建筑结构第三章

第三章结构材料的力学性能制作：南宁学院主编：肖湘第一节建筑钢材一、钢材的力学性能

(一)应力-应变曲线在钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构以及钢结构中所用的钢材可分为两类，即有明显屈服点的钢材和无明显屈服点的钢材。第一节建筑钢材(二)强度钢材的强度指标包括屈服强度和抗拉强度两项。

(三)塑性塑性是指钢材破坏前产生变形的能力。第一节建筑钢材(四)弹性模量

钢材在弹性阶段的应力和相应应变的比值为常量，该比值即钢材的弹性模量。式中σs——屈服前的钢材应力，N／mm2；εs——相应的钢材应变。第一节建筑钢材二、钢材的冷加工

(一)钢筋的冷拉

冷拉是将钢筋拉伸至超过其屈服强度的某一应力，然后卸荷，以提高钢筋强度的方法。

(二)钢筋的冷拔

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，截面变小而长度伸长，内部结构发生变化。第一节建筑钢材三、建筑钢材的品种我国目前常用的钢材由碳素结构钢及普通低合金钢制造。(一)钢筋按照生产加工工艺和力学性能的不同，用于建筑工程中的钢筋有热轧钢筋、冷拉钢筋、预应力钢筋以及钢丝、钢绞线等。其中热轧钢筋和冷拉钢筋属于有明显屈服点的钢筋，钢丝、钢绞线等属于无明显屈服点的钢筋。第一节建筑钢材热轧钢筋又分为热轧光圆钢筋(牌号HPB-系列)和热轧带肋钢筋(牌号HRB-系列及HRBF-系列)(图3—6)。其中，靠控温轧制而具有一定延性的HRBF-系列钢筋称为细晶粒热轧带肋钢筋，具有节约合金资源，降低价格的效果。第一节建筑钢材(二)型钢和钢板钢结构构件一般直接选用型钢，当构件尺寸很大或型钢不合适时则用钢板制作。型钢有角钢(包括等边角钢和不等边角钢)、槽钢、工字钢等(图3—7)；钢板有厚板(厚度4．5～60mm)和薄板(厚度0．35～4mm)之分。第一节建筑钢材四、钢材的选用

(一)钢筋

1．混凝土结构对钢筋性能的要求在混凝土结构中，钢筋和混凝土共同工作，钢筋按一定的排列顺序和位置布置于混凝土中。钢筋和混凝土之所以能够共同工作，是因为：①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，两者间的粘结力是钢筋和混凝土共同工作的基础。②钢筋和混凝土具有相近的温度线膨胀系数：钢为1．2×10-5／℃，混凝土为(1．0～1．5)×10-5／℃。当温度变化时，混凝土和钢筋之间不致产生过大的相对变形和温度应力。第一节建筑钢材③混凝土提供的碱性环境可以保护钢筋免遭锈蚀。混凝土结构对钢筋性能的主要要求是：

(1)强度。强度是指钢筋的屈服强度和极限强度。

(2)塑性。要求钢筋在断裂前有足够的变形，能够在破坏前给人们预兆，因此应保证钢筋的伸长率和冷弯性能合格。第一节建筑钢材

(3)可焊性。在很多情形下，钢筋的接长和钢筋之间的连接(或钢筋与其他钢材的连接)需要通过焊接来完成，因此要求在一定工艺条件下钢筋焊接后不产生裂纹和过大的变形，保证焊接后的接头性能良好。

(4)与混凝土的粘结力。为了保证钢筋和混凝土共同工作，要采取一定的措施保证钢筋与混凝土之间的粘结力。带肋钢筋与混凝土的粘结要优于光圆钢筋。第一节建筑钢材2．钢筋的选用原则

(1)纵向受力普通钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500、HPB300、RRB400钢筋，也可采用HRB335、HRBF335钢筋。

(2)预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋(规格见附录)。第一节建筑钢材

(3)箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋，也可采用HRB335、HPB235钢筋。

(4)余热处理钢筋(RRB-系列)是由轧制的钢筋经高温淬火，余热处理后制成的，目的是提高强度。

(5)低强度的HPB235级钢筋即将淘汰，代之以HPB300级光圆钢筋。第一节建筑钢材(二)钢结构中的钢材

在选用钢材时，应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作温度等不同情况选择钢号和材质第二节混凝土一、混凝土的强度

(一)混凝土的抗压强度混凝土在结构构件中主要承受压力，其抗压强度是最主要的性能指标。

1．立方体抗压强度和立方体抗压强度标准值

《规范》规定，用边长150mm的立方体试块，在标准养护条件(温度20±3℃，相对湿度≥90％的潮湿空气中)养护28天，用标准试验方法(试块表面不涂润滑剂、全截面受压、加荷速度0.15～0．25N,／(mm2•s))加压至试件破坏时测得的最大压应力作为混凝土的立方体抗压强度。混凝土立方体抗压强度是用来确定混凝土强度等级的标准，也是决定混凝土其他力学性能的主要参数。第二节混凝土2．轴心抗压强度。在实际结构中，受压构件是棱柱体而不是立方体，因此棱柱体的抗压强度可作为以受压为主的混凝土结构构件的混凝土抗压强度，称为轴心抗压强度或棱柱强度。

第二节混凝土(二)混凝土抗拉强度

混凝土的抗拉性能很差，抗拉强度标准值ftk大体是轴心抗压强度标准值的，强度越高，其差别越大。。第二节混凝土二、混凝土的变形

(一)混凝土短期加荷下的应力-应变关系

1．应力-应变曲线

2．混凝土的变形模量

(二)混凝土在荷载长期作用下的变形——徐变

(三)混凝土的收缩第二节混凝土三、混凝土强度等级的选用原则

《规范》将混凝土结构用混凝土强度分为14个等级，从C15～C80，每级相差5N／mm2。钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；采用HRB400、HRBF400、HRB500、HRBF500级钢筋时混凝土强度等级不宜低于C25。承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于C30。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30。素混凝土结构的强度等级不应低于C15；垫层、地面混凝土及填充用混凝土可采用C10。第三节钢筋与混凝土的相互作用——粘结力一、粘结力的概念钢筋和混凝土共同工作的基础是粘结力。粘结力是存在于钢筋与混凝土界面上的作用力。粘结强度的测定通常采甩拔出试验方法(图3—12)第三节钢筋与混凝土的相互作用——粘结力二、保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施

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