建筑結(jié)構(gòu)材料PPT

1、建筑結(jié)構(gòu)材料 建筑鋼材的力學(xué)性能含碳量低于2%的鐵碳合金，為建筑鋼材；在建筑結(jié)構(gòu)中，大量的使用普通碳素鋼和普通低合金鋼材。一、鋼材的力學(xué)性能1，應(yīng)力應(yīng)變曲線；有明顯屈服點(diǎn)的低碳鋼無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼材2，強(qiáng)度個(gè)強(qiáng)度3，塑性伸長(zhǎng)率4，彈性模量，鋼材的五項(xiàng)機(jī)械性能指標(biāo)：屈服強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、180度冷彎和沖擊韌性。鋼結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中要承受各種形式的作用，所以要求鋼材必須具有能夠抵抗各種作用的能力，這種能力統(tǒng)稱為鋼材的力學(xué)性能或稱作鋼材的機(jī)械性能。鋼材的機(jī)械性能主要指屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、冷彎性能及沖擊韌性等。 1）.屈服強(qiáng)度（屈服點(diǎn)）：是衡量結(jié)構(gòu)的承載能力和確定強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的重要指標(biāo)。鋼

2、材的應(yīng)力到達(dá)屈服強(qiáng)度后，應(yīng)變急劇增長(zhǎng)，使結(jié)構(gòu)的變形也迅速增加以至不能正常使用。所以鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值一般都取用屈服強(qiáng)度。 2）.抗拉強(qiáng)度：是鋼材應(yīng)力應(yīng)變圖中的最大應(yīng)力值，是破壞前能夠承受的最大應(yīng)力，是衡量鋼材抵抗拉斷的性能指標(biāo)。屈強(qiáng)比是鋼材強(qiáng)度儲(chǔ)備的系數(shù)。屈強(qiáng)比越低，安全儲(chǔ)備越大，屈強(qiáng)比越高，安全儲(chǔ)備越小。 3）.伸長(zhǎng)率：是試件被拉斷時(shí)的最大應(yīng)變值，是衡量鋼材塑性性能的指標(biāo)。塑性是指在外力作用下產(chǎn)生永久變形時(shí)抵抗斷裂的能力。 屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率可通過(guò)鋼材的拉伸試驗(yàn)測(cè)定。也是鋼材的最基本的指標(biāo)。4）.冷彎性能：是鋼材經(jīng)過(guò)冷彎180后外側(cè)表面抵抗裂紋產(chǎn)生的能力。以不出現(xiàn)裂紋為合格，也是表示鋼

3、材塑性性能的指標(biāo)。同時(shí)通過(guò)冷彎，可以檢驗(yàn)鋼材顆粒組織、結(jié)晶情況和非金屬夾雜物分布等缺陷，在一定程度上也是鑒定焊接性能的一個(gè)指標(biāo)。冷彎性能用冷彎試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。5）.沖擊韌性：是表示在動(dòng)力荷載作用下，抵抗脆性破壞的能力。是衡量鋼材抵抗動(dòng)力荷載能力的指標(biāo)。用沖擊韌性值A(chǔ)KV或CV表示。（試件刻槽處單位面積所消耗的功）鋼材硬化硬化有時(shí)效硬化和冷作硬化兩種。時(shí)效硬化是指鋼材隨時(shí)間的增長(zhǎng)，鋼材強(qiáng)度(屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度)提高，塑性降低、特別是沖擊韌性大大降低的現(xiàn)象。時(shí)效硬化的過(guò)程一般很長(zhǎng)。冷作硬化是指當(dāng)鋼材冷加工(剪、沖、拉彎等)超過(guò)其彈性極限卸載后，出現(xiàn)殘余塑性變形，再次加載時(shí)彈性極限(或屈服點(diǎn))提高的現(xiàn)象。

4、冷作硬化降低了鋼材的塑性和沖擊韌性，增加了出現(xiàn)脆性破壞的可能性鋼材的冷加工1，鋼筋的冷拉1）冷拉的應(yīng)力應(yīng)變圖形2）鋼筋經(jīng)冷拉時(shí)效后，強(qiáng)度提高，但塑性性能明顯降低。3）焊接和高溫會(huì)使鋼材軟化。4）冷拉只能提高鋼材的抗拉強(qiáng)度，而不能提高鋼材的抗壓強(qiáng)度。2，鋼筋的冷拔1）冷拔的方法2）冷拔后的鋼筋可提高其強(qiáng)度40-90%，但塑性也明顯降低，且沒有明顯的屈服點(diǎn)。3，冷拔可以提高鋼材的抗拉和抗壓強(qiáng)度。建筑鋼材的品種我國(guó)目前常用的鋼材有碳素結(jié)構(gòu)鋼和普通低合金鋼制造，碳素結(jié)構(gòu)鋼，由含碳量的提高，強(qiáng)度增加，而塑性降低；普通低合金鋼是在鋼材內(nèi)加入有利的化學(xué)元素，來(lái)提高鋼材的強(qiáng)度和塑性的。1，鋼筋 2，鋼結(jié)構(gòu)中的

5、型鋼材1鋼板鋼板的表示方法為“寬度厚度長(zhǎng)度”或“寬度厚度”單位為mm如：40062000，4006。2型鋼 等邊（等肢）角鋼型號(hào)表示方法為 肢寬厚度。 不等邊（不等肢）角鋼型號(hào)表示方法為 長(zhǎng)肢寬短肢寬厚度。 工字鋼型號(hào)表示方法為高度，高度以厘米數(shù)表示，如高為100mm的型號(hào)表示為10，型號(hào)20號(hào)以上時(shí)，腹板厚度分a、b、c三種，如32a、32b、32c。 槽鋼型號(hào)表示方法為匚高度，高度以厘米數(shù)表示， 3H型鋼和T型鋼 H型鋼翼緣寬，翼緣上下表面平行，材料分布側(cè)重在翼緣部分，具有較好的力學(xué)性能。H型鋼分寬翼緣（HW）、中翼緣（HM）、窄翼緣（HN）和H型鋼柱（HP）四類。各種T型鋼符號(hào)分別為T

6、W、T M、T N三種。H型鋼和剖分T型鋼的型號(hào)表示均為：高度寬度腹板厚度翼緣厚度，4鋼管 鋼管有軋制無(wú)縫鋼管及冷彎成型的高頻焊接鋼管，對(duì)圓形鋼管型號(hào)表示為外徑厚度。 5冷彎薄壁型鋼 薄壁型鋼一般用26mm厚的薄鋼板經(jīng)冷彎或模壓而成。 混凝土的力學(xué)性能混凝土是由水泥、水和骨料等幾種材料，經(jīng)混合攪拌、入模澆搗、養(yǎng)護(hù)硬化后形成的人工石材?；炷两M成成分的比例，尤其是水灰比對(duì)強(qiáng)度和變形有著重要的影響。一、混凝土的強(qiáng)度強(qiáng)度是混凝土硬化后的主要力學(xué)性能，并且與其他性質(zhì)關(guān)系密切。按照我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法(GBJ811985)規(guī)定，混凝土強(qiáng)度有立方體抗壓強(qiáng)度、棱柱體抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、

7、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度等。其中以抗壓強(qiáng)度最大，抗拉強(qiáng)度最小(約為抗壓強(qiáng)度的110120)，因此結(jié)構(gòu)工程中混凝土主要用于承受壓力。1，混凝土的抗壓強(qiáng)度1)立方體抗壓強(qiáng)度和立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值混凝土的抗壓強(qiáng)度，是指其標(biāo)準(zhǔn)試件在壓力作用下直到破壞時(shí)單位面積所能承受的最大壓力?；炷两Y(jié)構(gòu)構(gòu)件常以抗壓強(qiáng)度為主要設(shè)計(jì)依據(jù)。 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法 (GBJ811985)制作150mm150mm150mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件(溫度20C3，相對(duì)濕度90以上)下，養(yǎng)護(hù)到28d齡期，所測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值為混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度(簡(jiǎn)稱立方體抗壓強(qiáng)度)，以fcu表示采用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)

8、方法測(cè)定其強(qiáng)度是為了使混凝土的質(zhì)量有對(duì)比性，它是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、混凝土配合比設(shè)計(jì)和質(zhì)量評(píng)定的重要數(shù)據(jù)。）混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度(fcp) 確定混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用立方體試件，但實(shí)際工程中鋼筋混凝土構(gòu)件形式極少是立方體的，大部分是棱柱體形或圓柱體形。為了使測(cè)得的混凝土強(qiáng)度接近于混凝土構(gòu)件的實(shí)際情況，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算軸心受壓構(gòu)件(例如柱子、桁架的腹桿等)時(shí)，都采用混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)cp作為設(shè)計(jì)依據(jù)。 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GBJ81)的規(guī)定，軸心抗壓強(qiáng)度采用150mm150mm300mm的棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件，如有必要，也可采用非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的棱柱體試件，但其高寬比h/a)應(yīng)在23的范圍。軸心抗壓強(qiáng)度值f

9、cp比同截面的立方體抗壓強(qiáng)度值fcu小，棱柱體試件高寬比(h/a)越大，軸心抗壓強(qiáng)度越小，但當(dāng)ha達(dá)到一定值后，強(qiáng)度不再降低。在立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu為1055MPa范圍內(nèi)時(shí)，軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)cp(0.7-0.8)fcu。2，混凝土的抗拉強(qiáng)度(fts)混凝土的抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的110120，并且這個(gè)比值隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高而降低。由于混凝土受拉時(shí)呈脆性斷裂，破壞時(shí)無(wú)明顯殘余應(yīng)變，故在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不考慮混凝土承受拉力，而是在混凝土中配以鋼筋，由鋼筋來(lái)承受結(jié)構(gòu)中的拉力。但混凝土抗拉強(qiáng)度對(duì)于混凝土抗裂性具有重要作用，它是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中確定混凝土抗裂度的主要指標(biāo)，有時(shí)也用它來(lái)間接衡量混凝土與

10、鋼筋間的粘結(jié)強(qiáng)度，并預(yù)測(cè)由于干濕變化和溫度變化而產(chǎn)生裂縫的情況。、影響混凝土強(qiáng)度的主要因素硬化后的混凝土在未受到外力作用之前，由于水泥水化造成的化學(xué)收縮和物理收縮引起砂漿體積的變化，在粗骨料與砂漿界面上產(chǎn)生了分布極不均勻的拉應(yīng)力，從而導(dǎo)致界面上形成了許多微細(xì)的裂縫。另外，還因?yàn)榛炷脸尚秃蟮拿谒饔?，某些上升的水分為粗骨料顆粒所阻止，因而聚集于粗骨料的下緣，混凝土硬化后就成為界面裂縫。當(dāng)混凝土受力時(shí)，這些預(yù)存的界面裂縫會(huì)逐漸擴(kuò)大、延長(zhǎng)并匯合連通起來(lái)，形成可見的裂縫，致使混凝土結(jié)構(gòu)喪失連續(xù)性而遭到完全破壞。強(qiáng)度試驗(yàn)也證實(shí)，正常配比的混凝土破壞主要是骨料與水泥石的粘結(jié)界面發(fā)生破壞。所以，混凝土的強(qiáng)

11、度主要取決于水泥石強(qiáng)度及其與骨料的粘結(jié)強(qiáng)度。而粘結(jié)強(qiáng)度又與水泥強(qiáng)度等級(jí)、水灰比及骨料的性質(zhì)有密切關(guān)系，此外混凝土的強(qiáng)度還受施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)條件及齡期的影響。 1）水灰比 水泥強(qiáng)度等級(jí)和水灰比是決定混凝土強(qiáng)度最主要的因素。也是決定性因素。 水泥是混凝土中的活性組成，在水灰比不變時(shí)，水泥強(qiáng)度等級(jí)愈高，則硬化水泥石的強(qiáng)度愈大，對(duì)骨料的膠結(jié)力就愈強(qiáng)，配制成的混凝土強(qiáng)度也就愈高。如常用的塑性混凝土，其水灰比均在0408之間。當(dāng)混凝土硬化后，多余的水分就殘留在混凝土中或蒸發(fā)后形成氣孔或通道，大大減小了混凝土抵抗荷載的有效斷面，而且可能在孔隙周圍引起應(yīng)力集中。因此，在水泥強(qiáng)度等級(jí)相同的情況下，水灰比愈小，水泥

12、石的強(qiáng)度愈高，與骨料粘結(jié)力愈大，混凝土強(qiáng)度也愈高。但是，如果水灰比過(guò)小，拌合物過(guò)于干稠，在一定的施工振搗條件下，混凝土不能被振搗密實(shí)，出現(xiàn)較多的蜂窩、孔洞，將導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度嚴(yán)重下降。參見圖。圖混凝土強(qiáng)度與水灰比的關(guān)系a)強(qiáng)度與水灰比的關(guān)系 b)強(qiáng)度與灰水比的關(guān)系2）骨料的影響 當(dāng)骨料級(jí)配良好、砂率適當(dāng)時(shí)，由于組成了堅(jiān)強(qiáng)密實(shí)的骨架，有利于混凝土強(qiáng)度的提高。如果混凝土骨料中有害雜質(zhì)較多，品質(zhì)低，級(jí)配不好時(shí)，會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度。 由于碎石表面粗糙有棱角，提高了骨料與水泥砂漿之間的機(jī)械嚙合力和粘結(jié)力，所以在原材料、坍落度相同的條件下，用碎石拌制的混凝土比用卵石拌制的混凝土的強(qiáng)度要高。骨料的強(qiáng)度影響混凝

13、土的強(qiáng)度。一般骨料強(qiáng)度越高，所配制的混凝土強(qiáng)度越高，這在低水灰比和配制高強(qiáng)度混凝土?xí)r，特別明顯。骨料粒形以三維長(zhǎng)度相等或相近的球形或立方體形為好，若含有較多扁平或細(xì)長(zhǎng)的顆粒，會(huì)增加混凝土的孔隙率，擴(kuò)大混凝土中骨料的表面積，增加混凝土的薄弱環(huán)節(jié)，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降。3）養(yǎng)護(hù)溫度及濕度的影響 混凝土強(qiáng)度是一個(gè)漸進(jìn)發(fā)展的過(guò)程，其發(fā)展的程度和速度取決于水泥的水化狀況，而溫度和濕度是影響水泥水化速度和程度的重要因素。因此，混凝土成型后，必須在一定時(shí)間內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臏囟群妥銐虻臐穸?，以使水泥充分水化，這就是混凝土的養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)溫度高，水泥水化速度加快，混凝土的強(qiáng)度發(fā)展也快；反之，在低溫下混凝土強(qiáng)度發(fā)展遲緩。當(dāng)

14、溫度降至冰點(diǎn)以下時(shí)，則由于混凝土中的水分大部分結(jié)冰，不但水泥停止水化，強(qiáng)度停止發(fā)展，而且由于混凝土孔隙中的水結(jié)冰，產(chǎn)生體積膨脹(約9)，而對(duì)孔壁產(chǎn)生相當(dāng)大的壓應(yīng)力(可達(dá)100MPa)，從而使硬化中的混凝土結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致混凝土已獲得的強(qiáng)度受到損失。還應(yīng)注意的是，混凝土早期強(qiáng)度低，更容易凍壞。 總之，因?yàn)樗撬嗨磻?yīng)的必要條件，只有周圍環(huán)境濕度適當(dāng)，水泥水化反應(yīng)才能順利進(jìn)行，使混凝土強(qiáng)度得到充分發(fā)展。如果濕度不夠，水泥水化反應(yīng)不能正常進(jìn)行，甚至停止水化，會(huì)嚴(yán)重降低混凝土強(qiáng)度。 二、荷載作用下混凝土的變形，混凝土在短期作用下的變形 ）混凝土是一種由水泥石、砂、石、游離水、氣泡等組成的不勻質(zhì)的

15、多組分三相復(fù)合材料，為彈塑性體。受力時(shí)既產(chǎn)生彈性變形，又產(chǎn)生塑性變形，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈曲線，如圖。卸荷后能恢復(fù)的應(yīng)變彈是由混凝土的彈性應(yīng)變引起的，稱為彈性應(yīng)變；剩余的不能恢復(fù)的應(yīng)變塑，則是由混凝土的塑性應(yīng)變引起的，稱為塑性應(yīng)變。）混凝土的彈性模量：在應(yīng)力應(yīng)變曲線上任一點(diǎn)的應(yīng)力與其應(yīng)變的比值，稱為混凝土在該應(yīng)力下的變形模量。影響混凝土彈性模量的主要因素有混凝土的強(qiáng)度、骨料的含量及其彈性模量以及養(yǎng)護(hù)條件等。 ，砼在長(zhǎng)期荷載作用下的變形徐變（Creep） 混凝土在持續(xù)荷載作用下，除產(chǎn)生瞬間的彈性變形和塑性變形外，還會(huì)產(chǎn)生隨時(shí)間增長(zhǎng)的變形，稱為徐變。如圖下圖。鋼筋與混凝土的相互作用粘結(jié)力一、粘結(jié)力的概念1，粘結(jié)力主要組成部分2，粘