线性徐变，徐变在2年以后可趋于稳定，最终的φ=2-4。应力较大时（σ＞0.5fc)，为非线性徐变，非稳定徐变，0.8fc为界限强度，成为砼长期抗压强度，为荷载长期作用时设计的依据。B、内在因素：是混凝土的组成和配比。骨料的刚度越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。C、环境影响：包括养护和使用条件。受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（20-35）%受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。（4）徐变对结构的影响不利：徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。有利：使结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力（如支座不均匀沉降），减小大体积混凝土内的温度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。3、重复荷载作用下的变形(疲劳变形)疲劳破坏——混凝土在荷载重复作用下引起的破坏。疲劳破坏的特征是裂缝小而变形大。A点应变εA=εce+εae+εcp（弹性应变+弹性后效+塑性变形）重复荷载作用时：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。疲劳应力比值成按下式计算：式中σf'c,min、σf'c,max表示截面同一纤维上的混凝土最小应力及最大应力。4、混凝土的收缩与膨胀混凝土凝结硬化时，在空气中体积收缩，在水中体积膨胀。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。当砼收缩受到外部（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。某些对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。影响混凝土收缩的因素有：水泥的品种：水泥强度等级越高制成的混凝土收缩越大水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，收缩也越大骨料的性质：骨料的弹性模量大，收缩小。养护条件：在结硬过程中周围温、湿度越大，收缩越小混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小使用环境：使用环境温度、湿度大时，收缩小构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小2.2.1钢筋的品种和级别钢筋的品种:热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋。1.热轧钢筋HotRolledSteelReinforcingBarHPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级屈服强度fyk（标准值=钢材废品限值，保证率97.73%）HPB235级：fyk=235N／mm2HRB335级：fyk=335N／mm2HRB400级、RRB400级：fyk=400N／mm2HPB235级(Ⅰ级)钢筋多为光面钢筋（PlainBar），多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋HRB335级(Ⅱ级)和HRB400级(Ⅲ级)钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用Ⅱ级钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘结（Bond），外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（DeformedBar）。Ⅳ级钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。2.钢丝中强钢丝的强度为800-1200MPa，高强钢丝、钢绞线的为1470-1860MPa；延伸率d10=6%，d100=3.5-4%；钢丝的直径3-9mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.5-15.2mm。中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。3.冷加工钢筋是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。4.热处理钢筋是将Ⅳ级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于预应力混凝土结构。2.2.2钢筋的强度与变形一、钢筋的强度1、应力-应变关系(如右图)2、强度指标：钢筋强度的设计依据——屈服强度。检验钢筋质量的强度指标：有明显屈服点的钢筋：屈服强度fy，极限抗拉强度σb无明显屈服点的钢筋：极限抗拉强度σb《规范》规定fy=σ0.2=0.85σb3、变形指标：钢筋应具有的塑性变形能力——伸长率，冷弯性能伸长率：钢筋拉断时的伸长值与原长的比率。伸长率越大塑性越好。伸长率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。冷弯：将直径为d的钢筋绕直径为D的弯芯弯曲到规定的角度（冷弯角度）后无裂纹断裂及起层现象，则表示合格。弯芯D越小，弯转角越大，说明钢筋塑性越好。2.2.3钢筋的应力-应变曲线的数学模型2.2.4钢筋的疲劳钢筋的疲劳是指钢筋在承受重复、周期性的动荷载作用下，经过一定次数后突然脆性断裂的现象。钢筋的疲劳强度是指在某—规定应力幅度内，经受一定次数循环荷载后发生疲劳破坏的最大应力值。钢筋疲劳断裂的原因，一般认为是由于钢筋内部和外部的缺陷，在这些薄弱处容易引起应力集中。应力过高，钢材晶粒滑移，产生疲劳裂纹，应力重复作用次数增加，裂纹扩展，从而造成断裂。钢筋的疲劳试验有两种方法：一种是直接进行单根原状钢筋轴拉试验；另一种是将钢筋埋入混凝土中使其重复受拉或受弯的试验。我国采用直接做单根钢筋轴拉试验的方法。《混凝土结构设计规范》规定了不同等级钢筋的疲劳应力幅度限值，并规定该值与截面同一纤维上钢筋最小应力与最大应力比值有关，对预应力钢筋，当ρf≥0.9时可不进行疲劳强度验算。需要对不同的疲劳应力比值满足循环次数为200万次条件下的钢筋量大应力值为钢筋的疲劳强度。钢筋的疲劳强度与应力变化的幅值有关，其他影响因素还有：最小应力值的大小、钢筋外表面几何尺寸和形状、钢筋的直径、钢筋的强度、钢筋的加工和使用环境以及加载的频率等。由于承受重复性荷载的作用，钢筋的疲劳强度低于其在静荷载作用下的极限强度。原状钢筋的疲劳强度最低。2.2.5混凝土结构对钢筋性能的要求1、钢筋的强度所谓钢筋强度是指钢筋的屈服强度及极限强度。钢筋的屈服强度是设计计算时的主要依据(对无明显流幅的钢筋，取它的条件屈服点)。2、钢筋的塑性要求钢材有一定的塑性是为了使钢筋在断裂前有足够的变形，在钢筋混凝土结构中，能给出构件将要破坏的预告信号．同时要保证钢筋冷弯的要求，通过试验检验钢材承受弯曲变形的能力以间接反映钢筋弯性能是施工单位验收钢筋是否合格的主要指标。3、钢筋的可焊性可焊性是评定钢筋焊接后的接头性能的指标艺条件下钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形。4、钢筋的耐火性热轧钢