钢结构基本力学性能

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1、钢筋混凝土原理和分析ReinforcedConcreteTheoryandAnalyse0、绪论0.1钢筋混凝土结构的发展和特点广泛应用钢筋混凝土结构的工程领域：建筑工程桥梁和交通工程水利和海港工程地下工程特种结构上海莘庄大型立交工程该工程由15条线路，6条主线、20个定向匝道构成；占地面积45.8公顷，整个立交桥梁结构长度11.1公里、面积8.4万m2。江阴长江大桥0.2本课程特点结构工程科学研究的一般规律：从工程实践中提出要求和问题，精心调查和统计、实验研究、理论分析、计算对比、找出解决问题的方法；研究一

2、般的变化规律，揭示作用机理，建立物理模型和数学表达，确定计算方法和构造措施，回到工程实践中验证，改进和补充。混凝土结构作为结构工程的一个分支，亦服从上述规律。钢筋混凝土结构优点、缺点：参考教材[1]钢筋混凝土原理和分析过镇海时旭东主编清华大学出版社2003[2]混凝土结构基本原理蓝宗建主编东南大学出版社2002[3]混凝土结构设计规范理解与应用徐有邻周氐编著中国建筑工业出版社2002[4]钢筋混凝土结构理论王传志、藤智明主编中国建筑工业出版社1985[5]钢筋混凝土非线性分析朱伯龙、董振祥同济大学出版社1985

3、[6]多种混凝土材料的本构关系和破坏准则宋玉普中国水利水电出版社2002第一篇混凝土的力学性能混凝土：由水泥、骨料和水拌合形成的人工合成材料。作用：作为钢筋混凝土结构的主体，一是自身承担较的大的荷载；二是容纳和维护各种构造的钢筋，组成合理的组合性结构材料。特点：非弹性、非线性、非匀质材料，较大离散性。本篇介绍：一般特性和破坏机理、基本应力状态下的强度和变形，主要因素影响下的性能变化，多轴应力状态下的强度和本构关系。混凝土是由水泥、水、骨料按一定比例配合，经过硬化后形成的人工石。其为一多相复合材料，其质量的好坏与

4、材料、施工配合比、施工工艺、龄期、环境等诸多因素有关。通常将其组成结构分为：宏观结构：两组分体系，砂浆和粗骨料。亚微观结构：水泥砂浆结构。微观结构：水泥石结构。第1章基本力学性能1.1混凝土的组成结构和材性特点1.1.1材料的组成和内部构造宏观结构亚微观结构微观结构粗骨料（分散相）水泥石（基相）细骨料（分散相）砂浆（基相）晶体骨架晶体带核凝胶体干缩孔隙凝缩氢氧化钙凝胶体混凝土组成结构晶体骨架：由未水化颗粒组成，承受外力，具有弹性变形特点。塑性变形：在外力作用下由凝胶、孔隙、微裂缝产生。破坏起源：孔隙、微裂缝等原

5、因造成。PH值：由于水泥石中的氢氧化钙存在，混凝土偏碱性。由于水泥凝胶体的硬化过程需要若干年才能完成，所以，混凝土的强度、变形也会在较长时间内发生变化，强度逐渐增长，变形逐渐加大。由于混凝土材料的非均匀微构造、局部缺陷和离散性较大而极难获得精确的计算结果。因此，主要讨论混凝土结构的宏观力学反应，即混凝土结构在一定尺度范围内的平均值。宏观结构中混凝土的两个基本构成部分，即粗骨料和水泥砂浆的随机分布，以及两者的物理和力学性能的差异是其非匀质、不等向性质的根本原因。粗骨料和水泥浆体的物理力学性能指标的典型值施工和环境

6、因素引起混凝土的非匀质性和不等向性：例如浇注和振捣过程中，比重和颗粒较大的骨料沉入构件的底部，而比重小的骨料和流动性大的水泥砂浆、气泡等上浮，靠近构件模板侧面和表面的混凝土表层内，水泥砂浆和气孔含量比内部的多；体积较大的结构，内部和表层的失水速率和含水量不等，内外温度差形成的微裂缝状况也有差别；建造大型结构时，常需留出水平的或其它形状的施工缝……。当混凝土承受不同方向（即平行、垂直或倾斜于混凝土的浇注方向）的应力时，其强度和变形值有所不同。例如对混凝土立方体试件，标准试验方法规定沿垂直浇注方向加载以测定抗压强度

7、，其值略低于沿平行浇注方向加载的数值。再如，竖向浇注的混凝土柱，截面上混凝土性质对称，而沿柱高两端的性质有别；卧位浇注的混凝土柱，情况恰好相反。这两种柱在轴力作用下的强度和变形也将不等。混凝土材料的非匀质性和不等向性的严重程度，主要取决于原材料的均匀性和稳定性，以及制作过程的施工操作和管理的精细程度，其直接结果是影响混凝土的质量（材性的指标和离散度）。浇注方向NN浇注方向NN≤1.1.2材性的基本特点混凝土的材料组成和构造决定其4个基本受力特点:1．复杂的微观内应力、变形和裂缝状态将一块混凝土按比例放大，可以看

8、作是由粗骨料和硬化水泥砂浆等两种主要材料构成的不规则的三维实体结构，且具有非匀质、非线性和不连续的性质。混凝土在承受荷载（应力）之前，就已经存在复杂的微观应力、应变和裂缝，受力后更有剧烈的变化。在混凝土的凝固过程中，水泥的水化作用在表面形成凝胶体，水泥浆逐渐变稠、硬化，并和粗细骨料粘结成一整体。在此过程中，水泥浆失水收缩变形远大于粗骨料的。此收缩变形差使粗骨料受压，砂桨受拉，和其它应力