结构材料的力学性能及选用PPT资料

结构(jiégòu)材料的力学性能及选用第一页，共43页。（优选）结构(jiégòu)材料的力学性能及选用第二页，共43页。屈服强度：σB，是钢筋关键性的强度指标。对于有明显屈服点的钢材，由于钢材的屈服将产生明显的、不可恢复的塑性变形，从而(cóngér)导致构件可能在钢材尚未进入强化阶段就产生过大的变形和裂缝，因此在正常使用情况下，构件中的钢材应力应小于其屈服强度。抗拉强度(qiángdù)：σD屈强比：屈服强度(qiángdù)与抗拉强度(qiángdù)的比值。不大于0.8，以保证强度(qiángdù)储备和变形能力。第三页，共43页。无明显(míngxiǎn)屈服点的钢材0.2%0.2在钢材屈服前，其受压和受拉的应力-应变曲线(qūxiàn)几乎相同。热处理钢筋(gāngjīn)、钢丝、钢绞线等条件屈服强度f0.2：残余应变为0.2%时所对应的应力。实际取抗拉强度fsu的0.85倍。抗拉强度fsu

：主要强度指标。第四页，共43页。钢筋应力-应变(yìngbiàn)曲线的数学模型sss=Essys,hfysss=Essys,hfyfs,us,us,usss=Essyfys,hfs,u有明显(míngxiǎn)屈服点的钢筋无明显(míngxiǎn)屈服点的钢筋第五页，共43页。强度(qiángdù)指标的确定强度(qiángdù)随机变量(suíjībiànliànɡ)强度标准值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率（钢筋为97.73%）的统计特征值：概率密度材料强度强度平均值强度标准值强度标准值=强度平均值-2×均方差第六页，共43页。2、塑性(sùxìng)指标伸长率：反映钢材(gāngcái)塑性性能的指标。冷弯性能：反映(fǎnyìng)钢材在常温下的塑性加工性能的指标。用弯心直径和弯曲角度来表示。伸长率越大，则钢材的塑性越好。第七页，共43页。二、钢材(gāngcái)的冷加工和热处理冷拉BKZZ’K’残余变形冷拉伸长率无时效经时效合理(hélǐ)选择K点：既提高强度，又保持一定的塑性。温度的影响(yǐngxiǎng)：温度达700ºC时恢复到冷拉前的状态，先焊后拉。特点：只能提高抗拉强度，不能提高抗压强度；强度提高，塑性下降。第八页，共43页。冷拔经过冷拔后，钢筋强度提高，塑性显著降低，没有(méiyǒu)明显的屈服点。冷拔既能提高(tígāo)抗拉强度，又能提高(tígāo)抗压强度。第九页，共43页。热处理对特定钢号的钢筋进行(jìnxíng)淬火和回火处理。强度(qiángdù)提高，塑性降低。不降低强度的前提下，消除(xiāochú)由淬火产生的内力，改善塑性和韧性。第十页，共43页。三、建筑(jiànzhù)钢材的品种按化学成分分类(fēnlèi)：碳素结构钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素(yuánsù)）低碳钢（含碳量<0.25%）中碳钢（含碳量0.25~0.6%）高碳钢（含碳量0.6~1.4%）普通低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、铬等）硅系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系第十一页，共43页。钢筋(gāngjīn)热轧钢筋(gāngjīn)：光面钢筋(gāngjīn)HPB235，带肋钢筋(gāngjīn)HRB335、HRB400、RRB400冷拉钢筋：由热轧(rèzhá)钢筋在常温下用机械拉伸而成。热处理钢筋：将HRB400、RRB400钢筋通过加热、淬火、回火而成。按加工工艺和力学性能分类：钢丝碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成。刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，增强其与混凝土间的粘结力。钢绞线：六根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起。冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成。第十二页，共43页。钢结构用型材——热轧(rèzhá)型钢品种规格用途普通工字钢高×宽×腹板厚，10#～63#建筑结构桥梁，作横向受弯H型钢和剖分T型钢翼缘平行，宽W中M窄N桩PT型由H型对半剖分，高层普通槽钢高×宽×腹板厚，5#～40#，钢结构车辆，轴力弯曲L型钢高×宽×腹厚×面厚，25#～50#

等边、不等边角钢等2#～20#，不等2.5#～20#轴力、支撑、连接件第十三页，共43页。第十四页，共43页。冷弯薄壁型钢(xínggāng)结构用冷弯闭口型钢方型F2.5～16#，矩形J5～20#壁厚1.2～8mm通用冷弯开口型钢等边不等边角钢，槽钢，Z字钢，内外卷边共8种第十五页，共43页。四、混凝土结构对钢筋性能(xìngnéng)的要求1、强度要求(yāoqiú)：屈服强度、极限强度、屈强比；2、塑性(sùxìng)要求：伸长率和冷弯性能要求；3、可焊性4、与混凝土的粘结性钢筋的选用原则：普通钢筋：HRB400，HRB335，HPB235，RRB400HPB235（φ）级——荷载较小的板或小型构件的受力主筋、构造钢筋、箍筋。预应力钢筋：钢绞线，钢丝，热处理钢筋第十六页，共43页。第二节

混凝土立方体抗压强度(kànɡyāqiánɡdù)承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂强度大于我国规范(guīfàn)的方法：不涂润滑剂压力试件裂缝发展(fāzhǎn)扩张整个体系解体，丧失承载力。影响强度的因素还有：龄期、加载速率、试块尺寸等1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度一、混凝土的强度第十七页，共43页。立方体抗压强度(kànɡyāqiánɡdù)标准值fcuk标准(biāozhǔn)试块：150×150×150mm非标准试块：100×100×100，换算(huànsuàn)系数：0.95200×200×200，换算(huànsuàn)系数：1.05立方体抗压强度标准值是确定混凝土强度等级的标准。我国规范的混凝土强度等级有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80。表示混凝土Concrete立方体抗压强度标准值fcukC××第十八页，共43页。轴心(zhóuxīn)（棱柱体）抗压强度标准值fck承压板试块标准(biāozhǔn)试块：150×150×300mmc1：轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值(bǐzhí)。≤C50，c1=0.76；C80，c1=0.82；中间按线性规律变化。c2：混凝土脆性折减系数。≤C40，c1=1.0；C80，c1=0.87；中间按线性规律变化。GB50010-2002：第十九页，共43页。2.单轴受力状态(zhuàngtài)下混凝土的抗拉强度轴心(zhóuxīn)抗拉强度标准值ftk：其中(qízhōng)为变异系数，由统计调查分析确定。第二十页，共43页。3.复合受力状态(zhuàngtài)下混凝土的强度双轴应力(yìnglì)下的强度1.01.01.21.2-0.2-0.22/fc1/fc拉压双向正应力(yìnglì)下的强度曲线第二十一页，共43页。三向受压时的混凝土强度(qiángdù)1=fcc’1=fcc’2=3=fLfL----侧向约束压应力（加液压）圆柱体试验(shìyàn)有侧向约束(yuēshù)时的抗压强度无侧向约束时圆柱体的单轴抗压强度第二十二页，共43页。二、混凝土的变形(biànxíng)(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土强度提高加载速度减慢单轴受压时的应力(yìnglì)-应变关系作用：峰值应力后，吸收试验机的变形能，测出下降段。第二十三页，共43页。单轴受压时应力-应变关系(guānxì)的数学模型----中国规范u0ocfcc第二十四页，共43页。第二十三页，共43页。养护条件越好，周围环境越潮湿，徐变越小；第二十四页，共43页。光圆(ɡuānɡyuán)钢筋粘结(zhānjié)机理复合受力状态(zhuàngtài)下混凝土的强度徐变：s，c按加工工艺和力学性能分类：二、钢材(gāngcái)的冷加工和热处理实际取抗拉强度fsu的0.对特定钢号的钢筋进行(jìnxíng)淬火和回火处理。强度标准值=强度平均值-2×均方差裂缝出现(chūxiàn)后的粘结作用钢结构用型材——热轧(rèzhá)型钢单轴受压时应力-应变关系(guānxì)的数学模型----中国规范第四十一页，共43页。侧向(cèxiànɡ)受约束时混凝土的变形特点cu约束混凝土非约束混凝土ccfccfcEsecEc

c02c0

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cco环箍断裂第二十五页，共43页。轴向受拉时混凝土的应力(yìnglì)应变关系tto

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ftt(MPa)0

(mm)cr=0.00012试件：7619305mmfc=44MPa43210.010.020.030.040.050.06标距＝83mm理论(lǐlùn)模型！！！第二十六页，共43页。重复(chóngfù)荷载下混凝土的变形性能pe包络线与一次性加载时的应力-应变曲线相似第二十七页，共43页。混凝土的弹性模量(tánxìnɡmóliànɡ)ccccep01原点切线模量（弹性模量(tánxìnɡmóliànɡ)）：拉压相同变形(biànxíng)模量（割线模量、弹塑性模量）切线模量受压时，为0.4~1.0；受拉破坏时，为1.0第二十八页，共43页。混凝土的弹性模量(tánxìnɡmóliànɡ)的试验方法（150×150×300标准(biāozhǔn)试件）c/fcc0.55~10次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec第二十九页，共43页。长期荷载作用下混凝土的变形(biànxíng)性能徐变0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)c<0.5fc，线性徐变c<0.8fc，非线性徐变cree’e’’cr’P原因(yuányīn)之一，胶凝体的粘性流动；原因之二，混凝土内部微裂缝(lièfèng)的不断发展。第三十页，共43页。影响(yǐngxiǎng)徐变的因素应力(yìnglì)：c<0.5fc，徐变变形与应力(yìnglì)成正比----线性徐变；0.5fc<c<0.8fc，非线性徐变；c>0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定；加荷时混凝土的龄期(línɡqī)，越早，徐变越大；水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大；养护条件越好，周围环境越潮湿，徐变越小；骨料越硬，级配越好，徐变越小。第三十一页，共43页。PAsPAss1c1Ps2Ass2P撤去，钢筋(gāngjīn)回弹，混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂徐变：s，c徐变对混凝土结构(jiégòu)的影响第三十二页，共43页。混凝土的收缩(shōusuō)硬化过程(guòchéng)中混凝土体积缩小的性质水泥品种(pǐnzhǒng)：强度等级越高，收缩越大；水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大；骨料：骨料越硬，级配越好，收缩越小；养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等第三十三页，共43页。收缩对混凝土结构(jiégòu)的影响AssAss收缩(shōusuō)：钢筋受压，混凝土受拉As第三十四页，共43页。第三节钢筋(gāngjīn)与混凝土的粘结裂缝出现前的粘结作用：使钢筋(gāngjīn)和混凝土互相传递应力、共同受力、共同变形。1.粘结的意义钢筋与混凝土共同工作的基础：（1）二者具有(jùyǒu)相近的温度线膨胀系数；（2）二者间具有(jùyǒu)良好的粘结力。第三十五页，共43页。PP裂缝出现(chūxiàn)后的粘结作用T两种粘结作用锚固粘结(zhānjié)保证钢筋(gā