详解结构延性破坏与脆性破坏方式
第二章 钢结构的材料
五、复杂应力状态的影响
在复杂应力如平面或立体 应力作用下，钢材的屈服并 不只取决于某一方向的应力， 而是由反映各方向应力综合 影响的 屈服条件来确定。
eq ( x y y z z x ) 3( )
第二节
钢材的主要机械性能
• 钢材的机械性能（力学性能）通常是指钢厂生 产供应的钢材在标准条件下拉伸、冷弯和冲击 等单独作用下显示出的各种机械性能。它们由 相应实验得到，试验采用的试件的制作和试验 方法都必须按照各相关国家标准规定进行。 一、单向拉伸时的性能 标准试件在室温（100C～350C) 、以满足静 力加载的加载速度一次加载所得钢材的应力 ζ ～ ε 应变曲线显示的钢材机械性能如下:：
二、疲劳计算
• 反复荷载作用产生的应力重复一周叫做一个循环。 Δ ζ =ζ max-ζ min称为应力幅，表示应力变化的幅 度。 • 试验表明，焊接结构发生疲劳破坏并不是名义最 大应力ζ max作用的结果，而是焊缝部位足够大小 的应力幅反复作用的结果。非焊接结构的的疲劳 寿命不仅与应力幅有关，还与 其他因素有关。 规范把疲劳计算公式中的应力幅调整为折算应力 幅，以反映其实际工作情况。 • 疲劳计算的公式是以试验为依据的，分为常幅和 变幅疲劳两种情况进行计算。
（2）槽钢
有热轧普通槽钢和轻型槽钢两种。槽 钢规格用槽钢符号 [ 或Q[表示。 例如，普通槽钢[10、[20a，轻型槽钢Q[20a。 （3）工字钢 有普通工字钢和轻型工字钢两种。 例如，普通工字钢I18、I50a，轻型工字钢QI50。 （4）H型钢 H型钢比工字钢的翼缘宽度大并为等 厚度，截面抵抗矩较大且质量较小，便于与其它 构件连接。热轧H型钢分为宽、中、窄翼缘H型钢， 它们的代号分别为HW、HM和HN。例如HW260a、 HM360、HN300b。
第四章焊接结构的脆性断裂
于压力窗口的大型化、厚截面或超厚截面压力窗口增多以及化
工、石油工业中低温压力容器的使用，使脆断事故迭有发生。
这些事故引起世界各国的关注，推动了对脆性断裂问题的研究，
英、日本等国家成立专门机构对脆断事故进行分析和研究，并
提出了工程结构脆断防止措施。
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（一）
压力容器脆性断裂
•
压力容器断裂可能有塑性断裂、低应力脆性断裂和疲劳损坏等几种形式，特别是脆性断裂更引人注意。
很多． • (3)焊接结构刚性大，破坏一旦发生，瞬时就能扩展到结构整
体，所以脆断事故难以事先发现且往往造成较严重的后果。
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脆性断裂的影响因素
• 综合研究分析认为，一般脆断事故原因与以下几方面因素有关。 • (1）结构在低温下工作，低温使材料的性质变脆。 • (2)结构中存有一些焊后漏检缺陷，或在使用中发生延迟裂纹。 • (3)在许多情况下，焊接残余应力起到不良的作用，焊接过程引起的热应变脆化，使材质韧性下降。
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应力腐蚀裂纹
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4.2 焊接结构脆断事故分析
•
•
焊接结构广泛应用以来，曾发生过一些脆性断裂（简称脆断）事故。这些事故
无征兆，是突然发生的，一般都有灾难性后果，必须高度重视。引起焊接结构脆断的
原因是多方面的，它涉及材料选用、构造设计、制造质量和运行条件等。防止焊接结
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脆性断裂的宏观断口
• 从下图可看出，脆性断裂的宏观断口分为三个区：纤维区、放射区、剪切唇。
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宏观：根据人字纹路的走向和放射棱线汇聚方向确
钢结构名词解释
钢结构的优缺点:优点：强度高，质量轻；材性好，可靠性高；工业化程度高，工期短；密封性好；抗震性能好；耐热性好；缺点:价格贵，耐腐蚀性差，耐火性差钢结构破坏形式:对材料抗力而言:塑性破坏，脆性断裂破坏，疲劳破坏，损伤累计破坏。
结构性能而言:结构或构件整体失稳/局部失稳，塑性过度发展，结构变成机构钢结构对钢材的要求:有较高的强度，塑性好，冲击韧性好，冷加工性能好，可焊性好，耐久性好，钢度好抗震强。
伸长率δ:是应力应变曲线中的最大应变值等于试件拉断后的原标距间长度的伸长值和原标距比值的百分率。
断面收缩率:ψ是指试件拉断后,颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率时效现象:屈服点提高,韧性降低,并且极限强度也稍有提高。
冷拉目的:提高强度冷弯目的:抵抗断裂的能力冷弯性能:指钢材在冷加工(即在常温下加工)产生塑性变形时,对发生裂缝的抵抗力。
冷弯性能用冷弯试验来检验。
冷作硬化：在冷（常温）加工过程中引起的钢材硬化的现象。
C对弹塑性和强度的影响：屈服点和抗拉强度提高，但塑性和韧性，特别是低温冲击韧性下降，可焊性，耐腐蚀性能，疲劳强度和冷弯性能明显下降。
有害元素有：硫，大大降低塑性，冲击韧性，疲劳强度和抗锈性，热脆。
磷提高强度和抗锈性，但严重降低塑性，冲击韧性、冷弯性能，冷脆。
氧热脆，氮冷脆。
可焊性好:是指焊接安全、可靠、不发生焊接裂逢,焊接接头和焊缝的冲击韧性以及热影响区的延伸性(塑性)等力学性能都不低于母材钢材的脆性断裂是钢结构在静力或加载次数不多的动荷载作用下发生的脆性破坏。
防止刚材脆性断裂的措施：1、加强施焊工艺管理，避免施焊过程中产生裂纹、夹渣和气泡等焊接缺陷2、焊接不宜过分集中，施焊时不宜过强约束，避免产生过大残余应力。
3、进行合理细部构造设计，避免产生应力集中4、选择合理的钢材应力集中:是指结构或构件的局部区域的最大应力值比平均应力值高的现象。
应力集中的特点:能使物体产生疲劳裂纹，也能使脆性材料制成的零件发生静载断裂。
详解结构延性破坏与脆性破坏方式
详解结构延性破坏与脆性破坏方式结构与构件的破坏方式的确定是在结构设计之初就要明确的问题，延性破坏显然是工程师们的首选。
所谓延性破坏是指于材料、构件或结构具有在破坏前发生较大变形并保持其承载力的能力，宏观经济表现上为挠度、倾斜、裂缝等明显破坏先兆腐蚀的破坏模式，更为重要的是，尽管出现较为明显的破坏征兆，但延性材料或结构仍然能够保持其稳定度。
延性损害的这种性能对于建筑物是十分重要的，其真正的意义在于以下几方面：首先，破坏先兆与示警作用——历史上的重特大建筑事故大多属于脆性破坏，如果建筑物在破坏之前的明显征兆可以提醒人们及时撤离现场或进行补救。
完全不能破坏的材料是不存在的，因此关键作用材料在破坏之前的示警作用对于建筑物来讲就十分重要了。
其次，延性材料突显或结构的延性不仅仅要体现在变形上，还要体现在破坏延迟上，即必要条件在承载力不降低或不明显降低的前提下，产生不小的明显的变形，即发生屈服。
这种破坏的延迟效应可以为逃生或者建筑物的修补提供宝贵的时间。
第三，正是由于延性材料与结构所产生的变形能力，因此对于动荷载的作用，可以体现出良好可靠性的工作性能，这对于结构的抗震防震是十分关键的。
在地震的作用下，微观所发生的宏观与微观的变形，缠绕植物储存大量的能量，避免发生破坏。
相反，脆性是与延性相对应的破坏性质，脆性材料或构件、结构在摧残破坏前几乎没变形能力，在宏观上则表现为突然性的断裂、失稳或坍塌等。
应注意的问题是，虽然有些脆性材料可能具有较高显然的强度，采用脆性材料或构件、结构可能存在较大的承载力，但因迹象不是破坏征兆或破坏征兆不明显，采用时宜多加慎重。
在结构设计时实现延性与防止脆性达至的方法其实并不复杂，一般遵行以下原则：其一，要尽可能采用延性材料为建筑结构材料，钢材是很好的延性物料，以往钢结构多用于高层、大跨度建筑、应该承担动荷载建筑中，随着科学技术的发展，钢结构住宅也已经开始逐步推广。
其二，对于脆性材料，可以采用延性材料改善其紊乱的性能，指由是指具有延性材料的破坏特征。
结构延性
钢筋混凝土框架结构是最常用的结构形式。
结构抗震的本质就是延性,提高延性可以增加结构抗震潜力,增强结构抗倒塌能力。
为了利用结构的弹塑性变形能力耗散地震能量,减轻地震作用下结构的反应,应将钢筋混凝土框架结构设计成延性框架结构。
钢筋混凝土结构的各类构件应具有必要的强度和刚度，并具有良好的延性性能，避免构件的脆性破坏，从而导致主体结构受力不合理，地震时出现过早破坏。
因此，可以采取措施，做好延性设计，防止构件在地震作用下提前破坏，并避免结构体系出现不应有的破坏。
参考文献：1 前言在现代房屋结构设计中，延性研究越来越显得重要，钢筋混凝土结构延性的研究是塑性设计方法和抗震设计理论发展的基础。
所谓延性是指材料、构件和结构在荷载作用下，进入非线性状态后在承载能力没有显著降低情况下的变形能力。
描写延性常用的变量有：材料的韧性，截面的曲率延性系数，构件或结构的位移延性系数，塑性铰转角能力，滞回曲线，耗能能力等。
试验和非线性计算分析表明：构件的结构的破坏由受拉钢筋引起的，常表现出良好的延性，如适筋梁、大偏心受压柱等；而破坏由混凝土拉断、剪坏和压溃控制的常表现为脆性，如素混凝土板、超尽梁、地震作用下剪切破坏的短柱等。
对于建筑结构系统来说，一方面，钢筋混凝土构件的功能依赖于整体结构系统功能，任何构件一旦离开整体结构，就不再具有它在结构系统中所能发挥的功能；另一方面，构件又影响整体结构系统的功能，任何构件一旦离开整体结构，整体结构丧失的功能不等于该构件在结构系统中所发挥的功能，可能更大，也可能更小。
在地震作用下，有可能由于部分构件的破坏乃至退出工作，整个结构体系会因此破坏，这里的部分构件包括了结构构件以及非结构构件。
在地震作用下，混凝土结构或构件的破坏可分为脆性破坏和延性破坏两种，其中脆性破坏的危害时非常大的，设计上是一定要避免的，而延性破坏时指构件承载力没有显著降低的情况下，经历很大的非线性变形后所发生的破坏，在破坏前能给人以警示。
结构设计原理——复习资料
结构设计原理——复习资料1．钢筋混凝土结构有哪些特性？答：钢筋混凝土结构能合理地利用钢筋和混凝土两种材料的特性，具有耐久、耐火、可模性好及易于就地取材等优点。
其缺点是自重大、抗裂差、施工受气候条件影响大，修补或拆除较困难。
2．钢筋与混凝土这两种力学性能不同的材料为什么能有效地结合在一起共同工作？答：钢筋和混凝土这两种力学性能不同的材料之所以能有效地结合在一起而共同工作，主要有以下原因：（1）混凝土硬化后，在混凝上和钢筋之间产生了良好的粘结力，使两者能可靠地结合成一个整体，在荷载作用下能够共同变形，完成其结构功能。
（2）钢筋和混凝土的温度线膨胀系数较为接近（钢筋为1.2×10—5，混凝土为1.0×10—5～1.5×10—5），因此，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏两者之间的粘结。
（3）混凝土包围在钢筋的外围，起着保护钢筋免遭锈蚀的作用，保证了钢筋与混凝土的共同作用。
3．计算钢筋混凝土结构时，对于有明显流幅的钢筋如何取其设计强度，为什么？对没有明显流幅或屈服点的钢筋如何取其设计强度？答：计算钢筋混凝土结构时，对于有明显流幅的钢筋，取它的屈服强度作为设计强度的依据。
这是因为构件中钢筋的应力到达屈服强度后，将产生很大的塑性变形，这时钢筋混凝土构件将出现很大的变形和不可闭合的裂缝，以致不能使用。
对没有明显流幅或屈服点的钢筋，其比例极限大约相当于极限强度的65%。
在实用上取残余应变为0.2％时的应力（相当于极限强度的80%）作为假定的屈服点，即条件屈服点（又称协定屈服点），以σ0.2表示。
4．钢筋的塑性通常用哪两个指标来衡量，其定义如何，如何表示，有何意义？答：钢筋的塑性通常用伸长率和冷弯性能两个指标来衡量。
钢筋拉断后的伸长值与原长的比值，称为伸长率。
用δ10或δ5表示（δ10和δ5分别表示标距l 1＝10d 和l 1＝5d 时的伸长率，d 为钢筋直径）。
用公式表示为：%100112⨯-=l l l δ 伸长率越大，则塑性越好。
钢筋混凝土构件的延性与抗震
10.1.4位移延性系数
位移延性系数是结构或构件达到极限状态
时的总位移 u与其刚开始时位移y 之比，可表
示为：
u y
式中总位移u 等于屈服时的位移y 与屈服后所
产生的塑性位移 p 之和，即
u y p
下面以简单的竖向悬臂结构为例，导出屈服位移和极 限位移的计算方法，给出位移延性系数的表达式(图10-6)
螺旋箍筋对核芯区产生均匀分布的侧向压力，使混凝土处于
三向受压状态；矩形箍筋只对角隅处混凝土产生有效约束，
侧面混凝土有外凸的趋势，约束作用降低。因此配有螺旋箍
箍筋的构件，其延性好于配有矩形箍筋的构件。
也可以通过增加箍筋之间拉结改善核芯区混凝土约束条
件。另外箍筋间距对构件延性有着明显的影响，箍筋间距较
小的构件有着较高的延性。
极限变形 Du通常取最大荷载值持续到混凝土达极限压应变开始 卸载时的变形值，此变形对应的荷载值往往小于最大荷载。确定 Du 方法有两种，取最大承载力的0.85倍所对应的点为U点，或者取混凝
土达到极限压应变 cu =0.0033~0.0040所对应的点为U点。
10.1.3截面曲率延性系数
受弯构件适筋梁开始屈服和到达截面最大承载力时的截面应变及应 力分布图如图10-5所示。
D Du Dy
式中，Du 为截面或构件承载力没有明显降低情况下的极限变形；
Dy 为截面或构件开始屈服时的屈服变形。 图10-2为施力后理想弹塑性变形曲线，可以很方便地找到屈服
点Y和极限点U，从而确定 Dy 和 Du ，但钢筋混凝土构件不存在
理想的力—变形曲线。
确定Dy 常采用能量等值法和几何作图法,分别如10-3和10-4图所示。
滞回曲线充分反映了构件强度、刚度、延性 和耗能能力等方面的力学特征，是分析钢筋混凝 土结构抗震性能的重要依据。滞回环丰满程度及 所围面积表征构件耗能能力，在三种典型的滞回 曲线中，梭形耗能能力最强，弓形次之，反S形最 差。
第三章 钢结构的破坏形式及计算方法
使得净截面承载力不足以承受外力作用时，构件突然断裂， 发生疲劳破坏。 疲劳破坏一般经历裂纹形成、裂纹缓慢扩展 和最后迅速断裂三个阶段。
重庆大学城市科技学院钢结构课件
Streel Stucture
第 三 章
二、疲劳计算 反复荷载作用产生的应力重复一周叫做一个循环。
失稳，又称屈曲。
重庆大学城市科技学院钢结构课件
Streel Stucture
第 三 章
第三章 钢结构的破坏形式及计算方法
第一节 钢结构的可能破坏形 式
三、板件局部失稳破坏
某些情况下，组成构件结构的板件的局部丧失稳定 会先于整体失稳出现。局部失稳的发生可能最终促成或 导致结构或构件的整体失稳，造成破坏。
Pf =P (z<0) Ps=P(z≥0)=1- Pf
设计使用年限分类
类别 1 2 3
4
设计使用年限 5 25 50
100
示例 临时性结构 易于替换的结构构件 普通房屋和构筑物
纪念性建筑和特别重要的结构
Streel Stucture
重庆大学城市科技学院钢结构课件
第 三 章
三．设计表达式：
R
0
RK
0 R
GSGK
QSQK
RK
R
SSK
《钢结构设计规范(GB50017)》设计方法
R 0S
对于承载能力极限状态 采用应力表达式
n
0 ( GGK Q1 Q1K ci QiQiK ) f i2
正常使用极限状态
n
W WGK WQ1K W ci QiK [W ] i2
➢ 在完全压应力（不出现拉应力）循环中，由于压应力不会 使裂纹继续扩展，故规范规定此种情况可不进行疲劳计算。
混凝土结构各种的破坏形态
混凝土结构各种的破坏形态1.摘要：钢筋混凝土由于其很高的承载力而被广泛用于建筑物结构之中，然而在不同的承载体系之中，混凝土构件的破坏形态有所不同。
基于此，研究混凝土各个破坏形态的过程能够有助于我们有效配筋，可以避免出现混凝土的脆性破坏，防止工程事故的发生。
2.关键词：混凝土破坏形态裂缝3.简述：钢筋混凝土构件根据受力性能的不同可以划分为以下几种正截面破坏；斜截面破坏；受扭破坏。
钢筋混凝土构件的破坏一般分为三个阶段：裂缝的生成阶段，裂缝的发展扩大阶段，裂缝继续开展，混凝土压碎。
3.1钢筋混凝土构件的破坏过程构件受弯的破坏过程总共分为三个阶段：第Ⅰ阶段，刚开始加载时由于弯矩很小，延梁高测量到的各个纤维应变也很小，所以混凝土未发生开裂，钢筋还未受力，此阶段的特点是1）混凝土没有开裂；2）受压区混凝土应力图形是直线，受压区混凝土的应力图形在第Ⅰ阶段前期是直线，后期是曲线；3）弯矩与截面曲率基本上是直线关系。
此阶段可作为构件抗裂度的计算依据。
第Ⅱ阶段，弯矩继续增大，最下部混凝土达到其抗拉极限值，混凝土开裂，并且，裂缝随着弯矩的增大快速延伸，下部受拉区混凝土逐渐退出工作，钢筋应力逐渐增大，裂缝不断扩增，故裂缝出现时梁的扰度和截面曲率都突然增大，裂缝截面处的中和轴上移，受压区的混凝土塑性变形特征越来越明显，总之，第Ⅱ阶段是裂缝发生，开展的阶段，在此阶段中梁是带缝工作的，其受力特点是：1）在裂缝截面处，受拉区大部分混凝土退出工作，拉力主要由纵向受拉钢筋承担，但钢筋没有发生屈服；2）受压区混凝土已经发生塑性变形，但不充分，压力图形只有上升段的曲线；3）弯矩与截面曲率是曲线关系，截面曲率与扰度增长加快。
此阶段是正常使用极限状态阶段验算变形和裂缝开展宽度的依据。
第Ⅲ阶段，由于弯矩的继续增大，钢筋发生屈服，截面曲率和梁的扰度也突然增大，裂缝宽度随之扩展并沿梁高向上扩展，中和轴上移，混凝土塑性变形越来越明显，当压应力达到混凝土抗压强度时，混凝土压碎，与此同时受拉钢筋的拉应力恰好达到其抗拉强度极限，钢筋屈服。
延性破坏的名词解释
延性破坏的名词解释延性破坏是一个在工程领域常见的术语，指的是材料或结构在受到外部力量作用下，能够延展、变形或塑性变形，而不会立即断裂或崩溃的能力。
延性破坏与脆性破坏形成鲜明的对比，是材料或结构在应力作用下的特性之一。
延性破坏的概念可以通过一个常见的例子来解释。
想象一下，你正在走路，突然踩到一个松动的木板，如果你的脚下踩到的是一个脆弱的木板，它很可能会立即断裂，并使你摔倒受伤。
但如果你踩到了一个具有一定延性的木板，它能够在你的重量作用下稍微弯曲，并且不会立刻破裂，你就能够安全地将脚从上面提起，避免摔倒。
在工程设计和建筑中，延性破坏是至关重要的一个特性。
例如，在地震发生时，结构物会受到巨大的地震力的作用。
如果结构本身具有一定的延性，它们能够发生一些塑性变形，从而吸收并分散部分地震能量，保证结构的稳定性和安全性。
相反，如果结构材料具有脆性，它们很容易发生断裂，导致整个结构崩溃，产生重大伤亡和财产损失。
延性破坏的概念也可以应用于材料的性能评估中。
材料的延性通常通过应变-应力曲线来表示，该曲线显示了在不同载荷下材料的变形能力。
一般来说，应变-应力曲线的陡峭程度越小，材料越具有延性。
相反，陡峭的曲线意味着材料较为脆性。
延性破坏的原因有很多，其中一些因素包括材料的组成、结构的设计以及外部应力的性质。
在金属材料中，延性破坏通常与晶格滑移和位错的运动有关。
晶格滑移是指晶体内部的原子或离子通过改变位错的位置和排列来移动。
这种滑移使得材料能够塑性变形而不会立即断裂。
另外，延性破坏还与材料的温度有关。
一般来说，材料在较高温度下更容易发生延性破坏，因为高温能增加材料的塑性。
然而，在极端温度下，例如非常低的温度或非常高的温度，材料可能会变得更加脆弱，从而降低延性。
需要注意的是，延性破坏并不总是好的。
在一些情况下，例如结构的设计要求或某些工程应用中，材料需要具有较高的刚性和强度，而不需要太大的延性。
因此，工程师和设计师在进行材料和结构选择时，需要根据特定应用的需求权衡延性和其他性能指标。
建筑结构延性最全面解读
建筑结构延性最全面解读结构设计中中,重要构件往往通过限制配筋率来确保其性能发挥,超限审查中也经常伴随着提高某一批次构件的配筋率,然配筋率与延性之间到底有着怎样的千丝万缕？先给延性戴个帽,延性指结构或构件屈服后,强度或承载力没有显著降低时的塑性/非弹性变形能力.分为材料、截面、构件及结构延性,常用延性系数来表达,即.材料延性是应变延性,通过应力-应变曲线来反映,表观的是材料屈服后的塑（脆）性变形能力；截面延性是曲率延性,通过受压区高度来反映,表观的是截面屈服后的塑性转动能力；构件延性是位移延性,通过塑性铰来反映,表观的是塑性铰的转动能力；结构延性也是位移延性,通过基底剪力-顶点位移曲线或层剪力-层位移曲线来反映,表观的是整体塑性变形能力.四种延性之间存在着相互牵制与影响,尤其是材料延性与截面延性、构件延性与结构延性,材料延性与截面延性是负相关的,构件延性与结构延性的关系取决于塑性铰形成后结构的破坏机制（仍是现阶段结构工程领域研究热点与难点）.材料延性是根本,是本构关系的层次（本构关系仅针对材料而言,然设计中不乏构件本构,更有甚者,出现结构本构）,影响着其他三种延性,一般采用应变延性指标来衡量,即极限应变/屈服应变.结构中存在两大材料：钢与砼,钢应力-应变曲线设计者应很熟悉,弹性段、屈服段（屈服点）、强化段与颈缩段,具体来讲,钢延性指标=峰值应力应变/屈服点应变；砼本构研究最透彻的当属非约束混凝土的单轴受压本构,应变延性与砼强度存在很大关系,随强度提高,应力-应变曲线的弹性工作段拉长,峰值应变值提高,下降段陡峭（意味着脆性强化）.砼延性指标=极限应变/峰值应变,砼极限应变可取0.003~0.004,普通砼峰值应变为0.0015~0.002,高强砼峰值应变为0.002；实际结构砼基本都属于约束砼,由于箍筋的环箍效应,应力-应变关系也发生了变化,约束越好延性越好,约束的好与不好通过配箍特征值来衡量.规范中对材料使用的限定一般是从材料延性考虑,如“对于框支梁、框支柱及一级框架梁、柱,砼强度等级不应低于C30…钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25…钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85…”.截面延性衡量着截面的塑性转动能力,即塑性铰的转动能力,对应于弯矩-曲率关系曲线,表达式为极限曲率/屈服曲率.在适当配筋率下,由于受拉钢筋屈服时截面并没有屈服,因此需对屈服曲率进行放大调整,调整系数约为1.1~1.2,即,极限曲率通常取受压区边缘混凝土达到其极限压应变时的曲率,即.截面曲率延性一般可从相对受压区高度的角度理解,影响截面延性的因素主要有：1）砼强度,两面性：强度提高脆性增强,材料延性降低；强度提高受压区高度减少,截面延性提高；2）轴压比,减小轴压比,受压区高度减小,延性提高；3）箍筋,约束砼的极限压应变增大,变相提高砼强度,受压区高度减小,延性提高（规范中轴压比在特别箍筋条件下适当放松,即是此方面的考虑）；4）纵向钢筋,高强度钢筋à屈服强度高à屈服应变大à屈服曲率提高à截面延性降低,配置受压钢筋à受压区高度降低à截面延性提高,提高配筋率à变相降低轴压比（提高轴压承载力）；5）截面形状,规则截面（圆形、方形及矩形）破坏流动性低,方向性明确,较不规则截面（异形柱）延性好.对于压弯构件（墙、柱与斜撑等）,如上述配筋率的描述,配筋率左右着轴压承载力,随着轴压承载力的提高,构件的塑性变形长度变大,因此截面延性提高.但是,结构工程师需要充分认识到,配筋率不是提高竖向构件延性的首要因素,即配筋率的功效比较低.对于受弯构件（梁等）,延性随配筋率的提高而降低,但当配置适当充分的受压钢筋,有利于改善高配筋率带来的延性不足,这也是规范弱化受拉钢筋配筋率的缘由.构件延性表征的是塑性铰的转动能力,由于曲率与位移存在比值关系,因此位移延性与截面曲率延性存在关系式,k为与构件长度、塑性铰长度相关系数.构件的塑性变形集中于两端的塑性铰区,曲率延性系数应比位移延性系数大（截面延性要求高于构件延性要求）,才能保证抗震要求（关系式也传达此信息）.避免倒塌思路：位移延性系数限值（倒塌临界值）à曲率延性系数à砼极限压应变à采取措施满足.结构延性通常用顶点位移或层间位移来表达,由于结构延性与构件延性存在藕断丝连的联系,因此结构延性（系数）难直观得出,常借助于静力弹塑性分析近似判断,也就是经常见到的基底剪力-顶点位移曲线.但上述方法存在很多人为因素：施加水平力的形状（基于第一振型的加载函数往往低估中间层的地震反应）、极限/屈服位移的定义（一般极限位移可取峰值承载力90%对应的位移,个别或若干构件屈服,不等同于整体或某层屈服,尤其是层概念明确的钢结构）,所以,在静力弹塑性分析中,工程师对于结构整体性能的把握更为重要.规范中关于构件/结构构造的不同规定侧重于不同的延性要求,如材料延性：砼强度最低要求、钢筋强屈比、钢材的屈强比、焊接性及冲击韧性等；截面延性：梁最小/大配筋率要求（决定着梁的破坏形态：弯曲破坏or剪切破坏）、截面相对受压区高度限值、柱墙轴压比及纵向钢筋配筋率；构件延性：柱梁塑性铰区砼的约束程度（箍筋加密要求）、梁柱墙剪跨比（决定着构件破坏模式）、连梁、转换构件；结构延性：框剪、框筒的（类）0.2V0调整、剪力墙底部加强区、转换层、加强层、错层及嵌固端构造要求（构件延性的提高有利于结构延性的发展,构件延性的要求高于结构延性,如非底部加强部位设置YBZ、芯筒角部增设型钢、大跨度框架中框架柱采用型钢柱或钢管柱、高跨比较大连梁增设型钢、核心筒钢板剪力墙等,上述措施也往往是超限结构的构造加强措施）.另外,延性与承载力之间还有个比较有趣的现象：二者具有反向性.结构或构件的延性随着承载力的提高有降低的趋势,可以来个极端比较,分别对某结构进行小/S、中/M及大/L震弹性设计,承载力,位移延性系数.因此结构工程师要把握好强度与延性的含量比,把握结构的真实内涵,设计出和力而有韧的合理结构.。
结构设计原理 总结
结构：一般把构造物的承重骨架组成部分统称为结构常用的结构一般可分为：混凝土结构钢结构圬工结构木结构钢筋混凝土结构：是由配置受力的普通钢筋或钢筋骨架的混凝土制成的结构混凝土：是用水泥，砂子，石子三种材料经水拌合凝固硬化后制成的人工材料钢筋混凝土的产生：将钢筋和混凝土结合在一起共同工作，混凝土承受压力，钢筋承受拉力，将可以充分发挥各自的优势。
钢筋分类：按加工方式不同分为热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢筋、冷拔钢丝，冷加工方法有冷轧、冷拉、冷拔，预应力钢筋分为高强钢筋、钢绞线、高高强钢丝及钢丝束徐变：在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，亦即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间继续增长，这种现象被称为徐变。
徐舒：钢筋在一定拉应力值下，将其长度固定不变，则钢筋中的应力将随时间延长而降低混凝土立方体抗压强度：以变长是150mm立方体标准试件中在20摄氏度正负2度，强度和温度95%以上潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和实验方法测得的抗压强度值。
混凝土轴心抗压强度：按照立方体试件相同条件下制作和试验方法所得的棱柱体试件的抗压强度值混凝土抗拉强度：用两端预埋钢筋的混凝土棱柱体做试件，试验时用试验机夹具夹紧两外伸的钢筋施加拉力，破坏在没有钢筋中部截面被拉断，其平均应力。
混凝土劈裂抗拉强度：由立方体或圆柱体的劈裂试验测定的抗拉强度设计：在预定的作用及材料性能条件下，确定构建按功能要求所需要的截面尺寸、配筋和构造要求目标可靠指标：用作公路桥梁结构设计依据的可靠指标可靠性：结构在规定的时间（设计基准期）内，在规定的条件（结构设计时所确定的正常设计、正常施工和正常使用条件）下，完成预定功能的能力，安全性、适用性、耐久性称为结构的可靠性可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。
设计基准期：进行结构可靠性分析时，考虑持久设计状况下各项变量与时间关系所采用的基准时间参数极限状态：当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时，则此特定状态称为该结构的极限状态结构抗力：结构构件承受内力和变形的能力。
结构设计原理——第二节(受弯构件强度计算)
试验研究表明：钢筋混凝土受弯构件的破 (a)
P
P
坏性质与配筋率ρ、钢筋强度等级、混凝
土强度等级有关。对常用的热轧钢筋和普
通强度混凝土，破坏形态主要受到配筋率 (b)
P
P
ρ的影响。正截面破坏的三种形态：
（a）少筋梁破坏 （b）适筋梁破坏
P
P
(c)
（c）超筋梁破坏
受弯构件正截面承载力计算
根据弯矩组合设计值Md来确定钢筋混凝土梁和板截面上纵向受力钢筋的所需 面积并进行钢筋的布置。
2、第二类T形截面 ( x hf )
计算图式
γ
基本计算公式：
C1 C2 T fcdbx fcdh'f b'f b fsd As
（3-43）
M 0
0 M d
Mu
f cd bx(h0
x) 2
f cd
b
' f
b
h
' f
(h0
h
' f
2
)
（3-44）
适用条件： （1）x≤ b；h0（2） ≥ 。 m in
单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算图式
基本公式（基本方程）
∑X=0
fcdbx fsd As
（3-13）
∑MT=0
0Md
Mu
f cd bx(h0
x) 2
（3-14）
∑MC=0
0Md
Mu
f sd
As (h0
x) 2
（3-15）
两个独立的基本方程：公式（3-13）、（3-14）或者（3-15）。
适用条件：
（1）为防止出现超筋梁情况，计算受压区高度 x 应满足：
钢筋混凝土结构破坏形式
钢筋混凝土结构破坏形式钢筋混凝土结构是目前建筑工程中广泛应用的结构形式之一，其具有强度高、耐久性好、施工方便等优点。
然而，在长期的使用过程中，由于各种因素的影响，钢筋混凝土结构可能会出现不同形式的破坏，影响其安全性和使用功能。
下面我们就来详细了解一下钢筋混凝土结构常见的破坏形式。
一、弯曲破坏弯曲破坏是钢筋混凝土梁在受弯时常见的破坏形式。
当梁所承受的弯矩逐渐增加，受拉区的混凝土首先出现裂缝。
随着荷载的继续增加，裂缝逐渐向上扩展，受拉钢筋逐渐屈服。
当受压区的混凝土达到极限抗压强度时，梁就会发生破坏。
弯曲破坏又可以分为适筋梁破坏、超筋梁破坏和少筋梁破坏三种情况。
适筋梁破坏是一种延性破坏，在破坏前有明显的预兆，表现为受拉钢筋先屈服，然后受压区混凝土被压碎。
这种破坏形式能够充分发挥钢筋和混凝土的材料性能，是设计中期望出现的破坏形式。
超筋梁破坏则是由于受拉钢筋配置过多，在受压区混凝土被压碎之前，受拉钢筋不屈服。
这种破坏形式没有明显的预兆，属于脆性破坏，在设计中应避免。
少筋梁破坏是由于受拉钢筋配置过少，一旦受拉区混凝土出现裂缝，钢筋很快就会达到屈服强度甚至被拉断，导致梁的破坏。
这种破坏也属于脆性破坏，且承载力很低，在设计中同样不允许出现。
二、剪切破坏剪切破坏是钢筋混凝土结构中较为常见且危害较大的一种破坏形式。
剪切破坏通常发生在梁的剪跨段、柱的节点区等部位。
在梁中，剪切破坏主要有斜拉破坏、剪压破坏和斜压破坏三种形式。
斜拉破坏发生在剪跨比较大且配箍率较低的情况下，其特点是混凝土斜裂缝一旦出现，箍筋很快达到屈服强度，梁发生突然的脆性破坏。
剪压破坏发生在剪跨比适中且配箍率适当的情况下，其破坏特征是混凝土斜裂缝出现后，箍筋屈服，然后受压区混凝土被压碎，破坏时有一定的预兆，属于延性破坏。
斜压破坏则发生在剪跨比较小且配箍率较高的情况下，其破坏特征是混凝土在梁腹处被压碎，箍筋不屈服，属于脆性破坏。
在柱中，剪切破坏通常发生在节点区，由于节点区的受力情况复杂，混凝土受到的剪应力较大，容易发生剪切破坏。
混凝土结构设计原理思考题答案
混凝土结构设计原理部分思考题答案第一章钢筋混凝土的力学性能思考题1、钢筋冷加工的目的是什么冷加工的方法有哪几种各种方法对强度有何影响答：冷加工的目的是提高钢筋的强度，减少钢筋用量。
冷加工的方法有冷拉、冷拔、冷弯、冷轧等。
这几种方法对钢筋的强度都有一定的提高，2、试述钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求答：钢筋混凝土结构中钢筋应具备：（1）有适当的强度；（2）与混凝土粘结良好；（3）可焊性好；（4）有足够的塑性。
4、除凝土立方体抗压强度外，为什么还有轴心抗压强度答：立方体抗压强度采用立方体受压试件，而混凝土构件的实际长度一般远大于截面尺寸，因此采用棱柱体试件的轴心抗压强度能更好地反映实际状态。
所以除立方体抗压强度外，还有轴心抗压强度。
5、混凝土的抗拉强度是如何测试的答：混凝土的抗拉强度一般是通过轴心抗拉试验、劈裂试验和弯折试验来测定的。
由于轴心拉伸试验和弯折试验与实际情况存在较大偏差，目前国内外多采用立方体或圆柱体的劈裂试验来测定。
6、什么叫混凝土徐变线形徐变和非线形徐变混凝土的收缩和徐变有什么本质区别答：混凝土在长期荷载作用下，应力不变，变形也会随时间增长，这种现象称为混凝土的徐变。
当持续应力σC ≤时，徐变大小与持续应力大小呈线性关系，这种徐变称为线性徐变。
当持续应力σC >时，徐变与持续应力不再呈线性关系，这种徐变称为非线性徐变。
混凝土的收缩是一种非受力变形，它与徐变的本质区别是收缩时混凝土不受力，而徐变是受力变形。
10、如何避免混凝土构件产生收缩裂缝答：可以通过限制水灰比和水泥浆用量，加强捣振和养护，配置适量的构造钢筋和设置变形缝等来避免混凝土构件产生收缩裂缝。
对于细长构件和薄壁构件，要尤其注意其收缩。
第二章混凝土结构基本计算原则思考题1．什么是结构可靠性什么是结构可靠度答：结构在规定的设计基准使用期内和规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定功能的能力，称为结构可靠性。
【结构设计】剖析塑性、弹性、延性和韧性之间的区别
剖析塑性、弹性、延性和韧性之间的区别1．延性的定义延性是指结构毁坏之前,在其承裁能力无显著降低的条件下经受非弹性变形的能力.结构的延性也就是结构在外荷载(或基础下降)作用下,苏变形超过屈服,结构进入塑性阶段后,在外荷载继续作用下,变形继续增长,而结构不致破坏的性能.延性反映了结构在地震作用下耐变形的能力和消耗地震能量的能力.所谓结构或构件的延性好,就是在外荷载作用下有较大的塑性交形能力,从而消耗更大的能量.如果结构或构件破坏的话,其破坏处有预告而非穴发性的.2.脆性的定义与延性相反的概念是脆性.脆性结构没有塑性变形能力,其破坏是在结构成构件超过弹性极限时突然发生.3.弹塑性的定义：弹塑性弯曲是既有弹性变彤又有塑性变形的弯曲.当弯曲变形达到屈服极限之前,各条纵向纤维的变形可以看作简单的拉(压)变形,并遵守虎克定律,应力与应变之间有线性关系.4.塑性（范性）金属的塑性是金属在外力作用下能够发生塑性交形而其完继性又不破坏的一种性质或能力.金属的塑性一般用塑性指数来量度和表示.塑性指数是用金属破坏时的最大变形程度表示的.如拉伸金属断裂时的延伸率,断面收缩率等部属于塑性指数.金属的塑性表征着金属的变形能力和限度.5.韧性：金属的韧性是指金属受到外力发生变形到破坏(断裂)时单位体积吸收的变形功.静拉伸曲线下的面积代表静力作用下的总变形能u,表示单位体积吸收购变形功,即是静力韧性(韧度).韧性实质上仍是塑性,不过是特指,使用变形功来表示塑性.变形功越大,金属的塑性、韧性愈好.韧性是强度和塑性的综合表现,是材料塑性变形到断裂整个工程耗散的功,只有强度和塑性都高的材料才具有最好的韧性.6.脆性（再次）：脆性是和塑性、韧性相反的概念.它表示金属只发生少量变形后即断裂的性能.延伸率、断面收缩率和冲击值这些塑性指数愈小,金属的脆性愈大.塑性：承受静力荷载时,材料吸收变形能的能力.塑性好,会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂,给人以安全保证.韧性：承受动力荷载时,材料吸收能量的多少.韧性好,说明材料具有良好的动力工作性能.解释材料（强度塑性延性韧性弹性）非常透彻材料抵抗外力不断裂的能力叫强度,强度越高抗力越大；例如钢,陶瓷材料在外力作用下到断裂的过程中会发生变形,先发生弹性变形后发生塑性变形,弹性变形就是去掉外力后,还能恢复到原来形态,塑性变形就是去掉外力后,不能恢复到原来状态,如果是受拉力作用,尺寸会增大,受压,尺寸会变小,整个塑性变形阶段增大的尺寸与原来尺寸的比值就是延展性,而塑性变形阶段消耗的能就是塑性.塑性好,延展性也好,他们表达的是一个意思,表示材料塑性变形能力的,但是单位不同.塑性好就能承受很大的变形而不断裂,如铜,橡皮泥,但强度不一定高.弹性好就是弹性变形能力强,例如橡胶,橡皮筋等,同样是描述材料变形能力的,强度也不一定高,即承受的外力不一定很大.材料从抵抗外力到断裂过程中消耗掉的能（或叫做功）就是韧性,包括了弹性变形阶段和塑性变形阶段的共同消耗的能,韧性越好从外力作用到断裂过程消耗的能量越多.从力-位移曲线上说,纵坐标和横坐标都大的情况下,韧性最好,纵坐标要想增大就是要强度高,横坐标增大就是塑性好,因此,可以说如果一个材料的强度和塑性都好,那么它的韧性肯定非常好.但是从材料微结构上来讲,同时则增加材料的强度和塑性是一个矛盾体,要想提高强度,希望原子间的结合力越大越好,但是要想增加塑性反而不希望原子力太大,因此,如何同时提高材料的强度和韧性是材料届始终面临的最大挑战.。
材料力学破坏的三种形式
材料力学破坏的三种形式材料力学中的破坏形式就像人生中的那些小插曲，有时候让人哭笑不得。
我们来聊聊这三种破坏形式，别担心，我会尽量用通俗易懂的方式，让你轻松愉快地了解。
咱们得说说脆性破坏。
想象一下，你买了一个漂亮的杯子，结果不小心掉地上，啪的一声，碎了。
这就是脆性破坏的典型案例，没啥缓冲，直接就“见光死”。
材料在承受应力时，完全没给自己留条后路，瞬间就崩溃了。
生活中，脆性破坏就像那些脾气大的人，平时好好的，突然炸了，啥也不留情面。
接着聊聊延性破坏。
这个就像是我们在面对生活的压力时，学会了低头，不是认输，而是找到了折中的办法。
想象你在运动场上，参加一个接力赛，腿有点酸了，但是你依然坚持，直到最后一刻才放弃。
延性破坏的材料可以在拉伸过程中产生变形，像小孩子一样，虽然哭了，但还是不想让爸妈担心，努力忍耐。
它们的韧性强，能承受一段时间的压力，最后才会慢慢崩溃。
这种破坏方式其实有点像我们生活中的挫折，经历了磨难，才显得更坚韧。
咱们再来看看疲劳破坏。
这个就像是你每天都在熬夜，工作压力山大，终于某天精神崩溃的那种感觉。
疲劳破坏是在反复的负荷下逐渐发生的，表面看起来没啥问题，实际上内心早已千疮百孔。
想想你在上班的时候，工作一段时间就感到精疲力竭，这就是疲劳的体现。
材料经过无数次的循环应力，终于忍无可忍，咔嚓一声。
它就像生活中的隐形压力，逐渐累积，最终导致崩溃。
这些破坏形式其实可以反映我们生活中的种种状况，脆性、延性和疲劳，就像我们应对困难时的不同反应。
脆性是直接的放弃，延性是经过努力的坚持，而疲劳则是潜移默化的累积。
在生活中，我们也会遇到各种压力，像是来自工作、家庭或者人际关系的种种挑战。
我们可能会在某个瞬间选择坚强，也可能在无数个日子里默默承受。
说到这里，大家可能会发现，材料力学和生活并没有太大区别。
每种破坏形式都有它独特的魅力和悲剧。
脆性让我想起那些瞬间爆发的冲突，延性让我想到努力拼搏的奋斗，疲劳则像是生活中无法言说的苦涩。
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详解结构延性破坏与脆性破坏方式
结构与构件的破坏方式的确定是在结构设计之初就要明确的问题，延性破坏显然是工程师们的首选。
所谓延性破坏是指材料、构件或结构具有在破坏前发生较大变形并保持其承载力的能力，宏观表现上为挠度、倾斜、裂缝等明显破坏先兆的破坏模式，更为重要的是，尽管出现明显的破坏征兆，但延性材料或结构仍然能够保持其承载力。
延性破坏的这种性能对于建筑物是十分重要的，其真正的意义在于以下几方面：
首先，破坏先兆与示警作用——历史上发生的重特大建筑事故大多属于脆性破坏，如果建筑物在破坏之前的明显征兆可以提醒人们及时撤离现场或进行补救。
完全不能破坏的材料是不存在的，因此材料在破坏之前的示警作用对于建筑物来讲就十分重要了。
其次，延性材料或结构的延性不仅仅要体现在变形上，还要体现在破坏延迟上，即在承载力不降低或不明显降低的前提下，产生较大的明显的变形，即发生屈服。
这种破坏的延迟效应可以为逃生或者建筑物的修补提供宝贵的时间。
第三，正是由于延性材料与结构所产生的变形能力，因此对于动荷载的作用，可以体现出良好的工作性能，这对于结构的抗震是十分关键的。
在地震的作用下，结构所发生的宏观与微观的变形，都会储存大量的能量，避免发生破坏。
相反，脆性是与延性相对应的破坏性质，脆性材料或构件、结构在破坏前几乎没变形能力，在宏观上则表现为突然性的断裂、失稳或坍塌等。
应注意的问题是，虽然有些脆性材料可能具有较高的强度，采用脆性材料或构件、结构可能存在较大的承载力，但因没有破坏征兆或破坏征兆不明显，采用时宜多加
慎重。
在结构设计时实现延性与防止脆性的方法其实并不复杂，一般遵循以下原则：其一，要尽可能采用延性材料为建筑结构材料，钢材是很好的延性材料，以往钢结构多用于高层、大跨度建筑、承担动荷载建筑中，随着科学技术的发展，钢结构住宅也已经开始逐步推广。
其二，对于脆性材料，可以采用延性材料改善其不良的性能，是指具有延性材料的破坏特征。
最为明显的例子是钢筋混凝土、劲性混凝土与钢管混凝土的应用。
实践证明，经由钢材改良后，混凝土作为脆性材料，也可以在建筑中大量使用，并且体现出很好的延性。
尤其是钢管混凝土，由于钢管的约束作用，混凝土在高应力作用下，甚至可以发生塑流，体现出塑性。
其三，在结构中避免出现细长结构杆件、薄壁构件，以防止失稳的发生。
失稳破坏是由于尺度关系造成的破坏形式，一般与材料关系不大。
采用延性材料的结构并不一定是延性结构，失稳就是特例。
由于失稳问题，使得很多轻质高强的材料在使用时稍有不慎，就会发生意外。
调查表明，钢结构建筑由于自身材料受力屈服的破坏是很少的，多是由于失稳造成的。
其四，对于不能够简单的依靠延性材料进行改良的脆性材料，使用时应该慎重。
使用比较多的脆性材料是砖石材料，经过长期的工程实践，砖石结构的适用范围、结构模式都是比较确定的。
选用砖石作为结构材料时，不宜采用新型结构形式，同时应该注意增大脆性材料的安全系数，要偏于安全使用材料。