毕业设计英文翻译
3 -1 混凝土
混凝土是由骨料组成的复合材料，一般为砂和石，通过化学结合在一起的水化硅酸盐水泥。骨料一般由砂粒级配到砾石级配组成，结构混凝土中的最大砾石级配通常是四分之三的级配，尽管八分之三或是一又二分之一的级配也可以使用。
3 - 2混凝土受压破坏行为
受压时混凝土破坏机理
混凝土是由水泥浆体和骨料组成的混合物，它们各自在受压时具有本质上的线性和脆性的应力-应变关系。脆性材料倾向于形成垂直于最大拉应变方向的拉伸断裂。因此，当混凝土受到单轴压缩荷载时，裂缝往往平行于最大压应力发展。在圆柱体试验中，试验机头与圆柱体端部之间的摩擦阻止了圆柱体端部的横向膨胀，从而抑制了这些区域的竖向开裂。这加强了圆筒两端的锥形区域。发生在筒体中部高度的垂直裂纹不进入这些圆锥区域，失效面似乎由两个圆锥组成。
虽然混凝土本质上是由弹性、脆性材料组成的，但其应力-应变曲线是非线性的，似乎有些韧性。这可以解释为混凝土内部微裂纹的逐渐发展以及由此导致的应力从混凝土中的元素重新分配[ 3 - 1 ]。微裂纹为内部裂纹至长。沿浆体与骨料界面产生的微裂纹称为粘结裂纹，那些在骨料片之间跨越砂浆的微裂纹称为砂浆裂纹
混凝土在单轴压缩荷载作用下的微裂缝和破坏发展主要有4个阶段：
1 .浆体在水化过程中发生收缩，混凝土的这种体积变化受到骨料的约束。由此产生的拉应力导致混凝土在加载前出现空载粘结裂缝。这些裂缝在低荷载作用下对混凝土影响不大，应力-应变曲线保持线性，可达混凝土抗压强度的30 %，如图3 - 1中实线所示。
2 .当混凝土承受大于其抗压强度30 % ~ 40 %的应力时，骨料颗粒斜面的应力将超过浆-骨料界面的拉剪强度，并产生新的裂缝，称为粘结裂缝。这些裂纹是稳定的，只有当载荷增加时才会扩展。然而，一旦形成这样的裂缝，任何本来会通过裂缝界面传递的附加荷载都会重新分配到剩馀未破裂的界面和砂浆中。这种载荷重新分配使应力-应变曲线逐渐弯曲，超过40 %的短期强度。键的丢失导致楔形作用，引起骨料上下的横向张力。
3 .当荷载增加到极限荷载的50 %或60 %以上时，局部砂浆裂缝在粘结裂缝之间发展。这些裂纹与压缩荷载平行发展，是由于横向拉应变引起的。此阶段有稳定的裂纹扩展，裂纹随着载荷的增加而增加，但在恒定载荷下不增加。这种加载阶段的开始称为间断极限[ 3 - 2 ]。
4 .在极限荷载的75 % ~ 80 %时，砂浆裂缝数量开始增加，开始形成连续的微裂缝格局。因此，承载荷载的未损伤部分较少，应力-纵向-应变曲线变得更加明显的非线性。这种开裂阶段的开始称为临界应力[ 3-3 ]。
如果将横向应变与纵向压应力作图，则图3 - 1结果中的虚线。侧向应变是拉伸的，并最初增加，从泊松效应可以预期。随着微裂纹的扩展，这些裂纹贡献了明显的横向应变。因为载荷超过极限的75 %到80 %
抗压强度，裂缝和侧向应变迅速增大，体积应变(体积相对增大)开始增大，如图3 - 1中的折线所示。
临界压力很大有几个原因。随之而来的体积增大会对箍筋、螺旋或其他约束钢筋产生向外的压力，进而抑制混凝土的侧向膨胀，从而延缓其崩解。
同样重要的是，当荷载大于临界荷载时，混凝土结构往往变得不稳定。在大于短时强度75 %左右的应力作用下，应变增加越来越迅速，直至失效。图3 - 2a所示为混凝土快速加载到其短期强度各组分的应变-时间响应，随着这种载荷的持续很长时间或直到失效。如图3 - 2b所示，承受大于临界荷载的持续轴向荷载作用的混凝土在该荷载作用下最终会失效。临界压力在0.75到0.80之间.
在循环压缩荷载作用下，轴向加载的混凝土有一个振捣极限，近似等于在临界应力处显著砂浆开裂的起始点。循环轴向应力高于临界应力最终会导致失效。
随着砂浆开裂贯穿混凝土，结构的残馀物越来越少。最终，混凝土未开裂部分的承载力达到最大值，称为抗压强度(图3 - 1 )。进一步的应变伴随着混凝土所能抵抗的应力下降，如图3 - 1中线的虚部所示。
在梁的受压区，图3 - 1所示的不稳定裂缝扩展阶段的影响减小了，因为随着砂浆开裂软化了高应变混凝土，荷载在靠近中性轴的较低应变点转移到了较硬、较稳定的混凝土上。此外，在接近中性轴的混凝土中，稳定的应变状态阻止了高应力区域的持续应变和相应的砂浆开裂。因此，稳定-裂缝-扩展阶段几乎延伸到混凝土的极限强度。
试验[ 3 - 5 ]认为，加载或不加载一个应变梯度直至最大应力点的混凝土应力-应变曲线无明显差异。然而，应变梯度的存在似乎确实增加了构件中可以达到的最大应变。
图3 - 2c中虚线表示短时抗压强度随时间的增益。由图3 - 2b绘制的浸渍固体线为对数时间尺度下的失效界限线。这些线条表明，由于持续的高载荷，强度有永久的降低。对于年轻时加载的混凝土，几个小时后达到最小强度。如果此时混凝土不发生破坏，则可以无限期地承受荷载。对于高龄期加载的混凝土，由于持续高荷载而导致的强度下降可能无法恢复。
CEB-FIP模型代码1990 [ 3 - 6 ]给出了图3 - 2c中虚线和实线的方程。冲击韧性曲线(短时抗压强度随时间变化)也可用Eq表示。( 3-5 )，本章后面给出。
在单轴拉伸载荷作用下，拉应变集中处产生了小的局部裂纹，这些裂纹缓解了这些应变集中。这种加载初始阶段，在裂纹稳定萌生阶段产生了本质上线性的应力-应变曲线。在经历了很短的稳定裂纹扩展间隔后，就会发生不稳定裂纹扩展和断裂。开裂方向与主拉应力应变垂直。
3 - 3混凝土抗压强度
通常，混凝土强度是指通过标准试验筒的压缩试验测得的单轴抗压强度，因为该试验用于监测混凝土强度以达到质量控制或验收的目的。为了方便，其他强度参数，如拉伸强度或粘结强度，相对于抗压强度表示。
标准抗压强度试验
测定混凝土强度的标准验收试验包括对直径为12英寸高的6英寸圆柱体进行短期压缩试验，并按照ASTM标准C31和C39进行制作、养护和试验。ACI代码第5.6.2.4节现在也允许使用按照同样的ASTM标准测试的4 - 8钢瓶。
进行验收试验的试验钢瓶必须允许在60 ~ 80°F的工作场所在其模具中硬化24h，防止水分散失和热量过多，然后必须在潮湿的房间中73°F固化或浸入石灰饱和的水中。混凝土28 d龄期进行标准验收试验。
现场固化的测试圆柱体经常用来确定何时可以移除表单或何时可以使用结构。这些应尽量保存在结构中那个混凝土的位置附近，并应以尽可能接近结构中混凝土使用的方式固化。
标准强度'试验'是指在28天(或更早龄期，如有规定的话)测试同一混凝土批次的2个6比12英寸或3个4比8英寸的强度平均值。这些都是以每秒约35 psi的加载速率进行测试，在至3min时产生气缸失效。对于高强混凝土，验收试验有时是在56天或90天进行，因为有些高强混凝土比普通混凝土需要更长的时间才能达到设计强度。
传统上，抗压强度测试采用6个12英寸的圆柱体。对于高强混凝土，一些试验机的轴向刚度与被测圆柱体的轴向刚度接近。在这种情况下，试验缸破碎开始时机器释放的应变能导致缸体发生脆性破坏。这会造成实测的减小，这通过测试4-8.圆柱来缓解，其轴向刚度小于6-12圆柱的1 / 5 [ 3 - 7 ]报告了名义强度分别为5000、13，000和17，500psi的8英寸、6英寸和4英寸混凝土圆柱体的试验，其中有些强度在空气中养护，或密封养护，或在石灰水浴中养护。
在养护7、28和91天时，水养护试件和密封试件的强度大致相同。 [ 3 - 7 ]得出结论，4英寸和6英寸直径的圆柱体的强度相似。这说明4-8圆柱的强度将与6-12圆柱的强度相近，4-8.圆柱可作为控制试验。
ACI委员会1993年关于高强混凝土的报告中引用的其他研究[ 3 - 8 ]给出了不同的转换因子。报告的结论是，4 - 8英寸控制缸比6 - 12英寸控制缸具有更高的强度和更大的变异系数。
混凝土强度的统计变异
混凝土是水、水泥、骨料和空气的混合物。这些组分的性质或比例的变化，以及混凝土的运输、放置和压实的变化，导致成品混凝土强度的变化。此外，试验的差异将导致强度的明显差异。图3 - 3中阴影区域显示了176个混凝土强度试验样本的强度分布。
平均或平均强度为3940 psi，但一次测试的强度低到 2020 psi和一个高达6090 psi。
如果有30多种试验可用，强度一般会近似服从正态分布。图3 ~ 3所示的正态分布曲线为
关于数据的平均值对称。数据的分散性可以通过样本标准差s来衡量，s为强度与其均值的均方根偏差：
标准差除以平均值称为变异系数，V：
这使得在分数或百分比基础上而不是绝对基础上表达离散程度成为可能。图3 - 3中混凝土试验数据的标准偏差为615psi，变异系数为15.6 %。
如果数据对应一个正态分布，则可以从这样一条曲线的性质来预测它们的分布。因此，68.3 %的数据将在均值以上或均值以下的1个标准差之内。或者，15.6 %的数据会有值小于对于正态分布，10 %的数据，或者10中的1次检验，其值都会小于其中，与其他概率相对应的值可以在统计文本中找到。
图3 - 4所示为10中不超过1次试验的变异系数的各种值所需的平均混凝土强度，即强度小于3000 psi。如图所示，随着变异系数的减小，满足这一要求所需的平均强度的值也可以减小。
根据美国垦务局在大型项目上的经验，ACI 委员会214 [ 3-9 ]对中强度混凝土的各种控制标准进行了规定。变异系数15 %代表平均控制。(见图3 - 4 ) 约有十分之一的研究项目变异系数小于10 %，
被称为优良对照，另有十分之一的值大于20 %，被称为较差对照。对于低强度混凝土，平均控制值对应的变异系数在4000 psi左右，标准差趋于与平均强度无关，平均控制值s在600 psi左右[ 3 - 9 ]。图3 - 3所示的试验数据符合委员会214定义的平均值控制。
2001年，Nowak和Szerszen [ 3 - 10 ]和[ 3 - 11 ]从美国各地的消息来源收集了具体的控制数据。数据汇总于表3 - 1。混凝土控制程度比ACI委员会214假定的要好得多。特别是Nowak和Szerszen报告的变异系数的平均值远低于ACI 214认为代表良好控制的百分比。表3 - 1中，变异系数范围为0.07 ~ 0.115，除1个例外(轻质混凝土)。这种范围的混凝土变异性似乎代表了现代预拌厂生产的混凝土，它代表了北美绝大多数混凝土。Nowak和Szerszen推荐单一的It值，就会显得这是现代即拌混凝土的一个lsquo;属性rsquo;。
Nowak和Szerszen建议3000psi混凝土的平均试验强度与指定强度之比可取，在psi和psi处线性递减至1.14
为强度较高的常数。但是，平均强度比不能认为是现代混凝土的一种性质，因为一个配合比设计人员在配合比设计时很容易增加或减少这一点。表3 - 1中的数据显示了以下不同程度混凝土控制的变异系数：
控制不良：Vgt;0.140
均压控制：V=0.105
良好的控制：Vlt;0.070
建筑——抗压强度的规范定义
规定的抗压强度，是在湿润养护28 d后测试的6-12或4-8圆柱体上进行压缩试验测得的。这是施工图上指定并用于计算的强度。如图3 - 4所示，规定强度小于平均强度。混凝土所需的平均强度必须至少是( ACI守则第5.3.2.1节)：
指定抗压强度，小于或等于5000psi：
使用更大的值
指定抗压强度，大于5000psi：
使用更大的值
其中s为根据ACI规范5.3 . 1节确定的标准偏差。如果不知道标准差，则给出特殊规则。
方程( 3 - 3a )和( 3 - 4a )给出了确保任何连续三次强度试验的平均值低于指定强度的概率不超过100 %所需的最低平均强度。或者，它保证了11种不超过1的概率，任何一次测试都会落在下面。式( 3 - 3b )给出了最低的平均强度，以保证100中不超过1的概率，任何个体强度测试都会低于规定强度500 psi。对应所需平均强度的线条如图3 - 4所示。在这些定义中，一个试验是两个6比12英寸圆柱试验或三个4比8英寸圆柱试验的平均值。
对于任何一个测试，Eqs( 3 - 3a和b )和( 3 - 4a和b )给出了0.99的概率，即单个测试将比指定强度下降500 psi以上，相当于强度不足的0.01机会。这并不能保证低测试的数量是可以接受的，
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