抗拉性能外文翻译资料

2.9 抗拉性能

应用混凝土的最好方法就是利用它抗压强度这一优点，这种理念在混凝土被拉伸的时候也具有很重要的意义。加强混凝土受弯构件的受拉部分的裂纹的形成与扩散很大部分取决于混凝土的抗拉强度和混凝土的断裂性能。当裂纹形成以后，就会出现一系列的问题。同时剪切，扭转和一些其他的作用都会对混凝土产生拉应力。在大多数情况下，构件的性能会随着开裂而变化。因此，能够精确地推测出混凝土的抗拉强度以及明白控制裂纹扩散的因素是很重要的。

A：拉伸强度

在确定混凝土的真实抗拉强度方面存在着相当大的试验难度。在直接的拉伸试验中，些许的未对准和夹具处的集中作用都会影响结果的精确性。很多年以来，抗拉强度一直使用弯曲抗拉强度fr来进行计量。Fr是指素混凝土梁在开裂时候的计算弯曲拉伸应力。因为在计算此名义应力的时候将混凝土假设成弹性材料，同时此弯曲应力仅仅只最外层表面的应力，它一般情况下回比轴向的均匀受拉的混凝土强度要大，所以，它只是真实轴向拉伸应力的一种计量方式，而不是真实的拉应力。

所谓的圆柱体劈裂试验的结果近来已被确定为混凝土抗拉强度的计量。一个与抗拉试验所使用的相同的混凝土圆柱体，沿着水平方向放入压力试验机中，压力沿着相对的两条母线施加均匀的压力。在试验机的压板与圆柱体之间放入垫条，这样就能使压力能均匀地分布。可以证明，弹性圆柱体按上述方式加载，在垂直于加载平面方向存在有近似均匀分布的，大小为2P/pi;dl的拉应力。相应地，当此圆柱头在试验中沿此平面劈成两半时，达到的应力fct可按上述的表达式进行计算。P是破坏时作用的受压荷载，d和l分别为圆柱体的直径和长度。由于荷载作用线下是局部应力状态以及在垂直于上述拉应力方向上存在着应力，圆柱体劈裂试验的结果同样也不是真正的轴向抗拉强度（但被认为是一种好的计量）。各种类型拉伸试验的结果都显示出比抗压试验大得多的离散性。

抗拉强度，不管怎么定义，它都与抗压强度fc没有密切的关系。对于砂-石混凝土，抗拉强度似乎主要取决于硬化水泥浆与骨料间的粘结强度；而对于轻质混凝土而言，则较多取决于多孔骨料。相反，抗压强度却很少取决于这些特性。

我们已经发现抗拉强度与抗压强度的平方根之间有着较好的相关性。例如，直接抗拉强度的范围，对于普通密度混凝土约从3radic;fc至5radic;fc，而对于全轻质混凝土则约为2radic;fc至3radic;fc。直接拉伸强度，圆柱体劈裂强度和弯曲抗拉强度的典型数值范围被归纳在表2.3里面。在这些表达式中，fc的单位为psi，得到的抗拉强度也以psi为单位。

这些近似式显示出抗拉和抗压强度间肯定不是呈正比关系。抗压强度的任何增长，例如靠降低水灰比来实现，随之抗拉强度的提高只是很小的百分数。

ACI规范中推荐的弯曲抗拉强度fr，普通重量混凝土取为7.5radic;fc，普通砂轻质混凝土此值乘以0.85，全轻混凝土该值乘以0.75.这些材料的fr值分别为6.4radic;fc和5.6radic;fc。

B:拉伸破坏

混凝土在拉伸状态下的破坏包含结构组成以及裂缝的扩展，断裂力学领域是针对后者。然而钢筋混凝土结构被成功设计以及建造的这150年里并没有用到断裂力学，高强度混凝土在拉伸和压缩的状态下的脆响应明显提高了材料断裂性能和拉伸强度的重要性。关于高轻度混凝土梁的剪切强度和钢筋与高强度混凝土的粘结的研究表明混凝土受压强度的提升大于其结构性能的提升。但是对于一般强度的混凝土来说，剪切和粘结强度与radic;fc有关，高强度混凝土的测试表明剪切和粘结强度的提升不如使用radic;fc来进行预测，以及表明混凝土单独的拉伸强度并不是控制因素。Kansas大学以及其他一些组织提出有证据表明开裂所需的能量和受压强度，水灰比以及使用年龄无关。但是，这种表现在ACI规范中被认定为radic;fc的最大用处就是用来计算剪切和粘结强度，这一部分将在4,5单元里面进行详细讲解。

表2.3：混凝土抗拉强度的近似范围

2.10 组合应力作用下的强度

在许多结构中，混凝土同时承受不同方向的各种应力。例如，梁内的大部分混凝土同时承受着压应力和剪应力，板和基础同时承受两个相垂直方向的压应力，加上剪应力。根据工程力学研究的熟知方法，任何一种组合的应力状态，不管有多么复杂，都可以简化为彼此相垂直的三个主应力，作用在材料中某一确定方向的单元立方体上。主应力的一个或者全部可以是拉力或者压力。如果其中之一为零，称为二轴应力状态；如果其中两个为零，称为单轴应力状态，即简单的受压或者受拉。在大多数情况下，只有材料的单轴强度性质可以通过简单的试验得到，如圆柱体强度fc和抗拉强度ft。为了计算混凝土承受二轴和三轴应力的结构承载力，希望仅由fc或者由fc和ft的实验结果就能求得在这种应力状态下的混凝土强度。

尽管进行了广泛和持续地研究，组合应力下混凝土强度的一般理论尚未形成。在结构力学教程中讨论过得各种强度理论，例如最大应力理论，最大应变理论，Mohr-Coulomb 理论和八面体剪应力理论等的改进形式，已经不同程度地应用于混凝土。目前这些理论中没有一种是被普遍接受的，而且很多理论还有明显的内部矛盾。建立一个适用的一般强度理论的主要障碍在于混凝土的高度非均匀质状态，以及微裂缝和其他不连续现象对于高应力和断裂时性能的影响程度（参见2.8和2.37）

但是，至少对二轴应力状态的混凝土强度已经失去了根据试验较好的确定了（参见2.38和2.39）。结果可知表达为如图2.8，图中将方向1的强度表示为沿方向2作用应力的函数。所有应力用单轴抗压强度进行标准化。可以看出，在代表二轴受压的象限内，方向1的强度几乎与方向2的应力无关。当方向2的受拉与方向1的受压相结合时，抗压强度几乎呈线性减小，反之亦然。例如，当侧向压力约为单轴抗压强度的一半时，抗拉强度比其单轴时强度差不多减小一半。这一事实对于预计例如深梁或剪力墙的斜向拉裂缝是很重要的。

现在对混凝土三轴强度的试验研究极少，实践中的主要困难在于沿三个方向同时加载，而加载设备又不会对试件产生显著的约束。从现有的资料可以得出有关混凝土的三轴强度初步结论如下：（1）在三轴压力相等的状态下，混凝土的强度比单轴抗压强度要高一个数量级；（2）对于二轴压力相等，第三轴压力较小的情况，预计强度增长超过20%；（3）对于压力与至少一个方向的受拉组合的应力状态，中间主应力的影响很小，依据图2.8计算抗压强度是安全的。

事实上，组合应力下的混凝土强度还不能合理的算得。同样重要的是，在混凝土结构的许多情况下是几乎不可能计算所有的作用应力及它们的方向的。这就是继续依赖于试验的两个主要原因。因此，钢筋混凝土结构的设计继续更多的依据广泛的试验数据，而非依据严格的分析理论，特别是在许多发生组合应力的情况下。

2.11 收缩和温度的影响

第2.8节中所讨论的变形是由外部荷载产生的应力所引起。即使没有任何外部荷载的作用，不同自然状态的影响也会使混凝土发生变形和体积变化。其中最重要的是收缩和温度变化的影响。

A: 收缩

在第2.2和2.4节中已讨论过，任何和易性好的混凝土拌合物都含有大于水化作用所需的水。如果混凝土暴露在大气中，大部分自由水将随时间而蒸发，干燥的速度和完全取决于周围的温度和湿度条件。在混凝土的干燥过程中，体积发生收缩，可能是混凝土内剩余水分产生毛细张力的缘故（见2.8）。相反地，如果将干燥的混凝土浸入水中，它将膨胀，恢复大部分以前因收缩而减小的体积。根据构件形状的不同，收缩以递减的速率持续几个月，在若干方面它是混凝土的一个不利的性质。如不采取有效控制，它将会在例如板，墙等构件中，造成不雅观且通常是有害的裂缝。在超静定结构（大部分混凝土结构属此类）中收缩可能导致大的有害应力。在预应力混凝土中，收缩会引起初始预应力的部分损失。考虑上述原因，减小或控制收缩是重要的。

这一过程的本质是清楚的，决定最终收缩量的主要音素是新浇混凝土的单位含水量。这在图2.9中有清楚的说明，图中对不同的拌合水量给出了收缩量。以0.001in/in为单位。所有试验采用了相同的骨料，除了含水量以外，且不论含水量多少，混凝土中水泥用量从376—1034lb/yd3之间变化。水泥含量的这一很大变化对于收缩量的影响，比起含水量的影响是微不足道的；水泥含量变化范围很大的各试验结果只构成一条窄带，就是明显的说明。表2.10对混凝土的收缩量与含有净水泥浆的骨料含量进行了比较。比如，在同一水灰比的情况下，将骨料含量由71%增加到74%，从而可以是收缩量减小20%（参见2.29）。而增加骨料含量可以通过以下方法：1：采用粗糙的，大型的骨料（同时可以减少使用条件所需水的含量）；2低工作性能的混凝土；3：在低含水量的条件下添加化学成分。由此表明，减小收缩的主要方法是减少拌合混凝土内的含水量，使其达到满足和易性要求的最小用量。此外，延长和精心地养护有利于控制收缩。

普通混凝土的最终收缩量一般为400乘以10的-6次方至800乘以10的-6次方in/in，依初始含水量、环境的温度和湿度条件和骨料的状态而定，高吸水性骨料例如某些砂岩和页岩的产生的收缩量，要比低吸水性材料例如花岗岩和某些石灰岩的收缩量要大一倍以上。某些轻骨料，由于孔隙率大而容易导致较普通混凝土大得多的收缩量。

为了某些目的，例如计算预应力混凝土梁随时间变化的应力损失，将收缩量确定为时间的函数是重要的。长期的试验表明，对于湿养护混凝土，在最初七天后的任何时间t的收缩量可以由以下公式满意地求出：

式（2.9）

• 以天为单位的任一时间的单位收缩应变，是经历长期后的极限值。式（2.9）适用于参考文献2.26规定的“标准”条件，即湿度不超过40%，构件平均厚度不超过6in，此公式对普通重量的和轻质的混凝土均适用。对于非标准条件下要加修正参数，蒸汽养护构件给出了另外的计算公式。

对于像桥面板，路面板和储液池类的防裂要求至关重要的结构最好使用膨胀水泥混凝土。收缩补偿水泥将使混凝土在凝结和硬化过程中成比例的增加体积。当混凝土收到钢筋或其他因素的约束时，膨胀倾向将导致受压。岁干燥而产生的收缩，使混凝土不再产生将引起裂缝的拉应力，而代之以仅仅减少或消除初始膨胀引起的膨胀应变。膨胀水泥是在普通硅酸盐水泥中添加活性铝酸盐的产物；收缩补偿水泥的近90%是由传统硅酸盐水泥的成分组成的。在生产的三种主要的膨胀水泥中，仅K型在美有售，价格较普通硅酸盐水泥高出20%。ASTM C845——《水硬膨胀水泥标准规范》给出了对膨胀水泥的要求。常用的外加剂可以用于收缩补偿混凝土中，但是要进行试配，因为一些外加剂，特别是引气剂与某些膨胀水泥是不相容的。

B:温度变化的影响

像大多数材料一样，混凝土随温度的升高而膨胀，随温度的下降而缩短。这种体积变化的效应类似于收缩，即温度引起的缩短可能造成有害的裂缝，特别是在与干缩效应叠加的情况下尤甚。在超静定结构内，温度变化引起的变形可能会产生较大的、有时是有害的应力。

温度的膨胀和收缩系数有些变化，取决于骨料的品种和混合水泥用量的程度，一般在4乘以10的-6次方到7乘以10的-6次方in/in华氏温度的范围内。一般采用5.5乘以10的-6次方in/in对计算由温度变化产生的应力和变形是合理的。

2.12：高强度混凝土

利用高强度混凝土来提高结构的性能的方法已经开始应用。高强度混凝土到现在还没有一个确切的定义，它通常是指混凝土在单轴受压条件下能够承载8000—20000psi或者更高的压强。这种混凝土是用一定比例的水泥，沙，石块，然后加上高效减水剂，石灰，硅粉，经过严格的量的控制和顺序的控制，搅拌而成。这种混凝土除了在提高抗压能力上面得以提升之外，在其他大部分的工程性质上面也得到了提升，所以它还有一个名字是高性能混凝土。

这种高强度混凝土大多数应用在比较高的混凝土建筑物中圆形柱，因为若采用一般的混凝土就需要很大的横截面，从而损失一些有用的空间，同时它也比由增加预应力钢筋来达到相同目的的方法更经济。例如屹立在芝加哥的311 south wacker，它高达946英尺，曾经打破世界高楼的记录，它的下部楼层的圆柱就是采用强度高达12000pai的混凝土。现在的建筑物最高纪录是高达2100英尺的迪拜阿里法塔（见表18.2）。

对于桥来说，减小横截面会带来很重大的意义，由于减小截面尺寸使得恒荷载降低，而允许增大跨度。较高的弹性模量和较低的徐变系数会减小初始和长期的挠度。在预应力桥梁中，初始的和时随的预张力损失均会减小。最近高强混凝土的其他应用包括近海采油结构、停车库、桥面板的面层、水坝溢洪道、仓库和重工业楼板（参见2.46）。

高强混凝土的一个基本要求是低水灰比。普通混凝土的水灰比按重量计一般约在 0.40 ~ 0.60 的范围，而高强混凝土可能是 0.25 或者更低。为了保证拌合物能恰当的浇筑，必须采用高效减水剂即超塑化剂，能使本来为零的坍落度提高为 6 ~ 8 m

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[150854]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word