建筑結構上冊課件模塊

課題1

混凝土的選用及強度指標的查用課題2鋼筋的選用及強度指標的查用

課題3

鋼材的選用及強度指標的查用

課題4

砌體材料的選用及強度指標的查用模塊小結

習題

能力訓練項目模塊2結構材料力學性能【教學目標】

能力目標：

①熟練查找鋼筋強度標準值、設計值和彈性模量。②熟練查找鋼材力學指標。熟練查找混凝土強度標準值、設計值和彈性模量。③熟練查找砌體材料力學指標。

知識目標：

①掌握有明顯屈服點和無明顯屈服點鋼筋應力應變曲線特點及設計強度的取值標準。②掌握立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、軸心抗拉強度理論來源。③掌握混凝土一次短期加荷時的變形性能和彈性模量。④了解砌體結構中使用的各種材料及其力學性能。⑤掌握砌體結構強度及其強度的調(diào)整。

態(tài)度養(yǎng)成目標：培養(yǎng)學生按照規(guī)范要求進行查表計算的態(tài)度?！疽?/p>

某學院辦公樓結構施工圖的結構設計總說明中，列出了該工程所采用的材料，具體如下：(1)混凝土：基礎及一層柱為C30，基礎墊層為C15，其余為C25。(2)鋼筋：采用熱軋HRB300級鋼筋(用Φ表示)和HRB335(用表示)。(3)填充墻采用加氣混凝土砌塊，M5混合砂漿砌筑。

鋼筋的強度指標及如何選用，混凝土的強度指標及如何選用，砌體材料的強度指標及如何選用等內(nèi)容將在本模塊學習到。課題1

混凝土的選用及強度指標的查用2.1.1.混凝土的強度2.1.2.混凝土的變形2.1.3.混凝土的選用2.1.1.混凝土的強度(1)混凝土的抗壓強度

混凝土立方體抗壓強度

混凝土立方體抗壓強度是衡量混凝土強度大小的基本指標，用符號表示。

立方體抗壓強度標準值是按照標準方法制作的邊長為150mm的立方體試件，在標準養(yǎng)護條件下(溫度20℃±3℃，相對濕度不小于90%)養(yǎng)護28d齡期用標準試驗方法測得的具有95%保證率的抗壓強度，用符號

混凝土強度等級

混凝土強度等級由立方體抗壓強度標準值確定，混凝土強度等級共14個，分別為C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80?！癈”為混凝土強度符號，后面的數(shù)值為混凝土立方體抗壓強度標準值，單位為MPa。表示。

混凝土軸心抗壓強度

采用150mm×150mm×300mm的棱柱體作為標準試件，測得的抗壓強度為軸心抗壓強度fc，標準值為fck。

混凝土軸心抗壓強度標準值，由立方體抗壓強度標準值2.1.1.混凝土的強度

(1)混凝土的抗壓強度

經(jīng)計算確定，數(shù)值見表2-1?；炷凛S心抗壓強度設計值由強度標準值除以混凝土材料分項系數(shù)（）確定，混凝土材料分項系數(shù)取為1.4，則數(shù)值見表2-2。(2)混凝土的軸心抗拉強度混凝土的抗拉強度遠小于其抗壓強度，一般只有抗壓強度的1/18~1/9?；炷凛S心抗拉強度用符號表示，其標準值用符號表示?；炷凛S心抗拉強度標準值，由立方體抗壓強度標準值經(jīng)計算確定，數(shù)值見表2-1?；炷凛S心抗拉強度設計值由強度標準值除以混凝土材料分項系數(shù)（）確定，混凝土材料分項系數(shù)取為1.4，，則數(shù)值見表2-2。表2-1混凝土強度標準值(N/mm2)表2-2

混凝土強度設計值和彈性模量(N/mm2)2.1.1.混凝土的強度

混凝土雙向受壓時，兩個方向的抗壓強度都有所提高，最大可達單向受壓時的1.2倍左右；一向受壓、一向受拉時，混凝土強度均低于單向受力的強度；雙向受拉強度接近于單向受拉強度；混凝土三向受壓時，各個方向上的抗壓強度都有很大的提高。2.1.1.混凝土的強度

(3)混凝土在復合應力作用下的強度

圖2.1混凝土三向受壓圓柱體三向受壓試驗(圖2.1)得到的圓柱體縱向抗壓強度按下式計算：

混凝土在正應力與剪應力

共同作用下：當壓應力小于（0.5-0.7）時，抗剪強度隨壓應力增大而增大；當壓應力大于（0.5-0.7）時，抗剪強度隨壓應力的增大而減小。

由于剪應力的存在，其抗壓強度和抗拉強度均低于相應的單向強度。(3)混凝土在復合應力作用下的強度

課后能力訓練項目1混凝土變形有兩類：一類是荷載作用下的受力變形，包括一次短期加荷時的變形、多次重復加荷時的變形和長期荷載作用下的變形；另一類是體積變形，包括收縮、膨脹和溫度變形。2.1.2混凝土的變形混凝土在一次短期加荷時的應力－應變關系可通過對混凝土棱柱體的受壓或受拉試驗測定。

圖2.2所示為軸心受壓混凝土應力-應變曲線。這條曲線包括上升段和下降段兩個部分。圖2.3所示為混凝土內(nèi)部微裂縫發(fā)展過程。影響混凝土應力-應變曲線形狀的因素有很多，如混凝土強度、組成材料的性質(zhì)及配合比、試驗方法及約束情況等。不同強度的混凝土對應的應力-應變曲線如圖2.4所示，混凝土強度對上升段影響不大。2.1.2混凝土的變形

1.一次短期加載下混凝土的變形性能

1)混凝土的應力-應變曲線

圖2.14軸心受壓混凝土的應力-應變曲線圖2.3

混凝土內(nèi)部微裂縫發(fā)展過程圖2.4不同強度混凝土的應力-應變曲線圖2.2軸心受壓混凝土的應力-應變曲線2.1.2混凝土的變形

2)混凝土的彈性模量與變形模量

混凝土結構工程應用中，為了計算結構的變形、混凝土及鋼筋的應力分布和預應力損失等，也必須要有一個材料常數(shù)—彈性模量，但混凝土的應力應變關系圖是一條曲線，只有在應力很小時，才接近直線，因此它的應力與應變之比是一個常數(shù)，即彈性模量，而在應力較大時，應力與應變之比是一個變數(shù)，稱為變形模量。混凝土的受壓變形模量可有示于圖2.5的幾種表達方式。圖2.5混凝土變形模量的表示方法①原點彈性模量，也稱原始或初始彈性模量，簡稱彈性模量

②變形模量，也稱割線模量③泊松比混凝土試件在單調(diào)短期加壓時，縱向受到壓縮，橫向產(chǎn)生膨脹，橫向應變與縱向應變之比稱為橫向變形系數(shù)（），也稱泊松比。《規(guī)范》中混凝土的泊松比取④剪切變形模量，我國《規(guī)范》規(guī)定混凝土的剪變模量為

混凝土在長期荷載作用下，應力不變，應變隨時間繼續(xù)增長的現(xiàn)象，叫做混凝土的徐變。

如圖2.6所示為一施加的初始壓力為σ=0.5fc時的徐變與時間的關系。產(chǎn)生徐變的主要原因有：水泥膠凝體在外力作用下產(chǎn)生粘性流動；混凝土內(nèi)部微裂縫在長期荷載作用下不斷發(fā)展和增加，從而引起徐變增加。

如圖2.7所示

2.1.2混凝土的變形

2.荷載長期作用下混凝土的變形性能（徐變）

圖2.6

混凝土徐變曲線圖2.7初應力與徐變的關系

影響混凝土徐變的主要因素有：內(nèi)在因素、環(huán)境影響、應力條件。

（1）內(nèi)在因素——配合比、水灰比越大，徐變越大；骨料的級配愈好，含量愈高，徐變愈小。（2）環(huán)境影響——受荷前養(yǎng)護的溫濕度越高，水泥水化作用越充分，徐變越小，蒸汽養(yǎng)護可使徐變減少約20%-25%；受荷后所處使用環(huán)境的溫度越高、濕度越低，徐變就越大。因此，高溫干燥的環(huán)境將使徐變顯著增大。

（3）應力條件——構件中截面上的應力愈大，徐變就愈大；加荷時，混凝土的齡期越長，徐變越小（構件承載前，混凝土的強度越高，徐變就越?。?。

2.荷載長期作用下混凝土的變形性能（徐變）

混凝土的疲勞是在荷載重復作用下產(chǎn)生的?；炷猎诤奢d重復作用下引起的破壞稱為疲勞破壞。疲勞現(xiàn)象大量存在于工程結構中，鋼筋混凝土吊車梁受到重復荷載的作用，鋼筋混凝土道橋受到車輛振動的影響以及港口海岸的混凝土結構受到波浪沖擊而損傷等都屬于疲勞破壞現(xiàn)象。疲勞破壞的特征是裂縫小而變形大。

3.混凝土在荷載重復作用下的變形（疲勞變形）

混凝土在空氣中結硬時體積縮小的現(xiàn)象稱為收縮。混凝土在水中結硬時體積會膨脹。收縮和膨脹是混凝土在不受力的情況下體積變化產(chǎn)生的變形。影響混凝土收縮的因素有：(1)水泥用量越多，水灰比越大，收縮越大。(2)骨料級配好，骨料的彈性模量大，收縮小。(3)構件養(yǎng)護時的溫度高、濕度高，收縮小。蒸汽養(yǎng)護混凝土的收縮值小于常溫養(yǎng)護下的收縮值(圖2.8)。(4)構件使用環(huán)境的溫度低、相對濕度大，收縮小。

4.混凝土的收縮與膨脹

圖2.8混凝土的收縮

4.混凝土的收縮與膨脹

《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定：

素混凝土結構的混凝土強度等級不應低于C15；鋼筋混凝土結構的混凝土強度等級不宜低于C20；當采用HRB400和RRB400級鋼筋時，混凝土強度等級不得低于C25。預應力混凝土結構的混凝土強度等級不宜低于C40，且不應低于C30；承受重復荷載的鋼筋混凝土構件，混凝土強度等級不應低于C30。2.1.3混凝土的選用

課題2

鋼筋的選用及強度指標的查用2.2.1.鋼筋的種類

GB50010-2010《混凝土結構設計規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）根據(jù)“四節(jié)一環(huán)保”的要求，提倡應用高強、高性能鋼筋，主要有熱軋鋼筋、余熱處理鋼筋、細晶粒帶肋鋼筋、預應力鋼絲和鋼絞線和預應力螺紋鋼筋等。

鋼筋按外形的不同分為光圓鋼筋、帶肋鋼筋（人字紋、螺旋紋、月牙紋）、刻痕鋼筋和鋼絞線，如圖2.9所示。（a）鋼絞線(b)光面鋼筋(c)人字紋鋼筋(d)螺旋紋鋼筋(e)月牙紋鋼筋(f)刻痕鋼絲(g)螺旋肋鋼絲圖2.9鋼筋的類型

鋼筋按使用前是否施加預應力分為普通鋼筋和預應力鋼筋。普通鋼筋指用于混凝土結構構件中的各種非預應力筋的總稱；預應力筋指用于混凝土結構構件中施加預應力的鋼絲、鋼絞線和預應力螺紋鋼筋等的總稱。1.熱軋鋼筋熱軋鋼筋是經(jīng)熱軋成型并自然冷卻的成品鋼筋。熱軋鋼筋按強度可分為四級：HPB300級、HRB335級、HRB400級和HRB500級,強度隨級別依次升高，塑性下降。

熱軋光面鋼筋HPB300屬于低強度鋼筋，它塑性好、伸長率高、便于彎折成型、容易焊接，常用于中小型鋼筋混凝土構件中的受力鋼筋和箍筋。

熱軋帶肋鋼筋HRB335、HRB400、HRB500強度較高，用于鋼筋混凝土結構的受力鋼筋，其中HRB400、HRB500為縱向受力的主導鋼筋。

《規(guī)范》推廣具有較好的延性、可焊性、機械連接性能及施工適應性的HRB系列普通熱軋帶肋鋼筋，限制并準備逐步淘汰HRB335及熱軋帶肋鋼筋，用HPB300級光面鋼筋取代HPB235級光面鋼筋。在規(guī)范的過渡期及對既有結構進行設計時，HPB235級光面鋼筋的設計值仍按GB50010-2002《混凝土結構設計規(guī)范》取值。2.余熱處理鋼筋

RRB系列余熱處理鋼筋是由軋制鋼筋經(jīng)高溫淬火，余熱處理后提高強度,其延性、可焊性、機械連接性能及施工適應性降低，一般可用于對變形性能及加工性能要求不高的構件中，如基礎、大體積混凝土、樓板、墻體以及次要的中小結構構件中?！兑?guī)范》列入了RRB400級鋼筋。3.細晶粒帶肋鋼筋

通過控溫控軋，使鋼筋組織晶粒細化、強度提高。《規(guī)范》列入了采用控溫軋制工藝生產(chǎn)的HRBF系列細晶粒帶肋鋼筋,有HRBF335級、HRBF400級和HRBF500級。細晶強化的特點是在提高強度的同時，還能提高韌性或保持韌性和塑性基本不變。4.預應力螺紋鋼筋預應力螺紋鋼筋（也稱精軋螺紋鋼筋）是在整根鋼筋上軋有外螺紋的大直徑、高強度、高尺寸精度的直條鋼筋。它具有連接錨固簡便、粘著力強、施工方便等優(yōu)點?！兑?guī)范》列入了大直徑預應力螺紋鋼筋（精軋螺紋鋼筋）用作預應力筋。5.鋼絲與鋼絞線直徑小于6mm的鋼筋稱為鋼絲?！兑?guī)范》列入了中強度預應力鋼絲（光面、螺旋肋）、消除應力鋼絲（光面、螺旋肋）用作預應力筋。鋼絞線是由多根高強鋼絲(一般有2根、3根和7根)絞織在一起而形成，《規(guī)范》列入了1×3（三股）、1×7（七股）不同公稱直徑的鋼絞線，多用于后張法大型構件。2.2.2.鋼筋的力學性能用于混凝土結構中的鋼筋可分為兩類：一類是有明顯屈服點的鋼筋，如熱軋鋼筋；另一類是沒有明顯屈服點的鋼筋，如鋼絲、鋼絞線和預應力螺紋鋼筋等。1.有明顯屈服點的鋼筋

有明顯屈服點鋼筋的力學性能基本指標有：屈服強度、抗拉強度、伸長率和冷彎性能。這也是有明顯屈服點鋼筋進行質(zhì)量檢驗的四項主要指標。有屈服點的鋼筋試件在試驗機上進行拉伸試驗得出的典型應力－應變曲線如圖2.10,《規(guī)范》采用圖2.11所示所示鋼筋應力-應變設計曲線，彈性模量取斜線段的斜率。

圖2.10鋼筋的應力－應變曲線

圖2.11鋼筋應力-應變設計曲線

強屈比為鋼筋極限抗拉強度與屈服強度的比值，反映了鋼筋的強度儲備。GB50010-2010《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定，按一、二、三級抗震等級設計的框架和斜撐構件，當采用普通鋼筋配筋時，要求按縱向受力鋼筋檢驗所得的強度實測值確定的強屈比不應小于1.25。鋼筋拉斷時的應變稱為伸長率，是反映鋼筋塑性性能的指標。伸長率大的鋼筋，在拉斷前有足夠預兆，延性較好。伸長率按下式確定：冷彎性能是檢驗鋼筋塑性性能的另一項指標。為使鋼筋在加工、使用時不開裂、彎斷或脆斷，需對鋼筋試件進行冷彎試驗如圖2.12，要求鋼筋彎繞一輥軸彎心而不產(chǎn)生裂縫、鱗落或斷裂現(xiàn)象。彎轉(zhuǎn)角度愈大、彎心直徑D愈小，鋼筋的塑性就愈好。冷彎試驗較受力均勻的拉伸試驗能更有效地揭示材質(zhì)的缺陷，冷彎性能是衡量鋼筋力學性能的一項綜合指標。圖2.12

鋼材冷彎(a)試樣安裝；(b)彎曲90°；(c)彎曲180°；(d)彎曲至兩面重合；(e)規(guī)定彎心

無有明顯屈服點鋼筋的力學性能基本指標有：抗拉強度、伸長率和冷彎性能。這也是有明顯屈服點鋼筋進行質(zhì)量檢驗的三項主要指標。無明顯屈服點的鋼筋試件在試驗機上進行拉伸試驗得出的典型應力－應變曲線如圖2.13所示。

2.無屈服點的鋼筋圖2.13無明顯屈服點鋼筋

這類鋼筋沒有明顯的屈服點，延伸率小，塑性差，破壞時呈脆性。a點為比例極限；a點以后，應力-應變曲線呈非線性，有一定的塑性變形；達到極限抗拉強度后很快被拉斷。

實際設計中通常取相應于殘余應變ε=0.2%時的應力σ0.2作為名義屈服點，即條件屈服強度。對于無明顯屈服點的鋼筋，由于其條件屈服點不容易測定，因此，這類鋼筋的質(zhì)量檢驗以其極限強度作為主要指標。《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定，條件屈服強度σ0.2取極限強度σb的0.85倍，即：

σ0.2=0.85σb

對傳統(tǒng)的預應力鋼絲、鋼絞線，規(guī)范規(guī)定取0.85σb作為條件屈服強度；對新增的中強度預應力鋼絲和螺紋鋼筋，按上述原則計算并考慮工程經(jīng)驗適當調(diào)整。2.2.3鋼筋的強度標準值與設計值

鋼筋的強度設計值為其強度標準值除以材料分項系數(shù)的數(shù)值。延性較好的熱軋鋼筋取1.10。對高強度500MPa級鋼筋適當提高安全儲備，取為1.15。對預應力筋，取條件屈服強度標準值除以材料分項系數(shù)，由于延性稍差，預應力筋一般取不小于1.20。1.普通鋼筋的強度標準值與設計值按性能確定鋼筋的牌號和強度級別，鋼筋的強度標準值應具有不小于95%的保證率。普通鋼筋的屈服強度標準值、極限強度標準值、抗拉強度設計值、抗壓強度設計值和彈性模量應按表2-3采用，當構件中配有不同種類的鋼筋時，每種鋼筋應采用各自的強度設計值。橫向鋼筋的抗拉強度設計值應按表中的數(shù)值采用；當用作受剪、受扭、受沖切承載力計算時，其數(shù)值大于360N/mm2時應取360N/mm2。

預應力筋的屈服強度標準值、極限強度標準值、抗拉強度設計值、抗壓強度設計值和彈性模量應按表2-3采用。當構件中配有不同種類的鋼筋時，每種鋼筋應采用各自的強度設計值。橫向鋼筋的抗拉強度設計值應按表中的的數(shù)值采用；當用作受剪、受扭、受沖切承載力計算時，其數(shù)值大于360時應取360。牌號符號公稱直徑d(mm)彈性模量Es(×105)強度標準值強度設計值屈服極限抗拉抗壓HPB2356~202.10235210210HPB3006~222.10300420270270HRB335HRBF335F6~502.00335455300300HRB400

HRBF400RRB400FR6~502.00400540360360HRB500HRBF500F6~502.00500630435410表2-3種類符號公稱直徑d(mm)彈性模量Es(×105)強度標準值強度設計值屈服極限抗拉抗壓中強度預應力鋼絲光面螺旋肋PMHM5、7、92.056208005104107809706509801270810預應力螺紋鋼筋螺紋T18、25、32、40、502.00785980650410930108077010801230900消除應力鋼絲光面螺旋肋PH52.05186013207—157011109—14701040—15701110鋼絞線1×3（三股）S8.6、10.8、12.91.9518601320—196013901×7（七股）9.5、12.7、15.2、17.8—17201220—18601320—1960139021.6—18601320表2-4預應力筋的屈服強度標準值、極限強度標準值、抗拉強度設計值、抗壓強度設計值和彈性模量應按表2-4采用。2.2.4鋼筋的選用

GB50010-2010《混凝土結構設計規(guī)范》根據(jù)混凝土構件對受力的性能要求，規(guī)定了各種牌號鋼筋的選用原則。要求混凝土結構的鋼筋應按下列規(guī)定選用：（1）縱向受力普通鋼筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500鋼筋，也可采用HPB300、HRB335、HRBF335、RRB400鋼筋；（2）梁、柱縱向豎立普通鋼筋應采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500鋼筋；（3）箍筋宜采用HRB400、HRBF500、HPB300、HRB500、HRBF500鋼筋，也可采用HRB335、HRBF335鋼筋；（4）預應力鋼筋宜采用預應力鋼絲、鋼絞線和預應力螺紋鋼筋。課題3

鋼材的選用及強度指標的查用2.3.1對鋼結構用材的要求用作鋼結構的鋼材須具有以下性能：(1)較高的強度，即抗拉強度和屈服點都比較高。(2)足夠的變形性能，即塑性性能好。(3)較好的韌性，即韌性性能好。(4)良好的加工性能，即適合冷、熱加工，還有良好的可焊性。(5)耐久性好，能適應低溫、有害介質(zhì)侵蝕(包括大氣銹蝕)以及重復荷載作用等性能。2.3.2建筑鋼材的力學性能

建筑鋼材的五個力學指標抗拉強度、屈服強度、伸長率、冷彎性能和沖擊韌性。

沖擊韌性指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。影響鋼材沖擊韌性的因素很多，鋼的化學成分、組織狀態(tài)，以及冶煉、軋制質(zhì)量都會影響沖擊韌性。在不同的溫度下，鋼材的沖擊韌性不同，在鋼材的機械性能指標中針對不同溫度提出了沖擊韌性的要求，分別是：常溫、0℃、-20℃、-40℃，并由此分為A、B、C、D四個等級，表示其質(zhì)量由低到高。圖2.14沖擊韌性試驗圖(a)試件尺寸；(b)試驗裝置；(c)試驗機1—擺錘；2—試件；3—試驗臺；4—刻度盤；5—指針2.3.3影響鋼材性能的因素1.化學成分的影響普通碳素鋼中含有多種化學成分，其中，鐵占99%左右，碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)、硫(S)、磷(P)、氮(N)、氧(O)等共占1%左右。在低合金鋼中還有合金元素，如錳、硅、釩(V)、鈮(Nb)、鈦(Ti)等，它們含量低于5%。合金元素通過冶煉工藝以一定的結晶形式存在于鋼中，可以改善鋼材的性能。影響鋼材主要性能的元素有：C、Si、Mn、S、P、O、N。1)碳是形成鋼材強度的主要成分。

如圖2.15所示，隨著含碳量的增加，鋼的強度和硬度提高，塑性和韌性下降。但當含碳量大于1.0%時，由于鋼材變脆，強度反而下降。因此結構用鋼的含碳量不宜太高，一般不應超過0.22%，焊接結構中應限制在0.2%以下。2)硅、錳錳和硅是鋼中的有益元素，起到脫氧降硫的作用。適量的錳可提高強度而不明顯影響塑性，同時可消除熱脆和改善冷脆傾向，是低合金鋼中的主要合金元素成分。硅是脫氧劑，適量(含量不超過0.2%時)可提高鋼材強度，而對塑性、韌性和可焊性無明顯不良影響。圖2.15

含碳量對熱軋?zhí)妓劁撔再|(zhì)的影響σb—抗拉強度；αk—沖擊韌性；HB—硬度；δ—伸長率；φ—面積縮減率

3)鈦、釩、鈮是鋼的強脫氧劑和合金元素。能改善鋼的組織、細化晶粒、改善韌性，并顯著提高強度。4)硫、磷硫不溶于鐵而以FeS的形式存在，F(xiàn)eS和Fe形成低熔點的共晶體。當鋼材溫度升至1000℃以上進行熱加工時，共晶體熔化，晶粒分離，使鋼材沿晶界破裂，這種現(xiàn)象叫做熱脆性。磷能使鋼的強度、硬度提高，但顯著降低鋼材的塑性和韌性，特別是低溫狀態(tài)的沖擊韌性下降更為明顯，使鋼材容易脆裂，這種現(xiàn)象叫做冷脆性。因此應嚴格控制硫、磷的含量。硫的含量一般不得超過0.045~0.05%，磷的含量不得超過0.045%。5)氧、氮

氧和氮是鋼中的有害雜質(zhì)。未除盡的氧、氮大部分以化合物的形式存在。這些非金屬化合物、夾雜物降低了鋼材的強度、冷彎性能和焊接性能。氧還使鋼的熱脆性增加，氮使冷脆性及時效敏感性增加。因此對它們的含量也應嚴加控制。鋼在澆注成鋼錠時，根據(jù)需要進行不同程度的脫氧處理。2.成材過程的影響

根據(jù)煉鋼設備所用爐種不同，煉鋼方法主要可分為平爐煉鋼、氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼、電爐煉鋼三種。冶煉后的鋼水中含有以FeO形式存在的氧，F(xiàn)eO與碳作用生成CO氣泡，并使某些元素產(chǎn)生偏析(分布不均勻)，影響鋼的質(zhì)量，所以必須進行脫氧處理。其方法是在鋼水中加入錳鐵、硅鐵或鋁等脫氧劑。根據(jù)脫氧程度的不同，鋼可分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼三種。沸騰鋼是脫氧不完全的鋼。鎮(zhèn)靜鋼是脫氧充分的鋼。半鎮(zhèn)靜鋼的脫氧程度和質(zhì)量介于上述兩者之間。3.熱處理

鋼材經(jīng)過適當?shù)臒崽幚沓绦?，可顯著提高強度并有良好的塑性與韌性。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。

退火是將工件加熱到適當溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時間，然后進行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進一步淬火作組織準備。

正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細。

淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無機鹽、有機水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時變脆。

回火是為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650攝氏度的某一適當溫度進行長時間的保溫，再進行冷卻?；鼗痣m然使鋼的硬度略為減少,但可增加鋼的韌性而降低其脆性。4.溫度的影響

鋼材對溫度很敏感，溫度升高與降低都使鋼材性能發(fā)生變化。相比之下，鋼材的低溫性能更重要。

在正溫范圍內(nèi)，即正常溫度以上，鋼材的性能是隨著溫度升高，強度降低，變形增大。大約在200℃以內(nèi)，鋼材的性能沒有很大變化；430~540℃之間，強度(屈服強度

和抗拉強度)急劇下降；600℃時，強度很低不能承擔荷載。此外，250℃附近有藍脆現(xiàn)象，約260~320℃時有徐變現(xiàn)象。

在負溫范圍內(nèi)，即當溫度從常溫下降，鋼材的屈服強度和抗拉強度都有提高，但塑性變形能力減小，材料轉(zhuǎn)脆。（1）藍脆現(xiàn)象，溫度達250℃左右時，鋼材抗拉強度提高，塑性、韌性下降，表面氧化膜呈藍色，即發(fā)生藍脆現(xiàn)象。（2）徐變現(xiàn)象是指在應力持續(xù)不變的情況下鋼材變形緩慢增長的現(xiàn)象。特別提示5.冷加工硬化

鋼材在常溫下加工叫冷加工。鋼筋的冷加工方式有冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭等，如圖2.16所示為鋼筋經(jīng)冷拉時效后應力-應變圖的變化。鋼筋冷拉后屈服強度可提高15%~20%。鋼材經(jīng)冷加工產(chǎn)生一定塑性變形后，其屈服強度、硬度提高，而塑性、韌性及彈性模量降低，這種現(xiàn)象稱為冷加工硬化。鋼材的冷加工方式有冷拉、冷拔和冷軋。以鋼筋的冷拉為例(圖2.16)，圖中OBCD為未經(jīng)冷拉時的應力-應變曲線。鋼筋冷拉后屈服強度可提高15%~20%。

圖2.16

鋼筋經(jīng)冷拉時效后應力-應變圖的變化

冷拔是將外形為光圓的盤條鋼筋從硬質(zhì)合金拔絲模孔中強行拉拔(如圖2.17)，由于模孔直徑小于鋼筋直徑，鋼筋在拔制過程中既受拉力又受擠壓力，使強度大幅度提高但塑性顯著降低。冷拔后屈服強度可提高40%~60%。知識鏈接

冷作硬化，是指鋼材在常溫或再結晶溫度以下的加工，能顯著提高強度和硬度，降低塑性和沖擊韌性。時效硬化，鋼材中的C和N的化合物以固溶體的形式存在于純鐵的結晶體中，隨著時間的增長逐漸析出，進入結晶群之間，對純鐵體的塑性變形起著遏制作用，使屈服強度和抗拉強度提高，伸長率和沖擊韌性降低。圖2.18為鋼筋經(jīng)冷作硬化和時效硬化后應力-應變圖的變化。時效硬化的過程一般較長，若將經(jīng)過冷加工后（10％左右的塑性變形）的材料加熱可使時效硬化迅速發(fā)展這種方法稱為人工時效。圖2.17

冷拔模孔

圖2.18鋼筋經(jīng)冷作硬化和時效硬化后應力-應變圖的變化6.應力集中

鋼結構構件中存在的孔洞、槽口、凹角、裂縫、厚度變化、形狀變化、內(nèi)部缺陷等使一些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應力，在另外一些區(qū)域則應力降低，此謂應力集中現(xiàn)象，如圖2.19所示。高峰區(qū)的最大應力與凈截面的平均應力之比稱為應力集中系數(shù)。應力集中系數(shù)越大，變脆的傾向愈嚴重。在負溫下或動力荷載作用下工作的結構，應力集中的不利影響將十分突出。因此，在進行鋼結構設計時，應盡量使構件和連接節(jié)點的形狀和構造合理，防止截面的突然改變，采取圓滑的過渡。在進行鋼結構的焊接構造設計和施工時，應盡量減少焊接殘余應力。圖2.19

圓形孔洞處的應力集中2.3.4建筑鋼材的破壞形式

有屈服現(xiàn)象的鋼材或者雖然沒有明顯屈服現(xiàn)象而能發(fā)生較大塑性變形的鋼材，一般屬于塑性材料。沒有屈服現(xiàn)象或塑性變形能力很小的鋼材，則屬于脆性材料。塑性破壞是指材料在破壞之前有顯著的變形，延續(xù)較長時間，且吸收較多的能量，使破壞有明顯的預兆。脆性破壞是指材料在破壞之前沒有顯著的變形，吸收能量較少，破壞突然發(fā)生。嚴格地說，不宜把鋼材分為塑性和脆性破壞，而應該區(qū)分材料可能發(fā)生的塑性破壞與脆性破壞。2.3.5建筑鋼材的種類和選用

建筑工程中所用的建筑鋼材基本上是碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼。1.建筑鋼材的類別

1)碳素結構鋼碳素結構鋼按含碳量的多少，可分成低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。通常把含碳量在0.03%~0.25%范圍內(nèi)的鋼材稱為低碳鋼，含碳量在0.26%~0.60%之間的稱為中碳鋼，含碳量在0.60%~2.0%的稱為高碳鋼。建筑鋼結構主要使用低碳鋼。碳素結構鋼的牌號由字母Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級代號、脫氧方法代號四個部分組成。Q是代表鋼材屈服點的字母；屈服點數(shù)值有195、215、235、255和275，以N/mm2為單位；質(zhì)量等級代號有Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ，按沖擊韌性試驗要求的不同，表示質(zhì)量由低到高；脫氧方法代號有F、b、Z、TZ，分別表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼，其中代號Z、TZ可以省略不寫。鋼結構采用的Q235鋼，分為A、B、C、D四級，A、B兩級的脫氧方法可以是Z、b或F，C級只能為Z，D級只能為TZ。如Q235A·F表示屈服強度為235N/mm2，A級，沸騰鋼。

2)低合金高強度結構鋼低合金高強度結構鋼是指在冶煉過程中添加一些合金元素，其總量不超過5%的鋼材。加入合金元素后，鋼材強度明顯提高，鋼結構構件的強度、剛度、穩(wěn)定三個主要控制指標能充分發(fā)揮，尤其在大跨度或重負載結構中優(yōu)點更為突出。低合金高強度結構鋼的牌號由代表屈服點的字母Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號三個部分按順序排列表示。鋼的牌號有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五種，質(zhì)量等級有A、B、C、D、E五個等級。A級無沖擊功要求，B、C、D、E級均有沖擊功要求。不同質(zhì)量等級對碳、硫、磷、鋁等含量的要求也有區(qū)別。低合金高強度結構鋼的A、B級屬于鎮(zhèn)靜鋼，C、D、E級屬于特殊鎮(zhèn)靜鋼。2.型鋼的規(guī)格型鋼有熱軋成型的鋼板、型鋼及冷彎(或冷壓)成型的薄壁型材。

1)熱軋鋼板熱軋鋼板分厚板和薄板兩種，厚板的厚度為4.5~60mm，薄板厚度為0.35~4mm。在圖紙中鋼板用“—寬×厚×長”或“—寬×厚”表示，單位為mm。如—800×12×2100、—800×12。2)熱軋型鋼熱軋型鋼有角鋼、工字鋼、槽鋼、H型鋼、剖分T型鋼、鋼管(圖2.20)。圖2.20熱軋型鋼截面（a）等邊角鋼（b）不等邊角鋼（c）工字鋼（d）槽鋼（e）工字鋼（f）T型鋼（g）鋼管

角鋼有等邊角鋼和不等邊角鋼兩大類。等邊角鋼也稱等肢角鋼，以符號“└”加“邊寬×厚度”表示，單位為mm。如└100×10表示肢寬為100mm、厚10mm的等邊角鋼。不等邊角鋼也叫不等肢角鋼，以符號“└”加“長邊寬×短邊寬×厚度”表示，單位為mm。如└100×80×8表示長肢寬為100mm、短肢寬為80mm、厚8mm的不等邊角鋼。

工字鋼是一種工字形截面型材，分普通工字鋼和輕型工字鋼兩種，其型號用符號“I”加截面高度來表示，單位為cm。如I16。20號以上普通工字鋼根據(jù)腹板厚度和翼緣寬度的不同，同一號工字鋼又有a、b、c三種區(qū)別，其中a類腹板最薄、翼緣最窄，b類較厚較寬，c類最厚最寬。如I30b。輕型工字鋼以符號“QI”加截面高度來表示，單位為cm。如QI25。

槽鋼是槽形截面(［)的型材，有熱軋普通槽鋼和熱軋輕型槽鋼。普通槽鋼以符號“[”加截面高度表示，單位為cm，并以a、b、c區(qū)分同一截面高度中的不同腹板厚度。如[30a表示槽鋼外廓高度為30cm且腹板厚度為最薄的一種。輕型槽鋼以符號“Q[”加截面高度表示，單位為cm。如Q[25。特別提示H型鋼與工字鋼的區(qū)別：(1)H型鋼翼緣內(nèi)表面無斜度，上下表面平行。(2)從材料分布形式上看，工字鋼截面中材料主要集中在腹板左右，愈向兩側延伸，鋼材愈少；軋制H型鋼中，材料分布側重在翼緣部分。

剖分T型鋼分三類：寬翼緣剖分T型鋼TW、中翼緣剖分T型鋼TM、窄翼緣剖分T型鋼TN。剖分T型鋼的規(guī)格以代號加“高度h×寬度B×腹板厚度t1×翼緣厚度t2”表示，單位為mm。如TM147×200×8×12。

鋼管分為無縫鋼管和焊接鋼管。以符號“φ”加“外徑×厚度”表示，單位為mm。如φ426×10。

3)冷彎薄壁型鋼冷彎薄壁型鋼由厚度為1.5～6mm的鋼板或帶鋼，經(jīng)冷加工（冷彎、冷壓或冷拔）成型，同一截面部分的厚度都相同，截面各角頂處呈圓弧形，如圖2.21（a）~（i）。在工業(yè)民用和農(nóng)業(yè)建筑中，可用薄壁型鋼制作各種屋架、剛架、網(wǎng)架、檁條、墻梁、墻柱等結構和構件。圖2.21冷彎薄壁型材的截面形式（a）~(i)冷彎薄壁型鋼；（j）壓型鋼板

3.

鋼材的選擇

根據(jù)建筑結構的設計要求，對于承重結構，GB50017-201X《鋼結構設計規(guī)范》（送審稿）推薦使用五種牌號鋼：Q235、Q345、Q390、Q420、Q460鋼。鋼結構選材應遵循技術可靠、經(jīng)濟合理的原則，綜合考慮結構的重要性、荷載特征、結構形式、應力狀態(tài)、連接方法、鋼材厚度、價格和工作環(huán)境等因素，選用合適的鋼材牌號和材性。

GB50017-201X《鋼結構設計規(guī)范》（送審稿）規(guī)定：承重結構采用的鋼材應具有屈服強度、伸長率、抗拉強度、沖擊韌性和硫、磷含量的合格保證，對焊接結構尚應具有碳含量（或碳當量）的合格保證。焊接承重結構以及重要的非焊接承重結構采用的鋼材還應具有冷彎試驗的合格保證。當選用Q235鋼時，其脫氧方法應選用鎮(zhèn)靜鋼。鋼材的質(zhì)量等級，應按下列規(guī)定選用：（1）對不需要驗算疲勞的焊接結構，應符合下列規(guī)定：1）不應采用Q235A（鎮(zhèn)靜鋼）。2）當結構工作溫度大于20℃時，可采用Q235B、Q345A、Q390A、Q420A、Q460鋼；3）當結構工作溫度不高于20℃但高于0℃時，應采用B級鋼；4）當結構工作溫度不高于0℃但高于-20℃時，應采用C級鋼；5）當結構工作溫度不高于-20℃時，應采用D級鋼。（2）對不需要驗算疲勞的非焊接結構，應符合下列規(guī)定：1）當結構工作溫度高于20℃時，可采用A級鋼。2）當結構工作溫度不高于20℃但高于0℃時，宜采用B級鋼；3）當結構工作溫度不高于0℃但高于-20℃時，應采用C級鋼；4）當結構工作溫度不高于-20℃時，對Q235鋼和Q345鋼應采用C級鋼；對Q390鋼、Q420鋼和Q460鋼應采用D級鋼。（3）對于需要驗算疲勞的非焊接結構，應符合下列規(guī)定：1）鋼材至少應采用B級鋼。2）當結構工作溫度不高于0℃但高于-20℃時，應采用C級鋼；3）當結構工作溫度不高于-20℃時，對Q235鋼和Q345鋼應采用C級鋼；對Q390鋼、Q420鋼和Q460鋼應采用D級鋼。（4）對于需要驗算疲勞的焊接結構，應符合下列規(guī)定：1）鋼材至少應采用B級鋼。2）當結構工作溫度不高于0℃但高于-20℃時，Q235鋼和Q345鋼應采用C級鋼對Q390鋼、Q420鋼和Q460鋼應采用D級鋼。當結構工作溫度不高于-20℃時，Q235鋼和Q345鋼應采用D級鋼；對Q390鋼、Q420鋼和Q460鋼應采用E級鋼。（5）承重結構在低于-30℃環(huán)境下工作時，其選材還應符合下列規(guī)定：1）不宜采用過厚的鋼板；2）嚴格控制鋼材的硫、磷、氮含量；3）重要承重結構的受拉板件，當板厚大于等于40mm時，宜選用細化晶粒的GJ鋼板。2.3.6鋼結構的強度設計值

1．鋼材的強度設計值鋼材的強度設計值(鋼材強度的標準值除以材料分項系數(shù))，應根據(jù)鋼材牌號、厚度或直徑按表2-5采用。

2.焊縫的強度設計值焊縫的強度設計值應按表2-6采用。

3.螺栓連接的強度設計值

螺栓連接的強度設計值應按表2-7采用。

能力訓練項目31)磚

用于砌體結構的磚主要有燒結普通磚、燒結多孔磚、蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚、混凝土普通磚、混凝土多孔磚等六種。燒結普通磚、燒結多孔磚的強度等級為：MU30、MU25、MU20、MU15和MU10。

蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚的強度等級為：MU25、MU20、MU15。

混凝土普通磚、混凝土多孔磚的強度等級為：MU30、MU25、MU20和MU15。

砌體結構中用于自承重結構的磚主要有空心磚，空心磚的強度等級為：MU10、MU7.5、MU5、MU3.5。

其中MU表示塊體的強度等級，數(shù)字表示塊體的強度大小，單位為MPa。2.4.1.砌體結構材料

1.砌體的塊材

課題4砌體材料的選用及強度指標的查用2)砌塊

砌塊一般指單排孔混凝土砌塊、輕集料混凝土砌塊、雙排孔或多排孔輕集料混凝土砌塊。用于承重結構的混凝土砌塊、輕集料混凝土砌塊的強度等級為：MU20、MU15、MU10、MU7.5和MU5。用于自承重結構的輕集料混凝土砌塊的強度等級為：MU10、MU7.5、MU5、MU3.5。3)石材

天然石材根據(jù)其外形和加工程度分為毛石與料石兩種。料石又分為細料石、半細料石、粗料石和毛料石。石材的強度等級為：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20。

砌體砂漿的作用是把塊材粘結成一個整體共同工作。對砂漿的基本要求是強度、流動性和保水性。按組成材料的不同，砂漿可分為水泥砂漿、石灰砂漿和混合砂漿。

(1)水泥砂漿具有強度高、硬化快、耐久性好等特點，但和易性差，適用于砌筑受力較大或潮濕環(huán)境中的砌體。

(2)石灰砂漿具有飽水性、流動性好等特點，但強度低、耐久性差，只適用于低層建筑和不受潮的地上砌體中。

(3)混合砂漿的保水性和流動性比水泥砂漿好，強度高于石灰砂漿，適用于砌筑一般墻、柱砌體。按用途不同，砂漿可分為普通砂漿、混凝土塊體專用砌筑砂漿、蒸壓灰砂普通磚和蒸壓粉煤灰普通磚專用砌筑砂漿。普通砂漿的強度等級用符號“M”表示，單位為MPa(N/mm2)；混凝土塊體專用砌筑砂漿強度等級用符號“Mb”表示；蒸壓灰砂普通磚和蒸壓粉煤灰普通磚專用砌筑砂漿強度等級用符號“Ms”表示。2.砌體的砂漿

根據(jù)塊體的類別和砌筑形式的不同，砌體主要分為以下幾類。1)磚砌體磚砌體是由磚和砂漿砌筑而成的砌體，是采用最普遍的一種砌體。2）石砌體石砌體有石材和砂漿（或混凝土）砌筑而成。按石材加工后的外形規(guī)則程度，可分為料石砌體、毛石砌體。3)砌塊砌體由砌塊和砂漿砌成的砌體稱為砌塊砌體。包括混凝土砌塊、輕集料混凝土砌塊的無筋和配筋砌體。4)配筋砌體為了提高砌體的承載力，減小構件的截面，可在砌體內(nèi)配置適當?shù)匿摻钚纬膳浣钇鲶w。配筋砌體可分為網(wǎng)狀配筋砌體、組合磚砌體和配筋混凝土砌塊砌體。配筋砌體加強了砌體的各種強度和抗震性能，擴大了砌體結構的使用范圍。3.砌體結構類型2.4.2砌體的力學特征1.砌體的抗壓強度1)砌體受壓破壞機理根據(jù)試驗表明,磚砌體的破壞大致經(jīng)歷以下三個階段：第一階段，從開始加荷到個別磚出現(xiàn)第一條（或第一批）裂縫，如圖2.22(a)所示。此階段的細小裂縫是因為磚本身形狀不規(guī)整或磚間砂漿層不均勻使單塊磚處于拉、彎、剪復合作用，如不再增加荷載，裂縫不擴展。第二階段，隨著荷載的增加，單塊磚內(nèi)個別裂縫不斷開展并擴大，并沿豎向穿過若干層磚形成連續(xù)裂縫，如圖2.22(b)所示。此時若不再增加荷載，裂縫仍會繼續(xù)發(fā)展，砌體已接近破壞。第三階段，砌體完全破壞的瞬間為第三階段。繼續(xù)增加荷載，裂縫將迅速開展，砌體被幾條貫通的裂縫分割成互不相連的若干小柱，如圖2.22(c)所示，小柱失穩(wěn)朝側向突出，其中某些小柱可能被壓碎，以致最終喪失承載力而破壞。（a）第一階段（b）第二階段（c）第三階段圖2.22砌體軸心受壓的破壞特征特別提示砌體的破壞并不是因為磚本身抗壓強度不足，而是小柱失穩(wěn)破壞。除單磚較早開裂外，另一個原因是磚與砂漿的受壓變形性能不一致。砌體在受壓產(chǎn)生壓縮變形的同時還產(chǎn)生橫向變形，而磚的橫向變形小于砂漿的橫向變形(因為磚的彈性模量一般高于砂漿的彈性模量)，又因為兩者之間存在粘結力和摩擦力，因此砂漿受到橫向壓力，磚阻止砂漿的橫向變形；反過來砂漿將橫向拉力作用于磚，增大磚的橫向變形。磚內(nèi)產(chǎn)生的橫向拉應力將加快裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，加上豎向灰縫的不飽滿、不密實將造成砌體豎向灰縫處的應力集中，加快了磚的開裂，從而也使砌體的強度降低。2)影響砌體抗壓強度的因素根據(jù)試驗分析，影響砌體抗壓強度的主要因素有：(1)砌體的強度主要取決于塊體和砂漿的強度。(2)塊體的尺寸、幾何形狀和表面的平整度對砌體的抗壓強度也有較大的影響。砌體強度隨塊體厚度的加大而增大，隨塊體長度的加大而降低。因為增加塊體的厚度，其抗彎、抗剪能力亦會增加，同樣會提高砌體的抗壓強度。塊體的表面愈平整，灰縫的厚度將愈均勻，從而減少塊體的受彎受剪作用，砌體的抗壓強度就會提高。(3)和易性好的砂漿具有很好的流動性和保水性。在砌筑時易于鋪成均勻、密實的灰縫，減少了單個塊體在砌體中彎、剪應力，因而提高了砌體的抗壓強度。(4)砌筑質(zhì)量對砌體抗壓強度的影響，主要表現(xiàn)在水平灰縫砂漿的飽滿程度?；铱p的厚度也將影響砌體強度。水平灰縫厚些容易鋪得均勻，但增加了磚的橫向拉應力；灰縫過薄，使砂漿難以均勻鋪砌。實踐證明，水平灰縫厚度宜為8~12mm。

3)砌體的抗壓強度齡期為28d的以毛截面計算的各類砌體抗壓強度設計值，當施工質(zhì)量控制等級為B級時，應根據(jù)塊體和砂漿的強度等級分別按規(guī)定采用。

燒結普通磚和燒結多孔磚砌體的抗壓強度設計值按表2-8采用。

磚強度等級砂漿強度等級砂漿強度M15M10M7.5M5M2.50MU303.943.272.932.592.261.15MU253.602.982.682.372.061.05MU203.222.672.392.121.840.94MU152.792.312.071.831.600.82MU10—1.891.691.501.300.67

表2-8燒結普通磚和燒結多孔磚砌體的抗壓強度設計值

混凝土普通磚和混凝土多孔磚砌體的抗壓強度設計值按表2-9采用。磚強度等級砂漿強度等級砂漿強度Mb20Mb15Mb10Mb7.5Mb50MU304.613.943.272.932.591.15MU254.213.602.982.682.371.05MU203.773.222.672.392.120.94MU15—2.792.312.071.830.82

表2-9混凝土普通磚和混凝土多孔磚砌體的抗壓強度設計值

蒸壓灰砂普通磚和蒸壓粉煤灰普通磚砌體的抗壓強度設計值按表2-10采用。磚強度等級砂漿強度等級砂漿強度M15M10M7.5M50MU253.602.982.682.371.05MU203.222.672.392.120.94MU152.792.312.071.830.82

表2-10蒸壓灰砂普通磚和蒸壓粉煤灰普通磚砌體的抗壓強度設計值

單排孔混凝土砌塊和輕集料混凝土砌塊對孔砌筑砌體的抗壓強度設計值按表2-11采用。砌塊強度等級砂漿強度等級砂漿強度Mb20Mb15Mb10Mb7.5Mb50MU206.305.684.954.443.942.33MU15—4.614.023.613.201.89MU10——2.792.502.221.31MU7.5———1.931.711.01MU5————1.190.70表2-11單排孔混凝土砌塊和輕集料混凝土砌塊對孔砌筑砌體的抗壓強度設計值

雙排孔或多排孔輕集料混凝土砌塊砌體的抗壓強度設計值按表2-12采用。砌塊強度等級砂漿強度等級砂漿強度Mb10Mb7.5Mb50MU103.082.762.451.44MU7.5—2.131.881.12MU5——1.310.78MU3.5——0.950.56表2-12雙排孔或多排孔輕集料混凝土砌塊砌體的抗壓強度設計值

砌體的抗壓性能遠高于其抗彎、抗拉、抗剪性能，因此砌體多用于受壓構件。但實際工程中，圓形水池的池壁由于水的壓力而產(chǎn)生環(huán)向水平拉力，使砌體垂直截面處于軸心受拉狀態(tài)(圖2.23)。3.砌體的抗拉、抗彎與抗剪強度（a）破壞形式；(b)受力圖圖2.23

砌體的軸心受拉由圖可見，砌體的軸心受拉破壞有兩種基本形式：(1)當塊體強度等級較高，砂漿強度等級較低時，砌體將沿齒縫破壞(圖2.23a中的Ⅰ-Ⅰ、Ⅰ′-Ⅰ′均為齒縫破壞)。(2)當塊體強度等級較低，砂漿強度等級較高時，砌體的破壞可能沿豎直灰縫和塊體截面連成的直縫破壞(圖2.23a)中的Ⅱ-Ⅱ）。

帶支墩的擋土墻和風荷載作用下的圍墻均承受彎矩作用(圖2.24)。由圖可見，砌體的彎曲受拉破壞有三種基本形式：(1)當塊體強度等級較高時，砌體沿齒縫破壞(圖2.24a中的Ⅰ-Ⅰ)。(2)當塊體強度等級較低，而砂漿強度等級較高時，砌體可能沿豎直灰縫和塊體截面連成的直縫破壞(圖2.24a中的Ⅱ-Ⅱ)。(3)當彎矩較大時，砌體將沿彎矩最大截面的水平灰縫產(chǎn)生沿通縫的彎曲破壞(圖2.24b中的Ⅲ-Ⅲ)。（a）齒縫破壞和直縫破壞(b)沿通縫的彎曲破壞圖2.24

砌體彎曲受拉（a）沿階梯形截面（b）沿通縫截面圖2.25

砌體的受剪破壞

拱支座受到剪切作用(圖2.25)。它們可能沿階梯形截面受剪破壞(圖2.25a)，沿通縫截面受剪破壞(圖2.25b)。

齡期為28d的以毛截面計算的各類砌體的軸心抗拉強度設計值、彎曲抗拉強度設計值和抗剪強度設計值，當施工質(zhì)量控制等級為B級時，可由表2-13查得。表2-13沿砌體灰縫截面破壞時砌體的軸心抗拉強度設計值彎曲抗拉強度設計值和抗剪強度設計值在進行砌體結構設計中，遇到下列情況的各類砌體，其強度設計值應乘以調(diào)整系數(shù)γa:

(1)有吊車房屋砌體、跨度不小于9m的梁下燒結普通磚砌體、跨度不小于7.5m的梁下燒結多孔磚、蒸壓灰砂磚和蒸壓粉煤灰磚砌體，混凝土和輕骨料混凝土砌塊砌體，γa為0.9；

(2)對無筋砌體構件，其截面面積＜0.3m2時，γa=A+0.7。對配筋砌體構件，其截面面積＜0.2m2時，γa=A+0.8。A為構件截面面積（m2）；4.砌體強度的調(diào)整

(3)當采用水泥砂漿砌筑時，各類砌體的抗壓強度設計值的調(diào)整系數(shù)

γa為0.9；對于抗拉、抗彎、抗剪強度設計值，γa

為0.8；對配筋砌體構件，當其中的砌體采用水泥砂漿砌筑時，僅對砌體的強度設計值乘以調(diào)整系數(shù)γa

；(4)當施工質(zhì)量控制等級為C級時，γa

為0.89；

(5)當驗算施工中房屋的構件時，γa

為1.1。2.4.3砌體的彈性模量、線膨脹系數(shù)和摩擦系數(shù)

砌體的彈性模量、線膨脹系數(shù)和摩擦系數(shù)分別按表2-14~表2-16采用。砌體的剪變模量按砌體彈性模量的0.4倍采用，即G=0.4E。燒結普通磚砌體的泊松比可取0.15。表2-14砌體的彈性模量砌體種類砂漿強度等級≥M10M7.5M5M2.5燒結普通磚、燒結多孔磚砌體1600160016001390混凝土普通磚、混凝土多孔磚砌體160016001600—蒸壓灰砂普通磚、蒸壓粉煤灰普通磚砌體106010601060—非灌孔混凝土砌塊砌體170016001500—粗料石、毛料石、毛石砌體—565040002250細料石砌體—17000120006750表2-15砌體的線膨脹系數(shù)和收縮率砌體類別線膨脹系數(shù)10-6/℃收縮率mm/m燒結普通磚、燒結多孔磚砌體5-0.1蒸壓灰砂普通磚、蒸壓粉煤灰普通磚砌體8-0.2混凝土普通磚、混凝土多孔磚、混凝土砌塊砌體10-0.2輕集料混凝土砌塊砌體10-0.3料石和毛石砌體8—表2-16砌體的摩擦系數(shù)材料類別摩擦面情況干燥潮濕砌體沿砌體或混凝土滑動0.700.60砌體沿木材滑動0.600.50砌體沿鋼滑動0.450.35砌體沿砂或卵石滑動0.600.50砌體沿粉土滑動0.550.40砌體沿黏性土滑動0.500.30能力訓練項目4本模塊小結

1.混凝土強度的基本指標是立方體抗壓強度，軸心抗壓強度和軸心抗拉強度依據(jù)立方體抗壓強度計算取得?；炷恋淖冃畏趾奢d作用下的受力變形和體積變形。2.GB50010—2010《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定混凝土結構中采用的鋼筋有熱軋鋼筋、余熱處理鋼筋、細晶粒帶肋鋼筋、預應力螺紋鋼筋、鋼絲、鋼鉸絲，當采用其他鋼筋時應符合專門規(guī)范的規(guī)定。鋼筋的基本力學性能指標為：拉抗強度、屈服強度和伸長率、冷彎性能。

3.用做鋼結構的鋼材須具有以下性能：較高的強度、足夠的變形性能、良好的加工性能、良好的可焊性、能適應低溫、有害介質(zhì)侵蝕（包括大氣銹蝕）以及重復荷載作用等性能。建筑工程中所用的建筑鋼材基本上是碳素結構鋼和低合金結構鋼。鋼結構選材應遵循技術可靠、經(jīng)濟合理的原則，綜合考慮結構的重要性、荷載特征、結構形式、應力狀態(tài)、連接方法、鋼材厚度、價格和工作環(huán)境等因素，選用合適的鋼材牌號和材性。4.砌體結構類型有磚砌體、砌塊砌體、石砌體和配筋砌體、所采用的材料有磚、砌塊、石材、砂漿。影響砌體抗壓強度的主要因素有：砌體的強度、塊體的尺寸、幾何形狀和表面的平整度、砂漿的和易性、砌筑質(zhì)量等。砌體的抗壓強度高，在設計和使用時主要利用這個優(yōu)點。5.通過本模塊的學習，在了解各種結構材料性能的基礎上，要學會在設計和施工中選擇好所需要的材料，學會查找所需要的強度和變形指標。思考題和參考答案1.有明顯屈服點的鋼筋的拉伸試驗過程可分為哪四個階段？試作出其應力-應變圖并標出各階段的特征應力值。有明顯屈服點的鋼筋的拉手試驗階段可分為四個階段：彈性階段、屈服階段、強化階段、頸縮階段。彈性階段：a點對應的為彈性極限σp。屈服階段：b點為屈服上限；c點為屈服下限，即屈服極限σs。強化階段：最高點e點對應的為抗拉強度σb。圖有明顯屈服點鋼筋的σ-ε曲線2.結構設計計算中，有明顯屈服點的鋼筋和無明顯屈服點的鋼筋在設計強度取值上有何不同？屈服強度是鋼筋強度的設計依據(jù)。有明顯屈服點的鋼筋，一般取屈服下限作為屈服強度。無明顯屈服點的鋼筋，通常取殘余應變?yōu)?.2%時對應的應力σ0.2作為強度設計指標，稱為條件屈服強度。3.鋼材有哪幾項主要力學性能指標？各項指標可用來衡量鋼材的哪些方面的性能？鋼材的幾項主要力學性能指標：強度、塑性、冷彎性能、沖擊韌性。強度主要是屈服點

和抗拉強度

這兩項指標。鋼材的屈服點

是衡量結構承載力和確定強度設計值的指標；抗拉強度

可直接反映鋼材內(nèi)部組織的優(yōu)劣，它是抵抗破壞的重要指標。塑性，延伸率代表材料斷裂前具有的塑性變形能力。冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。沖擊韌性指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。4.碳、錳、硅、硫、磷對碳素結構鋼的機械性能分別有哪些影響？碳：隨著含碳量的增加，鋼的強度和硬度提高，塑性和韌性下降。但當含碳量大于1.0%時，由于鋼材變脆，強度反而下降。錳：適量的錳可提高強度而不明顯影響塑性，同時可消除熱脆和改善冷脆傾向。硅：適量(含量不超過0.2%時)可提高鋼材強度，而對塑性、韌性和可焊性無明顯不良影響。硫：