鋼索同位性配筋率對(duì)混凝土斷裂的影響

混凝土斷裂是混凝土材料由于裂縫的形成和發(fā)展造成的破壞?；炷劣捎谑┕て跍囟瓤刂撇划?dāng)或其他原因，會(huì)出現(xiàn)微細(xì)裂縫。在工作期間，由于荷載和溫度變化等因素，這些微細(xì)裂縫會(huì)發(fā)展，部分連通、合并成一條或多條宏觀裂縫并逐步擴(kuò)展，最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。在裂縫尖端兩側(cè)混凝土表面粘貼的應(yīng)變片顯示，在混凝土開裂之前，隨著荷載的增加，裂縫尖端兩側(cè)的應(yīng)變也隨著增加，屬于拉應(yīng)變；但在某一時(shí)刻，當(dāng)應(yīng)變?cè)黾拥椒逯禃r(shí)，裂縫尖端處的混凝土由于應(yīng)力集中而開裂，此時(shí)裂縫兩側(cè)的混凝土變形得到釋放，在曲線上反映為拉應(yīng)變不再增加，而荷載繼續(xù)增加。由于縫端混凝土的開裂，其附近的拉應(yīng)力卸載，拉應(yīng)變減小，甚至出現(xiàn)壓應(yīng)變，應(yīng)變峰值所對(duì)應(yīng)的荷載即為起裂荷載。隨著配筋率的逐漸增大，試件發(fā)生失穩(wěn)破壞時(shí)，鋼筋的約束力也在逐漸增大，鋼筋對(duì)混凝土的約束作用也在逐漸增強(qiáng)，但是所有鋼筋均沒(méi)有屈服，屬于超筋破壞。臨界有效裂縫長(zhǎng)度隨著配筋率的增大而逐漸減小，說(shuō)明超筋破壞時(shí)，試件的延性隨著配筋率的增大而逐漸降低。鋼筋混凝土試件的起裂斷裂韌度與配筋率無(wú)關(guān)，是材料固有的一個(gè)參數(shù)，而失穩(wěn)斷裂韌度隨著配筋率的增大而逐漸增大。鋼筋混凝土試件的延性隨著配筋率的增大而逐漸降低。

混凝土是實(shí)際工程中應(yīng)用最廣泛的建筑材料之一，其受力的過(guò)程也就是裂縫產(chǎn)生和擴(kuò)展的過(guò)程，一旦混凝土產(chǎn)生裂縫，在荷載等因素的影響下，這些裂縫會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展，最終導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞。為了抑制裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，防止混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生脆斷現(xiàn)象，通常在混凝土中埋入鋼筋、鋼纖維等抗拉性能好的材料，以彌補(bǔ)混凝土抗拉能力的不足，提高結(jié)構(gòu)的抗破壞能力。鋼筋比，又稱面積配筋率，鋼筋混凝土構(gòu)件中受力鋼筋的總截面積與構(gòu)件截面有效面積的比值，以百分比表示。中國(guó)“規(guī)范”對(duì)一般構(gòu)件的最大、最小配筋率均有規(guī)定。構(gòu)件中配置的鋼筋截面面積與規(guī)定的混凝土截面面積的比值。

最小配筋率式為保證鋼筋混凝土截面所能抵抗的彎矩不致小 于它的抗裂彎矩而規(guī)定的配筋率的下限值，以免構(gòu) 件開裂后鋼筋立即屈服而發(fā)生脆性破壞。歐洲混凝 土協(xié)會(huì)-國(guó)際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì) (CEB-FIP)模式規(guī) 范還根據(jù)裂縫寬度的限值規(guī)定混凝土受拉區(qū)的最小 配筋率，以便保證結(jié)構(gòu)的使用性能良好。受彎構(gòu)件的配筋率達(dá)到相應(yīng)于混凝土即將破壞時(shí)的配筋率，稱為最大配筋率。

彈性模量是材料在外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力與伸長(zhǎng)或壓縮彈性形變之間的關(guān)系。亦稱楊氏模量。其數(shù)值為試樣橫截面所受正應(yīng)力與應(yīng)變之比。它表征材料抵抗變形的能力，與材料的強(qiáng)度、變形、斷裂等性能均有關(guān)系，是材料的重要力學(xué)參數(shù)之一。彈性模量是結(jié)構(gòu)分析的重要參數(shù)，對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)分析時(shí)彈性模量如何取值的問(wèn)題，還沒(méi)有完全解決 一種觀點(diǎn)認(rèn)為鋼筋混凝土的配筋率很小，鋼筋的影響可以忽略不計(jì)，可近似取素混凝土的彈性模量值。但大多數(shù)學(xué)者仍認(rèn)為鋼筋混凝土彈性模量的取值還是應(yīng)該計(jì)入鋼筋的影響。針對(duì)鋼筋混凝土這種復(fù)合材料，劉慶濤提出了運(yùn)用有限元法計(jì)算懸臂梁的撓度，根據(jù)撓度與彈性模量之間的關(guān)系間接獲得復(fù)合材料彈性模量的方法。配筋率對(duì)鋼筋混凝結(jié)構(gòu)彈性模量的影響是明顯的，在結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算中，配筋率較高時(shí)，若忽略鋼筋對(duì)彈性模量的影響，會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果造成誤差。彈性模量與配筋率基本呈線性關(guān)系，鋼筋混凝土復(fù)合材料的彈性模量近似取鋼筋和混凝土兩種材料截面面積的加權(quán)平均值是合理的，在合理的配筋率范圍內(nèi)，誤差不超過(guò)5%。

同位旋（Isospin），為與強(qiáng)相互作用相關(guān)的量子數(shù)。1932年，海森堡為解釋新發(fā)現(xiàn)中子的對(duì)稱性而引入同位旋。對(duì)于強(qiáng)力相同而電荷不同的粒子，可以看作是相同粒子處在不同的電荷狀態(tài)，我們用同位旋來(lái)描述這種狀態(tài)。同位旋并不是自旋，也不具有角動(dòng)量的單位。它是無(wú)量綱的一個(gè)物理量。之所以叫做“同位旋”，只是因?yàn)槠鋽?shù)學(xué)描述與自旋很類似。

在強(qiáng)相互作用過(guò)程中，同位旋守恒，但在弱相互作用、電磁相互作用過(guò)程中，同位旋不一定守恒。強(qiáng)子的同位旋反映了組成強(qiáng)子的上夸克和下夸克之間的對(duì)稱性。同位旋守恒是味守恒的一種。