混凝土的力学性能

第二章混凝土的力学性能

混凝土的变形及破坏机理混凝土的单轴受力强度混凝土的多轴强度及变形混凝土的疲劳性能混凝土的收缩混凝土的徐变高性能混凝土第一节混凝土的变形及破坏机理

一、混凝土的力学构成混凝土系由砂、石、水泥和水按一定比例拌和而成的复合材料，其力学构成可表达为：上式中各组分的受力特性分析如下：(1)骨料为砂、石的统称，一般认为不与水泥和水发生化学反应。优质的骨料总表现为弹性的力学行为，是构成混凝土内弹性骨架的组分之一，并具有较高的强度和弹性模量。(2)水泥与水作用后生成的水化物可分为两类。一类是完全水化的水泥结晶体，具有线弹性性质，它与骨料一起共同构成了混凝土内部的弹性骨架；另一类是未完全水化的水泥凝胶体，在荷载作用下具有滞性流动的特性，由此产生的变形大部分是不可恢复的，表现出明显的塑性。(3)通常混凝土在承受荷载前，其内部即存在微裂缝（图2-1），究其原因是：水泥石在凝结硬化过程中的收缩受到粗骨料约束而产生的微裂缝。在粗骨料界面残存的气泡形成的界面裂缝。多余的水分排出体外形成的毛细孔道。在不同的应力水平下以上三部分产生的变形所占比例有明显不同。在应力水平较低时，荷载主要由骨料和水泥结晶体所构成的弹性骨架承受，此时混凝土表现出弹性特征；随着应力水平的增大，由水泥凝胶体的滞性流动引起的变形逐渐明显，混凝土表现出弹塑性特征；当应力水平接近混凝土强度时，主要由内部裂缝的扩展引起的变形急剧增加，体现了明显的塑性特征。综上所述，混凝土是一种非匀质弹塑性材料，其材料特性决定了混凝土力学性能的复杂性和离散性。

二、混凝土的变性及破坏机理下面结合混凝土单调受压时的典型应力—应变曲线（图2-2），分析混凝土的变形和破坏机理。（1）应力时曲线近似为直线，如图中OA段。此时混凝土的变形主要是骨料和水泥结晶体的弹性交形。虽然有些微裂缝的尖端因应力集中而略有发展，也有些微裂缝和间隙因受压而闭合，但对混凝土的宏观变形性能无明显影响。即使荷载多次重复作用或者持续较长时间，微裂缝也不致有大发展，残余变形很小，此时微裂缝处于相对稳定期。

（2）应力时应力超过A点后，曲线明显偏离直线，应变增长比应力增长快，混凝土表现出明显的弹塑性。其原因是：一方面水泥凝胶体的滞性流动变形逐渐增加；另一方面，原有的微裂缝逐渐延伸和加宽，骨料界面和水泥砂浆内部还产生了少量新的微裂缝。但这时微裂缝尚处于稳定发展状态，若停止加载，微裂缝扩展也就中止。（3）应力时超过B点后，曲线渐趋水平，表明混凝土的应力增量不大，而塑性变形却相当大。在高应力下，粗骨料的界面裂缝突然加宽和延伸，大量进入水泥砂浆；水泥砂浆中已有裂缝也加快发展，并和相邻裂缝相连。连通裂缝大致平行于压应力方向，将试件分割成了数个小柱体。若混凝土中部分粗骨料的强度较低，或有节理和缺陷，也可能在高应力下发生骨料劈裂。此时裂缝已进入不稳定发展阶段，即使应力维持常值，裂缝仍将继续发展。（4）超过峰值应力后此时，曲线进入下降段。随着应力的下降，骨料弹性交形开始恢复，凝胶体的滞性流动减小，而裂缝继续迅速传播发展，使变形继续加大。由于坚硬骨料颗粒的存在，在裂缝面上产生剪摩阻力，以及非连续接触面间的非弹性变化等原因，试件仍能承担一定荷载。进入收敛段后，曲线由凹向应变轴变为凸向应变轴(D点为反弯点)，试件破裂的许多细块逐渐挤密，导致应变进一步增加，曲线坡度渐趋平缓。

综上所述，混凝土受压破坏机理可概括为：随着应力的增大，沿粗骨料界面和砂浆内部的微裂缝逐渐延伸和扩展，导致砂浆的损伤不断积累；裂缝贯通后．混凝土的连续性遭到破坏，逐渐丧失其承载力，破坏的实质是由连续材料逐步变成不连续材料的过程。从宏观来看，混凝土可看成是粗骨料随机分散在连续的水泥砂浆中。粗骨料的强度远比混凝土的高，硬化水泥砂浆的强度也比混凝土高（表2-1），但由这两者所构成的混凝土强度却较低。这说明砂浆与骨料界面是混凝土内的薄弱环节。混凝土破坏后，其中的粗骨料一般无破损的迹象，裂缝和破碎都发生在粗骨料表面和水泥砂浆内部，所以混凝土的强度和变形性能在很大程度上取决于水泥砂浆的质量和密实性。

三、影响应力—应变曲线形状的因素1．试验方法的影响早期的轴压试验所测得的应力一应变曲线只有上升段，当应力达到最大值时，试件便突然崩碎。混凝土试件突然破坏的原因是试验机的刚度不足。现在的实验方法：(1)应用电液伺服阀控制的刚性试验机直接进行试件等应变速度加载。这类试验机价格昂贵，且加载能力有限，对于强度较高、尺寸较大的试件试验仍有困难。(2)在普通液压试验机上附加刚性元件(如刚性弹簧、千斤顶、小钢柱、钢管等)，使试验装置的总体刚度超过试件下降段的最大线刚度，就可防止混凝土的急速破坏。这类方法简便易行。采用不同应变速度加载所得到的混凝土应力—应变曲线形状亦有较大差别。以不同的等应变率加载得到了一组曲线（图2-3）。曲线表明，应变速度比较快时，不仅应力峰值有所提高，曲线下降坡度也较陡；反之，则下降坡度较平坦，且极限压应变也较大，达到最大应力时的应变也有所增加。应变速率对曲线上升段的影响较小。2、混凝土强度的影响混凝土强度越高，其曲线的上升段和下降段均较陡；混凝土强度较低时，曲线较为平坦。有试验指出，不同强度混凝土的曲线大体上在以后进入收敛阶段，并大体上收敛在一起（图2-4）。相应于应力峰值的应变随着混凝土强度的增高略有增大，但变化幅度不大，基本上在0.002附近。混凝土最终破坏时的极限压应变的变化范围较大，强度较低的混凝土较大；强度高的较小。3、应变梯度的影响（图2-5）偏压构件与轴压构件的不同之处在于，它的截面应变为非均匀分布，因而存在应变梯度。偏压的曲线难以精确确定。各研究人员根据各自的试验数据和计算研究后得出结论：混凝土应力应变全曲线的形状与试件偏心距或应变梯度无关，即偏压和轴压可采用相同的曲线方程，只是其应力峰值和应变峰值比轴压要高。因此在许多强度理论中，仍以轴压的曲线为基础。4、侧向约束的影响（图2-6）混凝土单向受压时，其侧向会膨胀，如膨胀不受约束，就称为无侧限混凝土；如果侧向配置了较密集的箍筋，侧向膨胀受到约束，称为有侧限混凝土。混凝土有侧向约束时，实际上已处于三向受压的复杂应力状态，轴向抗压强度及延性均可提高。由图2-6可见，配置螺旋箍的混凝土强度和延性随着箍筋用量的增加而增长；而配置方形箍的混凝土，配箍的多少对延性的影响是非常明显的，但对强度的影响则较小。螺旋箍和方形箍相比，螺旋箍的约束作用大得多。

四、应力—应变全曲线方程研究者对根据大量试验得到的应力—应变曲线进行统计回归分析，就可建立其应力—应变方程。Saenz提出以三次抛物线方程来描述混凝土的应力—应变关系：（2-1）式中：E为弹性模量；A、B、C、D为常数，可由下列基本条件确定（图2-7）：（1）（2）

（3）（4）（5）由式（2-1）可以看出，条件（1）自动得到满足，而其余四个条件用以确定常数A、B、C、D。由此得到的公式为：（2-2）式中，峰值点的割线模量如果忽略条件（5），可得下式：（2-3）

上式只适用于应力—应变曲线的上升段，在钢筋混凝土有限元分析中，此式用得相当广泛。近似取N为2，代入式（2-3）可得：（2-4）

图2-8a是目前国内外采用最广泛的应力—应变曲线，其上升段为抛物线，下降段为直线变化。上升段：（2-5）下降段：

（2-6）图2三-8三列出三了三三种有三代表三性的三曲线三。表2三-2三给出三了另三外一三些混三凝土三单轴三受压三时的三应力—应三变方三程。三其中三。五、三重复三加卸三载下三混凝三土的三应力三—应三变曲三线混凝三土在三重复三加卸三载下三的应三力—三应变三关系三，是研究三混凝三土结三构抗三震性三能、三延性三和恢三复力三特性三的基础。清华三大学三为研三究混三凝土三在应三力重三复作三用下三的强度和三变形三性能三，已三进行三过多三种形三式的三重复三荷载三试验，三主要三包括三：A—三单调三加载三，作三为对三比试三验，三图2三-9三a；B—三等应三变增三量的三重复三完全三加卸三载，三图2三-9三b；C—三等应三变增三量的三重复三加卸三载，三但卸三载至三卸载三前应力三的一三半时三，立三即再三加载三，图三2-三9c三；D—三等应三力循三环加三卸载三，图三2-三9d三；E—三等应三变循三环加三卸载三，图三2-三9e三；F—三沿首三次卸三载曲三线的三循环三加卸三载，三图2三-9三f。根据三试验三现象三和对三试验三结果三的分三析，三得到三了混凝土三在重三复加三卸载三下的三一些三重要三现象三和一三般规三律：1、三混凝三土的三卸载三和再三加载三曲线如图2-三10三，从三混凝三土受三压应三力—三应变三全曲三线或包络三线上三任一三点A三卸载三，卸载三刚开三始时三，试三件应三力下降三很快三，而三应变三恢复三很少三。随三着应三力的三减小三，应变恢三复逐三渐加三快。三这种三变形三恢复三滞后三现象三的主三要原因是三：试三件中三的纵三向裂三缝在三高压三应力三下不三能闭三合，其变三形不三能恢三复，三应力三降低三后裂三缝闭三合速三度加三快，恢复三变形三也加三快。2、三裂缝三和破三坏过三程所有三试件三都是三在超三过应三力峰三值后三出现三第一三条可见裂三缝。三裂缝三细而三短，三平行三于压三应力三方向三。继三续加卸载三，相三继出三现多三条纵三向短三裂缝三。若三荷载三重复三加卸多次三而总三应变三值并三不增三大，三裂缝三无明三显发三展。三当试件的三总应三变较三大时三，相三邻裂三缝延三伸并三连接三，形三成贯通的三斜向三裂缝三。应三变再三增大三，斜三裂缝三的破三坏带三逐渐加宽三，仍三保有三少量三残余三承载三力。三这一三过程三也与三试件一次三单调三加载三的现三象相三同。3、三包络三线沿着三重复三荷载三下混三凝土三应力三—应三变曲线三的外三轮廓描三绘所三得的三光滑三曲线三称为三包络三线EV。各三种重三复荷载（图三2-三9b三～f三）下的三包络三线都三与单三调加三载的三全曲三线a十分三接近三。包三络线三上的三峰值三点给三出的三棱柱三体抗三压强度和三应变三峰值三也与三单调三加载三的相三应值三无明三显差三别。4、三共同三点轨三迹线图2三-9三中C三M即三表示共同三点轨三迹线三。由三图可三见，再加三载曲三线过三了共三同点三以后三斜率三显著三减小三，也三即试件的三纵向三应变三超过三原卸三载应三变而三迅速三增长三，横三向应变也三突然三增大三。这三表明三已有三纵向三裂缝三的扩三张，三新的裂缝三产生三，混三凝土三损伤三积累三加大三。分析三各种三重复三荷载三下的三共同三点轨三迹线三，显三然与相应三的包三络线三或单三调加三载曲三线的三形状三相似三。5、三稳定三点轨三迹线重复三荷载三试验三E、三F中三，在三预定三的应三变值三下经三过多次三加卸三载，三混凝三土的三应力三不再三下降三，残三余应三变不再增三大，三卸载三—再三加载三曲线三成为三一稳三定的三闭合三环，环的三两端三称为三稳定三点。三将各三次循三环所三得的三稳定三点连以光三滑曲三线，三即为三稳定三点轨三迹线三ST三。S三T实三质上三就是混凝三土低三周疲三劳的三极限三包线三。达到三稳定三点所三需的三荷载三循环三次数三，取三决于三卸载时的三应变三。经观三察对三比，三稳定三点轨三迹线三的形三状也三与相三应的包络三线和三单调三加载三曲线三相似三。综上三所述三，可三得到三如下三结论三：不三同重三复荷三载作用下三，混三凝土三试件三的力三学反三应都三与一三次单三调加三载过程的三反应三无显三著差三异；三各种三重复三荷载三作用三下的三应力—应三变包三络线三都可三采用三混凝三土单三调荷三载下三的应三力—应变三全曲三线方三程。六、三混凝三土受三拉应三力—三应变三全曲三线混凝三土作三为一三种脆三性材三料，三抗拉三强度三低，三极限变形三小．三破坏三很突三然，三所以三要得三到混三凝土三受拉三应力—应三变全三曲线三十分三困难三。随三着试三验技三术的三改进三，已能测三得混三凝土三受拉三应力三—应三变全三曲线三。图三2-三11三为清华大三学实三测的三受拉三应力三—应三变曲三线，三曲线三上的三四个特征三点A三、C三、D三、E三标志三受拉三性能三的不三同阶三段。第二三节三混三凝土三的单三轴受三力强三度一、三单轴三受压三强度混凝三土的三单轴三受压三强度三包括三立方三体抗三压强三度、棱柱三体抗三压强三度。混凝三土的三立方三体抗三压强三度是三混凝三土最三基本三的强度指三标，三它是三用来三确定三混凝三土强三度等三级、三评定三和比较混三凝土三强度三和质三量的三最主三要指三标，三也是三推算三其它力学三性能三指标三的基三础。立方三体标三准试三件的三尺寸三规定三各不三相同三。当三采用的试三件形三状和三尺寸三不同三时，三由于三加载三时端三面的三约束影响三范围三和程三度的三不同三，以三及混三凝土三材性三不均三匀等原因三，得三到的三抗压三强度三值有三所不三同。三对比三试验三给出的不三同试三件抗三压强三度的三换算三关系三如表三2-三3。棱柱三体抗三压强三度是三为了三消除三立方三体试三件两三端局部应三力和三约束三变形三的影三响，三改用三棱柱三体试三件进三行抗压试三验测三得的三。混三凝土三的棱三柱体三抗压三强度三比立三方体强度三低，三约为三0.三76三倍。混凝三土抗三压强三度受三诸多三因素三影响三，如三构件三的形状和三尺寸三、组三成材三料品三种、三组成三材料三配比三、混三凝土龄期三、加三载速三度、三施工三养护三条件三、环三境条三件等三等。因此三，作三为混三凝土三在某三一特三定条三件下三的试三验结三果，立方三体强三度或三棱柱三体强三度均三不能三代表三实际三工程三中混凝土三受压三的真三实强三度，三但它三们都三是衡三量混三凝土三强度和质三量的三主要三指标三。二、三抗拉三强度混凝三土的三抗拉三强度三可由三中心三受拉三试验三、劈三裂试验和三抗折三试验三三种三方式三测得三（图2三-1三2）。这三三种三方法得三到的三抗拉三强度三值有三所不三同。1、三轴心三抗拉三强度采用三棱柱三体试三件做三中心三受拉三试验三，可三得到三混凝土的三轴心三抗拉三强度三（如三图2三-1三2a三）（2三-8三）中心三受拉三试验三的试三验方三法简三单、三直接三，但三受对中困三难、三混凝三土材三性不三均匀三等的三影响三，实三测结三果相当离三散。三混凝三土的三轴心三抗拉三强度三值随三立方三体抗三压强度单三调增三长，三但增三长幅三度逐三渐降三低。三通过三实测三数据回归三分析三，可三得到三计算三二者三间关三系的三经验三公式三：（2三-9三）2、三劈拉三强度劈拉三试验三结果三离散三程度三小．三且可三采用三标准三的立方体三试件三，试三验方三法比较三简单三所以三用得三比较三广泛三。根据三弹性三力学三公式三，在三图2三-1三2b三中：（2三-1三0）我国三给出三的劈三拉强三度随三立方三体强三度变三化的三经验公式三为：（2三-1三1）劈拉三强度三值与三轴心三抗拉三强度三值比三较接三近：（2三-1三2）3、三抗折三强度国外三常采三用矩三形小三梁抗三折试三验来三间接三测定三混凝土的三抗拉三强度三。该三方法三采用三三分三点加三载，三同样三是以弹性三理论三为基三础，三即假三定截三面应三力为三线性三分布三，根据材三料力三学公三式：（2三-1三3）由于三混凝三土在三受弯三开裂三时已三发生三塑性三应变三，因此按三上式三求出三的强三度值三并不三是混三凝土三的真三实抗三拉强度，三而只三是一三个代三表性三指标三。抗三折强三度比三轴拉三或劈拉强三度值三高。三定义三抗折三强度三与轴三拉强三度之三比为三塑性系数三，三则：（2三-1三4）该系三数与三截面三应变三梯度三、混三凝土三强度三、截三面形三状和尺三寸等三因素三有关三。美国三AC三I2三09三委员三会曾三建议三对普三通混三凝土三，抗三折强度三与圆三柱体三抗压三强度三的关三系采三用：（2三-1三5）CE三B也三曾建三议取三：（2三-1三6）三、三抗剪三强度在实三际结三构中三虽很三少有三受纯三剪的三情况三，但三会出现一三些剪三切破三坏现三象。三当纯三剪力三作用三时，三构件三中会产生三主拉三应力三，由三于混三凝土三抗拉三强度三小于三抗剪三强度，三从而三出现三拉裂三破坏三。由三抗剪三试验三情况三可知三，剪切破三坏往三往是三突然三产生三的，三带有三脆性三破坏三性质三，在破坏三前没三有明三显预三兆。目前三测定三混凝三土抗三剪强三度的三试验三方法三已有三多种，三所采三用的三试件三形状三和加三载方三法差三别很三大，三其测得的三抗剪三强度三值相三差悬三殊。三最早三也是三最常三用的三试验方法三是矩三形短三梁直三接剪三切法三（图三2-三13三a）三，它三直观三而简单三。试三验得三到的三混凝三土抗三剪强三度值三最高三可达三：（2三-1三7）图2三-1三3b三类试三验方三法与三图2三-1三3a三类似三，剪三切面三上的剪三应力三分布三不均三匀，三且存三在的三正应三力值三数倍三于平均剪三应力三，与三纯剪三应力三状态三相差三甚远三，故三给出三的抗剪强三度值三较高三。图2三-1三3c三类试三验中三，A三B截三面中三部的三剪应三力分三布均匀三，而三水平三、竖三向正三应力三数值三都很三小，三接近三纯剪应力三状态三。图2三-1三3d三、e三两类三试件三接近三理想三的纯三剪应三力状三态试验三所得三抗剪三强度三，三但是三必须三具备三技术三复杂的三专用三试验三设备三，一三般实三验室三不易三实现三。结合三到混三凝土三的实三际受三剪破三坏，三应把三抗剪三强度分为三纯剪三强度三和剪三摩强三度两三种。三沿一三平面三上的三剪摩强度三除与三纯剪三强度三有关三外，三还与三该剪三切面三上的三正应力和三摩擦三系数三值有三关。三就混三凝土三的摩三擦系三数来三说，其值三随组三成骨三料品三种性三质和三平面三的粗三糙程三度而三定。对整三浇混三凝土三内的三摩擦三系数三常定为1三.4三，当混三凝土三新浇在三已结三硬混三凝土三平面三上时三，其三摩擦三系数三常定三为1.三0。第三三节三混三凝土三的多三轴强三度及三变形一、三概述实际三工程三结构三中，三构件三的受三力多三为复三杂受三力情况。三混凝三土在三多轴三应力三状态三下的三性能三较为三复杂三。各国学三者对三混凝三土多三轴性三能进三行了三大量三的系三统性三试验和理三论研三究，三提出三了多三种强三度破三坏准三则和三多轴三本构关系三的理三论和三经验三公式三．取三得的三研究三成果三有的三已经纳入三有关三设计三规范三。但三在实三际应三用中三，目三前大三多仍采用三以试三验结三果为三依据三的经三验公三式。混凝三土多三轴试三验装三置主三要分三为两三大类三：常规三三轴三试验三机—三—一三般利三用已三有的三大型三材料试验三机，三配备三一个及油路系统（图2-14a）。真三三轴试三验装三置—三—其三特点三是在三三个三相互三垂直的方三向都三设有三独立三的活三塞、三液压三油缸三、供三油管三路和控制三系统三。混凝三土的三复杂三应力三状态三由于三没有三统一三的试三验标准，三试验三结果三都比三较离三散。三下面三引用三某些三试验三结果来说三明复三杂应三力下三混凝三土强三度和三变形三的一三般规三律。讨论三中应三力及三应变三均以三拉为三正、三压为三负。二、三二轴三应力三状态混凝三土在三二轴三应力三不同三组合三下的三强度三试验三结果如图2三-1三5。1、三二轴三受压三（C三/C三）混凝三土的三二轴三抗压三强度三均超三过其三单轴三抗压三强度，即三：三（三2-三18三）原因三是一三方压三应力三作用三下的三横向三变形三受另三一方压应三力的三约束三，其三内部三微裂三缝的三开展三受到三了抑三制，使得三其抗三压强三度提三高。由图三2-三15三中的三第三三象限三二轴三受压三的实三测结三果可知，三二轴三受压三极限三强度三与应三力比三有关三。二轴三受压三时混三凝土三的应三力—三—应三变曲三线如三图2三-16三a。三最大三压应三力方三向的三应变三峰值三见图三2-三16三b。2、二轴拉/三压（三T/三C）混凝三土二轴拉/三压时三（图三2-三15三a第三二象三限）三，抗压强三度三随另三一方三向拉三应力三的增三大而三降低三。即三使很小的三拉应三力，三也可三导致三较大三的抗三压强三度降三低。三另一方面三，抗三拉强三度三也随三压应三力的三增大三而降三低。三这一现象三也可三以用三混凝三土的三破坏三机理三来说三明：三一方三应力作用三下混三凝土三内部三微裂三缝会三逐渐三延伸三扩展三，而三另一方向三的应三力作三用加三剧了三这种三扩展三，导三致强三度降三低。在任三意应三力比三下，三混凝三土的二轴拉/三压强度均三低于三其单三轴强三度，三即：（2三-1三9）二轴三拉/三压时三混凝三土的三应力三—应三变曲三线如三图2三-1三7所示三，两三个受三力方三向的三应变三峰值三均随三应力三比的三增大而迅三速减三小。3、三二轴三受拉三（T三/T三）在工三程实三践中三，二三轴受三拉的三情况三较少三。试三验结果表三明（三图2三-1三5第三一象三限）三，不三论应三力比三如何三，混凝土三的二三轴抗三拉强三度均三与其三单轴三抗拉三强度三接近三。二轴三受拉三时混三凝土三应力三—应三变曲三线（三图2三-1三8）与单三轴受三拉曲三线形三状相三同，三变形三值和三曲率三都很三小，破坏三形态三同为三拉断三。由于三横向三变形三的影三响，三随应三力比三由0三到1三增大三，峰值三应变三减小三。三、三三轴三应力三状态1、三常规三三轴三受压三（三）由于三侧向三压力三的限三制，三混凝三土内三部微三裂缝三的产生和三传播三发展三受到三阻碍三而被三延缓三或推三迟。三这种三阻碍的程三度随三侧向三压力三的大三小而三定，三侧向三压力三值越三大，对裂三缝传三播开三展所三起的三限制三作用三也越三大。三因此三，当三轴三受压三的侧三向压三力增三大时三，纵三轴向三抗压三强度三和极限三压应三变三也三相应三增大三。工三程实三践中三，密三间距三螺旋钢三箍柱三、钢三管混三凝土三中的三核心三混凝三土即三处于三这种应力三状态三下。混凝三土的三常规三三轴三抗压三强度三随侧三压力三的加三大而成三倍地三增长三（图三2-三19三a）三。虽三然不三同试三验结三果有三一些差三异，三但变三化规三律基三本相三同，三可用三下列三强度三关系式表三示：（2三-2三1）式中三，三。K三值与三值的三大小三有关三。一三般情况三下，三K值三在3三.0三～4三.0三内变三化。常规三三轴三受压三时的三应力三—应三变曲三线如三图2三-1三9b三。由于三侧向三压力三约束三了混三凝土三的横三向膨三胀，三阻滞三纵向裂缝三的出三现和三开展三，在三提高三极限三强度三的同三时，三塑性变形三有很三大发三展。三应力三—应三变曲三线平三缓地三上升三。过了强三度峰三点，三曲线三缓慢三下降三。2、三真三三轴受三压（三）实际三结构三中的三混凝三土多三处于三复杂三受力三情况三，有些可三以简三化为三二轴三或单三轴受三力工三况，三有些三则不三能，因而三研究三一般三三轴三应力三下混三凝土三的受三力性三能很三有必要。三图2三-2三0是三清华三大学三的试三验结三果。3、三三轴三拉/三压（三T/三C/三C，三T/三T/三C）该试三验技三术难三度大三，已三有试三验数三据少三且离三散度大。三其一三般规三律为三：混三凝土三三轴三拉或三压强三度分三别不超过三其单三轴强三度；三随受三拉轴三主拉三应力三的增三大，三混凝土的三第三三轴抗三压强三度很三快降三低。4、三三轴三受拉三（T三/T三/T三）第四三节三混三凝土三的疲三劳性三能混凝三土在三低于三静载三强度三的应三力多三次重三复作三用下，三可能三发生三突然三的脆三性破三坏，三即疲三劳破三坏。三混凝土产三生疲三劳破三坏的三原因三是其三内部三存在三微裂三缝、三孔隙、三低强三界面三等缺三陷，三在荷三载作三用下三缺陷三附近三产生应力三集中三现象三，经三过荷三载的三多次三重复三加卸三，缺三陷附近出三现损三伤，三并不三断地三积累三和扩三展，三最后三导致三材料的突三然破三坏。一、三重复三荷载三作用三下混三凝土三的应三力—三应变三关系混凝三土棱三柱体三试件三在不三同压三应力三重复三作用三下的应力三—应三变曲三线如三图2-三22三。当压三应力三低于三混凝三土的三疲劳三强度三时，三每次三卸载和再三加载三的曲三线都三形成三一封三闭的三滞回三环，三滞回三环的面积三随荷三载重三复次三数n的增三多而三减小三。当三重复三到一三定次数三后，三加卸三载的三应力三应变三关系三渐近三于一三直线三，残余应三变不三再增三大，三表明三混凝三土内三部材三料组三织的三变形已趋三稳定三，继三续重三复加三卸载三其应三力应三变关三系仍三维持直线三，为三弹性三工作三，不三致因三变形三积累三过大三而破三坏。当混三凝土三的压三应力三超过三疲劳三强度三后，三开始三重复加载三时，三滞回三环的三面积三逐渐三变小三，加三卸载三曲线三渐近于一三直线三但这三是暂三时的三稳定三变形三状态三。因三为应三力值较大三，每三次加三载都三会引三起混三凝土三内微三裂缝三不断三出现和发三展。三如继三续施三加重三复荷三载，三加卸三载曲三线就三由凸向应三力轴三转变三为凸三向应三变轴三，加三卸载三曲线三不再三能形成封三闭的三滞回三环，三试件三的变三形逐三渐增三大，三曲线三的斜率减三小。三当重三复次三数超三过疲三劳寿三命后三，混三凝土三因内部损三伤积三累，三裂缝三发展三相连三，使三变形三加快三增长三以致发散三，最三终引三发混三凝土三的破三坏。混凝三土的三疲劳三强度三的定三义为三：构三件混三凝土三在给定的三重复三荷裁三次数三N作三用下三，所三能耐三受的三最大三应力值。三各国三对不三同的三结构三N的三取值三是不三一样三的。三我国公路三桥梁三取N三＝2三00三万次三疲劳三试验三的结三果作三为疲三劳强度。二、三影响三疲劳三强度三的主三要因三素疲劳三寿命三N—三—根三据试三验结三果，三可得三到表三示材料疲三劳强三度的三S-三N图三（图三2-三24三）。三由于三混凝三土材三性的不均三匀等三原因三，疲三劳试三验结三果的三离散三性较三大，三可按试件三的疲三劳破三坏概三率P三作出三等值三线，三即S三-N三-P三图。三由图可三见，三疲劳三寿命三越大三，疲三劳强三度就三越小三。疲劳三强度三与疲三劳寿三命的三关系三可用三下式三表达三：（2三-2三2）式中三，A三、B三为经三验系三数，三可由三试验三确定三。应力三梯度三——三用不三同偏三心距三e的三棱柱三体试三件重三复加卸三载试三验获三得的三S-三N关三系如三图2三-2三5。三它表三明混三凝土的疲三劳强三度随三应力三梯度三的增三大而三提高三。应三力梯三度为零即三均匀三受压三试件三，全三截面三都处三于高三应力三状态三，混凝土三较早三出现三损伤三的概三率大三，疲三劳强三度理三应偏三低。应力三变化三幅度三——三应力三变化三幅度三对疲三劳强三度的影响三可见三图2三-2三6b三，疲三劳寿三命N三一定三时，三如应三力变三化幅度三S较三大．三疲劳三强度三就较三小；三缩小三应力三变化三幅度S，三可以三相应三地提三高疲三劳强三度。加载三频率三——三试验三时的三加载三频率三在1三00三次／三mi三n-90三0次三／m三in三之间三，对三混凝三土疲三劳强三度无三明显三影响三。加裁三速度三很慢三时，三混凝三土内三部微三裂缝三有相三对较三充裕的时三间发三展，三徐变三作用三大，三则疲三劳强三度会三降低三。受拉三疲劳三强度三——三试验三结果三表明三，无三论是三轴心受拉三、劈三拉和三弯曲三受拉三的混三凝土三，抗三拉疲三劳强三度相对值三都与三其抗三压疲三劳强三度相三一致三。但三是，三在拉三—压应力三反复三作用三下的三混凝三土疲三劳强三度低三于重三复受三拉的混凝三土疲三劳强三度。为了三验算三结构三中混三凝土三的疲三劳强三度或三寿命三，各国给三出了三多种三形式三的简三化计三算式三或图三表（图三2-三26三）疲劳三强度三值一三般偏三低（三偏安三全）三。第五三节三混三凝土三的收三缩一、三产生三收缩三的原三因收缩三是混三凝土三在非三荷载三因素三下体三积变三化而三产生的变三形。三混凝三土失三水时三收缩三，浸三水时三膨胀三。混凝三土在三空气三中凝三固和三硬化三，收三缩变三形是三不可避免三的。三其主三要原三因有三如下三三个三方面三：1、水泥三水化三生成三物的三体积三小于三原物三料的三体积（化三学性三收缩三）。2、干燥三收缩三（物三理性三收缩三）。3、碳化三收缩三。上述三原因三决定三了混三凝土三的收三缩是三个长三期过三程。现有三资料三的混三凝土三收缩三试验三记录三曾持三续到三28三年。三考察2三0年三的收三缩量三随时三间的三发展三如表三2-三6。三试验三表明三，收缩三变形三在混三凝土三开始三干燥三时发三展较三快，三以后三逐渐减慢三，大三部分三收缩三在龄三期3三个月三内出三现，三但龄三期超三过20三年后三收缩三变形三仍未三终止三。图2三-2三7为三我国三铁道三部科三学研三究院三所做三的混三凝土自由三收缩三的试三验结三果。二、三影响三收缩三的主三要因三素1、水泥三的品三种和三用量混凝三土中三发生三收缩三的主三要组三分是三水泥三石，三减少水泥三石相三对含三量可三以减三少混三凝土三的收三缩。三故水三泥用量和三水灰三比越三大，三收缩三量越三大。三因此三一般三要求三水泥用量三不宜三大于三50三0k三g/三m3，水三灰比三不大三于0三.6三。三另外不同三品种三和质三量的三水泥三，收三缩变三形值三不等三，如三早强水泥三比普三通水三泥的三收缩三约大三10三%。2、三骨料三的性三质、三粒径三和含三量骨料三对水三泥石三的收三缩起三着约三束作三用，三其数三量和弹性三模量三都对三混凝三土的三收缩三有很三大影三响。三骨料三含量大、三弹性三模量三高者三，收三缩量三小；三粒径三大者三，对三水泥浆体三收缩三的约三束大三，且三达到三相同三稠度三所需三的用三水量少，三收缩三量也三小。3、三养护三条件完善三和及三时的三养护三、高三温湿三养护三、蒸三汽养三护等工艺三可加三速水三泥的三水化三作用三，减三小收三缩量三。养三护不完善三，存三放期三的环三境干三燥会三加大三收缩三。4、三使用三期的三环境三条件构件三所处三的环三境温三度高三、湿三度低三，会三加速三水分的蒸三发，三收缩三量增三大。5、三构件三的形三状和三尺寸三、三收缩三值的三估算混凝三土的三收缩三变形三影响三因素三多，三变化三幅度三大，一般三难以三准确三定量三。对三于普三通的三中小三型构三件，三收缩变形三能促三生表三面裂三缝，三但由三此所三引起三的结三构反三应一般不三至于三造成三安全三度的三明显三降低三。所三以，三构件三计算中不三考虑三收缩三的影三响，三只采三取一三些附三加构三造措三施，如增三设钢三筋或三钢筋三网作三为补三偿。对于三一些三重要三的大三型结三构，三需要三对混三凝土三收缩变形三值进三行定三量分三析时三，有三条件三的应三进行三混凝三土试件的三短期三收缩三试验三，用三测定三值推三算其三极限三收缩三值，否则三可按三有关三设计三规范三提供三的公三式和三参数三值进三行计算。课本三43三至4三4页三介绍三了模三式规三范C三EB三–三F三IP三MC三90和美三国《三AA三SH三TO三LR三FD三桥梁三设计三规范三》的三收缩三值估算三方法三。第六三节三混三凝土三的徐三变对混三凝土三在龄三期时三施加三荷载三，除三了加三载后三立即产生三瞬时三应变三外，三还在三荷载三的持三续作三用下三，产三生随时间三增长三而不三断增三加的三应变三，即三所谓三徐变三，如三图2-三30三。混三凝土三的徐三变在三前3三-6三个月三发展三最快三，然三后逐渐减三慢，三2-三3年三后的三变化三已不三大，三但其三增长三可延三续数十年三，参三阅表三2-三8。三最终三的收三敛值三称为三极限三徐变三。在应三力持三续作三用多三时后三卸载三至零三，混三凝土三试件有一三瞬时三恢复三应变三（其三值小三于加三载时三瞬时三应变三）。随时三间的三延长三，还三有少三量滞三后的三徐变三恢复三缓缓三出现，三称为三弹性三后效三。一、三徐变三试验通过三如下三试验三可以三测定三混凝三土试三件在三恒温三条件下压三力不三变时三的徐三变值三。1、三试件三制作徐变三试验三可采三用棱三柱体三试件三或圆三柱体三试件三，其形状三尺寸三主要三由骨三料大三小、三徐变三仪加三载能三力和三现有试模三决定三。当研三究某三一混三凝土三的徐三变特三性时三，应三至少三制备4组三徐变三试件三。参三考的三加载三龄期三可取三7d三、1三4d三、28三d、三90三d。2、三试验三设备（1三）徐三变仪其基三本形三式如三图2三-3三1所三示。（2三）加三荷装三置包括三加荷三架、三千斤三顶及三测力装置三。（3三）变三形测三量装三置（4三）恒三温恒三湿室3、三试验三步骤先对三同条三件养三护的三棱柱三体抗三压试三件加三载，三测得混凝三土的三棱柱三体抗三压强三度。三一般三取徐三变应三力为三棱柱体抗三压强三度的三30三%-三40三%。徐变三试验三时，三把徐三变试三件放三在徐三变仪三的下三压板上，三此时三应保三证试三件、三加荷三千斤三顶，三测力三计及三徐变仪的三轴线三重合三。按三下列三试验三周期三（由三试件三加荷三时起算）三测定三混凝三土试三件的三变形三值：三1、三3、三7、三14三、28三、4三5、三60三、9三0、三12三0、三15三0、三18三0、三36三0d三。应当三注意三的是三，在三测读三徐变三变形三的同三时，三应测定同三条件三放置三的收三缩试三件的三收缩三值。混凝三土的三徐变三值应三按下三式计三算：（2三-3三0）式中三：三—三—加三荷天三后的三混凝三土徐三变值三；——三加荷三t天三后混三凝土三的总三变形三值；——三加荷三t天三后混三凝土三初始三变形三值；——三测量三标距三；——三同龄三期混三凝土三的收三缩值三。二、三徐变三机理徐变三是在三应力三作用三下产三生的三，而三收缩三的产三生则与应三力无三关。三收缩三、徐三变的三机理三都与三混凝三土中三水泥石的三特性三相关三。一般三认为三，混三凝土三在承三受应三力后三的瞬三时变三形，主要三是骨三料和三水泥三砂浆三的弹三性变三形；三徐变三则主三要是水泥三凝胶三体的三粘性三流动三，以三及骨三料界三面和三砂浆三内部微裂三缝发三展的三结果三。内三部水三分的三蒸发三也产三生附三加的干缩三徐变三。三与此三类似三，混三凝土三卸载三后的三瞬时三和滞三后恢复三变形三，有三着相三应而三相反三的作三用。与徐三变相三平行三的现三象是三松弛三。当三混凝三土在三龄期时，三施加三荷载三后产三生应三变三。此三后，三若保三持此应三变值三不变三，则三混凝三土的三应力三将随三时间三的增三长而逐渐三减小三（图三2-三32三），三这就三是应三力松三弛。三、三影响三混凝三土徐三变的三主要三因素归纳三起来三可分三为内三部因三素和三外部三因素三两类三。1、三原材三料和三配合三比（1三）混三凝土三中水三泥用三量大三或水三泥浆三含量三大，三则水泥三凝胶三体在三混凝三土组三分中三所占三比例三越大三，徐三变也就越三大。（2三）不三同品三种的三水泥三在同三一龄三期加三荷时三，水三泥的水三化程三度（三即成三熟度三）越三大，三水泥三石的三结构三越密实，三徐变三就越三小。三所以三早强三水泥三的徐三变比三普通三水泥小。（3三）骨料三对水三泥石三的变三形起三约束三作用三，约三束程度取三决于三骨料三的硬三度（三弹性三模量三）和三含量三。骨三料的弹性三模量三越小三，或三骨料三含量三越小三，则三徐变三越大三。（4三）混三凝土三水灰三比是三影响三徐变三的主三要因三素。三水灰比三大的三混凝三土，三水泥三颗粒三间距三大、三孔隙三多、三毛细管孔三径大三、质三松、三强度三低，三徐变三就较三大。2、三应力三水平混凝三土的三徐变三与应三力水三平三有关三（图三2-三33三）：（1三）三时为三线性三徐变三，即三徐变三与应力成三正比三，且三应力三长期三作用三下徐三变收三敛，三此时三徐变主要三由水三泥凝三胶体三的滞三性流三动引三起。（2三）时为三非线三性徐三变，即徐三变较三应力三增大三得快三，此三时除三了凝三胶体三的滞三性流动外三，另三有微三裂缝三的发三生和三发展三，致三使变三形不三断增大，三但微三裂缝三基本三处于三稳定三扩展三阶段三，徐三变有三极限值。（3三）时，三混凝三土在三高应三力持三续作用下三，一三段时三间后三会因三徐变三发散三而发三生破三坏，三因为此时三徐变三主因三是微三裂缝三的扩三展和三逐步三贯通三，故三混凝土的三长期三抗压三强度三约为三。3、加三荷时三的龄三期混凝三土徐三变随三加荷三龄期三的增三长而三减小三。在三早龄期，三由于三水泥三水化三正在三进行三，强三度很三低，三故徐三变较大。三随着三龄期三的增三长，三水泥三不断三水化三，水三泥凝三胶体所占三比例三越来三越小三，强三度也三不断三提高三，故三加载三时混凝土三的龄三期较三大，三徐变三就较三小（三图2三-3三4）三。4、三制作三和养三护条三件混凝三土振三捣密三实，三养护三条件三好，三特别三是蒸三汽养护后三成熟三快，三则徐三变减三小。5、三使用三期的三环境三条件图2三-3三5a三表示三环境三相对三湿度三对徐三变的三影响三。构三件周围三环境三的相三对湿三度越三低，三因水三分蒸三发的三干缩三徐变就越三大。图2三-3三5b三是试三验实三测温三度对三徐变三的影响三。6、三构件三的尺三寸构件三的尺三寸越三小，三或体三表比三越小三，混三凝土三水分蒸发三快，三徐变三就越三大。三处于三密封三状态三的混三凝土三，水分不三会蒸三发，三构件三尺寸三不影三响徐三变值三。四、三徐变三值的三估算混凝三土的三徐变三因为三影响三因素三多，三变化三幅度三大，试验三数据三离散三，不三易准三确地三计算三，一三般情三况下三可根据设三计规三范推三荐的三近似三计算三方法三考虑三。对三于一三些重要的三和复三杂的三结构三，要三求有三比较三准确三的混三凝土三徐变值及三其随三龄期三的变三化规三律，三比较三可靠三的办三法是三用相同的三混凝三土制三作试三件，三直接三进行三徐变三试验三和量三测，或者三用短三期的三量测三数据三推算三长期三徐变三值。三在缺三乏试验条三件的三情况三下，三一般三采用三拟合三已有三试验三数据三的经验计三算式三。课本三中简三要介三绍了三模式三规范CE三B三–三FI三PM三C9三0和美国三《A三AS三HT三O三L三RF三D桥三梁设三计规三范》三的徐三变值三估算方三法。三见课三本4三9页三。一般三徐变三变形三比瞬三时弹三性变三形大三1～3三倍，三因此在结三构设三计中三徐变三是一三个不三可忽三略的三重要三因素三。徐变对三结构三的影三响有三有利三方面三，也三有不三利方三面。三概括如下三：（1三）大三跨度三构件三的受三压区三徐变三会增三大其三挠度三。（2三）徐三变会三增大三偏压三柱的三挠曲三，使三偏心三距增大，三降低三柱的三承载三力。（3三）预三应力三混凝三土构三件中三，徐三变会三导致三预应三力损失三。（4三）在三结构三应力三集中三区，三徐变三能使三截面三上应三力重分三布，三减小三应力三集中三程度三。（5三）对三于超三静定三结构三，徐三变将三导致三内力三重分布，三即引三起结三构的三次内三力。要计三算徐三变对三结构三的影三响，三一般三需选三用合三适的徐变三计算三理论三和力三学公三式，三并结三合实三际施三工过三程，借助三计算三机进三行分三析。第七三节三高三性能三混凝三土前面三各节三介绍三的混三凝土三强度三和变三形性三能，三主要针对三常用三的普三通结三构混三凝土三。三普通三混凝三土自三重大三，易开三裂，三是其三一大三缺点三。随着三科学三技术三的进三步和三生产三的发三展，三一方三面，混凝三土结三构工三程向三更高三建筑三、更三大跨三度和三更大三负载能力三的方三向发三展；三另一三方面三，对三各种三在严三酷环三境下使用三的特三种结三构，三如海三上采三油平三台、三核反三应堆三等的需求三也在三不断三增加三。这三些混三凝土三工程三的施三工难三度大三，耐久三性要三求高三，一三旦出三现事三故，三后果三十分三严重三。因此高三性能三混凝三土的三研制三和应三用势三在必三然。三目前三国际上已三广泛三认识三到，三高性三能混三凝土三具备三足够三的耐三久性、三工作三性和三强度三，并三且能三在经三济合三理的三条件三下制备，三其优三越的三性能三大大三地扩三展了三混凝三土在三工程三中的应用三范围三，已三经成三为今三后混三凝土三技术三的发三展方三向。本节三将简三要介三绍高三性能三混凝三土的三性能三要求三、技术途三径、三力学三性能三及其三应用三和发三展。一、三对高三性能三混凝三土性三能的