1、1.3受压应力 -应变全曲线 混凝土受压应力 -应变全曲线包括上升段和下降段,是其力学性能的全面宏观反应: 曲线峰点处的最大应力即棱柱体抗压强度,相应的应变为峰值应变 p ; 曲线的(割线或切线)斜率为其弹性(变形)模量,初始斜率即初始弹性模量 Ec ; 下降段表明其峰值应力后的残余强度;曲线的形状和曲线下的面积反映了其塑性变形的能力,等等。混凝土的受压应力 -应变曲线方程是其最基本的本构关系,又是多轴本构模型的基础。在钢筋混凝土结构的非线性分析中,例如构件的截面刚度、截面极限应力分布、承载力和延性,超静定结构的内力和全过程分析等过程中,它是不可或缺的物理方程,对计算结果的准确性起决定性作用。
2、1.3.1试验方法在棱柱体抗压试验时,若应用普通液压式材料试验机加载,可毫无困难地获得应力应变曲线的上升段但试件在达到最大承载力后急速破裂,量测不到有效的下降段曲线。Whitney 很早就指出混凝土 试件突然破坏的原因是试验机的刚度不足。 试验机本身在加载过程中发生变形,储存了很大的弹性应变能。当试件承载力突然下降时,试验机因受力减小而恢复变形,即刻释放能量,将试件急速压坏。要获得稳定的应力 -应变全曲线,主要是曲线的下降段,必须控制混凝土试件缓慢地变形和破坏。有两类试验方法: 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; 在普通液压试验机上附加刚性元件,使试验装置的总体刚度超过
3、试件下降段的最大线刚度,就可防止混凝土的急速破坏。按上述方法实测的混凝土棱柱体受压应力 -应变全曲线如图。1.3.2全曲线方程绘制峰点坐标为( 1, 1)的标准曲线如图,曲线形状有一定差别,但具有一致的几何特性,可用数学条件描述。混凝土受压应力 -应变全曲线、及图像化的本构关系,是研究和分析混凝土结构和构件受理性能的主要菜形依据,为此需要建立相应的数学模型。将混凝土受压应力 -应变全曲线用无量纲坐标表示:其几何特征的 数学描述如下:这些几何特征与混凝土的受压变形和破坏过程(见前)完全对应具有明确的物理意义。 下降段曲线可无限延长,收敛与横坐标轴,但不相交;为了准确地拟合混凝土的受压应力 -应变
4、试验曲线,各国研究人员提出了多种数学函数形式的曲线方程,如:多项式、指数式、三角函数有理分式分段式等等。对于曲线的上升段和下降段,有的用统一方程,有的则给出分段公式。其中比较简单、实用的曲线形式如图。过镇 海、 张 秀琴等 建 议 和 规 范 所采用的分段式曲 线 方程 为 :其中上升段 式 应满 足数学条件描述中 1、 2、 3、 7,下降段 式 应满 足数学条件描述中的 3 7。将条件 1和 3中的三个边界条件代入 式,可解得:式中还有一个独立参数 a1。从式 可知,当 x=0时,有 dy / dx= a1从各符号的定义可得:符合曲线在峰点连续的条件。式中:混凝土的初始切线弹性模量( N/mm2)。混凝土棱柱体抗压强度和峰值应变的比值,即峰值割线模量( N/mm2)。a=a1,规范称之为曲线上升段参数。物理意义:混凝土的初始切线模量与峰值割线模量之比 E0/Ep;几何意义:曲线的初始斜率和峰点割线斜率之比。上升段曲 线 方程 为 :上升段曲 线 方程, 满 足数学条件描述 7。由条件 2的不等式,可得 a值 的范 围 :