内容简介

本书是作者与其合作者，以及他们所指导的研究生们多年来在混凝土强度和变形方面的试验和理

论研究成果的汇集和总结。

全书分作上、下两篇，共16章。主要内容在上篇有：混凝土力学性能的基本特点，单轴受压、受拉和

剪切作用下的强度和变形规律，不同强度等级、应变（力）梯度、重复加卸载等情况下的性能；下篇有：混

凝土的多轴试验技术，多轴强度和变形的一般规律，破坏形态和机理、破坏包络面和准则表达式，非线弹

性本构模型，以及非单调比例加载时的性能等。

本书着重总结有关试验研究结果，分析混凝土受力性能的机理和一般规律，最终表达为适当的本构

模型，以便在理论分析和处理实际工程问题中应用。可供高等院校有关专业的师生，以及从事结构工程

的科研、设计和施工工作的技术人员使用。‘

目录

前言

概述

上篇 基本强度和变形

1 混凝土材料的特点

1.1 非匀质、非等向的多相混合材料

1.2 复杂的微观内应力（变形）状态

1.3 变形的多元组成

1.4 应力状态和途径对力学性能的巨大影响

1.5 时间和环境条件对力学性能的影响

2 中心抗压强度

2.1 立方体和棱柱体抗压强度

2.1.1 立方体抗压强度（fcu）

2.1.2 棱柱体抗压强度（fpr）

2.2 受力变形和破坏过程

2.3 主要因素的影响

2.3.1 强度等级（fcu）的影响

2.3.2 水灰比和水泥用量的影响

2.3.3 粗骨料的影响

2.3.4 应变速度的影响

2.3.5 试件高度的影响

3 受压应力—应变全曲线

3.1 试验方法

3.1.1 实现稳定下降段曲线的条件

3.1.2 两类试验方法

3.1.3 液压千斤顶作为刚性元件的试验方法

3.1.4 试件应变速度分析

3.2 受压全曲线方程

3.2.1 全曲线的几何特点

3.2.2 分段的曲线方程

3.2.3 参数值

3.2.4 泊松比

3.3 受压曲线方程的比较和分析

4 不同混凝土的受压

4.1 高强混凝土的受压

4.2 轻骨料混凝土的受压

4.3 加气混凝土的受压

5 重复荷载作用

5.1 试验的重复荷载过程

5.2 强度和变形性能的比较

5.3 包络线和共同点、稳定点的轨迹线

5.3.1 包络线（EV）

5.3.2 共同点轨迹线（CM）

5.3.3 稳定点轨迹线（ST）

5.4 卸载和再加载曲线的形状及其计算式

5.4.1 曲线的一般形状及其机理

5.4.2 卸载曲线

5.4.3 再加载曲线

6 偏心受压

6.1 试验方法和一般受力规律

6.1.1 试验方法

6.1.2 一般受力规律

6.2 计算偏心受压应力－应变全曲线的方法

6.2.1 增量方程计算

6.2.2 给定方程，拟合参数

6.3 偏心受压应力－应变全曲线方程

7 受拉

7.1 试验方法和主要结果

7.1.1 受拉全曲线的试验方法

7.1.2 主要试验结果

7.2 受拉破坏过程和应力－应变全曲线

7.2.1 典型曲线和受力过程

7.2.2 破坏特征一一与受压破坏的区别

7.2.3 受拉全曲线方程

7.3 偏心受拉

7.3.1 主要试验结果

7.3.2 偏心受拉应力－应变全曲线及其方程

8 剪切

8.1 合理的试验方法

8.1.1 已有试验方法的分析

8.1.2 等高梁四点受力试验

8.2 抗剪强度

8.2.1 变形和破坏过程

8.2.2 抗剪强度分析

8.3 剪应力－应变曲线和剪切模量

8.3.1 剪应力－应变曲线和峰值剪应变

8.3.2 受剪曲线方程和剪切模量

下篇 多轴强度和本构关系

9 多轴试验的设备和技术

9.1 真三轴试验设备

9.1.1 常规三轴试验

9.1.2 真三轴试验

9.2 试验技术措施

9.2.1 优化承力系统的构造

9.2.2 试件居中

9.2.3 施加拉力

9.2.4 消减试件表面摩擦

9.2.5 量测应力和应变

9.2.6 控制应力（变）试验途径

9.2.7 标定单轴压、拉强度

10 多轴强度和变形的一般规律

10.1 二轴应力状态

10.1.1 二轴压/压

10.1.2 二轴拉/压

10.1.3 二轴拉/拉

10.2三轴应力状态

10.2.1 常规三轴受压

10.2.2 真三轴受压

10.2.3 三轴拉/压

10.2.4 三轴受拉

10.3 不同种类和强度等级的混凝土

10.3.1不同强度等级的混凝土

10.3.2加气混凝土

11 破坏机理和形态

11.1 典型破坏形态

11.1.1 拉断

11.1.2 柱状压坏

11.1.3 片状劈裂

11.1.4 斜剪破坏

11.1.5 挤压流动

11.1.6 两种基本破坏形态

11.2 不同破坏形态的应力范围

12 破坏准则

12.1 破坏包络面的特点和表达

12.2 五参数幂函数准则

12.2.1 基本公式

12.2.2 参数值的确定

12.2.3 与试验结果的比较

12.3 多轴强度设计值

12.3.1 按准则式的计算方法

12.3.2 三轴抗压强度

12.3.3 三轴拉/压和抗拉强度

12.3.4 二轴包络线

13 对已有破坏准则的评介

13.1 古典强度理论简介

13.1.1 最大拉应力理论

13.1.2 最大拉应变理论

13.1.3 最大剪应力理论

13.1.4 统计平均剪应力理论

13.1.5 Mohr－Coulomb理论

13.1.6 Drucker－Prager理论

13.2 混凝土破坏准则

13.2.1 Bresler－Pister

13.2.2 Willam－Warnke

13.2.3 Ottosen

13.2.4 Hsieh－Ting－Chen

13.2.5 Kots0v0s

13.2.6 Podgorski

13.3 准则表达式的统一和基本形式

13.4 各破坏准则的比较

14 各类本构关系简介

14.1 线弹性本构模型

14.1.1 各向异性材料的本构模型

14.1.2 正交异性材料的本构模型

14.1.3 各向同性材料的本构模型

14.2 非线弹性本构模型

14.2.1 Ott08en本构模型

14.2.2 Darwin－Pecknold本构模型

14.2.3 Gerstle－Stank0wski耦合本构模型

14.3 塑性理论模型

14.4 其它力学理论模型

15 非线弹性的正交异性本构模型

15.1 已有本构模型的验算

15.2 破坏形态和等效单轴应力－应变关系

15.2.1 拉应力指标α和破坏形态的界分

15.2.2 应力水平指标β

15.2.3 等效单轴应力－应变关系

15.3 基本方程和计算式

15.3.1 正交异性材料的基本方程

15.3.2 全量式本构模型

15.3.3 增量式本构模型

15.4 计算程序和结果

15.4.1 计算框图

15.4.2 多轴应力－应变的理论曲线

16 非单调比例加载时的性能

16.1 变应力途径的多轴受压强度

16.1.1 变途径二轴受压

16.1.2 定侧压三轴受压

16.2 定侧压二轴受压的变形

16.3 二轴受压应力重复作用

16.3.1 比例加卸载

16.3.2 定侧压加卸载

参考文献

混凝土材料的特点

混凝土是水泥、砂、石和水的混合材料，其组成材料的成分和性质，以及在制备、凝固

和使用过程中的各种条件和环境因素都对其强度和变形有不同程度的影响，因而使混凝

土比其它结构材料具有更复杂、多变的力学性能。

根据已有的试验研究结果，可看到混凝土材料有以下主要特点。

1.1 非匀质、非等向的多相混合材料

在混凝土结构或试件中钻取或锯切出一块混凝土，肉眼就可看出内部的非匀质构造

（图1－1（a））。其主要组成部分有：

固体颗粒——具有不同形状、颜色、尺寸和矿物成分的粗骨料、较大的砂粒、未水化的

水泥颗粒团和混入的各种固体杂质（如玻璃、砖块、木片等）。它们随机地分布在混凝土内

部，占据了总体积的绝大部分。

硬化的水泥砂浆——水泥和水产生的水化作用，将搅拌均匀的砂子胶结在一起成为

水泥砂浆，填充在固体颗粒之间，或称围裹在固体颗粒外层，形成不均匀、不规则的条带状




或网状分布构造。刚开始时，水泥砂浆是流动性强的胶状体。随着混凝土龄期的增长，水

泥颗粒的水化作用层往内部深入，外层逐渐固化，砂子的粘结力不断加强，形成硬化的水

泥砂浆。有试验表明，龄期达50年的混凝土，其中水泥的水化作用仍在继续，故仍具有一

定的流变性。

各种气孔和缝隙——在混凝土的搅拌和浇注过程中，少量空气混入其内部；在震捣

时，大部分空气成气泡状往上升，从构件的上表面逸出，其余的积聚在构件顶面和侧面的

表层砂浆层（厚度一般为3mm～5mm）内。较大的石子和钢筋下面有明显的气孔。混凝土

中的水分蒸发以及水泥砂浆干缩变形等都会在粗骨料和砂浆的界面、砂浆的内部形成不

同形状和尺寸的细微裂缝。此外，浇注和震捣操作不当等施工缺陷可能在混凝土内留下较

大孔洞。

这三部分中，前两者为基本组成。它们的物理和力学性质相差悬殊（表1－1），在外力

作用和环境条件影响下的反应有显著差别，成为混凝土强度和变形性能复杂、多变、离散

的主要原因。

除了混凝土组成部分的随机分布所引起的非匀质性外，还因为一些因素构成混凝土

的必然非匀质性，例如：

·在浇注和震捣混凝土的过程中，比重和颗粒较大的粗骨料沉入底部，而比重较小

的骨料、流动性大的水泥砂浆和气泡等向上升，形成了凝固后的混凝土在浇注方

向上、下部的非匀质性；

·构件浇注方向的顶面和模板侧面附近，水泥砂浆和气泡的含量高于构件内部，构

件表层的水分蒸发较快，收缩变形较大，遗留裂缝较多，形成构件的表、里非匀质

性。

此外，在混凝土的浇注和震捣过程中，有一些现象将产生非等向性（图1－1（b）），

例如：

·粗骨料若有一较大平面，震捣后的最稳定位置是大面朝下；

·气泡上升过程中略呈长圆形，混凝土凝固后气孔长径平行于浇注方向；

·构件分层浇注和震捣混凝土时，留有水平施工缝。

过镇海1934年生，江苏

省无锡市人。现为土木工

程系教授、博士生导师，

并任全国钢筋混凝土结构

标准技术委员会副主任、

土木工程学会混凝土和预

应力漏凝土学会理事等职。

主要科研领域有：预应力

混凝土屋架、结构工程的

整体性能、二阶段受力叠

合梁、加气混凝土材料和

构件、素混凝土和约束混

凝土在单调和反复荷载下的

性能、混凝土的受拉和剪切

性能、混凝土的多轴强度

和本构关系、混凝土材料

和结构的抗火性能等。在

国内外学术杂志上发表论

文六十余篇，曾获部委级

科技进步二等奖和三等奖

各两次。