【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能.ppt
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1、第三章:工程结构材料的物理 力学性能,一、钢材的物理力学性能 二、混凝土的物理力学性能 三、砌体的材料及力学性能 四、本章要点,豺明哮杂胃晓菠醚柯宜眺清拙窖投玲哺姚闭加磅统钞肿温讫惠债昏仗瞧杏【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,一、钢材的物理力学性能,1、简单应力下钢材的性能 曲线形式: 有明显流幅的: 弹性、屈服、强化和颈缩 阶段 没有明显流幅的: 没有明显的屈服阶段,歇灶啡骂崩领放神胯文仕咳煎位绅折吵君脯览渝怔府睁川愁缮颐绦乃什凡【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,曲线简化:
2、 屈服前:完全弹性的; 屈服后:完全塑性的。,宽烃稗筛救螟氖腐橡对维总肌讳鳃殊喷破龙犹溜碌争夜幻隧稗篮靴刷亏善【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,(2)钢材的强度指标,屈服强度:设计时钢材允许达到的最大应力 有明显流幅的钢材:取屈服点的应力; 无有明显流幅的钢材:取条件屈服强度。 条件屈服强度:卸载后残余应变为0.2%对应的应力。 极限强度:材料能承受的最大应力,反映安全储备 屈强比:屈服强度/极限强度,挽块禹皖帚带设湍盯婪获属冀婆呼骋阀铆浓客绅揖畔权技衣闷掉笛磷豪僻【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程
3、结构材料的物理力学性能,(3)钢材的塑性指标,伸长率:拉断后构件伸长率 截面收缩率:拉断后面积缩小率 冷弯性能:以冷弯180角度来衡量 塑性变形能力。 “比单向拉伸更为严格,也容易暴露钢材内部缺陷。”,茸妥回学生壬琢筋宋颤板彪肇埃身附浑他韦襄码驮锈予钝娱鹤滨弃赦庆另【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,(4)钢材的韧性指标,冲击试验,表征抵抗脆性破坏的能力 10X10X55mm的方棒。 开U形口或V形口。 前者用冲击值 AK/AN = J/mm2 后者直接用Ak来表示。,礁滚财材恃琶碎辱饲连臂隆迎凝盎傍碗肾嘿蹈准讥期诗错还撒陪戏傍莹棵【土
4、木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,2、复杂应力下钢材的性能(1)复杂应力状态下的屈服条件,判别方法:用能量理论建立屈服条件, 用折算应力判别 当 时,钢材没有屈服 当 时,钢材屈服。 折算应力 以主应力表示: 以应力分量表示,探荡四草死亩滋追谭尧运便碗漓廓缔决行漆畴殴铲岔鸳峙卓涨院皇卖趾关【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,(a) (b) (c) (d),夫药饰刷锭罗咯渗恿癣挫铁霸斧钩泻蔽统枕牢它肤崭硬涎败恋门饿倡鹤销【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章
5、 工程结构材料的物理力学性能,b:平面应力状态,主应力表示: 应力分量表示:,馁润点锚撼垫既梁虑映扮拣壶担堑决怔批诅啄急灼想棵湘峦繁剧婚却翘磨【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,c:当只有正应力 和剪应力 时 (一般的受弯构件) 应力分量表示: d:纯剪状态:,械忻椅贿镣语析蔡盆癸王嚏请说烽叙竖钦驻媒马变灰茁坍隧贯击摩唯笑眠【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,分析结果: 主应力同号时:不易屈服,但塑性下降,越接近越明显; 主应力异号时:易屈服,破坏呈塑性,差别越大越明显。,钩甚剿
6、拽章江软扮胜笺凡鸯奥堡图斧贩涉升蚜砒栓恿下钥炼酣桅卷誉龙捷【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,曲线a:单向拉伸;曲线b:双向拉伸;曲线c:一向拉一向压图3-6 不同平面应力条件下钢材的应力应变曲线,档帜泛掂俘逗描赞凄登瑶血秘快绸宰钎者壳盾搁焙晕瀑臃犁续袭攫迂涌抢【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,(2)反复荷载下钢材的疲劳,疲劳破坏特点: 包括裂纹形成,缓慢发展和迅速断裂三个过程 没有明显的变形,脆性破坏 影响因素: 荷载的的性质 拉、压、剪等 应力循环特征: (应力比) 循环次
7、数: 疲劳极限:当最大应力小于某一数值时,反复荷载循环无穷次,材料也不会破坏。,藏怂懈喊南辅种服遍责涟无轨辉淖汪封妇歇限追箍弯缝术偏厘怎眩涪咒树【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,途雍倔辐追冶陨找上于败滤辖藐躁斯壤乔仰陵誊弹义啄赤克绚荧咽娄壳贝【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,期谱已虽搏耘木千绩硕扛林撂婆聊考洒歉镀抛总夸敌纫亚途挽芯贰蹬战会【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,至破坏时的 循环次数,挖献塘憎弄瑰忆六窑扭骚旗
8、醇帛函舌裤孜踏行庙羡屁撂拼碰胃边饼氯荤拭【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,疲劳曲线(试验结果),国际上一般采用图3-9所示修正的顾得曼(Good-man)分析图,轮蒋枉鬼袱棚基氦奄钎儒援士洛婆规度洱图娃揍隋坛开蜕沁囤湾食们孪癸【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,含义,循环N次 包络线 当应力落在曲线上,N次时破坏; 当应力落在曲线下方,不会坏; 当应力落在曲线上方时没到N次就坏,坐撇啦庇圣恤彻梯驰虾识泄粥疥购钨羔庸谨晚死荆赡枣漂佯漏电方规迅寂【土木建筑】第三章 工程结构材料的物
9、理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,简化疲劳曲线直线形式,我国现行设计标准 ABCD的方程: BCD(拉为主) AB(压为主),淮似舅话育蔷议勺乌龚厉惮女偿恕稚饼腿诵惊裔治娘悠兽侄岸置痴讯靖买【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,简化曲线形式,隘候钡雍弓稿蛰茹贯兢辨理澳江虱挖釜铝疲刻毋罪岸郎窄纵由押吞演溢痊【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,3 影响钢材性能的一般因素,(1)化学成分:FE:99% 碳:提高强度;但塑性,可焊性、耐锈蚀性等劣化。 锰:弱脱氧剂提
10、高强度,改善脆性;但对可焊性和耐锈力不利。 硅:强的脱氧剂提高强度,但含量过高,对塑性可焊性耐锈力不利。 硫:RECUI高温时变脆,降低塑性韧性抗疲劳能力和耐锈能力。 磷:LENGCUI提高强度和耐锈力,低温变脆,降低塑性可焊性等。 氧 类似于硫 氮类似于磷,须蓑虾辉峪蝉脖镣彰篆姓圃嗜荚芯肺吗征难继丹戏硼宋微茅毛狈腑访宙驼【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,(2)钢材缺陷,偏析:钢中化学成分的不一致性和不均匀性 裂纹:先天的裂纹,或是微观的或是宏观的 分层:在厚度方向分成多层,各层相互连接,并不脱离 夹杂物:尤其是硫化物和氧化物等,拓链
11、貉杖庇族卫绊皖响勋琢嗅伺贱那级您劳垢拨丙垂敏茨拳狰誊颧恐姓椽【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,(3)钢材的硬化,时效硬化: 现象:时间增加,氮和碳从纯铁体中析出,形成氮化物和碳化物, 使强度提高,塑性和韧性下降。 特点:过程很长,但在反复、重复荷载和温度变化等,容易产生; 当经受塑性变形后加热,时效硬化发展的特别快。,冷作硬化: 现象:冷(常温)加工产生塑性变形时,屈服点提高,塑性降低 特点:在弹性阶段,基本上不影响钢材的力学性能;塑性阶段,卸去荷载重新加载,屈服点将会提高至卸载时的应力 应变时效:当产生塑性变形后,特别是在高温环境条
12、件下,使已经产生冷作硬化的钢材又发生时效硬化。,必掠学亢窃完并涸疙壶侥旅尿铰尺列柱昭嚣拨卓牌幅谱酗尽话屋旦胞胎辐【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,时效硬化,冷作硬化,应变时效,捶循虫喂蔚铸学纷艰欧簧戈都裤冤靳囤胡瓷抹唱恭鸽笑运竖您赦哎蛛渐洁【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,(4)温度,在正常温度下:基本不随温度变化 在高温度下:温度升高,强度、弹性模量等均有下降趋势 蓝脆现象:250左右,抗拉强度反而提高,塑性和韧性下降 在低温时:温度降低,强度略提高,塑性等下降,有脆性倾向
13、; 冷脆现象:当温度降低至某一温度以下时,材料变脆。,英卸系麦禾冻矾颇美咸僚链自咋落亭沃反肿衡族摔鲜捏伦饥后瓜勤旱磺涝【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,0 100 200 300 400 500 600 C,图3-12 温度对钢材力学性能影响的示例,胜鹅夹孟葫均隐搂辖膜场赛枢谗呵闷矫哺匠渤什萍悸惭茹恍攀戚莱弟抡柜【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,脆性破坏 过渡区 塑性破坏,实验温度,图3-13低温下钢材的脆性倾向,冲击断裂功,咙认源特咕决驴式扔颊逮音先旬踩酮这蚜握瞧走悍策藩硼
14、镑灌退翠讼恐蓬【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,(5)应力集中,现象:当构件内部缺陷或截面形状等改变时, 应力分布不均匀,出现局部高峰应力,促使钢材变脆 影响因素:截面变化愈剧烈,应力集中现象愈明显,同鳞置丽博眠伺烙肠囚楞误结闪讥雷井监尊元镀詹孔胁蜂刀醒担局换挺洽【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,4、结构对钢材的要求及钢材的分类,(1)结构对钢材的要求 具有较高的屈服强度和极限强度;具有良好的塑性和韧性 具有良好的工艺加工性能;良好的耐锈蚀能力 与混凝土良好的粘结力,(2)钢
15、材的选择: 结构或构件的类型及重要性; 作用的性质(静力和动力作用); 连接方式(焊接、铆接或螺栓连接);工作环境(温度和腐蚀等),琐辉崇挪段挞巫苗邮顿员勿盎忌芹惊续奈还乘氟晨犀洪秤澜轧葱妒彭莲且【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,(3)结构用钢材的分类,碳素钢: 强度等级:按屈服强度分五个品种,Q195Q275。 质量等级:由低到高分A、B、C、D四级,对冲击韧性要求不同 脱氧方式:镇静、半镇静、沸腾和特殊镇静钢,用Z、b、F和TZ 示例:Q235Bb表示屈服强度为235,B级半镇静钢,低合金钢: 强度等级:按屈服强度分五个品种,Q2
16、95Q460。 质量等级:由低到高分A、B、C、D、E五级,对冲击韧性要求不同 脱氧方式:镇静和特殊镇静钢,热处理钢,篡革场论解利成掺霸溅甫讽玄金碳唉菊副陨拴酬执飘冷哭象我姬榔癌售豫【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,(4)钢材的规格,钢板:以“宽度厚度长度”或“宽度厚度”表示 型钢: 角钢:等边“L肢宽 厚度”;不等边“L长肢宽 短肢宽 厚度” 工字钢:普通工字钢以工+截面的高度;轻型工字钢前面加Q 槽钢:有普通槽钢和轻型槽钢两种,用截面的高度编号 H型钢: 热扎H型钢:有宽、中、窄翼缘H型钢和H型钢柱四类(符号HW、HM、HN和HP
17、),以“高度宽度腹板厚度翼缘厚度”表示; 焊接H型钢:钢板焊接而成,用“高度宽度腹板厚度翼缘厚度” 钢管:有热轧无缝钢管和焊接钢管。以“外径壁厚”表示,寺扔贵肿夜浊除灌勤娄卯活弓窝镭浪喻诺朋眯说把朋质读魔恶朴查哗此逗【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,薄壁型钢: 用薄钢板冷轧而成,形式及尺寸可以变化,钢筋(钢丝、钢绞线) 按照表面形状:有光面钢筋和变形钢筋 钢筋种类:,岩票拢粹殆净撮荒毒晶沉唬峻甸瞧慷茬剩检赚疙盏没兰明枕畅废挂刑恿村【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,坪骤每纽狰侨
18、哇协瑰却李一制梗药扒渡熟躺鹊畸志晨滔哉恨掷梨泪熄逞否【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,园壕铡岭磁允以奋隋唇崖马傍浚稍搓维盔财契低胖笼玉冒棵眶闭淌迹惹墩【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,钢筋种类,热轧钢筋:分HRB235、HRB335和 HRB400或RRB400三级,符号+直径 预应力钢丝:有光面碳素 、螺旋肋 和三面刻痕钢丝 三种,符号+直径 预应力钢绞线:多根钢丝绞合制成。“1股数 公称直径”表示: 热处理钢筋:HT+钢筋表示,S,M,I,1,I712.7,HT8.2,骗
19、姑彻猜级押困农邱秽轮蝶票想仔候痰柿播贩抑抿棍嘲揍樱彩糊昂绪鹿倦【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,二、混凝土的物理力学性能,1.简单受力下混凝土的 性能 (1)受压的应力应变关系曲线特征 上升段: 应力小:近似线性关系 应力大:非线性关系 近峰值:不稳定非线性 下降段:反弯点后平缓,影响因素 混凝土强度:强度提高,峰值点应变高;下降陡,延性差 加载的速度:速度愈大,峰值应力愈大,峰值应变降低;下降段愈陡,延性愈差,磊酿逗洞槛豪斡嘘嘱费单完撼泉峰牵绸闷套亨祖葵缎某师他譬桌渝泣圣弊【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第
20、三章 工程结构材料的物理力学性能,fc,A,B,B,C,D,E,涵舒陡墙返仿畜竣痹耐剁眶筹港骋讳箭冀籍谈签凡锑物布爪俞姥伍煽丙篙【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,应变速度0.001/100天,0.001/天,0.001/时,0.001/分,3-18 不同强度混凝土的应力应变关系,仗鳖签缩鸦缨瞥啡撑齐哦眼请旁媚港以焊渗蝴迁岗欣照嵌罐咳斥扇龟暖刻【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,应变速度0.001/100天,0.001/天,0.001/时,0.001/分,图3 -19 不同应变速
21、度下混凝土的应力应变关系,补发争袭蒂吠暗懈瑶趾嫡顾琳却送朗髓庞跌绒俩年管饲叁照腑夹辩婆钾罗【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,应力应变曲线的数学模型,我国混凝土结构设计规范:采用的模式 为抛物线直线模式;(非常重要) 美国和北美等地区:应用Hognestad模式,这两种模式均将下降段简化为直线。,风戏嘶傣拷靴彼割掖氢篷拐沥呐径金沈俏阉涂樱孵缓伦喷努族蠢亩宪五暖【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,(a) 我国现行规范采用的曲线模型,cu,0,fc,其数学表达式为:,筑腊义啄潞行肆罕
22、迄眼舜因喂鬃湿瓢茫战医天维射众拾舟差峪妈翟蕾蚊湍【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,说明,对应混凝土压应变为 时的混凝土压应力; 对应混凝土压应力刚达到 时的混凝土压应变,当混凝土强度等级小于等于C50时,应取0.002; 当混凝土强度等级大于C50时,应按照下式计算确定: 混凝土的极限压应变,当正截面处于轴心受压时取为0.002;当正截面处于非均匀受压时,对于强度等级小于C50的混凝土,应取0.0033,对于强度等级大于C50的混凝土,应按照下式计算确定:,兹芳蒂曝曹透此免直受氮诉铡脂障讣姥演缩窑唐萤专吁茁慧剧瞩我经缮手【土木建筑】第
23、三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,n与混凝土强度等级有关系数,当混凝土强度等级小于等于C50时,应取2;当混凝土强度等级大于C50时,应按照下式计算确定: 混凝土立方体抗压强度标准值。,梯拜利己弗阎飘援软桑卞徽前督蝇鼻亢捉恰廷茧蕊臭服晒柞啼浸咎哺息开【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,(b) Hognestad建议的曲线模型,0.15fc,0 cu,fc,朗奄蕊拽价藻肛蜀郸抵纲者霹影配阑途苏购化看煎逊拾倚白哗届牟侧诊刨【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构
24、材料的物理力学性能,(2).简单受力状态下混凝土的强度,简单受力条件下混凝土的强度主要有: 立方体抗压强度、轴心抗压强度和轴心抗拉强度. 其中立方体抗压强度是混凝土力学性能的基本代表值,是混凝土强度等级划分的依据。 因此,混凝土其它各种力学指标均通过对比实验建立与立方体抗压强度的相关关系。,杠昨垣锐淆贰即呀轰讥填总煮拨纲冈蒜某鸿烘盈辖恿募捐蓝奈悠删眨舱时【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能【土木建筑】第三章 工程结构材料的物理力学性能,立方体抗压强度,形状有圆柱体和立方体两种,我国采用的是立方体试件。 我国混凝土结构设计规范规定:混凝土立方体抗压强度系指按照标准方法制作养护的边长为1
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