主要因素的影响

第2章主要因素的影响混凝土的基本力学性能是：采用标准试件、按照标准试验方法、在理想应力状态下进行的一次短期加载试验测定。工程混凝土影响因素众多，主要有：⑴荷载的重复加卸载作用；⑵构件截面的非均匀受力；⑶非28天龄期加载；⑷荷载的长期持续作用等。以上因素都对混凝土的力学性能有不同程度的影响，需要研究其变化规律，方便正确处理工程实际问题。2.1荷载重复加卸载作用的影响所有的结构工程，在使用期间都承受各种活荷载随机地或有规律地多次重复加卸载作用，结构中混凝土必有相应的应力重复作用。这种受力状态显然不同于前述的标准试件一次单调加载、直至破坏的试验状况。为了研究混凝土在应力重复作用下的强度和变形性能，已经进行过多种形式的重复荷载试验。虽然这些试验不可能模拟实际结构中混凝土的全部重复加卸载过程，但是可以从典型的试验结果中得到其一般性的规律和重要的结论。2.1.16种压应力重复加卸载试验介绍过镇海、张秀勤在文献中介绍了6种压应力重复加卸载试验，测得的混凝土受压应力—应变全曲线：⑴单调加载(a)⑵等应变增量的重复完全加卸载(b)2.1.16种压应力重复加卸载试验介绍⑶等应变增量的重复加卸载，但卸载至卸载前应力的一半时，立即再加载(c)⑷等应力循环加卸载(d)⑸等应变循环加卸载(e)⑹沿首次卸载曲线的循环加卸载(f)

EV-包络线CM-共同点轨迹线2.1.2重要现象和一般规律1、包络线(EV)

沿着重复荷载下混凝土应力-应变曲线的外轮廓描绘所得的光滑曲线称为包络线（EV）。各种重复荷载(b-f)下的包络线都与单调加载的全曲线(a)十分接近。包络线上的峰点给出的棱柱体抗压强度和峰值应变也与单调加载的相应值(fc，εp)无明显差别。2、裂缝和破坏过程

所有试件都是在超过峰值应力后、总应变达（1.5～3.0)×10-6时出现第一条可见裂缝。裂缝细而短，平行于压应力方向。继续加卸载，相继出现多条纵向短裂缝。若荷载重复加卸多次，则总应变值并不增大，裂缝无明显发展。当试件的总应变达(3～5)×10-3时，相邻裂缝延伸并连接，形成贯通的斜向裂缝。应变再增大，斜裂缝的破坏带逐渐加宽，仍保有少量残余承载力。这一过程也与试件一次单调加载的现象相同。3、卸载曲线

从受压应力-应变全曲线或包络线上的任一点（σu，εu）卸载至应力为零，得完全卸载曲线。每次卸载至零后，混凝土有残余应变εres它随卸载应变(εu)而增大，多次重复加卸载，残余应变又有所加大。每次卸载刚开始时，试件应力下降很快，而应变恢复很少。随着应力值的减小，变形的恢复才逐渐加快。当应力降至卸载时应力（σu

）的约20%-30％以下，变形恢复最快。这是恢复变形滞后现象，主要原因是试件中存在的纵向裂缝在高压应力下不可能恢复。故卸载时应变（εu

）越大，裂缝开展越充分，恢复变形滞后现象越严重。◆若再加载起点的应变较大，其上端应变εrel/εp>1.0，即与包络线的下降段相切。由于切点的斜率小于零，再加载曲线的上升段在应力较低处有一拐点，后又出现一个极大值（峰点）和一小节下降段．而且，起点应变（εres）越大，曲线的变化幅度越大。4、再加载曲线

从应力为零的任一应变值（εres，0)开始再加载，直至与包络线相切、重合(εrel,σrel)，为再加载曲线。再加载曲线有两种不同的形状：◆当再加载起点的应变很小(εres/εp<0.2)时，其上端应变εrel/εp<1.0，即与包络线的上升段相切，曲线上无拐点，斜率单调减小，至切点处斜率仍大于零；只有当曲线超过共同点(CM,共同点轨迹线）后，纵向应变加速增长时，横向应变才开始增大。这些现象显然也是纵向裂缝的发展和滞后恢复所致。5、横向应变（ε’）重复荷载作用下，试件横向应变的变化如图。

开始加载阶段，横向应变很小。当应力接近棱柱体强度fc时，横向应变才明显加快增长。卸载时，纵向应变能恢复一部分，而横向应变几乎没有恢复，保持常值。再加载时，纵向应变即时增大，而横向应变仍保持常值。当试件应变很大（ε＞4×10-6），卸载时横向应变才有少许恢复。一次加卸载循环在ε’-ε曲线上形成一个很扁的菱形封闭环。重复荷载(b)和单调加载(a)试验对比，试件在相同纵向应变(ε)时对应的横向应变（ε’）值接近，且总体变化规律一致。分析各种重复荷载下的共同点轨迹线，显然与相应的包络线或单调加载全曲线的形状相似，经计算对比给出前者与后两者的相似比值为Kc＝0.86～0.93平均为0.89其中重复荷载c的相似比值偏大，约为0.91。6、共同点轨迹线(CM)在重复荷载试验中，从包络线上任一点卸载后再加载，其交点称共同点。将多次加卸载所得的共同点，用光滑曲线依次相连，即为共同点轨迹线，用CM表示。观察各试验曲线可发现。再加载曲线过了共同点以后斜率显著减小，也即试件的纵向应变超过原卸载应变（εu）而迅速增长，横向应变也突然增大。这表明已有纵向裂缝的扩张，或产生新的裂缝，损伤积累加大。7、稳定点点轨迹线(ST)重复荷载试试验(e,f)中中，在预定应变变值下经过过多次加卸卸载，混凝凝土的应力力（承载力力）不再下下降，残余余应变不再再加大，卸卸载—再加载曲线线成为一稳稳定的闭合合环，环的的上端称稳稳定点。将各次循环环所得的稳稳定点连以以光滑曲线线，即为稳稳定点轨迹迹线，以ST表示。。这也就是是混凝土低低周疲劳的的极限包线线。达到稳定点点所需的荷荷载循环次次数，取决决于卸载时时的应变。。经统计，，在应力-应变曲线上上升段以内内，一般约约需3-4次；在下下降段内则则需6～9次，才能能达到稳定定点。经观察和对对比，稳定点轨迹迹线的形状状也与相应应的包络线线或单调加加载全曲线线的相似。。它们之间的的相似比值值为：Ks=0.70～0.80平平均为0.75se0.5fc5~10次εceεcp弹性模量测测定方法在进行钢筋筋混凝土结结构的抗震震或其它受受力状态下下的非线性性分析时，，需要应用用混凝土在在荷载加卸卸和重复作作用下的应应力-应变关系，，包括包络络线、卸载载和再加载载曲线等的的方程，可可采用过镇海、张张秀勤或文献建建议的计算算公式，前前者给出的的结果与试试验曲线符符合更好。。但是必须说说明，上述述都是混凝凝土试件在在短时间（（数小时））内进行加加卸载试验验的结果，，其数据和和规律对于于长期加、、卸荷载的的情况，当当然会有所所变化。2.2偏心心受压（（非均匀匀受压）2.2.1试验方法法应变梯度对对混凝土的的强度和变变形性能的的影响，国国内外设计计了多种棱棱柱体的偏偏心受压试试验加以研研究。试验验按照控制制截面应变变方法的不不同分作三三类1.等偏心心距试验(e0=const)按预定偏心心距确定荷荷载位置，，一次加载载直至试件件破坏为止止。试件的的截面应变变随荷载的的增大而变变化，应变变梯度逐渐渐增大，中中和轴因混混凝土受压压的塑性变变形等原因因而向荷载载方向有少少量移动。。3.等应变变梯度加载载（ε1-ε2=const）试件由试验验机施加轴轴力N，在在横向有千千斤顶施加加弯矩M。。试验时按按预定应变变梯度同时时控制N和和M，使截截面应变平平行地增大大，应变梯梯度保持为为一常值。。2.全截截面受压压，一侧侧应变为为零（εε2≡o)截面中心心的主要要压力(N1）由试验验机施加加。偏心心压力（（N2）由液压压千斤顶顶施加，，数值可可调，使使一侧应应变为零零。截面面应变分分布始终终成三角角形，但但应变梯梯度渐增增。2.2.2主要要试验结结果1.极限限承载力力（Np）和相应应的最大大应变(ε1p)试件破坏坏时的极极限承载载力随荷荷载偏心心距（eo）的增大大而降低低，但是是均明显显高出按按线性应应力图（弹性））计算的的承载力力：表明混凝凝土塑性性变形产产生的截截面非线线性应力力分布，，有利于于承载力力的提高高。在极限荷荷载下，，试件截面面的最大压应应变(εε1p)达3.0～3.5×10-3，随偏心距距的变化化并不大大。此应变值值显著大大于混凝凝土轴心心受压的的峰值应应变εp，说明试试件此时时的最外外纤维已已进入应应力-应变曲线线的下降降段。2.破坏坏形态⑴混凝土土棱柱体体中心受受压的破破坏过程程和形态态如前述述。⑵偏心距较小小(e0<0.15h)的试件件当荷载达(0.9～1.0）Np时，首先在最最大受压区出出现纵向裂缝缝①。荷载超超过峰值从进进入下降段后后，纵向裂缝缝不断延伸和和扩展，并出出现新的裂缝缝，形成一个个三角形裂缝缝区②。另一一侧若是受拉拉，将出现横横向受拉裂缝缝③。对试件件继续加载，，在受压裂缝缝区的上部和和下部出现斜斜向主裂缝。。横向拉裂缝缝的延伸，减减小了压区面面积，当和压压区裂缝汇合合后，试件的的上、下部发发生相对转动动和滑移，最最后的破坏形形态如图。①②③⑶偏心距较大大（eo>0.2h)的试件一开始加载，，截面上就有有拉应力区。。当拉应变超超过混凝土的的极限值，试试件首先出现现横向拉裂缝①。并随荷载的增增大而向压区区延伸。接近近极限荷载时时，靠近最大受压压侧出现纵向向裂缝②。荷载进入下降降段后，横向向拉裂缝继续续扩张和延伸伸，纵向受压压裂缝也有较较大扩展。最最终，试件因压区面面积缩小，破破裂加剧，也也发生上、下下部的相对转转动和滑移而而破坏。所有试件的三三角形受压破破坏区，纵向向长度约为横横向宽度的2倍。压碎区区的长度和面面（体）积均均随偏心距的的增大、截面面压区高度的的减小而逐渐渐减小。①②⑴⑵⑶3.截面应变变试验中量测的的荷载与截面面外侧应变（（ε1，ε2)的全曲线如如图。荷载一侧压应应变ε1的全曲线与轴轴压试件的应应力-应变全全曲线形状相相同。荷载对对侧应变ε2的变化则随试试件的偏心距距而异。e0<0.15h的试件εε2由开始加载时时的压应变逐逐渐转为拉应应变；而e0>0.2h的试件ε2自始至终为受受拉，其全曲曲线形状也与与轴心受压应应力-应变全曲线相相似。试验过程中，，沿截面高度度布置变形传传感器量测到到试件的平均均应变，可绘绘制各级荷载载作用下的截截面应变分布布图。几乎所有的试试验结果都证证明，无论荷荷载偏心距的的大小、截面面上是否有受受拉区，从开开始加载直至至试件破坏，，截面平均应变变都符合平截截面变形的条条件。4.中和轴位位置的变化由截面应变分分布图很容易易确定偏心受受压试件的中中和轴位置。。刚开始加载载，混凝土的的应力很低时时，截面中和和轴位置接近近于弹性计算算的结果：荷载增大(e0=const)后，混凝凝土的塑性变变形和微裂缝缝逐渐发展，，截面应力发发生非线性重重分布，中和和轴向荷载一一侧慢慢地漂漂移，压区面面积减小。至至极限荷载Np时，中和轴移移动的距离可可达(0.25～0.4)h。。2.2.3应应力-应变关关系在混凝土棱柱柱体的偏心受受压试验中，，虽然可以准准确地确定荷荷载的数值和和位置，并量量测到截面的的应变值和分分布，但由于于混凝土应力力-应变的非非线性关系，，截面的应力力分布和数值值仍不得而知知。故偏心受压情况况下的混凝土土应力-应变变全曲线不能能直接用试验验数据绘制。为了求得混混凝土的偏心心受压应力-应变全曲线线，只能采取取一些假定，，推导基本计计算公式，并并引人试验数数据进行大量量的运算。现现有计算方法法分两类：⑴增量方程计计算法。将加加载过程划分分成多个微段段，用各荷载载段的数据增增量代入基本本公式计算一一一对应的应应力和应变关关系，作图相相连得应力-应变全曲线线；⑵给定全曲线线方程，拟合合参数值。首首先选定合理理的全曲线数数学方程，用用最小二乘法法作回归分析析，确定式中中的参数值。。（两类方法法各有优缺点点）根据试验数据据和计算方法法进行研究后后的一致结论论是，应力-应变全全曲线的形状状与试件偏心心距或应变梯梯度无关，即即偏心受压和和轴心受压可可采用相同的的曲线方程。。但是，文献对对偏心受压情情况下的混凝凝土抗压强度度(fc,e)和相应峰值值应变(εp,e）给出了不全全相同的数值值。考虑到这些结结果来自不同同的试验和计计算方法、试试件混凝土材材料等，可以以认为他们的的主要结论基基本一致。根据上述试验验结果和分析析，过镇海建建议采用混凝凝土偏心抗压压强度（fc.e）和相应峰值值应变(εp,e)随偏心距(e0）而变化的简简化计算式理论曲线和试试验结果的比比较如图。按上式计算，，轴心受压构构件（e0=0)得1，，受弯构件(e0＝∞)得1.2。2.3偏心受受拉和弯曲受受拉研究和确定应应变（力）梯梯度对混凝土土受拉的影响响混凝土偏心受受拉性能的已已有试验研究究较少，且所所得结论不全全一致:文献[2-8]通过试验验研究得出的的结论是，偏偏心受拉的应应力-应变关关系与轴心受受拉的相同；；文献[2-9]则则认为应变梯度的的存在提高了混凝凝土的受拉峰值应应变，应力-应变变曲线有所不同，，给出了由直线段段和曲线段组成的的上升段曲线方程程；文献[2-10,2-11]讨论论了混凝土弯曲抗抗拉强度(ft,f)计算方法的改改进；文献[1-31]比较了系统的偏偏心受拉和弯曲试试验，量测了应力力-应变全曲线，，给出混凝土偏心心受拉性能的一般般规律和相应的计计算式。1.破坏过程不同荷载偏心距的的受拉试件，加载载后截面上产生不不均匀应力分布：：到达极限荷载时，，首先在试件的最最大受拉边出现裂裂缝；裂缝垂直于拉应力力方向，沿截面向向另一侧延伸，承承载力逐渐下降，，最终将试件断裂裂成两截；试件一般只有一条条裂缝，由初始裂裂缝发展为断裂裂裂缝；试件的破坏形态和和断口特征与轴心心受拉试件的相同同，不同偏心距试试件也无区别。2.极限抗拉强度度和塑性影响系数数试件破坏时的极限限拉力Np随荷载偏心距eo的增大而降低，试试验数据如图。图中可看到试验值值均高于按弹（脆脆）性材料计算的的理论值：但是，提高的幅度度小于偏心受压的的类似情况。这说说明混凝土受拉塑塑性变形的发展有有限，截面应力重重分布的变化较小小。矩形截面的混凝土土偏心受拉和受弯弯试件，按照弹性性材料截面直线应应力分布计算的最最大拉应力，即为为弯曲抗拉强度ft,f。它与轴心抗拉强强度的比值γ，即即为截面抵抗矩塑塑性影响系数：偏心受拉受弯对于弹（脆）性材材料,γ≡1，在在坐标上为一对角角直线,全部数据据均在直线的上方方，表明非弹性的的混凝土材料γ>1，经回归分分析得：轴心受拉构件eo=0,则γ=1；受弯构件eo=∞γ=1.51。事实上上，构件的塑性影影响系数γ还与混混凝土的强度等级级、试件截面高度度等有关。混凝土土的强度等级越高高，塑性变形发展展小，γ值偏低。。当f