物理力学性能
物理力学性能
50
C60
( f cu 50 )
6
40
C40
30
e 0 0 . 002 0 . 5 ( f cu 50 ) 10 e u 0 . 0033 ( f cu 50 ) 10
6
20
C20
10
e
0 0.001 0.002 0.003 0.004
《 规 范 》 混 凝 土 应 力 -应 变 曲 线 参 数 f cu n ≤ C50 2 0 .0 0 2 0 .0 0 3 3 C60 1 .8 3 0 .0 0 2 0 5 0 .0 0 3 2 C70 1 .6 7 0 .0 0 2 1 0 .0 0 3 1 C80 1 .5 0 .0 0 2 1 5 0 .0 20
C20
破坏时脆性越显著，下降
段越陡。
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
《规范》应力-应变关系
上升段： c f c [1 (1 s 下降段：s c f c
n 2 1 60
ec e0
s
) ] e e0
n
70
C80
e0 e eu
60
100
150
3
2
0 f t 0.395 f cu.55
1
fcu
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
á Ä Ü Ô é Ö Ð Ê À Ê Ñ
á Ä Ü ¿ È ë ¢ ½ å ¿ È ä Ä » ã Ø µ Ö Ð Ê À Ç ¶ Ó Á ·Ì Ç ¶ ¼ µ Ë ¹ Ï
n =1~0.5
混凝土弹性模量
影响加工表面物理力学性能的因素
影响加工表面物理力学性能的因素机械加工过程中，工件由于受到切削力、切削热的作用，其表面与基体材料性能有很大不同，在物理力学性能方面发生较大的变化。
一、加工表面层的冷作硬化在切削或磨削加工过程中，若加工表面层产生的塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格严重扭曲，并产生晶粒的拉长、碎裂和纤维化，引起表面层的强度和硬度提高的现象，称为冷作硬化现象。
表面层的硬化程度取决于产生塑性变形的力、变形速度及变形时的温度。
力越大，塑性变形越大，产生的硬化程度也越大。
变形速度越大，塑性变形越不充分，产生的硬化程度也就相应减小。
变形时的温度影响塑性变形程度，温度高硬化程度减小。
（一）影响表面层冷作硬化的因素1．刀具刀具的刃口圆角和后刀面的磨损对表面层的冷作硬化有很大影响，刃口圆角和后刀面的磨损量越大，冷作硬化层的硬度和深度也越大。
2．切削用量在切削用量中，影响较大的是切削速度VC和进给量f。
当VC增大时，则表面层的硬化程度和深度都有所减小。
这是由于一方面切削速度增大会使温度增高，有助于冷作硬化的回复；另一方面由于切削速度的增大，刀具与工件接触时间短,使工件的塑性变形程度减小。
当进给量f 增大时，则切削力增大，塑性变形程度也增大，因此表面层的冷作硬化现象也严重。
但当f较小时，由于刀具的刃口圆角在加工表面上的挤压次数增多，因此表面层的冷作硬化现象也会增大。
3．被加工材料被加工材料的硬度越低和塑性越大，则切削加工后其表面层的冷作硬化现象越严重。
（二）削减表面层冷作硬化的措施1．合理选择刀具的几何参数，采纳较大的前角和后角，并在刃磨时尽量减小其切削刃口圆角半径；2．使用刀具时，应合理限制其后刀面的磨损程度；3．合理选择切削用量，采纳较高的切削速度和较小的进给量；4．加工时采纳有效的切削液。
二、表面层的金相组织变化（一）影响表面层的金相组织变化的因素机械加工时，切削所消耗的能量绝大转化为热能而使加工表面显现温度上升。
当温度上升到超过金相组织变化的临界点时，就会产生金相组织的变化。
材料物理学中的物理性能测试
材料物理学中的物理性能测试材料物理学是研究材料的结构、性质和性能的学科，而物理性能测试则是评估这些材料在不同环境下的响应和表现的重要手段。
通过物理性能测试，我们可以了解材料的力学性能、热学性能、电学性能等，从而为材料的设计、选择和应用提供科学依据。
一、力学性能测试力学性能是材料最基本的性能之一，它包括材料的强度、硬度、韧性等指标。
常见的力学性能测试方法有拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。
拉伸试验是最常用的力学性能测试方法之一，通过施加拉力来测量材料的抗拉强度、屈服强度、断裂强度等指标。
压缩试验则是施加压力来测量材料的抗压强度、屈服强度等。
弯曲试验则是通过施加弯曲力来测量材料的弯曲强度、弯曲模量等。
二、热学性能测试热学性能是材料在热力学条件下的表现，包括导热性能、热膨胀性能等。
导热性能测试是评估材料导热性能的重要方法，常用的测试方法有热传导仪、热导率计等。
热膨胀性能测试则是测量材料在温度变化下的线膨胀系数，常用的测试方法有热膨胀仪、激光干涉仪等。
三、电学性能测试电学性能是材料在电场、电流下的表现，包括电导率、介电常数、电阻等。
电导率测试是评估材料导电性能的重要方法，常用的测试方法有四探针法、电导率计等。
介电常数测试则是测量材料在电场中的响应，常用的测试方法有介电常数测试仪、电容测量仪等。
电阻测试则是测量材料对电流的阻碍程度，常用的测试方法有电阻测试仪、电阻箱等。
四、其他物理性能测试除了上述的力学性能、热学性能和电学性能测试外，材料物理学中还有其他重要的物理性能需要测试。
例如，磁学性能测试是评估材料磁性的重要手段，常用的测试方法有霍尔效应测试、磁滞回线测试等。
光学性能测试则是评估材料对光的传输、反射、折射等性能的重要方法，常用的测试方法有透射光谱仪、反射光谱仪等。
综上所述，物理性能测试在材料物理学中具有重要的地位和作用。
通过对材料的力学性能、热学性能、电学性能等进行测试，我们可以全面了解材料的性能特点，为材料的设计、选择和应用提供科学依据。
混凝土结构材料的物理力学性能
第二章混凝土结构材料的物理力学性能2.1砼的物理力学性能材料的力学性能指标包括：强度指标和变形性能指标。
本节内容一、混凝土的组成结构二、单向受力状态下的混凝土强度（重点）三、复合受力状态下的混凝土强度四、混凝土的变形性能2.1.1 混凝土的组成结构普通混凝土是由水泥、砂子和石子三种材料及水按一定配合比拌合，经过凝固硬化后做成的人工石材。
1、混凝土结构分为三种基本类型：微观结构：即水泥石结构，由水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成，其物理力学性能取决于水泥的化学—矿物成分、粉磨细度、水灰比和硬化条件亚微观结构：即混凝土中的水泥砂浆结构；可看作以水泥石为基相、砂子为分散相的二组分体系，砂子和水泥石的结合面是薄弱面。
对于水泥砂浆结构，除上述决定水泥石结构的因素外，砂浆配合比、砂的颗粒级配与矿物组成、砂粒形状、颗粒表面特性及砂中的杂质含量是重要控制因素宏观结构：即砂浆和粗骨料两组分体系。
与亚微观结构有许多共同点，因为这时可以把水泥砂浆看作基相，粗骨料分布在砂浆中，砂浆与粗骨料的结合面也是薄弱面。
2、混凝土的内部结构特点a)混凝土是一种复杂的多相复合材料。
其组份中的砂、石、水泥胶块中的晶体、未水化的水泥颗粒组成了混凝土中错综复杂的弹性骨架，主要用它来承受外力，并使混凝土具有弹性变形的特点；b)水泥胶块中的凝胶、孔隙和结合界面初始微裂缝等，在外荷载作用下则使混凝土产生塑性变形。
c)混凝土结构中的孔隙、界面微裂缝等先天缺陷，往往是混凝土受力破坏的起源，而微裂缝在受荷时的发展对混凝土的力学性能起着极为重要的影响。
2.1.2、单向受力状态下的混凝土强度用途：是进行钢筋混凝土结构构件强度分析、建立强度理论公式的重要依据。
1、立方体抗压强度 混凝土强度等级立方体抗压强度是最主要和最基本的指标。
混凝土的强度等级是依据混凝土立方体抗压强度标准制f cuk 确定的。
（1）测定方法：以边长150mm 立方体标准试件，在标准条件下（20±3℃，≥90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.15~0.3N/mm 2/s ，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的抗压强度值，用符号C 表示，C30表示f cu,k =30N/mm 2现《规范》根据强度范围，从C15~C60共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。
钢铁的物理力学性能和机械性能
钢铁的物理力学性能和机械性能fangjym 的钢铁的物理力学性能和机械性能钢材的主要机械性能(也叫力学性能)通常是指钢材在标准条件下均匀拉伸.冷弯和冲击等.单独作用下所显示的各种机械性能。
钢材通常有五大主要的机械性能指标：通过一次拉伸试验可得到抗拉强度，伸长率和屈服点三项基本性能；通过冷弯试验可得到钢材的冷弯性能；通过冲击韧性试验可得到冲击韧性。
1.屈服点(σs)钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。
设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N(牛顿)/mm2，(MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2)2.屈服强度(σ0.2)有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值(一般为原长度的0.2%)时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。
3.抗拉强度(σb)材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。
它表示钢材抵抗断裂的能力大小。
与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。
设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σb= Pb/Fo (MPa)。
4.伸长率(δs)材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。
5.屈强比(σs/σb)钢材的屈服点(屈服强度)与抗拉强度的比值，称为屈强比。
屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。
6.硬度硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。
它是金属材料的重要性能指标之一。
一般硬度越高，耐磨性越好。
常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
⑴布氏硬度(HB)以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。
钢材的物理力学性能和机械性能表
钢材的物理力学性能和机械性能表钢材的主要机械性能(也叫力学性能)通常是指钢材在标准条件下均匀拉伸.冷弯和冲击等.单独作用下所显示的各种机械性能。
钢材通常有五大主要的机械性能指标：通过一次拉伸试验可得到抗拉强度，伸长率和屈服点三项基本性能；通过冷弯试验可得到钢材的冷弯性能；通过冲击韧性试验可得到冲击韧性。
1.屈服点(σs)钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。
设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N(牛顿)/mm2，(MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2)2.屈服强度(σ0.2)有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值(一般为原长度的0.2%)时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2。
3.抗拉强度(σb)材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。
它表示钢材抵抗断裂的能力大小。
与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。
设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σb= Pb/Fo (MPa)。
4.伸长率(δs)材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。
5.屈强比(σs/σb)钢材的屈服点(屈服强度)与抗拉强度的比值，称为屈强比。
屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。
6.硬度硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。
它是金属材料的重要性能指标之一。
一般硬度越高，耐磨性越好。
常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
⑴布氏硬度(HB)以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。
2.3混凝土物理力学性能
四、抗压强度试验
混凝土强度等级＜C60时，用非标准试件测得强度 值均应乘以尺寸换算系数，其值为对 200mm×200mm×200mm试件为1.05；对 100mm×100mm×100mm试件为0.95。当混凝土强度 等级≥60时，宜采用标准试件；使用非标准试件 时，尺寸换算系数应由试验确定。
五、轴心抗压强度试验
f
ts
七、劈裂抗拉强度试验
三、试件尺寸、形状和公差
混凝土试件尺寸选用表
骨料最大粒径 劈裂抗拉 其他 20 31.5 100×100 40 40 150×150 63 200×200 注：骨料最大粒径指符合《普通混凝土用碎石 或卵石质量标准及检验方法》（JGJ53-92）中 规定的圆孔筛的孔径。 试件截面尺寸
三、试件尺寸、形状和公差
1、目的及适用范围 测定混凝土棱柱体试件的轴心抗压强度，检验其是否符 合结构设计要求。 2、仪器设备 同立方体抗压强度 3、试验步骤 同立方体抗压强度 4、数据处理与结果判定 （1）计算同立方体抗压强度
五、轴心抗压强度试验
（2）评定 三个试件测值的算术平均值作为该组试件的强度 值（精确至0.1 MPa）； 三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间 值的差值超过中间的15%时，则把最大及最小值一 并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值； 如最大值和最小值与中间值的差均超过中间值的 15%，则该组试件的试验结果无效。
c用插入式振动棒振实制作试件： 将混凝土拌合物一次装入试模，装料时应用抹刀 沿各试模壁插捣，并使混凝土拌合物高出试模口； 宜用直径为Φ25mm的插入式振捣棒，插入试模振 捣时，振捣棒距试模底板10～20mm且不得触及底 板，振动应持续到表面出浆为止，且应避免过振， 以防止混凝土离析；一般振捣时间为20s。振捣棒 拔出时要缓慢，拨出后不得留有孔洞。 ③刮除试模上口多余的混凝土，待混凝土临近初凝 时，用抹刀抹平。
水泥物理力学性能试题及答案
水泥物理力学性能试验试题（一）填空题1、水泥取样可连续取，亦可从（20）个以上不同部位取等量样品，总量至少（12Kg2、水泥胶砂试块质量比，水泥：ISO标准砂：水等于（1 : 3 : 0.5 ）3、水泥胶砂强度试验方法采用尺寸（40mm*40mm*160mm）棱柱体试块的水泥抗压强度和抗折强度4、达到试验龄期时将试块从水中取出用潮湿棉布覆盖先进行（抗折强度）试验，折断后每截再进行（抗压强度）试验5、试验室室内空气（温度）和（相对湿度）以及养护池水的（水温）在工作期间每天至少记录一次6、养护箱的温度与相对湿度至少每4h记录一次，在自动控制的情况下记录次数酌情减至一天记录（二次）。
7、水泥胶砂振实台为了防止外部振动影响振实效果，需要在整个混凝土基座下放一层厚约（5mm）天然橡胶弹性衬垫。
8、水泥抗折试验以（50±10N/S）的速率均匀加荷，直至破坏。
9、制备胶砂后立即进行成型。
用勺子将胶砂分（二层）装入试模，装第一层时，每个槽约放300g，用大播料器垂直模套顶部沿着每个槽来回一次播平，接着振实（60）次。
再装入第二层，用小播料器播平，再振实（60）次。
10、试体龄期是从（水泥加水搅拌）开始试验时算起。
11、雷氏夹受力弹性应符合要求。
当一根指针的根部先悬挂在尼龙丝上，另一根指针的根部再挂上（300g）质量的砝码时，两根指针针尖的距离增加应在（17.5±2.5mm）范围内，并且去掉砝码后针尖的距离能恢复至挂砝码前的状态。
12、由（水泥全部加入水中）至终凝状态的时间为水泥的初凝时间，用什么单位（min）表示。
13、水泥安定性试验每个样品需成型（两）个试件14、当两个试件煮后增加距离（口八）的平均值大于（5.0）mm时，应用同一样品立即重做一次试验，以复检结果为准。
15、普通硅酸盐水泥的强度等级分为（42.5、42.5R、52.5、52.5R）四种。
16.确定初凝时间、终凝时间时两测点之间的间距（10）mm且距离试模边缘（10）mm.17.在试模上做标记或用字条标明（样品编号）、（强度）、（成型日期）、（时间）和（试件相对于振实台的位置）。
钢筋的物理力学性能
4）钢筋保护层厚度
5）横向钢筋的作用
6）支座的影响，横向压力的作用
7）与浇注位置有关
精选课件
12
钢筋的锚固与搭接
1、保证粘结的措施：
❖ 最小搭接长度与锚固长度；
❖ 最小间距与保护层厚度；
❖ 搭接接头范围内箍筋要加密；
❖ 钢筋端部要加弯钩;
❖ 分层浇注。
2、基本锚固长度
机械锚固可以减少锚固长度（0.7)
1、钢筋的品种与级别
❖ 按化学成分分：碳素钢与普通低合金钢
碳素钢：低碳钢、中碳钢、高碳钢
普通低合金钢：锰系、硅钒系、硅钛系、
硅锰系、硅铬系
❖ 含碳量与钢材性能的关系、加合金元素的作用
❖ 热轧钢筋与消除应力钢丝、刻痕钢丝、热处理钢筋等
热轧钢筋：HPB235-(H)RRB400等，有明
显的屈服点。
消除应力钢丝等无明显的屈服点。
❖ 钢筋的冷加工：冷拉、冷拔
冷拉冷拔对钢材性能的改变及其作用
冷拉与冷拔的区别
❖ 劲性钢筋
精选课件
1
型钢混精凝选课土件骨架
2
变形钢 筋的各 种形式
商品钢筋 月牙钢筋截面
冷扎扭
精选课件
冷拔 螺旋
3
2、钢筋的强度与变形
精选课件
4
主要知识点：
流幅的概念、流幅与变形性能； 屈服强度与极限强度、钢筋的强化； 无明显屈服点、名义（条件）屈服点； 衡量钢筋力学性能的指标：强度与变形； 变形性能的指标：伸长率与冷弯性能
伸长率与冷弯性能3钢筋的应力应变关系二折线无明显屈服点理想模型有明显屈服点三折线有明显屈服点4钢筋的疲劳疲劳强度与影响因素5混凝土对钢筋性能的要求钢筋的强度钢筋的塑性钢筋的塑性钢筋的可焊性钢筋的耐火性钢筋与混凝土的粘结力混凝土与钢筋的粘结1粘结的意义粘结是混凝土与钢筋共同工作的基础
第一章钢筋的物理力学性能
s=Ess
y
s fs,u fy
s=Ess
y
s,h s θ′
s,h s,u s
（3）双斜线模型
s fs,u
fy
θ′′
s=Ess
y
s,u
s
s Ess s y s fy (s y )tg tg fsu fy
应力的循环特征可用下列参数表示： （1）应力幅 或应力范围 。
（2）平均应力 或应力比 。
（3）加载频率 ，单位为Hz。 上式中的 和 分别为循环最大应力和循环 最小应力。 钢筋在弹性范围循环加载，应力与应变呈线性 关系。当循环加载超出弹性范围，材料的应力—应 变行为不再保持简单的线性关系，可以用循环滞后
钢筋外形与尺寸 变形钢筋的作用—增加与混凝土的摩
擦力。 要求： 表面变形距离不得超过名义直径0.7倍
；高度不得小于名义直径0.04-0.05倍；变 形部分至少要环绕名义周长的75%、与钢 筋轴线不小于45º。
名义尺寸： 每延米相同重量的光面钢筋尺寸。
2、硬钢的基本力学性能 硬钢通常没有明显的屈服台阶，为了便于应用 通常取残余变形的0.1%处应力作为弹性极限强度， 取残余变形的0.2%处的应力作为钢筋的条件屈服强 度（图1-4）。硬钢的抗拉 强度比软钢大得多，但延 伸率（伸长率）却小得多， 一般呈脆性破坏。
精品资料简化曲线精品资料钢筋应力应变曲线的数学模型1双直线模型完全弹塑性模型2三折线模型完全弹塑性加硬化模型?s?s?ses?s?y?shfy?s?s?ses?s?y?shfyfsu?sussssysyysshef?????????????ssssysyysshsysshshssus001efftgtge?????????????????????????????精品资料钢筋应力应变曲线的数学模型1双直线模型完全弹塑性模型2三折线模型完全弹塑性加硬化模型?s?s?ses?s?y?shfy?s?s?ses?s?y?shfyfsu?sussssysyysshef?????????????ssssysyysshsysshshssus001efftgtge?????????????????????????????精品资料?s?s?ses?s?y?sufyfsu3双斜线模型ssssysysyyssusuysuyeftgfftg????????????????????????????精品资料重复加载交变受力3
PA66物性数据
PA66物性数据引言概述:PA66是一种常见的工程塑料，具有优良的物理力学性能和热稳定性。
本文将详细介绍PA66的物性数据，包括力学性能、热学性能、电学性能、阻燃性能和耐化学性能等方面。
一、力学性能：1.1 强度：PA66的拉伸强度通常在50-80 MPa之间，具有较高的强度，适用于承受较大载荷的应用。
1.2 弯曲强度：PA66的弯曲强度约为80-120 MPa，具有较好的抗弯性能，适用于需要抵抗弯曲应力的结构件。
1.3 冲击强度：PA66的冲击强度通常在15-25 kJ/m²之间，具有较高的冲击韧性，能够抵抗外部冲击和振动。
二、热学性能：2.1 熔点：PA66的熔点约为250-260℃，具有较高的热稳定性，适用于高温环境下的应用。
2.2 热膨胀系数：PA66的热膨胀系数约为7-9×10^-5/℃，具有较低的热膨胀性，能够减少因温度变化引起的尺寸变化。
2.3 热导率：PA66的热导率通常在0.25-0.3 W/(m·K)之间，具有较低的热导性，适用于需要保持温度稳定的应用。
三、电学性能：3.1 体积电阻率：PA66的体积电阻率约为10^14-10^16 Ω·cm，具有较高的绝缘性能，适用于电气绝缘应用。
3.2 表面电阻率：PA66的表面电阻率约为10^12-10^14 Ω，具有较好的抗静电性能，适用于防静电应用。
3.3 介电常数：PA66的介电常数约为3-4，具有较低的介电常数，能够减少电介质中的能量损耗。
四、阻燃性能：4.1 火焰等级：PA66通常具有UL94 V-2等级的阻燃性能，能够自熄并阻止火焰蔓延，提高安全性。
4.2 氧指数：PA66的氧指数通常在25-30之间，具有较高的氧指数，能够抵抗火焰的燃烧。
4.3 烟密度：PA66的烟密度较低，燃烧时产生的烟雾较少，降低了火灾的危险性。
五、耐化学性能：5.1 耐溶剂性：PA66具有较好的耐溶剂性，能够抵抗多种有机溶剂的侵蚀。
力学性能的含义
力学性能的含义引言在物理学和工程学中，力学性能是指材料或结构在受到外力作用时所表现出来的力学特性和行为。
力学性能对于材料和结构的设计和应用具有重要的指导意义，它可以衡量材料或结构的强度、刚度、韧性、耐久性等关键指标，从而保证其在实际应用中的可靠性和安全性。
强度强度是指物体在受到外力作用时抵抗变形和破坏的能力。
在力学中，常用的强度指标有屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。
屈服强度是材料在加载过程中开始发生塑性变形的临界点，是表示材料抵抗残余变形和抗疲劳能力的重要参数。
抗拉强度是材料在拉伸过程中能承受的最大应力，是衡量材料抗拉性能的关键指标。
抗压强度则是材料在受到压缩力作用时能承受的最大应力。
刚度刚度是指物体在受到外力作用时相对于变形的抵抗能力。
刚度可以反映物体的弹性特性，刚度越大表示物体在受力后产生的变形越小。
刚度的大小取决于材料的弹性模量和几何形状等因素。
刚度对于各种结构的设计和应用非常重要，例如在建筑领域中，设计高层建筑时需要考虑风力对结构的作用，刚度越大的结构可以避免过大的变形和振动。
韧性韧性是指材料在受到外力作用时能够吸收能量的能力，并且不发生破坏。
韧性是衡量材料抗冲击和断裂的能力的重要指标，它同时考虑了材料的强度和韧性。
韧性越高的材料在受到冲击或者承受大变形时能够继续保持完整，不会发生突然破坏。
在工程设计中，为了保证结构的安全性和可靠性，通常要求材料具有较高的韧性。
耐久性耐久性是指材料在长期使用和受到外界环境因素影响时保持稳定性和性能的能力。
材料的耐久性取决于其在不同环境和应力下的腐蚀、变形、疲劳等行为。
具有良好耐久性的材料能够在长期使用过程中保持其性能和功能，延长其使用寿命。
耐久性的评价一般需要进行长期的实验和观察，通过对材料的分析和测试可以确定其耐久性的指标。
结论力学性能是材料科学和工程学中的重要内容，它对于材料和结构的设计、制造和应用都具有重要的影响。
了解力学性能能够帮助我们选择合适的材料和优化设计方案，保证产品的质量和可靠性。
第3章 工程结构材料的物理力学性能
南航土木工程系
第3章工程结构材料物理力学性能
37
（2）轴心抗压强度（棱柱体抗压强度） f ck 立方体受压不是处于单轴受力状态！ 采用棱柱体，中间基本上是处于轴心受压。 与立方体抗压强度的关系：
南航土木工程系
第3章工程结构材料物理力学性能
9
折算应力 zs 以主应力表示：
1 zs [( 1 2 )2 ( 2 3 )2 ( 3 1 )2 2
以应力分量表示：
2 2 2 2 zs x2 y z2 ( x y y z z x ) 3( xy yz zx )
南航土木工程系 第3章工程结构材料物理力学性能 17
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第3章工程结构材料物理力学性能
18
3.1.4
钢材的疲劳
疲劳破坏：在低于钢材抗拉强度的应力反复作用 下，所发生的破坏。 疲劳破坏特点： 过程：裂纹形成，缓慢发展，最后迅速断裂 疲劳破坏前没有明显的变形，脆性破坏
南航土木工程系
3.1.3 影响钢材性能的因素 （1）化学成分（铁99％＋碳） 碳：提高强度，却恶化塑性、可焊性、耐锈蚀性。 锰：有益，提高强度，弱氧化剂 硅：有益，提高强度，强氧化剂 硫：有害，高温热脆 磷：有害，低温变脆
低碳钢 低合金钢
南航土木工程系
第3章工程结构材料物理力学性能
13
南航土木工程系 第3章工程结构材料物理力学性能 14
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第3章工程结构材料物理力学性能
15
（3）应力集中 现象：当构件内部缺陷或截面形状等改变时，应 力分布不均匀，出现局部高峰应力，促使 钢材变脆。 影响因素：截面变化愈剧烈，应力集中现象愈明 显。
物理力学性能汇总情况情况表
伸长率Lo=50mm%
纵向夏比V型冲击功J
180º冷弯试验d=弯心直径a=试样厚度B=2a
-20℃
AH70DB
≥550
≥670
≥20
47
d=3a
安阳钢铁集团有限公司
牌号
质量等级
屈服点RelN/mm2
抗拉强度RmN/mm2
伸长率A%
纵向V型冲击功AKJ
180º冷弯试验d=弯心直径a=试样厚度
伸长率
冲击功AKV
180º冷弯试验d=弯心直径a=试样厚度
δ l，%
0℃
-20℃
-40℃
≤50
﹥50~100
不小于
Q460
C
460
440
550~710
17
40
-
-
d=3a
D
-
40
-
E
-
-
27
Q550
D
550
530
670~830
16
-
40
-
d=3a
E
-
-
27
Q690
D
690
670
770~940
14
-
40
-
d=3a
E
-
-
27
牌号
质量等级
屈服点MPa
抗拉强度MPa
伸长率%
纵向V型冲击功J
180º冷弯试验d=弯心直径a=试样厚度
≤16
﹥16~30
0℃
≤16
﹥16~35
Q460C
C
≥460
≥440
550-720
≥16
34
第一章钢筋的物理力学性能
s=Ess
y
s fs,u fy
s=Ess
y
s,h s θ′
s,h s,u s
（3）双斜线模型
s fs,u
fy
θ′′
s=Ess
y
s,u
s
s Ess s y s fy (s y )tg tg fsu fy
环来表示，如图1-13，从原点0加载到A点的1/4循环 中，除产生弹性应变外，还产生塑性应变。则总应 变 为：
（1-14） 式中： ——塑性应变。
如果从A点卸载到C点，然后反向加载到B点， 之后卸载到D点，重新加拉伸载荷到A点，则形成 一个完整的滞后环。在一个循环中，应力变化为
，应变变化为 。 （1-15）
钢筋在屈服段经历了较大的塑性变形后，进入 强化段（H），应力再次稳步增大，直至极限强度 点B。此后，应变继续增大，而拉力明显减小，试
件的一处截面逐渐减小，出现颈缩现象。最终，试 件在颈缩段的中间拉断（F）。颈缩段应力—应变曲 线（BF）下降是按钢筋原截面积计算的结果，若将 拉力除以当时颈缩段的最小截面积，则得持续上升 段。拉断后试件的伸长变形除以试件原长称为极限 延伸率。
（1-6）
另一个修正公式（双曲线）为：
（1-7） 2、钢筋应力—应变曲线的数学描述 对于软钢，其应力—应变曲线有明显的屈服台 阶，通常其计算模型有以下几种： （1）理想弹塑性模型认为钢筋材料在屈服以前 为线弹性，一旦屈服则为理想塑性状态，应力不再 增加（图1-6），因此，其应力—应变关系为两个在 屈服点处相连的直线方程。一般结构破坏时钢筋的 应变尚未进入强化段，此模型适用。 （2）弹性—强化模型为二折线，屈服后的应力
混凝土的物理力学性能
§1-1混凝土的物理力学性能一、混凝土的强度（一）混凝土的抗压强度1、立方体抗压强度标准值f cu ,kf cu ,k =μf150s (1−1.645δf150) 平均值（1-1.645变异系数）（δf150=σf150/μf150s ） 变异系数=均差/平均值2、柱体或轴心（高宽比≥3）抗压强度标准值f ck柱体抗压强度的平均值=α倍的立方体抗压强度平均值 即：μfc s =α×μf150sα：与混凝土强度等级有关，对C 50及以下混凝土取α=0.76；C 55~C 80混凝土取α=0.77~0.82假定构件混凝土柱体抗压强度变异系数与立方体抗压强度变异系数相同，侧:构件混凝土柱体抗压强度标准值=构试件抗压强度平均换算系数（GB/T50283-1999条文说明建议值0.88）×混凝土强度等级系数α×混凝土脆性系数β（C 40~C 80分别取1.0~0.87）×混凝土立方体抗压强度标准值f cu,k 即f ck =0.88×α×β×f cu,k（二）混凝土的抗拉强度f t s混凝土轴心抗拉强度f t s 的平均值μft s =立方体抗压强度平均值μf150s 的0.55次方×0.395即 μft s =0.395(μf150s )0.55 构件混凝土轴心抗拉强度平均值μft =0.88×0.395(μf150s )0.55 假定构件混凝土轴心抗拉强度变异系数与立方体抗压强度变异系数相同，侧:构件混凝土轴心抗拉强度标准值f t k =0.88×0.395 μf150s0.55(1−1.645)δf150×β（三）混凝土的抗剪强度f v s混凝土抗剪强度f v s 与立方体抗压强度f cu s 的关系：f v s = 0.38~0.42 (f cu s )0.57混凝土抗剪强度f v s 与混凝土抗拉强度f t s 的关系：f v s =（1.13~1.04）f t s二、混凝土的变形性能。
金属材料的物理、力学性能
金属材料的物理、力学性能金属材料的物理性能：密度、熔点、导电性、导热性及热膨性等。
磁性？密度：g/cm2它表示某种金属材料单位体积的质量，不同金属材料的密度是不相同的。
在机械制造业上，通常利用“密度”来计算毛坯的质量（习惯上称为质量）。
金属材料的密度也直接关系到由它所制成的零件或构件的质量或紧凑程度，这点对于要求减轻机件自重的航空和宇航工业制件具有特别重要的意义。
熔点：K或℃金属材料由固态转变为液体的熔化温度，称为熔点。
铸造和锻造温度。
比热容：c、J/(kg*K)单位质量的某种物质，在温度升高1℃时吸收的热量，或者温度降低1℃时所放出的热量，叫做这种物质的比热容。
热导率：λ、W/(m*K)标志着物质传导热的能力，热导率大的材料，它的导热性就好。
金属型铸造和锻造的加热速度。
线胀系数：α、1/K金属材料温度每升高1℃所增加的长度与原来长度的比值，称为线胀系数。
它是衡量金属材料热膨胀性大小的性能指标。
线胀系数大的材料，它在受热后的膨胀性就大。
金属的热膨胀系数的数值不是一个固定值；随着温度的增高，其数值也相应增大。
对钢来说，线胀系数的数值一般在（10∽20）×10（-6次方）/K的范围之内。
铁轨、模锻的模具、量具要考虑热膨胀性。
电阻率：ρ、Ω·m是计算和衡量金属材料在常温下（20℃）电阻值大小的性能的指标。
电阻率大，表明这种材料的电阻也大，其导电性能就差。
电导率：γ、S/m电阻率的倒数，叫做电导率。
电导率越大，电阻率就越小，这种材料的导电性就越好。
电器元件：铜、铝电阻温度系数：αp、Ω/℃电阻随温度而变化的比例常数，就叫做电阻温度系数。
纯金属及大多数合金，其电阻皆因温度的增高而增加，碳和电解质的电阻，多因温度而降低；某些特制的合金，如铜锰镍合金，其电阻几乎不受温度增减的影响。
利用这一特性，可以制成各种不同用途的电阻合金。
金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所反映出来的性能。
弹性：金属在受到外力作用时发生变形，外力撤销后其变形逐渐消失的性质。
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100
150
3
2
0 f t 0.395 f cu.55
1
fcu
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
á Ä Ü Ô é Ö Ð Ê À Ê Ñ
á Ä Ü ¿ È ë ¢ ½ å ¿ È ä Ä » ã Ø µ Ö Ð Ê À Ç ¶ Ó Á ·Ì Ç ¶ ¼ µ Ë ¹ Ï
定义 轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的截面为 150mm×150mm高300mm的棱柱体，在28天龄期，用标准试 验方法测得的抗压强度。
轴心抗压强度 fck（棱柱体抗压强度）
折算
f ck 0.88 1 2 f cu,k
1 —轴心抗压强度与立方体抗压强度比值
2 —高强混凝土脆性折减系数
2.1.2 建筑结构用钢的物理力学性能
钢筋品种
HPB235 热轧钢筋 光圆钢筋 带肋钢筋 带肋钢筋 预热处理 钢筋 强度 塑性 非 弱 预 应 力 钢 筋 强 高
HRB335
HRB400 RRB400
低
钢 筋 钢 丝
强度高，塑性低 强度高，粘结性好 强度高 预 应 力 钢 筋
钢绞线
热处理钢筋
钢筋品种
2.3.1 混凝土强度
劈裂抗拉强度
由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉 试验测定混凝土的抗拉强度
P
压
a
拉 压
f sp
2P
a
2
P
劈拉试验
f sp 0 . 19 f cu
3/4
2.3.2 混凝土的变形
单轴（单调）受压应力-应变关系 s (MPa)
C
30
A,--比例极限 B,--临界点
150mm
强度等级 C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50~C80共14级
C —混凝土 15—立方体抗压强度的标准值为15N/mm2
2.3.1 混凝土强度
强度范围
•普通混凝土 •高强混凝土
强度等级小于等于C50的混凝土 强度等级高于C50的混凝土。
轴心抗压强度 fck（棱柱体抗压强度）
0.88—经验折减系数
150mm
300mm
2.3.1 混凝土强度
轴心抗拉强度
也是其基本力学性能，用符号 ft 表示。混凝土构件开裂、裂缝、 变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。
ft
16
150
6
2 f t 0.26 f cu / 3
5
GBJ10-89 æ ¶ ¹ ·
4
500
e0 eu
2.3.3 混凝土的变形模量
混凝土弹性模量
s
s
s
’ ’ Ec’= tan ’
Ec= tan
e
Ec’ tan ’ =
e
e
切线模量
原点切线模量
割线 (变形）模量
Ec
ds de
s 0
Ec
s e
E c e el
e
nEc
E c
ds de
弹性系数n 随应力增大而减小
50
C60
( f cu 50 )
6
40
C40
30
e 0 0 . 002 0 . 5 ( f cu 50 ) 10 e u 0 . 0033 ( f cu 50 ) 10
6
20
C20
10
e
0 0.001 0.002 0.003 0.004
《 规 范 》 混 凝 土 应 力 -应 变 曲 线 参 数 f cu n ≤ C50 2 0 .0 0 2 0 .0 0 3 3 C60 1 .8 3 0 .0 0 2 0 5 0 .0 0 3 2 C70 1 .6 7 0 .0 0 2 1 0 .0 0 3 1 C80 1 .5 0 .0 0 2 1 5 0 .0 0 3
碳素钢：Q196, Q215, Q2源自5（3号钢）, Q255, Q275
Q—屈服强度“屈”字汉语拼音的字首；
牌号—按强度大小加以区分（代表了含碳量）
Q235钢按质量级别（冲击韧性）可分为A、B、C、D四级。
低合金钢：Q345（16Mn）, Q390（15MnV）, Q420
按质量等级不同（冲击韧性）分为A、B、C、D、E五级。
热轧钢筋
Hot Rolled Steel Reinforcing Bar
HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级 HPB
Bar
HRB
Bar
RRB
Bar
Plain Hot rolled
Rolled Hot rolled
Ribbed Rolled
屈服强度 fyk
HPB235级： fyk = 235 N/mm2
冷加工钢筋
是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷 扭加工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢 材。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。近年来，冷加工钢筋 的品种很多，应根据专门规程使用。
热处理钢筋
是将Ⅳ级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工 艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。用 于预应力混凝土结构。
2.3 混凝土
水泥+水
水泥胶体 (水泥结晶体和水泥胶块) 石子、沙子
弹性骨架 （混凝土）
2.3.1 混凝土的强度
立方体抗压强度 f cu , k
砼强度等级
150mm
定义 立方体抗压强度是指按照标准方法制作养
护的边长为150mm的立方体试件，在28天
150mm
龄期，用标准试验方法测得的抗压强度。
在恒定温度和应变条件下，构件或材料的应力随时间而
见小的现象，称为应力松弛。容易引起预应力损失。
钢筋的加工性能
常见的建筑工程钢材加工有冷加工、热加工两类：
冷加工：板材、线材的冷弯；线材的冷拉、冷拔； 热加工：焊接。 冷拉后的钢筋没有明显的屈服阶段， 如B图。 冷拉 冷拉卸载后经过一段时间的停滞， 再对其张拉，会重新恢复屈服阶段 而呈现出屈服强度提高的应力应变 图形；这种现象被称为冷做硬化现 A 象； B 冷拉仅提高钢筋的抗拉强度，不提 高其抗压强度； ε 冷拉工艺不改变钢筋的强度级别 。
件，也有用Ⅱ级钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘
结，外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋。
Ⅳ级钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中
的配筋，一般冷拉后作预应力筋
延伸率（Percentage
of elongation）：d5=25、16、14、
10%，直径8~40mm。
钢筋品种
钢丝
中强钢丝的强度为800~1200MPa，高强钢丝、钢绞线 的为 1470 ~1860MPa；延伸率d10=6%；钢丝的直径3~9mm；外 形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线， 外接圆直径9.5~15.2 mm。中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混 凝土结构。
n =1~0.5
混凝土弹性模量
•弹性模量测定方法
s
0.5f 0.35 c
Ec 10 2 .2
5 2
34 . 74 f cu
( N/mm
)
e
5~10 ´ Î
fcu-混凝土的立方体强度，可用混凝土强度等级值代入。
2
钢筋的力学性能
强度 ——材料抵抗破坏能力的指标
s
fu
b d
c a
有明显屈服点
oa—弹性阶段（虎克定律）
bc—屈服阶段 cd—硬化阶段 de—颈缩阶段 a—弹性极限fb c—屈服强度fy （结构计算中的 材料强度） d—极限强度fu
fb fy
b
’
c
e
o
e
注：钢材具有明显的流幅（屈服平台较长），钢材有足够的塑性变形来保证 截面上的应力达到均匀分布，从而构成塑性内力重分布的理论基础。
e
塑性性能
s d
材原始尺度的变化率，是衡量钢材变形 能力的重要指标。 伸长率: d 5 or 10 d 越大,
l l0 l0
伸长率：钢材拉断后的塑性变形量较钢
0
钢筋延性或塑性越好
d
e
冲击韧性：是对于钢结构使用钢材的特殊要求，是检验钢材
对于冲击荷载的承受能力。
冷弯指标：是检验钢材冷加工性能的指标，对于钢筋与钢板，
B
20
D
C,--峰值点 D,--反弯点（拐点） E,--收敛点
A
10
E
e ×10-3
0
e0 2
4
ecu
6
8
强度对应力-应变曲线的影响
s (MPa)
C80
60
强度等级越高，线弹性段
越长，峰值应变也有所增
大。但高强混凝土中，砂 浆与骨料的粘结很强，密 实性好，微裂缝很少，最 后的破坏往往是骨料破坏，
σ
0
钢筋的加工性能
冷拔
σ
冷拔是指将光圆钢筋以强力拉拽使其
通过小直径的硬质合金模具，使其截 面减小而长度增长；
冷拔后的钢筋的强度会大大提高； 冷拔后钢筋的塑性会降低；
冷拔后的钢筋与之前的钢筋不属于同
一种钢筋。
0
ε
2.1.4 建筑结构常用的钢材种类
钢结构用钢材
钢的种类、牌号和代号
0.2%
钢筋的力学性能
弹性与塑性
材料在外力作用下产生变形，当外力除去后能完全恢复到原始 形状的性质，称为弹性。 s fu d 弹性模量： E s s e e fb fy dc