混凝土課程設(shè)計(jì)河北聯(lián)合大學(xué)

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1、2.1.2 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件實(shí)際上大多處于負(fù)荷應(yīng)力狀態(tài)，例如框架梁要承受彎矩和剪力的作用；框架柱除了承受彎矩和剪力外還要承受軸向力；框架節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土的受力狀態(tài)就更復(fù)雜。同時(shí)，研究復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度，對(duì)于認(rèn)識(shí)混凝土的強(qiáng)度理論也有重要的意義。 在兩個(gè)平面作用著法向應(yīng)力和，第三個(gè)平面上應(yīng)力為零的雙向應(yīng)力狀態(tài)下，混凝土的破壞包絡(luò)土如圖2-6所示，圖中是單軸向受力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度。一旦超出包絡(luò)線就意味著材料發(fā)生破壞。圖中第一象限為雙向手拉區(qū)，、相互影響不大，不 圖2-6雙向應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的破壞包絡(luò)圖 同應(yīng)力比值/下的雙向受拉強(qiáng)度均接近于單向受拉強(qiáng)度。第三象限

2、為雙向受壓區(qū)，大體上一向的強(qiáng)度隨另一向壓力的增加而增加，混凝土雙向受壓強(qiáng)度比單向受壓強(qiáng)度最多可提高27%。第二、四象限為拉-壓應(yīng)力狀態(tài)，此時(shí)混凝土的強(qiáng)度均低于單向抗拉伸或單向抗壓時(shí)的強(qiáng)度。 取一個(gè)單元體，法向應(yīng)力與剪應(yīng)力組合的強(qiáng)度曲線如圖2-7所示。壓應(yīng)力低時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而增大，當(dāng)壓應(yīng)力約超過0.6即c點(diǎn)時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而減小。另一方面，此曲線也說明由于存在剪應(yīng)力，混凝土的抗壓強(qiáng)度要低于單向抗壓強(qiáng)度。因此，梁受彎矩和剪力共同作用以及柱在受到軸向壓力的同時(shí)也受到水平剪力作用時(shí)，剪應(yīng)力會(huì)影響梁與柱中受壓區(qū)混凝土的抗壓強(qiáng)度。此外，由圖2-7還可以看出，抗剪強(qiáng)度隨著拉應(yīng)力的增大

3、而減小，也就是說剪應(yīng)力的存在會(huì)使抗拉強(qiáng)度降低。 圖2-7法向應(yīng)力和剪應(yīng)力組合的破壞曲線 A-軸心受拉；B純剪；C-剪壓；D-軸心受壓 混凝土在三向受壓的情況下，由于受到側(cè)向壓力的約束作用，最大主壓力軸的抗壓強(qiáng)度（）有較大程度的增長(zhǎng)，其變化規(guī)律隨兩側(cè)向壓應(yīng)力（，）的比值和大小而不同。常規(guī)的三軸受壓時(shí)在圓柱體周圍加液壓，再來那個(gè)側(cè)向等壓（==>0）的情況下進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)側(cè)向液壓值不很大時(shí)，最大主壓應(yīng)力軸的抗壓強(qiáng)度隨側(cè)向應(yīng)力的增大而提高，由實(shí)驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)公式為： =+（4.5~7.0） (2-5) 式中 —有側(cè)向壓力約束試件的軸心抗壓強(qiáng)度； —無側(cè)向壓力約束

4、的圓柱體試件的軸心抗壓強(qiáng)度； —側(cè)向約束壓應(yīng)力。 公式中，前的數(shù)字為側(cè)向應(yīng)力系數(shù)，平均值為5.6，當(dāng)側(cè)向應(yīng)力較低時(shí)得到的系數(shù)值較高。 2.1.3 混凝土的變形 混凝土在一次短期加載、長(zhǎng)期加載和多次加載作用下都會(huì)產(chǎn)生變形，這類變形稱為受力變形。另外，混凝土的收縮以及溫度變化也會(huì)產(chǎn)生變形，這類稱為體積變形。混凝土的變形是其重要物理學(xué)性能之一。 1. 一次短期加載下混凝土的變形性能 （1） 混凝土受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 混凝土受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是混凝土最基本的力學(xué)性能之一。一次短期加載是指荷載從零開始單調(diào)增加至試件破壞，也稱單調(diào)加載。 我國(guó)采用棱柱體試件來測(cè)定一次短期加

5、載下混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線。圖2-8為實(shí)測(cè)的典型混凝土棱柱受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€?？梢钥吹剑@些曲線包括上升和下降兩個(gè)部分。上升段OC 又分為三段，從加載至應(yīng)力為（0.3~0.4） 的A 點(diǎn)為第1階段，由于這時(shí)應(yīng)力較小，混凝土的變形主要是骨料和水泥結(jié)晶體受力產(chǎn)生的彈性變形，而水泥膠體的黏性流動(dòng)以及初始微裂縫變化的影響一般很小，所以應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系接近直線，稱A點(diǎn)為比例極限點(diǎn)。超過A點(diǎn)，進(jìn)入裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展的低2階段，至臨界點(diǎn)B，臨界點(diǎn)的應(yīng)力可以作為長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度的依據(jù)。此后，試件中所積蓄低餓彈性應(yīng)變保持大于裂縫發(fā)展所需要的能量，從而形成裂縫快速發(fā)展的不穩(wěn)定狀態(tài)直至峰點(diǎn)C，這一階段為第3階段，這時(shí)的

6、峰值應(yīng)力通常作為混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)值 （上標(biāo)0表示實(shí)驗(yàn)值），相應(yīng)的應(yīng)變?yōu)榉逯祽?yīng)變，其值在0.0015~0.0025之間波動(dòng)，通常取0.002 。 圖2-8 混凝土棱柱體受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線 到達(dá)風(fēng)之影里以后就進(jìn)入下降段CE，這時(shí)烈風(fēng)繼續(xù)擴(kuò)展、貫通，從而使應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系發(fā)生變化。在峰值應(yīng)力以后，裂縫迅速發(fā)展，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體受到越來越嚴(yán)重的破壞，賴以傳遞荷載的傳力路線減少，時(shí)間的平均應(yīng)力強(qiáng)度下降，所以應(yīng)力-應(yīng)變曲線向下彎曲，直到凹向發(fā)生改變，曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)D。超過拐點(diǎn)，曲線開始凸向應(yīng)變軸，這是，只靠骨料間的咬合力及摩擦力與殘余承壓面來承受荷載。隨著變形的增加，應(yīng)力-應(yīng)變曲線逐漸凸

7、向水平方向發(fā)展，此段曲線中曲率最大的一點(diǎn)E稱為收斂點(diǎn)。收斂點(diǎn)E以后的曲線稱為收斂段，這時(shí)貫通的主裂縫已很寬，內(nèi)聚力幾乎耗盡，對(duì)無側(cè)向約束的混凝土，收斂段EF已失去結(jié)構(gòu)意義。 圖2-9不同強(qiáng)度的混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線 混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線的形狀和特征是混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的力學(xué)標(biāo)志。不同強(qiáng)度的混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線有著相似的形狀，但也有實(shí)質(zhì)性的區(qū)別。圖2-9的試驗(yàn)曲線表明，隨著混凝土強(qiáng)度的提高，盡管上升段和峰值應(yīng)變的變化不很顯著，但是下降段的形狀有較大的差異，混凝土強(qiáng)度越高，下降段的坡度越陡，即應(yīng)力下降相同幅度時(shí)變形越小，延性越差。另外，混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線的形狀與加載速度也有著密切的

8、關(guān)系。注意，由于壓應(yīng)力達(dá)到時(shí)，實(shí)驗(yàn)機(jī)內(nèi)積蓄的應(yīng)變能會(huì)使實(shí)驗(yàn)機(jī)頭沖擊試件，使試件破壞，因此在普通試驗(yàn)機(jī)上獲得有下降段的應(yīng)力-應(yīng)變曲線是比較困難的。若采用有伺服裝置能控制下降段應(yīng)變速度的特殊試驗(yàn)機(jī)，或者在試件旁附加各種彈性元件協(xié)同受壓，防止實(shí)驗(yàn)機(jī)頭回彈的沖擊引起試件突然破壞，并以等應(yīng)變加載，就可以測(cè)量出具有真實(shí)下降段的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€。 （2） 混凝土單軸向受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型 常見的描述混凝土單軸向受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型有下面兩種： 1） 美國(guó)E.Hognestad建議的模型 如圖2-10所示，模型的上升段為二次拋物線，下降段為斜直線。 上升段：≤，

9、 =[2－] （2-6） 下降段：≤≤， =[1－0.15] （2-7） 圖2-10Hognestad建議的應(yīng)力-應(yīng)變曲線 圖2-11Rusch建議的應(yīng)力-應(yīng)變 曲線 式中 -峰值應(yīng)力（棱柱體極限抗壓強(qiáng)度）； -相應(yīng)于峰值應(yīng)力的應(yīng)變，取=0.002； -極限壓應(yīng)變，取=0.0038 2）德國(guó)Rusch建議的模型 如圖2-11所示，該模型形式較簡(jiǎn)單，上升段也是采用二次拋物線，下降段則采用水平直線。 當(dāng)≤， =[2－] （2-8） 當(dāng)≤≤， =

10、 （2-9） 式中 ，取=0.002; =0.0035。 （3） 三向受壓狀態(tài)下混凝土的受力特點(diǎn) 如前所述，混凝土試件橫向受到約束時(shí)，可以提高其抗壓強(qiáng)度，也可以提高其延性。三向受壓下混凝土圓柱體的軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以由周圍用液體壓力加以約束的圓柱體進(jìn)行加壓實(shí)驗(yàn)得到，在加壓過程中保持液壓為常值，逐漸增加軸向壓力直至破壞，并量測(cè)其軸向應(yīng)變變化。從圖2-12中可以看出，隨著側(cè)向壓力的增加，時(shí)間的強(qiáng)度和應(yīng)變都顯著提高。 圖2-12 混凝土圓柱體三向受壓實(shí)驗(yàn)時(shí)軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線 工程上可以通過設(shè)置密排螺旋筋或箍筋來約束混凝土，改善鋼筋混凝土構(gòu)件的受力性能。在混凝土軸向壓力很小時(shí)，螺

11、旋筋或箍筋幾乎不受力，此時(shí)混凝土基本上不受約束，當(dāng)混凝土應(yīng)力達(dá)到臨界應(yīng)力時(shí)，混凝土內(nèi)部裂縫引起體積膨脹使螺旋筋或箍筋受拉，反過來，螺旋筋或箍筋約束了混凝土，形成于液壓約束相似的條件，從而使混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變性能得到改善，鋼管混凝土也是同理。 （4） 混凝土的變形模量 與彈性材料不同，混凝土受壓壓力-應(yīng)變關(guān)系是一條直線，在不同的應(yīng)力階段，應(yīng)力與應(yīng)變之比是變數(shù)，因此不能稱它為彈性模量，而成其為變形模量。混凝土的變形模量有如下三種表示方法： 1） 混凝土的彈性模量（即原點(diǎn)模量） 如圖2-13所示，混凝土棱柱體受壓時(shí)，在應(yīng)力-應(yīng)變曲線原點(diǎn)（圖中O點(diǎn)）做一切線，其斜率為混凝土的原點(diǎn)模量，稱為彈性

12、模量，用表示。 =tan (2-10) 式中 -混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線在原點(diǎn)處的切線與橫坐標(biāo)的夾角。 圖2-13混凝土變形模量的表示方法 目前，各國(guó)對(duì)對(duì)彈性模量的試驗(yàn)方法尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。由于要在混凝土一次加載應(yīng)力-應(yīng)變曲線上作原點(diǎn)的切線，找出角是不容易做準(zhǔn)確的，所以通常的做法是：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)尺寸150mm×150mm×300mm的棱柱體試件，先加載至=0.5，然后卸載至零，再重復(fù)加載、卸載5~10次。由于混凝土不是彈性材料，每次卸載至零時(shí)，存在殘余變形，隨著價(jià)再次數(shù)的增加，應(yīng)力-應(yīng)變曲線逐漸穩(wěn)定并基本上趨于直線。該直線的斜率即定位混凝土的彈性

13、模量。 當(dāng)混凝土進(jìn)入塑性階段后，初始的彈性模量已不能反映這時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變性質(zhì)，因此，有時(shí)用變形模量或切線模量來表示這時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。 2） 混凝土的變形模量 連接圖2-13中O 點(diǎn)至曲線上任一點(diǎn)應(yīng)力為的割線的斜率，稱為割線模量或塑性模量，它的表達(dá)式為： =tan=== (2-11) 即彈塑性階段的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可表示為： = （2-11a） 這里，為總應(yīng)變；為中的彈性應(yīng)變；為彈性系數(shù)， =/，隨應(yīng)力增大而減小，其值在0.5~1之間變化。

14、 3） 混凝土的切線模量 在混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線上任一點(diǎn)應(yīng)力為處做一切線，切線與橫坐標(biāo)軸的交角為則該處應(yīng)力的增量與應(yīng)變?cè)隽恐戎捣Q為應(yīng)力時(shí)混凝土的切線模量，即 =tan (1-12) 可以看出，混凝土的切線模量是一個(gè)變值，它隨著混凝土應(yīng)力的增大而減小。 需要注意的是，混凝土不是彈性材料，所以不能用已知的混凝土應(yīng)變乘以規(guī)范中所給的彈性模量只去求混凝土的應(yīng)力。只有當(dāng)混凝土應(yīng)力很低時(shí)，它的彈性模量值才近似相等。混凝土彈性模量可按下式計(jì)算： = （kN/

15、m） （2-13） 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》給出的混凝土彈性模量見本書附錄2的附表2-3. (5) 混凝土軸向受拉時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 由于測(cè)試混凝土受拉時(shí)的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線比較困難，所以實(shí)驗(yàn)資料比較少。圖2-14是采用電液伺服試驗(yàn)機(jī)控制應(yīng)變速度，測(cè)出的混凝土軸心受拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線。曲線形狀與受壓時(shí)相似，具有上升段和下降段。實(shí)驗(yàn)表明，在試件加載的初期，變形與應(yīng)力呈線性增長(zhǎng)，至峰值應(yīng)力的40%~50%達(dá)比例極限，加載至峰值應(yīng)力的76%~83%時(shí)，曲線出現(xiàn)臨界點(diǎn)（即裂縫不穩(wěn)定擴(kuò)展的起點(diǎn)），達(dá)到強(qiáng)度的提高而更陡峭。受拉彈性模量值基本相同。 圖2-14不同強(qiáng)度的混凝土拉伸應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€

16、2. 荷載長(zhǎng)期作用下混凝土的變形性能 圖2-25混凝土的徐變（應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系） 結(jié)構(gòu)或材料承受的應(yīng)力不變，而應(yīng)變隨時(shí)間增長(zhǎng)的現(xiàn)象稱為徐變?；炷恋男熳兲匦灾饕c時(shí)間參數(shù)有關(guān)?；炷恋牡湫托熳兦€如圖2-15所示?？梢钥闯?，當(dāng)對(duì)棱柱體試件加載，應(yīng)力達(dá)到0.5時(shí)，其加載瞬間產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)樗查g應(yīng)變。若保持荷載不變，隨著加載作用時(shí)間的增加，應(yīng)變也將繼續(xù)增長(zhǎng)，這就是混凝土的徐變。一般徐變開始增長(zhǎng)較快，以后逐漸減慢，經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間后就逐漸趨于穩(wěn)定。徐變值約為瞬變時(shí)的1~4倍。如圖2-15所示，兩年后卸載，試件瞬時(shí)要恢復(fù)的一部分應(yīng)變稱為瞬時(shí)應(yīng)變，其值比加載使得瞬時(shí)變形略小。當(dāng)長(zhǎng)期荷載完全卸載后，混凝土并不

17、處于靜止?fàn)顟B(tài)，而經(jīng)過一個(gè)徐變的恢復(fù)過程（約20d），卸載后的徐變恢復(fù)變形稱為彈性后效，其絕對(duì)值僅為徐變值的1/12左右。在試件中還有絕大部分應(yīng)變是不可恢復(fù)的，稱為殘余應(yīng)變。 試驗(yàn)表明，混凝土的徐變與混凝土的應(yīng)力大小有著密切的關(guān)系。應(yīng)力越大徐變也越大，隨著混凝土應(yīng)力的增加，混凝土徐變將發(fā)生不同的情況。如圖2-16所示，當(dāng)混凝土應(yīng)力較小時(shí)（例如小于0.5），徐變與應(yīng)力成正比，曲線接近等間距分布這種情況稱為線性徐變。在線性徐變的情況下，加載初期徐變?cè)鲩L(zhǎng)較快，6個(gè)月時(shí)，一般完成徐變的大部分，后期徐變?cè)鲩L(zhǎng)逐漸減小，一年以后趨于穩(wěn)定，一般認(rèn)為3年左右徐變基本終止。

18、 當(dāng)混凝土應(yīng)力較大時(shí)（例如大于0.5），徐變變形與應(yīng)力不成正比，徐變變形比應(yīng)力增長(zhǎng)要快，稱為非線性徐變。在非線性徐變范圍內(nèi)，當(dāng)加載應(yīng)力過高時(shí)，徐變變形急劇增加不在收斂，呈非穩(wěn)定徐變現(xiàn)象，見圖2-17.由此說明，在高應(yīng)力的作用下可能造成混凝土的破壞。所以，一般取混凝土應(yīng)力約等于0.75~0.8作為混凝土的長(zhǎng)期極限強(qiáng)度。混 圖2-16 壓應(yīng)力與徐變的關(guān)系 凝土構(gòu)件在試用期間，應(yīng)當(dāng)避免經(jīng)常處于不變的高應(yīng)力狀態(tài)。 實(shí)驗(yàn)還表明，加載時(shí)混凝土的期齡越早，徐變?cè)酱?。此外，混凝土的組成成分對(duì)徐變也有很大影響，水泥用量越多，

19、徐變?cè)酱?；水灰比越大，徐變也越大。骨料彈性性質(zhì)也明顯的影響徐變值，通常，骨料越堅(jiān)硬，彈性模量越高，對(duì)水泥石徐變的約束作用越大，混凝土的徐變?cè)叫?。此外，混凝土的制作方法、養(yǎng)護(hù)條件，特別是養(yǎng)護(hù)時(shí)的溫度和濕度對(duì)徐變也有重 圖2-17 不同應(yīng)力/強(qiáng)度比值的徐變時(shí)間曲線 要影響，養(yǎng)護(hù)時(shí)溫度越高、濕度大，水泥水化作用充分，徐變?cè)叫?。而受到荷載作用后所處的環(huán)境溫度越高、濕度越低，則徐變?cè)叫?。?gòu)建的形狀、尺寸也會(huì)影響徐變值，大尺寸時(shí)間內(nèi)部失水受到限制，徐變減小。鋼筋的存在等對(duì)徐變也有影響。 影響混凝土徐變的因素很多，通常認(rèn)為在應(yīng)力不大的情況下，混凝土凝結(jié)硬化后，骨料之間的水泥漿，一部分變?yōu)橥耆珡椥越Y(jié)晶體

20、，另一部分是充填在結(jié)晶體間的凝膠體，它具有粘性流動(dòng)的性質(zhì)。當(dāng)施工加載時(shí)，在加載的瞬間結(jié)晶體與凝膠體共同承受荷載。其后，隨時(shí)間的推移，凝膠體由于粘性流動(dòng)而逐漸卸載，此時(shí)結(jié)晶體承受了更多的里并產(chǎn)生彈性變形。在內(nèi)力從水泥凝膠體向水泥結(jié)晶體轉(zhuǎn)移的應(yīng)力重新分布過程中，就使混凝土產(chǎn)生徐變并不斷增加，也將導(dǎo)致混凝土變性增加。 徐變對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的工作性能有很大的影響。由于混凝土的徐變，會(huì)使構(gòu)件的變形增加，在鋼筋混凝土截面中引起應(yīng)力分布。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中會(huì)造成預(yù)應(yīng)力損失。 3. 混凝土的收縮與膨脹 混凝土凝結(jié)硬化時(shí)，在空氣中體積收縮，在水中體積膨脹。通常，收縮值比膨脹值大得多?；炷潦湛s值的實(shí)驗(yàn)

21、結(jié)果相當(dāng)分散。圖2-18時(shí)鐵道部科學(xué)研究院所做的混凝土自由收縮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果?？梢钥吹?，混凝土的收縮值隨著時(shí)間而增長(zhǎng)，蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土的收縮值要小于常溫養(yǎng)護(hù)下的收縮值。這是因?yàn)榛炷猎谡羝B(yǎng)護(hù)過程中，高溫、高濕的條件加速了水泥的水化合凝結(jié)硬化，一部分游離水由于水泥水化作用被快速吸收，是脫離試件表面蒸發(fā)的游離水減小，因此其收縮變形減小。 養(yǎng)護(hù)不好以及混凝土構(gòu)件的四周受約束從而阻止混凝土收縮時(shí)，會(huì)使混凝土構(gòu)件表面或水泥地面上出現(xiàn)收縮裂縫。 影響混凝土收縮的因素有： 圖2-18 混凝土的收縮 （1） 水泥的品種：水泥強(qiáng)度等級(jí)越高制成的混凝土收縮越大。 （2） 水泥的用量：水泥越多，收縮越大；水灰

22、比越大，收縮也越大。 （3） 骨料性質(zhì)：骨料的彈性模量大，收縮小。 （4） 養(yǎng)護(hù)條件：在結(jié)硬過程中周圍溫、濕度越大，收縮越小。 （5） 混凝土制作方法：混凝土越密實(shí)，收縮越小。 （6） 使用環(huán)境：使用環(huán)境溫度、濕度大時(shí)，收縮小。 （7） 構(gòu)建的體積與表面積比值：比值大時(shí)，收縮小。 2.1.4 混凝土的疲勞 混凝土的疲勞是在荷載重復(fù)作用下產(chǎn)生的。疲勞現(xiàn)象大量存在與工程結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土吊車梁、鋼筋混凝土橋以及港口海岸的混凝土結(jié)構(gòu)等都要受到吊車荷載、車輛荷載以及破浪沖擊等幾百萬次的作用。混凝土在重復(fù)荷載作用下的破壞稱為疲勞破壞。 圖2-19是混凝土棱柱體在多次重復(fù)作用下的受壓應(yīng)

23、力-應(yīng)變曲線。從圖中可以看出，一次加載應(yīng)力小于混凝土疲勞抗壓強(qiáng)度時(shí)，其加載、卸載應(yīng)力-應(yīng)變曲線OAB形成了一個(gè)環(huán)狀。而在多次加載、卸作用下，應(yīng)力-應(yīng)變環(huán)會(huì)越來越密和，經(jīng)過多次重復(fù)，這個(gè)曲線就密和成一條直線。如果在選擇一個(gè)較高的應(yīng)力，但仍小于混凝土疲勞強(qiáng)度時(shí)，其加載、卸載的規(guī)律相同，多次重復(fù)后密和成直線。如果選擇一個(gè)高于混凝土疲勞強(qiáng)度的加載壓應(yīng)力，開始， 應(yīng)力-應(yīng)變曲線凸向應(yīng)力軸，在重復(fù)荷載過程中逐漸變成直線，在經(jīng)過多次重復(fù)加載、卸載后，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線由凸向應(yīng)力軸而逐漸凹向應(yīng)力軸，以致加載、卸載不能形成封閉環(huán)，這標(biāo)志這混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展加劇，趨于破壞。隨著重復(fù)荷次數(shù)的增加，應(yīng)力-應(yīng)變曲線傾

24、角不斷減小，至荷載重復(fù)道某一定次數(shù)時(shí)，混凝土試件因嚴(yán)重開裂或變形過大而導(dǎo)致破壞。 混凝土的疲勞強(qiáng)度用疲勞實(shí)驗(yàn)測(cè)定。疲勞實(shí)驗(yàn)采用100mm×100mm×300mm或150mm×150mm×450mm的棱柱體，把能使棱柱體承受200萬次或其以上循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓應(yīng)力值稱為混凝土的疲勞抗壓強(qiáng)度。 （a） (b) 圖1-19混凝土在重復(fù)荷載作用下的受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線 混凝土的疲勞強(qiáng)度與重復(fù)作用時(shí)應(yīng)力變化的幅度有關(guān)。在相同的重復(fù)次數(shù)下，疲勞強(qiáng)度隨著疲勞應(yīng)力的比值的減小而增大。疲勞應(yīng)力比值按下式計(jì)算： = （2-14）

25、式中、-截面同一纖維上的混凝土最小應(yīng)力及最大應(yīng)力。 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，混凝土軸心受壓、軸心受拉疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、應(yīng)按其混凝土軸心受壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、軸心受拉強(qiáng)度分別乘以相應(yīng)的疲勞強(qiáng)度修正值系數(shù)確定。修正系數(shù)應(yīng)根據(jù)不同的疲勞比值按本書附錄2中的附表2-4確定。 2.2鋼筋的物理力學(xué)性能 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的國(guó)產(chǎn)普通鋼筋可采用熱軋鋼筋。用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的國(guó)產(chǎn)預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線、消除應(yīng)力鋼絲，也可采用熱處理鋼筋。 熱軋鋼筋是低碳鋼、普通低合金鋼在高溫狀態(tài)下軋制而成。熱軋鋼筋為軟鋼，其應(yīng)力應(yīng)變曲線有明顯的屈服點(diǎn)和流幅，斷裂是有徑縮現(xiàn)象，伸長(zhǎng)率比較大

26、。熱軋鋼筋根據(jù)其力學(xué)指標(biāo)的高低，分為四個(gè)種類：HPB235級(jí)（符號(hào)）、HRB335(符號(hào) )、HRB400級(jí)（符號(hào) ）和RRB400級(jí)（符號(hào) ）。HRB235級(jí)鋼筋是熱軋光圓鋼筋（Hot Rolled Plain Steel Bars）,強(qiáng)度最低；HRB335級(jí)鋼筋和HRB400級(jí)鋼筋都是熱軋帶肋鋼筋（Hot Rolled Ribbed Steel Bars），HRB400級(jí)鋼筋的強(qiáng)度比HRB335級(jí)鋼筋的高；RRB400級(jí)鋼筋是余熱處理的帶肋鋼筋，強(qiáng)度高。目前，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的縱向受力鋼筋大多優(yōu)先采用HRB400級(jí)鋼筋。 預(yù)應(yīng)力鋼絞線是由多根高強(qiáng)鋼絲捻制在一起經(jīng)過低溫回火處理清除內(nèi)應(yīng)力后而制成，分為3股和7股兩種。 消除應(yīng)力鋼絲是將鋼筋拉拔后，校直，經(jīng)中溫回火消除應(yīng)力并經(jīng)穩(wěn)定化處理的鋼絲，有三種：光面鋼絲、螺旋鋼絲和刻痕鋼絲。螺旋肋鋼絲是以普通低碳鋼貨低合金鋼熱軋的圓盤條為母材，經(jīng)冷軋減徑后在其表面冷軋成二面或三面有月牙肋的鋼筋。光面鋼絲和螺旋肋鋼絲按直徑可分為4、5、6、7、8和9六個(gè)級(jí)別。