混凝土的变形（Deformation of Concrete）有与荷载有关的变形和与荷载无关的变形两种，如下所示：
2.1.3.1 一次短期加载下混凝土的变形性能
1.棱柱体试件测定的混凝土受压时应力—应变全曲线
混凝土受压时的应力—应变关系是混凝土最基本的力学性能之一。我国采用棱柱体试件测定一次短期加载下混凝土受压应力—应变全曲线。图2.2 所示为实测的典型混凝土棱柱体受压应力—应变全曲线。从图中可以看到，曲线包括上升段 （OC 段）和下降段 （CF 段）。
上升段又可以分为三段：
（1）OA 段：应力较小，σ≤0.3fc，混凝土表现出理想的弹性性质，σ—ε关系呈直线变化，混凝土内部初始微裂缝没有发展。
（2）AB 段：σ＝（0.3 ～0.8）fc，混凝土表现出非弹性性质，σ—ε关系偏离直线，ε增长速度比σ增长速度快，混凝土所表现的这种性质称为弹塑性性质，此时应变值包括弹性应变（卸载后立即恢复）、弹性后效（迟弹性应变）和塑性应变 （残余应变），在此阶段，混凝土内部微裂缝已有所发展，但处于稳定状态。
（3）BC 段：σ＝（0.8 ～1.0）fc，由于混凝土内部组织结构进入破坏阶段，塑性变形增长速度比应力增长速度更加加快，混凝土内部微裂缝进入非稳定状态。当应力达到fc（即C 点时），混凝土发挥出它受压时的最大承载能力，即轴心抗压强度。此时，混凝土内部微裂缝已延伸扩展成若干通缝。相当于最大应力的应变值ε0，即峰值应变。ε0一般随混凝土强度等级不同在1.5×10—3～2.5×10—3之间变动，实用中通常取ε0＝2×10—3。
图2.2 混凝土棱柱体受压应力—应变曲线
下降段[4]是混凝土到达峰值应力后，裂缝迅速扩展、不断贯通，内部结构的整体受到愈来愈严重的破坏，赖以传递荷载的传力路线不断减少，试件的平均应力强度下降，曲线出现 “拐点”。尔后，只靠骨料间的咬合力及摩擦力与残余承压面来承受荷载，变形急剧增加，曲线出现“收敛点”。贯通的主裂缝非常宽，内聚力几乎耗尽，对无侧向约束的混凝土，收敛段EF 已失去结构意义。
2.混凝土单轴向受压应力—应变曲线的数学模型
为了对混凝土结构进行定量分析，需建立混凝土应力—应变关系的数学表达式。国内外现有不下十种混凝土材料的本构关系，但目前常见的描述混凝土单轴向受压应力—应变曲线的数学模型有两种：①美国E.Hognestad 建议的模型；②德国Rüsch 建议的模型。欧洲混凝土协会 （CEB）规范、国际预应力学会（FIP）规范和我国规范均采用德国Rüsch 建议的模型。如图2.3 所示，是德国Rüsch 建议的模型，该模型形式比较简单，上升段采用二次抛物线，下降段则采用水平直线。
图2.3 Rüsch建议的应力—应变曲线
式中：ε0＝0.002；εu＝0.0035。
3.混凝土的变形模量
与弹性材料不同，混凝土受压应力—应变关系是一条曲线，在不同的应力阶段，应力与应变之比的变形模量是一个变数。混凝土的变形模量有如下三种表示方法。
（1）混凝土的弹性模量 （即原点模量）[5]。如图2.4 所示，混凝土棱柱体受压时，在应力—应变曲线的原点 （图中的O 点）作一条切线，其斜率为混凝土的原点模量，称为弹性模量，以Ec[6]表示。
式中 α0——混凝土应力—应变曲线在原点处的切线与横坐标的夹角。
目前，各国对弹性模量的试验方法尚无统一的标准。当混凝土进入塑性阶段后，初始的弹性模量已不能反映这时的应力—应变性质，因此，有时用变形模量或切线模量来表示这时的混凝土应力—应变关系。
（2）混凝土变形模量 （即弹塑性模量或割线模量）。连接图2.4 中O 点至曲线任一点应力为σc处割线的斜率，称为任意点割线模量或称变形模量。以E′c表示。
(www.xing528.com)
这时，由于总变形εc中包含了弹性变形εela和塑性变形εpla两部分，因此所确定的模量也可称为弹塑性模量或割线模量。混凝土的变形模量是个变值，它随应力大小而不同。
（3）混凝土切线模量。在混凝土应力—应变曲线上某一应力σc处作一条切线，其应力增量与应变增量之比值称为相应于应力σc时混凝土的切线模量。
可以看出，混凝土的切线模量是一个变值，它随着混凝土的应力增大而减小。
2.1.3.2 荷载长期作用下混凝土的变形性能——徐变
结构或材料承受的荷载不变，而应变或变形随时间增长的现象称为徐变。混凝土的徐变特性主要与时间参数有关。一般，徐变开始增长较快，以后逐渐减慢，经过较长时间（一年左右）后就逐渐趋于稳定，一般认为3 年左右徐变基本终止。
试验表明：
（1）混凝土的徐变与混凝土的应力大小有着密切的关系，应力越大徐变也越大；加载时混凝土的龄期越早，徐变越大。
（2）混凝土的组成成分对徐变也有很大影响，水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐变也越大。
（3）骨料弹性性质也明显地影响徐变值，一般的，骨料越坚硬，弹性模量越高，对水泥石徐变的约束作用越大，混凝土的徐变越小。
图2.4 混凝土变形模量的表示方法
（4）混凝土的制作方法、养护条件，特别是养护时的温度和湿度对徐变也有重要影响，养护时温度高、湿度大，水泥水化作用充分，徐变越小。而受到荷载作用后所处的环境温度越高、湿度越低，则徐变越大。
（5）构件的形状、尺寸也会影响徐变值，大尺寸试件内部失水受到限制，徐变减小，钢筋的存在等对徐变也有影响。
徐变对混凝土结构和构件的工作性能有很大的影响。由于混凝土的徐变，会使构件的变形增加，在钢筋混凝土截面中引起应力重分布。在预应力混凝土结构中会造成预应力损失。
影响混凝土徐变的因素很多，通常认为混凝土产生徐变的原因主要可归结为三个方面：①内在因素；②环境因素；③应力因素。在应力不大的情况下，混凝土凝结硬化后，骨料之间的水泥浆，一部分变成完全弹性结晶体，另一方面是充填在晶体间的凝胶体，它具有黏性流动的性质。当施加荷载时，在加载的瞬间结晶体与凝胶体共同承受荷载。其后，随着时间的推移，凝胶体由于黏性流动而逐渐卸载，此时晶体承受了更多的外力并产生弹性变形。在这个过程中，从水泥凝胶体向水泥结晶体应力重新分布，从而使混凝土徐变变形增加。在应力较大的情况下，混凝土内部微裂缝在荷载长期作用下不断发展和增加，也将导致混凝土变形的增加。
2.1.3.3 混凝土的收缩与膨胀
混凝土凝结硬化时，在空气中体积收缩，在水中体积膨胀。通常，收缩值比膨胀值大很多。混凝土的收缩值随着时间而增长，蒸汽养护混凝土的收缩值要小于常温养护下的收缩值。这是因为混凝土在蒸汽养护过程中，高温高湿的条件加速了水泥的水化和凝结硬化，一部分游离水由于水泥水化作用被快速吸收，使脱离试件表面蒸发的游离水减小，因此其收缩变形减小。养护不好以及混凝土构件的四周受约束从而阻止混凝土收缩时，会使混凝土构件表面或水泥地面上出现收缩裂缝。
影响混凝土收缩的因素有：
（1）水泥的品种：水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越大。
（2）水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，收缩也越大。
（3）骨料的性质：骨料的弹性模量大，收缩小。
（4）养护条件：在结硬过程中周围温度、湿度越大，收缩越小。
（5）混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。
（6）使用环境：使用环境温度、湿度大时，收缩小。
（7）构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
