同济大学考博高等混凝土知识点总结.docx

1、同济大学考博高等混凝土知识点总结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

2、段：晶面滑移时，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，

3、使受侧压力，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多，

4、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：一般冷拉热轧钢筋冷拔钢丝36时，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9Ad/Ac36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/Ac9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

5、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2-5.反复循环荷载和重复荷载下混凝土的变形性能。（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

6、坏强度Rap时，循环重复加载-卸载的应力-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

7、是干缩徐变，这是受力试件与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

8、有利于结构的内力重分布，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。

9、2-7.为何要建立复杂应力下的混凝土强度准则？试比较各种强度准则的特点及适用性。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，最常遇到的是

10、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）根据经验初步确

11、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，并通过试配、调整，确

12、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，普通钢筋混凝土柱当接近破坏荷载时出现与荷载方向平

13、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）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

14、、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

15、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？（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

16、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，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

17、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

18、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剪切破坏纵筋未屈服：斜拉破坏m3：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1m3：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

19、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m1：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m0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，不属于真正的剪切破坏。斜弯破坏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

20、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

21、同，剪切强度控制区也不同；当1m3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