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1、高等钢筋混凝土理论1. 钢筋单向拉伸应力一应变曲线的金相学解释。（1）弹性变形：金属内部原了间距离改变。取决于晶体阵上原了间的相互作用力。（2）槊性变形：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：金属晶体中原了排列并非十分整齐，教性变 形时，滑移面不是整排原了一起移动，而是位错移动造成晶面间相对滑动。（3）屈服上限：钢中杂质原了或离了处于位错中心，起钉扎作用，增加位错运动阻力，宏观形成“上限二（4）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。（5）强化阶段：晶面滑移时，晶粒变形、位错繁殖
2、。位错密度大量增加，发生交割，加大运动阻力，岀 现强化现彖。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。冷拉后，钢材产生形变强 化，抗拉屈服强度提高，延伸率下降：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示的延伸率；4）冷拉后由静力法测得的弹性模量下降，经人工时效儿乎恢复原值。（2）冷拔：将钢筋拉过比其直径小的硬质合金模，使受侧压力，截面积减小，长度增加。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
3、）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，产生备向异性，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（徐变的影响因素）（1）徐变：在高应力下，钢筋应变随时间增长。是數性变形。（2）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。（3）影响因索：钢筋的松弛发展较混凝土快得多，而且随时问增长松弛率逐渐减小，如用时间为对数坐 标时，基木为一肓线关系。松弛损失与钢
4、筋初张拉M力大小有关，张拉控制应力值低时，应力松弛损失值 小。松弛也和钢筋类型白关，般冷拉热轧钢筋松弛损失较冷拔低碳钢丝、碳素钢丝和钢绞线的低。松弛 是随温度增加而增加的。（4）减少钢材松弛的措丿施：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（1）丿应力腐蚀：钢筋在电化学腐蚀和应力复合作用下导致断裂的过程。（2）条件：有一定腐蚀介质，一定的荷载，一定的材质条件。（3）过程：首先是拉应力造成的应变破坏了材料表曲的纯化膜，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，产生应力集中，引起裂纹扩展，直至
5、断裂。（4）影响因素：钢筋强度：强度越高，应力腐蚀敏感性越强；预应力值；钢筋外形和钢种；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，由于内部缺陷导致低于极限荷载的疲劳断裂。（2）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个别点首先出现册性变形, 久之形成微裂纹裂纹增加、连接、发展，形成裂缝截面削弱，应力集中急速加剧，超过晶体结合 力，发生断裂。（3）煤响钢筋疲劳的原因：应力幅度、最小应力值大小、钢筋外面儿何尺寸、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：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
6、会发生 疲劳破坏；其他影响因索均不变，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。 但当嚴小应力值为压应力时，可增加疲劳强度。3）钢筋外面几何尺寸：变形钢筋能增强钢筋与混凝土Z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：随看钢筋直径的增大，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）其他一些影响因索
7、：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 发生应力集中现彖。6.什么是钢筋的包兴格效应？试述其产生原因及工程意义。（1）定义：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，反向受力时的弹性极限降低越多。此现象即“包兴格效应。（2）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教性状态发生包兴格效 应的应力软化现彖。（3）影响因素：钢材的原始性能影响；不同类型钢材晶粒大小；退火、冋火；加载速度；加 载历史：初始
8、加载时册性应力越大，反向应力越低，循环次数越多，软化影响越小。（4）工稈意义：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。钢材冷拉经时效后，则抗拉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。试以混凝土中裂纹的形成和发展，说明混凝土单轴受压应力应变曲线的特点。7.混凝土中裂缝的形成和发展。（1）原始微裂缝阶段：加载前，由于水泥浆硬化干缩、水分蒸发等原因，在混凝十-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）（2）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
9、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）（3）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）（4）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，裂缝白行扩展。（图4）&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）0应雯图2-58混艇土的典型应力-应变仝 曲线*呵（1）混凝土在荷载作用下的应力应变关系，开始为肓线变
10、化，然 示逐渐偏离真线，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Illi线）：除有明显收缩史的混凝土试件外， 在荷载开始作用下，应力一应变曲线会呈现上凹段外，尽管荷载前 混凝十内存在局部微裂缝，只要混凝土处于“稳定断裂传播的开始 （OSFP）”值以下时，混凝土仍基木处于弹性工作阶段，应力应变关 系为直线，如上图内0A线所示。A点约为峰值应力的3050%。当 混凝十.皿力进入“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真线，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
11、量出现，粘结裂缝向砂浆内传播延伸，成为可白行传播 开裂的不稳定状态，有些砂浆裂缝和粘结裂缝彼此连通，至最大丿应力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|11|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。在到达峰值应力以示，裂缝继续迅速传播发展，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）应力应变关系煤响因索：混凝土材料的品种、配合比和龄期等是重要的影响因索；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
12、别是下降段的变 化，都有不同的影响。（3）煤响混凝土抗压强度的因索：组成材料品种性质的影响；组成材料配合比的煤响（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9. 混凝土复杂受力下强度的变化规律（1）双轴受压：破坏强度与二轴主应力比值有关，混凝十强度虽可提高，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R|/Oo, 混凝十抗压强度增加或R/Oo值减少时，相对的破坏强度即随Z减少。双轴同
13、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6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）截面同时受剪压或剪拉：见下图图2-40破坏时正应力与剪应力间关系10. 混凝土局部承压工作机理及强度计算。局部承压的混凝十，因为受周围混凝土的约束作川，从而提高了局部承压血积的混凝十强度。在靠近 局部承压荷载下的一段块体长度内产生横向拉应力，使混凝土产生裂缝。因此，实际上是局部承压下混凝 土开
14、裂和强度问题。工作机理：国外采川楔椎体劈裂的破坏机理来说明条形荷载局部承压，中心局部承压，边荷载的局部承压等。我国采用混凝土套箍“强化“理论，局部挤压区的混凝土可看做同时受冇侧压力作川的混凝土。“I局 部荷载作川增大时，挤压边的混凝十向外膨胀，而周围混凝土起套箍作川阻止其横向膨胀，因此挤压区混 凝土抗压能力提高。对局部承压破坏机理忖前未冇能解释备种不同情况的统一认识。局部承压试件破坏的3种形态（可忽略）：（1）当Ad/A.36时，试件整体破坏前，承压板下混凝十已局部下陷，沿承压板周边混凝土明显地被 剪切，外囤混凝土诡未劈裂，承载力还可增长。（2）当9Ad/A$36时，裂缝从顶面向下发展，承压板
15、外围的混凝土被劈成数块，这种破坏很突然， 屈于脆性破坏。（3）当Ad/Ac9时，在试件某一侧面首先由于横向拉丿应力形成裂缝，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。局部承爪强度计算，采用以实验为基础的经验公式：R = PR, , 0。影响因素：1、局部加载面积与承载试件受力血积比值的影响；2、试件尺寸的影响，包括试件宽度与 高度的关系；3、加载垫板儿何形状和性质的影响；4、配筋率的爆响；5、混凝土配比和强度的影响。11. 重复荷载下混凝土的强度和变形图2-75重复荷我下0Y关系示u-7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Illi线都形成一封闭的滞冋环。当重复荷载增加至某一定 值R/后，内部组织结构渐趋稳定，卸载和加载应力应变曲线会 重复成玄线。在压应力较大，高于疲劳破坏强度R/时，循环重复加载卸 载的应力应变1111线，开始变化情况同低应力一样，但这是粋时现 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, 加载应力丿应变曲线就会由凸向丿应力轴转变为凹向皿力轴变化，以致加载、卸载不能再形成封闭的滞I叫环。随重复荷载次数增加，混凝十内微裂缝会继续开裂发展，丿应力丿应变曲线倾
