01第一章钢筋混凝土结构材料的物理力
学性能
第一章钢筋混凝土结构材料的物理力学性能
钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种力学性能截然不同的材料组成的复合结构。正确合理地进行钢筋混凝土结构设计，必须掌握钢筋混凝土结构材料的物理力学性能。钢筋混凝土结构材料的物理力学性能指钢筋混凝土组成材料——混凝土和钢筋各自的强度及变形的变化规律，以及两者结合组成钢筋混凝土材料后的共同工作性能。这些都是建立钢筋混凝土结构设计计算理论的基础，是学习和掌握钢筋混凝土结构构件工作性能应必备的基础知识。
§1-1 混凝土的物理力学性能
一、混凝土强度
混凝土强度是混凝土的重要力学性能，是设计钢筋混凝土结构的重要依据，它直接影响结构的安全和耐久性。
混凝土的强度是指混凝土抵抗外力产生的某种应力的能力，即混凝土材料达到破坏或开裂极限状态时所能承受的应力。混凝土的强度除受材料组成、养护条件及龄期等因素影响外，还与受力状态有关。
(一) 混凝土的抗压强度
在混凝土及钢筋混凝土结构中，混凝土主要用以承受压力。因而研究混凝土的抗压强度是十分必要的。
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混凝土试件的横向变形产生约束，延缓了裂缝的开展，提高了试件的抗压极限强度。当压力达到极限值时，试件在竖向压力和水平摩阻力的共同作用下沿斜向破坏，形成两个对称的角锥形破坏面。如果在试件表面涂抹一层油脂，试件表面与压力机压盘之间的摩阻力大大减小，对混凝土试件横向变形的约束作用几乎没有。最后，试件由于形成了与压力方向平行的裂缝而破坏。所测得的抗压极限强度较不加油脂者低很多。
混凝土的抗压强度还与试件的形状有关。试验表明，试件的高宽比h/b 越大，所测得的强度越低。当高宽比h/b ≥3时，强度变化就很小了。这反映了试件两端与压力机压盘之间存在的摩阻力，对不同高宽比的试件混凝土横向变形的约束影响程度不同。试件的高宽比h/b 越大，支端摩阻力对试件中部的横向变形的约束影响程度就越小，所测得的强度也越低。当高宽比h/b ≥3时，支端摩阻力对混凝土横向变形的约束作用就影响不到试件的中部，所测得的强度基本上保持一个定值。
此外，试件的尺寸对抗压强度也有一定影响。试件的尺寸越大，实测强度越低。这种现象称为尺寸效应。一般认为这是由混凝土内部缺陷和试件承压面摩阻力影响等因素造成的。试件尺寸大，内部缺陷(微裂缝，气泡等)相对较多，端部摩阻力影响相对较小，故实测强度较低。根据我国的试验结果，若以150×150×150mm 的立方体试件的强度为准，对200×200×200mm 立方体试件的实测强度应乘以尺寸修正系数1.05；对100×100×100mm 立方体试件的实测强度应乘以尺寸修正系数0.95。
为此，我们在定义混凝土抗压强度指标时，必须把试验方法、试件形状及尺寸等因素确定下来。在统一基准上建立的强度指标才有可比性。
混凝土抗压强度有两种表示方法： 1、立方体抗压强度
我国规范习惯于用立方体抗压强度作为混凝土强度的基本指标。新修订的<公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵规范>JTG D62（以下简称《桥规JTG D62》）规定的立方体抗压强度标准值系指采用按标准方法制作、养护至28天龄期的边长为150mm 立方体试件，以标准试验方法（试件支承面不涂油脂）测得的具有95%保证率的抗压强度(以MPa 计)，记为f cu.k 。
)645
.11(645.1150150150150.f s f f s f k cu f δμσμ-=-= (1.1-1) 式中 k cu f .——混凝土立方体抗压强度标准值(MPa)；
s f 150μ——混凝土立方体抗压强度平均值(MPa)；
150f σ——混凝土立方体抗压强度的标准差(MPa)；
150f δ——混凝土立方体抗压强度的变异系数，150150150/s f f f u δσ=。其数值可按表
1.1-1采用。
混凝土强度变异系数表1.1-1
《桥规JTG D62》规定的混凝土强度等级用边长为150mm的立方体抗压强度标准值确定，并冠以C表示，如C30表示30级混凝土。
应该指出，世界各国规范中用以确定混凝土强度等级的试件形状和尺寸不尽相同。有采用立方体试件者，也有采用圆柱体试件者。采用立方体强度划分混凝土强度等级的国家除中国外，尚有德国(200mm立方体)、俄罗斯(150mm立方体)和英国(150mm立方体)等；采用圆柱体强度的有美国、日本等，CEB-FIP制订的《国际标准规范》亦采用圆柱体强度，试件的尺寸为直径6吋(约为150mm)，高度12吋(约为300mm)，其标准强度称为特征强度。根据我国的试验资料，圆柱体强度与150mm立方体强度之比为0.83～1.04，平均值为0.94；但过去我国习惯于按与200mm立方体强度之比为0.85进行换算。考虑到新旧规范立方体强度试件尺寸和取值保证率的不同，圆柱体强度与《桥规JTG D62》规定的150mm立方体强度之比，可近似地按0.85换算。公路桥涵受力构件的混凝土强度等级可采用C20～C80，中间以5MPa进级。C50以下为普通强度混凝土，C50及以上为高强度混凝土。
公路桥涵混凝土强度等级的选择应按下列规定采用：
(1)钢筋混凝土构件不应低于C20，当采用HRB400、KL400级钢筋配筋时，不应低于C25；
(2)预应力混凝土构件不应低于C40；
应该指出，近几年来关于混凝土结构的耐久性问题，引起了国内外的广泛关注，高强混凝土和高性能混凝土的研究取得了突破性进展。从解决混凝土结构的耐久性的需要出发，采用高性能混凝土，提高混凝土的密实度是十分必要的。另外，由于采用高强度混凝土，减轻了结构的自重，扩大了结构的适用跨度，收到的经济效益也是十分显著的。因此，在混凝土施工技术有保证的前提下，设计时适当地提高混凝土的强度等级是适宜的。
2. 柱体抗压强度
用高宽比h/b≥3的柱体试件所测得的抗压强度称为柱体抗压强度(或称为轴心抗压强度)。在实际结构中，绝大多数受压构件的高度比其支承面的边长要大得多。所以，采用柱体抗压强度能更好地反映混凝土的实际受力状态。同时，由于试件的高宽比较大(h/b≥3)，可摆脱端部摩阻力的影响，所测强度趋于稳定。我国采用150mm×150mm×450mm的柱体作为混凝土轴心抗压试验的标准试件，按与上述立方体试件相同的制作、养护条件和标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度称轴心抗压(或柱体抗压)强度标准值(以MPa 计)，记为f ck。
μ与150mm立根据我国所进行的柱体抗压强度试验，柱体抗压强度试验统计平均值s
f
c
μ呈线性关系：
方体抗压强度试验统计平均值s
f150
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s
f s f c
150αμμ= （1.1－2）
式中，系数α与混凝土强度等级有关，对C50及以下混凝土，取76.0=α；C55～
C80混凝土，取82.0~77.0=α。
在实际工程中，考虑到构件混凝土与试件混凝土因制作工艺、养护条件、受荷情况和环境条件等不同，按<公路工程结构可靠度统一设计标准>GB/T50283－1999条文说明建议，其抗压强度平均换算系数88.00=Ωμ，则构件混凝土柱体抗压强度c f 的平均值为：
s f s fc fc 15088.00αμμμμ==Ω （1.1－3）
假定构件混凝土柱体抗压强度的变异系数与立方体抗压强度的变异系数相同，则构件混凝土柱体抗压强度标准值为
k cu f s f fc fc ck f f .15015088.0)645
.11(88.0)645.11(αδαμδμ=-=-= （1.1－4） 另外，考虑到C40以上混凝土具有脆性，按公式（1.1－4）求得的柱体抗压强度标准值尚须乘以脆性折减系数β，对C 40～C 80混凝土取β＝1.0～0.87，中间值按直线插入求得。
(二) 混凝土抗拉强度
混凝土的抗拉强度是混凝土的基本力学特征之一，其值约为立方体抗压强度的1/8～
1/18。混凝土抗拉强度的测试方法各国不尽相同。我国较多采用的测试方法是用钢模浇筑成型的100×100×500mm 的柱体试件，通过预埋在试件轴线两端的钢筋，对试件施加拉
力，试件破坏时的平均应力即为混凝土的轴心抗拉强度s
t f 。
16
150
500
150
100
100
拉断面
图1.1-2 混凝土直接受拉试验
根据我国进行的混凝土直接受拉试验结果，混凝土轴心抗拉强度的试验统计平均值
s f t
μ与立方体抗压强度的试验统计平均值s f 150μ之间的关系为
55
.0150)
(395.0s f s ft μμ= (1.1－5)
构件混凝土轴心抗拉强度的平均值为
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55
.0150)
(395.088.00
s f s ft ft μμμμ?==Ω （1.1－6） 构件混凝土轴心抗拉强度的标准值（保证率为95%）为
(
)
)645.11(395.088.0)645.11(55
.0150ft s
f ft ft tk f δμδμ-?=-=
将
.150150
1 1.045s cu k
f f f μδ=
-（公式1.1-1）代入，并取150ft f δδ=，则得
45.015055
.0.)645
.11(395.088.0f k cu tk f f δ-?= （1.1－7） 同样，考虑C40以上混凝土的脆性，按公式（1.1－7）求得得轴心抗拉强度标准值，亦应乘以脆性系数（87.0~0.1=β）。
应该指出，用上述直接受拉试验测定混凝土抗拉强度时，试件的对中比较困难，稍有
偏差就可能引起偏心受拉破坏，影响试验结果。因此，目前国外常采用劈裂试验间接测定混凝土抗拉强度。
劈裂试验可用立方体或圆柱体试件进行，在试件上下支承面与压力机压板之间加一条垫条，使试件上下形成对应的条形加载，造成沿立方体中心或圆柱体直径切面的劈裂破坏(图1.1-3)。
由弹性力学可知，在上下对称的条形荷载作用下，在试件的竖直中面上，除两端加载点附近的局部区域产生压应力外，其余部分将产生均匀的水平拉应力，当拉应力达到混凝土的抗拉强度时，试件将沿竖直中面产生劈裂破坏。混凝土的劈裂强度可按下式计算：
dL
p
f s t π2=
(1.1-8) 4P P 6
7321P
5
P
压 拉
d
d
)
b)
c)
t
f s
1—压力机上压板 2—垫条 3—试件
4—试件浇筑顶面 5—试件浇筑底面 6—压力机下压板 7—试件破裂线
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试验结果表明，混凝土的劈裂强度除与试件尺寸等因素有关外，还与垫条的宽度和材料特性有关。加大垫条宽度可使实测劈裂强度提高，一般认为垫条宽度应不小于立方体试件边长或圆柱体试件直径的1/10。
国外的大多数试验资料表明，混凝土的劈裂强度略高于轴心抗拉强度。我国的一些试验资料则表明，混凝土的轴心抗拉强度略高于劈裂强度，考虑到国内外对比资料的具体条件不完全相同等原因，加之，目前我国尚未建立混凝土劈裂试验的统一标准，通常认为混凝土的轴心抗拉强度与劈裂强度基本相同。
(三) 抗剪强度是混凝土的基本力学特性，是强度理论研究和有限元分析的重要数据。目前常用的混凝土抗剪强度的试件和加载方式有图2.1-4所示的三种情况：
2q
P
P
P
2p
(a)矩形梁双剪面试件 (b)“Z ”形试件 (c)“8”形试件
图1.1-4 混凝土抗剪强度试件及加载方式
混凝土的抗剪强度因试验方法不同，所得结果差异很大，很难在实践中应用。
对于混凝土抗剪强度与抗压、抗拉强度的关系，德国学者默尔预(M o
rsch)由理论分析求出纯剪强度公式为：
s t s c s v f f f =
(1.1-9)
试验表明，由上式求得的s
v f 值偏高，后来修正为
s t s c s v f f f 75.0= (1.1-10)
式中s
c f 、s t f 分别表示混凝土的轴心抗压和轴心抗拉强度。
近几年，我国学者提出用四点加载的等高度变宽梁进行抗剪强度试验，求得的抗剪强度与立方体抗压强度的关系为：
s
t
s v
s cu s v f f f f )04.1~13.1()
)(42.0~38.0(57
.0≈= (1.1-11)
(四) 复合应力状态下混凝土的强度
在钢筋混凝土结构中，构件通常受到轴力、弯矩、剪力及扭矩等不同内力组合的作用，因此，混凝土一般都是处于复合应力状态。在复合应力状态下，混凝土的强度有明显
建筑用钢筋检验指导书 1、试验目的 为了规范土建试验室对钢筋混凝土用钢钢材的屈服点、屈服强度、抗拉强度和伸长率、弯曲变形性能、平面反向弯曲变形性能及钢筋的耐反复弯曲性能检验的工作程序，实现标准化操作，特制定此作业指导书。 2、适用范围： 本指导书适用于混凝土结构中的钢筋与焊接钢筋。 3、引用标准： GB/T228-2002 《金属材料室温拉伸试验方法》 GB/T232-1999 《金属材料弯曲试验方法》 GB238-2002 《金属线材反复弯曲试验方法》 GB13013-91 《钢筋混凝土热轧光园钢筋》 GB13014-91 《钢筋混凝土余热处理钢筋》 GB1499-1998 《钢筋混凝土热轧带肋钢筋》 GB/T701-1997 《低碳钢热轧园盘条》 GB13788-92 《冷轧带肋钢筋》 JGJ18-2003 《钢筋焊接及验收规程》 JGJ/T27-2001 《钢筋焊接接头试验方法》 4、检测的环境要求 试验室的温度应在10℃-35℃范围内。 5、试验项目和质量要求
5.1实验项目 钢筋拉伸试验：屈服点、抗拉强度、伸长率 钢筋冷弯试验 钢筋焊接接头试验 5.2质量要求 5.2.1钢筋的力学性能和工艺性能应符合表一、表二、表三、表四，冷弯试验时受弯曲部位外表面不得产生裂纹。 热轧直条光圆钢筋力学性能和工艺性能（GB13013-91） 表一 表面形状钢筋 级别 强度等 级代号 公称 直径 mm 屈服点σs Mpa 抗拉强度σ b Mpa 伸长率σ5 % 冷弯 d-弯芯直径 α-钢筋公称直径 不小于 光圆I R235 8~20 235 370 25 180o d=α低碳钢热轧圆盘条力学性能和工艺性能(GB/T701-1997) 表二 牌号 力学性能 冷弯试验180? d-弯芯直径 α-试样直径屈服点σs，Mpa 抗拉强度σb，Mpa 伸长率δ10，% 不小于 Q215 215 375 27 d=0 Q235 235 410 23 d=0.5α 热轧带肋钢筋力学性能和工艺性能(GB1499-1998) 表三
01第一章钢筋混凝土结构材料的物理力 学性能
第一章钢筋混凝土结构材料的物理力学性能 钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种力学性能截然不同的材料组成的复合结构。正确合理地进行钢筋混凝土结构设计，必须掌握钢筋混凝土结构材料的物理力学性能。钢筋混凝土结构材料的物理力学性能指钢筋混凝土组成材料——混凝土和钢筋各自的强度及变形的变化规律，以及两者结合组成钢筋混凝土材料后的共同工作性能。这些都是建立钢筋混凝土结构设计计算理论的基础，是学习和掌握钢筋混凝土结构构件工作性能应必备的基础知识。 §1-1 混凝土的物理力学性能 一、混凝土强度 混凝土强度是混凝土的重要力学性能，是设计钢筋混凝土结构的重要依据，它直接影响结构的安全和耐久性。 混凝土的强度是指混凝土抵抗外力产生的某种应力的能力，即混凝土材料达到破坏或开裂极限状态时所能承受的应力。混凝土的强度除受材料组成、养护条件及龄期等因素影响外，还与受力状态有关。 (一) 混凝土的抗压强度 在混凝土及钢筋混凝土结构中，混凝土主要用以承受压力。因而研究混凝土的抗压强度是十分必要的。
仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢34 混凝土试件的横向变形产生约束，延缓了裂缝的开展，提高了试件的抗压极限强度。当压力达到极限值时，试件在竖向压力和水平摩阻力的共同作用下沿斜向破坏，形成两个对称的角锥形破坏面。如果在试件表面涂抹一层油脂，试件表面与压力机压盘之间的摩阻力大大减小，对混凝土试件横向变形的约束作用几乎没有。最后，试件由于形成了与压力方向平行的裂缝而破坏。所测得的抗压极限强度较不加油脂者低很多。 混凝土的抗压强度还与试件的形状有关。试验表明，试件的高宽比h/b 越大，所测得的强度越低。当高宽比h/b ≥3时，强度变化就很小了。这反映了试件两端与压力机压盘之间存在的摩阻力，对不同高宽比的试件混凝土横向变形的约束影响程度不同。试件的高宽比h/b 越大，支端摩阻力对试件中部的横向变形的约束影响程度就越小，所测得的强度也越低。当高宽比h/b ≥3时，支端摩阻力对混凝土横向变形的约束作用就影响不到试件的中部，所测得的强度基本上保持一个定值。 此外，试件的尺寸对抗压强度也有一定影响。试件的尺寸越大，实测强度越低。这种现象称为尺寸效应。一般认为这是由混凝土内部缺陷和试件承压面摩阻力影响等因素造成的。试件尺寸大，内部缺陷(微裂缝，气泡等)相对较多，端部摩阻力影响相对较小，故实测强度较低。根据我国的试验结果，若以150×150×150mm 的立方体试件的强度为准，对200×200×200mm 立方体试件的实测强度应乘以尺寸修正系数1.05；对100×100×100mm 立方体试件的实测强度应乘以尺寸修正系数0.95。 为此，我们在定义混凝土抗压强度指标时，必须把试验方法、试件形状及尺寸等因素确定下来。在统一基准上建立的强度指标才有可比性。 混凝土抗压强度有两种表示方法： 1、立方体抗压强度 我国规范习惯于用立方体抗压强度作为混凝土强度的基本指标。新修订的<公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵规范>JTG D62（以下简称《桥规JTG D62》）规定的立方体抗压强度标准值系指采用按标准方法制作、养护至28天龄期的边长为150mm 立方体试件，以标准试验方法（试件支承面不涂油脂）测得的具有95%保证率的抗压强度(以MPa 计)，记为f cu.k 。 )645 .11(645.1150150150150.f s f f s f k cu f δμσμ-=-= (1.1-1) 式中 k cu f .——混凝土立方体抗压强度标准值(MPa)； s f 150μ——混凝土立方体抗压强度平均值(MPa)； 150f σ——混凝土立方体抗压强度的标准差(MPa)； 150f δ——混凝土立方体抗压强度的变异系数，150150150/s f f f u δσ=。其数值可按表 1.1-1采用。
第二节钢筋的主要力学性能 一、钢筋的品种和级别 （一）钢筋的品种（分类）（有很多种分类形式） 按化学成分分类： 低碳钢 碳素钢中碳钢随含碳量增加，钢筋强度提高， 高碳钢塑性性能降低。 普通低合金钢：除碳素钢已有的成分外，再加入少量的 硅、锰、钛、钒等合金元素。强度显著 提高，塑性性能更好。 光面钢筋——表面光滑，与混凝土粘结力差。 按外形分类变形钢筋——表面带肋，螺旋纹、人字纹、 月牙纹，与混凝土粘结力高。 热轧钢筋用于钢筋混凝土结构 按生产工艺分类预应力钢丝和钢绞线及热处理钢筋 ——用于预应力混凝土结构 冷加工钢筋——用于预应力混凝土结构三种钢筋、生产工艺不同，见书。 （二）钢筋的级别 1、热轧钢筋：由普通（低碳）碳素钢、低合金钢轧 制而成——软钢
常用热轧钢筋的级别、符号、钢种和形状 性能：随着热轧钢筋级别提高，强度提高，塑性降低。 2、预应力钢丝和钢绞线、热处理钢筋 9~4φφ 用于预应力混凝土结构中P439～440 3、冷加工钢筋 冷拉、冷拔 二、钢筋的强度和变形（通过拉伸试验获得的应力应变曲 线来说明） 应力——应变曲线分两类： 有明显的流幅：热轧钢筋（软钢） 无明显的流幅：高碳钢（硬钢）（预应力钢丝、钢 绞线、热处理钢筋） 设计强度取值依据：（应力） 有明显的流幅钢筋，取其屈服点强度作为设计取值依 据。 无明显的流幅钢筋，取b σ85.0(极限抗拉强度)作为条件 屈服点。
三、钢筋的冷加工（对钢筋进行冷加工，可以提高强度） 1、冷拉 对热轧钢筋进行张拉，张拉应力超过原屈服点， 然后放松，再张拉，屈服强度提高了，但塑性 降低。（伸长率降低） 2、冷拔 将8 φ光面钢筋通过强力拔过直径小的钨合 6φ ~ 金拔丝模孔，塑性变形后，——3，4mm钢丝冷拉：提高抗拉强度（不宜作受压钢筋） 冷拔：同时提高抗拉、抗压强度。 四、混凝土结构对钢筋性能的要求 1、强度 2、塑性 3、可焊性 4、耐火性 5、与混凝土的粘结性 第三节钢筋和混凝土的粘结与锚固 一、粘结的作用和分类 钢筋和混凝土之间的粘结，是保证两者共同工作的前提。 钢筋混凝土结构受力后，若钢筋和混凝土有相对变形（滑移）就会在其交界面上产生剪应力τ，这种剪应力τ称为
常用材料性质参数 材料的性质与制造工艺、化学成份、内部缺陷、使用温度、受载历史、服役时间、试件尺寸等因素有关。本附录给出的材料性能参数只是典型范围值。用于实际工程分析或工程设计时,请咨询材料制造商或供应商。 除非特别说明,本附录给出的弹性模量、屈服强度均指拉伸时的值。 表 1 材料的弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数 材料名称弹性模量E GPa 泊松比V 密度 kg/m3 热膨胀系数a 1G6/C 铝合金-79 黄铜 青铜 铸铁 混凝土（压 普通增强轻质17-31 2300 2400 1100-1800
7-14 铜及其合金玻璃 镁合金镍合金( 蒙乃尔铜镍 塑料 尼龙聚乙烯 2.1-3.4 0.7-1.4 0.4 0.4 880-1100 960-1400 70-140 140-290 岩石(压 花岗岩、大理石、石英石石灰石、沙石40-100 20-70 0.2-0.3 0.2-0.3 2600-2900 2000-2900 5-9 橡胶130-200 沙、土壤、砂砾钢
高强钢不锈钢结构钢190-210 0.27-0.30 7850 10-18 14 17 12 钛合金钨木材（弯曲 杉木橡木松木11-13 11-12 11-14 480-560 640-720 560-640 1 表 2 材料的力学性能 材料名称/牌号屈服强度s CT MPa 抗拉强度b CT
MPa 伸长率 5 % 备注 铝合金LY12 35-500 274 100-550 412 1-45 19 硬铝 黄铜青铜 铸铁( 拉伸HT150 HT250 120-290 69-480 150 250 0-1 铸铁( 压缩混凝土(压缩铜及其合金 玻璃
第一章 钢筋混凝土的材料力学性能 一、填空题： 1、《混凝土规范》规定以 强度作为混凝土强度等级指标。 2、测定混凝土立方强度标准试块的尺寸是 。 3、混凝土的强度等级是按 划分的，共分为 级。 4、钢筋混凝土结构中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点 的钢筋，通常称它们为 和 。 5、钢筋按其外形可分为 、 两大类。 6、HPB300、 HRB335、 HRB400、 RRB400表示符号分别为 。 7、对无明显屈服点的钢筋，通常取相当于于残余应变为 时的应力作为名 义屈服点，称为 。 8、对于有明显屈服点的钢筋，需要检验的指标有 、 、 、 等四项。 9、对于无明显屈服点的钢筋，需要检验的指标有 、 、 等三项。 10、钢筋和混凝土是两种不同的材料，它们之间能够很好地共同工作是因 为 、 、 。 11、钢筋与混凝土之间的粘结力是由 、 、 组成的。其 中 最大。 12、混凝土的极限压应变cu ε包括 和 两部分， 部分越 大，表明变形能力越 ， 越好。 13、钢筋的冷加工包括 和 ，其中 既提高抗拉又提高抗 压强度。 14、有明显屈服点的钢筋采用 强度作为钢筋强度的标准值。 15、钢筋的屈强比是指 ，反映 。 二、判断题： 1、规范中，混凝土各种强度指标的基本代表值是轴心抗压强度标准值。（ ） 2、混凝土强度等级是由一组立方体试块抗压后的平均强度确定的。（ ） 3、采用边长为100mm 的非标准立方体试块做抗压试验时，其抗压强度换算系数为 0.95。（ ） 4、采用边长为200mm 的非标准立方体试块做抗压试验时，其抗压强度换算系数为 1.05。（ ） 5、对无明显屈服点的钢筋，设计时其强度标准值取值的依据是条件屈服强度。（ ） 6、对任何类型钢筋，其抗压强度设计值y y f f '=。（ ）
试题内容： 直径为d的拉伸比例试样，其标距长度l只能为10d。( ) 试题答案： 答：非 试题内容： 直径为d的拉伸比例试样，其标距长度l只能为5d。（）试题答案： 答：非 试题内容： 圆柱形拉伸试样直径为d，常用的比例试样其标距长度l是5d或10d。（）试题答案： 答：是 试题内容： 直径为d的拉伸非比例试样，其标距长度l和d无关。（）试题答案： 答：是 试题内容： Q235钢进入屈服阶段以后，只发生弹性变形。（）试题答案： 答：非 试题内容： 低碳钢拉伸试验进入屈服阶段以后，只有塑性变形。（）试题答案： 答：非 试题内容： 低碳钢拉伸试验进入屈服阶段以后，只发生线弹性变形。（）试题答案： 答：非 试题内容：
试题内容： 低碳钢拉伸应力-应变曲线的上、下屈服极限分别为1s σ和2s σ，则其屈服极限s σ为1s σ。 （ ） 试题答案： 答：非 试题内容： 低碳钢拉伸应力-应变曲线的上、下屈服极限分别为1s σ和2s σ，则其屈服极限s σ为2s σ。 （ ） 试题答案： 答：是 试题内容： 拉伸试验测得材料的上、下屈服极限分别为1s σ和2s σ，则材料的屈服极限s σ为 2 2 s 1s σσ+。 （ ） 试题答案： 答：非 试题内容： 拉伸试验测得材料的上、下屈服极限分别为1s σ和2s σ，则材料的屈服极限S σ为2 2 s 1s σσ-。 （ ） 试题答案： 答：非 试题内容： 铸铁的强度指标是s σ。 （ ） 试题答案： 答：非 试题内容： 铸铁的强度指标是b σ。 （ ）
试题内容： 铸铁的极限应力是s σ和b σ。 （ ） 试题答案： 答：非 试题内容： 铸铁的强度指标是δ和s σ。 （ ） 试题答案： 答：非 试题内容： 材料的塑性指标有s σ和b σ。 （ ） 试题答案： 答：非 试题内容： 材料的塑性指标有s σ和ε。 （ ） 试题答案： 答：非 试题内容： 材料的塑性指标有δ和ψ。 （ ） 试题答案： 答：是 试题内容： 材料的塑性指标有s σ、ε和ψ。 （ ） 试题答案： 答：是
材料物理性能 第一章、材料的热学性能 一、基本概念 1.热容：物体温度升高1K 所需要增加的能量。（热容是分子热运动的能量随温度变化的一个物理量）T Q c ??= 2.比热容：质量为1kg 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。[ 与 物质的本性有关，用c 表示，单位J/(kg ·K)]T Q m c ??=1 3.摩尔热容：1mol 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。用Cm 表示。 4.定容热容：加热过程中，体积不变，则所供给的热量只需满足升高1K 时物体内能的增加，不必再以做功的形式传输，该条件下的热容： 5.定压热容：假定在加热过程中保持压力不变，而体积则自由向外膨胀，这时升高1K 时供 给 物体的能量，除满足内能的增加，还必须补充对外做功的损耗。 6.热膨胀：物质的体积或长度随温度的升高而增大的现象。 7.线膨胀系数αl ：温度升高1K 时，物体的相对伸长。t l l l ?=?α0 8.体膨胀系数αv ：温度升高1K 时，物体体积相对增长值。t V V t t V ??= 1α 9.热导率（导热系数）λ：在 单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量。（标志 材 料热传导能力，适用于稳态各点温度不随时间变化。)q=-λ△T/△X 。 10.热扩散率（导温系数）α：单位面积上，温度随时间的变化率。α=λ/ρc 。α表示温度变化的速率（材料内部温度趋于一致的能力。α越大的材料各处的温度差越小。适用于非稳态不稳定的热传导过程。本质仍是材料传热能力。）。 二、基本理论
1.德拜理论及热容和温度变化关系。 答：⑴爱因斯坦没有考虑低频振动对热容的贡献。 ⑵模型假设：①固体中的原子振动频率不同；处于不同频率的振子数有确定的分布函数； ②固体可看做连续介质，能传播弹性振动波； ③固体中传播的弹性波分为纵波和横波两类； ④假定弹性波的振动能级量子化，振动能量只能是最小能量单位hν的整数倍。 ⑶结论：①当T》θD时，Cv,m=3R；在高温区，德拜理论的结果与杜隆-珀蒂定律相符。 ②当T《θD时，Cv,m∝3T。 ③当T→0时，Cv,m→0，与实验大体相符。 ⑷不足：①由于德拜把晶体看成连续介质，对于原子振动频率较高的部分不适用； ②晶体不是连续介质，德拜理论在低温下也不符； ③金属类的晶体，没有考虑自由电子的贡献。 2.热容的物理本质。 答：温度一定时，原子虽然振动，但它的平衡位置不变，物体体积就没变化。物体温度升高了，原子的振动激烈了，但如果每个原子的平均距离保持不变，物体也就不会因为温度升高而发生膨胀。 【⑴反映晶体受热后激发出的晶格波和温度的关系； ⑵对于N个原子构成的晶体，在热振动时形成3N个振子，各个振子的频率不同，激发出的声子能力也不同； ⑶温度升高，晶格的振幅增大，该频率的声子数目也增大； ⑷温度升高，在宏观上表现为吸热或放热，实质上是各个频率声子数发生变化。材料物理的解释】 3.热膨胀的物理本质。 答：由于原子之间存在着相互作用力，吸引力与斥力。力大小和原子之间的距离有关（是非线性关系，引力、斥力的变化是非对称的），两原子相互作用是不对称变化，当温度上升，势能增高，由于势能曲线的不对称性必然导致振动中心右移。即原子间距增大。 ⑴T↑原子间的平均距离↑r＞r0吸引合力变化较慢 ⑵T↑晶体中热缺陷密度↑r＜r0排斥合力变化较快 【材料质点间的平均距离随温度的升高而增大（微观），宏观表现为体积、线长的增大】 4.固体材料的导热机制。 答：⑴固体的导热包括：电子导热、声子导热和光子导热。 ①纯金属：电子导热是主要机制； ②合金：声子导热的作用增强； ③半金属或半导体：声子导热、电子导热； ④绝缘体：几乎只有声子导热一种形式，只有在极高温度下才可能有光子导热存在。 ⑵气体：分子间碰撞，可忽略彼此之间的相互作用力。 固体：质点间有很强的相互作用。 5.焓和热容与加热温度的关系。P11。图1.8 ⑴①有潜热，热容趋于无穷大；⑵①无潜热，热容有突变
《混凝土结构设计原理》习题集 第1章 钢筋和混凝土的力学性能 一、判断题 1~5错；对；对；错；对； 6~13错；对；对；错；对；对;对；对； 二、单选题 1~5 DABCC 6~10 BDA AC 11~14 BCAA 三 、填空题 1、答案：长期 时间 2、答案：摩擦力 机械咬合作用 3、答案：横向变形的约束条件 加荷速度 4、答案：越低 较差 5、答案：抗压 变形 四、简答题 1．答： 有物理屈服点的钢筋，称为软钢，如热轧钢筋和冷拉钢筋；无物理屈服点的钢筋，称为硬钢，如钢丝、钢绞线及热处理钢筋。 软钢的应力应变曲线如图2-1所示，曲线可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段。 有明显流幅的钢筋有两个强度指标：一是屈服强度，这是钢筋混凝土构件设计时钢筋强度取值的依据，因为钢筋屈服后产生了较大的塑性变形，这将使构件变形和裂缝宽度大大增加以致无法使用，所以在设计中采用屈服强度y f 作为钢筋的强度极限。另一个强度指标是钢筋极限强度u f ，一般用作钢筋的实际破坏强度。 图2-1 软钢应力应变曲线 硬钢拉伸时的典型应力应变曲线如图2-2。钢筋应力达到比例极限点之前，应力应变按直线变化，钢筋具有明显的弹性性质，超过比例极限点以后，钢筋表现出越来越明显的塑性性质，但应力应变均持续增长，应力应变曲线上没有明显的屈服点。到达极限抗拉强度b 点后，同样由于钢筋的颈缩现象出现下降段，至钢筋被拉断。
设计中极限抗拉强度不能作为钢筋强度取值的依据，一般取残余应变为0.2%所对应的应力σ0.2作为无明显流幅钢筋的强度限值，通常称为条件屈服强度。对于高强钢丝，条件屈服强度相当于极限抗拉强度0.85倍。对于热处理钢筋，则为0.9倍。为了简化运算，《混凝土结构设计规范》统一取σ0.2=0.85σb ，其中σb 为无明显流幅钢筋的极限抗拉强度。 图2-2硬钢拉伸试验的应力应变曲线 2．答： 目前我国用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的钢筋主要品种有钢筋、钢丝和钢绞线。根据轧制和加工工艺，钢筋可分为热轧钢筋、热处理钢筋和冷加工钢筋。 热轧钢筋分为热轧光面钢筋HPB235、热轧带肋钢筋HRB335、HRB400、余热处理钢筋RRB400（K 20MnSi ，符号，Ⅲ级）。热轧钢筋主要用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力普通钢筋。 3．答： 钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的钢筋，应按下列规定采用：（1）普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋,也可采用HPB235级和RRB400级钢筋；（2）预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。 4．答： 混凝土标准立方体的抗压强度，我国《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）规定：边长为150mm 的标准立方体试件在标准条件（温度20±3℃，相对温度≥90%）下养护28天后，以标准试验方法(中心加载，加载速度为0.3～1.0N/mm 2/s)，试件上、下表面不涂润滑剂，连续加载直至试件破坏，测得混凝土抗压强度为混凝土标准立方体的抗压强度f ck ，单位N/mm 2。 A F f ck f ck ——混凝土立方体试件抗压强度； F ——试件破坏荷载； A ——试件承压面积。 5. 答： 我国《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）采用150mm×150mm×300mm 棱
※ 材料的导电性能 1、 霍尔效应 电子电导的特征是具有霍尔效应。 置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两 个面之间产生电动势差，这种现象称霍尔效应。 形成的电场E H ，称为霍尔场。表征霍尔场的物理参数称为霍尔系数，定义为： 霍尔系数R H 有如下表达式：e n R i H 1 ± = 表示霍尔效应的强弱。霍尔系数只与金属中自由电子密度有关 2、 金属的导电机制 只有在费密面附近能级的电子才能对导电做出贡献。 利用能带理论严格导出电导率表达式： 式中： nef 表示单位体积内实际参加传导过程的电子数； m *为电子的有效质量，它是考虑晶体点阵对电场作用的结果。 此式不仅适用于金属，也适用于非金属。能完整地反映晶体导电的物理本质。 量子力学可以证明，当电子波在绝对零度下通过一个完整的晶体点阵时，它将不受散射而无阻碍的传播，这时 电阻为零。只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方，电子波才受到散射(不相干散射)，这就会产生电阻——金属产生电阻的根本原因。由于温度引起的离子运动(热振动)振幅的变化(通常用振幅的均方值表示)，以及晶体中异类原子、位错、点缺陷等都会使理想晶体点阵的周期性遭到破坏。这样，电子波在这些地方发生散射而产生电阻，降低导电性。 3、 马西森定律 （P94题11） 试说明用电阻法研究金属的晶体缺陷（冷加工或高温淬火）时威慑年电阻测量要在低温下进行。 马西森（Matthissen ）和沃格特（V ogt ）早期根据对金属固溶体中的溶质原子的浓度较小，以致于可以略去它们 之间的相互影响，把金属的电阻看成由金属的基本电阻ρL(T)和残余电阻ρ?组成，这就是马西森定律（ Matthissen Rule ），用下式表示： ρ?是与杂质的浓度、电缺陷和位错有关的电阻率。 ρL(T)是与温度有关的电阻率。 4、 电阻率与温度的关系 金属的温度愈高，电阻也愈大。 若以ρ0和ρt 表示金属在0 ℃和T ℃温度下的电阻率，则电阻与温度关系为: 在t 温度下金属的电阻温度系数： 5、 电阻率与压力的关系 在流体静压压缩时，大多数金属的电阻率降低。 在流体静压下金属的电阻率可用下式计算 式中：ρ0表示在真空条件下的电阻率；p 表示压力；φ是压力系数(负值10-5~10-6 )。 正常金属（铁、钴、镍、钯、铂等），压力增大，金属电阻率下降；反常金属（碱土金属和稀土金属的大部分） 6、 缺陷对电阻率的影响：不同类型的缺陷对电阻率的影响程度不同，空位和间隙原子对剩余电阻率的影响和金属 杂质原子的影响相似。点缺陷所引起的剩余电阻率变化远比线缺陷的影响大。
材料的力学性能 mechanical properties of materials 主要是指材料的宏观性能，如弹性性能、塑性性能、硬度、抗冲击性能等。它们是设计各种工程结构时选用材料的主要依据。各种工程材料的力学性能是按照有关标准规定的方法和程序，用相应的试验设备和仪器测出的。表征材料力学性能的各种参量同材料的化学组成、晶体点阵、晶粒大小、外力特性（静力、动力、冲击力等）、温度、加工方式等一系列内、外因素有关。材料的各种力学性能分述如下： 弹性性能材料在外力作用下发生变形，如果外力不超过某个限度，在外力卸除后恢复原状。材料的这种性能称为弹性。外力卸除后即可消失的变形，称为弹性变形。表示材料在静载荷、常温下弹性性能的一些主要参量可以通过拉伸试验进行测定。 拉伸试样常制成圆截面(图1之a)或矩形截面(图1之b)棒体,l为标距,d为圆形试样的直径,h和t分别为矩形截面试样的宽度和厚度,图中截面形状用阴影表示,面积记为A。长度和横向尺寸的比例关系也有如下规定：对于圆形截面试样,规定l=10d或l=5d；对于矩形截 面试样,按照面积换算规定或者。试样两端的粗大部分用以和材料试验 机的夹头相连接。试验结果通常绘制成拉伸图或应力－应变图。图2为低碳钢的拉伸图,横坐标表示试样的伸长量Δl(或应变ε=Δl/l)，纵坐标表示载荷P（或应力σ＝P/A）。图中的曲线从原点到点p为直线，pe段为曲线，载荷不大于点e所对应的值时,卸载后试样可恢复原状。反映材料弹性性质的参量有比例极限、弹性极限、弹性模量、剪切弹性模量和泊松比等。 比例极限应力和应变成正比例关系的最大应力称为比例极限，即图中点p所对应的应力,以σp表示。在应力低于σp的情况下，应力和应变保持正比例关系的规律叫胡克定律。载荷超过点p对应的值后,拉伸曲线开始偏离直线。 弹性极限试样卸载后能恢复原状的最大应力称为弹性极限，即图中点e所对应的应力,以σe表示。若在应力超出σe后卸载，试样中将出现残余变形。比例极限和弹性极限的测试值敏感地受测试精度的影响，并不易测准，所以在有关标准中规定，对于拉伸曲线的直线部分产生规定偏离量（用切线斜率的偏差表示）的应力作为"规定比例极限"。对于弹性
第2章混凝土结构材料的物理力学性能 2.1选择题 1．混凝土若处于三向应力作用下，当（ D ）。 A. 横向受拉，纵向受压，可提高抗压强度； B. 横向受压，纵向受拉，可提高抗压强度； C. 三向受压会降低抗压强度； D. 三向受压能提高抗压强度； 2．混凝土的弹性模量是指（ A ）。 A. 原点弹性模量； B. 切线模量； C. 割线模量； D. 变形模量； 3．混凝土强度等级由150mm 立方体抗压试验，按（ B ）确定。 A. 平均值μfcu ； B. C. D. μfcu -1. 645σ ；μfcu -2σ ；μfcu -σ； 4．规范规定的受拉钢筋锚固长度l a 为（ C ）。 A ．随混凝土强度等级的提高而增大；
B ．随钢筋等级提高而降低； C ．随混凝土等级提高而减少，随钢筋等级提高而增大； D ．随混凝土及钢筋等级提高而减小； 5．属于有明显屈服点的钢筋有（ A ）。 A ．冷拉钢筋； B ．钢丝； C ．热处理钢筋； D ．钢绞线； 6．钢材的含碳量越低，则（ B ）。 A ．屈服台阶越短，伸长率也越短，塑性越差； B ．屈服台阶越长，伸长率越大，塑性越好； C ．强度越高，塑性越好； D ．强度越低，塑性越差； 7．钢筋的屈服强度是指（ D ）。 A. 比例极限； B. 弹性极限； C. 屈服上限； D. 屈服下限； 8．能同时提高钢筋的抗拉和抗压强度的冷加工方法是（ B ）。
A. 冷拉； B. 冷拔； 9．规范确定f cu , k 所用试块的边长是（ A ）。 A ．150 mm； B ．200 mm； C ．100mm ； D ．250 mm； 10．混凝土强度等级是由（ A ）确定的。 A ．f cu , k ； B ．f ck ； C ．f cm ； D ．f tk ； 11．边长为100mm 的非标准立方体试块的强度换算成标准试块的强度，则需乘以换算系数（ C ）。 A ．1.05 ； B ．1.0 ； C ．0.95 ； D ．0.90 ； 12．E c =
《材料物理性能复习资料整理》 一、名词解释 物质的磁化：物质在磁场中受磁场的作用呈现一定磁性的现象。 自发极化：铁磁性材料在没有外加H时，原子磁矩趋于同向排列而发生的磁化。 软磁材料：是指磁滞回线瘦长，μ高、H c小、M r低，并且磁化后容易退磁的磁性材料。硬磁材料：是指磁滞回线短粗，μ低、H c大、M r高，并且磁化后很难退磁的磁性材料。磁致伸缩：铁磁体在磁场中被磁化时，其形状和尺寸都会发生变化，这种现象称为磁致伸缩效应。 PN结：是指在同一块半导体单晶中P型掺杂区域N型掺杂区的交界面附近的区域。 禁带：在能带结构中能态密度为零的能量区间。 超导电性：在一定条件下（温度、磁场、压力）材料的电阻突然消失的现象称为超导电性。马基申定则：马基申等人把固溶体电阻率看成由金属基本电阻率ρ(T)和残余电阻ρ残组成。 这表明在一级近似下，不同散射机制对电阻率的贡献可以用加法求和。 激活介质：实现粒子数反转的介质具有对光的放大作用，称为激活介质。 因瓦效应：将与因瓦反常相关联的其它物理特性的反常行为统称为因瓦效应。 磁介质：能被磁场磁化的物质。 技术磁化：是指在外磁场的作用下，铁磁体从完全退磁状态磁化至饱和的内部变化过程。磁畴：是指在未加磁场时铁磁体内部已经磁化到饱和状态的小区域。 铁电畴：铁电体中自发极化方向一致的微小区域。 N型半导体：在本征半导体中掺入5价元素（磷，砷，锑）使晶体中的自由电子的浓度极大地增加而形成的以电子为多子的杂质半导体称为N型半导体。 第一类超导体：指大多数纯金属超导体，在超导态下磁通从超导体中全部逐出，具有完全的迈斯纳效应（完全的抗磁性）。这类导体称为第一类超导体。 介质损耗：电介质在外电场作用下，其内部会有发热现象，这说明有部分电能已转化为热能耗散掉，这种介质内的能量损耗称为介质损耗。 光致发光：通过光的辐射将材料中的电子激发到高能态从而导致发光，称为光致发光。 杜隆-珀替定律：恒压下，元素的原子摩尔热容为25J/(K?mol)。 二、简答题 1.请从能量式波长（频率）范围详细划分电磁波谱 （1）无线电波——波长从108~1013nm （2）微波——波长从106~108nm （3）红外线——波长从103~106nm （4）可见光——波长390~700nm （5）紫外线——波长从10~390nm （6）伦琴射线——波长10-3~100nm （7）γ射线——波长从10-5~0.1nm
第 2 章混凝土结构材料的物理力学性能 本章提要 钢筋与混凝土的物理力学性能以及共同工作的特性直接影响混凝土结构和构件的性能，也是混凝土结构计算理论和设计方法的基础。本章讲述钢筋与混凝土的主要物理力学性能以及混凝土与钢筋的粘结。 2.1 混凝土的物理力学性能 2.1.1 混凝土的组成结构 普通混凝土是由水泥、砂、石材料用水拌合硬化后形成的人工石材，是多相复合材料。通常把混凝土的结构分为三种基本类型：微观结构即水泥石结构；亚微观结构即混凝土中的水泥砂浆结构；宏观结构即砂浆和粗骨料两组分体系。 微观结构（水泥石结构）由水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成，其物理力学性能取决于水泥的化学矿物成分、粉磨细度、水灰比和凝结硬化条件等。混凝土的宏观结构与亚微观结构有许多共同点，可以把水泥砂浆看作基相，粗骨料分布在砂浆中，砂浆与粗骨料的界面是结合的薄弱面。骨料的分布以及骨料与基相之间在界面的结合强度也是重要的影响因素。 浇注混凝土时的泌水作用会引起沉缩，硬化过程中由于水泥浆水化造成的化学收缩和干缩受到骨料的限制，会在不同层次的界面引起结合破坏，形成随机分布的界面裂缝。 混凝土中的砂、石、水泥胶体组成了弹性骨架，主要承受外力，并使混凝土具有弹性变形的特点。而水泥胶体中的凝胶、孔隙和界面初始微裂缝等，在外力作用下使混凝土产生塑性变形。另一方面，混凝土中的孔隙、界面微裂缝等缺陷又往往是混凝土受力破坏的起源。由于水泥胶体的硬化过程需要多年才能完成，所以混凝土的强度和变形也随时间逐渐增长。 2.1.2 单轴向应力状态下的混凝土强度 混凝土的强度与水泥强度等级、水灰比有很大关系；骨料的性质、混凝土的级配、混凝土成型方法、硬化时的环境条件及混凝土的龄期等也不同程度地影响混凝土的强度；试件的大小和形状、试验方法和加载速率也影响混凝土强度的试验结果。因此各国对各种单向受力下的混凝土强度都规定了统一的标准试验方法。 1.混凝土的抗压强度 (1) 混凝土的立方体抗压强度和强度等级 立方体试件的强度比较稳定，所以我国把立方体强度值作为混凝土强度的
材料物理性能 第一章 考点1. 电子理论的发展经历了三个阶段，即古典电子理论、量子自由电子理论和能带理论。古典电子理论假设金属中的价电子完全自由，并且服从经典力学规律； 量子自由电子理论也认为金属中的价电子是自由的，但认为它们服从量子力学规律；能带理论则考虑到点阵周期场的作用。 考点2. 费米电子 在T = 0K时，大块金属中的自由电子从低能级排起，直到全部价电子均占据了相应的能级为止。具有能量为EF(0)以下的所有能级都被占满，而在EF(0)之上的能级都空着，EF(0)称为费米能，是由费米提出的，相应的能级称为费米能级。 考点3. 四个量子数 1、主量子数n 2、角量子数l 3、磁量子数m 4、自旋量子数ms 考点4. 思考题 1、过渡族金属物理性能的特殊性与电子能带结构有何联系？ 过渡族金属的 d 带不满，且能级低而密，可容纳较多的电子，夺取较高的 s 带中的电子，降低费米能级。 第二章 考点5. 载流子 载流子可以是电子、空穴，也可以是离子、离子空位。材料所具有的载流子种类不同，其导电性能也有较大的差异，金属与合金的载流子为电子，半导体的载流子为电子和空穴，离子类导电的载流子为离子、离子空位。而超导体的导电性能则来自于库柏电子对的贡献。 考点6. 杂质可以分为两类 一种是作为电子供体提供导带电子的发射杂质，称为“施主”；另一种是作为电子受体提供价带空穴的收集杂质，称为“受主”。 掺入施主杂质后在热激发下半导体中电子浓度增加(n>p)，电子为多数载流子，简称“多子”，空穴为少数载流子，简称“少子”。这时以电子导电为主，故称为n型半导体。施主杂质有时也就称为n型杂质。 在掺入受主的半导体中由于受主电离(p>n)，空穴为多子，电子为少子，因而以空穴导电为主，故称为p型半导体。受主杂质也称为p型杂质。 考点7. 我们把只有本征激发过程的半导体称为本征半导体。 考点8. 在同一种半导体材料中往往同时存在两种类型的杂质，这时半导体的导电类型主要取决于掺 杂浓度高的杂质。 随着温度的升高本征载流子的浓度将迅速增加，而杂质提供的载流子浓度却不随温度而改变。因此，在高温时即使是杂质半导体也是本征激发占主导地位，呈现出本征半导体的特征(n≈p)。一般半导体在常温下靠本征激发提供的载流子甚少
．钢筋的应力—应变曲线和力学性能指标 钢筋混凝土及预应力混凝土结构中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋(一般称为软钢)和无明显屈服点的钢筋(一般称为硬钢)。 有明显屈服点的钢筋的应力-应变曲线如图11-30所示。图中，a点以前应力与应变按比例增加，其关系符合虎克定律，这时如卸去荷载，应变将恢复到0，即无残余变形，a点对应的应力称为比例极限；过ad 点后，应变较应力增长为快；到达b点后，应变急剧增加，而应力基本上不变，应力—应变曲线呈现水平段cd，钢筋产生相当大的塑性变形，此阶段称为屈服阶段。b、c两点分别称为上屈服点和下屈服点。由于上屈服点b为开始进入屈服阶段的应力，呈不稳定状态，而下屈服点c比较稳定，因此，将下屈服点c的应力称为“屈服强度”。当钢筋屈服塑流到一定程度，即到达图中的d点，cd段称为屈服台阶，过d点后，应力应变关系又形成上升曲线，但曲线趋平，其最高点为e，de段称为钢筋的“强化阶段”，相应于e点的应力称为钢筋的极限强度，过e点后，钢筋薄弱断面显著缩小，产生“颈缩”现象(图11-31)，此时变形迅速增加，应力随之下降，直至到达f点时，钢筋被拉断。
钢筋的力学性能指标有4个，即屈服强度、极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能 (1)屈服强度 如上所述，对于软钢，取下屈服点c的应力作为屈服强度。对无明显屈服点的硬钢，设计上通常取残余应变为0．2％时所对应的应力作为假想的屈服点，称为条件屈服强度，用σ0．2来表示。对钢丝和热处理钢筋的0．2，规范统一取0．8倍极限抗拉强度。 (2)极限抗拉强度 对于软钢，取应力-应变曲线中的最高点e为极限抗拉强度；对于硬钢，规范规定，将应力—应变曲线的最高点作为强度标准值的依据。 (3)伸长率 伸长率是衡量钢筋塑性性能的一个指称，用δ表示。δ为钢筋试件拉断后的残余应变，其值为： 式中 l1——钢筋试件受力前的量测标距长度； 12——试件经拉断并重新拼合后的量测得到的标距长度。 应变量测标距按规定有l1=5d(d为试件直径)、10d，和按固定长度100mm三种，相应的伸长率分别为δ5、δ10、δ100，标距越短，平均残余应变越大，因此，一般δ5>δ10>δ100。 伸长率大的钢筋塑性性能好，拉断前有明显的预兆；伸长率小的钢筋塑性性能差，其破坏会突然发生，呈脆性特征，具有明显屈服点的钢筋有较大的伸长率，而无明显屈服点的钢筋伸长率很小。 (4)冷弯试验 冷弯试验是检验钢筋塑性的另一种方法。伸长率一般不能反映钢筋的脆化倾向，而冷弯性能可间接地反映钢筋的塑性性能和内在质量。冷弯试验的两个主要参数是弯心直径D和冷弯角度α。将要试验的钢筋(直径为d)绕某一规定直径的钢辊轴(直径为D)进行弯曲(图11-33)。冷弯试验合格的标准为在规定的D和α下
西 安 科 技 大 学 2011—2012学 年 第 2 学 期 考 试 试 题（卷） 学院：材料科学与工程学院 班级： 姓名： 学号：
—2012 学 年 第 2 学 期 考 试 试 题（卷） 学院：材料科学与工程学院 班级： 姓名： 学号：
材料物理性能 A卷答案 一、填空题（每空1分，共25分）： 1、电子运动服从量子力学原理周期性势场 2、导电性能介电性能 3、电子极化原子（离子）极化取向极化 4、完全导电性（零电阻）完全抗磁性 5、电子轨道磁矩电子自旋磁矩原子核自旋磁矩 6、越大越小 7、电子导热声子导热声子导热 8、示差热分析仪（DTA）、示差扫描热分析（DSC）、热重分析（TG） 9、弹性后效降低（减小） 10、机械能频率静滞后型内耗 二、是非题（每题2分，共20分）： 1、√ 2、× 3、× 4、√ 5、× 6、√ 7、× 8、× 9、× 10、√ 三、名词解释（每题3分，共15分）： 1、费米能：按自由电子近似，电子的等能面在k空间是关于原点对称的球面。特别有意义的是E=E F的等能面，它被称为费米面，相应的能量成为费米能。 2、顺磁体：原子内部存在永久磁矩，无外磁场，材料无规则的热运动使得材料没有磁性，当外磁场作用，每个原子的磁矩比较规则取向，物质显示弱磁场，这样的磁体称顺磁体。 3、魏得曼-弗兰兹定律：在室温下许多金属的热导率与电导率之比几乎相同，而不随金属的不同而改变。 4、因瓦效应：材料在一定温度范围内所产生的膨胀系数值低于正常规律的膨胀系数值的现象。
5、弛豫模量：教材P200 四、简答题（每题6分，共30分）： 1、阐述导体、半导体和绝缘体的能带结构特点。 答：①导体中含有未满带，在外场的作用下，未满带上的电子分布发生偏移，从而改变了原来的中心堆成状态，占据不同状态的电子所形成的运动电流不能完全抵消，未抵消的部分就形成了宏观电流；②绝缘体不含未满带，满带中的电子不会受外场的作用而产生偏离平衡态的分布，而一些含有空带的绝缘体，也因为禁带间隙过大，下层满带的电子无法跃迁到空带上来形成可以导电的未满带，所以绝缘体不能导电；③本征半导体的情况和绝缘体类似，区别是其禁带能隙比较小，当受到热激发或外场作用时，满带中的电子比较容易越过能隙，进入上方空的允带，从而使材料具有一定的导电能力；④掺杂半导体则是通过掺入异质元素，从而提供额外的自由电子或者额外的空穴以供下层电子向上跨越，使得跨越禁带的能量变低，电子更加容易进入上层的空带中，从而具有导电能力。 2、简述温度对金属电阻影响的一般规律及原因。 答：无缺陷理想晶体的电阻是温度的单值函数，如果在晶体中存在少量杂质和结构缺陷，那么电阻与温度的关系曲线将要变化。 在低温下，电子-电子散射对电阻的贡献显著，其他温度电阻取决于电子-声子散射。 3、何谓材料的热膨胀？其物理本质是什么？ 答：①热膨胀：材料在加热和冷却过程中，其宏观尺寸随温度发生变化的现象。 ②物理本质：在非简谐近似下，随温度增加，原子热振动不仅振幅和频率增加，其平衡位置距平均尺寸也增加，即导致振动中心右移，原子间距增大，宏观上变现为热膨胀。 4、物质的铁磁性产生的充要条件是什么？ 答：(1) 原子中必须有未填满电子的内层，因而存在未被抵消的自旋磁矩。 (2) 相邻原子间距a与未填满的内电子层半径r之比大于3，即a/r＞3。 5、内耗法测定α-Fe中碳的扩散（迁移）激活能H的方法和原理。 答：参考教材P-211 五、论述题（每题10分，共10分）：
第一章材料的力学性能一、选择题 1、f sd 表示（B） A、钢筋抗压强度设计值； B、钢筋抗拉强度设计值； C、钢筋抗拉强度标准值 2、C30 混凝土中的“30”表示（A） A、混凝土的立方体抗压强度标准值f cu,k= 30MP a ； B、混凝土的轴心抗压强度标准值f ck= 30MP a ； C、混凝土的轴心抗拉强度标准值f tk= 30MP a 3、混凝土的强度等级以（A）表示 A、混凝土的立方体抗压强度标准值f cu ,k ； B、混凝土的轴心抗压强度标准值f ck ； C、混凝土的轴心抗拉强度标准值f tk 4、测定混凝土的立方体抗压强度标准值f cu ,k ，采用的标准试件为（A） A、150mm?150mm?150mm ； B、450mm?150mm?150mm； C、450mm? 450mm? 450mm 5、测定混凝土的轴心抗压强度时,试件涂油和不涂油相比，( B )的测定值大。 A、涂油； B、不涂油； C、一样大 6、钢筋混凝土构件的混凝土的强度等级不应低于( A )。 A、C20； B、C25； C、C30 7、钢筋混凝土构件中的最大的粘结力出现在( A )。 A、离端头较近处； B、靠近钢筋尾部； C、钢筋的中间的部位 8、预应力混凝土构件所采用的混凝土的强度等级不应低于( C )。 A、C20； B、C30； C、C40 二、问答题 1、检验钢筋的质量主要有哪几项指标？ 答：对软钢有屈服强度、极限强度、伸长率、冷弯性 能。对硬钢有极限强度、伸长率、冷弯性能。
2、什么是钢筋的屈强比？它反映了什么问题？ 答：屈强比为钢筋的屈服强度与极限强度的比值。它反映结构可靠性的潜 力及材料的利用率。 3、如何确定混凝土的立方体抗压强度标准值？它与试块尺寸的关系如何？ 答：按标准方法制作、养护的边长为150mm的立方体在28天龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度。试件尺寸越小，抗压强度值越高。 4、为什么要有混凝土棱柱体抗压强度这个力学指标？它与混凝土立方体抗 压强度有什么关系？ 答：钢筋混凝土受压构件中棱柱体多于立方体，所以棱柱体抗压强度比立 方体抗压强度能更好地反映受压构件中混凝土的实际强度。混凝土的棱柱体抗压 强度低于混凝土的立方体抗压强度。 5、什么是混凝土的极限压应变 ？ cu 答：混凝土的极限压应变是指混凝土棱柱体受压破坏时的最大压应变。 6、徐变和塑性变形有什么不同？ 答：（1）徐变主要为水泥凝胶体的黏性流动。塑性变形主要为混凝土内微裂缝的发展。（2）徐变可部分恢复。塑性变形不可恢复。（3）有应力 （无论大小）即有徐变。塑性变形只在应力较大时发生 7、在钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土能够共同工作的基础是什么？ 答：（1）钢筋与混凝土之间的粘结力；（2）钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数接近（钢为 1.2*10-5；混凝土为 1.0*10-5~1.5*10-5）；（3）钢筋与构件边缘之间的混凝土保护层，保护钢筋不易发生锈蚀，不致因火灾使钢筋软化。 8、影响混凝土抗压强度的因素是什么？ 答：（1）组成混凝土的材料品种；（2）组成材料的配比：水灰比、空气含量、水泥含量、骨料最大尺寸；（3）混凝土的龄期；（4）试验方法：试件形状和尺寸、加载速度。 9、什么是混凝土的收缩？ 答：混凝土在空气中结硬时，随时间的延长体积减小的现象。