同济大学考博高等混凝土知识点总结解析

1、高等钢筋混凝土理论 第一章钢筋的物理力学性能1钢筋单向拉伸应力一应变曲线的金相学解释。OA弹性变形：金属内部原子间距改变。取决于晶体阵 上原子间的相互作用力。塑性变形：沿某些结晶面，施加的剪应力超过晶体临界 切应力，金属晶体沿结晶面发生滑移。实际，晶体临界 切应力远小于理论值，原因：晶体中缺陷 一一位错：金 属晶体中原子排列并非十分整齐，塑性变形时，滑移面 不是整排原子一起移动，而是位错移动造成晶面间相对 滑动。B屈服上限：钢中杂质原子或离子处于位错中心，起钉扎”作用，增加位错运动阻力，宏观形成上限”B'屈服下限：位错运动后，杂质原子滞后，位错脱锚，发生低应力下滑动。CD强化阶段：晶面

2、滑移时，晶粒变形、位错繁殖。位错密度大量增加，发生交割，加大运动 阻力，出现强化现象。D点为钢筋的极限强度。2. 钢筋经冷拉和冷拔后物理力学性能有何改变？（1）冷拉：在常温下将钢筋拉过屈服强度、至强化阶段的某一应力水平。（下图左）冷拉后，钢材产生形变强化，抗拉 屈服强度提高，延伸率下降，冷拉后 的性能与以下因素有关：1）屈服强度提高程度与钢筋强度有 关；2）屈服点随时效时间增加，钢种级别 越高，变化越小；3）钢筋强度高时，达控制冷拉应力，所需冷拉率小，冷拉率大将影响冷拉后的延伸率;4）冷拉后由静力法测得的弹性模量下降，经人工时效几乎恢复原值。（2）冷拔：将钢筋拉过比其直径小的硬质合金模，使受侧

3、压力，截面积减小，长度增加。 （上图右）1、随冷拔拉力和横向挤压力的增加，钢筋强度提高，延伸率急剧下降。2、 截面压缩率小于20-30%，主要是位错密度增加提高钢筋强度；大于 50%，不仅晶粒 滑移，而且滑移面转动，产生各向异性，二者使抗拉、压强度提高。3、除原材料强度外，冷拔后截面总压缩率大，强度高，延伸率降低；总压缩率相同时， 冷拔次数对钢丝强度影响不大，但延伸率随冷拔次数增加而减小。3. 钢筋的徐变与松弛及其影响因素。徐变：在高应力下，钢筋应变随时间增长。属于塑性变形。松弛：钢筋受力后，长度保持不变，应力随时间增长而降低。应力解除后，松弛可恢复。 影响因素：1、钢筋的松弛发展较混凝土快得

4、多，而且随时间增长松弛率逐渐减小，如用 时间为对数坐标时，基本为一直线关系。2、松弛损失与钢筋初张拉应力大小有关，张拉控制应力值低时，应力松弛损失值小。3、松弛是随温度增加而增加的。4、钢种有关： 般冷拉热轧钢筋 冷拔钢丝钢绞线。为了减少钢材的松弛损失，可采用的措施有：超张拉或选用低松弛高强钢筋、钢丝和 钢绞线（经过应力消除或专门“稳定”处理得到低松弛的高强钢丝和钢绞线）4. 钢筋的应力腐蚀。应力腐蚀：钢筋在电化学腐蚀和应力复合作用下导致断裂。首先是拉应力造成的应变破坏 了材料表面的纯化膜，新鲜表面与介质接触发生电化学腐蚀，形成腐蚀坑，产生了裂纹源。 在裂纹源处出现三向拉应力集中地区，介质中电

5、化学反应形成的有害元素（如氢）可吸附在 材料表面，扩散到三向应力区，造成裂纹尖端部位材料性能的脆化，引起裂纹扩展，最后导 致断裂条件：有一定腐蚀介质，荷载，一定的材质条件。影响因素：1、钢筋强度：强度越高，应力腐蚀的敏感性越强。2、预应力值越大，应力腐 蚀的敏感性越强。3、钢筋外形和钢种4、钢筋的组织状态。5. 钢筋的疲劳断裂。1）定义：钢筋在外力循环作用下，由于内部缺陷导致疲劳断裂。2）如何发生：1、疲劳断裂过程：反复荷载作用下，钢筋内部质量薄弱处产生应力集中 一一 个别点首先出现塑性变形，久之形成微裂纹一一2、裂纹增加、连接、发展，形成裂缝一一3、 截面削弱，应力集中急速加剧，超过晶体结合

6、力，发生断裂。3）影响因素：影响钢筋疲劳的原因应力幅度、最小应力值大小、钢筋外表面几何尺 寸、钢筋直径、钢筋强度、其他一些因素。（分数多要展开如下）1） 应力幅值：应力幅值为一次循环应力中最大应力与最小应力之差。钢筋压应力的循环一般不会发生疲劳破坏，而在拉应力循环或拉压应力循环才会发生疲劳破坏；其他影响因素均不变，在有限疲劳寿命区域应力值幅度与循环次数成斜线关系，在长寿命区域应力值幅度的影响很小，形成logN的平等线。2）最小应力值大小：增加了最小应力值，在有限寿命疲劳区域和长寿命区都降低了钢筋的疲 劳强度。但当最小应力值为压应力时，可增加疲劳强度。3）钢筋外表面几何尺寸：变形钢筋能增强钢筋与

7、混凝土之间的粘结力， 但在循环荷载作用下， 在鼓出的肋与钢筋表面接交处产生应力集中现象， 这是产生钢筋疲劳裂缝的一个很重要原 因。4）钢筋直径：随着钢筋直径的增大，降低了钢筋的疲劳强度。5）钢筋强度：在有限疲劳寿命区，随着钢筋强度等级的增加，增加了钢筋的疲劳强度。6）其他一些影响因素：焊接质量如焊缝表面粗糙度，气泡，焊接烧伤等都会形成应力集中，因而降低了钢筋的疲劳强度；含炭量愈高的钢筋，由于降低了延性，焊接对钢筋的敏感性也愈高；钢筋弯起处将发生应力集中现象。6. 包兴格效应及其工程意义。钢筋经拉伸（或压缩）超过弹性变形后，其反向加载下的弹性极限显著下降，荷载超 过弹性极限越多，反向受力时的弹性

8、极限降低越多。此现象即包兴格效应”。工程意义：1、钢材的抗压条件流限随冷拉率的增加而降低，当冷拉率超过3%比例极限时，条件流限降低程度的增加不太明显。2、钢材冷拉经时效后，则抗压条件流限有明显的 提高，而冷轧、冷扭钢筋的包兴格效应不明显。影响因素：1、钢材的原始的性能的影响。2、不同类型钢材晶粒的大小。3、退火、回火4、 加载速度5、加载历史：初始加载时塑性应力愈大，反向应力降低愈大，循环次数愈多，软 化影响愈小。产生原因：晶粒内残余应力的存在，施加反向荷载时，晶体大部分提早进入塑性状态，发生 包兴格效应的应力软化现象。2- 1混凝土中裂缝的形成和发展（可以分为几个阶段）。原始微裂缝阶段：加载

9、前，由于水泥浆硬化干缩、水分蒸发等原因，在混凝土内部形 成主要分布于较大粗骨料与砂浆界面上的原始微裂缝（粘结裂缝）。（图1）稳定裂缝产生阶段：单轴压应力不超过 30%-50%极限抗压强度，原始裂缝扩展并产生 新的粘结裂缝，但裂缝处于相对独立的发展阶段，应力一应变关系基本为弹性。（图2）稳定裂缝扩展阶段：继续加载，但不超过临界应力（70%-90%极限抗压强度），粘结裂 缝向砂浆内延伸，并在砂浆内产生新裂缝，应力 一应变关系明显非线性；若停止加载，裂 缝扩展停止。（图3）非稳定裂缝扩展阶段：荷载超过临界应力，出现大量砂浆裂缝、并急剧发展，与向砂 浆内延伸的粘结裂缝连接贯通，出现不稳定裂缝，荷载不变

10、，裂缝自行扩展。（图4）2- 2.混凝土单轴受压应力一应变关系及主要影响因素。（包括混凝土强度的影响因素）国S-5B恨甚七的炭蟹直力-应狂全曲（A：比例极限：0.305c p； B:临界点（T b=0.8c p；C:峰值；D:收 敛点（1）混凝土在荷载作用下的应力-应变关系，开始为直线变化，然后逐渐偏离直线，转变成 为曲线形变化，至应力达到最大值的极限强度而破坏。 应力-应变关系曲线有上升段和下降段。上升段（如图OABC段曲线）:除有明显收缩史的混凝土试件外，在荷载开始作用下，应力 应变曲线会呈现上凹段外，尽管荷载前混凝土内存在局部微裂缝，只要混凝土处于“稳定 断裂传播的开始（OSFP）”值以

11、下时，混凝土仍基本处于弹性工作阶段，应力-应变关系为直线， 如上图内OA线所示。A点约为峰值应力的3050%。当混凝土应力进入“稳定裂缝传播”阶 段后，由于裂缝不断传播发展，应力-应变关系逐渐偏离直线，如图 AB曲线所示。当混凝土 应力进入“非稳定裂缝传播”阶段以后，由于砂浆裂缝大量出现，粘结裂缝向砂浆内传播延 伸，成为可自行传播开裂的不稳定状态，有些砂浆裂缝和粘结裂缝彼此连通，至最大应力C点时，混凝土内会形成若干通缝如图所示，能量消失增大。下降段（如图CDE段曲线）：下降段是混凝士在到达峰值压力后，裂缝继续开展、传播、 发展引起应力一应变关系变化曲反映。在到达峰值应力以后，裂缝继续迅速传播发

12、展，而且 由于坚硬骨料颗粒的存在，沿裂缝面上产生剪摩滑移，同时并出现新裂缝、试件仍能支撑一 定的荷载。（2）应力-应变关系影响因素：混凝土材料的品种、配合比和龄期等是重要的影响因素；有试验表明，水泥标号、用量 和水灰比以及粗骨料的性质、含量配合比和粒径大小等对应力-应变曲线，特别是下降段的变 化，都有不同的影响。（3）影响混凝土抗压强度的因素：组成材料品种性质的影响；组成材料配合比的影响（包 括水灰比、空气含量、水泥用量、骨料最大尺寸）：混凝土龄期的影响；试验方法的影响（包括试件形状和大小尺寸、加载速度）：施工养护条件的影响2- 3.混凝十复杂受力下强度的变化规律（1）双轴受压：破坏强度与二轴

13、主应力比值有关，混凝土强度虽可提高，但提高的程度有 限，一般只能比单轴受压强度提高 10%20%，最多也只有30%左右。一轴受拉、一轴受压：破坏时强度的变化与混凝土标号或混凝土单轴抗拉强度的相对 比值有关Rl/t，混凝土抗压强度增加或 Rl/ T值减少时，相对的破坏强度即随之减少。双轴同时受拉：无论二轴主应力比值如何，都大致和单轴抗拉强度相等。（2）三轴受压：试件破坏时的实际最大主压应力轴强度，要比双轴受压的相应强度要高， 均随值03的增加而增大。三轴不等号受力：试件破坏时，受压轴能承受的主压力值，随受拉主拉应力的增加而 降低。三轴同时受拉：混凝土的破坏强度均小于或等于其单轴抗拉强度。（3）同

14、时受剪压或剪拉：见下图 截面同时受扭和受压或受拉：二0 :单轴抗压强度受压破坏时正应力与2剪应力的关系是：= fa +bQ/%f受拉：（E/%t 2 +9l/Rl f =1St：纯扭转引起的剪应力 截面同时受剪和受压，相应也有经验关系公式在复杂受力条件下混凝土的强度与变形规律，尚须进行更多的试验研究和理论讨论。2- 4 混凝土局部承压强度及其工作机理。局部承压的混凝土，因为受周围混凝土的约束作用，从而提高了局部承压面积的混凝土 强度，该强度为混凝土局部承压强度。在靠近局部承压荷载下的一段块体长度内（一般在块 体高度范围内）产生横向拉应力。这种拉应力可使混凝土产生裂缝。当Ad/Ac>36时

15、，试件整体破坏前，承压板下混凝土已局部下陷，沿承压板周边混凝土明 显地被剪切，外围混凝土尚未劈裂，承载力还可增长。当9<Ad/Ac<36时，裂缝从顶面向下发展，承压板外围的混凝土被劈成数块，这种破坏很 突然，属于脆性破坏。当Ad/Ac<9时，在试件某一侧面首先由于横向拉应力形成裂缝，楔锥体劈裂尚未形成， 当裂缝逐渐开展后形成通缝而最后劈裂破坏。影响因素：（1）局部加载面积与承载试件受力面积比值。 即Ad/Ac它是最主要的因素；（2） 试件尺寸的影响，宽度与高度，即h/2b;（3）加载垫板几何形状和性质，包括承压板的尺寸和形 状、类型；（4）配筋率；（5）混凝土配合比和强度2-

16、5.反复循环荷载和重复荷载下混凝十的变形性能。H 2-70低周反宜话肺加盘的应力-宜翌曲馥氏S 成 0图£-75重复社攀下"关系示茁5直变£- 14 -（1）反复循环荷载作用下，混凝土的残余变形将逐渐累积，当荷载经过多次反复以后,混凝土强度不再降低，残余变形不再增加，应力 -应变形成一稳定的滞回环。（2）重复荷载：在压应力低于混凝土疲劳强度值情况下， 卸载和随后加载的应力-应变曲线都形成一封闭 的滞回环。当重复荷载增加至某一定值 RaP后，内部组织结构渐趋稳定，卸载和加载应力 -应 变曲线会重复成直线。在压应力较大，高于疲劳破坏强度 RaP时，循环重复加载-卸载的

17、应力-应变曲线，开始变 化情况同低应力一样，但这是暂时现象，每次加载都会引起混凝土内微裂缝不断出现新的开 裂和发展，加载应力-应变曲线就会由凸向应力轴转变为凹向应力轴变化，以致加载、卸载不 能再形成封闭的滞回环。随重复荷载次数增加，混凝土内微裂缝会继续开裂发展，应力-应变曲线倾角不断降低，至荷载重复到某一定次数时，混凝土试件会因严重开裂或变形过大而破 坏即疲劳破坏。2-6 综述混凝土的徐变和收缩。（1）徐变：与外荷载及时间都有关系的一种非弹性性质变形组成：徐变由两个部分组成，一是基本徐变或真实徐变，即在湿度平衡条件下产生的徐变 值，主要和常值应力大小及时间长短有关；一是干缩徐变，这是受力试件与

18、周围环境中湿度 交换的结果，随时间而引起的变形。它区别于收缩，主要是收缩是在混凝土不受力情况下引 起的体积变形。徐变+加荷时瞬时应变=卸荷时瞬时恢复应变（瞬时弹性回复）+卸载后弹性后效（滞后弹性效应）+残余应变（屈服效应）=基本徐变（真实徐变）+干缩徐变原因：在长期荷载作用下，混凝土凝胶体中的水分逐渐压出，水泥石逐渐粘性流动，微细 空隙逐渐闭合，细晶体内部逐渐滑动，微细裂缝逐渐发生等各种因素的综合结果。影响因素：长期荷载应力、荷载持续时间、混凝土加载龄期、混凝土的组成成分和配合比、 养护条件及使用条件下的温度与湿度、构件体表比等。后果：徐变对结构具有有利和有害的双重性作用。既有利于结构的内力重

19、分布，也有利不 利于结构的变形和预应力的损失，在高应力下，甚至会导致构件出现徐变破坏现象。（2）收缩：是混凝土体内水泥凝胶体中游离水分蒸发，而使本身体积缩小的一种物理化学现 象，它是不依赖于荷载而与时间有关的一种变形。原因：收缩大体由两种情况引起：一种是干燥失水而引起；另一种是碳化作用引起的，通常 称为碳化收缩。也就是说，收缩现象实质上是混凝土内水泥浆凝固硬化过程中的物理化学作 用的效果。影响因素：水泥的品种性质及用量，骨料的物理性质；骨料的最大粒径，水质和用量；浇制 的密实度；养护方法和龄期；使用时所在的温湿条件，混凝土的体积与表面积之比，即构件 的大小尺寸，和附加剂的品种性质等。2-7 .

20、为何要建立复杂应力下的混凝十强度准则？试比较各种强度准则的特点及话用性。1）混凝土强度准则分类：第一类准则是经典强度理论及其改进；第二类准则是实验数据 的经验回归；第三类准则是对包络面的唯象数学描述。2） 特点：第一类准则的参数具有明确的物理意义，但是在高应力区，该类准则通常过高 的估计了混凝土材料的强度；第二和第三类准则可以准确地估计混凝土材料的强度但是其准则参数没有明确的物理意义。3）原因：在设计钢筋混凝土和预应力混凝土结构时 ，混凝土的强度是一个很重要的参数, 也是一个与许多因素有关的参数我国现行的许多规范中只给出混凝土在单向受力时的强度 指标。但在实际工程的混凝土受力构件中，最常遇到的

21、是复合应力状态，而单轴受力的构件和结构是极少的。4） 通常是采用空间坐标的破坏曲面来描述不同受力态下混凝土的破坏情况，因此建立混 凝土强度准则实际上就是建立空间坐标破坏曲面的规律。2-8高性能混凝土配合比设计和材料性能1、材料性能：耐久性、工作性、适用性、力学性能稳定、体积稳定性、经济合理性2、配合比设计方法定义：为配制稠度、强度和耐久性满足起码要求的尽可能经济的混凝土， 而进行选择混凝土组成和确定各组成相对数量的方法。3、配合比设计的基本要求：使所配制的混凝土在比较经济的原则下具有所期望的性能：拌合 物的和易性、混凝土的强度和耐久性。4、配合比设计步骤：1）先计算混凝土的初步配合比；2）根据

22、经验初步确定外加剂与细掺料的掺量，通过流动性的试验调整，和抗裂性的对比试验确定基准配合比；3）再经过强度与耐久性试验调整，确定试验室理论配合比，最后通过含水率的换算确定施工配合比。5、配合比设计的关键点：合理使用各种外加剂的技术；合理使用掺合料的技术卓有成效地控 制混凝土开裂和防裂的技术6、配合比设计的原则： 混凝土的配合比应根据原材料品质、混凝土设计强度等级、混凝土耐久以及施工工艺对工 作性的要求，通脱计算、试配、调整等步骤选定。配置的混凝土应满足施工要求、设计强度 和耐久性邓质量要求。 高性能混凝土配合比设计应首先考虑混凝土的耐久性要求，然后根据施工工艺对拌合物工 作性和强度要求来进行设计

23、，并通过试配、调整，确认满足使用要求后方可用于正式施工。 为提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能和抗裂性能，混凝土中宜适量掺加优质的 粉煤灰、矿渣粉或硅灰等矿物外加剂，其掺量应根据混凝土的性能通过试验确定。 化学外加剂的掺量应使混凝土达到规定的水胶比和工作度，且使用的最高掺量不应对混凝 土性能（凝结时间、后期强度等）产生不利的影响。3- 1.压弯构件的试验研究（受弯构件和受压短柱、长柱的试验情况、受力表现及破坏特征等）； 钢筋对压弯构件强度和变形的影响。（1）中心受压构件 短柱：中心受压短柱受荷后，试验中量测的界面个点的混凝土纵向应变及纵向受压钢筋应 变式基本相同的。短期荷载下，普通钢筋混

24、凝土柱当接近破坏荷载时出现与荷载方向平行纵 向裂缝，最后混凝土被压碎崩裂。在长期荷载作用下，混凝土徐变引起钢筋和混凝土之间的 应力重分布，纵向受压钢筋的配筋率过高，形成混凝土的过早受压破坏，配筋率低将发生混 凝土的徐变破坏。 长柱：研究较多的是两端铰接的长柱。受压长柱的破坏是由于材料应力达到极限强度引起 的，在荷载作用下的挠度，促进截面材料破坏较早到来。其破坏类型有材料破坏、附加弯矩 引起的材料破坏、失稳破坏和侧向变形过大。随着横向钢筋的用量和纵向钢筋的配筋率和钢材强度的增加，构件可以提高承载能力和变形 能力。当配置有螺旋筋或横向焊接钢筋网片时，可以显著提高混凝土的强度并增大其变形能 力。（2

25、）偏心受压构件随着偏心距的大小、受拉钢筋的强度和配筋率、混凝土强度的不同，存在不同的破坏形态， 一是受拉破坏，是由于受拉钢筋首先达到屈服造成的破坏， 破坏时混凝土被压碎的区段较短； 二是受压破坏，是由于构件受压较大一侧混凝土出现纵向裂缝被压碎，破坏时混凝土被压碎 的区段较长，受压区高度较大，没有明显的破坏预兆，甚至出现突然的脆性破坏。纵向钢筋 承受纵向压力和由弯矩引起的拉力，决定偏心受压构件的承载能力。（3）受弯构件受弯构件的变形特征和破坏形态与偏心受压构件类似。当受拉钢筋先达到屈服，破坏时有明 显预兆，与大偏心受压构件破坏相似；当配筋率增大，钢筋应力变化缓慢，混凝土应变较快 增长，钢筋与砼同

26、时达到相应的屈服轻度，若配筋率进一步增长，将出现与小偏心受压构件 相似的破坏形态。钢筋对该类构件的影响：在适筋梁的范围内，梁的延性随配筋率 卩的减小而增大。只要有适当的箍筋，能防止受压钢 筋的纵向压屈，不论在任何情况下，受压钢筋都能提高梁的变形能力，具有较好的延性表现。 但是，在平衡配筋率以下设置受压钢筋时，虽然梁的延性有很大改善，而承载能力却没有什 么提高，或增长有限，只有在超筋梁的情况下，受压钢筋才能改善梁的延性，又可提高其承 载能力。同时钢筋的强度也有影响，强度越大，最大和最小配筋率都会减小。3- 2 构件正截面强度计算中基本假定的作用及适用性；如何应用平截面假定判别压弯构件的 破坏形态

27、？(1) 基本假定及作用: A.符合平截面假定，截面应力为直线形分布，不考虑钢筋与混凝土 的相对滑移，可以计算截面任意点的应变值；B.钢筋与混凝土的应力一应变关系为已知，认 为正截面内任意点混凝土的应力-应变关系完全与单轴受力的应力-应变关系相同，可计算截 面各点值。C.不考虑混凝土收缩、徐变等时随变形的影响，简化计算。适用性：只要应变量测标距具有一定长度， 即不小于构件裂缝平均间距或1012.5cm时, 则实测的平均应变值基本与平截面变形相符，而且应变量测的标距越长，平截面假定的符合 精度越好。正截面强度计算中一般都假定截面内任意点混凝土的应力-应变关系完全与单轴受 力的应力-应变关系相同，

28、实际上，截面应变梯度对应力 -应变关系是有影响的，具有侧限作 用的横向钢筋对混凝土应力-应变关系的影响则更为显著，但是这些影响主要反映在应力-应变曲线到达临界应力以后的部分。(2) 少筋梁破坏：破坏时，受拉区混凝土一开裂受拉钢筋应力即达到屈服强度，而且可能 经过留幅进入硬化阶段，受压区混凝土压应变小于极限压应变。适筋梁破坏：受拉钢筋屈 服，经过一段变形后，受压区混凝土边缘达到极限压应变。超筋梁破坏：受压区混凝土被 压碎达到极限压应变而受拉钢筋应力很小。大偏心受压破坏：受拉区钢筋先达到屈服，应 变增长较大而使得受压区高度减少，挠度显著增大，导致压区混凝土被压碎。小偏心受压 破坏：构件受压较大一侧

29、混凝土出现纵向裂缝被压碎，受力较小的另一侧钢筋中应力无论受 压或受拉均未达屈服强度。长柱失稳破坏：在最大荷载下实测的钢筋和混凝土的应变都小 于材料破坏应有的极限值。长柱侧向变形过大破坏：在荷载未达到最大值以前，因挠度过 大而不能再使用。3- 3 简支梁斜截面破坏的类型和机理；箍筋对梁抗剪的作用。(1) A 剪切破坏一一纵筋未屈服：斜拉破坏m%:斜向的主拉应力值达到和超过混凝土的抗拉强度时混凝土开裂而发展成为弯剪裂缝，荷载加大后其中一条裂缝急剧发展成临界 斜裂缝把梁劈成两半。剪压破坏1<m<3 :临界斜裂缝延伸到荷载作用截面时，受荷载垫板下面垂直压应力的约束而被限制发展到梁顶。梁内的

30、主要内力是通过临界斜裂缝上方的 混凝土拱体I传递，还有部分内力是通过临界斜裂缝下方的混凝土拱体II传递。小拱体II承受的内力通过销栓作用和骨料咬合作用传递给基本拱体I。在基本拱体I的剪压面的混凝土承受正应力、垂直压应力和剪应力的共同作用下达到混凝土的极限强度而破坏。斜压破坏 mE :正应力不大而剪应力很高，梁腹中部首先出现斜裂缝。随着荷载加大裂缝向下延伸到 支座，向上开展到荷载垫板而形成临界斜裂缝。随变形的加大裂缝间骨料咬合作用不断地破 坏，抗力逐渐下降，最后短柱范围内的混凝土全被压碎。当m-0时，为纯剪破坏。B弯剪破坏和斜弯破坏：宏观破坏形态同剪切破坏，但实际承载力由纵筋屈服强度决定，不 属

31、于真正的剪切破坏。斜弯破坏一一与斜裂缝相交处的纵筋达到屈服强度，支座处的纵筋 屈服强后斜裂缝开展造成斜裂缝顶端压区混凝土在正应力和剪应力共同作用而发生的斜截面 弯曲破坏。弯剪破坏，是跨中弯矩最大截面的纵筋屈服后，由于裂缝的开展压区混凝土的 面积逐渐减少，在荷载不再增加的情况下，压区混凝土所受的正应力和剪应力还在不断加大， 当应力值达到混凝土的强度极限时发生剪切破坏。属于弯曲破坏和剪切破坏共存的情况。特 点是纵筋屈服决定了梁的承载能力而压区混凝土剪断决定了梁的最大变形能力。(2) 箍筋对梁抗剪的作用： 直接承受剪力，有效地抑制斜裂缝的开展和延伸，提高了裂缝 两侧骨料的咬合作用、剪压区混凝土的抗剪

32、能力：发挥纵筋的销栓力。但在小剪跨比下，如 斜压破坏时，箍筋传递剪力作用不大。3- 4.配箍梁剪切强度控制区的影响因素。影响因素：（1）随配筋量的加大剪切强度的下限值在提高；（2）剪跨比不同，剪切强度控制区也不同；当 1<m<3时，随剪跨比的减小剪切强度下限值 在提高；（3）纵筋含钢特征值p/Ru不同，剪切破坏区也不同；（4）纵筋的强度高时抗弯强度也高，所以与剪切破坏强度线的交点较低，相应剪切强度控制 区扩大。3-5.T形截面梁的抗剪性能（厚腹、薄腹梁：破坏形态、传力途径）。（1）当梁腹稍宽于翼缘宽时，它的受力情况与梁腹和翼缘等宽的矩形梁相似。应力最大的位 置还是在荷载垫板附近临界

33、斜裂缝顶部。这位置还是处于翼缘部分，所以它们的抗剪强度是 一样的，在支座处附近没有斜裂缝。厚腹T形梁的传力模型还是一个拱形桁架，箍筋的作用与矩形梁相同，箍筋把受压腹杆 所承担的压力“悬吊”到基本拱体上去，而斜裂缝未跨越过的箍筋受力很小。（2）当腹板厚度减薄到一定程度时，强度薄弱的部位发生变化。在同样大小的荷载作用下， 随着腹板的减薄，腹板上的剪应力增大，如主拉应力达到砼的抗拉强度，在荷载点到支座之 间出现一批倾角接近45度的腹剪裂缝。这时腹板所受的应力最大，成为整个梁的薄弱环节。薄腹T形梁的传力模型是一个梯形桁架，箍筋将靠近荷载点的受压斜腹杆传来的压力“悬 吊”到更接近支座的斜腹杆上去，依次递

34、推直到支座，所以在整个剪跨范围内箍筋承受的拉 力基本相同。箍筋应力随梁腹减薄而加大。（3）翼缘宽为腹厚2倍时抗剪强度比矩形梁高20%左右，当再加大宽度，强度基本不再提高。 由于翼缘的存在发生弯压破坏的强度要比矩形梁高得多，所以抗剪强度的上限值加大。矩形 梁的抗剪强度控制区下包线同样适用于 T形梁。3-6 反向弯矩、塑性铰和轴向力对压弯构件抗剪承载力的影响。（1）反向弯矩：在破坏截面广义剪跨比相同的条件下，随着反向弯矩和正向弯矩比值的增大，梁的抗剪强度 在降低，当反向弯矩和正向弯矩相等时，强度最低。（2）塑性铰：连续梁跨中出现塑性铰发生内力重分布，中间支座塑性铰发生剪切破坏，它的 抗剪强度并不因

35、纵筋屈服而降低。形成机构前塑性铰区的出现并不影响梁的抗剪强度，但它 使剪切强度控制区加大了。加大的程度和反弯点移动的距离有关，它取决于内力重分布的幅 度、纵筋含量和加载方式等因素，所以出现塑性铰的连续梁，它的剪切强度下包线比不允许 出现塑性铰的要低些。（3）轴向力：轴力对破坏形态和抗剪强度影响颇大。轴力由拉到压变化时其破坏形态分别经 历了偏拉、拉剪、剪切、压剪和小偏压五种类型，而剪切强度控制区在中部，轴力过大时不 发生剪切破坏。轴压力能提高构件的抗剪强度，但它使构件的延性降低很多，轴拉力降低了 构件的抗剪强度，经常出现脆性的斜拉破坏。T-74Vind辭国MA1圏 4-1000.2 Q4Q讷轴拉

36、力较大时常发生斜拉破坏，剪切强度很低；轴拉力较小时多为剪压破坏，剪切强度 降低较少。斜裂缝宽度较大，分布较广，倾角也 大，压区混凝土高度减小，纵筋拉应力增加。轴压力对构件受力性能影响更为复杂。A无 轴压力时发生剪压破坏；B轴压力不大时变成斜 压破坏，抗剪强度提高；C轴压增大到一定程度 时发生兼有斜压破坏和小偏压破坏特征的过渡类 型破坏，称压剪破坏，其抗剪强度增长趋势停滞； D轴压力再增大则发生小偏压破坏，强度随轴压 力加大而急剧降低；最后发生轴压破坏。其抗剪 强度随轴压的变化作用相对坐标表示于下图：3-7复杂荷载和均布荷载下简支梁的抗剪性能(1) 所谓的复杂荷载是不对称布置的多点不等值集中荷载

37、。复杂荷载作用的简支梁往往是在最大荷载点位置出现剪切破坏，并不是在剪力最大值处，因为在最大集中荷载作用处，一般 弯矩和剪力都很大，垂直裂缝的出现 ，使剪力的主要部分由压区砼承受，这里的砼单元体作 用的剪应力也很大。最大集中荷载作用处截面的抗剪强度可近似取截面弯剪比Q0作为截面的剪跨比m进行计算。(2) 均布荷载作用下的简支梁的受力特点是跨中弯矩最大，支座剪力最大，因此剪切破坏往 往发生在跨中和支座之间的某个荷载作用的截面，多点荷载作用的简支梁的抗剪强度和跨高 比的大小密切相关，跨高比较小时，破坏位置接近跨中，跨高比较大时，破坏位置接近支座， 且破坏点的广义剪跨比QT接近3.第四章钢筋混凝土构件

38、的裂缝与变形4- 1.钢筋混凝土构件裂缝的种类、成因与裂缝控制。(一) 裂缝种类及成因1. 塑性混凝土裂缝(1) 塑性沉降裂缝：固体颗粒下沉、水上移过程中，由于钢筋阻碍下沉而产生的裂缝，沿钢 筋分布，深度至钢筋表面；(2) 塑性收缩裂缝：混凝土在养护过程中，表面干燥速度大于泌水速度时发生，分布形状无 规则；2温度、收缩裂缝(1) 温度裂缝：从浇筑至使用阶段都可能出现。共时温差、历时温差。如大尺寸构件由于水泥的水化热， 混凝土内部和构件表面的温度差 70°C 80 °C，硬化初期产生的抗力很可能超过混凝土的抗 拉强度，而产生湿度裂缝，当然使用阶段的温度梯度也可以引起开裂。(2

39、) 结硬后混凝土收缩产生的裂缝：一般在浇注后1-2年出现。钢筋的存在，约束了混凝土的自由收缩便产生拉应力。3荷载、不均匀沉降等产生的裂缝：荷载、不均匀沉降等产生的拉应力大于混凝土抗拉强度时发生，裂缝宽度几乎与钢筋应力成正比。(二) 裂缝控制1. 塑性混凝土裂缝：(1) 塑性沉降裂缝：改善混凝土组成的配比，减少泌水、加强养防，增加保护层厚度，减少坍落度和钢筋直径；(2) 塑性收缩裂缝：加强混凝土养护，减少蒸发；2温度、收缩产生的裂缝：选择合理混凝土配合比，减少水和水泥的用量，加强养护；3荷载、不均匀沉降产生的裂缝：可以通过优化设计，改善裂缝密度和分布。裂缝控制主要是通过设计、施工、材料等方面综合

40、技术措施讲裂缝控制在无害范围内：(1) 设计：在构件截面配筋率不变而且浇筑方便的条件下，钢筋直径越细，间距越小则对预防开裂越有利；(2) 施工方案：尽量避开炎热天气和昼夜温差大的气候；(3) 施工质量：选择合适的配合比，水灰比，避免施工中的变形；(4) 养护：设法使混凝土温度慢慢下降接近外界气温，缩小降温过程中的温差。4- 2.长期荷载对裂缝宽度的影响。在长期荷载作用下，钢筋混凝土构件的裂缝宽度随时间而增长。 前6个月增长速度较快， 以后增长较缓，2年以后增长很少且趋于稳定。影响长期荷载下裂缝宽度增长的因素很多， 如混凝土的组成、养护、环境的温湿度、加荷的应力水平、构件尺寸以及梁中受压钢筋的配

41、 置等。长期荷载下构件表面裂缝宽度的增长有两个方面的因素：受拉钢筋平均应变的增长以 及裂缝间混凝土压缩应变的增长。长期荷载下受拉钢筋平均应变的增长是几种因素的综合结果： （1）由于压区混凝土的徐 变和收缩，使中和轴下降，力臂减小，钢筋应力增大（2）长期荷栽作用下，粘结徐变的发展， 对于光圆钢筋主要为相对滑动的增大，对于变形钢筋则是肋处斜裂缝的持续开展。（3）如前所述，裂缝稳定后，混凝土中最大拉应变并不在构件的表面，而是位于钢筋处。构件表面裂缝间混凝土压缩应变增长的原因是：（1）在荷载长期作用下，新的内裂缝的出现和开展，使裂缝间混凝土截面的歪曲增大，即出平面的应变梯度增大，表面混凝土产生 压缩应

42、变，使裂缝宽度增大，（2）裂缝间表面混凝土的收缩与近钢筋处混凝土的收缩不同， 也使截面歪曲增大，使构件表面的混凝土的压缩应变增大。4- 3.三种裂缝计算理论的假设及特点。（1）.粘结一滑动理论基本假设： 裂缝产生前钢筋与混凝土具有相同的变形； 当混凝土拉应力超过抗拉强度，产生钢筋与混凝土变形不协调，出现相对滑动；以钢筋与混凝土间粘结滑动为控制裂缝的机理，认为裂缝间距取决于钢筋与混凝土间粘 结应力分布，影响裂缝间距的主要变量为钢筋直径与截面配筋率的比值。（2）.无滑动理论假定钢筋与混凝土充分粘结，则钢筋表面裂缝宽度为零，距离钢筋表面最远的混凝土表 面裂宽最大，影响裂宽的主要因素是混凝土保护层厚度

43、。裂缝宽度是由于外围混凝土存在弯 曲变形产生应变梯度；（3）一般裂缝理论建立在上述两种理论的基础上，既考虑混凝土保护层中应变梯度的影响，又考虑钢筋可 能的粘结滑动。可以较全面地解释裂缝宽度的分布机理。4- 4.受弯构件在短期、长期、重复荷载下的变形特点与计算方法。（1）单调加荷短期荷载下受弯构件的变形当荷载小于开裂荷载时，构件变形基本处于弹性阶段，挠度与荷载大致成线性关系；当 构件开裂后，抗弯刚度逐渐变小，主要原因在于材料的物理关系并非完全弹性以及截面开裂 导致抗弯惯性矩减小。主要计算有：A 不考虑拉区混凝土影响的变形计算理论一一将受拉区各个截面看成全部开裂，忽略裂缝之间受拉区混凝土的作用。B

44、.解析刚度法一一分析受拉区的裂缝和受压区的混凝土的非弹性变形的影响。以钢筋和受压边缘混凝土平均应变表示刚度。C .有效惯性矩法一一从试验资料的统计分析，得出带裂缝阶段的刚度经验表达式。D 等效拉力法一一计算变形和刚度时考虑裂缝向混凝土受拉的影响。（2）长期荷载下受弯构件的变形由于混凝土徐变的影响，受弯构件的变形随时间而逐渐增大， 当只考虑压区混凝土的徐 变而忽略拉区应变时随性质时的因素解析法叫时随系数法；当同时考虑压区和拉区长期变形 的影响的因素解析法称为长期变形刚度参数修正法。还有过去的通用简略方法，即按变弹性 模量计算长期变形。主要方法有：A时随系数法一一长期荷载下受弯构件的变形增长主要是

45、由于受压区混凝土的徐变，一般计算说随变形考虑收缩与徐变的相互影响。在普通钢筋混凝土构件中，两者的相互 影响可以忽略。B.按受荷阶段计算时随变形C长期变形系数法D按变弹性模量计算长期变形一一考虑混凝土弹性模量 随时间的改变是引起时随变形唯一的主要因素。有效惯 性矩采用开裂截面惯性矩。（3）重复荷载下受弯构件的变形在重复荷载作用下，A.钢筋与混凝土粘结应力退化，相对 滑动增长；B。产生新的次裂缝。再随荷载循环这两种因素相 互作用使钢筋应变（裂缝截面应变和平均应变）增大，因此使 构件的残余变形增大。在重复荷载不超过使用荷载时，可以用短期荷载刚度值计算变形，即不考虑重复荷载残 余变形累计的影响。5-

46、1.结构构件延性的概念、表达方式及延性设计的意义（举例子）。1. 延性的概念1）单调荷载下延性 截面或构件在承载能力没有显著下降的情况下承受变形的能力2）周期荷载下延性结构承受周期荷载多次循环后，在保持一定承载能力条 件下所具有的变形能力。2 延性的表达方式利用力一变形关系，曲线变形可以是曲率或转角，利用 u/ y来表示延性，延性比越大， 说明截面或构件的延性越好。延性系数，延性比：曲率延性比、转角延性比、位移延性比（2）能量表达延性 单调荷载：力一变形曲线下面积，以及反复交变荷载：滞回环所围面积 延性设计的意义：1）在地震力作用下，从截面屈服至承载力有限下降，有一较长的变形过程耗散地震能；2）塑性铰有足够的转动能力，以使结构能形成足够多的塑性铰，形成机动体系，完成内力重 分布；3）作为偶然事件发生时结构的安全储备；4）结构构件破坏之前有明显预兆。2. 单调荷载下构件延性的计算方法。（一）曲率延性比1. 简化计算假定：（1）截面应变符合平截面假定；（2）不计剪切影响；（3）已知混凝土受压应力一应变