rc01材料力学性能PPT课件
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《材料力学性能》PPT课件
反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
注：所有退火状态和高温回火的金属与合金都有包辛格效应。 可用来研究材料加工硬化的机制。
精选ppt
19
精选ppt
20
消除包申格效应的方法：
(1) 预先进行较大的塑性变形； (2) 在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶
温度下退火，如钢在400-500℃，铜合金在250-270℃退 火。
如果施加交变载荷，且最大应力低于宏观弹性极限，加载速率比较大， 则也得到弹性滞后环（图b） 。
如果交变载荷中最大应力超过宏观弹性极限，就会得到塑性滞后环（图 c） 。
精选ppt
16
金属的循环韧性
定义：
金属材料在交变载荷（或振动）下吸收不可逆变形功 的能力，也称为金属的内耗或消振性。
意义：
材料力学性能指标具体数值的高低表示材料 抵抗变形和断裂能力的大小，是评定材料质 量的主要依据。
精选ppt
3
第1章 静载荷下材料的力学性能
1.1 应力-应变曲线
拉伸试验是工业上应用最广泛的基本力学性能试 验方法之一。本章将详细讨论金属材料在单向拉 伸静载荷作用下的基本力学性能指标如：屈服强 度、抗拉强度、断后伸长率和断面伸长率等。
循环韧性越高，机件依靠自身的消振能力越好，所以 高循环韧性对于降低机器的噪声，抑制高速机械的振 动，防止共振导致疲劳断裂意义重大。
精选ppt
17
1.2.4、包申格效应（Bauschinger）
精选ppt
18
包申格效应的定义：
金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，残 余应变约1-4%，卸载后再同向加载，规定残余 伸长应力（弹性极限或屈服强度）增加；
精选ppt
24
注：所有退火状态和高温回火的金属与合金都有包辛格效应。 可用来研究材料加工硬化的机制。
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20
消除包申格效应的方法：
(1) 预先进行较大的塑性变形； (2) 在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶
温度下退火，如钢在400-500℃，铜合金在250-270℃退 火。
如果施加交变载荷，且最大应力低于宏观弹性极限，加载速率比较大， 则也得到弹性滞后环（图b） 。
如果交变载荷中最大应力超过宏观弹性极限，就会得到塑性滞后环（图 c） 。
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金属的循环韧性
定义：
金属材料在交变载荷（或振动）下吸收不可逆变形功 的能力，也称为金属的内耗或消振性。
意义：
材料力学性能指标具体数值的高低表示材料 抵抗变形和断裂能力的大小，是评定材料质 量的主要依据。
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3
第1章 静载荷下材料的力学性能
1.1 应力-应变曲线
拉伸试验是工业上应用最广泛的基本力学性能试 验方法之一。本章将详细讨论金属材料在单向拉 伸静载荷作用下的基本力学性能指标如：屈服强 度、抗拉强度、断后伸长率和断面伸长率等。
循环韧性越高，机件依靠自身的消振能力越好，所以 高循环韧性对于降低机器的噪声，抑制高速机械的振 动，防止共振导致疲劳断裂意义重大。
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1.2.4、包申格效应（Bauschinger）
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包申格效应的定义：
金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，残 余应变约1-4%，卸载后再同向加载，规定残余 伸长应力（弹性极限或屈服强度）增加；
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《材料力学性能01》PPT课件
塑性材料在拉伸时的力学性能： 对于没有明显屈服
阶段的塑性材料，用 名义屈服极限Rr0.2来 表示。
s
Rr 0.2
o 0.2%
3.塑性:k、k
0
两个塑性指标:
伸长率:
Al1
l0 l0
10% 0
断面收缩率:
ZA0A110% 0 A0
A5%为塑性材料 A5%为脆性材料
塑性材料和脆性材料力学性能比较:
(3)了解正确评价与改善材料力学性能的 方法与途径。
三、先修课程
(1)材料力学： 应力应变状态、弹性变形与本构关系、 强度理论等。 (2)材料科学基础： 晶体学、晶体缺陷、位错理论、变形与 再结晶等。
四、教学内容及要求
材料 力学 性能
力学行
为与物 理本质
基本力学行为(简单加载)：弹性变形、塑性变形、断裂 与环境相关的力学行为：疲劳、蠕变、磨损、应力腐蚀等
塑性材料
延伸率 δ > 5%
断裂前有很大塑性变形
抗压能力与抗拉能力相近 可承受冲击载荷，适合于 锻压和冷加工
脆性材料
延伸率 δ < 5%
断裂前变形很小 抗压能力远大于抗拉能力 适合于做基础构件或外壳
注意： 新、旧标准断后伸长率符号表示的差异
为避免混乱，建议加注旧标准符号：
感谢下 载
晶体取向：部分晶体取向发生演化。
试样II上标记圆环区域变形前后的晶体取向成像图 (a)变形前 ；(b)变形后
矩形框内晶粒晶体取向演化 (a),(c)变形前；(b),(d)变形后
双相多晶钛合金微观塑性变形机制之二
滑移系的开动
• 试样I(2.4%)：滑移开动不均，滑移穿过,协调变形
试样I(2.4%)上滑移系的开动及滑移线的形貌和分布
材料力学性能PPT课件
氏体组织 （4）深冷处理：使淬火状态下残余奥氏体继续转变为低碳
马氏体（根据需要确定） （5）沉淀硬化处理 在480 ～550℃ 保温1小时左右，使碳化物析出弥散强化。 23
（四）弹簧的其它强化处理
（1）形变热处理
对于60Si2Mn、55Si2Mn等中碳钢具有较高的形 变强化效果，因此这类弹簧适合于热成型+淬火+回火
19
汽车板簧
扭转弹簧
大型热卷弹簧
弹簧丝
20
三、弹簧热处理 1、工作条件
储存能量和减轻震动,主要承受拉力、压力、扭力、 交变载荷； 2、失效形式： 疲劳断裂，永久变形 3、性能要求：
高的强度极限、弹性极限、疲劳极限、成型加工性 能（塑性成型、热处理性能） 4、常用材料 65、65Mn、60Si2Mn等中碳钢及中碳合金钢
3
3.齿轮的技术要求
齿面高的硬度、接触疲劳、耐磨损性能；
齿轮根部及齿轮具有高的强度和韧性。
4.齿轮用钢:低、中碳
➢ 轻载齿轮：45， 调质或正火
➢ 中载齿轮：45、40Cr， 调质，耐磨部位表面淬火
➢ 重载齿轮：20Cr、20CrMnTi， 渗碳淬火
➢ 高精度齿轮：38CrMoAlA， 调质-渗氮
21
5、热处理工艺 （一）冷成形弹簧（小弹簧）——去应力退火
由强化过的钢丝（铅淬冷拔、冷拔、淬火+回火的钢丝） 冷卷成弹簧，
只需进行去应力退火（加热温度250 ～300℃ ），以消除 变形过程中或淬火中形成的残余应力，稳定尺寸。
——淬火+中温回火（或采用等温淬火）
（二）热成形弹簧
采用热轧钢丝或钢板制成（如汽车板簧）
工艺路线
(2)渗碳 提高表面含碳量 920～930℃保温3～9h
马氏体（根据需要确定） （5）沉淀硬化处理 在480 ～550℃ 保温1小时左右，使碳化物析出弥散强化。 23
（四）弹簧的其它强化处理
（1）形变热处理
对于60Si2Mn、55Si2Mn等中碳钢具有较高的形 变强化效果，因此这类弹簧适合于热成型+淬火+回火
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汽车板簧
扭转弹簧
大型热卷弹簧
弹簧丝
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三、弹簧热处理 1、工作条件
储存能量和减轻震动,主要承受拉力、压力、扭力、 交变载荷； 2、失效形式： 疲劳断裂，永久变形 3、性能要求：
高的强度极限、弹性极限、疲劳极限、成型加工性 能（塑性成型、热处理性能） 4、常用材料 65、65Mn、60Si2Mn等中碳钢及中碳合金钢
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3.齿轮的技术要求
齿面高的硬度、接触疲劳、耐磨损性能；
齿轮根部及齿轮具有高的强度和韧性。
4.齿轮用钢:低、中碳
➢ 轻载齿轮：45， 调质或正火
➢ 中载齿轮：45、40Cr， 调质，耐磨部位表面淬火
➢ 重载齿轮：20Cr、20CrMnTi， 渗碳淬火
➢ 高精度齿轮：38CrMoAlA， 调质-渗氮
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5、热处理工艺 （一）冷成形弹簧（小弹簧）——去应力退火
由强化过的钢丝（铅淬冷拔、冷拔、淬火+回火的钢丝） 冷卷成弹簧，
只需进行去应力退火（加热温度250 ～300℃ ），以消除 变形过程中或淬火中形成的残余应力，稳定尺寸。
——淬火+中温回火（或采用等温淬火）
（二）热成形弹簧
采用热轧钢丝或钢板制成（如汽车板簧）
工艺路线
(2)渗碳 提高表面含碳量 920～930℃保温3～9h
材料力学性能 ppt课件
3、应力-应变曲线的类型
典型的应力-应变曲线
（d）弹性-不均匀塑性型：形变强化过程中出现多次局部失稳， 其塑性变形方式通常是孪生而不是滑移。当孪生速率超过试验 机夹头运动速度时，载荷会突然松弛而呈现锯齿形的曲线。某 些低溶质固溶体铝合金及含杂质的铁合金具有此行为。
Company Logo
1-1 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
Company Logo
1-1 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
低碳钢典型的应力-应变曲线
均匀塑性变形阶段：屈服后， 欲继续变形，必须不断增加载 荷，此阶段的变形是均匀的， 直到曲线达到最高点，均匀变 形结束，如图中的bc段。
形变硬化：随塑性变形增大， 变形抗力不断增加的现象。 不均匀塑性变形阶段：从试 样承受的最大应力点开始直到 断裂点为止，如图中的cd段。 在此阶段，随变形增大，载荷 不断下降，产生大量不均匀变 形，且集中在颈缩处，最后载 荷达到断裂载荷时 ，试样断裂 Company Logo 。
载荷卸除后，变形消失）
Company Logo
1-2 弹性变形
1、弹性变形及其实质
在没有外加载荷作用时，金属
中的原子N1、N2在平衡位置附近振
动，相邻原子间的作用力由引力和
斥力叠加而成。
当原子间相互平衡力受外力而
受到破坏时，原子位置相应调整，
产生位移。而位移总和在宏观上表 曲线1：两原子间的引力
现为变形。
l0 5d0或 l0 10d0
试样加载速率：
常用的拉伸试样几何
1 0 1/s
一般采用圆形或板形二种试样。可分为三个部分，即
工作部分、过渡部分和夹持部分。
其中工作部分必须表面光滑，以保证材料表面也是单
典型的应力-应变曲线
（d）弹性-不均匀塑性型：形变强化过程中出现多次局部失稳， 其塑性变形方式通常是孪生而不是滑移。当孪生速率超过试验 机夹头运动速度时，载荷会突然松弛而呈现锯齿形的曲线。某 些低溶质固溶体铝合金及含杂质的铁合金具有此行为。
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1-1 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
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1-1 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
低碳钢典型的应力-应变曲线
均匀塑性变形阶段：屈服后， 欲继续变形，必须不断增加载 荷，此阶段的变形是均匀的， 直到曲线达到最高点，均匀变 形结束，如图中的bc段。
形变硬化：随塑性变形增大， 变形抗力不断增加的现象。 不均匀塑性变形阶段：从试 样承受的最大应力点开始直到 断裂点为止，如图中的cd段。 在此阶段，随变形增大，载荷 不断下降，产生大量不均匀变 形，且集中在颈缩处，最后载 荷达到断裂载荷时 ，试样断裂 Company Logo 。
载荷卸除后，变形消失）
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1-2 弹性变形
1、弹性变形及其实质
在没有外加载荷作用时，金属
中的原子N1、N2在平衡位置附近振
动，相邻原子间的作用力由引力和
斥力叠加而成。
当原子间相互平衡力受外力而
受到破坏时，原子位置相应调整，
产生位移。而位移总和在宏观上表 曲线1：两原子间的引力
现为变形。
l0 5d0或 l0 10d0
试样加载速率：
常用的拉伸试样几何
1 0 1/s
一般采用圆形或板形二种试样。可分为三个部分，即
工作部分、过渡部分和夹持部分。
其中工作部分必须表面光滑，以保证材料表面也是单
材料力学性能教学课件
05
材料的强度性能
抗拉强度与抗压强度
抗拉强度
材料在拉伸载荷作用下抵抗破坏的能力。
抗压强度
材料在压缩载荷作用下抵抗破坏的能力。
抗剪强度与抗扭强度
抗剪强度
材料在剪切载荷作用下抵抗破坏的能力。
抗扭强度
材料在扭转载荷作用下抵抗破坏的能力。
疲劳强度与持久强度
疲劳强度
材料在交变载荷作用下抵抗破坏的能力。
材料力学性能教学课件
目录
• 材料力学性能概述 • 材料力学性能的测试方法 • 材料的弹性性能 • 材料的塑性性能 • 材料的强度性能 • 材料力学性能的应用
01
材料力学性能概述
材料力学性能的定义
01
02
材料力学性能是指材料在一定条件下，对外界施加的力或应力、应变 和时间等物理量的响应。
这些物理量包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强 度、疲劳强度等。
广泛应用。
高分子材料
根据高分子材料的可加工性、轻 量化和易加工等特点，在汽车、 建筑、航空航天和医疗等领域得
到广泛应用。
功能材料的设计与优化
电学性能
通过添加导电或半导体材料，改 善材料的导电性、电阻率和介电 性能等电学性能，用于制造电子
器件和集成电路等。
光学性能
通过添加光学材料或采用表面处理 技术，改善材料的光学性能，用于 制造光学仪器和显示器等。
02
设备
硬度计，主要有布氏硬度计、洛氏硬 度计、维氏硬度计等类型。
01
03
试样制备
选取所需材质的试样，一般采用圆形 或方形截面，表面应平整、光滑。
数据分析
根据压痕深度或压痕直径，可以计算 出材料的硬度值。
材料力学性能教学课件材料在冲击载荷下的力学性能
总结词：材料的能量吸收能力是指在冲击载荷作用下，材料能够吸收的能量大小。材料的能量吸收能力与其种类、状态和结构等因素有关。
材料的抗冲击性能指标
冲击韧性是衡量材料抵抗冲击载荷破坏能力的重要指标。
总结词
冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下吸收能量、抵抗破坏的能力。它受到材料的内部结构、温度、试样形状和尺寸等因素的影响。冲击韧性值越大，表示材料抵抗冲击载荷的能力越强。
通过在材料表面进行涂层或处理，改变其表面结构和性能，以达到提高抗冲击性能的目的。
表面处理和涂层技术可以在不改变材料本身性能的情况下，提高其抗冲击性能。例如，在金属表面进行喷涂、电镀或化学镀等处理，可以形成具有高硬度和高韧性的涂层，从而提高其抗冲击和耐磨性能。同时，表面处理还可以改变材料的表面粗糙度、硬度和附着力等性能，从而提高其抗冲击能力。
感谢观看
THANKS
材料力学性能教学课件ppt材料在冲击载荷下的力学性能
材料力学性能概述材料在冲击载荷下的力学性能材料的抗冲击性能指标提高材料抗冲击性能的方法
目录
材料力学性能概述
材料力学性能是指材料在受到外力作用时表现出来的特性，包括强度、硬度、韧性、塑性等。
这些特性与材料的内部结构和化学成分密切相关，是材料科学和工程领域研究的重要内容。
详细描述
疲劳裂纹扩展速率是指在循环载荷作用下，裂纹扩展的速率。它是评估材料在交变应力作用下的耐久性和可靠性的重要指标。疲劳裂纹扩展速率越小，表示材料的疲劳寿命越长，抵抗裂纹扩展的能力越强。
提高材料抗冲击性能的方法
通过添加合金元素，改变材料的成分，以达到提高抗冲击性能的目的。
合金元素的添加可以改变材料的晶体结构、相变行为和微观组织，从而提高材料的韧性、强度和耐冲击性能。例如，钢中添加铬元素可以提高其抗腐蚀和耐磨性能，而铝合金中添加镁元素则可以提高其强度和抗冲击性能。塑性ຫໍສະໝຸດ 材料在冲击载荷下的力学性能
rc01材料力学性能
E tg c 0 c/ e
Ec
CH.1 材料力学性能
弹性模量测定
混凝土的弹性模量的试验方法（150×150 × 300标 准试件）
此线和原点切线基 本平行，取其斜率 作为Ec
5 10 2 E ( N / mm ) c 34 .74 2 .2 fcu
CH.1Байду номын сангаас材料力学性能
有较大提高
CH.1 材料力学性能
3.混凝土在正应力和剪应力作用下的复合强度
在有剪应力作用时，混凝土的抗压强度将低于单
轴抗压强度
CH.1 材料力学性能
1.2 混凝土的变形
1.混凝土的应力应变关系 —短期单调加载 1）上升段 OC: OA:(c0.3ck): 弹性阶段 AB:(c=0.3ck~0.8ck): 砼内部微裂缝发展 BC(c>0.8ck):塑性变形发 展，竖向裂缝出现 c0=0.0015~0.0025 受压混凝土一次短期加荷的应力—应变曲线 cck 2）下降段 CF: ccu=0.0033~0.004 （极限压应变）
热处理钢筋 Heat treatment ：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。
CH.1 材料力学性能
Fig. 我国常见钢筋外形
2 普 通 钢 筋 强 度 标 准 值 （ N / m m ）
种类 H P B 2 3 5 ( Q 2 3 5 ) 热 轧 H R B 3 3 5 ( 2 0 M n S i ) 钢 H R B 4 0 0 ( 2 0 M n S i V 、 2 0 M n S i N b 、 2 0 M n T i ) 筋 R R B 4 0 0 ( 2 0 M n S i )
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0.88—经验折减系数
150mm
300mm
CH.1 材料力学性能
三、轴心抗拉强度 ft 0.88 2 0.395 fcu 0.55 1 1.645 0.45
➢ 混凝土的抗拉强度比抗压强度低得多，一般只
有抗压强度的5%~10%
CH.1 材料力学性能
四、混凝土在复合应力作用下的强度
1.混凝土的双轴受力强度
HPB
ห้องสมุดไป่ตู้HRB
RRB
Bar
Bar
Bar
Plain
Rolled
Ribbed
Hot
Hot
Rolled
rolled
rolled
屈服强度 fyk（标准值=钢材废品限值，保证率97.73%）
HPB235级： fyk = 235 N/mm2
HRB335级： fyk = 335 N/mm2
HRB400级、RRB400级： fyk = 400 N/mm2
➢ 双向受拉：强度接近
单向受拉强度
➢ 双向受压：抗压强度
和极限压应变均有所 提高
➢ 一拉一压：强度降低
CH.1 材料力学性能
2.混凝土的三轴受压强度
➢ 三向受压时，混凝土的抗压强度和极限变形都
有较大提高
CH.1 材料力学性能
3.混凝土在正应力和剪应力作用下的复合强度
➢ 在有剪应力作用时，混凝土的抗压强度将低于单
2. 当采用HRB335级钢筋时，不宜低于C20; 3. 当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷
载的构件，不得低于C20; 4. 预应力混凝土结构不应低于C30; 5. 采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋
时，不宜低于C40.
预应力钢筋 非预应力钢筋
钢筋
CH.1 材料力学性能
1.3 钢筋
4)剪切模量 Gc
Gc
Ec
2(1 c )
c—泊松比（横向应变与纵向应变之比）
➢ 混凝土的泊松比，在压力较小时为0.15~0.18，
接近破坏时可达0.5以上，一般可取0.2
2.重复荷载作用下的变形
包罗线与一次性加载时 的应力-应变曲线相似
疲劳强度:
fcf 0.5 fc
CH.1 材料力学性能
2. 徐变
CH.1 钢筋和混凝土的力学性能
1.1 混凝土的强度 1.2 混凝土的变形 1.3 钢筋 1.4 钢筋与混凝土的粘结
CH.1 材料力学性能
1.1 混凝土的强度
水泥+水 水泥胶体 (水泥结晶体和水泥胶块) 弹性骨架
石子、沙子
（混凝土）
150mm
一、立方体抗压强度 fcu,k 砼强度等级
150mm
1.定义：立方体抗压强度是指按照标准方法制15作0mm 养护的 边长为150mm的立方体试件，在28天龄期，用 标准试验方法测得的抗压强度。
CH.1 材料力学性能
二、轴心抗压强度 fck （棱柱体抗压强度） 1.定义：轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的
截面为100mm×100mm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。
2.折算： fck 0.881 2 fcu,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
轴抗压强度
CH.1 材料力学性能
1.2 混凝土的变形
1.混凝土的应力应变关系 —短期单调加载
1）上升段 OC:
OA:(c0.3ck): 弹性阶段
AB:(c=0.3ck~0.8ck): 砼内部微裂缝发展
BC(c>0.8ck):塑性变形发 展，竖向裂缝出现
c0=0.0015~0.0025 cck 2）下降段 CF:
2.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
粗骨料（分散相）
带核凝胶体
砂浆 （基相）
宏观结构
孔隙
细骨料（分 散相）
晶体
凝缩 凝胶体
水泥石
干缩
（基相） 亚微观结构
晶体骨架
混凝土组成结构
氢氧化钙 微观结构
CH.1 材料力学性能
钢丝 Wire：中强钢丝的强度为800~1200MPa，高强钢 丝、钢绞线为 1470 ~1860MPa；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。
冷加工钢筋 Cold working rebar：由热轧钢筋和盘条 经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。钢筋的强度 高，延伸率降低。
1）定义：砼在长期荷载作用下随时间而增长的变形。 2）产生原因 a.水泥凝胶体的粘性流动 b.内部微裂缝的开展
3）对构件影响:
a.使变形增大 b.产生预应力损失
c.引起轴压构件及结构的应力重分布
4）影响因素:
a.配合比
b.养护条件：温度、湿度
c.应力条件：加荷时的龄期
加荷时的初始应力c
CH.1 材料力学性能
热处理钢筋 Heat treatment ：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。
CH.1 材料力学性能
3. 收缩 1）定义：砼在空气中硬化时体积减小的现象。 2）产生原因：水分蒸发 3）对构件影响: a.使砼产生拉应力,致使产生裂缝 b.引起预应力损失 4）影响因素: 配合比、养护、体表比
CH.1 材料力学性能
➢ 混凝土的选用
1. 建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土强度等 级不应低于C15;
受压混凝土一次短期加荷的应力—应变曲线
ccu=0.0033~0.004 （极限压应变）
CH.1 材料力学性能
3）砼的弹性模量 Ec
a.原点弹模 Ec Ec tg0 c / e
b.割线模量 Ec’ Ec ' tg1 c / c
c.切线模量
Ec’’Ec '' tg
d c d c
Ec '
一、钢筋的种类及选用 HPB235
热轧钢筋 HRB335 HRB400
光圆钢筋 变形钢筋 变形钢筋
RRB400 变形钢筋
钢丝
强度高，塑性低
强度 塑性 弱高
强低
钢绞线
强度高，粘结性好
热处理钢筋 强度高
CH.1 材料力学性能
热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing Bar HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级
e c
Ec
Ec
受压时，为 0.4~1.0；
受拉破坏时， 为1.0
CH.1 材料力学性能
➢ 弹性模量测定
混凝土的弹性模量的试验方法（150×150 × 300标 准试件）
此线和原点切线基 本平行，取其斜率
作为Ec 105
Ec 2.2 34.74 (N / mm 2 ) f cu
CH.1 材料力学性能
150mm
300mm
CH.1 材料力学性能
三、轴心抗拉强度 ft 0.88 2 0.395 fcu 0.55 1 1.645 0.45
➢ 混凝土的抗拉强度比抗压强度低得多，一般只
有抗压强度的5%~10%
CH.1 材料力学性能
四、混凝土在复合应力作用下的强度
1.混凝土的双轴受力强度
HPB
ห้องสมุดไป่ตู้HRB
RRB
Bar
Bar
Bar
Plain
Rolled
Ribbed
Hot
Hot
Rolled
rolled
rolled
屈服强度 fyk（标准值=钢材废品限值，保证率97.73%）
HPB235级： fyk = 235 N/mm2
HRB335级： fyk = 335 N/mm2
HRB400级、RRB400级： fyk = 400 N/mm2
➢ 双向受拉：强度接近
单向受拉强度
➢ 双向受压：抗压强度
和极限压应变均有所 提高
➢ 一拉一压：强度降低
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2.混凝土的三轴受压强度
➢ 三向受压时，混凝土的抗压强度和极限变形都
有较大提高
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3.混凝土在正应力和剪应力作用下的复合强度
➢ 在有剪应力作用时，混凝土的抗压强度将低于单
2. 当采用HRB335级钢筋时，不宜低于C20; 3. 当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷
载的构件，不得低于C20; 4. 预应力混凝土结构不应低于C30; 5. 采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋
时，不宜低于C40.
预应力钢筋 非预应力钢筋
钢筋
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1.3 钢筋
4)剪切模量 Gc
Gc
Ec
2(1 c )
c—泊松比（横向应变与纵向应变之比）
➢ 混凝土的泊松比，在压力较小时为0.15~0.18，
接近破坏时可达0.5以上，一般可取0.2
2.重复荷载作用下的变形
包罗线与一次性加载时 的应力-应变曲线相似
疲劳强度:
fcf 0.5 fc
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2. 徐变
CH.1 钢筋和混凝土的力学性能
1.1 混凝土的强度 1.2 混凝土的变形 1.3 钢筋 1.4 钢筋与混凝土的粘结
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1.1 混凝土的强度
水泥+水 水泥胶体 (水泥结晶体和水泥胶块) 弹性骨架
石子、沙子
（混凝土）
150mm
一、立方体抗压强度 fcu,k 砼强度等级
150mm
1.定义：立方体抗压强度是指按照标准方法制15作0mm 养护的 边长为150mm的立方体试件，在28天龄期，用 标准试验方法测得的抗压强度。
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二、轴心抗压强度 fck （棱柱体抗压强度） 1.定义：轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的
截面为100mm×100mm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。
2.折算： fck 0.881 2 fcu,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
轴抗压强度
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1.2 混凝土的变形
1.混凝土的应力应变关系 —短期单调加载
1）上升段 OC:
OA:(c0.3ck): 弹性阶段
AB:(c=0.3ck~0.8ck): 砼内部微裂缝发展
BC(c>0.8ck):塑性变形发 展，竖向裂缝出现
c0=0.0015~0.0025 cck 2）下降段 CF:
2.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
粗骨料（分散相）
带核凝胶体
砂浆 （基相）
宏观结构
孔隙
细骨料（分 散相）
晶体
凝缩 凝胶体
水泥石
干缩
（基相） 亚微观结构
晶体骨架
混凝土组成结构
氢氧化钙 微观结构
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钢丝 Wire：中强钢丝的强度为800~1200MPa，高强钢 丝、钢绞线为 1470 ~1860MPa；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。
冷加工钢筋 Cold working rebar：由热轧钢筋和盘条 经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。钢筋的强度 高，延伸率降低。
1）定义：砼在长期荷载作用下随时间而增长的变形。 2）产生原因 a.水泥凝胶体的粘性流动 b.内部微裂缝的开展
3）对构件影响:
a.使变形增大 b.产生预应力损失
c.引起轴压构件及结构的应力重分布
4）影响因素:
a.配合比
b.养护条件：温度、湿度
c.应力条件：加荷时的龄期
加荷时的初始应力c
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热处理钢筋 Heat treatment ：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。
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3. 收缩 1）定义：砼在空气中硬化时体积减小的现象。 2）产生原因：水分蒸发 3）对构件影响: a.使砼产生拉应力,致使产生裂缝 b.引起预应力损失 4）影响因素: 配合比、养护、体表比
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➢ 混凝土的选用
1. 建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土强度等 级不应低于C15;
受压混凝土一次短期加荷的应力—应变曲线
ccu=0.0033~0.004 （极限压应变）
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3）砼的弹性模量 Ec
a.原点弹模 Ec Ec tg0 c / e
b.割线模量 Ec’ Ec ' tg1 c / c
c.切线模量
Ec’’Ec '' tg
d c d c
Ec '
一、钢筋的种类及选用 HPB235
热轧钢筋 HRB335 HRB400
光圆钢筋 变形钢筋 变形钢筋
RRB400 变形钢筋
钢丝
强度高，塑性低
强度 塑性 弱高
强低
钢绞线
强度高，粘结性好
热处理钢筋 强度高
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热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing Bar HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级
e c
Ec
Ec
受压时，为 0.4~1.0；
受拉破坏时， 为1.0
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➢ 弹性模量测定
混凝土的弹性模量的试验方法（150×150 × 300标 准试件）
此线和原点切线基 本平行，取其斜率
作为Ec 105
Ec 2.2 34.74 (N / mm 2 ) f cu
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