02 材料的力学性能.pptx

第1页：材料的力学性能课件封面

材料的力学性能课件封面：本页为《混凝土与砌体结构设计》材料的力学性能课件的封面页，标注课程名称、本章主题与教学内容构成。

第2页：本章主要内容与学时安排

本章主要内容与学时安排：下列为课程各章名称与对应学时。

• 主要内容（32学时）
• ）绪论（1学时）
• ）第1章材料的力学性能（2学时）
• ）第2章钢筋混凝土结构的设计方法（1学时）
• ）第3章受弯构件正截面承载力（8学时）
• ）第4章受弯构件斜截面承载力（8学时）
• ）第5章受扭构件扭曲截面承载力（2学时）
• ）第6章受压构件正截面承载力（8学时）
• ）第8章钢筋混凝土构件裂缝及变形的验算（2学时）

第3页：参考书目

参考书目：本页列出本课程使用的教材与参考书，源文件未提取到具体书名，建议对照原课件图片补充。

第4页：第1章材料的力学性能

本页源文件仅提取到简短标注文字「第1章材料的力学性能」，其余内容以图片呈现，建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第5页：混凝土的组成

混凝土的组成

混凝土的力学性能1.1.1混凝土的组成结构通常把混凝土的结构分为三种类型：Ａ.微观结构：也即水泥石结构，包括水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成。Ｂ.亚微观结构：即混凝土中的水泥砂浆结构。Ｃ.宏观结构：即砂浆和粗骨料两组分体系。注意：1.骨料的分布及骨料与基相之间在界面的结合强度是影响混凝土强度的重要因素；2.在荷载的作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。

第6页：单轴应力状态

单轴应力状态

单轴应力状态下的混凝土强度混凝土结构中主要是利用它的抗压强度。（1）单向受力状态下混凝土的强度1）立方体抗压强度fcu,k：边长为150mm的混凝土立方体试件，在标准条件下（温度20±3℃，湿度≥90%）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.15～0.3N/mm2/s，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的抗压强度极限值。N/mm2《规范》规定，从C15～C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。

150mm150mm150mm

第7页：C—混凝土15—立方体抗压强度

C—混凝土15—立方体抗压强度

• 钢筋混凝土结构的混凝土强度等级堡应低于C15
• 当采用HRB335级钢筋时,混凝土强度等级不宜低于C20
• 当采用HRB400级和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件时,混凝土强度等级不得低于C20。
• 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30
• 当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。

第8页：轴心抗压强度

轴心抗压强度

轴心抗压强度按标准方法制作的150mm×l50mm×300mm的棱柱体试件，在温度为20土3℃和相对湿度为90％以上的条件下养护28d，用标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度。对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况，实际构件强度与试件强度之间存在差异，《规范》基于安全取偏低值，规定轴心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系为：fck0.88k1k2fcu,k

第9页：轴心抗拉强度

轴心抗拉强度

）轴心抗拉强度混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验方法来测定，但由于试验比较困难，目前国内外主要采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。Fa拉压F压spf2Fa2劈拉试验

第10页：混凝土结构

混凝土结构

混凝土结构设计规范》规定轴心抗拉强度标准值与立方体抗压强度标准值的换算关系为：0.452tk0.55cu,kf0.880.395f11.645混凝土轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系

第11页：混凝土的变形

混凝土的变形

混凝土的变形1、单轴受压应力-应变关系混凝土单轴受力时的应力-应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学特征,是分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定。在普通试验机上采用等应力速度加载，达到轴心抗压强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲线的上升段。

采用等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力-应变曲线的下降段。

第12页：

第13页：混凝土的变形（续）

混凝土的变形（续）

×10-3AE(MPa)CDB达A到B点，内部一些微突料然下增沉大以，及体温积度应变变化开等Bc混凝土可c达0.95f以上。裂缝相互连c，通内，部裂微缝裂发缝连展通已形不成稳破定坏，面横，向应变变形点始原的由因纵压，向缩在应转骨变为料值增和称加水为。泥峰在石值此线应。变力A点的0应长，力期约随作为混用0.凝下00土，2。点致普，破通内坏强部。度裂取混B缝凝点在土的试应件约力表为面作(0出为.3~现混0.第凝4)f一土，条的对可长高见期强平抗混行压缝(缝0B。

约.的5~为发0.07展.)8f造f。c，成高的强。强度达随A混点到应凝以C变土点前后增在f，长结由，硬裂于试过缝微件程没裂上中有缝相，继明处由出显的于现发应水多展力泥条，集石不混中的连凝，收续土裂缩的的缝、纵变开骨增向形始长裂主有速缝要所度，弹延明横性伸显向变发加变形展快形，，急产C剧生发力部展-分应，塑变承性关载变系力形近明，似显应直下变增降长，开混始凝加土快骨，料应与力砂-应浆的的变粘界曲结面线不上逐断形渐遭成偏到很离破多直，微线裂。

裂纵裂强向缝度应会的变持提发续高展发而达展增到最加D终，导对缝微缝连裂，通缝成形的为成发混斜展凝向导土破致中坏的混薄凝面土弱。部的E位横点向的变应形变土增的加=A(。2~但3)该0，阶应段力微c裂=缝(0的.4发~0展.6)是稳c定的A。f于强凝破。受度土坏力。就方普是可向通由达的强于纵度这向混些裂凝微土裂

第14页：强度等级

强度等级

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，破坏时脆性越显著，下降段越陡。不同强度混凝土的应力-应变关系曲线

第15页：规范》应力-应变关系

规范》应力-应变关系

规范》应力-应变关系上升段：)]0ncccf[1(10cc下降段：fu000.0020.5(fcu50)105u0.0033(fcu50)10560cun21(f50)《规范》混凝土应力-应变曲线参数C80C70C60≤C50fcu1.51.671.832n0.002150.00210.002050.00200.0030.00310.00320.0033u00.0010.0020.0030.00410203040506070C80C60C40C20

第16页：混凝土的变形

混凝土的变形：下表列出相关数据。

第17页：弹性模量测定方法

弹性模量测定方法

弹性模量测定方法0.5fc5~10次(N/mm2)105c34.74fcu2.2E

第18页：混凝土的收缩和徐变1

混凝土的收缩和徐变1

混凝土的收缩和徐变1、混凝土的收缩混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。

第19页：影响因素混凝土的收缩受结构

影响因素混凝土的收缩受结构

影响因素混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。1水泥的品种：水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越大。2水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。3骨料的性质：骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。4养护条件：干燥失水及高温环境，收缩大。5混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。6使用环境：使用环境温度、湿度越大，收缩越小。

7构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。

第20页：混凝土的徐变混凝土在荷载的长期作用

混凝土的徐变混凝土在荷载的长期作用

、混凝土的徐变混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。徐变对混凝土结构和构件的工作性能有很大影响。由于混凝土的徐变，会使构件的变形增加，在钢筋混凝土截面中引起应力重分布，在预应力混凝土结构中会造成预应力的损失。混凝土的徐变特性主要与时间参数有关。

第21页：混凝土的徐变混凝土在荷载的长期作用（续）

混凝土的徐变混凝土在荷载的长期作用（续）

在应力（≤0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变eel（=si/Ec(t0)，t0加荷时的龄期）。随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增长较快，6个月可达最终徐变的（70～80）%，以后增长逐渐缓慢，2～3年后趋于稳定。

第22页：影响因素内在因素是混凝土的组成

影响因素内在因素是混凝土的组成

影响因素内在因素是混凝土的组成和配比。骨料(aggregate)的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。环境影响包括养护和使用条件。受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用月充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（20～35）%。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。

第23页：钢筋的品种和级别热轧钢筋、中高

钢筋的品种和级别热轧钢筋、中高

钢筋的力学性能2.2.1钢筋的品种和级别热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋D—公称直径A—3股钢绞线量测尺寸钢绞线图2-1常用钢筋形式刻痕钢丝螺旋肋钢丝

第24页：钢筋的种类及选用

钢筋的种类及选用

钢筋的种类及选用强度高，塑性低强度高，粘结性好强度高预应力钢筋钢筋热轧钢筋钢丝钢绞线热处理钢筋HPB235HRB335HRB400RRB400光圆钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋非预应力钢筋强度塑性弱高强低

第25页：热轧钢筋的分类

热轧钢筋的分类

热轧钢筋的分类HPB235级:(HotrolledPlaainSteelbars)HRB335级：(HotrolledRibbedSteelbars)HRB400级:(HotrolledRibbedSteelbars)RRB400级:(RemainedheattreatmentRibbedSteelbars)屈服强度fyk（标准值=钢材废品限值，保证率97.73%）HPB235级：fyk=235N/mm2HRB335级：fyk=335N/mm2HRB400级、RRB400级：fyk=400N/mm

第26页：HPB235级钢筋为光面钢筋

HPB235级钢筋为光面钢筋

HPB235级钢筋为光面钢筋，多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。HRB335级和HRB400级钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也可用HRB335级钢筋作箍筋以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。RRB400级强度太高，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d5=25、16、14、10%，直径8～40mm。

第27页：钢丝，中强钢丝的强度

钢丝，中强钢丝的强度

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%，d100=3.5~4%；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9.5~15.2mm。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。

第28页：钢筋的强度

钢筋的强度

钢筋的强度与变形◆有明显屈服点的钢筋a’abcdefufya´为比例极限oa为弹性阶段b为屈服上限c为屈服下限，即屈服强度fycd为屈服台阶de为强化阶段e为极限抗拉强度fufef为颈缩阶段

第29页：几个指标

几个指标

几个指标：屈服强度：是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将发生很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。延伸率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比率，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的，钢筋，在拉断前有足够预兆延性较好。05or10lll0屈强比：反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.6~0.7。

弹性变形e残余变形r

第30页：明显屈服点钢筋的应力-应变关系

明显屈服点钢筋的应力-应变关系：下表列出相关数据。

第31页：明显屈服点钢筋的应力-应变关系（续）

明显屈服点钢筋的应力-应变关系（续）

无明显屈服点的钢筋a0.2%0.2fua点：比例极限，约为0.65fua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，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点强度设计指标——条件屈服点残余应变为0.2%所对应的应力《规范》取0.2=0.85fu

第32页：混凝土结构

混凝土结构

混凝土结构对钢筋性能的要求1强度：要求钢筋有足够的强度和适宜的强屈比(极限强度与屈服强度的比值)。例如，对抗震等级为一、二级的框架结构，其纵向受力钢筋的实际强屈比不应小于1.25。2塑性：要求钢筋应有足够的变形能力。3可焊性：要求钢筋焊接后不产生裂缝和过大的变形，焊接接头性能良好。4与混凝土的粘结力：要求钢筋与混凝土之间有足够的粘结力，以保证两者共同工作。

第33页：混凝土与钢筋的粘结1.粘结的意义

混凝土与钢筋的粘结1.粘结的意义

.混凝土与钢筋的粘结1.粘结的意义粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础钢筋与混凝土之间粘结应力示意图（a）锚固粘结应力（b）裂缝间的局部粘结应力

第34页：粘结力的形成

粘结力的形成

.粘结力的形成◆光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理，其粘结作用主要由三部分组成：１）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力）。一般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，该力即消失。２）混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。３）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力（咬合力）。对于光圆钢筋，这种咬合力来自于表面的粗糙不平。

第35页：变形钢筋与混凝土之间的机械咬合作用

变形钢筋与混凝土之间的机械咬合作用

变形钢筋与混凝土之间的机械咬合作用主要是由于变形钢筋肋间嵌入混凝土而产生的。变形钢筋和混凝土的机械咬合作用

第36页：影响粘结的因素

影响粘结的因素

影响粘结的因素影响钢筋与混凝土粘结强度的因素很多，主要有混凝土强度、保护层厚度及钢筋净间距、横向配筋及侧向压应力，以及浇筑混凝土时钢筋的位置等。Ａ.光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度都随混凝土强度等级的提高而提高，但不与立方体强度成正比。Ｂ.变形钢筋能够提高粘结强度。Ｃ.钢筋间的净距对粘结强度也有重要影响。

第37页：横向钢筋可以限制混凝土内部裂缝

横向钢筋可以限制混凝土内部裂缝

横向钢筋可以限制混凝土内部裂缝的发展，提高粘结强度。Ｅ.在直接支撑的支座处，横向压应力约束了混凝土的横向变形，可以提高粘结强度。Ｆ.浇筑混凝土时钢筋所处的位置也会影响粘结强度。

第38页：钢筋的锚固与搭接

钢筋的锚固与搭接

钢筋的锚固与搭接◆保证粘结的构造措施(1)对不同等级的混凝土和钢筋，要保证最小搭接长度和锚固长度；(2)为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结，必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求；(3)在钢筋的搭接接头内应加密箍筋；(4)为了保证足够的粘结在钢筋端部应设置弯钩；(5)对大深度混凝土构件应分层浇筑或二次浇捣；(6)一般除重锈钢筋外，可不必除锈。

第39页：钢筋的搭接钢筋搭接的原则是

钢筋的搭接钢筋搭接的原则是

钢筋的搭接钢筋搭接的原则是：接头应设置在受力较小处，同一根钢筋上应尽量少设接头，机械连接接头能产生较牢固的连接力，应优先采用机械连接。受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度计算公式：llla式中，ζ为受拉钢筋搭接长度修正系数，它与同一连接区内搭接钢筋的截面面积有关，详见《规范》。

第40页：基本锚固长度

基本锚固长度

基本锚固长度钢筋的基本锚固长度取决于钢筋的强度及混凝土抗拉强度，并与钢筋的外形有关。《规范》规定纵向受拉钢筋的锚固长度作为钢筋的基本锚固长度，其计算公式为：yatdffl