基本信息
常溫和高溫下混凝土材料和構件的力學性能書名:常溫和高溫下混凝土材料和構件的力學性能出版社:清華大學出版社
定價:58
條形碼:9787302121091
ISBN:ISBN 7-302-12109-5
作者:過鎮海
印刷日期:2006-6-1
出版日期:2006-6-1
精裝平裝_開本_頁數:平裝16開,493頁
中圖法:TU5
中圖法一級分類:建築科學
中圖法二級分類:建築材料
書號:B10036716
內容簡介
本書是鋼筋混凝土材料和構件在常溫和高溫(達900℃)下力學性能的試驗研究論文集，是從作者從事教學和科研工作50年以來所撰寫的多篇論文以及與合作者(包括所指導的研究生)共同發表的約百篇論文中選編而成。全書共有論文35篇，編為6個專題：新型構件和結構，加氣混凝土材料和板材，混凝土的基本力學性能，混凝土的多軸強度和本構關係，材料的高溫性能和耦合本構關係，構件的高溫性能和計算方法。它們從一個側面反映了我國國民經濟和基本建設事業發展和需求的歷程，以及鋼筋混凝土結構工程的實際套用和研究工作技術水平的不斷提升。
書中介紹了有關研究課題的具體試驗研究方案和主要成果，其中屬於套用基礎類的研究成果占很大篇幅。書中提供的試驗數據、性能規律、機理分析、計算模型和公式，以及理論分析方法等可供工程實際套用。此外，書中所展示的開展鋼筋混凝土結構丁程類研究丁作的思路和方法，也將對研究人員有所啟示。書中特彆強調了突破試驗技術的障礙，自行設計新型試驗方法和研製專用試驗設備的重要性。例如書中創建的疊合梁的二階段載入試驗方法，混凝土受壓和受拉應力應變全曲線的試驗量測方法，混凝土立方試件的真三軸載入設備，以及材料和構件的高溫試驗爐等，對於開拓新的研究領域，提高研究水平，深人揭示重要的力學現象和規律，提供機理分析和物理模型，獲取高質量研究成果等起了決定性的作用。
本書可供從事結構工程的科研和設計技術人員，以及高等學校結構工程類專業的師生在研究、設計和教學工作中作參考。
序
過鎮海教授是我國結構工程界的著名學者，他長期從事混凝土結構的科研與教學工作，發表過多本專著和大量論文，並積極組織和參與相關的學術活動，對推動我國混凝土結構工程學科的發展起到了很大的作用。
這本文集選編了作者在混凝土結構幾個重要研究方向上的論文和報告，反映了作者從20世紀50年代以來不同時期所從事的主要研究工作概貌。這些論文有的雖曾在刊物上公開發表過，但受期刊篇幅所限未能展示全貌， 而在這一文集內就能見到更為詳細的數據和完整的闡述。也有的論文在當初發表時的印數很少， 現已難以尋覓，這次重印得以解決一些讀者的需要。例如，文集中編入的《鋼筋混凝土肋形樓蓋實測研究》一文，是作者在20世紀60年代對北京一幢磚混結構辦公樓的性能測試研究， 它真實地揭示了磚混結構房屋的實際工作性能與理論計算之間可能存在的重大差異，是一項很有價值並對工程設計人員極具啟示性的成果，過去只在清華大學土木系的一本交流資料中刊載過，知道的人非常少。
我們在這本文集中可以看到，其中的許多研究內容，例如疊合梁的性能、混凝上應力-應變全曲線及其試驗方法、混凝土真三軸試驗裝置的研製、混凝土在多軸受力下的性能、混凝土材料及其構件在高溫下的試驗與分析等，都是國內在這些研究方向上最早進行並最早取得的成果。作者的這些工作，起到了先導作用，並為後來的研究者所廣泛引用。
這本文集不僅反映了作者在學科領域上的貢獻，也體現了他嚴謹治學、聯繫實際、腳踏實地、深入試驗的作風與理念。為了獲得混凝土在複雜應力狀態下的本構關係，過鎮海教授靠的並不是進口設備，而是利用實驗室內一台極端老舊的普通壓力試驗機，經過改裝並與校外的液壓專業技術人員合作，共同研製出國內第一台可以在三軸方向上同時進行拉壓的真三軸試驗裝置。為了從事火災下混凝土及其構件性能的研究，也是自行研製多個高溫爐設備。在清華大學的工程結構實驗室內，有午多基本的試驗裝置都是過鎮海教授設計的，參與試驗研究的教師也多自行研製載入或量測工具。可惜這種自力更生的精神如今逐漸淡薄了，年輕人中願意在試驗室內摸爬滾打的也越來越少了。像混凝土結構這樣的研究對象，如果不是通過試驗，不在試驗或工程實踐中踏踏實實地乾，僅靠計算機的虛擬或理論上的演繹， 恐怕難以得出可用的成果。從過鎮海教授的實踐中，也許我們可以體會到這一道理。
我有幸與過鎮海教授共事幾十年，他身上有太多東西值得我們學習。在他辛勤耕耘混凝土結構領域正值半個世紀的時刻，我衷心祝賀這一文集的出版發行。
清華大學土木系教授 陳肇元
2004年7月13日
前言
這是一本鋼筋混凝土材料和構件在常溫和高溫(達900℃)下力學性能的試驗研究論文選集。
從20世紀50年代中期起，作者開始從業於高等學校的工程教學工作，幾乎同時踏進了鋼筋混凝土結構的科學研究門檻，延續到跨入新世紀的今日，已歷時約50年。這期間，作者曾相繼參加和主持了不同類型的多項課題的研究工作，在完成研究任務的同時，以多種形式發表了研究論文約百篇(詳見附錄)。
這些先後發表的論文，從一個側面反映了我國國民經濟和基本建設事業發展和需求的歷程，以及鋼筋混凝土結構工程的實際套用和研究工作技術水平的不斷提升。
●新中國成立初期，建築鋼材奇缺，開展了混凝土結構中鋼筋代用品，如竹筋和球墨鑄鐵筋的試探性研究。
●20世紀50年代後期，預應力作為提高混凝土構件質量、節約鋼材和擴大套用範圍的新技術被引入我國，並首先在當時大量建設的單層工業廠房中廣泛套用。尋求新型、合理的大跨屋架和承受疲勞荷載的吊車梁成為首需。此後，又推廣至各種特殊結構，如高壓輸電線路的大型桿塔等。
●20世紀60年代初國民經濟的調整期，基本建設緊縮，對已建工程進行質量檢查，對工程事故加以處理。已交付使用的某小辦公樓，被發現其肋形樓蓋的設計中存在計算錯誤，通過現場載入的實測試驗，探明了磚-混凝土混合結構的實際整體工作性能。
●20世紀60年代中期，多層工業和民用建築中推廣裝配整體式框架體系，促使了二次受力疊合梁和新型梁-柱、柱-柱節點的研究。
●全國"文化大革命"千年災難時期，百業凋零，科研工作幾近停頓，試驗室癱瘓。
●20世紀70年代，為減輕與農爭田，尋找粘土磚的替代，並發展工業化生產的新型建築(結構)材料，從國外引進了輕質材料(如加氣混凝土) 的生產設備和技術。為了在國內推廣套用，對加氣混凝土的材料和配筋板材、砌體構件等進行了系統性試驗研究，為制定"蒸壓加氣混凝土套用技術規程 (JGJ 17-1984)"奠定了基礎。
●1976年唐山的毀滅性大地震，造成人民生命財產和國家經濟、物資的慘重損失。為保證結構安全、庇護生命和財富，必須深入研究結構的抗震性能，特別是混凝土開裂，甚至鋼筋屈服後的構件性能。混凝土材料在單調載入和反覆載入情況下的受壓和受拉應力-應變全曲線 (包括上升段和下降段)成為結構非線性抗震分析的基礎。箍筋約束混凝土是提高構件抗震性能的有效而簡易的措施，認識其受力機理，並提供計算方法是必要的。
●20世紀80年代我國國民經濟迅速發展，各個領域中的多項重大結構工程紛紛興建，例如高大水壩、核電站、海洋工程、重型模鍛水壓機等。這些工程大多為三維或二維結構，在分析和設計過程中必須掌握混凝土的多軸強度和本構關係。在同一時期，計算機技術飛速發展和普及，有限元分析方法漸趨成熟，二者的完美結合構成了強有力的手段，使得複雜結構的準確分析和合理設計迎刃而解。同時推動了混凝土非線性本構(應力-應變)關係的深入研究。
以上二項課題中的論文，都是國內最先開展研究並取得的成果，主要內容已納入"混凝土結構設計規範(GB 50010--2002)"。
●20世紀90年代後，我國城市化趨勢加速，高層建築普遍興建，人口和財產大量集中，建築火災成為嚴重威脅，防火和抗火成為亟待解決的重大問題。混凝土和鋼材的力學性能在高溫下嚴重惡化，致使結構和構件的承載力在火災時急劇降低，是釀成事故的主要原因。因此對材料和結構的高溫性能反應，以及相應的分析方法進行系統的試驗研究是必要和適時的。論文中特彆強調了溫度和應力 (荷載)的耦合作用對材料和構件性能的特殊影響。
在所有論文中，選擇有代表性和啟發性的，以及在發表當時有較大影響或至今和以後仍有一定價值的論文共35篇，編成六個專題即6篇構成本書。這些論文按發表年代劃分為三個時期，研究對象具有不同的特點：書中第1、2篇(1956--1980年)為新型結構(構件)和新材料的工程套用類研究；第3、4篇 (1980--1996年)注重於混凝土的基本力學性能和多軸強度、本構關係的基本規律，屬套用基礎類研究；第5、6篇(1990年以後)則為混凝土材料和構件在高溫(抗火)下特殊性能的全面、系統性試驗研究。
鋼筋混凝土是我國結構工程中最廣泛、大量套用的材料。鋼筋混凝土學科從屬於結構工程科學，研究的課題必須服務於結構工程，但可以是立見成效地即時為具體工程項目服務，也可以是套用基礎類研究，為今後的、普遍的工程建設服務。
混凝土是一種人工合成的地方性材料，其力學性能顯著地呈現非勻質、非線性和變異大等特點，且直接地影響混凝土構件和結構的性能。當研究課題確定後，為獲得合理的高水平成果，切實解決工程問題，必須有相適應的科學研究方法。本書中各論文的主要特點是立足於試驗研究，一般的研究過程如下：全面、深入地調研結構工程中提出的問題和國內外的研究現狀；制定周密的試驗研究大綱和實施方案；進行準確而足量的試驗和量測；細緻觀察材料和結構的各種力學反應過程；歸納和發現力學性能的變化規律；分析受力、變形和破壞的機理；尋找合理的力學模型和數學表達；必要的理論運算和驗證；建立適合工程套用的簡明計算方法；最終通過實際工程或更多試驗加以驗證或作出修正。
在開展鋼筋混凝土結構的試驗研究工作時，突破現有試驗技術的障礙，自行設計新型的試驗方法和研製專用的試驗設備，對於創建新的研究領域，提高研究水平，揭示重要的力學現象和規律，提供機理分析和物理模型，獲取高質量成果有著特別重要的意義。本書中論文5設計的二階段載入試驗方法，揭示了疊合梁的"超應力現象"和"存在假定拉力"等特殊性能，為正確分析疊合梁的受力特點和提供設計方法奠定了理論基礎；論文9和12設計的用液壓千斤頂和剛性框架增強普通液壓試驗機的剛度，在我國首次順利地量測和記錄了混凝土的受壓和受拉應力-應變全曲線(下降段)。至於研製成的"混凝土真三軸載入設備"(論文14)和混凝土材料和構件的"高溫試驗爐"(論文21、27)，更是為相應的研究課題開闢了寬廣的研究領域，通過大量的試驗，獲得了全面、系統的研究成果。
所以，讀者從本書中不僅可了解有關研究課題的具體試驗方案和主要研究成果，並獲取所需的試驗數據、研究結論、分析方法和計算公式，而且如果注意書中所展示的開展科研工作的思路和試驗研究的方法(途徑)，必將大有裨益。
很明顯，本書是作者所在研究群體共同勞動的結晶，反映了合作研究的成果。在所選編的35篇論文中，僅在標題下直接署名和各首頁末提到的參加研究工作的就超過60人，再加上雖未具名而在試驗研究全過程中曾實際參與者，總數約計百人。他們中有：
帶領筆者進入科學殿堂，並加以關心和指導的師長，如吳柳生、陳致忠、王傳志教授；
共同勞動和思索、出汗和熬夜，相幫助、同憂喜的同事們，如甄文鐸、張秀琴、時旭東副教授；
提供研究課題和工程經驗，並直接參與試驗研究工作的協作單位(如北京市建築設計研究院，北京加氣混凝土廠，中國建築東北設計院) 的工程師和技術工人；
配合研製試驗設備、開發新型試驗方法，以及進行大量試驗準備和量測工作、製作專用試件的本校工程結構試驗室的試驗技術人員和工人；
還有既參加試驗研究工作又從中學習的在讀博士和碩士研究生，以及相配合的本科(畢業班)學生。從20世紀80年代起，他(她)們成為了高等學校的骨幹科研力量，承擔了大部分的試驗準備、量測和分析工作，本書中也融入了他們的大量勞動成果和創造性思維。
正是由於所有參與者的共同努力和鑽研、相互協作和·啟發，才能/頃利地完成各項科研任務，獲取滿意的成果，從而為本書提供豐富的素材和堅實的基礎。
本書中選編的論文，大多數發表在公開出版的國內外學術期刊、專題研究報告集和學術會議論文集上。早期的論文較多以單行本刊印 (鉛印或油印)、作為內部資料通過交流方式發行。由於各論文刊出的年代和方式的不同，致使其排版格式和版面效果多有差別。本書編纂時作統一處理如下：
版面--統一排版格式，字型的種類和大小，調整插圖的位置和尺寸，編寫規則力求一致；而文中關鍵字和英文摘要的有無，參考文獻的格式等，仍按原樣保留；
刪節--原文中的過繁計算過程，不同論文間的重複闡述，模糊不清的照片，以及現在已不通行的俄文的論文名和摘要等，予以刪除；改錯--原文中的錯別字和標點符號，以及圖文表達不規範、詞語不達意等處，在保持原意的情況下作少量訂正；
早期論文中特有的問題--繁體漢字改為標準簡體字。不合現今標準的計量單位未予更改，但給出基本單位的換算表(見17頁)。與今不同的專業術語和物理量的名稱和符號，例如水泥的標號，混凝土的強度等級，鋼筋的強度等級和種類等，在文中有明確說明者仍予保留，讀者不難理解，套用時可作必要的置換。
此外，在各篇論文的標題下面標明原刊載方式、所在處和時間，以便查對。與每篇論文密切相關的其他研究內容和成果，請從附錄所列論文目錄或專著中查閱。
在本書付梓之時，作者謹以衷心的謝意致向：曾共同進行並完成各項課題的試驗研究任務的師長、同事、研究生和本科生與協作單位的技術人員，以及試驗室的技術人員和工人；為有關科研項目提供經費資助的國家自然科學基金、國家科委"863"高科技計畫、國家教委博士點科研基金等組織，以及有關協作單位；為出版提供經費資助、編輯和審校的組織和人員。對多年來一直在工作上給予支持和幫助，並為本書撰寫序的中國工程院院士陳肇元教授致以特別的謝意。
限於作者的學術水平和分析能力，書中的不足甚或謬誤之處難免。特別是早期發表的論文，問題更多，如今讀之汗顏。敬請專家和讀者批評指正。
過鎮海
於清華園荷清苑
2004年7月
目錄
第1篇 新型構件和結構的試驗研究
1 18公尺預應力混凝土桿件拼裝式桁架設計試驗總結3
2 6米30噸預應力鋼筋混凝土疊合式吊車梁靜力及多次重複荷重下的工作性能18
3 660千伏超高壓輸電線路預應力混凝土三鉸拱形直線桿塔設計試驗研究31
4 鋼筋混凝土肋形樓蓋實測研究49
5 鋼筋混凝土疊合梁(疊合前後二次受力)的受力性能和設計方法試驗研究63
第2篇 加氣混凝土材料和板材的力學性能
6 加氣混凝土的力學性能93
7 鋼筋調直蒸養後的強度107
8 配筋加氣混凝土受彎構件鑑定技術報告116
第3篇 混凝土的基本力學性能
9 混凝土應力-應變全曲線的試驗研究133
10 混凝土在反覆荷載作用下的應力-應變全曲線150
11 箍筋約束混凝土的受力機理及應力-應變全曲線的計算157
12 混凝土受拉應力-變形全曲線的試驗研究180
13 混凝土抗剪強度和剪下變形的研究193
第4篇 混凝土的多軸強度和本構關係
14 混凝土真三軸載入設備的研製207
15 二軸和三軸受壓混凝土的強度試驗218
16 多軸應力下混凝土的強度和破壞準則研究232
17 混凝土非線彈性正交異性本構模型249
18 不同應力途徑下混凝土多軸受壓強度的試驗研究257
19 重複荷載作用下混凝土二軸受壓性能的試驗研究271
20 定側壓下混凝土二軸受壓變形特性的試驗研究292
第5篇 材料的高溫力學性能和本構關係
21 高溫下混凝土的強度和變形性能試驗研究305
22 混凝土在不同應力-溫度途徑下的變形試驗和本構關係318
23 溫度升降循環下混凝土變形性能的試驗研究331
24 混凝土的溫度-應力耦合本構關係342
25 高溫下Ⅰ～Ⅴ級鋼筋的強度和變形試驗研究350
第6篇 高溫下混凝土構件的性能和分析
26 高溫下鋼筋混凝土受力性能的試驗研究365
27 高溫下鋼筋混凝土簡支梁受力性能的試驗研究384
28 三面受火鋼筋混凝土軸心受壓柱的受力性能試驗研究393
29 三面受熱鋼筋混凝土偏心受壓柱的試驗研究409
30 不同溫度工況下鋼筋混凝土偏壓構件受力性能的對比試驗研究419
31 兩面高溫下鋼筋混凝土壓彎構件的試驗研究430
32 高溫下鋼筋混凝土連續梁的受力性能試驗研究440
33 高溫下鋼筋混凝土框架的受力性能試驗研究452
34 高溫下鋼筋混凝土壓彎構件極限承載力簡化計算470
35 有應力史差非勻質截面軸心受壓桿的性能研究478
附錄 發表的論文485
