結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)課件

1、結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3. 結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.1 結(jié)構(gòu)材料的基本要求3.2 材料的強度取值 3.3 混凝土的物理力學(xué)性質(zhì)3.4 建筑用鋼材的物理力學(xué)性質(zhì) 3.5 鋼筋與混凝土的共同工作原理結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.1 結(jié)構(gòu)材料的基本要求結(jié)構(gòu)材料的基本要求1. 結(jié)構(gòu)材料要有足夠的、有一定環(huán)境適應(yīng)度的強度結(jié)構(gòu)材料要有足夠的、有一定環(huán)境適應(yīng)度的強度足夠的強度是對于結(jié)構(gòu)材料的基本要求，沒有強度或強度不足就根本不能承擔(dān)建筑物的巨大荷載，甚至?xí)?dǎo)致建筑物坍塌，不能保證內(nèi)部的空間或應(yīng)有的效果。另外，結(jié)構(gòu)的材料面對季節(jié)變化所導(dǎo)致的溫度、濕度、凍融循環(huán)等，其

2、強度也不能有明顯的變化。同時，結(jié)構(gòu)的材料還應(yīng)該能夠抵御空氣與環(huán)境的腐蝕影響；在特殊情況下，如火災(zāi)，結(jié)構(gòu)材料能夠保證保持強度性能的基本時間，使人們可以逃離險境。2. 結(jié)構(gòu)材料要有足夠的剛度結(jié)構(gòu)材料要有足夠的剛度除了強度指標(biāo)，剛度抵抗變形的能力也同樣重要。沒有足夠的強度，構(gòu)件受力后雖然不破壞，但可能由于變形過大，會導(dǎo)致構(gòu)件與構(gòu)件之間宏觀幾何關(guān)系的改變，進而會使得結(jié)構(gòu)整體的受力性能復(fù)雜化和不確定性增加，使設(shè)計復(fù)雜性提高，實際使用的模糊性加大，安全性降低。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.1 結(jié)構(gòu)材料的基本要求結(jié)構(gòu)材料的基本要求3. 結(jié)構(gòu)材料要有相應(yīng)的重度結(jié)構(gòu)材料要有相應(yīng)的重度材料的重量是結(jié)構(gòu)保持自身穩(wěn)

3、定性的重要手段，在動荷載作用下，輕薄的構(gòu)件會產(chǎn)生不良的顫動，不僅影響工作效果，而且顫動所產(chǎn)生的往復(fù)應(yīng)力的作用，會使材料發(fā)生低應(yīng)力脆斷疲勞破壞。建筑物自身的自重是其保持整體穩(wěn)定、抵抗傾覆的重要因素，如重力式水壩、擋土墻；重型屋面；重力式橋墩。4. 結(jié)構(gòu)材料要有相對低廉的價格結(jié)構(gòu)材料要有相對低廉的價格結(jié)構(gòu)材料使用量大，成本是必須被有效控制的。材料的價格并非是施工成本的全部，施工的難易程度也是總成本的重要影響因素。設(shè)計者應(yīng)從結(jié)構(gòu)的性能要求、材料的基礎(chǔ)價格、施工的難易程度等多方面綜合考慮材料的成本，使性能價格比達到較優(yōu)化的程度。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.1 結(jié)構(gòu)材料的基本要求結(jié)構(gòu)材料的基本要求5

4、. 結(jié)構(gòu)材料要有良好的環(huán)保性能結(jié)構(gòu)材料要有良好的環(huán)保性能結(jié)構(gòu)材料良好的環(huán)保性能，要從三方面體現(xiàn)出來：首先是指材料在使用中不會對環(huán)境與健康形成不良的危害，對于人體不產(chǎn)生不良作用，無毒、無放射性、沒有不良?xì)怏w的釋放、不與空氣發(fā)生不良反應(yīng)等。其次，在材料的生產(chǎn)過程中不對自然界產(chǎn)生相對的破壞，不大范圍的破壞自然界、影響自然環(huán)境，不破壞生態(tài)平衡。第三，材料是可回收、可以重復(fù)利用的，重而減少對于新材料的利用，間接保護自然。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.1 結(jié)構(gòu)材料的基本要求結(jié)構(gòu)材料的基本要求6. 結(jié)構(gòu)材料的常規(guī)選擇結(jié)構(gòu)材料的常規(guī)選擇從材料的選擇原則與標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平、現(xiàn)有的經(jīng)濟條件與技術(shù)條件，符合

5、這些條件的主要結(jié)構(gòu)材料主要是鋼材與混凝土材料鋼材與混凝土材料。混凝土材料是一種脆性材料，需要與鋼材聯(lián)合工作才能保證其功效的發(fā)揮，常見的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、勁性混凝土（鋼骨混凝土）結(jié)構(gòu)。普通跨度的多層與高層結(jié)構(gòu)多數(shù)采用混凝土結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)的施工速度快、建筑有效空間大（構(gòu)件截面?。┮彩遣捎娩摻Y(jié)構(gòu)的主要原因。但是鋼結(jié)構(gòu)不耐腐蝕，在高溫下會迅速失去強度不耐火。對于一些特殊的構(gòu)筑物，由于自身的重量與特定的環(huán)境要求，如港口、道路、水壩等，混凝土材料為首選。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.2 材料的強度取值材料的強度取值實際工程材料的強度取值實際工程材料的強度取值實際工程材料存在著離散性，既不完全滿足力學(xué)計算所

6、提出的基本假設(shè)，形成構(gòu)件的材料在構(gòu)件上的各個點的破壞強度不完全一致；與荷載的統(tǒng)計方法相類似，對于材料的強度的特征值也采取統(tǒng)計分析的方式來進行，并規(guī)定了相應(yīng)的保證率；材料強度特征值的保證率也為：95%，即以該特征值衡量該材料的強度統(tǒng)計數(shù)據(jù)，95%的指標(biāo)高于該特征值。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.2 材料的強度取值材料的強度取值規(guī)律：同種材料的中，較大與較小的強度指標(biāo)出現(xiàn)概率低，常規(guī)強度指標(biāo)出現(xiàn)概率高強度平均值為，均方差為；有些材料的強度離散性小，如鋼材；有些材料的離散性大，如混凝土。 強度值出現(xiàn)概率強度值出現(xiàn)概率根據(jù)正態(tài)分布函數(shù)的數(shù)學(xué)特征，確定特征強度指標(biāo)： R =-1.645R =-1.64

7、5R Rs sR Rc c結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土3.3.1 混凝土的強度理論混凝土的強度理論3.3.2 混凝土的變形理論混凝土的變形理論立方抗壓強度立方抗壓強度棱柱抗壓強度棱柱抗壓強度抗拉強度抗拉強度多維受力強度多維受力強度短期應(yīng)力變形短期應(yīng)力變形長期應(yīng)力變形長期應(yīng)力變形非應(yīng)力變形非應(yīng)力變形結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土3.3.1 混凝土的強度理論混凝土的強度理論立方抗壓強度立方抗壓強度立方抗壓強度是混凝土的基本強度指標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)的試驗機上，以標(biāo)準(zhǔn)的實驗方法，對于大量的、按照某一統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制作的混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件進行壓縮破壞，所得出的保證率為95%的強度指

8、標(biāo)fcu?；炷潦怯晒橇希ㄊ优c砂）、水泥凝膠（水與水泥的水化物）組成的混合物。混凝土內(nèi)部還有少量的未水化的水泥顆粒、游離的與結(jié)合在水泥凝膠表面的水分、氣泡、雜質(zhì)等?；炷潦墙M成不均勻的材料，不同構(gòu)件的施工作業(yè)條件也存在巨大的差異，其力學(xué)性能必然體現(xiàn)出較大的離散性。必須采用統(tǒng)計方法來確定混凝土的強度特征值結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3.1 3.3.1 混凝土的強度混凝土的強度1.1.混凝土的立方抗壓強度混凝土的立方抗壓強度f fcucu 及強度等級。及強度等級。（1 1）混凝土的立方抗壓強度）混凝土的立方抗壓強度確定方法：確定方法：用邊長為用邊長為150mm150mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，在標(biāo)

9、準(zhǔn)養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下（溫度護條件下（溫度20203 3，相對濕度不小于，相對濕度不小于90%90%）養(yǎng)護）養(yǎng)護2828天后，天后，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗方法（試件的承壓面不涂潤滑劑，加荷速度約每按照標(biāo)準(zhǔn)試驗方法（試件的承壓面不涂潤滑劑，加荷速度約每秒秒0.150.150.3N/mm0.3N/mm2 2）測得的具有）測得的具有95%95%保證率的抗壓強度，作為混保證率的抗壓強度，作為混凝土的立方抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值，用符號凝土的立方抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值，用符號f fcucu, ,k k表示表示。3.3 混凝土混凝土結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)砼立方體抗壓試驗砼立方體抗壓試驗 (點擊播放視頻點擊播放視

10、頻)結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)（2 2）混凝土的強度等級）混凝土的強度等級 根據(jù)立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k的大小，混凝土強的大小，混凝土強度等級分度等級分C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80共共14級。級。其中，其中，C60 C80屬高強混凝土。屬高強混凝土。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)（3 3）結(jié)構(gòu)混凝土強度等級的要求）結(jié)構(gòu)混凝土強度等級的要求 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應(yīng)低于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應(yīng)低于15；當(dāng)采用當(dāng)采用HRB335級鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于級鋼筋時

11、，混凝土強度等級不宜低于20；當(dāng)采用；當(dāng)采用HRB400和和RRB400級鋼筋以及承受重復(fù)荷級鋼筋以及承受重復(fù)荷載的構(gòu)件，混凝土強度等級不得低于載的構(gòu)件，混凝土強度等級不得低于20。預(yù)應(yīng)力混凝。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應(yīng)低于土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應(yīng)低于30；當(dāng)采用鋼絲、；當(dāng)采用鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋作為預(yù)應(yīng)力鋼筋時，混凝土強度等鋼絞線、熱處理鋼筋作為預(yù)應(yīng)力鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于級不宜低于40。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土試驗過程試驗過程壓力試驗機壓力較小時，試件表面無變化，但可以聽到隱約的噼啪聲，表明時間內(nèi)部的微裂縫出現(xiàn)。隨著壓力試驗機壓力的增加，試件

12、便面中部開始出現(xiàn)豎向裂縫，并逐漸向上下底面延伸。中部的混凝土開始脫落，混凝土可以出現(xiàn)正、倒四角錐體相連的形態(tài)。1.壓力達到一定數(shù)量之后，正、倒四角錐體相連體的中部混凝土破碎，整個試件破壞。IIVIIIII結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土標(biāo)準(zhǔn)試驗機標(biāo)準(zhǔn)試驗機是指用來壓縮試塊的試驗機的基本指標(biāo)；試驗機重點在于試塊上下兩端的壓板的剛度與摩擦力；壓板的剛度過小，會使得試塊試驗過程中，壓板變形過大，在試塊破壞時壓板變形恢復(fù)量大，彈性是能釋放迅速，會加快試件的破壞；結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土標(biāo)準(zhǔn)試驗機標(biāo)準(zhǔn)試驗機壓板與試件接觸面的摩擦系數(shù)也十分關(guān)鍵，較大的摩擦力會約束試

13、件邊緣受壓所產(chǎn)生的側(cè)向變形，延緩試件的破壞。摩擦力較大摩擦力小結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土標(biāo)準(zhǔn)的實驗方法標(biāo)準(zhǔn)的實驗方法是指試驗機的加荷速度，速度快于試件內(nèi)部破壞裂縫開展的速度會使得試驗結(jié)果偏高，反之會偏低。應(yīng)變應(yīng)力加荷速度快，強度高、變形能力低。加荷速度慢，強度低、變形能力高。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)準(zhǔn)試件是指試件的尺度與養(yǎng)護狀況。我國規(guī)范所確定的標(biāo)準(zhǔn)試件的尺度為150毫米邊長的立方體，養(yǎng)護狀況為標(biāo)準(zhǔn)狀況203，90%相對濕度，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓養(yǎng)護28天。齡期強度3d7d14d21d28d標(biāo)準(zhǔn)強度寒冷季節(jié)標(biāo)準(zhǔn)狀況蒸氣養(yǎng)護結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性

14、質(zhì)3.3 混凝土混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)準(zhǔn)試件尺度小于150毫米時，試驗的統(tǒng)計指標(biāo)高于標(biāo)準(zhǔn)試件指標(biāo)；尺度大于150毫米時，試驗的統(tǒng)計指標(biāo)低于標(biāo)準(zhǔn)試件指標(biāo)；小試件，邊界效應(yīng)明顯標(biāo)準(zhǔn)試件大試件，邊界效應(yīng)不明顯結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)指接受同一批次試驗的試件的混凝土配合比與組成材料的成分相同。保證率保證率由于混凝土自身的離散性特點，大量的混凝土試件的收壓破壞強度也表現(xiàn)出較大的離散性，當(dāng)某一指標(biāo)能夠使混凝土試驗強度的95%均大于該指標(biāo)時，則該指標(biāo)為相應(yīng)制作標(biāo)準(zhǔn)的混凝土的立方抗壓強度。強度值出現(xiàn)概率R Rc c95%RRc c95%混凝土的強度指標(biāo)是大量試件的統(tǒng)混凝土的強

15、度指標(biāo)是大量試件的統(tǒng)計指標(biāo)，對于具體試件，其試驗指計指標(biāo)，對于具體試件，其試驗指標(biāo)不一定與強度標(biāo)準(zhǔn)相同。標(biāo)不一定與強度標(biāo)準(zhǔn)相同。不能通過試驗的方式確定某一塊具不能通過試驗的方式確定某一塊具體試塊所屬的強度等級。體試塊所屬的強度等級。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土棱柱抗壓強度棱柱抗壓強度由于壓力試驗機壓板對于試件的邊界約束影響區(qū)域有限，當(dāng)立方抗壓強度試件的高度增加時，試件中部所受的影響逐漸減小，試件受壓破壞的強度指標(biāo)逐漸降低。在試驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)試件高度增加至寬度的3 3倍倍以上時，試件的強度指標(biāo)不再降低，而是趨于穩(wěn)定，說明此時試件中部受壓破壞截面已經(jīng)不再受邊界約束的影響，其破壞體

16、現(xiàn)出混凝土材料本身的破壞強度。在我國混凝土設(shè)計規(guī)范中，將此時的混凝土試件受壓強度稱為棱柱抗壓強度，又稱為軸心抗壓強度。軸心抗壓強度被作為混凝土構(gòu)件受壓設(shè)計的強度指標(biāo)。我國采用150150300mm棱柱體試件測得的強度作為混凝土的軸心抗壓強度。H/Bfc/fcu1.00.51234結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì) 2.混凝土的軸心抗壓強度混凝土的軸心抗壓強度fc砼軸心抗壓試驗砼軸心抗壓試驗 (點擊播放視頻點擊播放視頻)結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土 抗拉強度抗拉強度 混凝土的抗拉強度ft很低，雖然有一定的強度，但一般不作為計算依據(jù)； 在實際結(jié)構(gòu)設(shè)計中，混凝土的受拉區(qū)配有鋼筋來承擔(dān)拉

17、應(yīng)力，混凝土是開裂工作的； 對于特殊建筑物，如抗?jié)B型要求較高的水池、地下室的外墻等，混凝土的抗裂性的高低是保證不發(fā)生滲漏的主要因素，此時需要使用混凝土的受拉強度進行抗裂計算。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土 混凝土的抗拉強度可采用尺寸為混凝土的抗拉強度可采用尺寸為100100500mm的柱的柱體試件進行直接軸心受拉試驗，但其準(zhǔn)確性較差。故國體試件進行直接軸心受拉試驗，但其準(zhǔn)確性較差。故國內(nèi)為多采用圓柱體或立方體的劈裂試驗來間接測定。內(nèi)為多采用圓柱體或立方體的劈裂試驗來間接測定。50015015016鋼筋100100抗拉強度的試驗測定方法 1直接測量法；抗拉強度的試驗測定方法 2

18、劈拉試驗折算法。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土 多維受力強度多維受力強度 在實際結(jié)構(gòu)中，混凝土經(jīng)常不處于單軸應(yīng)力狀態(tài)，而受多維應(yīng)力的作用； 側(cè)向壓力會使縱向受壓裂縫的開展延遲，促使縱向受壓強度有效提高； 反之側(cè)向拉力會使縱向受壓裂縫的開展加快，使縱向受壓強度明顯降低。 多維受力強度可以采用經(jīng)驗公式：f*=fc+ 4.121/fc 2/fc 1.00.80.60.40.21.00.80.60.40.2結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土 多維受力強度的應(yīng)用多維受力強度的應(yīng)用 鋼管混凝土鋼管混凝土 螺旋箍筋螺旋箍筋應(yīng)變 應(yīng)力 應(yīng)變無螺旋箍筋無螺旋箍筋配有較大間距的螺旋

19、箍筋配有較大間距的螺旋箍筋配有較小間距的螺旋箍筋配有較小間距的螺旋箍筋結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土OA段： 0.3fc，混凝土基本處于彈性工作階段，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈線性；AB段：約在(0.30.8) fc，塑性變形逐漸增大，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系越來越偏離直線；BC段： 約在(0.81.0) fc，塑性變形顯著增大，c點的應(yīng)力達峰值應(yīng)力；C點以后：試件承載能力下降，應(yīng)變繼續(xù)增大，最終還會留下殘余應(yīng)力。應(yīng)變應(yīng)力0BAC3.3.2 混凝土的變形理論混凝土的變形理論短期應(yīng)力變形短期應(yīng)力變形混凝土的短期受力變形過程混凝土的短期受力變形過程混凝土在一次加載下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是混凝土最基本的力學(xué)性能

20、之一，可以較全面的反映混凝土的強度和變形特點；是確定構(gòu)件截面上混凝土受壓區(qū)應(yīng)力分布圖形的主要依據(jù)。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土應(yīng)變應(yīng)力0AB3.3.2 混凝土的變形理論混凝土的變形理論短期應(yīng)力變形短期應(yīng)力變形如果在c點以內(nèi)卸去荷載，從卸荷曲線上看出，可以將應(yīng)變值分成三部分：I：為卸荷立即恢復(fù)的彈性應(yīng)變e ；II：是經(jīng)過一段時間可以逐漸恢復(fù)的應(yīng)變，稱彈性后效ae ；III：留有一部分不可能恢復(fù)的應(yīng)變稱殘余應(yīng)變cp 。eaecp結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土3.3.2 混凝土的變形理論混凝土的變形理論短期應(yīng)力變形短期應(yīng)力變形彈性模量彈性模量從混凝土的應(yīng)力應(yīng)變圖

21、形可以看出，混凝土不具備單一的彈性模量。 因此混凝土的彈性模量定義為：以標(biāo)準(zhǔn)試驗方法所確定的混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線的起始點的切線的斜率，記為Ec。變形模量變形模量混凝土量是指以標(biāo)準(zhǔn)試驗方法所確定的混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線上任意一點與起始點的連線的斜率曲線上一點與0點所形成的割線的斜率，記為Ec。應(yīng)變應(yīng)力Ec = Ec， 被稱為該點的彈性系數(shù)。ccpce結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土3.3.2 混凝土的變形理論混凝土的變形理論長期應(yīng)力變形長期應(yīng)力變形長期應(yīng)力變形長期應(yīng)力變形徐變徐變混凝土的徐變是指混凝土在長期的、不變的、較高的荷載作用下，其變形隨時間的增長而增加的現(xiàn)象。徐變會使混凝土

22、梁撓度增加，柱偏心增大，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力損失，以及結(jié)構(gòu)受力狀況的改變與內(nèi)力充分布。時間變形5d20d60d80d卸荷后的瞬時回縮永久變形結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土3.3.2 混凝土的變形理論混凝土的變形理論長期應(yīng)力變形長期應(yīng)力變形徐變產(chǎn)生的原因徐變產(chǎn)生的原因混凝土的徐變主要源于兩個原因：混凝土內(nèi)部水泥與水的水化物水泥膠體的塑性流動。水泥膠體在高應(yīng)力狀態(tài)下其形狀會在一定范圍內(nèi)逐漸發(fā)生改變。這種微觀狀態(tài)下的形體改變，會累計形成宏觀上變形。混凝土受力后，其內(nèi)部產(chǎn)生了大量的不可恢復(fù)的細(xì)小裂縫。但是由于荷載并沒有達到混凝土的臨界破環(huán)荷載，因此細(xì)小裂縫形成后，逐漸穩(wěn)定并不再繼續(xù)開展

23、成為破壞性裂縫。細(xì)小的微觀狀態(tài)的裂縫也會在宏觀上形成變形。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)混凝土的變形有兩類：一類是受力變形；另一類是體積混凝土的變形有兩類：一類是受力變形；另一類是體積變形，包括收縮、膨脹和溫度變形變形，包括收縮、膨脹和溫度變形。 1.1.混凝土在長期荷載作用下的變形混凝土在長期荷載作用下的變形徐變徐變 定義：混凝土在長期不變荷載作用下，應(yīng)變隨時間定義：混凝土在長期不變荷載作用下，應(yīng)變隨時間繼續(xù)增長的現(xiàn)象，叫做混凝土的徐變。繼續(xù)增長的現(xiàn)象，叫做混凝土的徐變。 對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不利影響：增大混凝土構(gòu)件的變形；對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不利影響：增大混凝土構(gòu)件的變形；在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中引起預(yù)應(yīng)力損失

24、等。在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中引起預(yù)應(yīng)力損失等。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì) 影響因素影響因素：混凝土的徐變除與構(gòu)件截面的應(yīng)力大小和：混凝土的徐變除與構(gòu)件截面的應(yīng)力大小和時間長短有關(guān)外，還與混凝土所處環(huán)境條件和混凝土的組時間長短有關(guān)外，還與混凝土所處環(huán)境條件和混凝土的組成有關(guān)。養(yǎng)護條件越好，周圍環(huán)境的濕度越大，構(gòu)件加載成有關(guān)。養(yǎng)護條件越好，周圍環(huán)境的濕度越大，構(gòu)件加載前混凝土的強度愈高，水泥用量愈少，混凝土越密實，集前混凝土的強度愈高，水泥用量愈少，混凝土越密實，集料含量越大，集料剛度越大，則徐變越小。料含量越大，集料剛度越大，則徐變越小。 結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì) 對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不利影響：當(dāng)構(gòu)件

25、受到約束時，混凝對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不利影響：當(dāng)構(gòu)件受到約束時，混凝土的收縮就會使構(gòu)件中產(chǎn)生收縮應(yīng)力，收縮應(yīng)力過大，土的收縮就會使構(gòu)件中產(chǎn)生收縮應(yīng)力，收縮應(yīng)力過大，就會使構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，以致影響結(jié)構(gòu)的正常使用；在預(yù)就會使構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，以致影響結(jié)構(gòu)的正常使用；在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中混凝土收縮將引起鋼筋預(yù)應(yīng)力值損失，應(yīng)力混凝土構(gòu)件中混凝土收縮將引起鋼筋預(yù)應(yīng)力值損失，等等。等等。 結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土3.3.2 混凝土的變形理論混凝土的變形理論長期應(yīng)力變形長期應(yīng)力變形避免與減小徐變的方法避免與減小徐變的方法從混凝土的徐變的原因分析可以知道，控制水泥膠體的流動、控制微觀裂縫的開展是控制

26、徐變的主要方法。因此，對于徐變宜從以下幾方面進行：控制并減小水泥膠體在混凝土內(nèi)部的總體積：采用減水劑可以在混凝土強度與坍落度不變的前提下有效減少水泥用量；良好的砂石骨料級配備可以有效的形成混凝土內(nèi)部較高的骨料密實度與骨架結(jié)構(gòu)，不僅可以減少水泥膠體的體積，更可以抵抗水泥膠體的塑性流動；施工中的振搗可以提高混凝土的密實度而減少水泥膠體的體積?？刂撇p小混凝土內(nèi)部微觀裂縫的數(shù)量：采用減水劑可以有效減少水的用量，減少多余水分蒸發(fā)所產(chǎn)生的毛細(xì)孔隙以及混凝土內(nèi)部游離水分所形成的空洞，這些都是混凝土受力后產(chǎn)生應(yīng)力集中的環(huán)節(jié)，因而也是裂縫開展的基礎(chǔ)；配置相應(yīng)的鋼筋，可以有效改善混凝土內(nèi)部微觀的受力狀況，約束混

27、凝土裂縫的開展。良好的養(yǎng)護可以使混凝土內(nèi)部形成良好均勻的強度狀態(tài)，對于減少徐變也有極大的作用。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.3 混凝土混凝土3.3.2 混凝土的變形理論混凝土的變形理論非應(yīng)力變形非應(yīng)力變形非應(yīng)力變形非應(yīng)力變形收縮收縮 混凝土在凝結(jié)硬化過程中會發(fā)生體積的變化，一般表現(xiàn)為收縮。混凝土的收縮主要源于兩方面：干縮：由于混凝土失水所導(dǎo)致的體積減??；凝縮：水泥膠體凝結(jié)硬化過程中所形成的體積收縮。 減較小徐變的方法對于減少收縮也是十分有效的，另外在混凝土的配料中加入膨脹劑，可以使其在凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生膨脹來抵償收縮。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.4 鋼材鋼材3.4.1 鋼材的一般分類與基

28、本性質(zhì)鋼材的一般分類與基本性質(zhì)3.4.2 鋼材的工程力學(xué)性能鋼材的工程力學(xué)性能3.4.3 鋼材的加工性能鋼材的加工性能鋼材的應(yīng)力應(yīng)變分析鋼材的應(yīng)力應(yīng)變分析鋼材的基本工程指標(biāo)鋼材的基本工程指標(biāo)鋼材的冷加工鋼材的冷加工鋼材的焊接簡介鋼材的焊接簡介結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.4 鋼材鋼材3.4.1 鋼材的一般分類與基本性質(zhì)鋼材的一般分類與基本性質(zhì)鋼是以鐵為基礎(chǔ)，以碳為主要添加元素的合金，同時伴隨有其他改善鋼材性質(zhì)的鋼是以鐵為基礎(chǔ)，以碳為主要添加元素的合金，同時伴隨有其他改善鋼材性質(zhì)的元素以及不良雜質(zhì)。隨著鋼材成分的不同，鋼材的性能有很大差異。元素以及不良雜質(zhì)。隨著鋼材成分的不同，鋼材的性能有很大

29、差異。一般按化學(xué)成份，將鋼材分為：碳素鋼與合金鋼；按含碳量的高低又可分為高碳鋼與低碳鋼；建筑用鋼多數(shù)屬于低碳鋼與特定的合金鋼。按材料的規(guī)格，可以將鋼材分為線材、板材、管材、特定型材等建筑用鋼筋、鋼絲屬線材，鋼結(jié)構(gòu)用鋼多數(shù)為板材焊接加工而成，或直接使用特定型材，如槽鋼、角鋼、工字鋼等。管材在結(jié)構(gòu)中直接使用的狀況比較少，鋼管混凝土是其中一例。建筑用鋼筋按其強度可以分為普通鋼筋（I-IV級）鋼絲兩大類結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.4 鋼材鋼材3.4.1 鋼材的一般分類與基本性能鋼材的一般分類與基本性能鋼材性能優(yōu)良，強度高，尤其是比強度（單位界面的承載力）高，而且強度與性能的離散度小，在工程計算中可

30、以近似的認(rèn)為鋼材是理想的力學(xué)材料。鋼材質(zhì)地均勻，各向同性，彈性模量大，有良好的塑性和韌性，為理想的彈塑性體，完全符合目前所采用的計算方法和基本理論。 鋼結(jié)構(gòu)因自重輕、質(zhì)地均勻，具有較好的延性，因而抗震及抗動力荷載性能好。 鋼材較混凝土材料更易于加工，易于工業(yè)化生產(chǎn)。鋼材施工相對技術(shù)含量高，單位用量的附加成本也相對高，但從總工期與效益來看，鋼材的效率是高的。鋼材的最大缺陷在于易腐蝕與耐火性差，需要在其表面涂刷防銹漆與防火涂料，現(xiàn)代技術(shù)已經(jīng)比較圓滿地解決了此類問題。鋼材的連接主要采用焊接與機械連接兩大類。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.4 鋼材鋼材3.4.2 鋼材的工程力學(xué)性能鋼材的工程力學(xué)性能鋼

31、材的應(yīng)力應(yīng)變分析鋼材的應(yīng)力應(yīng)變分析0OA為彈性階段，應(yīng)力應(yīng)變呈線性的比例關(guān)系；AB階段鋼材開始出現(xiàn)塑性；BD階段鋼材出現(xiàn)屈服；DE階段鋼材進入強化階段；經(jīng)過E點后，鋼材出現(xiàn)破壞，線材表現(xiàn)為頸縮。ABCDE不同強度的鋼材的屈服極限與強度極限均不同；設(shè)計以屈服極限為強度標(biāo)準(zhǔn)值；高強度鋼材的塑性相對低；鋼材具有完全相同的彈性模量；對于沒有明顯屈服極限的鋼筋，設(shè)計采用殘余應(yīng)變?yōu)榭倯?yīng)變的0.2%的對應(yīng)應(yīng)力指標(biāo)為條件屈服強度，為極限強度的80%。fy0.2結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.4 鋼材鋼材3.4.2 鋼材的工程力學(xué)性能鋼材的工程力學(xué)性能根據(jù)鋼材的力學(xué)指標(biāo)，確定鋼材的工程評定基本指標(biāo)為：屈服強度：

32、是鋼材出現(xiàn)屈服的力學(xué)指標(biāo)，當(dāng)達到該指標(biāo)時，鋼材將出現(xiàn)較大的不可恢復(fù)的塑性變形，該指標(biāo)是鋼材的設(shè)計強度采用指標(biāo)；極限強度：是鋼材承受的極限力學(xué)指標(biāo)，達到該指標(biāo)后，鋼材將出現(xiàn)斷裂等完全失去承載力的現(xiàn)象，該指標(biāo)為鋼材的儲備強度，不作為設(shè)計采用。伸長率：鋼材拉斷后的塑性變形量較鋼材原始尺度的變化率，是衡量鋼材變形能力的重要指標(biāo)。冷彎指標(biāo)：是檢驗鋼材冷加工性能的指標(biāo)，對于鋼筋與鋼板，其冷彎指標(biāo)是指在常溫下被檢驗材料對于某一相對的半徑（相對板材厚度與鋼筋直徑）的彎曲角度。沖擊韌性：是對于鋼結(jié)構(gòu)使用鋼材的特殊要求，是檢驗鋼材對于沖擊荷載的承受能力。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.4 鋼材鋼材3.4.3 鋼材

33、的加工性能鋼材的加工性能常見的建筑工程鋼材加工有冷加工、熱加工兩類：冷加工：板材、線材的冷彎；線材的冷拉、冷拔；熱加工：焊接。冷彎基本不改變鋼材的物理力學(xué)性能，但冷拉與冷拔卻不同。冷拉是指將鋼筋拉過其屈服極限的機械加工方法，冷拉后會出現(xiàn)殘余應(yīng)變；冷拉后的鋼筋立即受力，會呈現(xiàn)出B圖的應(yīng)力應(yīng)變曲線，沒有明顯的屈服階段；冷拉卸載后經(jīng)過一段時間的停滯，再對其張拉，會重新恢復(fù)屈服階段而呈現(xiàn)出屈服強度提高的應(yīng)力應(yīng)變圖形；這種現(xiàn)象被稱為冷做硬化現(xiàn)象；盡管鋼筋冷拉后強度有所提高，但設(shè)計中一般不考慮，因此冷拉工藝不改變鋼筋的強度級別；冷拉僅提高鋼筋的抗拉強度，不提高其抗壓強度。0ABC結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性

34、質(zhì)3.4 鋼材鋼材3.4.3 鋼材的加工性能鋼材的加工性能冷拔是指將光圓鋼筋以強力拉拽使其通過小直徑的硬質(zhì)合金模具，使其截面減小而長度增長；冷拔后的鋼筋的強度會大大提高；冷拔后鋼筋的塑性會降低。冷拔后的鋼筋與之前的鋼筋不屬于同一種鋼筋。0結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.4 鋼材鋼材3.4.3 鋼材的加工性能鋼材的加工性能鋼材的焊接鋼材的焊接焊接是通過采用高溫熔化鋼材或輔助材料（焊條），將分離的鋼材連接在一起的鋼材加工方式。由于鋼材的焊接加工要經(jīng)歷劇烈的溫度變化，在高溫時材料沒有強度，但由于溫度升高而存在與常溫不一致的溫度變形；當(dāng)溫度急劇降低并生成強度后，必然存在著變形不一致導(dǎo)致的溫度應(yīng)力焊接應(yīng)

35、力。未焊接狀態(tài)焊接狀態(tài)，焊縫處溫度升高形成變形焊縫生成強度，但仍處于高溫狀態(tài)焊縫與鋼材冷卻，但不協(xié)調(diào)變形會殘余結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.4 鋼材鋼材3.4.3 鋼材的加工性能鋼材的加工性能鋼材的焊接鋼材的焊接對于焊接構(gòu)件需要特定的焊接次序，從而保證焊接后的構(gòu)件與焊接拼裝一致。1234對于鋼材焊縫的強度、構(gòu)造等細(xì)節(jié)問題將在后文鋼結(jié)構(gòu)一章加以詳細(xì)介紹。對于鋼材焊縫的強度、構(gòu)造等細(xì)節(jié)問題將在后文鋼結(jié)構(gòu)一章加以詳細(xì)介紹。對于鋼筋焊接，由于鋼筋截面較小，因此焊接所導(dǎo)致的溫度變形與溫度應(yīng)力影響不大。但是正是由于鋼筋截面較小，在焊接中應(yīng)注意高溫對于鋼筋截面的損蝕。鋼筋焊接后的任何性能不能較普通鋼筋有所

36、降低，包括屈服強度、極限強度、以及冷彎性能。焊接后的鋼筋可以用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，但截面內(nèi)焊接點不應(yīng)多于受拉區(qū)的25%與受壓區(qū)的50%。結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.5 鋼筋與混凝土共同工作原理鋼筋與混凝土共同工作原理3.5.1 鋼筋與混凝土共同工作的基本前提鋼筋與混凝土共同工作的基本前提3.5.2 混凝土對于鋼筋粘結(jié)力的形成混凝土對于鋼筋粘結(jié)力的形成3.5.3 錨固長度的確定錨固長度的確定鋼筋的作用鋼筋的作用混凝土的作用混凝土的作用溫度線膨脹系數(shù)溫度線膨脹系數(shù)摩擦力摩擦力 化學(xué)粘結(jié)力化學(xué)粘結(jié)力 機械咬合力機械咬合力錨固力的分布錨固力的分布 基準(zhǔn)錨固長度基準(zhǔn)錨固長度 增強錨固的措施增強錨固的措施結(jié)構(gòu)常用材料的物理與力學(xué)性質(zhì)3.5 鋼筋與混凝土共同工作原理鋼筋與混凝土共同工作原理3.5.1 鋼筋與混凝土共同工作的基本前提鋼筋與混凝土共同工作的基本前提鋼筋的作用鋼筋的作用鋼筋在混凝土中主要作用是承擔(dān)拉力，并約束混凝土內(nèi)裂縫的開展；鋼筋配置在混凝土內(nèi)部的相對外側(cè)，在其內(nèi)部形成混凝土的核心區(qū)，并使該核心區(qū)混凝