1、1、混凝土的材料組成和構(gòu)造決定其4個(gè)基本受力特點(diǎn):1復(fù)雜的微觀內(nèi)應(yīng)力、變形和裂縫狀態(tài)混凝土由粗骨料和硬化水泥砂漿等兩種主要材料構(gòu)成的不規(guī)則的三維實(shí)體結(jié)構(gòu)，且具有非勻質(zhì)、非線性和不連續(xù)的性質(zhì)。當(dāng)混凝土承受外力作用時(shí)，即使作用應(yīng)力完全均勻，混凝土內(nèi)也將產(chǎn)生不均勻的空間微觀應(yīng)力場(chǎng)在應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，水泥砂漿和粗骨料的徐變差使混凝土內(nèi)部發(fā)生應(yīng)力重分布，粗骨料將承受更大的壓應(yīng)力。從微觀上分析混凝土，必然要考慮非常復(fù)雜的、隨機(jī)分布的三維應(yīng)力（應(yīng)變）狀態(tài)。2.變形的多元組成骨料的彈性變形 即變形與應(yīng)力成正比，卸載后變形可全部恢復(fù)，不留殘余變形。水泥凝膠體的粘性流動(dòng)水泥經(jīng)水化作用后生成的凝膠體，在應(yīng)力作用下除

2、了即時(shí)產(chǎn)生的變形外，還將隨時(shí)間的延續(xù)而發(fā)生緩慢的粘性流（移）動(dòng)，混凝土的變形不斷地增長(zhǎng)，形成塑性變形。當(dāng)卸載后，這部分變形一般不能恢復(fù)，出現(xiàn)殘余變形。裂縫的形成和擴(kuò)展 在應(yīng)力的下降過程中，變形仍繼續(xù)增長(zhǎng)，卸載后大部分變形不能恢復(fù)。3.應(yīng)力狀態(tài)和途徑對(duì)力學(xué)性能的影響 混凝土在基本受力狀態(tài)下力學(xué)性能的巨大差別使得：混凝土在不同應(yīng)力狀態(tài)下的多軸強(qiáng)度、變形和破壞形態(tài)等有很大的變化范圍；存在橫向和縱向應(yīng)力（變）梯度的情況下，混凝土的強(qiáng)度和變形值又將變化；荷載（應(yīng)力）的重復(fù)加卸和反復(fù)作用下，混凝土將產(chǎn)生程度不等的變形滯后、剛度退化和殘余變形等現(xiàn)象；多軸應(yīng)力的不同作用途徑，改變了微裂縫的發(fā)展?fàn)顩r和相互約束條

3、件，混凝土出現(xiàn)不同力學(xué)性能反應(yīng)。 4.時(shí)間和環(huán)境條件的巨大影響2、混凝土受力破壞的一般機(jī)理從對(duì)混凝土受壓過程的微觀現(xiàn)象的分析，其破壞機(jī)理可以概括為：首先是水泥砂漿沿粗骨料的界面和砂漿內(nèi)部形成微裂縫；應(yīng)力增大后這些微裂縫逐漸地延伸和擴(kuò)展，并連通成為宏觀裂縫；砂漿的損傷不斷積累，切斷了和骨料的聯(lián)系，混凝土的整體性遭受破壞而逐漸地喪失承載力。31 要獲得穩(wěn)定的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€，主要是曲線的下降段，必須控制混凝土試件緩慢地變形和破壞。有兩類試驗(yàn)方法： 應(yīng)用電液伺服閥控制的剛性試驗(yàn)機(jī)直接進(jìn)行試件等應(yīng)變速度加載； 在普通液壓試驗(yàn)機(jī)上附加剛性元件，使試驗(yàn)裝置的總體剛度超過試件下降段的最大線剛度，就可防止混凝

4、土的急速破壞。數(shù)學(xué)描述32混凝土多軸本構(gòu)模型，說出兩類彈性，加以說明線彈性類本構(gòu)模型(1) 各向異性本構(gòu)模型(2) 正交異性本構(gòu)模型(3) 各向同性本構(gòu)模型非線彈性理論類本構(gòu)模型4、粘結(jié)的組成，比較光圓和螺紋錨固與拔出實(shí)驗(yàn)破壞形態(tài)的異同，說明粘結(jié)機(jī)理鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力或者抗滑移力，由3部分組成。 混凝土中的水泥凝膠體在感覺表面產(chǎn)生的化學(xué)粘著力或吸附力。 周圍混凝土對(duì)鋼筋的摩阻力，當(dāng)混凝土的粘著力破壞后發(fā)揮作用。 鋼筋表面粗糙不平，或變形鋼筋凸肋和混凝土之間的機(jī)械咬合作用，即混凝土對(duì)鋼筋表面斜向壓力的縱向分力。在光圓鋼筋的拔出試驗(yàn)中，量測(cè)到的拉力或平均粘結(jié)應(yīng)力與鋼筋兩端的滑移曲線，鋼筋應(yīng)力

5、沿其埋長(zhǎng)的分布和據(jù)以計(jì)算的粘結(jié)應(yīng)力分布，以及鋼筋滑移的分布等隨荷載增長(zhǎng)的變化如圖6-1a。當(dāng)試件開始受力后，加載端的粘著力很快被破壞，即可測(cè)得加載端鋼筋和混凝土的相對(duì)滑移（）。此時(shí)鋼筋只有靠近加載端的一部分受力（），粘結(jié)應(yīng)力分布也限于這一段。從粘結(jié)應(yīng)力（）的峰點(diǎn)至加載端之間的鋼筋段都發(fā)生相對(duì)滑移，其余部分仍為無滑移的粘結(jié)區(qū)。隨著荷載的增大，鋼筋的受力段逐漸加長(zhǎng)，粘結(jié)應(yīng)力（）分布的峰點(diǎn)向自由端（F）漂移，滑移段隨之?dāng)U大，加載端的滑移（）加快發(fā)展。圖6-1a 光圓鋼筋的拔出試驗(yàn)結(jié)果當(dāng)荷載增大，達(dá)到后，鋼筋的受力段和滑移段繼續(xù)擴(kuò)展，加載端的滑移明顯成曲線增長(zhǎng)，但自由端仍無滑移。粘結(jié)應(yīng)力（）不僅分布區(qū)

6、段延伸，峰點(diǎn)加快向自由端漂移，其形狀也由峰點(diǎn)右偏曲線轉(zhuǎn)為左偏曲線。當(dāng)0.8時(shí)，鋼筋的自由端開始滑移，加載端的滑移發(fā)展更迅速。此時(shí)滑移段已遍及鋼筋全埋長(zhǎng)，粘結(jié)應(yīng)力的峰點(diǎn)很靠近自由端。加載端附近的粘結(jié)破壞嚴(yán)重，粘結(jié)應(yīng)力已很小，鋼筋的應(yīng)力接近均勻。當(dāng)自由端的滑移為時(shí)，試件的荷載達(dá)最大值，即得鋼筋的極限粘結(jié)強(qiáng)度。此后，鋼筋的滑移（和）急速增大，拉拔力由鋼筋表面的摩阻力和殘存的咬合力承擔(dān)，周圍混凝土受碾磨而破碎，阻抗力減小，形成曲線的下降段。最終，鋼筋從混凝土中被徐徐拔出，表面上帶有少量磨碎的混凝土粉渣。圖6-1b 變形鋼筋的拔出試驗(yàn)結(jié)果變形鋼筋拔出試驗(yàn)中量測(cè)的粘結(jié)應(yīng)力-滑移典型曲線，以及鋼筋應(yīng)力、粘結(jié)

7、應(yīng)力和滑移沿鋼筋埋長(zhǎng)的分布隨荷載的變化過程如圖6-1b。變形鋼筋和光圓鋼筋的主要區(qū)別是鋼筋表面具有不同形狀的橫肋或斜肋。變形鋼筋受拉時(shí)，肋的凸緣擠壓周圍混凝土，大大提高了機(jī)械咬合力，改變了粘結(jié)受力機(jī)理，有利于鋼筋在混凝土中的粘結(jié)錨固性能。一個(gè)不配橫向筋的拔出試件，開始受力后鋼筋的加載端局部就因?yàn)閼?yīng)力集中而破壞了與混凝土的粘著力，發(fā)生滑移（）。當(dāng)荷載增大到時(shí)，鋼筋自由端的粘著力也被破壞，開始出現(xiàn)滑移（），加載端的滑移加快增長(zhǎng)。和光圓鋼筋相比，變形鋼筋自由端滑移時(shí)的應(yīng)力值接近，但值大大減小，鋼筋的受力段和滑移段的長(zhǎng)度也較早地遍及鋼筋的全埋長(zhǎng)。當(dāng)平均粘結(jié)應(yīng)力達(dá)，即曲線上的A點(diǎn)，鋼筋靠近加載端橫肋的背

8、面發(fā)生粘結(jié)力破壞，出現(xiàn)拉脫裂縫。隨即，此裂縫向后延伸，形成表面縱向滑移裂縫。當(dāng)荷載稍有增大，肋頂混凝土受鋼筋肋部的擠壓，使裂縫向前延伸，轉(zhuǎn)為斜裂縫，試件內(nèi)部形成一圓錐形裂縫面。隨著荷載繼續(xù)增加，鋼筋肋部的裂縫不斷加寬，并且從加載端往自由端依次地在各肋部發(fā)生，滑移（和）的發(fā)展加快，曲線的斜率漸減。和光圓鋼筋相比，變形鋼筋的應(yīng)力沿埋長(zhǎng)的變化曲率較小，故粘結(jié)應(yīng)力分布比較均勻。這些裂縫形成后，試件的拉力主要依靠鋼筋表面的摩阻力和肋部的擠壓力傳遞。肋前壓應(yīng)力的增大，使混凝土局部擠壓，形成肋前破碎區(qū)。鋼筋肋部對(duì)周圍混凝土的擠壓力，其橫（徑）向分力在混凝土中產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)力。當(dāng)此拉應(yīng)力超過混凝土的極限強(qiáng)度時(shí)，

9、試件內(nèi)形成徑向-縱向裂縫。當(dāng)荷載接近極限值時(shí)，加載端附近的裂縫發(fā)展至試件表面。此后，裂縫沿縱向往自由端延伸，并發(fā)出劈裂聲響，鋼筋的滑移急劇增長(zhǎng)，荷載增加不多即達(dá)峰點(diǎn)，很快轉(zhuǎn)入下降段，不久試件被劈裂成2塊或3塊。混凝土劈裂面上留有鋼筋的肋印，而鋼筋的表面在肋前區(qū)附著混凝土的破碎粉末。試件配設(shè)了橫向螺旋筋或鋼筋的保護(hù)層很厚（）時(shí)，當(dāng)荷載較小時(shí)（）時(shí)，橫向筋的作用很小，曲線與前述試件無區(qū)別。在試件混凝土內(nèi)出現(xiàn)裂縫（）后，橫向筋約束了裂縫的開展，提高了抗阻力，曲線斜率稍高。當(dāng)荷載接近極限值時(shí)，鋼筋肋對(duì)周圍混凝土擠壓力的徑向分力也將產(chǎn)生徑向-縱向裂縫，但開裂時(shí)的應(yīng)力和相應(yīng)的滑移量都有很大提高。徑向-縱向

10、裂縫出現(xiàn)后，橫向筋的應(yīng)力劇增，限制此裂縫的擴(kuò)展，試件不會(huì)被劈開，抗拔力可繼續(xù)增大，鋼筋滑移的大量增加，使肋前的混凝土破碎區(qū)不斷擴(kuò)大，而且沿鋼筋埋長(zhǎng)的各肋前區(qū)一次破碎和擴(kuò)展，肋前擠壓力的減小形成曲線的下降段。最終，鋼筋橫肋間的混凝土咬合齒被剪斷，鋼筋連帶肋間充滿著的混凝土碎末一起緩緩地被拔出，此時(shí)，沿鋼筋肋外皮的圓柱面上有摩擦力，試件仍保有一定殘余抗拔力。機(jī)理1、兩者之間存在良好的粘結(jié)力，在荷載作用下可以協(xié)調(diào)變形，共同受力；2、相似的溫度線膨脹系數(shù)，因此當(dāng)溫度變化時(shí)不會(huì)因產(chǎn)生過大的變形差而致使粘結(jié)力破壞5、裂縫的不利影響6、表13-1 無腹筋混凝土梁彎剪破壞的3種典型形態(tài)比較裂縫圖剪壓破壞形態(tài)斜

11、壓破壞形態(tài)斜拉破壞形態(tài)剪跨比中等剪跨比（）剪跨比很小（）剪跨比較大（）應(yīng)力應(yīng)變特征剛開始應(yīng)力狀態(tài)與彈性分析相符，隨著荷載增加，剪跨段內(nèi)彎矩增大，荷載兩邊的截面下部混凝土由受拉轉(zhuǎn)為受壓，出現(xiàn)全截面受壓狀態(tài)，最大壓應(yīng)力在梁頂，此后最大壓應(yīng)變（力）位置移向下方，頂面壓應(yīng)力顯著減小，甚至逐漸地轉(zhuǎn)為受拉。最終荷載板附近的截面頂部壓區(qū)面積縮減至很小，混凝土在正應(yīng)力和剪應(yīng)力共同作用下破壞，達(dá)二軸抗壓強(qiáng)度而破壞梁端豎直方向的正壓應(yīng)力集中在荷載板和支座面之間的斜向范圍內(nèi)，其數(shù)值遠(yuǎn)大于水平正應(yīng)力和剪應(yīng)力。主壓應(yīng)力方向大致平行于荷載和反力的連線豎直方向正應(yīng)力對(duì)梁腹部的影響很小裂縫特征首先在梁的跨中純彎段出現(xiàn)受拉裂縫

12、，且自下而上延伸。此后隨著荷載增加，相繼出現(xiàn)受彎（拉）裂縫，在底部與縱筋軸線垂直，向上延伸時(shí)傾斜角漸減，約與主壓應(yīng)力軌跡線一致。此后，又有新的彎剪裂縫發(fā)生，已有彎剪裂縫繼續(xù)向斜上方延伸。繼續(xù)增加荷載，純彎段內(nèi)受彎裂縫的延伸停滯，彎剪段內(nèi)的彎剪裂縫繼續(xù)往斜上方延伸，傾斜角再減小；腹剪裂縫則同時(shí)向兩個(gè)方向發(fā)展，向上延伸，傾斜角減小，直達(dá)荷載板下方；向下延伸，傾斜角漸增，至鋼筋處垂直相交。最后荷載繼續(xù)增大，裂縫的寬度繼續(xù)擴(kuò)展，但裂縫的形狀和數(shù)量不再變化，最終出現(xiàn)橫向裂縫和破壞區(qū)，斜裂縫的下端與鋼筋相交處增寬，并出現(xiàn)沿縱筋上皮的水平撕脫裂縫首先在梁腹中部出現(xiàn)斜向裂縫，平行于荷載-反力連線。此后，裂縫沿

13、同一方向同時(shí)往上和往下延伸，相鄰處出現(xiàn)多條平行的斜裂縫。最終，梁腹中部斜向受壓破壞首先在跨中純彎段的下部出現(xiàn)受拉裂縫，垂直往上延伸。當(dāng)梁端剪彎段的腹部中間形成45的腹剪斜裂縫后，很快地往兩個(gè)方向延伸：裂縫向上發(fā)展，傾斜角漸減，到達(dá)梁的頂部將梁切斷；裂縫向下發(fā)展，傾斜角漸增，到達(dá)受拉鋼筋和梁底處，裂縫以是豎直方向控制因素剪力和彎矩共同作用下的破壞，由頂部受壓區(qū)和斜裂縫骨料咬合等控制與軸心壓力作用下的斜向短柱相同，由混凝土抗壓強(qiáng)度控制主拉應(yīng)力控制混凝土拉斷破壞，由混凝土抗拉強(qiáng)度控制7、8、中和軸計(jì)算公式解：推導(dǎo)式2-3：根據(jù)要求，彈性狀態(tài)下，根據(jù)：，得：推導(dǎo)式2-4：彈性狀態(tài)下，根據(jù)：，得：9、二

14、軸答：以雙軸為例，（1）當(dāng)混凝土處于二軸受壓時(shí)，其抗壓強(qiáng)度均超過其單軸抗壓強(qiáng)度，隨應(yīng)力比例的變化規(guī)律為： 混凝土二軸受壓的應(yīng)力-應(yīng)變曲線為拋物線形，有峰點(diǎn)和下降段，與單軸受壓的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€相似。試件破壞時(shí)，最大主壓應(yīng)力方向的強(qiáng)度f3和峰值應(yīng)變3p都大于單軸受壓的相應(yīng)值。 兩個(gè)受力方向的峰值應(yīng)變3p最大應(yīng)變值發(fā)生在 ，2p由單軸受壓時(shí)的拉伸逐漸轉(zhuǎn)為壓縮變形，至二軸等壓時(shí)達(dá)最大壓應(yīng)變3p=2p。 二軸受壓的體積應(yīng)變v在應(yīng)力較低時(shí)，混凝土泊松比s0.5，體積應(yīng)變?yōu)閴嚎s。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到二軸強(qiáng)度的85%90%后，試件內(nèi)部裂縫發(fā)展，其體積應(yīng)變轉(zhuǎn)為膨脹。 （2）混凝土處于二軸拉/壓狀態(tài)時(shí)，抗壓強(qiáng)度隨另一個(gè)方

15、向的拉應(yīng)力的增大而降低，抗拉強(qiáng)度也隨壓應(yīng)力的加大而減小。其應(yīng)力-應(yīng)變曲線近似于單軸受拉曲線，多數(shù)試件是拉斷破壞，塑性變形小。破壞時(shí)的峰值應(yīng)變均隨拉應(yīng)力f1或應(yīng)力比 的增大而迅速見效。體積應(yīng)變v在開始加載時(shí)為壓縮，因應(yīng)力增大而出現(xiàn)裂縫，臨近極限強(qiáng)度時(shí)轉(zhuǎn)為膨脹。 （3） 混凝土處于二軸受拉時(shí)，二軸抗拉強(qiáng)度f1均與其單軸抗拉強(qiáng)度ft接近。應(yīng)力-應(yīng)變曲線與單軸受拉曲線形狀相同，變形值和曲率都很小，破壞形態(tài)同為拉斷。試件應(yīng)力比增大，相同應(yīng)力下的主拉應(yīng)變1減小，2p則由壓縮過渡為拉長(zhǎng)。體積應(yīng)變v從一開始受力就是膨脹，一直增大，直至試件破壞。10、破壞形態(tài)有以下三種： 局部受壓面積較大（）：試件加載后，首先

16、在一個(gè)側(cè)面的中間出現(xiàn)豎向裂縫，位置靠近上端，約在區(qū)的拉應(yīng)力最大部位。開裂荷載與極限荷載的比值為0.61.0，且面積比越大，相對(duì)開裂越晚。荷載增大后，此裂縫增寬，并向上、下，但主要向下延伸，最后裂縫貫通，將試件劈裂破壞。而加載板下存在摩擦約束，劈裂縫不會(huì)穿越加載面積，其下通常形成一個(gè)倒角錐，與混凝土立方體抗壓破壞的角錐相似，但高度更大些。 局部受壓面積較小（）：試件加載后，難見先兆裂縫，一旦裂縫出現(xiàn)，即時(shí)將試件劈成數(shù)塊，突然破壞。開裂荷載和極限荷載值接近或相等。裂縫首先出現(xiàn)在加載端面，從試件頂面迅速往下開展。可見這類破壞由加載板周圍混凝土的沿周邊水平拉應(yīng)力控制，是板下混凝土往外膨脹擠壓的結(jié)果。加

17、載板下濕混凝土也不會(huì)被劈壞，而形成一個(gè)倒角錐。 局部受壓面積較小（）：試件加載板外圍的混凝土體積龐大，局部壓力作用下的拉應(yīng)力值很小，不會(huì)發(fā)生劈裂。加載板混凝土承受很大的三向壓應(yīng)力，使加載板下陷，沿加載板周邊的混凝土被剪壞，骨料受擠壓碾碎。有時(shí)發(fā)現(xiàn)端面上加載板周圍混凝土破碎涌起，猶如半無限土壤上基礎(chǔ)的失穩(wěn)。當(dāng)面積比更大，混凝土的局部抗壓強(qiáng)度漸趨收斂。控制方法為：在試件的局部受壓區(qū)內(nèi)配設(shè)各種橫向箍筋。答：光圓鋼筋開始受力后，加載段的粘著力很快被破壞，鋼筋只有靠近加載端的一部分受力，粘結(jié)應(yīng)力分布也限于這一區(qū)段。從粘結(jié)應(yīng)力的峰點(diǎn)至加載端之間的鋼筋段都發(fā)生相對(duì)滑移，其余部分仍為無滑移的粘結(jié)區(qū)，隨荷載增大

18、，受力段和滑移段都在擴(kuò)展，直到 0.8，自由端才開始滑移。最終破壞時(shí)，鋼筋從混凝土中被徐徐拔出，表面上帶有少量磨碎的混凝土粉碴。 變形鋼筋受拉時(shí)，肋的凸緣擠壓周圍混凝土，大大地提高了機(jī)械咬合力，和光圓鋼筋相比，自由端滑移時(shí)的應(yīng)力（）值接近，但 值大大減小（ 0.3），剛進(jìn)的受力段和滑移段的長(zhǎng)度也較早地遍及鋼筋的全埋長(zhǎng)。變形鋼筋的應(yīng)力沿埋長(zhǎng)的變化曲率也比較小，粘結(jié)應(yīng)力分布比較均勻。最終破壞時(shí)，試件被劈裂成2塊或3塊。混凝土劈裂面上留有鋼筋的肋印，而鋼筋的表面在肋前區(qū)附著混凝土的破碎粉末。答：三種形態(tài)的特征：（1）斜壓破壞-剪跨比很小的梁，主壓應(yīng)力方向大致平行于荷載和反力的連線。破壞前梁腹部出現(xiàn)一系列大體上平行的腹剪斜裂縫，將梁腹分割成若干傾斜的受壓桿件，最后由于混凝土斜向壓酥而破壞。極限剪力高而變形很小，破壞突然。 （2）剪壓破壞-中