第三章 结构材料的力学性能及其选用PPT课件

F A
• 屈服强度σs
结构设计中钢材强度取值的依据
• 抗拉强度σb 钢屈材强所比能承 受s 的最大应力 屈强比，↑ 利用b 率 ↑，安全可靠程度 ↓
b s p
B上
B A B下
s b
α
O
•
伸长率δ
L2 L1 L1
100%
b
衡量钢材塑性的指标，越大说明
钢材的塑性越好
s b
C D
LL0
s
18
2. 强度 钢材的强度指标包括屈服强度和抗拉强度。
B下 点对应的应力。
s
Fs A
F A
B上 B
A B下
C D
s p
α
O
L L0
低碳钢受拉的应力－应变图
15
强化阶段BC
图形的特点：
一段上升的曲线。
试件的特点：
抵抗塑性变形的能力又重新 提高—— 强化。
计算的指标：
抗拉强度
C点对应的应力。
b
Байду номын сангаас
Fb A
F A
b s p
B上 B
A B下
C D
α
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级热轧钢筋、热处理钢筋
22
钢丝：碳素钢丝、刻痕钢丝及钢绞线
外形
光面钢筋 变形钢筋:等高肋钢筋、月牙肋钢筋
刻痕钢丝
D—公称直径A —3 股钢绞线量测尺寸 钢绞线
螺旋肋钢丝
23
（2）型钢和钢板 ➢型钢：角钢（包括等边和不等边角钢）、槽钢、工
字钢等；
24
按冶炼方法分
钢
按脱氧程度分
平炉钢 转炉钢 电炉钢
压型彩钢板
10
第三章 预应力混凝土结构的一般知识
第一节 建筑钢材
一、钢材的力学性能
建筑结构中的钢材可分为两类：有明显屈服点的 钢材和无明显屈服点的钢材。 1. 应力-应变曲线
11
强化阶段
d（抗拉强度）
屈服阶段 bc
屈服强度
a（比例极限）
破坏阶段
f0.2
e
弹性阶段
有明显屈服点的 钢材应力-应变曲线
27
2.混凝土强度等级
• 按混凝土立方体抗压强度标准值划分的级别。以“C”和混 凝土立方体抗压强度标准值（fcu,k）表示，主要有C15， C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60， 等强度等级。
• 立方体抗压强度标准值（fcu,k ） ，是立方体抗压强度总体 分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%。
第三章 结构材料的力学性能 及其选用
1
伦敦千年穹顶
2
巴黎埃菲尔铁塔
3
吉隆坡国家石油双塔大厦
4
日本明石海峡大桥
5
•钢
– 理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较少的 铁碳合金称为钢。
– 含碳量超过2%，称为生铁；含碳量小于0.08%， 称为工业纯铁。
• 钢的特点
– 具有强度高，塑性好，具有良好的韧性；工艺性能 良好，易于加工；但是，钢材易锈蚀、耐火性差。
钢筋和混凝土能够共同工作的原因： ➢ 钢筋和混凝土之间存在粘结力，这是二者共同工作的 基础； ➢ 钢筋和混凝土的线膨胀系数相近； ➢ 混凝土提供的碱性工作环境可以保护钢筋免遭锈蚀。
混凝土结构对钢筋性能的主要要求是： ➢强度 ➢塑性 ➢可焊性 ➢与混凝土的粘结力。
2. 钢筋的选用
26
第二节 混 凝 土
弹性极限p : A点对应
的应力。
F A
AB
C D
p
α
O
L L0
低碳钢受拉的应力－应变图
E1
＞
E 14
2
屈服阶段AB
图形的特点：一条波动的曲
线，应力增加很小，而应变增加
很大。
试件的特点：所能承受的拉
力增加很小，而塑性变形迅速 增加，似乎钢材不能承受外力 —— 屈服。
计算的指标：
屈服强度（也叫屈服点） s :
有明显屈服点的钢材以屈服强度作为其关键性的强 度指标；
无明显屈服点的钢材以抗拉强度作为其主要强度指 标，并以其的0.85倍作为其条件屈服强度。
3. 塑性
伸长率是指试件拉断后原标距的伸长值与原标距的
比值（以百分数表示）
l2
l1
100%
冷弯性能是指钢材在常温l1下承受弯曲时产生塑性变
形能力。
反映塑性性能的指标是“伸长率”和“冷弯性能”19 。
6
二、建筑钢材的主要品种
1.型钢
– 简单截面型钢：圆钢、 方钢、六角钢、八角 钢等；
– 复杂截面型钢：工字 钢、角钢、槽钢、钢 轨等。
7
二、建筑钢材的主要品种
2.线材 如钢筋、钢丝等。
8
二、建筑钢材的主要品种
3.管材
无缝钢管、焊 接钢管等。
9
二、建筑钢材的主要品种
4.板材
光面钢板、花纹钢板、 彩色涂层钢板等。
0.2%
无明显屈服点的 钢材应力-应变曲线
12
四个阶段
F A
弹性阶段OA
屈服阶段AB 强化阶段BC
A
B
C D
颈缩阶段CD
O 低碳钢受拉的应力－应变图 LL0 13
弹性阶段OA
图形的特点：一条通过原点
的直线，应力与应变成正比。
试件的特点：弹性
计算的指标：
弹性模量 Etg
E值的大小反映了钢材抵抗 弹性变形的能力。
一、混凝土的强度
1、立方体抗压强度fcu －混凝土强度等级
混凝土的强度等级是用立方体抗压强度来划分的 混凝土强度等级：边长150mm立方体为标准试件，在标准 条件下（20±3℃，≥90%湿度）养护28天，用标准试验方 法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度，用符号C表示，
C30表示fcuk=30N/mm2 。
热轧钢筋：热轧光圆钢筋 HPB
热轧带肋钢筋 HRB
20
21
低碳钢－含碳量<0.25%
碳素钢
中碳钢－含碳量0.25%~0.6% Ⅰ级热轧钢筋、钢丝
按 化
高碳钢－含碳量0.6%~1.4%
学
成
除铁外，含少 量碳、硅、锰、
分
硫、磷
低合金钢－在碳素钢基础上加入少量的硅、锰、 钛、钒、铬等合金元素。有效提高钢 材的强度，改善钢材的其它性能。
钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯性能是 检验有明显屈服点钢材的四项主要质量指标，对于无明 显屈服点的钢筋只测定后三项。
二、钢材的冷加工及其品种
1. 钢材的冷拉 冷拉强化 冷拉时效或时效硬化
2. 钢材的冷拔
3. 钢材的品种
（1）钢筋
热轧钢筋、冷拉钢筋----有明显屈服点
钢丝、钢绞线----无明显屈服点
沸腾钢 镇静钢 半镇静钢
按炉衬材料分 为酸性钢和碱
性钢
F
Z
b
特殊镇静钢
TZ
➢钢材牌号：碳素结构钢中的Q235钢和低合金结构钢中 Q345（16Mn）、Q390（15MnV）和Q420（15MnV）四种； ➢Q235钢分为A、B、C、D四个质量等级；
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三、钢材的选用
1. 混凝土结构对钢筋性能的要求
O
L L0
低碳钢受拉的应力－应变图
16
颈缩阶段CD
图形的特点：
一段下降的曲线。
试件的特点：
变形迅速发展，在有杂质或 缺陷处，断面急剧缩小—— 颈缩 ，直到断裂。
计算的指标：
伸长率δ：
L2 L1 100%
L1
F A
b s p
B上 A B下 B
α
O
C D
L L0
L2
L1
17
三个重要的指标