高等钢筋混凝土结构01钢筋的物理力学性能PPT课件
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❖ 微观上改变了金属的组织结构； ❖ 金属的塑性变形对材料的性能也会产生重要的
影响，是金属材料重要的强化手段。
13
从原子的角度看，金属的塑性变形是如何发生的？
❖ 当外力作用在金属上时，如受拉，金属内的原子间 距变大，如果这种变化是弹性范围内的，当外力去 除后，原子还能恢复到原来的状态；如果外力较大， 这种变化就达到了塑性阶段了，当外力去除之后， 有一部分变化就不能恢复了，金属就发生了塑性变 形。作为一种极限，当外力大到一定程度，原子间 的结合力被打破，那么金属就断了。
高等钢筋混凝土结构
本课程特点
土木工程科学研究的一般规律：
❖ 从工程实践中提出要求和问题，精心调查和统计、实验研 究、理论分析、计算对比、找出解决问题的方法；
❖ 研究一般的变化规律，揭示作用机理，建立物理模型和数 学表达，确定计算方法和构造措施，回到工程实践中验证， 改进和补充。
❖ 混凝土结构作为土木工程的一个分支，亦服从上述规律。
非完全弹性体，亦使杂质易于扩散； ❖ 3、面缺陷------晶界面上原子排列紊乱。
16
位错滑移机制
滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。滑移并非 是晶体两部分沿滑移面作整体的相对滑动, 而是通过位错的 运动来实现的。 在切应力作用下,一个多余半原子面从晶体 一侧到另一侧运动, 即位错自左向右移动时, 晶体产生滑 移。
4
四个强度理论
两类强度理论：
1. 第一类强度理论（以 脆性断裂破坏为标志）
2. 第二类强度理论（以 塑性屈服破坏为标志）
5
一、第一强度理论（最大拉应力理论）
准则：无论材料处于什么应力状态，发生脆性断裂的
主要原因是单元体中的最大拉应力s1达到某个极限值sf。
1.断裂原因：最大拉应力s1 （与应力状态无关）
9
摩尔强度理论（修正的最大切应力理论）
准则：剪应力是使材料达到危险状态的主要因素，但
滑移面上所产生的阻碍滑移的内摩擦力却取决于剪切面上 的正应力s的大小。
1. 摩 尔 理 论 适 用 于 脆 性 剪 断 ： 脆性剪断：在某些应力状态下，拉压强度不等的一些材 料也可能发生剪断，例如铸铁的压缩。
2.莫尔强度准则：
3.强度准则： s1(s2s3)[s]
7
三、最大切应力理论（第三强度理论）
准则：无论在什么样的应力状态下，材料发生屈
服的主要原因是单元体内的最大切应力tmax 达到某一 极限值ty。 1.屈服原因：最大切应力tmax（与应力状态无关）；
2.屈服条件： s1 s3 sy
3.强度准则： s1s3[s]
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
2
参考教材
[1] 高等钢筋混凝土结构 周志祥 主编 人民交通出版社 2002 [2] 钢筋混凝土原理和分析 过镇海 时旭东 主编 清华大学出 版社 2003 [3] 钢筋混凝土结构 R.帕克 T.波利 著 秦文钺等译 重庆大学 出版社 1985 [4] 钢筋混凝土结构理论 王传志、藤智明 主编 中国建筑工 业出版社 1985 [5] 钢筋混凝土非线性分析 朱伯龙、董振祥 同济大学出版社 1985
D2 t
O2
O
D1
拉伸 s
O1
11
各种强度理论的适用范围
1、不论是脆性或塑性材料，在三轴拉伸应力状态下，均
会发生脆性断裂，宜采用最大拉应力理论（第一强度理论）。
2、脆性材料：在二轴拉伸应力状态下，应采用最大拉应力 理论；在复杂应力状态的最大、最小拉应力分别为拉、压时，
由于材料的许用拉、压应力不等，宜采用摩尔强度理论。
①公式推导： ②强度准则：
s1[[ssyl ]]s3[sl ]
[sl]—拉伸许可应力；[sy]—压缩许可应力。如材料拉压许
用应力相同，则莫尔准则与最大剪应力准则相同。
10
用单向拉伸、压 缩和纯剪切极限 压缩 应力圆作包络线
tjx=F(sn)
纯剪切 t
拉伸 s
用单向拉伸和压 缩极限应力圆作 压缩 包络线tjx=F(sn)
8
四、第四强度理论（形状改变比能理论）
准则：不论应力状态如何，材料发生屈服的主要原
因是单元体中的形状改变比能ud达到某个共同的极限值 udy。
1.屈服原因：最大形状改变比能ud；
ss ss ss s 2.屈服条件： (1 2 )2 (2 3 )2 (3 1 )2 2y 2
3.强度准则： 1 2[s(1 s2)2(s2 s3)2(s3 s1)2][s]
3
补充1：强度理论
1.简单应力状态下强度条件可由实验确定
2.一般应力状态下，材料的失效方式不仅与材料性质有 关，且与其应力状态有关，即与各主应力大小及比值有关；
3.复杂应力状态下的强度准则不能由实验确定(不可能针对 每一种应力状态做无数次实验)；
4.强度理论：Fra Baidu bibliotek假说—实践—理论
在有限的实验基础上，采用判断推理的方法，提出一些对 材料破坏起决定作用的假说，推测材料在复杂应力状态下引 起破坏的主要原因，从而建立强度条件，以此作为衡量材料 破坏的依据。这些假说统称为强度理论。
14
滑移
❖ 滑移是晶体在切应力的作 用下，, 晶体的一部分沿一 定的晶面(滑移面)上的一定 方向(滑移方向)相对于另一 部分发生滑动。
滑移只能在切应力作用下才会发生, 不同金属产生滑移的最小切应力(称 滑移临界切应力)大小不同。钨、钼、 铁的滑移临界切应力比铜、铝的要大。
15
缺陷
❖ 1、点缺陷------空位、间隙原子 ❖ 2、线缺陷------刃型位错，使金属晶体成为
3、塑性材料（除三轴拉伸外），宜采用形状改变比能理 论（第四强度理论）和最大剪应力理论（第三强度理论）。
4、三轴压缩状态下，无论是塑性和脆性材料，均采用形状 改变比能理论。
由强度理论可从 σ 推知 τ
如纯剪时，由第四强度理论得：τσ30.57σ7
12
补充2：金属的塑性变形与位错滑移理论
❖ 金属在承受塑性加工时， 产生塑性变形，宏观 上改变了材料的形状和尺寸；
2.破坏条件：s 1 s f 3.强度条件：s1 [s]
6
二、最大伸长线应变理论 （第二强度理论）
准则：无论材料处于什么应力状态，发生脆性断裂的
主要原因是单元体中的最大伸长线应变e1达到某个共同极 限值ef。 1.断裂原因：最大伸长线应变e1（与应力状态无关）；
2.破坏条件：e1s1(s E2s3)ef
影响，是金属材料重要的强化手段。
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从原子的角度看，金属的塑性变形是如何发生的？
❖ 当外力作用在金属上时，如受拉，金属内的原子间 距变大，如果这种变化是弹性范围内的，当外力去 除后，原子还能恢复到原来的状态；如果外力较大， 这种变化就达到了塑性阶段了，当外力去除之后， 有一部分变化就不能恢复了，金属就发生了塑性变 形。作为一种极限，当外力大到一定程度，原子间 的结合力被打破，那么金属就断了。
高等钢筋混凝土结构
本课程特点
土木工程科学研究的一般规律：
❖ 从工程实践中提出要求和问题，精心调查和统计、实验研 究、理论分析、计算对比、找出解决问题的方法；
❖ 研究一般的变化规律，揭示作用机理，建立物理模型和数 学表达，确定计算方法和构造措施，回到工程实践中验证， 改进和补充。
❖ 混凝土结构作为土木工程的一个分支，亦服从上述规律。
非完全弹性体，亦使杂质易于扩散； ❖ 3、面缺陷------晶界面上原子排列紊乱。
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位错滑移机制
滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。滑移并非 是晶体两部分沿滑移面作整体的相对滑动, 而是通过位错的 运动来实现的。 在切应力作用下,一个多余半原子面从晶体 一侧到另一侧运动, 即位错自左向右移动时, 晶体产生滑 移。
4
四个强度理论
两类强度理论：
1. 第一类强度理论（以 脆性断裂破坏为标志）
2. 第二类强度理论（以 塑性屈服破坏为标志）
5
一、第一强度理论（最大拉应力理论）
准则：无论材料处于什么应力状态，发生脆性断裂的
主要原因是单元体中的最大拉应力s1达到某个极限值sf。
1.断裂原因：最大拉应力s1 （与应力状态无关）
9
摩尔强度理论（修正的最大切应力理论）
准则：剪应力是使材料达到危险状态的主要因素，但
滑移面上所产生的阻碍滑移的内摩擦力却取决于剪切面上 的正应力s的大小。
1. 摩 尔 理 论 适 用 于 脆 性 剪 断 ： 脆性剪断：在某些应力状态下，拉压强度不等的一些材 料也可能发生剪断，例如铸铁的压缩。
2.莫尔强度准则：
3.强度准则： s1(s2s3)[s]
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三、最大切应力理论（第三强度理论）
准则：无论在什么样的应力状态下，材料发生屈
服的主要原因是单元体内的最大切应力tmax 达到某一 极限值ty。 1.屈服原因：最大切应力tmax（与应力状态无关）；
2.屈服条件： s1 s3 sy
3.强度准则： s1s3[s]
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
2
参考教材
[1] 高等钢筋混凝土结构 周志祥 主编 人民交通出版社 2002 [2] 钢筋混凝土原理和分析 过镇海 时旭东 主编 清华大学出 版社 2003 [3] 钢筋混凝土结构 R.帕克 T.波利 著 秦文钺等译 重庆大学 出版社 1985 [4] 钢筋混凝土结构理论 王传志、藤智明 主编 中国建筑工 业出版社 1985 [5] 钢筋混凝土非线性分析 朱伯龙、董振祥 同济大学出版社 1985
D2 t
O2
O
D1
拉伸 s
O1
11
各种强度理论的适用范围
1、不论是脆性或塑性材料，在三轴拉伸应力状态下，均
会发生脆性断裂，宜采用最大拉应力理论（第一强度理论）。
2、脆性材料：在二轴拉伸应力状态下，应采用最大拉应力 理论；在复杂应力状态的最大、最小拉应力分别为拉、压时，
由于材料的许用拉、压应力不等，宜采用摩尔强度理论。
①公式推导： ②强度准则：
s1[[ssyl ]]s3[sl ]
[sl]—拉伸许可应力；[sy]—压缩许可应力。如材料拉压许
用应力相同，则莫尔准则与最大剪应力准则相同。
10
用单向拉伸、压 缩和纯剪切极限 压缩 应力圆作包络线
tjx=F(sn)
纯剪切 t
拉伸 s
用单向拉伸和压 缩极限应力圆作 压缩 包络线tjx=F(sn)
8
四、第四强度理论（形状改变比能理论）
准则：不论应力状态如何，材料发生屈服的主要原
因是单元体中的形状改变比能ud达到某个共同的极限值 udy。
1.屈服原因：最大形状改变比能ud；
ss ss ss s 2.屈服条件： (1 2 )2 (2 3 )2 (3 1 )2 2y 2
3.强度准则： 1 2[s(1 s2)2(s2 s3)2(s3 s1)2][s]
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补充1：强度理论
1.简单应力状态下强度条件可由实验确定
2.一般应力状态下，材料的失效方式不仅与材料性质有 关，且与其应力状态有关，即与各主应力大小及比值有关；
3.复杂应力状态下的强度准则不能由实验确定(不可能针对 每一种应力状态做无数次实验)；
4.强度理论：Fra Baidu bibliotek假说—实践—理论
在有限的实验基础上，采用判断推理的方法，提出一些对 材料破坏起决定作用的假说，推测材料在复杂应力状态下引 起破坏的主要原因，从而建立强度条件，以此作为衡量材料 破坏的依据。这些假说统称为强度理论。
14
滑移
❖ 滑移是晶体在切应力的作 用下，, 晶体的一部分沿一 定的晶面(滑移面)上的一定 方向(滑移方向)相对于另一 部分发生滑动。
滑移只能在切应力作用下才会发生, 不同金属产生滑移的最小切应力(称 滑移临界切应力)大小不同。钨、钼、 铁的滑移临界切应力比铜、铝的要大。
15
缺陷
❖ 1、点缺陷------空位、间隙原子 ❖ 2、线缺陷------刃型位错，使金属晶体成为
3、塑性材料（除三轴拉伸外），宜采用形状改变比能理 论（第四强度理论）和最大剪应力理论（第三强度理论）。
4、三轴压缩状态下，无论是塑性和脆性材料，均采用形状 改变比能理论。
由强度理论可从 σ 推知 τ
如纯剪时，由第四强度理论得：τσ30.57σ7
12
补充2：金属的塑性变形与位错滑移理论
❖ 金属在承受塑性加工时， 产生塑性变形，宏观 上改变了材料的形状和尺寸；
2.破坏条件：s 1 s f 3.强度条件：s1 [s]
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二、最大伸长线应变理论 （第二强度理论）
准则：无论材料处于什么应力状态，发生脆性断裂的
主要原因是单元体中的最大伸长线应变e1达到某个共同极 限值ef。 1.断裂原因：最大伸长线应变e1（与应力状态无关）；
2.破坏条件：e1s1(s E2s3)ef