物理力学性能

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e
C60
40
C40
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




H型钢和T型钢 表示方法:H截面高×宽度×腹板厚×翼缘厚 槽钢 表示方法:匚30a 槽钢外廓高度为30cm, 匚25Q外廓高25cm 钢管 表示方法:φ 外径×壁厚 φ 400×6
2.1.4 建筑结构常用的钢材种类

冷弯薄壁型钢
厚度1.5~6㎜热轧钢板经冷加工成型
2.2 木材
2.2.1 木结构常用树种及强度等级 2.2.2 承重木结构用材分类 2.2.3 木结构的材质等级和材质标准 2.2.4 木材的物理力学性能与常用木材主要特性 2.2.5 木结构构件对木材含水率的要求 2.2.6 承重结构用胶的质量要求
碳素钢:Q196, Q215, Q235(3号钢), Q255, QBiblioteka Baidu75
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。
钢筋的力学性能

强度 ——材料抵抗破坏能力的指标
a点:比例极限,约为0.65fu
无明显屈服点
fu
a点前:应力-应变关系为线弹性
a点后:应力-应变关系为非线性,
a
s0.2
有一定塑性变形,且没有明显的屈 服点
材料强度依据
名义屈服点:残余应变为0.2%所对
应的应力,《规范》取s0.2 =0.85 fu
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

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
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
HRB335级: fyk = 335 N/mm2
HRB400级、RRB400级: fyk = 400 N/mm2
热轧钢筋
HPB235级(Ⅰ级)钢筋多为光面钢筋,多作为现浇楼
板的受力钢筋和箍筋
HRB335级(Ⅱ级)和
HRB400级(Ⅲ级)钢筋强度较高,
多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋,尺寸较大的构
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 。
第2章 建筑结构材料的物理力学性能
钢材 木材(自学) 混凝土 砌体
2.1 钢材
2.1.1 建筑结构用钢的化学成分
铁 碳 --主体成分,97%以上 --碳导致硬度强度增加,导致塑性下降
硫,磷--有害成分,硫导致热脆,磷导致冷脆
氧,氮--有害杂质,氧导致热脆,氮导致冷脆 锰,硅,钒,钛,铌,镍,铬 --合金元素,改善钢材的性能
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,
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
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
满足虎 克定律 a’
b
材料在外力作用下产生变形,
当外力除去后,部分变形恢
复的性质,称为塑性。
a
残余变形 弹性变形
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。
2.3 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。
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
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。
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
2.1.2 建筑结构用钢的物理力学性能
常见钢筋外形
普 通 钢 筋 强 度 标 准 值 ( N /m m ) 种 热 轧 钢 筋 H P B 2 3 5 (Q 2 3 5 ) H R B 3 3 5 (2 0 M nS i) H R B 4 0 0 (2 0 M nS iV 、 2 0 M nS iN b 、 2 0 M nT i) R R B 4 0 0 (2 0 M nS i) 类 符号 f yk 235 335 400
其冷弯指标是指在常温下被检验材料对于某一相对的半径 (相对板材厚度与钢筋直径)的弯曲角度。
2.1.3

影响钢材性能的其他因素
徐变和应力松弛
混凝土的徐变是指混凝土在长期的、不变的、较高的荷载作用 下,其变形随时间的增长而增加的现象,称为徐变。
变 形
卸荷后的瞬时回缩
永久变形 时间 5d 20d 60d 80d
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。
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
2.1.4 建筑结构常用的钢材种类
常用钢材规格


热轧钢板
薄钢板(t≤ 4mm) 厚钢板(t>4mm) 特厚钢板(t>60mm) 扁钢板(带钢,t=4~60mm) 表示方法:宽度×厚度×长度, --800× 12× 2100


2.1.4 建筑结构常用的钢材种类


热轧型钢
角钢 表示方法:等边角钢 L边宽×厚度, 不等边角钢 长边宽×短边宽×厚度 工字钢 表示方法:外廓高度的厘米数位型号。按腹板由薄到厚分为a、b 和c三级。如I32c, I32Q号。
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
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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
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

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
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,
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