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；有明顯屈服點的低碳鋼無明顯屈服點的鋼材2，強度個強度3，塑性伸長率4，彈性模量，鋼材的五項機械性能指標：屈服強度、極限抗拉強度、伸長率、180度冷彎和沖擊韌性。鋼結(jié)構(gòu)在使用過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械性能。鋼材的機械性能主要指屈服強度、抗拉強度、伸長率、冷彎性能及沖擊韌性等。 1）.屈服強度（屈服點）：是衡量結(jié)構(gòu)的承載能力和確定強度設(shè)計值的重要指標。鋼

2、材的應(yīng)力到達屈服強度后，應(yīng)變急劇增長，使結(jié)構(gòu)的變形也迅速增加以至不能正常使用。所以鋼材的強度設(shè)計值一般都取用屈服強度。 2）.抗拉強度：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。屈強比是鋼材強度儲備的系數(shù)。屈強比越低，安全儲備越大，屈強比越高，安全儲備越小。 3）.伸長率：是試件被拉斷時的最大應(yīng)變值，是衡量鋼材塑性性能的指標。塑性是指在外力作用下產(chǎn)生永久變形時抵抗斷裂的能力。 屈服強度、抗拉強度和伸長率可通過鋼材的拉伸試驗測定。也是鋼材的最基本的指標。4）.冷彎性能：是鋼材經(jīng)過冷彎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。同時通過冷彎，可以檢驗鋼材顆粒組織、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指標。冷彎性能用冷彎試驗來檢驗。5）.沖擊韌性：是表示在動力荷載作用下，抵抗脆性破壞的能力。是衡量鋼材抵抗動力荷載能力的指標。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）鋼材硬化硬化有時效硬化和冷作硬化兩種。時效硬化是指鋼材隨時間的增長，鋼材強度(屈服點和抗拉強度)提高，塑性降低、特別是沖擊韌性大大降低的現(xiàn)象。時效硬化的過程一般很長。冷作硬化是指當鋼材冷加工(剪、沖、拉彎等)超過其彈性極限卸載后，出現(xiàn)殘余塑性變形，再次加載時彈性極限(或屈服點)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)冷拉時效后，強度提高，但塑性性能明顯降低。3）焊接和高溫會使鋼材軟化。4）冷拉只能提高鋼材的抗拉強度，而不能提高鋼材的抗壓強度。2，鋼筋的冷拔1）冷拔的方法2）冷拔后的鋼筋可提高其強度40-90%，但塑性也明顯降低，且沒有明顯的屈服點。3，冷拔可以提高鋼材的抗拉和抗壓強度。建筑鋼材的品種我國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，來提高鋼材的強度和塑性的。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“寬度厚度長度”或“寬度厚度”單位為mm如：40062000，4006。2型鋼 等邊（等肢）角鋼型號表示方法為 肢寬厚度。 不等邊（不等肢）角鋼型號表示方法為 長肢寬短肢寬厚度。 工字鋼型號表示方法為高度，高度以厘米數(shù)表示，如高為100mm的型號表示為10，型號20號以上時，腹板厚度分a、b、c三種，如32a、32b、32c。 槽鋼型號表示方法為匚高度，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型鋼符號分別為T

6、W、T M、T N三種。H型鋼和剖分T型鋼的型號表示均為：高度寬度腹板厚度翼緣厚度，4鋼管 鋼管有軋制無縫鋼管及冷彎成型的高頻焊接鋼管，對圓形鋼管型號表示為外徑厚度。 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)護硬化后形成的人工石材。混凝土組成成分的比例，尤其是水灰比對強度和變形有著重要的影響。一、混凝土的強度強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。按照我國現(xiàn)行國家標準普通混凝土力學(xué)性能試驗方法(GBJ811985)規(guī)定，混凝土強度有立方體抗壓強度、棱柱體抗壓強度、抗拉強度、

7、抗彎強度、抗剪強度和與鋼筋的粘結(jié)強度等。其中以抗壓強度最大，抗拉強度最小(約為抗壓強度的110120)，因此結(jié)構(gòu)工程中混凝土主要用于承受壓力。1，混凝土的抗壓強度1)立方體抗壓強度和立方體抗壓強度標準值混凝土的抗壓強度，是指其標準試件在壓力作用下直到破壞時單位面積所能承受的最大壓力。混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件常以抗壓強度為主要設(shè)計依據(jù)。 根據(jù)國家標準普通混凝土力學(xué)性能試驗方法 (GBJ811985)制作150mm150mm150mm的標準立方體試件，在標準條件(溫度20C3，相對濕度90以上)下，養(yǎng)護到28d齡期，所測得的抗壓強度值為混凝土立方體試件抗壓強度(簡稱立方體抗壓強度)，以fcu表示采用標準試驗

8、方法測定其強度是為了使混凝土的質(zhì)量有對比性，它是結(jié)構(gòu)設(shè)計、混凝土配合比設(shè)計和質(zhì)量評定的重要數(shù)據(jù)。）混凝土的軸心抗壓強度(fcp) 確定混凝土強度等級采用立方體試件，但實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。為了使測得的混凝土強度接近于混凝土構(gòu)件的實際情況，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計算中，計算軸心受壓構(gòu)件(例如柱子、桁架的腹桿等)時，都采用混凝土的軸心抗壓強度fcp作為設(shè)計依據(jù)。 根據(jù)國家標準(GBJ81)的規(guī)定，軸心抗壓強度采用150mm150mm300mm的棱柱體作為標準試件，如有必要，也可采用非標準尺寸的棱柱體試件，但其高寬比h/a)應(yīng)在23的范圍。軸心抗壓強度值f

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

10、鋼筋間的粘結(jié)強度，并預(yù)測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的裂縫。另外，還因為混凝土成型后的泌水作用，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。當混凝土受力時，這些預(yù)存的界面裂縫會逐漸擴大、延長并匯合連通起來，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。強度試驗也證實，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

11、度主要取決于水泥石強度及其與骨料的粘結(jié)強度。而粘結(jié)強度又與水泥強度等級、水灰比及骨料的性質(zhì)有密切關(guān)系，此外混凝土的強度還受施工質(zhì)量、養(yǎng)護條件及齡期的影響。 1）水灰比 水泥強度等級和水灰比是決定混凝土強度最主要的因素。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，水泥強度等級愈高，則硬化水泥石的強度愈大，對骨料的膠結(jié)力就愈強，配制成的混凝土強度也就愈高。如常用的塑性混凝土，其水灰比均在0408之間。當混凝土硬化后，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，在水泥強度等級相同的情況下，水灰比愈小，水泥

12、石的強度愈高，與骨料粘結(jié)力愈大，混凝土強度也愈高。但是，如果水灰比過小，拌合物過于干稠，在一定的施工振搗條件下，混凝土不能被振搗密實，出現(xiàn)較多的蜂窩、孔洞，將導(dǎo)致混凝土強度嚴重下降。參見圖。圖混凝土強度與水灰比的關(guān)系a)強度與水灰比的關(guān)系 b)強度與灰水比的關(guān)系2）骨料的影響 當骨料級配良好、砂率適當時，由于組成了堅強密實的骨架，有利于混凝土強度的提高。如果混凝土骨料中有害雜質(zhì)較多，品質(zhì)低，級配不好時，會降低混凝土的強度。 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度要高。骨料的強度影響混凝

13、土的強度。一般骨料強度越高，所配制的混凝土強度越高，這在低水灰比和配制高強度混凝土?xí)r，特別明顯。骨料粒形以三維長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長的顆粒，會增加混凝土的孔隙率，擴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)致混凝土強度下降。3）養(yǎng)護溫度及濕度的影響 混凝土強度是一個漸進發(fā)展的過程，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，必須在一定時間內(nèi)保持適當?shù)臏囟群妥銐虻臐穸龋允顾喑浞炙?，這就是混凝土的養(yǎng)護。養(yǎng)護溫度高，水泥水化速度加快，混凝土的強度發(fā)展也快；反之，在低溫下混凝土強度發(fā)展遲緩。當

14、溫度降至冰點以下時，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)，而對孔壁產(chǎn)生相當大的壓應(yīng)力(可達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度受到損失。還應(yīng)注意的是，混凝土早期強度低，更容易凍壞。 總之，因為水是水泥水化反應(yīng)的必要條件，只有周圍環(huán)境濕度適當，水泥水化反應(yīng)才能順利進行，使混凝土強度得到充分發(fā)展。如果濕度不夠，水泥水化反應(yīng)不能正常進行，甚至停止水化，會嚴重降低混凝土強度。 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度、骨料的含量及其彈性模量以及養(yǎng)護條件等。 ，砼在長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，還會產(chǎn)生隨時間增長的變形，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