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，混凝土的抗拉强度(fts)混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1／10～1／20，并且这个比值随着混凝土强度等级的提高而降低。由于混凝土受拉时呈脆性断裂，破坏时无明显残余应变，故在钢筋混凝土结构设计中，不考虑混凝土承受拉力，而是在混凝土中配以钢筋，由钢筋来承受结构中的拉力。但混凝土抗拉强度对于混凝土抗裂性具有重要作用，它是结构设计中确定混凝土抗裂度的主要指标，有时也用它来间接衡量混凝土与钢筋间的粘结强度，并预测由于干湿变化和温度变化而产生裂缝的情况。３、呢影响联混凝炕土强乏度的撇主要环因素硬化纺后的地混凝跪土在国未受导到外骂力作裕用之引前，苍由于幻玉水泥纲水化指造成均的化毯学收刊缩和懒物理磁收缩贱引起节砂浆均体积葬的变闷化，急在粗匠骨料站与砂龟浆界缎面上购产生揉了分浊布极劣不均军匀的套拉应刊力，风从而海导致送界面菌上形符成了曾许多挪微细警的裂悄缝。左另外艰，还陈因为纷混凝窝土成逆型后雪的泌搅水作弊用，邮某些辜上升催的水友分为造粗骨淋料颗铲粒所蜘阻止脏，因虽而聚闲集于梢粗骨酸料的寺下缘缘瑞，混乒凝土绩硬化泻后就柏成为苏界面趁裂缝辰。当揭混凝棵土受徐力时挡，这睁些预或存的镇界面川裂缝游会逐东渐扩屠大、坊延长翠并汇鹅合连争通起开来，斤形成葵可见膨的裂悲缝，买致使遵混凝崭土结僵构丧肉失连纵续性茫而遭乔到完号全破动坏。园强度祖试验竹也证久实，丸正常汉配比沫的混爷凝土仁破坏佩主要德是骨射料与剖水泥戒石的熄粘结袭界面壮发生化破坏燃。所粘以，垂混凝通土的岗强度赠主要冈取决喝于水龙泥石宵强度牢及其庙与骨毁料的铸粘结算强度袋。而普粘结批强度功又与腐水泥跑强度丙等级债、水鄙灰比清及骨啊料的蛮性质荷有密坡切关须系，不此外茶混凝灰土的泼强度各还受刺施工惨质量栽、养评护条次件及默龄期抚的影屯响。1）便水灰虑比水泥们强度坡等级舟和水僻灰比孔是决嗓定混贯凝土虾强度锄最主啄要的腥因素感。也晋是决虑定性沿因素再。水泥险是混扁凝土乏中的宪活性中组成际，在各水灰恭比不膊变时奖，水凳泥强主度等蜂级愈筐高，芬则硬磁化水匪泥石免的强亿度愈根大，休对骨借料的独胶结陈力就玩愈强斩，配陶制成半的混侨凝土救强度轿也就祖愈高殿。如常柿用的培塑性脱混凝裕土，港其水啄灰比莫均在港0．住4～湖0．印8之母间。期当混挣凝土爷硬化灿后，笑多余装的水餐分就寺残留欠在混重凝土救中或幕蒸发劝后形沃成气见孔或肢通道呢，大眉大减果小了像混凝众土抵诸抗荷版载的呜有效劲断面源，而底且可磨能在风孔隙歼周围蜜引起闸应力馋集中闷。因衫此，任在水举泥强徐度等撒级相堆同的座情况尖下，话水灰僻比愈辫小，碰水泥棋石的诱强度剧愈高尽，与显骨料唯粘结品力愈弄大，播混凝奴土强布度也酷愈高衡。但笨是，织如果颤水灰可比过鹅小，眉拌合即物过日于干葬稠，碌在一跨定的谦施工盗振捣罢条件谊下，财混凝区土不男能被沿振捣低密实项，出丝式现较絮多的驱蜂窝鼓、孔替洞，杏将导酿致混健凝土柜强度努严重失下降俯。参粉见图杜３—帐１。图３浊—１翻混凝疾土强幕度与容水灰糠比的站关系a)秘强度忽与水稀灰比毙的关适系路b)槽强度洗与灰干水比抄的关泉系2）住骨料蔬的影生响当骨底料级是配良敬好、嚼砂率愤适当脑时，到由于底组成贫了坚夏强密超实的再骨架倍，有满利于做混凝坚土强古度的默提高裤。如斗果混输凝土勺骨料箩中有痛害杂谈质较标多，贡品质孤低，伙级配词不好贿时，鸡会降井低混干凝土睁的强五度。由于垄碎石叛表面吗粗糙草有棱没角，到提高犹了骨墨料与坦水泥咱砂浆洒之间途的机楼械啮赞合力阶和粘坊结力嗽，所换以在恭原材通料、侄坍落陪度相麦同的体条件馅下，破用碎胞石拌筝制的徐混凝胁土比冰用卵自石拌括制的弊混凝厉土的育强度生要高脊。骨料念的强震度影杨响混焰凝土郑的强申度。阳一般遭骨料士强度条越高乳，所坡配制趟的混殿凝土勤强度妖越高酿，这捕在低歉水灰刊比和殖配制誓高强添度混例凝土征时，睬特别招明显蓝。骨畏料粒摩形以锁三维侨长度辟相等倚或相弊近的怪球形横或立尼方体叙形为袋好，熄若含牧有较路多扁寻平或标细长肿的颗编粒，失会增负加混漆凝土锐的孔残隙率吐，扩制大混阀凝土削中骨扰料的蓄表面柄积，逆增加窑混凝杰土的挑薄弱冈环节殃，导个致混询凝土若强度擦下降垫。3）巷养护蕉温度也及湿摩度的啊影响混凝瞒土强袋度是米一个眨渐进壶发展歼的过哀程，戚其发幼展的艘程度秧和速铸度取捐决于咳水泥芽的水坟化状幅况，端而温抄度和捕湿度哄是影脑响水现泥水舰化速座度和桂程度剂的重握要因眯素。陷因此惯，混览凝土右成型作后，幻玉必须听在一肃定时阵间内贸保持丹适当火的温逼度和纪足够遣的湿雀度，榆以使虫水泥幼充分飞水化倒，这谅就是俊混凝殖土的锐养护坟。养拉护温沫度高绒，水渴泥水蹲化速窜度加粗快，攀混凝拴土的扯强度虫发展麻也快责；反隶之，篮在低践温下钻混凝孟土强向度发奖展迟教缓。姑当温玻度降裳至冰煮点以项下时这，则屠由于生混凝万土中吧的水继分大身部分片结冰族，不谢但水蒸泥停岸止水度化，违强度纽奉停止敞发展绪，而袜且由绑于混压凝土善孔隙梅中的化水结储冰，幻玉产生旦体积途膨胀评(约洽9％煎)，糊而对准孔壁示产生盈相当绝大的缴压应障力(持可达箭10残0M是Pa饮)，堆从而存使硬精化中男的混辟凝土暴结构级遭到腰破坏扇，导博致混贩凝土剖已获铅得的株强度符受到坐损失谱。还旬应注火意的潮是，剑混凝寒土早跨期强芽度低灵，更黎容易拳冻坏其。总之宫，因腔为水秒是水利泥水改化反嫩应的具必要议条件剖，只换有周防围环刷境湿今度适峰当，份水泥蚁水化枪反应军才能宁顺利拘进行嫩，使削混凝抱土强坚度得宪到充护分发园展。唐如果洁湿度眯不够检，水枝泥水杂化反栏应不希能正锋常进拘行，机甚至碧停止善水化袭，会锹严重即降低犁混凝讲土强仍度。二、巷荷载塘作用醉下混骗凝土随的变敞形１，祸混凝吐土在今短期另作用掌下的革变形１）混凝仿土是耻一种陡由水掘泥石菠、砂银、石嫁、游堪离水躺、气欧泡等猾组成维的不漫匀质付的多扣组分虹三相待复合优材料厚，为嚼弹塑命性体抗。受驾力时流既产些生弹派性变粥形，脑又产抓生塑逐性变贸形，被其应历力应依变关烦系呈阵曲线色，如天图。斤卸荷贵后能显恢复殿的应卫变ε罚弹是评由混穗凝土闲的弹运性应评变引备起的副，称葡为弹己性应造变；境剩余蜜的不岂能恢新复的枕应变任ε塑碍，则床是由费混凝供土的焰塑性件应变庸引起艳的，城称为蝇塑性阿应变哈。２）眉混凝颂土的膏弹性笋模量水：在选应力扑－应视变曲终线上消任一谜点的拥应力充σ与境其应鸡变ε概的比侧值，典称为薄混凝糟土在遇该应切力下矮的变螺形模甲量。款影响长混凝库土弹仪性模兵量的警主要轧因素钢有混兔凝土粒的强眠度、庆骨料榨的含温量及界其弹谊性模你量以座及养额护条捡件等雪。２，因砼在侵长期厨荷载拥作用温下的共变形阔——洗徐变优（C宋re事ep撤