结构材料的力学性能及选用.ppt

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1、1第三章第三章 结构材料的力学性能及选用结构材料的力学性能及选用2第三章第三章 结构材料的力学性能及选用结构材料的力学性能及选用345结构材料的力学性能：结构材料的力学性能：材料的材料的强度强度和和变形能力变形能力；材料的材料的本构关系（本构关系（反映物质宏观性质的数学模反映物质宏观性质的数学模型型）：应力：应力-应变关系应变关系.了解结构构件所用材料的力学性能，是掌握了解结构构件所用材料的力学性能，是掌握结构构件的受力性能、计算理论和设计方法结构构件的受力性能、计算理论和设计方法的基础。的基础。应力定义为“单位面积上所承受的附加内力”。6第一节第一节 建筑钢材建筑钢材钢是含碳量低于钢是含碳量

2、低于2%的铁碳合金（含碳量高于的铁碳合金（含碳量高于2%时为生时为生铁），钢经轧制或加工成的铁），钢经轧制或加工成的钢筋钢筋、钢丝钢丝、钢板钢板及及各种型钢各种型钢，统称钢材。统称钢材。一般含碳量小于一般含碳量小于0.2%的叫的叫熟铁或纯铁，含量在或纯铁，含量在0.2-2.0%的叫钢，含量在的叫钢，含量在2.0%以上的叫生铁。以上的叫生铁。钢材根据其受力变形性能，分为钢材根据其受力变形性能，分为有明显屈服点的钢材有明显屈服点的钢材（也称为软钢）和和无明显屈服点的钢材无明显屈服点的钢材（也称为硬钢）。强度高，塑性可焊性低78一、钢材的力学性能一、钢材的力学性能（一）应力（一）应力 应变曲线应变曲

3、线1.1.有明显屈服点的钢材（软钢）有明显屈服点的钢材（软钢）1、弹性阶段（、弹性阶段（oa段）段）2、屈服阶段（、屈服阶段（bc段）段）3、强化阶段（、强化阶段（cd段）段）4、破坏阶段（、破坏阶段（de段）段）比例极限比例极限屈服强度屈服强度流幅或屈服台阶流幅或屈服台阶极限强度（抗拉强度）极限强度（抗拉强度）出现颈缩出现颈缩9s se e第三章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋二、钢筋的应力二、钢筋的应力-应变关系应变关系 Stress-Strain Relation 有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋 Rebar with yield pointa为比例极限proportional

4、limit s=Esaa为弹性极限elastic limitade为强化段strain hardening stagebb为屈服上限upper yield strengthc为屈服下限，即屈服强度 fylower yield strengthcdcd为屈服台阶yield plateauefue为极限抗拉强度 fu ultimate tensile strengthfyf10二、二、无明显流幅钢筋的应力无明显流幅钢筋的应力-应变曲线应变曲线 Rebar without yield pointa点：比例极限，约为点：比例极限，约为0.65fua点前：应力点前：应力-应变关系为线弹性应变关系为线弹性

5、a点后：应力点后：应力-应变关系为非线性，应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈有一定塑性变形，且没有明显的屈服点服点强度设计指标强度设计指标条件屈服点条件屈服点(Equivalent yield point)残余应变为残余应变为0.2%所对应的应力所对应的应力规范规范取取s s0.2=0.85 fu112.无明显屈服点的钢筋（硬钢）无明显屈服点的钢筋（硬钢）硬钢强度高，塑性差，脆性硬钢强度高，塑性差，脆性大；大；从加载到拉断，不像软钢那从加载到拉断，不像软钢那样有明显的阶段，基本上不样有明显的阶段，基本上不存在屈服阶段；存在屈服阶段；计算中以计算中以“协定流限协定流限”（条（条件屈

6、服强度）作为强度标准件屈服强度）作为强度标准;“协定流限协定流限”（条件屈服强（条件屈服强度）：经过加载和卸载后，度）：经过加载和卸载后，相应于相应于残余应变残余应变为为0.2%0.2%的应的应力，用力，用 表示；表示；12 一般相当于抗拉极限强一般相当于抗拉极限强度的度的70%70%85%85%；硬钢通常以硬钢通常以极限强度极限强度 作作为主要强度指标，再由为主要强度指标，再由 换算成协定流限；换算成协定流限；用硬钢配筋的钢筋混凝土构用硬钢配筋的钢筋混凝土构件，受拉破坏时往往突然件，受拉破坏时往往突然断裂，不象用软钢配筋的断裂，不象用软钢配筋的构件那样，在破坏前有明构件那样，在破坏前有明显的

7、预兆。显的预兆。2.无明显屈服点的钢筋（硬钢）无明显屈服点的钢筋（硬钢）13二、钢筋的强度和变形 1.相关指标强度指标的确定强度随机变量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：强度标准值强度标准值=强度平均值强度平均值-2-2均方差均方差概率密度材料强度强度平均值强度标准值14（1）强度）强度钢材的强度指标包括钢材的强度指标包括屈服强度屈服强度和和抗拉强度抗拉强度；对于有明显屈服点的钢材（软钢）对于有明显屈服点的钢材（软钢）：由于钢材的屈服将产生明显的、不可恢复的塑性变形，由于钢材的屈服将产生明显的、不可恢复的塑性变形，因而有可能使结构产

8、生过大的裂缝或变形，故因而有可能使结构产生过大的裂缝或变形，故软钢在软钢在计算承载力时以计算承载力时以屈服强度屈服强度作为钢筋强度限值；作为钢筋强度限值；钢筋的强化阶段只作为一种安全储备（抗震）；钢筋的强化阶段只作为一种安全储备（抗震）；屈强比（屈服强度与抗拉强度的比值）：反映结构可屈强比（屈服强度与抗拉强度的比值）：反映结构可靠性能潜力的大小，屈强比越小，表明结构的可靠性靠性能潜力的大小，屈强比越小，表明结构的可靠性储备越大。储备越大。要求屈强比不大于要求屈强比不大于0.8。15（1）强度）强度钢材的强度指标包括钢材的强度指标包括屈服强度屈服强度和和抗拉强度抗拉强度；对于无明显屈服点的钢材（

9、硬钢）对于无明显屈服点的钢材（硬钢）：以其以其抗拉强度抗拉强度作为主要强度指标；作为主要强度指标；以抗拉强度的以抗拉强度的0.85倍作为倍作为条件屈服强度条件屈服强度。16（2）塑性（伸长率、冷弯性能）塑性（伸长率、冷弯性能）伸长率（伸长率（）试件拉伸前的标距，按下面规定取用：试件拉伸前的标距，按下面规定取用：短试件短试件取取 ，相应的伸长率用，相应的伸长率用 表示；表示；长试件长试件取取 ，相应的伸长率用，相应的伸长率用 表示；表示；对对冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋和和冷拔钢丝冷拔钢丝，有时取，有时取 ，相应的伸长率用相应的伸长率用 表示；表示；试件拉断后，在原标距范围内，由于残余变形的存试件拉

10、断后，在原标距范围内，由于残余变形的存 在伸长后的标距尺寸。在伸长后的标距尺寸。越大，塑性越好越大，塑性越好17冷弯性能冷弯性能冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲时产生塑冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲时产生塑性变形的能力；性变形的能力；冷弯冷弯就是在常温下将钢筋绕规定的直径为就是在常温下将钢筋绕规定的直径为D D的钢的钢筋弯曲筋弯曲 角度而角度而不出现裂纹、鳞落或断裂现象不出现裂纹、鳞落或断裂现象，即认为钢筋的冷弯性能符合要求；即认为钢筋的冷弯性能符合要求；冷弯性能反映钢材脆化的倾向；冷弯性能反映钢材脆化的倾向；常用常用 来反映冷弯性能，来反映冷弯性能，D D值越小，值越小，值越值越大，则钢筋

11、的冷弯性能越好；大，则钢筋的冷弯性能越好；1819钢材的钢材的屈服强度屈服强度、抗拉强度抗拉强度、伸长率伸长率和和冷弯性冷弯性能能是检验是检验有明显屈服点钢材的四项主要质量指标；有明显屈服点钢材的四项主要质量指标；对对无明显屈服点的钢材无明显屈服点的钢材，只测定，只测定抗拉强度抗拉强度、伸伸长率长率和和冷弯性能冷弯性能。20（3 3）弹性模量）弹性模量钢筋在钢筋在弹性阶段弹性阶段的应力与应变的比值，用的应力与应变的比值，用 表示。表示。钢材的弹性模量可由拉伸试验测定。钢材的弹性模量可由拉伸试验测定。种类种类E Es sHPB235HPB235级钢筋级钢筋2.12.110 10 5 5HRB33

12、5HRB335级钢筋、级钢筋、HRB400HRB400级钢筋、级钢筋、RRB400RRB400级钢筋、级钢筋、热处理钢筋热处理钢筋2.02.010 10 5 5消除应力钢丝（光面钢丝、刻痕钢丝等消除应力钢丝（光面钢丝、刻痕钢丝等)2.052.0510 10 5 5钢绞线钢绞线1.951.9510 10 5 5钢筋弹性模量（钢筋弹性模量（N/mmN/mm2 2）21钢筋冷拉后的应力钢筋冷拉后的应力-应变曲线应变曲线冷拉钢筋冷拉钢筋冷拉是将钢筋在常温下用机械拉至冷拉是将钢筋在常温下用机械拉至超超过其屈服强度过其屈服强度的某一应力值、然后卸的某一应力值、然后卸载，以提高钢筋强度的方法；载，以提高钢筋

13、强度的方法；目的是节约钢材（节约钢材目的是节约钢材（节约钢材10%10%到到20%20%）；）；冷拉时效冷拉时效：如果钢筋在冷拉卸载后，：如果钢筋在冷拉卸载后，经过一段时间再拉，则新的屈服强度经过一段时间再拉，则新的屈服强度还会进一步提高的现象；还会进一步提高的现象；冷拉时效在常温下需要相当长的一段冷拉时效在常温下需要相当长的一段时间，但在时间，但在100100度的温度下，仅度的温度下，仅2 2小时小时便可发展完毕。便可发展完毕。为了使钢筋既提高强度，又使其具有为了使钢筋既提高强度，又使其具有一定塑性，合理选择张拉控制点一定塑性，合理选择张拉控制点C C，工，工艺上可通过控制应力和控制应变两种

14、艺上可通过控制应力和控制应变两种方法。方法。三、钢筋的冷加工三、钢筋的冷加工_ _ 提高强度，塑性降低22钢筋冷拉后的应力钢筋冷拉后的应力-应变曲线应变曲线冷拉钢筋的力学性能冷拉钢筋的力学性能钢筋经冷拉后性质变脆，承受冲击荷钢筋经冷拉后性质变脆，承受冲击荷载或重复荷载及处于负温下的结构，载或重复荷载及处于负温下的结构，不宜采用；不宜采用；冷拉钢筋有控制冷拉应力的方法和控冷拉钢筋有控制冷拉应力的方法和控制冷拉率的方法；制冷拉率的方法；钢筋冷拉后，抗压强度不提高；钢筋冷拉后，抗压强度不提高；冷拉钢筋受到高温时，它的强度要降冷拉钢筋受到高温时，它的强度要降低，故应先焊后拉，或控制焊接时间。低，故应先

15、焊后拉，或控制焊接时间。23冷拔钢筋冷拔钢筋冷拔是用强力将钢筋拔过比其直径略小的硬质合金冷拔是用强力将钢筋拔过比其直径略小的硬质合金拔丝模，钢筋受到纵向拉力和横向挤压力的作用，拔丝模，钢筋受到纵向拉力和横向挤压力的作用，截面变小而长度伸长，内部结构发生变化。截面变小而长度伸长，内部结构发生变化。钢筋冷拔示意图钢筋冷拔示意图 钢筋的冷加工钢筋的冷加工24冷拔是指将光圆钢筋以强力拉拽使其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，使其截通过小直径的硬质合金模具，使其截面减小而长度增长；面减小而长度增长；冷拔后的钢筋的强度会大大提高；冷拔后的钢筋的强度会大大提高；冷拔后钢筋的塑性会降低

16、；冷拔后钢筋的塑性会降低；0冷拔冷拔钢筋的冷加工钢筋的冷加工25冷拔钢筋冷拔钢筋冷拔可同时提高钢筋冷拔可同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强的抗拉强度和抗压强度。度。冷拔可使钢筋强度提冷拔可使钢筋强度提高高40%90%，但，但塑性显著降低。塑性显著降低。冷拔低碳钢丝为光圆冷拔低碳钢丝为光圆钢丝钢丝26混凝土结构对钢筋的要求强度屈服强度强度屈服强度塑性延伸率和冷弯性能塑性延伸率和冷弯性能具有较好的可焊性具有较好的可焊性有较好的粘结力带肋钢筋有较好的粘结力带肋钢筋4 钢筋27三、建筑钢材的品种三、建筑钢材的品种我国目前常用钢材有我国目前常用钢材有碳素钢碳素钢及及普通低合金钢普通低合金钢。28一、钢筋的强

17、度和变形 1.钢筋的成分、级别和品种按化学成分碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）低碳钢（含碳量0.25%）中碳钢（含碳量0.250.6%）高碳钢（含碳量0.61.4%）普通低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、铬等）锰系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系含碳量越高，钢筋的强度也越高，但塑性减小，焊接性能变差。含碳量越高，钢筋的强度也越高，但塑性减小，焊接性能变差。炼钢时在碳素钢的基础上加入少量（一般不超过3.5%）合金元素，成为普通低合金钢，合金元素可使钢筋强度、塑性、焊接性能等综合性能得到提高。29303132钢钢材材中中含含碳碳量量越越高高，屈屈服服强强度度和和抗抗拉拉强强度度就就越越高高，伸伸长长率率

18、就就越越小小，流流幅幅也也相相应应缩缩短短.33一、钢筋的强度和变形 1.钢筋的成分、级别和品种钢 筋热轧钢筋：经热轧成型并自然冷却的成品钢筋；热轧光面钢筋 HPB235，热轧带肋钢筋HRB335、HRB400，余热处理钢筋RRB400。冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成。热处理钢筋：将特定牌号的热轧螺纹钢筋HRB400、RRB400钢筋通过 加热、淬火、回火而成，能显著提高钢筋强度，塑性降低不多；按加工钢 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，以增强其与混凝土间的粘结力.钢绞线：若干根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起.冷拔低碳钢

19、丝：由低碳钢冷拔而成.34353637热轧钢筋热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledBarRRBRemained heatRibbedBar屈服强度屈服强度 fyk（标准值标准值=钢材废品限值，保证率钢材废品限值，保证率97.73%）HPB235级：fyk=235 N/mm2HRB335级HRB400级、RRB400级：fyk=335 N/mm2：fyk=400 N/mm2Ribbed 热轧光面钢筋 热轧变形钢筋 余热处理钢筋38

20、3940光面钢筋光面钢筋螺旋纹螺旋纹人字纹人字纹月牙纹月牙纹变变形形钢钢筋筋等高肋等高肋4142钢筋中各主要元素含量表示方法钢筋中各主要元素含量表示方法20Mn Si V表示含碳量的万分数表示含碳量的万分数表示含表示含Mn、Si、V的百分数，的百分数，取整数，未表示取整数，未表示数字的为数字的为1。40Si2Mn？43R444546镇静钢镇静钢:为完全脱氧的钢 47Q460是一种低合金高/强/度钢484950515253545556575859四、钢材的选用四、钢材的选用（一）钢筋（一）钢筋1.钢筋与混凝土能够共同工作，其原因：钢筋与混凝土能够共同工作，其原因：混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结

21、，互相传递应力、混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结，互相传递应力、共同变形，两者间的粘结力是共同工作的基础；共同变形，两者间的粘结力是共同工作的基础；钢筋和混凝土具有相近的温度线膨胀系数，当温度变化钢筋和混凝土具有相近的温度线膨胀系数，当温度变化时，两者间不致产生过大的相对变形和温度应力；时，两者间不致产生过大的相对变形和温度应力；混凝土提供的碱性环境可以保护钢筋免遭锈蚀；混凝土提供的碱性环境可以保护钢筋免遭锈蚀；60（1 1）有较高的强度和适宜的屈强比；有较高的强度和适宜的屈强比；（2 2）塑性。要求有良好的塑性，使结构构件在破坏前有塑性。要求有良好的塑性，使结构构件在破坏前有 明显的预兆；明

22、显的预兆；（3 3）钢筋与混凝土之间有良好的粘结力；钢筋与混凝土之间有良好的粘结力；（4 4）具有良好的可焊性；具有良好的可焊性；（5 5）在寒冷地区，钢筋的低温性能也要符合一定要求，在寒冷地区，钢筋的低温性能也要符合一定要求，不宜采用冷加工钢筋，以免发生脆性破坏。不宜采用冷加工钢筋，以免发生脆性破坏。2.混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求613.3.钢筋的选用原则钢筋的选用原则1)1)普通钢筋普通钢筋（钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混（钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力筋）宜采用凝土结构中的非预应力筋）宜采用HRB400HRB400级和级和HRB335HR

23、B335级钢筋，也可采用级钢筋，也可采用HPB235HPB235级钢筋和级钢筋和RRB400RRB400级钢筋。级钢筋。HPB235HPB235级钢筋主要用于小型构件的受力级钢筋主要用于小型构件的受力筋，以及各类构件的构造筋和箍筋。筋，以及各类构件的构造筋和箍筋。2)2)预应力钢筋预应力钢筋 宜采用钢丝、钢绞线及热处理钢筋。宜采用钢丝、钢绞线及热处理钢筋。四、钢材的选用四、钢材的选用（一）钢筋（一）钢筋62弯起钢筋弯起钢筋架立筋架立筋箍筋箍筋纵筋纵筋钢筋骨架钢筋骨架弯起钢筋弯起钢筋箍筋箍筋腹筋腹筋63第二节第二节 混凝土混凝土 砼砼 混凝土混凝土是由是由水泥水泥、水水及及骨料骨料按一定配合比组

24、成的按一定配合比组成的人造人造石材石材；混凝土各组成成分的比例、尤其是混凝土各组成成分的比例、尤其是水灰比水灰比（水与水泥（水与水泥的重量比）对混凝土的强度及变形有重要影响（的重量比）对混凝土的强度及变形有重要影响（内在内在因素因素）；）；在其他条件不变的情况下，水泥混凝土的强度与水灰在其他条件不变的情况下，水泥混凝土的强度与水灰比的大小成反比。比的大小成反比。混凝土的性能在很大程度上也取决于搅拌程度、浇捣混凝土的性能在很大程度上也取决于搅拌程度、浇捣的密实性和对混凝土的养护条件（的密实性和对混凝土的养护条件（外在因素外在因素）。）。64一、混凝土的强度一、混凝土的强度（一）立方体抗压强度（一

25、）立方体抗压强度在混凝土结构中，主要是利用它的在混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度抗压强度。因此。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。标。抗压强度与抗压强度与水泥标号水泥标号、水泥用量水泥用量、水灰比水灰比、配合比配合比、龄期龄期、施工方法施工方法及及养护条件养护条件等因素有关，等因素有关，试验方法试验方法及及试件尺寸试件尺寸也会影响所测得的强度数值。也会影响所测得的强度数值。65在国际上，确定混凝土抗压强度的试件有圆柱体和立方体两种；在国际上，确定混凝土抗压强度的试件有圆柱体和立方体两种；66（一）立方体抗压强度（一）立方体抗压强

26、度若采用非标准试件，所测得的抗压强度应乘与折算系数。若采用非标准试件，所测得的抗压强度应乘与折算系数。200mm 200mm 200mm 200mm 200mm 200mm 折算系数：折算系数：1.051.05 100mm 100mm100mm100mm 100mm 100mm 折算系数：折算系数：0.950.9567C15,C20,C25,C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80Normal-strength concretehigh-strength concrete每级相差每级相差5N/mm2。68（一）立方体抗压强度（一）立方体抗压强度试块

27、表面是否涂润滑剂对立方体抗压强度有很大影响。为了试块表面是否涂润滑剂对立方体抗压强度有很大影响。为了统一标准，规定在试验中均采用统一标准，规定在试验中均采用不涂润滑剂的试件不涂润滑剂的试件。不涂润滑剂涂润滑剂摩擦力69（一）立方体抗压强度（一）立方体抗压强度试验时加载速度对强度也有影响，加载速度越快则强度越高。通常试验时加载速度对强度也有影响，加载速度越快则强度越高。通常的加载速度是每秒钟压应力增加的加载速度是每秒钟压应力增加0.150.150.25N/mm0.25N/mm2 2。混凝土强度同混凝土强度同龄期龄期也有关系，随龄期的增长而增长，强度增长可持也有关系，随龄期的增长而增长，强度增长可

28、持续到续到1515年以上。年以上。水泥品种水泥品种混凝土龄期（混凝土龄期（d d）7 7282860609090180180普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥0.550.650.550.650.450.550.450.550.450.550.450.551.01.01.01.01.01.01.11.11.21.21.151.151.151.151.301.301.401.401.201.201.401.401.301.30混凝土抗压强度随龄期相对增长率混凝土抗压强度随龄期相对增长率70（二）棱柱体抗压强度（二）棱柱体抗压强度轴心抗压强度

29、轴心抗压强度 轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号 表示，表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为高宽比一般为h/b=34h/b=34，我国通常取，我国通常取150mm150mm150mm150mm450mm450mm的棱柱体试件；的棱柱体试件；不涂润滑剂涂润滑剂71（二）棱柱体抗压强度（二）棱柱体抗压强度轴心抗压强度轴心抗压强度国内外试验结果显示，国内外试验结果显示，与与 大致成线性关系，根据国大致成线性关系，根据国内两者的对比试验，考虑到内两者的对比试验，考虑到实际结构构件与试

30、件制作及实际结构构件与试件制作及养护条件的差异、尺寸效应及加荷速度养护条件的差异、尺寸效应及加荷速度等因素的影响，等因素的影响，规范偏安全地取用关系式：规范偏安全地取用关系式：轴心抗压强度与立方体抗压强度比值轴心抗压强度与立方体抗压强度比值C50以下取以下取0.76,C80取取0.82;脆性折减系数脆性折减系数C40以下取以下取1.0,C80取取0.87;72轴心抗压强度轴心抗压强度是结构混凝土最基本的强度指标，是结构混凝土最基本的强度指标，但在工程中很少直接测定它，而是通过测定立方但在工程中很少直接测定它，而是通过测定立方体的抗压强度进行体的抗压强度进行换算换算；原因是立方体试块具有节省材料

31、、制作简单、便原因是立方体试块具有节省材料、制作简单、便于试验加荷对中、试验数据离散性小等优点。于试验加荷对中、试验数据离散性小等优点。73（三）混凝土抗拉强度（三）混凝土抗拉强度轴心抗拉强度也是其基本力学性能，用符号轴心抗拉强度也是其基本力学性能，用符号 表示。混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受表示。混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关；关；混凝土轴心抗拉强度远低于抗压强度，仅混凝土轴心抗拉强度远低于抗压强度，仅相当相当于抗压强度的于抗压强度的1/8-1/161/8-1/16，当，当 越大时，越大时，比值越低。比

32、值越低。74f150150mm立方体抗压强度的变异系数。75二、二、混凝土的变形混凝土的变形混凝土变形有两类：一类是荷载作用下的受力变形荷载作用下的受力变形，包括一次短期加荷时的变形、多次重复加荷时的变形和长期荷载作用下的变形；另一类是体积变形体积变形，包括收缩、膨胀和温度变形。763 砼（一）混凝土短期加荷时的应力应变关系（一）混凝土短期加荷时的应力应变关系1.1.应力应力-应变曲线应变曲线 （从加荷到破坏的短期连续过程）（从加荷到破坏的短期连续过程）通过对混凝土棱柱体的受压或受拉试验测定。通过对混凝土棱柱体的受压或受拉试验测定。77混凝土单调短期加载下的变形性能最大应力值fc最大应力值对应

33、的应变c0为0.0015-0.0025极限压应变cu为0.003-0.0063 砼78（一）混凝土在一次短期加荷时的应力应变关系（一）混凝土在一次短期加荷时的应力应变关系混凝土在一次短期加荷时的应力应变关系可通过对混凝混凝土在一次短期加荷时的应力应变关系可通过对混凝土棱柱体的受压或受拉试验测定。土棱柱体的受压或受拉试验测定。混凝土棱柱体受压应力混凝土棱柱体受压应力-应变曲线应变曲线混凝土受拉时的应力应混凝土受拉时的应力应变曲线的形状与受压时相似。变曲线的形状与受压时相似。但只有上升段。对应于抗拉但只有上升段。对应于抗拉强度强度ftft的应变的应变ctct很小，约很小，约为极限压应变的为极限压应

34、变的1/201/20。79影响混凝土应力影响混凝土应力应变曲线形状的因素应变曲线形状的因素混凝土强度混凝土强度80加载速度加载速度影响混凝土应力影响混凝土应力应变曲线形状的因素应变曲线形状的因素812.2.混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量 计算计算超静定结构内力超静定结构内力、温度应力温度应力以及以及构件在使用构件在使用阶段的截面应力阶段的截面应力时，为了方便常近似地把混凝土看时，为了方便常近似地把混凝土看作弹性材料进行分析，这时就需要用到混凝土的弹作弹性材料进行分析，这时就需要用到混凝土的弹性模量。性模量。823 砼2 2混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量 832 2混凝土的弹性模量混凝土的弹

35、性模量 也可以利用多次重复加也可以利用多次重复加载卸载后应力应变关系载卸载后应力应变关系趋于直线的性质来求弹趋于直线的性质来求弹性模量。即加载至性模量。即加载至0.5 ，然后卸载至零，重复，然后卸载至零，重复加卸载加卸载5次，应力应变曲次，应力应变曲线渐趋稳定并接近于一线渐趋稳定并接近于一条直线，该直线的正切条直线，该直线的正切即为混凝土的弹性模量。即为混凝土的弹性模量。842 2混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量 中国建科院等单位通过大量试验，得出经验公式：中国建科院等单位通过大量试验，得出经验公式：影响因素：骨料性质、胶凝材料含量、龄期、影响因素：骨料性质、胶凝材料含量、龄期、加载速度等。加

36、载速度等。计算中，受压弹性模量和受拉弹性模量可取为计算中，受压弹性模量和受拉弹性模量可取为同一值。同一值。85混凝土受压后除产生瞬时压应变外，在维持其外力不变的条件下（即荷混凝土受压后除产生瞬时压应变外，在维持其外力不变的条件下（即荷载长期不变），应变随时间继续增长的现象，叫做载长期不变），应变随时间继续增长的现象，叫做混凝土的徐变。混凝土的徐变。（二）混凝土在荷载长期作用下的变形（二）混凝土在荷载长期作用下的变形徐变徐变混混凝凝土土的的徐徐变变曲曲线线 86混凝土的徐变对混凝土结构构件的受力性能有重要的混凝土的徐变对混凝土结构构件的受力性能有重要的影响：影响：它将使结构构件的变形增加；它将使

37、结构构件的变形增加；轴心受压构件中钢筋的应力增加而混凝土的压应力减轴心受压构件中钢筋的应力增加而混凝土的压应力减小的应力重分布现象产生；小的应力重分布现象产生；在预应力混凝土结构构件中引起预应力损失等。在预应力混凝土结构构件中引起预应力损失等。（二）混凝土在荷载长期作用下的变形（二）混凝土在荷载长期作用下的变形徐变徐变87影响混凝土徐变的主要因素有：影响混凝土徐变的主要因素有：（1 1）构件中截面上的应力愈大，徐变就愈大；构件承构件中截面上的应力愈大，徐变就愈大；构件承载前，混凝土的强度越高，徐变就越小。载前，混凝土的强度越高，徐变就越小。（2 2）配合比、水灰比越大，徐变越大；骨料的级配愈配

38、合比、水灰比越大，徐变越大；骨料的级配愈好，含量愈高，徐变愈小。好，含量愈高，徐变愈小。（3 3）构件浇捣愈密实，养护条件愈好，徐变愈小；反构件浇捣愈密实，养护条件愈好，徐变愈小；反之，徐变愈大。之，徐变愈大。88混凝土在空气中凝结硬化时，体积减小的现象称混凝土在空气中凝结硬化时，体积减小的现象称为为收缩变形收缩变形。收缩变形是一种收缩变形是一种非受力变形非受力变形；而徐变变形只有在；而徐变变形只有在受力达到一定数值并且持续作用下才产生。受力达到一定数值并且持续作用下才产生。（三）（三）混凝土的收缩变形混凝土的收缩变形混凝土最初变形：2周完成25，1月完成50，收缩变形延续两年以上。89影响混

39、凝土收缩的主要因素有：影响混凝土收缩的主要因素有：（1 1）水灰比愈大，收缩愈大。水灰比愈大，收缩愈大。（2 2）骨料级配好，含量高，骨料的弹性模量大，收缩小。骨料级配好，含量高，骨料的弹性模量大，收缩小。（3 3）养护条件好，使用环境湿度大，收缩小。养护条件好，使用环境湿度大，收缩小。（4 4）混凝土密实度好，收缩小。混凝土密实度好，收缩小。（三）（三）混凝土的收缩变形混凝土的收缩变形90混凝土强度等级的选用原则：混凝土强度等级的选用原则：钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；当采用当采用HRB335（级钢筋）时，混凝土强度等级不宜级钢筋）时，混

40、凝土强度等级不宜低于低于C20；当采用当采用HRB400()和和RRB400(余热余热)钢筋以及承受重钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于C20；预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C30；当采用预应力钢绞线、钢丝、热处理钢筋做预应力钢筋当采用预应力钢绞线、钢丝、热处理钢筋做预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于时，混凝土强度等级不宜低于C40；垫层、地面混凝土及添充用混凝土可采用垫层、地面混凝土及添充用混凝土可采用C10；91第三节第三节 钢筋与混凝土的相互作用钢筋与混凝土的相互作用粘结力粘结力92粘

41、结力是存在于钢筋与混凝土界面上的作用力。它反映的是钢筋与混凝土交界面上沿钢筋纵向的抗剪能力。一、粘结力的概念和作用一、粘结力的概念和作用钢筋与混凝土之间的粘结钢筋与混凝土之间的粘结 93产生粘结力的主要因素是：（1）混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；（2）混凝土颗粒与钢筋表面产生的化学粘合力；（3）由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力。一、粘结力的概念和作用一、粘结力的概念和作用94 粘结力的测定粘结力的测定粘结力的测定一般采用拔出试验方法，粘结力的测定一般采用拔出试验方法，粘结强度粘结强度f可由下式计算可由下式计算:95 粘结力的测定粘结力的测定 根据拔出试验可知：根据拔出

42、试验可知：（1 1）粘结应力按曲线分布，最大粘结应力在离开端部的某粘结应力按曲线分布，最大粘结应力在离开端部的某一位置出现，且随拔出力的大小而变；一位置出现，且随拔出力的大小而变；（2 2）钢筋埋入长度越长，拔出力越大，但埋入过长则尾部钢筋埋入长度越长，拔出力越大，但埋入过长则尾部的粘结力很小，甚至为零；的粘结力很小，甚至为零；（3 3）粘结强度随混凝土强度等级的提高而增大；粘结强度随混凝土强度等级的提高而增大；（4 4）变形钢筋的粘结强度比光面钢筋的大；但若在光面钢变形钢筋的粘结强度比光面钢筋的大；但若在光面钢筋末端做弯钩，则拔出力大大提高。筋末端做弯钩，则拔出力大大提高。96二、保证钢筋和

43、混凝土之间粘结力的措施二、保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施1.足够的锚固长度：足够的锚固长度：锚固钢筋的抗拉强度设计值；锚固钢筋的抗拉强度设计值；锚固区混凝土的抗拉强度设计值；锚固区混凝土的抗拉强度设计值；锚固钢筋的直径或锚固并筋的等效直径；锚固钢筋的直径或锚固并筋的等效直径；锚固钢筋的外形系数。锚固钢筋的外形系数。钢筋类型钢筋类型光面钢筋光面钢筋带肋钢筋带肋钢筋三面刻痕钢丝三面刻痕钢丝螺旋肋钢丝螺旋肋钢丝三股钢绞线三股钢绞线七股钢绞线七股钢绞线0.160.140.190.130.160.17锚固钢筋的外形系数锚固钢筋的外形系数钢筋强度越高，钢筋强度越高，直径越粗，混直径越粗，混凝土强度越低，

44、凝土强度越低，则锚固长度要则锚固长度要求越长。求越长。9798二、保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施二、保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施1.足够的锚固长度：足够的锚固长度：钢筋类型钢筋类型光面钢筋光面钢筋带肋钢筋带肋钢筋螺旋肋钢丝螺旋肋钢丝三股钢铰线三股钢铰线七股钢绞线及七股钢绞线及三面刻痕钢丝三面刻痕钢丝最小锚固长度最小锚固长度20d25d80d90d100d受拉钢筋最小锚固长度（受拉钢筋最小锚固长度（mm）99二、保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施二、保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施2.一定的搭接长度；一定的搭接长度；绑扎搭接接头绑扎搭接接头钢筋焊接接头钢筋焊接接头100钢筋搭接接头的间距钢筋

45、搭接接头的间距 101受力钢筋搭接处箍筋加密受力钢筋搭接处箍筋加密 102锥螺纹钢筋连接锥螺纹钢筋连接103104挤压钢筋连接挤压钢筋连接105二、保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施二、保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施3.混凝土应有足够的厚度；混凝土应有足够的厚度；4.钢筋末端应做弯钩；钢筋末端应做弯钩；5.配置箍筋；配置箍筋；6.注意浇筑混凝土时的钢筋位置；注意浇筑混凝土时的钢筋位置；106复习题p无明显屈服点钢筋的应力无明显屈服点钢筋的应力应变曲线与有明显屈服点钢筋相比有何区应变曲线与有明显屈服点钢筋相比有何区别？别？p检验钢材质量的指标有哪几类？检验钢材质量的指标有哪几类？p何谓钢筋冷拉？

46、冷拉后的钢筋性能有何改变？何谓钢筋冷拉？冷拉后的钢筋性能有何改变？p为什么钢筋和混凝土能够共同工作？为什么钢筋和混凝土能够共同工作？p混凝土结构对钢筋性能的主要要求有哪些？混凝土结构对钢筋性能的主要要求有哪些？p如何确定混凝土强度等级？如何确定混凝土强度等级？p何谓混凝土的徐变？影响因素有哪些？何谓混凝土的徐变？影响因素有哪些？p混凝土与钢筋之间的粘结力是如何产生的？混凝土与钢筋之间的粘结力是如何产生的？1071.水灰比是指水和灰的体积比。2.混凝土各项强度指标的基本代表值是轴心抗压强度标准值。3.混凝土在三向受压应力状态下，抗压强度提高较多，延性略有降低。4.混凝土的弹性模量不小于变形模量。

47、5.单向受压的混凝土试件，在达到极限压应变时应力同时达到最大。6.立方体试件试件尺寸越大，抗压强度越高。7.一般来说，钢材含碳量越高，其强度越高，伸长率也越大。8.热处理钢筋属于有明显流幅的钢筋。9混凝土的劈裂强度大于抗折强度。10混凝土立方体抗压强度标准值的确定有85%的保证率。练习1081.2.混凝土各项强度指标的基本代表值是轴心抗压强度标准值。立方体抗压强度标准值3.混凝土在三向受压应力状态下，抗压强度提高较多，延性略有降低。抗压强度提高较多，延性也相应提高。4.混凝土的弹性模量不小于变形模量。5.单向受压的混凝土试件，在达到极限压应变时应力同时达到最大。峰值应变时应力同时达到最大。6.

48、立方体试件尺寸越大，抗压强度越高。越低。7.一般来说，钢材含碳量越高，其强度越高，伸长率也越大。强度越高，伸长率降低。8.热处理钢筋属于有明显流幅的钢筋。无明显流幅的钢筋。9混凝土的劈裂强度大于抗折强度。小于10混凝土立方体抗压强度标准值的确定有85%的保证率。95%109作业：作业：例题31钢筋混凝土简支梁，受力简图如图32，计算跨中截面弯矩设计值。110例题32排架结构简图如图，在左边柱柱底截面A处，屋面和恒载、柱自重、吊车梁重的永久荷载标准值产生的弯矩为2.08kN.m(正号表示左侧受拉)，屋面活荷载标准值产生的弯矩为0.11kN.m,左来风荷载标准值产生的弯矩为35.35kN.m,吊车最大轮压作用于A柱时荷载标准值产生的总弯矩20.70kN.m,试求该截面在这些荷载作用下1的弯矩组合设计值。纸件形式；纸件形式；学委统一收齐；学委统一收齐；提交时间：周五上课提交时间：周五上课