建筑结构基本原理第章 结构材料的力学性能及指标ppt课件.ppt

1 第二章结构材料的力学性能及指标 1 结构材料的基本要求 2 钢筋和混凝土材料 3 砌体材料 第5章 5 木材 自学 4 钢材 第9章 2 3 1 1结构材料的基本要求 以材料的力学性能指标评定 a 结构材料要有足够的 有一定环境适应度的强度 b 结构材料要有足够的刚度 c 结构材料要有相应的重度 d 结构材料要有相对低廉的价格 e 结构材料要有良好的环保性能 1 1 1材料的基本力学指标 包括 强度 弹性 塑性 冲击韧性与冷脆性 徐变和松弛 1 结构材料的基本要求 4 a 强度 材料抵抗破坏能力的指标 包括 抗压 抗拉 抗剪 抗纽 疲劳强度 oa 弹性阶段bc 屈服阶段cd 硬化阶段de 颈缩阶段 a 弹性极限fpc 屈服强度fyd 极限强度fb 某些无明显屈服点的材料 以残余变形0 2 对应应力作为名义屈服强度 5 6 b 弹性与塑性 材料在外力作用下产生变形 当外力除去后能完全恢复到原始形状的性质 称为弹性 弹性模量 材料在外力作用下产生变形 当外力除去后 部分变形恢复的性质 称为塑性 7 c 冲击韧性 d 徐变和应力松弛 混凝土的徐变是指混凝土在长期的 不变的 较高的荷载作用下 其变形随时间的增长而增加的现象 称为徐变 在恒定温度和应变条件下 构件或材料的应力随时间而见小的现象 称为应力松弛 容易引起预应力损失 冲击韧性是指材料抗冲击而不破坏的能力 8 建筑钢材的品种 一 钢筋1 热轧钢筋 级钢 HPB235 强度标准值为235N mm 级钢 HRB335 强度标准值为335N mm 级钢 HRB400 强度标准值为400N mm RRB400 强度标准值为400N mm 二 型钢和钢板2 钢铰线 刻痕钢丝 消除应力钢丝 螺旋肋钢丝 热处理钢筋钢材的选用 一 混凝土结构对钢筋的要求 较高的强度 良好的塑性 良好的可焊性 钢筋与混凝土良好的粘结力 二 钢筋的选用原则1 普通钢筋 板HPB235 梁 柱HPB235 HRB335 HRB400 2 预应力钢筋 钢铰线 钢丝和热处理钢筋 9 1 1 2其他指标 协同工作的能力耐久性可加工性取材便宜 价格合理 经济实用 保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施1 足够的锚固长度2 一定的搭接长度3 钢筋周围的混凝土应有足够的厚度4 钢筋末端做弯钩5 配置箍筋6 浇注混凝土时钢筋的位置 10 一 基本概念 是钢筋和砼按一定方式组成的能共同工作的建筑材料 钢筋混凝土 二 共同工作原理 2 钢筋和混凝土材料 2 1 1混凝土结构 以混凝土为主要材料制作的结构 11 环球金融中心混凝土开浇 12 钢筋混凝土桩内部 13 14 15 素混凝土梁 钢筋混凝土梁 受拉区配2 20钢筋 F 13 4KN截面开裂并破坏 Fcr 15KN截面开裂 Fu 87KN截面破坏 梁的承载力大大提高 梁的受力性能改善 示例 16 一 钢筋的种类及选用 2 1 2钢筋 17 Fig 我国常见钢筋外形 18 二 钢筋的力学性能 有明显屈服点 软钢 oa 弹性阶段bc 屈服阶段cd 硬化阶段de 颈缩阶段 条件屈服点 0 2是残余应变为0 2 时的应力 c 条件屈服强度 0 2 0 85fu 无明显屈服点 硬钢 a 比例极限fpc 屈服强度fyd 极限强度fu 1 强度相关 是钢筋强度的设计依据 屈强比反映钢筋的强度储备 fy fu 0 6 0 7 19 冲击韧性 是对于钢结构使用钢材的特殊要求 是检验钢材对于冲击荷载的承受能力 2 塑性性能 伸长率 钢材拉断后的塑性变形量较钢材原始尺度的变化率 是衡量钢材变形能力的重要指标 冷弯指标 是检验钢材冷加工性能的指标 对于钢筋与钢板 其冷弯指标是指在常温下被检验材料对于某一相对的半径 相对板材厚度与钢筋直径 的弯曲角度 伸长率 越大 钢筋延性或塑性越好 20 3 钢材的加工性能 常见的建筑工程钢材加工有冷加工 热加工两类 冷加工 板材 线材的冷弯 线材的冷拉 冷拔 热加工 焊接 冷拉后的钢筋没有明显的屈服阶段 如B图 冷拉卸载后经过一段时间的停滞 再对其张拉 会重新恢复屈服阶段而呈现出屈服强度提高的应力应变图形 这种现象被称为冷做硬化现象 冷拉仅提高钢筋的抗拉强度 不提高其抗压强度 冷拉工艺不改变钢筋的强度级别 冷拉 21 冷拔是指将光圆钢筋以强力拉拽使其通过小直径的硬质合金模具 使其截面减小而长度增长 冷拔后的钢筋的强度会大大提高 冷拔后钢筋的塑性会降低 冷拔后的钢筋与之前的钢筋不属于同一种钢筋 冷拔 22 三 钢筋的计算指标 钢筋的强度标准值 钢筋的强度设计值 具有95 保证率的基本代表值 其中 热轧钢筋根据屈服强度确定 用表示 预应力钢绞线 钢丝和热处理钢筋的强度根据极限抗拉强度确定 用表示 热轧钢筋强度设计值 预应力钢筋强度设计值 见P391表4 2 见P392表4 5 四 钢筋的截面面积 常规直径 d 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32mm12种 等于标准值除以分项系数 23 2 1 3混凝土 砼 一 混凝土的强度 定义 立方体抗压强度是指按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件 在28天龄期 用标准试验方法测得的抗压强度 强度等级 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C80共14级 C 混凝土15 立方体抗压强度的标准值为15N mm2 24 定义 折算 轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的截面为150mm 150mm高300mm的棱柱体 在28天龄期 用标准试验方法测得的抗压强度 轴心抗压强度与立方体抗压强度比值 高强混凝土脆性折减系数 0 88 经验折减系数 25 轴心抗拉强度 混凝土的抗拉强度比抗压强度低得多 一般只有抗压强度的5 10 26 4 混凝土在复合应力作用下的强度 a 混凝土的双向受力强度 双向受拉 强度接近单向受拉强度 双向受压 抗压强度和极限压应变均有所提高 一拉一压 强度降低 27 b 混凝土的三向受压强度 三向受压时 混凝土的抗压强度和极限变形都有较大提高 28 在有剪应力作用时 混凝土的抗压强度将低于单轴抗压强度 c 混凝土在正应力和剪应力作用下的复合强度 29 二 混凝土的变形 OA 弹性阶段AB 微裂缝开展BC 弹塑性 竖向裂缝形成CD 下降段 混凝土是弹塑性材料 收缩 徐变 受压混凝土一次短期加荷的应力 应变曲线 30 混凝土的弹性模量测定 31 原因 水分蒸发 影响因素 配合比 养护 体表比 32 影响因素 配合比 养护 应力条件 33 建筑工程中 钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C15 当采用HRB335级钢筋时 不宜低于C20 当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件 不得低于C20 预应力混凝土结构不应低于C30 采用钢绞线 钢丝 热处理钢筋作预应力钢筋时 不宜低于C40 三 混凝土的选用 34 2 1 4钢筋与混凝土的粘结与锚固 1 粘结力 若钢筋和混凝土有相对变形 滑移 就会在钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力 这种力称为钢筋与混凝土的粘结力 化学胶结力 混凝土凝结时 由于水泥的水化作用在钢筋与混凝土接触面上产生的化学吸附作用力摩擦力 混凝土收缩后将钢筋紧紧地握裹住而产生的力机械咬合力 钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用而产生的力钢筋端部的锚固力 采取锚固措施后所造成的机械锚固力 2 粘结力的组成 35 钢筋与混凝土的粘结强度通常采用拔出试验来测定 3 粘结强度 钢筋与砼的粘结面上所能承受的平均剪应力的最大值 36 4 影响因素 钢筋的表面形状 直径 砼的强度等级 保护层厚度 侧向压力及横向钢筋 浇筑位置 等 5 构造措施 钢筋的搭接长度 锚固长度 保护层厚度 钢筋净距 受力光圆钢筋弯钩等 进行拔出试验时 受拉钢筋达到屈服的同时发生粘结破坏 该临界情况的锚固长度称为基本锚固长度 用表示 37 小结 1 建筑用钢筋的种类 力学性能 2 钢筋冷加工 3 混凝土的力学性能 4 混凝土的变形 5