工程结构第三章 材料性能课件

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 主要内容：主要内容： 反映材料性能的基本指标反映材料性能的基本指标 钢材钢材 混凝土混凝土 砌体砌体3.1 结构材料性质及强度取值结构材料性质及强度取值3.1 结构材料性质及强度取值结构材料性质及强度取值n按其变形能力来分按其变形能力来分n塑性材料（破坏时有较大的塑性变形）：钢材塑性材料（破坏时有较大的塑性变形）：钢材n脆性材料（破坏前无明显的塑性变形）：混凝土、砖、脆性材料（破坏前无明显的塑性变形）：混凝土、砖、砌块等砌块等n材料性能分类材料性能分类重度线胀系数泊松比剪切模量弹性模量物理性能徐变与应力松弛疲劳强度冷弯性能冲击韧性

2、截面收缩率延伸率塑性指标承压强度强度极限屈服强度比例极限强度指标力学性能快体与砂浆间的黏结钢筋和混凝土间的黏结钢材的可焊性可结合性材料的力学性能材料的力学性能强度指标强度指标bcbcsc 塑性材料塑性材料 脆性材料脆性材料 材料的应力材料的应力-应变图形应变图形 比例极限比例极限 应力、应力、应变之间满足线性关应变之间满足线性关系的最大应力系的最大应力 屈服强度屈服强度 一般用一般用下屈服点作为材料的下屈服点作为材料的屈服强度屈服强度 强度极限强度极限 试件、试件、试样能承受的最大名试样能承受的最大名义应力义应力 承压强度承压强度 构件构件之间通过接触面传递之间通过接触面传递压力称为承压，承压

3、压力称为承压，承压面所能承担的最大压面所能承担的最大压应力应力psbc塑性材料一般受拉、受压材料性质相似塑性材料一般受拉、受压材料性质相似脆性材料抗压强度高于抗拉强度脆性材料抗压强度高于抗拉强度塑性材料塑性材料 脆性材料脆性材料scbcbc材料强度的取值方法材料强度的取值方法n取值依据取值依据n塑性材料强度取屈服值（无明显流动的塑性材料塑性材料强度取屈服值（无明显流动的塑性材料取名义屈服值）取名义屈服值）n脆性材料强度取强度极限脆性材料强度取强度极限n强度值分布规律强度值分布规律 随机变量随机变量 正态分布正态分布n强度特征值强度特征值busyff cbctbtff 平均值 infmxnxxx

4、nxf1)(121 2)(11fifxxnSfffxS/ 标准差变异系数 材料强度的取值方法材料强度的取值方法 材料强度标准值材料强度标准值 在正常情况下，可能出现的在正常情况下，可能出现的材料强度最小值。按材料强度最小值。按统一标准统一标准材料强度标准值材料强度标准值取取95%的保证率即的保证率即 材料强度设计值材料强度设计值 为满足可靠度要求，将材料为满足可靠度要求，将材料强度标准值除以大于强度标准值除以大于1的系数得出的强度值的系数得出的强度值)645. 11 (645. 1fmffkffkff 材料分项系数，由可靠度指标和材料性质决定材料的力学性能材料的力学性能材料的塑性材料的塑性以试

5、件变形后的残余变形定义塑性以试件变形后的残余变形定义塑性长试样：圆截面长试样：圆截面 矩形截面矩形截面短试样：圆截面短试样：圆截面 矩形截面矩形截面dl100003 .11Al dl500065. 5Al 延伸率延伸率%100001 lll 截面收缩率截面收缩率%100010 AAA 为塑性材料为塑性材料 ；否则为脆性材料；否则为脆性材料 %5冲击韧性冲击韧性冲击韧性冲击韧性 钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收机械能的一钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收机械能的一种能力，是衡量钢材抵抗可能因低温、应力集中、种能力，是衡量钢材抵抗可能因低温、应力集中、冲击荷载作用等而致脆性断裂的一项机械性能，是冲击荷载

6、作用等而致脆性断裂的一项机械性能，是强度与塑性的综合表现。强度与塑性的综合表现。冲击韧性定义为试件破坏后所消耗的冲击功冲击韧性定义为试件破坏后所消耗的冲击功 kkW冷弯性能和疲劳强度冷弯性能和疲劳强度疲劳强度疲劳强度 在循环荷载作用下，当达在循环荷载作用下，当达到一定的循环次数时，构件到一定的循环次数时，构件和发生脆性破坏，且破坏应和发生脆性破坏，且破坏应力远小于力远小于 ，称为疲，称为疲劳破坏。劳破坏。 在规定的循环次数和荷载在规定的循环次数和荷载变化幅度下，材料所能承受变化幅度下，材料所能承受的最大动态应力，称为疲劳的最大动态应力，称为疲劳强度强度bs 或ff或冷弯性能冷弯性能冷弯是将直径

7、为冷弯是将直径为d的钢筋绕直径的钢筋绕直径为为D的弯芯弯曲到规定的角度后的弯芯弯曲到规定的角度后无裂纹或起层现象，则表示冷弯无裂纹或起层现象，则表示冷弯合格。合格。徐变和应力松弛徐变和应力松弛 徐变或蠕变徐变或蠕变 恒定温度和应力作用下，构件的恒定温度和应力作用下，构件的 变形随时间变形随时间t增长的现象增长的现象 应力松弛应力松弛 在恒定的温度和应变条件下，构件在恒定的温度和应变条件下，构件 应力随应力随 时间的增加而减小的现象时间的增加而减小的现象材料的可结合性材料的可结合性 钢材的可焊性钢材的可焊性 焊接构件在施焊后的强焊接构件在施焊后的强度不应低于母材的强度。度不应低于母材的强度。 钢

8、筋和混凝土之间的黏结钢筋和混凝土之间的黏结 是钢筋混凝是钢筋混凝土结构工作的基础。黏结力由摩擦力、胶结土结构工作的基础。黏结力由摩擦力、胶结力和机械咬合力组成，其黏结强度与钢筋锚力和机械咬合力组成，其黏结强度与钢筋锚固长度、钢筋表面形状有关。固长度、钢筋表面形状有关。 块体与砂浆之间的黏结块体与砂浆之间的黏结 黏结强度与砂黏结强度与砂浆质量和块体类型有关，它决定砌体的抗弯、浆质量和块体类型有关，它决定砌体的抗弯、抗剪和抗拉强度抗剪和抗拉强度3.2 钢材的力学性能钢材的力学性能 钢材的拉伸应力钢材的拉伸应力-应变曲线及钢材强度取应变曲线及钢材强度取值的依据值的依据3.2.1 钢材的分类钢材的分类

9、锰系钢锰系钢硅锰系钢硅锰系钢 钢材钢材 碳素钢碳素钢低合金钢低合金钢 低碳钢低碳钢含碳量含碳量0.25% 中碳钢中碳钢含碳量含碳量0.25%0.6% 高碳钢高碳钢含碳量含碳量0.6%1.4%硅钒系钢硅钒系钢硅钛系钢硅钛系钢硅铬系钢硅铬系钢钢材的化学成分对钢材性能的影响钢材的化学成分对钢材性能的影响元素元素作用作用强度强度塑性塑性冲击冲击韧性韧性冷弯冷弯性能性能热脆热脆冷脆冷脆碳碳含量对钢材的强度、塑性、韧性和含量对钢材的强度、塑性、韧性和焊接性有决定性影响焊接性有决定性影响0.22%高高低低低低低低锰锰适量适量碳素钢中作为脱氧剂碳素钢中作为脱氧剂0.30.8%低合金钢中作为合金元素低合金钢中作

10、为合金元素1.21.6%提高提高没过多的降低没过多的降低改善改善过量过量降低降低减少氧、硫的有减少氧、硫的有害影响害影响变脆变脆硅硅过量过量熔炼镇静钢的脱氧剂。且能使钢中熔炼镇静钢的脱氧剂。且能使钢中纯铁晶粒细小和散布均匀纯铁晶粒细小和散布均匀提高提高无显著不良影响无显著不良影响适量适量降低，且恶化抗降低，且恶化抗锈蚀能力和焊接锈蚀能力和焊接性性0.3%（Q235）或）或0.6%（16Mn、15MnV）钒钒提高强度和细化晶粒，高温硬度提高提高强度和细化晶粒，高温硬度提高硫硫热脆（热脆（FeS在高温熔化而使钢材出现裂纹），在高温熔化而使钢材出现裂纹），使钢的焊接性变坏使钢的焊接性变坏降低降低含量

11、含量0.035%0.05%磷磷冷脆（低温韧性降低并产生脆性破坏）冷脆（低温韧性降低并产生脆性破坏）0.035%0.045%氧、氮、氧、氮、氢氢氧同硫增加钢的脆性；氮类似磷，将低钢的塑性、冲击韧性并增大其冷脆性；氢在低温时易使氧同硫增加钢的脆性；氮类似磷，将低钢的塑性、冲击韧性并增大其冷脆性；氢在低温时易使钢产生脆性破坏。钢产生脆性破坏。钢材的牌号钢材的牌号 铸造碳钢铸造碳钢:： 铸钢代号铸钢代号ZG、屈服点、屈服点fy-抗拉强度抗拉强度fu，例，例ZG200-400 钢筋中的低合金钢钢筋中的低合金钢: 平均含碳量万分数、主要合金元素符号、合金含平均含碳量万分数、主要合金元素符号、合金含量百分数

12、。其中合金元素含量量百分数。其中合金元素含量1.5%时不标注，时不标注，1.5%时标注时标注2， 2.5%时标注时标注3，此类推。例如，此类推。例如16Mn、20MnSi、40Si2MnV 螺栓用钢：螺栓用钢： 用碳钢或低合金钢制造。用碳钢或低合金钢制造。 抗拉强度抗拉强度.屈强比抗屈强比抗拉强度以拉强度以t/cm2为单位。螺栓有为单位。螺栓有4.6级、级、4.8级、级、8.8级和级和10.9级四个级别。级四个级别。钢材的牌号钢材的牌号结构钢材牌号结构钢材牌号n 碳素结构钢牌号碳素结构钢牌号代表屈服点字母代表屈服点字母Q、屈服应力、屈服应力标准值、标准值、-质量等级、脱氧方法，例如质量等级、脱

13、氧方法，例如Q235-AF、Q255-C。碳素结构钢共分。碳素结构钢共分Q195、Q215、Q235、Q255和和Q275五个牌号，钢结构中通常仅使用五个牌号，钢结构中通常仅使用Q235。Q235钢根据厚度尺寸，分为钢根据厚度尺寸，分为6档。档。 质量等级质量等级A、B、C、D 脱氧方法脱氧方法F、b、Z、TZ 低合金高强度钢牌号低合金高强度钢牌号代表屈服点字母代表屈服点字母Q、屈服、屈服应力标准值、应力标准值、-质量等级例如质量等级例如Q295B、Q420E。低合。低合金高强度结构钢共分金高强度结构钢共分Q295、Q345、Q390、Q420和和Q460五个牌号，其中五个牌号，其中Q345钢

14、、钢、Q390钢和钢和Q420钢为钢钢为钢结构的选用钢材。结构的选用钢材。 质量等级质量等级A、B、C、D、E钢材的规格钢材的规格 钢板钢板 厚厚h、宽宽b、长长l厚钢板：厚钢板：h=4.560mm，b=6003000mm，l=412m薄钢板：薄钢板：h=0.354mm，b=5001500mm，l=0.54m扁钢板：扁钢板：h=460mm，b=12200mm，l=39m花纹钢板：花纹钢板：h=2.58mm，b=6001800mm，l=0.612m 型钢型钢 工字钢字钢 槽钢槽钢 角钢角钢 钢管钢管钢材的规格钢材的规格钢筋和钢丝钢筋和钢丝钢筋钢筋 : 是指用于混凝土结构或配筋砌体中的直径在是指用

15、于混凝土结构或配筋砌体中的直径在450mm范围内的园钢。范围内的园钢。5mm及以下的细钢筋称为及以下的细钢筋称为钢丝。钢丝。12mm及以下的钢筋或钢丝常以盘圆形式提及以下的钢筋或钢丝常以盘圆形式提供。供。按外形分：按外形分：光面（直径为光面（直径为650mm）和变形（采用与）和变形（采用与光面钢筋相同重量的当量直径，直径一般不小于光面钢筋相同重量的当量直径，直径一般不小于10mm） 钢筋的种类钢筋的种类n热轧钢筋：热轧钢筋：由低碳钢、低合金钢热轧而成，均为由低碳钢、低合金钢热轧而成，均为软钢，按屈服强度标准值大小分为：软钢，按屈服强度标准值大小分为：HPB235、HRB335、HRB400和和

16、RRB400四个级别。其中四个级别。其中HPB235为为Q235钢，光圆形式。钢，光圆形式。 HRB335、 RRB400级变形钢筋均为级变形钢筋均为20MnSi钢，后者经余钢，后者经余热处理。热处理。 HRB400钢筋由钢筋由20MnSiV钢、钢、 20MnSiNb钢或钢或 20MnTi制成，为变形钢筋。制成，为变形钢筋。n热处理钢筋：热处理钢筋：由由40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr等合金钢热轧而成的钢筋进行加温、淬火和回火等合金钢热轧而成的钢筋进行加温、淬火和回火等调质处理而得到的钢筋。热处理钢筋强度大幅等调质处理而得到的钢筋。热处理钢筋强度大幅度提高、塑性降低不多，均为硬钢

17、。度提高、塑性降低不多，均为硬钢。n消除应力钢丝消除应力钢丝：将高碳镇静钢经冷拔后，中：将高碳镇静钢经冷拔后，中温回火消除应力并稳定化处理的光面钢筋。温回火消除应力并稳定化处理的光面钢筋。n刻痕钢丝刻痕钢丝：在光面钢丝的表面上进行刻痕处：在光面钢丝的表面上进行刻痕处理，以增加钢丝和混凝土之间的粘结力。理，以增加钢丝和混凝土之间的粘结力。n螺纹肋钢丝螺纹肋钢丝：以普通的低碳钢或低合金钢热：以普通的低碳钢或低合金钢热轧的盘圆条为母材，经冷轧减径后在其表面轧的盘圆条为母材，经冷轧减径后在其表面冷轧二面或三面有月牙肋的钢筋。冷轧二面或三面有月牙肋的钢筋。n钢铰线：钢铰线：由由3股或股或7股高强钢丝绞盘

18、在一起经股高强钢丝绞盘在一起经过低温回火处理消除应力后制成。过低温回火处理消除应力后制成。 钢筋的表示符号钢筋的表示符号 例例 212 8 150热轧钢筋热轧钢筋钢铰钢铰线线消除应力钢丝消除应力钢丝热处热处理钢理钢丝丝HPB235HRB335HRB400RRB400光面光面螺旋肋螺旋肋刻痕刻痕钢筋的冷加工钢筋的冷加工 结构钢材选用的基本原则结构钢材选用的基本原则 结构的重要性等级结构的重要性等级：一、二、三级：一、二、三级n荷载特征荷载特征： 结构所承受的荷载可为静力或动力的；经结构所承受的荷载可为静力或动力的；经常作用、有时作用或偶然出现的；经常满常作用、有时作用或偶然出现的；经常满载或经常

19、不满载等载或经常不满载等n连接方式连接方式： 焊接结构钢材的质量要求应高于同样情况焊接结构钢材的质量要求应高于同样情况的非焊接结构，碳、硫、磷等有害元素的的非焊接结构，碳、硫、磷等有害元素的含量应较低，塑性和韧性应较好，而且还含量应较低，塑性和韧性应较好，而且还应该具有含碳量的合格保证应该具有含碳量的合格保证n结构的工作环境温度结构的工作环境温度：n 对经常处于或可能处于较低负温下工对经常处于或可能处于较低负温下工作的钢结构、尤其是焊接结构，应选用化作的钢结构、尤其是焊接结构，应选用化学成分和机械性能质量较好和脆性转变温学成分和机械性能质量较好和脆性转变温度低于结构工作环境温度的钢材度低于结构

20、工作环境温度的钢材n钢材的厚度钢材的厚度：n 厚度大的钢材其强度、冲击韧性和焊厚度大的钢材其强度、冲击韧性和焊接性能都较差，且易产生三向残余应力。接性能都较差，且易产生三向残余应力。构件厚度大的焊接结构应采用质量好的钢构件厚度大的焊接结构应采用质量好的钢材。材。钢材的选用钢材的选用 承重结构的钢材：承重结构的钢材：宜选用宜选用Q235钢、钢、Q345钢、钢、 Q390钢和钢和Q420钢。钢。 选择选择钢筋或钢丝应考虑钢筋或钢丝应考虑：强度、塑性、可强度、塑性、可焊性及与混凝土的粘结性焊性及与混凝土的粘结性要求。普通钢筋宜采要求。普通钢筋宜采用用HRB400级和级和HRB335级钢筋，也可采用级

21、钢筋，也可采用HPB235级和级和RRB400级；预应力钢筋宜采用级；预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。预应力钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。 普通钢筋：普通钢筋：指用于钢筋混凝土结构中的钢指用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力钢筋混凝土结构中的非预应力筋。筋和预应力钢筋混凝土结构中的非预应力筋。3.2.2 钢材的强度设计值钢材的强度设计值结构钢材结构钢材n抗拉、抗压和抗弯强度设计值抗拉、抗压和抗弯强度设计值 ，对钢，对钢结构中结构中Q235钢钢取取1.087，对，对Q345钢、钢、Q390钢钢和和Q420钢钢取取1.111n抗剪强度设计值抗剪强度设计值n端面承压强度设计

22、值端面承压强度设计值其中抗力分项系数对其中抗力分项系数对Q235钢和钢和Q345钢取钢取1.15，对，对Q390钢和钢和Q420钢取钢取1.175 kff yyvyfff58. 03 fffv5803.RuuRucekcefff cekvykfff钢材的强度设计值钢材的强度设计值钢铸件钢铸件n抗拉、抗压和抗弯强度设计值抗拉、抗压和抗弯强度设计值n端面承压强度设计值端面承压强度设计值n抗剪强度设计值抗剪强度设计值fffv5803.uceff650.yff780.钢材的强度设计值钢材的强度设计值对接焊缝对接焊缝n对接焊缝的抗压强度设计值对接焊缝的抗压强度设计值 、抗剪强度设计值、抗剪强度设计值 取

23、母材的强度值：取母材的强度值：n抗拉强度设计值：抗拉强度设计值：角焊缝、铆钉、螺栓连接角焊缝、铆钉、螺栓连接 取材料的抗拉强度为标准值乘一经验系数得设计值取材料的抗拉强度为标准值乘一经验系数得设计值ffffwvwc58. 0 fffwt85. 0焊缝质量1、2级焊缝质量3级wcf钢材的强度设计值钢材的强度设计值 钢筋钢筋 受拉钢筋受拉钢筋强度设计值强度设计值 受压钢筋受压钢筋强度设计值强度设计值 spykpysykyffff yysssyffEEf002. 0 混凝土最大压应变混凝土最大压应变为为0.002, 所以钢筋以应所以钢筋以应变变0.002为控制条件为控制条件3.2.3 钢材的本构模型

24、钢材的本构模型理想弹塑性模型理想弹塑性模型hsyysfE,y 未考虑强化效应未考虑强化效应钢材的本构模型钢材的本构模型n理想弹塑性线性强化模型理想弹塑性线性强化模型在理想弹塑性模型的基础上考虑线性强化)( ,hssyushsEf当钢材的本构模型钢材的本构模型n弹塑性模型弹塑性模型没有明显的流幅钢材的本构模型钢材的本构模型n刚塑性模型刚塑性模型 当塑性变形足够大时，略去弹性变形仅考虑塑性变当塑性变形足够大时，略去弹性变形仅考虑塑性变形的模型形的模型3.3 混凝土混凝土 混凝土混凝土是由水泥、骨料（砂和石）和水按一定比例配和凝是由水泥、骨料（砂和石）和水按一定比例配和凝结硬化而成的人工石材。结硬化

25、而成的人工石材。 混凝土的结构：混凝土的结构：宏观结构、亚微观结构和微观结构。宏观结构、亚微观结构和微观结构。 混凝土的弹塑性性质混凝土的弹塑性性质 混凝土的强度等级：混凝土的强度等级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和和C80共十四级共十四级 C表示混凝土表示混凝土（concrete），），C后的数值为后的数值为混凝土的立方抗压强度标准值混凝土的立方抗压强度标准值 3.3.1 混凝土受压破坏机理混凝土受压破坏机理立方体受压立方体受压尺寸效应：立方体尺尺寸效应：立方体尺寸越小，实验得出的寸越小，实验得出的抗压强度越高抗压强度

26、越高为了便于比较，需统一试样尺寸和试验方法为了便于比较，需统一试样尺寸和试验方法。标准立方体试块标准立方体试块150mm150mm150mm，不涂润滑剂。立方体抗压强度值，不涂润滑剂。立方体抗压强度值 作为划分混凝土强度等级的依据作为划分混凝土强度等级的依据cuf尺寸效应的原因：尺寸效应的原因：1）内部缺陷少；内部缺陷少；2）实验）实验方法的影响，箍的作用方法的影响，箍的作用标准试块、标准养护条件、标准试验方法标准试块、标准养护条件、标准试验方法 边长为边长为150mm150mm150mm的标准立方体的标准立方体试块、在试块、在203C的温度和相对湿度在的温度和相对湿度在90%以上的以上的潮湿

27、空气中养护潮湿空气中养护28天，依照标准试验方法测得的天，依照标准试验方法测得的具有具有95%保证率的抗压强度。保证率的抗压强度。 标准试验方法：标准试验方法： 试件上下表面不加润滑剂试件上下表面不加润滑剂 加载速度：加载速度：C30时，时，0.30.5N/mm2/秒；秒； C30时，时，0.50.8N/mm2/秒。秒。 试件尺寸：边长为试件尺寸：边长为200mm或或100mm时，分别乘时，分别乘换算系数换算系数1.05和和0.95。 混凝土的龄期：混凝土的龄期：28天天2. 棱柱受压棱柱受压 混凝土实际状态为棱柱体受压，且端面不存在约混凝土实际状态为棱柱体受压，且端面不存在约束。试验中选用束

28、。试验中选用150mm 150mm 450mm450mm，或选，或选150mm 150mm 600mm600mm的试样。的试样。 试验得出的强度值称为混试验得出的强度值称为混凝土的轴心抗压强度。立方抗凝土的轴心抗压强度。立方抗压强度与轴心抗压强度之间可压强度与轴心抗压强度之间可建立统计关系。建立统计关系。cf3388. 021cukccckff3. 三向受压三向受压n混凝土的三向受压强度高于单向受压强度。混凝土的三向受压强度高于单向受压强度。n随着侧压力的提高，试件的横向变形受到约束，使随着侧压力的提高，试件的横向变形受到约束，使竖向抗压强度得到提高。竖向抗压强度得到提高。n侧压力对混凝土强度

29、的影响侧压力对混凝土强度的影响3.3.2 混凝土的设计强度混凝土的设计强度 混凝土强度设计值为其标准值除以混凝土材料分项系数，取混凝土强度设计值为其标准值除以混凝土材料分项系数，取 ，则，则 混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度都可通过立方体抗压强混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度都可通过立方体抗压强度进行换算，度进行换算， 混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度 与混凝土立方体抗压强度与混凝土立方体抗压强度 的的关系：关系：4 . 1kff cufcfkcuccckff,.21880 其中其中c1为轴压强度和立方体抗压强度之比，为轴压强度和立方体抗压强度之比，C50时，取时，取0.76，对对C80

30、取取0.82，中间按线性插值确定；，中间按线性插值确定；c2为为C40以上混凝土考以上混凝土考虑脆性折减系数，对虑脆性折减系数，对C40取取1.0，对，对C80取取0.87，中间按线性插，中间按线性插值确定。值确定。0.88为结构混凝土强度与试件混凝土强度的比值。为结构混凝土强度与试件混凝土强度的比值。（混凝土强度修正系数。）（混凝土强度修正系数。）4 . 1c混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度n试验方法试验方法n劈裂试验：垫条的尺寸、试件尺寸对试验结果均有影响。劈裂试验：垫条的尺寸、试件尺寸对试验结果均有影响。劈裂抗拉强度略大于直接受拉强度。劈裂抗拉强度略大于直接受拉强度。n直接抗拉试验直接抗拉试

31、验 试件为试件为100mm100mm100mm500mm500mm，两端埋，两端埋有伸出长度为有伸出长度为150mm150mm的变形钢筋。的变形钢筋。抗拉强度与立方抗压强度的统计关系n系数系数0.395和指数和指数0.55是根据试验数据得是根据试验数据得出的。出的。n规范对混凝土立方体强度采用的变异系规范对混凝土立方体强度采用的变异系数如下：数如下：5502450645113950880.,.kcuctkff C15C20C25C30C35C40C45C50C50C60C800.210.180.160.140.130.120.120.110.110.10kcuf, 混凝土的选用混凝土的选用n钢

32、筋混凝土结构的混凝土强度等级钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不宜低不宜低于于C15；当采用；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于级不宜低于C20；当采用；当采用HRB400和和RRB400级钢筋级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于于C20。n预应力混凝土结构的混凝土强度等级预应力混凝土结构的混凝土强度等级不不宜低于宜低于C30；当采用预应力钢绞线、钢丝、热处理；当采用预应力钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。n当采用当采用山砂

33、混凝土和高炉混凝土时，尚应符山砂混凝土和高炉混凝土时，尚应符合专门规程的规定。合专门规程的规定。 3.3.3 3.3.3 混凝土的变形性能混凝土的变形性能 1. 一次短期加载时的变形一次短期加载时的变形 2. 重复荷载作用的变形及疲劳强度重复荷载作用的变形及疲劳强度 3. 混凝土的模量混凝土的模量 4. 荷载长期作用下的变形荷载长期作用下的变形 5. 混凝土的体积变形混凝土的体积变形1. 一次短期加载时的变形性能（1）上升段）上升段 1. OA（0.30.4fc），混），混凝土的变形主要是骨料和凝土的变形主要是骨料和水泥结晶体受力产生的弹水泥结晶体受力产生的弹性变形，内部原有的微裂性变形，内部

34、原有的微裂缝处于稳定状态。缝处于稳定状态。 2. AB（B为临界点），为临界点），裂缝稳定扩展阶段，塑性裂缝稳定扩展阶段，塑性变形逐渐增大。变形逐渐增大。 3.BC段，内部微裂缝进段，内部微裂缝进入非稳定发展阶段，已延入非稳定发展阶段，已延伸扩展为若干连通的裂缝。伸扩展为若干连通的裂缝。对应的应力为混凝土的棱对应的应力为混凝土的棱柱体抗压强度，相应的应柱体抗压强度，相应的应变为峰值应变。变为峰值应变。1. 一次短期加载时的变形性能（2）下降段）下降段峰值应力以后，裂峰值应力以后，裂缝迅速发展，内部缝迅速发展，内部结构的整体性受到结构的整体性受到越来越严重的破坏，越来越严重的破坏，赖以传递荷载的

35、路赖以传递荷载的路径不断减少，试件径不断减少，试件的平均应力强度下的平均应力强度下降。过拐点后，荷降。过拐点后，荷载由骨料间的咬合载由骨料间的咬合力及摩擦力共同承力及摩擦力共同承受。受。卸载时的变形性能混凝土卸载曲线混凝土卸载曲线 cd瞬时恢复的弹瞬时恢复的弹性应变性应变bc弹性后效弹性后效ob残余应变残余应变混凝土受拉时应力混凝土受拉时应力-应应变关系与受压时相似，变关系与受压时相似，峰值对应的应变在峰值对应的应变在0.005%0.027%之间之间不同强度的混凝土应力应变曲线不同强度的混凝土应力应变曲线n峰值应变峰值应变 变化不大变化不大n随混凝土强随混凝土强度的提高下度的提高下降段变陡，降

36、段变陡，即延性变差即延性变差2 重复荷载作用下的变形特点及疲劳强度n疲劳强度：重复加载卸载循环次数达疲劳强度：重复加载卸载循环次数达2106次以上时才引次以上时才引起混凝土破坏的最大应力定义为混凝土的疲劳强度。起混凝土破坏的最大应力定义为混凝土的疲劳强度。n疲劳强度值一般为疲劳强度值一般为0.5fc3 3 混凝土的变形模量混凝土的变形模量 的单位为的单位为N/mm2kcucfE,57 .342 . 210kcuf, 弹性模量弹性模量Ec00tgddEc根据试验统计结果得根据试验统计结果得:测试方法：棱柱试样，应力测试方法：棱柱试样，应力上限上限0.5fc，反复加载反复加载5-10次，次，应力应

37、力-应变曲线接近直线，量应变曲线接近直线，量此斜率此斜率。3 3 混凝土的变形模量混凝土的变形模量混凝土的剪切变形模量混凝土的剪切变形模量Gc5 . 04 . 0 5 . 0 7 . 04 . 0 1 3 . 0疲劳变形时，受拉时，增大时，cccf变形模量变形模量EcceccecccEE ce/称为混凝土的弹性系数混凝土的泊送比2 . 0c根据弹性理论ccccEEG417. 0)1 (2 4 4 荷载长期作用下的变形荷载长期作用下的变形徐变徐变（1）概念 混凝土在长期荷载作用下应力不变，应变随时间继续增长的现象。 4 4 荷载长期作用下的变形荷载长期作用下的变形徐变徐变（1）徐变）徐变： a

38、混凝土应力的大小混凝土应力的大小 b 加荷龄期的长短加荷龄期的长短 c 混凝土的组成成分混凝土的组成成分 d 养护环境的温湿度养护环境的温湿度（2）徐变产生的原因）徐变产生的原因 凝胶体的粘性流动；混凝土内部的微裂缝在凝胶体的粘性流动；混凝土内部的微裂缝在 长期荷载下的发展长期荷载下的发展（3）影响徐变的因素）影响徐变的因素 a. 混凝土应力的大小与徐变的关系n应力越大徐变越大应力越大徐变越大n当应力较小时当应力较小时0.5fc时，徐变比应力增长更快，时，徐变比应力增长更快，称为称为非线性徐变非线性徐变，由于微裂缝开展；，由于微裂缝开展；n当应力当应力0.8fc时，徐变将成为时，徐变将成为非收

39、敛性的非收敛性的，即即0.8fc为混凝土的长期抗压强度。为混凝土的长期抗压强度。 b. 加荷龄期与徐变的关系n混凝土的龄期越早，徐变越大混凝土的龄期越早，徐变越大。 原因在于龄期越长，其水泥石中的结晶骨架越多原因在于龄期越长，其水泥石中的结晶骨架越多 c. 混凝土的组成成分、养护环境与徐变的关系n骨料越坚硬、弹性模量越高，对水泥石的约束作骨料越坚硬、弹性模量越高，对水泥石的约束作用越大，混凝土徐变越小。用越大，混凝土徐变越小。n水泥用量越多，徐变越大；水泥用量越多，徐变越大；n水灰比越大，徐变也越大水灰比越大，徐变也越大；n养护环境对徐变的影响：养护环境对徐变的影响：n养护时温度高、湿度大，水

40、泥水化作用充养护时温度高、湿度大，水泥水化作用充分，徐变就小分，徐变就小 4 4 荷载长期作用下的变形荷载长期作用下的变形徐变徐变（4）徐变对构件的影响 a. 增加受弯构件的变形增加受弯构件的变形 b. 在构件中引起内力重分布在构件中引起内力重分布。nc. 造成预应力钢筋的预应力损失造成预应力钢筋的预应力损失（1 1）概念：混）概念：混凝土在结硬过程中凝土在结硬过程中体积会发生变化体积会发生变化空气中结硬空气中结硬收收缩缩水中结硬水中结硬膨胀膨胀收缩比膨胀大得多，收缩比膨胀大得多，收缩值一般取收缩值一般取3 31010-4-4 5.混凝土的收缩和膨胀混凝土的收缩和膨胀 收缩和膨胀的影响因素水泥

41、用量越多、水灰比越大、骨料颗粒越小、水泥用量越多、水灰比越大、骨料颗粒越小、孔隙率越高、骨料的弹性模量越低，则收缩越孔隙率越高、骨料的弹性模量越低，则收缩越大。混凝土越密实，收缩越小。大。混凝土越密实，收缩越小。混凝土在结硬过程中周围湿度大以及使用环境混凝土在结硬过程中周围湿度大以及使用环境的湿度大时，收缩较小。的湿度大时，收缩较小。 减小混凝土收缩的措施减小混凝土收缩的措施n在施工中应注意振捣质量；加强养护；选在施工中应注意振捣质量；加强养护；选择合理的混凝土级配，以减少水泥用量；择合理的混凝土级配，以减少水泥用量；降低水灰比降低水灰比n还可采用膨胀水泥等方法来减轻混凝土的还可采用膨胀水泥等

42、方法来减轻混凝土的收缩对钢筋混凝土结构物所造成的危害。收缩对钢筋混凝土结构物所造成的危害。 3.3.4 混凝土的本构关系 1. 单轴受压单轴受压欧洲模式规范欧洲模式规范(90CEB-FIP)cccfyxcxbxaxy 102系数由特定条件确定：系数由特定条件确定：aEEEEddfdxdyxcbcbayxcbayxccccc0002 : , 0)1 (20 :0 , 111 :1 , 1峰值条件峰值条件初始斜率初始斜率 3.3.4 混凝土的本构关系 得出得出：2 ,1 ,00ccEEcbEEa本构方程为：本构方程为：00200021cccccccEEEEf在非线性计算中，可根据前一步的应力、应变

43、，在非线性计算中，可根据前一步的应力、应变，确定出切线模量，继而假设切线模量为下一步确定出切线模量，继而假设切线模量为下一步的初始弹性模量，根据应变确定出当前应力。的初始弹性模量，根据应变确定出当前应力。 3.3.4 混凝土的本构关系简化模型简化模型cucccncccff000,11（我国规范采用）（我国规范采用）0033. 010500033. 010505 . 0002. 0002. 025060125,5,0,kcucukcukcufffn3.3.4 混凝土的本构关系当n=2时，cucccccccff00200,22. 单轴受拉单轴受拉cctctctcctctcctctcEfffEf9

44、. 000015. 000015. 0100.1f ,9 . 0 ,9 . 0ctct3.3.4 混凝土的本构关系3. 三轴应力状态（三轴应力状态（Ottosen）模型）模型Ecsa不同应力水平下的割线模量csa不同应力水平下的泊松比 3.4 钢筋和混凝土之间的粘结作用钢筋和混凝土之间的粘结作用 3.4.1 粘结作用的来源粘结作用的来源 3.4.2 粘结作用的意义粘结作用的意义 3.4.3 粘结破坏粘结破坏 3.4.4 粘结强度粘结强度 3.4.5 影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素 3.4.1 粘结作用的来源粘结作用的来源 1.粘结应力：钢筋混凝土受力后沿着钢筋和混凝粘结应力：钢筋混凝土受

45、力后沿着钢筋和混凝土接着面上产生剪应力。土接着面上产生剪应力。 2.光圆钢筋、变形钢筋与混凝土的粘结作用光圆钢筋、变形钢筋与混凝土的粘结作用 1）钢筋和混凝土接着面上的化学吸附力）钢筋和混凝土接着面上的化学吸附力（胶结（胶结力）力）。 2）混凝土收缩握裹钢筋而产生摩擦力。 3）钢筋表面粗糙不平（凹凸不平）与混凝土）钢筋表面粗糙不平（凹凸不平）与混凝土之间产生的之间产生的机械咬合力。机械咬合力。钢筋和混凝土接触钢筋和混凝土接触面上的面上的化学吸附力（胶结力）化学吸附力（胶结力）。3.4.2 提高粘结的措施提高粘结的措施n粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、

46、共同工作的基础的基础n钢筋的端部加弯钩、弯折，或在锚固区贴焊短钢钢筋的端部加弯钩、弯折，或在锚固区贴焊短钢筋、贴焊角钢等，可以提高端部锚固能力。筋、贴焊角钢等，可以提高端部锚固能力。n光圆钢筋的末端均需设置弯钩光圆钢筋的末端均需设置弯钩n锚固长度锚固长度3.4.3 粘结强度粘结强度n试验方法试验方法2. 粘结破坏粘结破坏n光面钢筋：锚筋被光面钢筋：锚筋被拔出。拔出。n变形钢筋：出现纵变形钢筋：出现纵向劈裂裂缝或刮犁向劈裂裂缝或刮犁式破坏式破坏3. 粘结强度粘结强度n粘结应力粘结应力n粘结强度粘结强度adlP audlP max la锚固长度粘结应力分布粘结应力分布是不均匀的，是不均匀的，算出的

47、是平均算出的是平均值值3.4.4 影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素n混凝土强度混凝土强度n钢筋的表面状态钢筋的表面状态n保护层厚度保护层厚度n钢筋净间距：钢筋的净间距过小，外围混凝钢筋净间距：钢筋的净间距过小，外围混凝土将发生水平劈裂。土将发生水平劈裂。n横向配筋横向配筋n侧向压应力侧向压应力n混凝土浇筑状况混凝土浇筑状况1. 混凝土强度混凝土强度混凝土抗拉强混凝土抗拉强度越高，粘结度越高，粘结强度越高强度越高2. 钢筋的表面状态钢筋的表面状态钢筋锈蚀增加粘钢筋锈蚀增加粘结强度，所以一结强度，所以一般钢筋不用除锈般钢筋不用除锈3. 保护层厚度保护层厚度5. 横向配筋横向配筋6. 侧向压应力

48、侧向压应力7. 混凝土浇筑状况混凝土浇筑状况3.5 砌体材料砌体材料n3.5.1 砌体材料的种类和强度等级砌体材料的种类和强度等级n3.5.2 砌体的分类砌体的分类n3.5.3 砌体的强度砌体的强度n3.5.4 砌体的变形砌体的变形3.5.1 砌体材料的种类和强度等级砌体材料的种类和强度等级一、块体的种类一、块体的种类二、块体的强度等级二、块体的强度等级三、砂浆的种类和强度等级三、砂浆的种类和强度等级一、块体的种类一、块体的种类 1. 砖砖 1) 烧结转烧结转n烧结普通砖烧结普通砖：以粘土、页岩、煤矸石、：以粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原料，经过焙烧而成的实粉煤灰为主要原料，经过焙烧而成的

49、实心和孔洞率不大于心和孔洞率不大于15%的砖。的砖。240mm115mm53mmn烧结多孔砖烧结多孔砖: 以粘土、页岩、煤矸石为主要原料，经以粘土、页岩、煤矸石为主要原料，经过焙烧而成，孔洞率过焙烧而成，孔洞率15%，分，分P型砖和型砖和M型砖型砖 KM1型：型：190mm190mm90mm，孔洞率孔洞率26% KP1型：型： 240mm115mm90mm，孔洞率孔洞率25% KP2型：型：240mm180mm115mm 2）非烧结硅酸盐砖）非烧结硅酸盐砖n蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖：n 以石英砂和石灰为主要原料，这种砖以石英砂和石灰为主要原料，这种砖不能用于温度长期超过不能用于温度长期超过200C

50、、受急冷急、受急冷急热或有酸性介质侵蚀的部位。热或有酸性介质侵蚀的部位。n蒸压粉煤灰砖蒸压粉煤灰砖（烟灰砖）：（烟灰砖）：n 以粉煤灰为主要原料，掺配一定比例以粉煤灰为主要原料，掺配一定比例的石灰、石膏或其它碱性激发剂，再加入的石灰、石膏或其它碱性激发剂，再加入一定量的炉渣或水淬矿渣作骨料。这种砖一定量的炉渣或水淬矿渣作骨料。这种砖的抗冻性、长期强度稳定性以及防水性能的抗冻性、长期强度稳定性以及防水性能等均不及粘土砖。等均不及粘土砖。n炉渣砖炉渣砖（煤渣砖）：（煤渣砖）：n 以炉渣为主要原料，掺配适量的以炉渣为主要原料，掺配适量的石灰、石膏或其它碱性激发剂。这种石灰、石膏或其它碱性激发剂。这种

51、砖的耐热温度可达砖的耐热温度可达300C。n矿渣砖矿渣砖：n 以未经水淬处理的高炉矿渣为主以未经水淬处理的高炉矿渣为主要原料，掺配一定比例的石灰、粉煤要原料，掺配一定比例的石灰、粉煤灰或煤渣。灰或煤渣。2. 砌块砌块n规格尺寸：规格尺寸：390mm190mm 190mm 190mm190mm，空心率，空心率25%-50%25%-50%。n南方多用普通混凝土做成空心砌块南方多用普通混凝土做成空心砌块n北方多用浮石、火山渣、陶粒等轻北方多用浮石、火山渣、陶粒等轻集料做成的轻集料混凝土空心砌块集料做成的轻集料混凝土空心砌块n利用工业废料加工生产的砌块：粉利用工业废料加工生产的砌块：粉煤灰砌块、煤矸石

52、砌块、炉渣混凝煤灰砌块、煤矸石砌块、炉渣混凝土砌块、加气混凝土砌块等土砌块、加气混凝土砌块等3. 天然石材天然石材n常用常用花岗岩、砂岩、石灰石等花岗岩、砂岩、石灰石等，重力密，重力密度大于度大于18kN/m3，强度大，耐久性好，强度大，耐久性好，用于建筑物的基础、挡土墙、拱桥、房用于建筑物的基础、挡土墙、拱桥、房屋的贴面等。屋的贴面等。n按加工程度分按加工程度分n料石料石n料石料石n细料石细料石 宽度、高度不小于宽度、高度不小于200或长度的或长度的1/4，叠砌面凹入深度不应大于，叠砌面凹入深度不应大于10mm；n半细料石半细料石 叠砌面凹入深度不应大于叠砌面凹入深度不应大于15mm；n粗料

53、石粗料石 叠砌面凹入深度不应大于叠砌面凹入深度不应大于20mm；n毛料石毛料石 叠砌面凹入深度不应大于叠砌面凹入深度不应大于25mm。n毛石毛石 形状不规则，中部厚度不应小于形状不规则，中部厚度不应小于200mm。二、块体强度等级二、块体强度等级n块体的强度等级用块体的强度等级用MUf1表示，用标准表示，用标准试验方法测得的块体极限抗压强度，单试验方法测得的块体极限抗压强度，单位用位用Mpa。n烧结普通砖和烧结多孔砖烧结普通砖和烧结多孔砖的强度等级：的强度等级：MU30、MU25、MU20、MU15、MU10；n蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砖的强度等级：的强度等级：MU25、

54、MU20、MU15、MU10；三、砂浆的种类和强度等级三、砂浆的种类和强度等级n砌块砌块的强度等级：的强度等级：n MU20、MU15、MU10、MU7.5、MU5n石材石材的强度等级：的强度等级： MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、 MU30、MU20。 三、砂浆的种类和强度等级三、砂浆的种类和强度等级 1.砂浆的种类砂浆的种类 2.砂浆的强度等级砂浆的强度等级 3.砂浆的质量要求砂浆的质量要求1. 砂浆的作用砂浆的作用 砂浆砂浆：由胶凝材料（水泥、石灰）、由胶凝材料（水泥、石灰）、细骨料（砂）和水按一定的配合比搅拌细骨料（砂）和水按一定的配合比搅拌而成而成n将单块的砌体连

55、成整体，并因抹平块体将单块的砌体连成整体，并因抹平块体表面使应力分布均匀表面使应力分布均匀n砂浆填满块体间的缝隙，减少了砌体的砂浆填满块体间的缝隙，减少了砌体的透气性，从而提高砌体的隔热、防水和透气性，从而提高砌体的隔热、防水和抗冻性能。抗冻性能。2. 砂浆的种类砂浆的种类n水泥砂浆水泥砂浆：强度高、耐久性好，可塑性和保：强度高、耐久性好，可塑性和保水性差，故而砌筑质量差。用于防潮层以下水性差，故而砌筑质量差。用于防潮层以下或强度要求高的砌体中；或强度要求高的砌体中；n混合砂浆混合砂浆：在水泥砂浆中掺入适量的塑性掺：在水泥砂浆中掺入适量的塑性掺和料，有水泥石灰砂浆、水泥黏土砂浆。有和料，有水泥

56、石灰砂浆、水泥黏土砂浆。有一定的强度和耐久性，和易性、保水性较好。一定的强度和耐久性，和易性、保水性较好。n非水泥砂浆非水泥砂浆：有石灰砂浆、石膏砂浆、黏土：有石灰砂浆、石膏砂浆、黏土砂浆等。强度低、耐久性差，可塑性和保水砂浆等。强度低、耐久性差，可塑性和保水性好，主要用于临时性建筑物。性好，主要用于临时性建筑物。3. 砂浆的强度等级砂浆的强度等级n按标准试验方法测得的砂浆块体的极限按标准试验方法测得的砂浆块体的极限抗压强度来确定其强度等级。抗压强度来确定其强度等级。n试件尺寸：试件尺寸：70.7mm70.7mm70.7mm，标准养，标准养护护28天。取天。取6个试件抗压强度平均值个试件抗压强

57、度平均值f2作作为强度等级，为强度等级，M f2n强度等级分为：强度等级分为：M15、M10、M7.5、M5、M2.5。4. 砂浆的质量要求砂浆的质量要求n强度：根据强度的高低划分砂浆的强度：根据强度的高低划分砂浆的强度等级强度等级n可塑性：容易铺成厚度及密实度较可塑性：容易铺成厚度及密实度较均匀的灰缝均匀的灰缝n保水性：在运输和砌筑过程中保持保水性：在运输和砌筑过程中保持水分的能力水分的能力 3.5.2 砌体的分类砌体的分类 一、砖砌体一、砖砌体 二、砌块砌体二、砌块砌体 三、石砌体三、石砌体 四、配筋砌体四、配筋砌体一、砖砌体一、砖砌体n用途：承重内外墙、砖柱，围护墙及隔墙用途：承重内外墙

58、、砖柱，围护墙及隔墙n厚度的确定（厚度的确定（240、370、490、620、740、120、180、300、420）n强度和稳定强度和稳定n保温、隔热和不透风保温、隔热和不透风n砌筑方式砌筑方式原则：不能形成竖向通缝。原则：不能形成竖向通缝。二、砌块砌体二、砌块砌体n砌块排列的基本原则砌块排列的基本原则n排列要求有规律性，并使砌块类型最少排列要求有规律性，并使砌块类型最少n排列应整齐排列应整齐n尽量减少通缝，使砌筑牢固尽量减少通缝，使砌筑牢固n排列时应选择一套砌块的规格和型号，其中大规格排列时应选择一套砌块的规格和型号，其中大规格的砌块宜占的砌块宜占70%以上以上三、石砌体三、石砌体n由天然石材和砂浆或混凝土砌筑而成由天然石材和砂浆或混凝土砌筑而成四、配筋砌体四、配筋砌体n为了提高砌体的强度或当构件截面尺寸受到限制为了提高砌体的强度或当构件截面尺寸受到限制时，可在砌体内配置适量的钢筋或钢筋混凝土。时，可在砌体内配置适量的钢筋或钢筋混凝土。n网状配筋砌体网状配筋砌体n组合配筋砌体组合配筋砌体n配筋砖砌体配筋砖砌体1. 网状配筋砌体网状配筋砌体2. 组合砖砌体组合砖砌体n外包式组外包式组