第3章 建筑结构材料PPT课件
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热轧钢筋：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：HPB235、 HRB335、HRB400和RRB400四个级别。其中 HPB235为Q235钢，光圆形式。 HRB335、 RRB400级变形钢筋均为20MnSi钢，后者经余 热处理。 HRB400钢筋由20MnSiV钢、 20MnSiNb钢或 20MnTi制成，为变形钢筋。
螺纹肋钢丝：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冷轧 二面或三面有月牙肋的钢筋。
钢铰线：由3股或7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。
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钢材的规格—钢筋和钢丝
钢筋是指用于混凝土结构或配筋砌体中的直 径在4~50mm范围内的园钢。5mm及以下 的细钢筋称为钢丝。12mm及以下的钢筋或 钢丝常以盘圆形式提供。
钢筋和混凝土之间的黏结 是钢筋混凝土 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 锚固长度、钢筋表面形状有关。
块体与砂浆之间的黏结 黏结强度与砂浆 质量和块体类型有关，它决定砌体的抗弯、 抗剪和抗拉强度
10
钢筋的冷加工
冷拉
冷拔
11
3.1.3 建筑工程用钢
混凝土结构用钢
重 度
强
度
指
标
屈
强
承
服 度 压
强 极 强
度 限 度
力学 性能
塑
性
指
标
延
截
伸 面
率 收
缩
率
冲
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
击
韧
性
冷 弯 性 能
2
疲
劳
强
度
徐 变 与 应 力 松 弛
可结合性
钢材的可焊性 钢筋和混凝土间的黏结 快体与砂浆间的黏结
3.1.1钢材的力学性能
钢材的应力-应变图形
塑性材料
脆性材料
塑性材料一般受拉、受压材料性质相似
第三章 结构材料
主要内容： ●反映材料性能的基本指标 ●钢材 ●混凝土
1
3.1 建筑钢材
按其变形能力来分
塑性材料（破坏时有较大的塑性变形）：钢材
脆性材料（破坏前无明显的塑性变形）：混凝 土、砖、砌块等
材料性能分类
比 例 极 限
物理 性能
弹 性 模 量
剪 泊
切 松
模 比
量
线 胀 系 数
材料强度的取值方法
取值依据
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） fys fub
脆性材料强度取强度极限
强度值分布规律 随机变量
f正t 态tb 分布fccb
强度特征值
平均值 fmxfn 1(x1x2 xn)n 1 xi
标准差 Sf
1 n1
(xi xf)2
4
变异系数 f Sf /xf
5
钢材的塑性
以试件变形后的残余变形定义塑性
长试样：圆截面 l0 10d 矩形截面 短试样：圆截面 l0 5d 矩形截面
l0 11.3 A0 l0 5.65 A0
延伸率 l1 l0 100% 截面收缩率 A0 A1 100%
l0
A0
5% 为塑性材料 ；否则为脆性材料
6
冲击韧性
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、 冲击荷载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。
冲击韧性定义为试件破坏后所消耗的冲击功
7
k Wk
冷弯性能和疲劳强度
冷弯性能
冷弯是将直径为d的钢筋绕直径 为D的弯芯弯曲到规定的角度后 无裂纹或起层现象，则表示冷 弯合格。
疲劳强度
• 在循环荷载作用下，当达 到一定的循环次数时，构件 和发生脆性破坏，且破坏应 力远小于 f 或 f ，称为疲 劳破坏。
材料强度的取值方法
材料强度标准值 在正常情况下，可能出现
的材料强度最小值。按《统一标准》材料强
度标准值取95%的保证率即
fkf 1 .64 f 5 fm (1 1 .64 f)5
材料强度设计值 为满足可靠度要求，将材
料强度标准值除以大于1的系数得出的强度
值
f fk
材料分项系数，由可靠度指标和材料性质决定
• 在规定的循环次数和荷载 变化幅度下，材料所能承受 的最大动态应力，称为疲劳 强度 s 或b
8
徐变和应力松弛
徐变或蠕变 恒定温度和应力作用下，构件的变形 随时间t增长的现象
应力松弛 在恒定的温度和应变条件下，构件应力 随时间的增加而减小的现象
9
3.1.2钢材的加工与焊接
钢材的可焊性 焊接构件在施焊后的强度 不应低于母材的强度。
热处理钢筋：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，但为硬钢。
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消除应力钢丝：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。
刻痕钢丝：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。
型钢
工字钢 槽钢
15
角钢
钢管
钢筋的符号
热轧钢筋
钢铰线 消除应力钢丝
热处理 钢丝
HRB HRB RRB 335 400 400
光面 螺旋肋 刻痕
16
3.2 混凝土
混凝土是由水泥、骨料（砂和石）和水按一定 比例配和凝结硬化而成的人工石材。
3.2.1混凝土的强度等级：
C15、C20、C25、C30、C35、 C40、C45、C50、C55、C60、 C65、C70、C75和C80共十 四级
脆性材料抗压强度高于抗拉强度
塑性材料 3c s 脆性材料 c b
• 比例极限 p 应力、 应变之间满足线性关 系的最大应力
• 屈服强度 s 一般用 下屈服点作为材料的 屈服强度
• 强度极限 b 试件、 试样能承受的最大名 义应力
• 承压强度 c 构件 之间通过接触面传递 压力称为承压，承压 面所能承担的最大压 应力
C表示混凝土（concrete）， C后的数值为混凝土的立方抗 压强度标准值
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混凝土受压破坏机理
1.立方体受压
尺寸效应：立方体尺 寸越小，实验得出的 抗压强度越高
按外形分：光面（直径为6~50mm）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10mm）
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结构用钢
钢板 厚h、宽b、长l
厚钢板：h=4.5~60mm，b=600~3000mm，l=4~12m 薄钢板：h=0.35~4mm，b=500~1500mm，l=0.5~4m 扁钢板：h=4~60mm，b=12~200mm，l=3~9m 花纹钢板：h=2.5~8mm，b=600~1800mm，l=0.6~12m
螺纹肋钢丝：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冷轧 二面或三面有月牙肋的钢筋。
钢铰线：由3股或7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。
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钢材的规格—钢筋和钢丝
钢筋是指用于混凝土结构或配筋砌体中的直 径在4~50mm范围内的园钢。5mm及以下 的细钢筋称为钢丝。12mm及以下的钢筋或 钢丝常以盘圆形式提供。
钢筋和混凝土之间的黏结 是钢筋混凝土 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 锚固长度、钢筋表面形状有关。
块体与砂浆之间的黏结 黏结强度与砂浆 质量和块体类型有关，它决定砌体的抗弯、 抗剪和抗拉强度
10
钢筋的冷加工
冷拉
冷拔
11
3.1.3 建筑工程用钢
混凝土结构用钢
重 度
强
度
指
标
屈
强
承
服 度 压
强 极 强
度 限 度
力学 性能
塑
性
指
标
延
截
伸 面
率 收
缩
率
冲
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
击
韧
性
冷 弯 性 能
2
疲
劳
强
度
徐 变 与 应 力 松 弛
可结合性
钢材的可焊性 钢筋和混凝土间的黏结 快体与砂浆间的黏结
3.1.1钢材的力学性能
钢材的应力-应变图形
塑性材料
脆性材料
塑性材料一般受拉、受压材料性质相似
第三章 结构材料
主要内容： ●反映材料性能的基本指标 ●钢材 ●混凝土
1
3.1 建筑钢材
按其变形能力来分
塑性材料（破坏时有较大的塑性变形）：钢材
脆性材料（破坏前无明显的塑性变形）：混凝 土、砖、砌块等
材料性能分类
比 例 极 限
物理 性能
弹 性 模 量
剪 泊
切 松
模 比
量
线 胀 系 数
材料强度的取值方法
取值依据
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） fys fub
脆性材料强度取强度极限
强度值分布规律 随机变量
f正t 态tb 分布fccb
强度特征值
平均值 fmxfn 1(x1x2 xn)n 1 xi
标准差 Sf
1 n1
(xi xf)2
4
变异系数 f Sf /xf
5
钢材的塑性
以试件变形后的残余变形定义塑性
长试样：圆截面 l0 10d 矩形截面 短试样：圆截面 l0 5d 矩形截面
l0 11.3 A0 l0 5.65 A0
延伸率 l1 l0 100% 截面收缩率 A0 A1 100%
l0
A0
5% 为塑性材料 ；否则为脆性材料
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冲击韧性
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、 冲击荷载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。
冲击韧性定义为试件破坏后所消耗的冲击功
7
k Wk
冷弯性能和疲劳强度
冷弯性能
冷弯是将直径为d的钢筋绕直径 为D的弯芯弯曲到规定的角度后 无裂纹或起层现象，则表示冷 弯合格。
疲劳强度
• 在循环荷载作用下，当达 到一定的循环次数时，构件 和发生脆性破坏，且破坏应 力远小于 f 或 f ，称为疲 劳破坏。
材料强度的取值方法
材料强度标准值 在正常情况下，可能出现
的材料强度最小值。按《统一标准》材料强
度标准值取95%的保证率即
fkf 1 .64 f 5 fm (1 1 .64 f)5
材料强度设计值 为满足可靠度要求，将材
料强度标准值除以大于1的系数得出的强度
值
f fk
材料分项系数，由可靠度指标和材料性质决定
• 在规定的循环次数和荷载 变化幅度下，材料所能承受 的最大动态应力，称为疲劳 强度 s 或b
8
徐变和应力松弛
徐变或蠕变 恒定温度和应力作用下，构件的变形 随时间t增长的现象
应力松弛 在恒定的温度和应变条件下，构件应力 随时间的增加而减小的现象
9
3.1.2钢材的加工与焊接
钢材的可焊性 焊接构件在施焊后的强度 不应低于母材的强度。
热处理钢筋：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，但为硬钢。
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消除应力钢丝：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。
刻痕钢丝：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。
型钢
工字钢 槽钢
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角钢
钢管
钢筋的符号
热轧钢筋
钢铰线 消除应力钢丝
热处理 钢丝
HRB HRB RRB 335 400 400
光面 螺旋肋 刻痕
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3.2 混凝土
混凝土是由水泥、骨料（砂和石）和水按一定 比例配和凝结硬化而成的人工石材。
3.2.1混凝土的强度等级：
C15、C20、C25、C30、C35、 C40、C45、C50、C55、C60、 C65、C70、C75和C80共十 四级
脆性材料抗压强度高于抗拉强度
塑性材料 3c s 脆性材料 c b
• 比例极限 p 应力、 应变之间满足线性关 系的最大应力
• 屈服强度 s 一般用 下屈服点作为材料的 屈服强度
• 强度极限 b 试件、 试样能承受的最大名 义应力
• 承压强度 c 构件 之间通过接触面传递 压力称为承压，承压 面所能承担的最大压 应力
C表示混凝土（concrete）， C后的数值为混凝土的立方抗 压强度标准值
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混凝土受压破坏机理
1.立方体受压
尺寸效应：立方体尺 寸越小，实验得出的 抗压强度越高
按外形分：光面（直径为6~50mm）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10mm）
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结构用钢
钢板 厚h、宽b、长l
厚钢板：h=4.5~60mm，b=600~3000mm，l=4~12m 薄钢板：h=0.35~4mm，b=500~1500mm，l=0.5~4m 扁钢板：h=4~60mm，b=12~200mm，l=3~9m 花纹钢板：h=2.5~8mm，b=600~1800mm，l=0.6~12m