T建筑结构材料

建筑结构材料建筑钢材的力学性能含碳量低于2%的铁碳合金，为建筑钢材；在建筑结构中，大量的使用普通碳素钢和普通低合金钢材。一、钢材的力学性能1，应力——应变曲线；有明显屈服点的低碳钢无明显屈服点的钢材2，强度——３个强度3，塑性——伸长率4，弹性模量５，钢材的五项机械性能指标：屈服强度、极限抗拉强度、伸长率、180度冷弯和冲击韧性。钢结构在使用过程中要承受各种形式的作用，所以要求钢材必须具有能够抵抗各种作用的能力，这种能力统称为钢材的力学性能或称作钢材的机械性能。钢材的机械性能主要指屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能及冲击韧性等。1）.屈服强度（屈服点）：是衡量结构的承载能力和确定强度设计值的重要指标。钢材的应力到达屈服强度后，应变急剧增长，使结构的变形也迅速增加以至不能正常使用。所以钢材的强度设计值一般都取用屈服强度。2）.抗拉强度：是钢材应力应变图中的最大应力值，是破坏前能够承受的最大应力，是衡量钢材抵抗拉断的性能指标。屈强比是钢材强度储备的系数。屈强比越低，安全储备越大，屈强比越高，安全储备越小。3）.伸长率：是试件被拉断时的最大应变值，是衡量钢材塑性性能的指标。塑性是指在外力作用下产生永久变形时抵抗断裂的能力。屈服强度、抗拉强度和伸长率可通过钢材的拉伸试验测定。也是钢材的最基本的指标。4）.冷弯性能：是钢材经过冷弯180°后外侧表面抵抗裂纹产生的能力。以不出现裂纹为合格，也是表示钢材塑性性能的指标。同时通过冷弯，可以检验钢材颗粒组织、结晶情况和非金属夹杂物分布等缺陷，在一定程度上也是鉴定焊接性能的一个指标。冷弯性能用冷弯试验来检验。5）.冲击韧性：是表示在动力荷载作用下，抵抗脆性破坏的能力。是衡量钢材抵抗动力荷载能力的指标。用冲击韧性值AKV或CV表示。（试件刻槽处单位面积所消耗的功）钢材硬化硬化有时效硬化和冷作硬化两种。时效硬化是指钢材随时间的增长，钢材强度(屈服点和抗拉强度)提高，塑性降低、特别是冲击韧性大大降低的现象。时效硬化的过程一般很长。冷作硬化是指当钢材冷加工(剪、冲、拉弯等)超过其弹性极限卸载后，出现残余塑性变形，再次加载时弹性极限(或屈服点)提高的现象。冷作硬化降低了钢材的塑性和冲击韧性，增加了出现脆性破坏的可能性钢材的冷加工1，钢筋的冷拉1）冷拉的应力应变图形2）钢筋经冷拉时效后，强度提高，但塑性性能明显降低。3）焊接和高温会使钢材软化。4）冷拉只能提高钢材的抗拉强度，而不能提高钢材的抗压强度。2，钢筋的冷拔1）冷拔的方法2）冷拔后的钢筋可提高其强度40-90%，但塑性也明显降低，且没有明显的屈服点。3，冷拔可以提高钢材的抗拉和抗压强度。建筑钢材的品种我国目前常用的钢材有碳素结构钢和普通低合金钢制造，碳素结构钢，由含碳量的提高，强度增加，而塑性降低；普通低合金钢是在钢材内加入有利的化学元素，来提高钢材的强度和塑性的。1，钢筋2，钢结构中的型钢材1．钢板钢板的表示方法为“－宽度×厚度×长度”或“－宽度×厚度”单位为mm如：－400×6×2000，－400×6。2．型钢等边（等肢）角钢型号表示方法为肢宽×厚度。不等边（不等肢）角钢型号表示方法为长肢宽×短肢宽×厚度。工字钢型号表示方法为Ⅰ高度，高度以厘米数表示，如高为100mm的型号表示为Ⅰ10，型号20号以上时，腹板厚度分a、b、c三种，如Ⅰ32a、Ⅰ32b、Ⅰ32c。槽钢型号表示方法为匚高度，高度以厘米数表示，3．H型钢和T型钢H型钢翼缘宽，翼缘上下表面平行，材料分布侧重在翼缘部分，具有较好的力学性能。H型钢分宽翼缘（HW）、中翼缘（HM）、窄翼缘（HN）和H型钢柱（HP）四类。各种T型钢符号分别为TW、TM、TN三种。H型钢和剖分T型钢的型号表示均为：高度×宽度×腹板厚度×翼缘厚度，4．钢管钢管有轧制无缝钢管及冷弯成型的高频焊接钢管，对圆形钢管型号表示为φ外径×厚度。5．冷弯薄壁型钢薄壁型钢一般用2~6mm厚的薄钢板经冷弯或模压而成。混凝土的力学性能混凝土是由水泥、水和骨料等几种材料，经混合搅拌、入模浇捣、养护硬化后形成的人工石材。

混凝土组成成分的比例，尤其是水灰比对强度和变形有着重要的影响。一、混凝土的强度强度是混凝土硬化后的主要力学性能，并且与其他性质关系密切。按照我国现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》(GBJ81—1985)规定，混凝土强度有立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度和与钢筋的粘结强度等。其中以抗压强度最大，抗拉强度最小(约为抗压强度的1／10～1／20)，因此结构工程中混凝土主要用于承受压力。1，混凝土的抗压强度1)立方体抗压强度和立方体抗压强度标准值＃混凝土的抗压强度，是指其标准试件在压力作用下直到破坏时单位面积所能承受的最大压力。混凝土结构构件常以抗压强度为主要设计依据。＃根据国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》(GBJ81—1985)制作150mm×150mm×150mm的标准立方体试件，在标准条件(温度20°C±3℃，相对湿度90％以上)下，养护到28d龄期，所测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度(简称立方体抗压强度)，以fcu表示采用标准试验方法测定其强度是为了使混凝土的质量有对比性，它是结构设计、混凝土配合比设计和质量评定的重要数据。２）混凝土的轴心抗压强度(fcp)

确定混凝土强度等级采用立方体试件，但实际工程中钢筋混凝土构件形式极少是立方体的，大部分是棱柱体形或圆柱体形。为了使测得的混凝土强度接近于混凝土构件的实际情况，在钢筋混凝土结构计算中，计算轴心受压构件(例如柱子、桁架的腹杆等)时，都采用混凝土的轴心抗压强度fcp作为设计依据。根据国家标准(GBJ81)的规定，轴心抗压强度采用150mm×150mm×300mm的棱柱体作为标准试件，如有必要，也可采用非标准尺寸的棱柱体试件，但其高宽比h/a)应在2～3的范围。轴心抗压强度值fcp比同截面的立方体抗压强度值fcu小，棱柱体试件高宽比(h/a)越大，轴心抗压强度越小，但当h／a达到一定值后，强度不再降低。在立方体抗压强度fcu为10～55MPa范围内时，轴心抗压强度fcp≈(0.7-0.8)fcu。2，混凝土的抗抗拉强度(fts)混凝土的抗抗拉强度只只有抗压强强度的1／10～1／20，并且这个个比值随着着混凝土强强度等级的的提高而降降低。由于混凝土土受拉时呈呈脆性断裂裂，破坏时时无明显残残余应变，，故在钢筋筋混凝土结结构设计中中，不考虑虑混凝土承承受拉力，，而是在混混凝土中配配以钢筋，，由钢筋来来承受结构构中的拉力力。但混凝凝土抗拉强强度对于混混凝土抗裂裂性具有重重要作用，，它是结构构设计中确确定混凝土土抗裂度的的主要指标标，有时也也用它来间间接衡量混混凝土与钢钢筋间的粘粘结强度，，并预测由由于干湿变变化和温度度变化而产产生裂缝的的情况。３、影响混混凝土强度度的主要因因素硬化后的混混凝土在未未受到外力力作用之前前，由于水水泥水化造造成的化学学收缩和物物理收缩引引起砂浆体体积的变化化，在粗骨骨料与砂浆浆界面上产产生了分布布极不均匀匀的拉应力力，从而导导致界面上上形成了许许多微细的的裂缝。另另外，还因因为混凝土土成型后的的泌水作用用，某些上上升的水分分为粗骨料料颗粒所阻阻止，因而而聚集于粗粗骨料的下下缘，混凝凝土硬化后后就成为界界面裂缝。。当混凝土土受力时，，这些预存存的界面裂裂缝会逐渐渐扩大、延延长并汇合合连通起来来，形成可可见的裂缝缝，致使混混凝土结构构丧失连续续性而遭到到完全破坏坏。强度试试验也证实实，正常配配比的混凝凝土破坏主主要是骨料料与水泥石石的粘结界界面发生破破坏。所以以，混凝土土的强度主主要取决于于水泥石强强度及其与与骨料的粘粘结强度。。而粘结强强度又与水水泥强度等等级、水灰灰比及骨料料的性质有有密切关系系，此外混混凝土的强强度还受施施工质量、、养护条件件及龄期的的影响。1）水灰比水泥强度等级级和水灰比是是决定混凝土土强度最主要要的因素。也也是决定性因因素。水泥是是混凝凝土中中的活活性组组成，，在水水灰比比不变变时，，水泥泥强度度等级级愈高高，则则硬化化水泥泥石的的强度度愈大大，对对骨料料的胶胶结力力就愈愈强，，配制制成的的混凝凝土强强度也也就愈愈高。。如常用用的塑塑性混混凝土土，其其水灰灰比均均在0．4～0．8之间。。当混混凝土土硬化化后，，多余余的水水分就就残留留在混混凝土土中或或蒸发发后形形成气气孔或或通道道，大大大减减小了了混凝凝土抵抵抗荷荷载的的有效效断面面，而而且可可能在在孔隙隙周围围引起起应力力集中中。因因此，，在水水泥强强度等等级相相同的的情况况下，，水灰灰比愈愈小，，水泥泥石的的强度度愈高高，与与骨料料粘结结力愈愈大，，混凝凝土强强度也也愈高高。但但是，，如果果水灰灰比过过小，，拌合合物过过于干干稠，，在一一定的的施工工振捣捣条件件下，，混凝凝土不不能被被振捣捣密实实，出出现较较多的的蜂窝窝、孔孔洞，，将导导致混混凝土土强度度严重重下降降。参参见图图３—１。。图３３—１混混凝凝土土强强度度与与水水灰灰比比的的关关系系a)强度度与与水水灰灰比比的的关关系系b)强度度与与灰灰水水比比的的关关系系2）骨骨料料的的影影响响当骨骨料料级级配配良良好好、、砂砂率率适适当当时时，，由由于于组组成成了了坚坚强强密密实实的的骨骨架架，，有有利利于于混混凝凝土土强强度度的的提提高高。。如如果果混混凝凝土土骨骨料料中中有有害害杂杂质质较较多多，，品品质质低低，，级级配配不不好好时时，，会会降降低低混混凝凝土土的的强强度度。。由于于碎碎石石表表面面粗粗糙糙有有棱棱角角，，提提高高了了骨骨料料与与水水泥泥砂砂浆浆之之间间的的机机械械啮啮合合力力和和粘粘结结力力，，所所以以在在原原材材料料、、坍坍落落度度相相同同的的条条件件下下，，用用碎碎石石拌拌制制的的混混凝凝土土比比用用卵卵石石拌拌制制的的混混凝凝土土的的强强度度要要高高。。骨料的强强度影响响混凝土土的强度度。一般般骨料强强度越高高，所配配制的混混凝土强强度越高高，这在在低水灰灰比和配配制高强强度混凝凝土时，，特别明明显。骨骨料粒形形以三维维长度相相等或相相近的球球形或立立方体形形为好，，若含有有较多扁扁平或细细长的颗颗粒，会会增加混混凝土的的孔隙率率，扩大大混凝土土中骨料料的表面面积，增增加混凝凝土的薄薄弱环节节，导致致混凝土土强度下下降。3）养护温温度及湿湿度的影影响混凝土强强度是一一个渐进进发展的的过程，，其发展展的程度度和速度度取决于于水泥的的水化状状况，而而温度和和湿度是是影响水水泥水化化速度和和程度的的重要因因素。因因此，混混凝土成成型后，，必须在在一定时时间内保保持适当当的温度度和足够够的湿度度，以使使水泥充充分水化化，这就就是混凝凝土的养养护。养养护温度度高，水水泥水化化速度加加快，混混凝土的的强度发发展也快快；反之之，在低低温下混混凝土强强度发展展迟缓。。当温度度降至冰冰点以下下时，则则由于混混凝土中中的水分分大部分分结冰，，不但水水泥停止止水化，，强度停停止发展展，而且且由于混混凝土孔孔隙中的的水结冰冰，产生生体积膨膨胀(约9％)，而对孔孔壁产生生相当大大的压应应力(可达100MPa)，从而使使硬化中中的混凝凝土结构构遭到破破坏，导导致混凝凝土已获获得的强强度受到到损失。。还应注注意的是是，混凝凝土早期期强度低低，更容容易冻坏坏。总之，因因为水是是水泥水水化反应应的必要要条件，，只有周周围环境境湿度适适当，水水泥水化化反应才才能顺利利进行，，使混凝凝土强度度得到充充分发展展。如果果湿度不不够，水水泥水化化反应不不能正常常进行，，甚至停停止水化化，会严严重降低低混凝土土强度。。二、荷载载作用下下混凝土土的变形形１，混凝凝土在短短期作用用下的变变形１）混凝土是是一种由由水泥石石、砂、、石、游游离水、、气泡等等组成的的不匀质质的多组组分三相相复合材材料，为为弹塑性性体。受受力时既既产生弹弹性变形形，又产产生塑性性变形，，其应力力应变关关系呈曲曲线，如如图。卸卸荷后能能恢复的的应变ε弹是由由混凝凝土的的弹性性应变变引起起的，，称为为弹性性应变变；剩剩余的的不能能恢复复的应应变ε塑，则则是由由混凝凝土的的塑性性应变变引起起的，，称为为塑性性应变变。２）混混凝土土的弹弹性模模量：：在应应力－－应变变曲线线上任任一点点的应应力σ与其应应变ε的比值值，称称为混混凝土土在该该应力力下的的变形形模量量。影影响混混凝土土弹性性模量量的主主要因因素有有混凝凝土的的强度度、骨骨料的的含量量及其其弹性