本文由淡静雅贡献
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第二章钢筋和混凝土材料力学性能
一、钢筋的强度和变形
1. 钢筋的应力-应变曲线
上屈服点不稳定出现颈缩
ζ
D B’标距 A B C BC段为屈服平台 CD段为强化段下屈服点拉断 E
ζζ0.2
ε
0.2%
ε
有明显流幅的钢筋
无明显流幅的钢筋
钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同
一、钢筋的强度和变形
1. 钢筋的应力-应变曲线
强度指标
* 明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度作为设明显流幅的钢筋：
A
ζ
D B’ B C E
计强度的依据，因为，钢筋屈服后会产生大的塑计强度的依据，因为，性变形，钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形性变形，和不可闭合的裂缝，以至不能使用和不可闭合的裂缝，
ζ
ε
* 无明显流幅的钢筋：残余应变为0.2%时所对应无明显流幅的钢筋：ζ0.2
的应力作为条件屈服强度
0.2%
ε
一、钢筋的强度和变形
1. 钢筋的应力-应变曲线
强度指标的确定强度
强度标准值
随机变量根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率（钢筋为97.73%）的统计特征值：
强度标准值=强度平均值强度标准值=强度平均值2×均方差
概率密度
强度平均值
强度标准值
材料强度
一、钢筋的强度和变形
1. 钢筋的应力-应变曲线
变形指标
* 伸长率：钢筋拉断后的伸长与原长的比值伸长率：
A
ζ
D B’ B C E
ζ
ε
* 冷弯要求：将直径为d的钢筋绕直径为D的钢辊冷弯要求：
ζ0.2
弯成一定的角度而不发生断裂
0.2%
ε
一、钢筋的强度和变形
2. 钢筋的成分、级别和品种
按化学成分
低碳钢（含碳量<0.25%）碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）中碳钢（含碳量0.25~0.6%）高碳钢（含碳量0.6~1.4%）硅系普通低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、铬等）硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系
一、钢筋的强度和变形
2. 钢筋的成分、级别和品种
按加工
热轧钢筋：热轧光面钢筋HPB235，热轧带肋钢筋HRB335、HRB400，余热处理钢筋RRB400 钢筋
冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成热处理钢筋：将HRB400、RRB400钢筋通过加热、淬火、回火而成碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成
钢丝
刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力钢绞线：六根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成
一、钢筋的强度和变形
2. 钢筋的成分、级别和品种
按表面形状
光圆钢筋变形钢筋
钢筋的应用范围
非预应力钢筋：HRB235，HRB335，HRB400，RRB400 预应力钢筋：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋，冷拉钢筋
一、钢筋的强度和变形
3. 钢筋的冷加工和热处理
冷拉
K点的选择：应力控制和应变控制
ζ
B K’ K Z 无时效 Z’经时效
温度的影响：温度达700oC时恢复到冷拉前的状态，先焊后拉
残余变形冷拉伸长率
特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降
一、钢筋的强度和变形
3. 钢筋的冷加工和热处理
冷拔
经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅
冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度
一、钢筋的强度和变形
3. 钢筋的冷加工和热处理
热处理
不降低强度的前提下，消除由淬火产生的内力，改善塑性和韧性
对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理
强度提高，塑性降低
一、钢筋的强度和变形
4. 钢筋的徐变和松弛
徐变
应力不变，随时间的增长应变继续增加
松弛
长度不变，随时间的增长应力降低
对结构，尤其是预应力结构，产生不利的影响，需采取必要的措施
一、钢筋的强度和变形
5. 钢筋的疲劳
重复荷载作用下，钢筋的强度<静载作用下的强度
规定的应力幅度内，经一定次数的重复荷载后，发生疲劳破坏的最大应力值称为疲劳强度。对钢筋用疲劳应力幅来表示其疲劳强度。
单根钢筋的轴拉疲劳试验方法钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯
一、钢筋的强度和变形
6. 混凝土结构对钢筋的要求
强度要求：屈服强度和极限强度，抗震设计时还要求有一定的屈强比强度要求：屈服强度和极限强度，
塑性要求：伸长率和冷弯要求塑性要求：
可焊性
与混凝土的粘结性
一、钢筋的强度和变形
7. 钢筋应力-应变曲线的数学模型
ζs
fs,u fy fy
ζs
fs,u fy
ζs
ζs=Esεs ε
y
ζs=Esεs εs,
εs,u εs,
h
ζs=Esεs ε
y
εs
ε
y
εs
εs,h
εs,
u
εs
有明显流幅的钢筋
无明显流幅的钢筋
二、混凝土的强度和变形
1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度
立方体抗压强度fcu
承压板摩擦力
发展→扩张→整个体发展→扩张→系解体，丧失承载力系解体，
另影响强度的因素
压力→试件→裂缝压力→试件→
试块
还有：龄期、加载速还有：龄期、率、试块尺寸等
不涂润滑剂
强度大于
涂润滑剂
我国规范的方法：不涂润滑剂
二、混凝土的强度和变形
1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度
立方体抗压强度fcu 标准试块：150×150 ×150 非标准试块：100×100 ×100 200×200 ×200
级有：级有：
C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，，，，，，，，，，，，，C75，C80 ，
立方体抗压强度表示混凝土Concrete
换算系数 0.95 换算系数 1.05
立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，
二、混凝土的强度和变形
1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度
棱柱体抗压强度fc
承压板
标准试块：150×150 ×300 非标准试块：100×100 ×300 200×200 ×400 换算系数
0.95 换算系数 1.05
试块
考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大考虑到承压板对试件的约束，
于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu (试验结果) 于棱柱体抗压强度，且有：
考虑到构件和试件的区别，取fc=0.67fcu 考虑到构件和试件的区别，
对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150, 对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（ h=300），有fc’=0.79fcu ），有圆柱体抗压强度
二、混凝土的强度和变形
2. 单轴受力状态下混凝土的抗拉强度
直接受拉试验ft
100 150 500 150 100
试验结果：ft=0.26fcu 2/3 试验结果：
考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，速度等的影响，取ft=0.23fcu 2/3 速度等的影响，
二、混凝土的强度和变形
2. 单轴受力状态下混凝土的抗拉强度
劈裂试验fts
F F
我国根据100mm立方体的
劈裂与抗压试验结果有：劈裂与抗压试验结果有：
d d
fts=0.19fcu 3/4
F F fts
2F f ts = πdl
二、混凝土的强度和变形
2. 复合受力状态下混凝土的抗拉强度
双轴应力下的强度
ζ2/f
c
1.2 1.0
-0.2
拉 -0.2
η/fc
0.2
ζ
ηηζ
0.1
ζ/fc
1.0 1.2 压 -0.1 0.0 0.6 1.0 单轴抗压强度单轴抗拉强度
ζ1/fc
双向正应力下的强度曲线
法向应力和剪应力下的强度曲线
二、混凝土的强度和变形
2. 复合受力状态下混凝土的抗拉强度
三向受压时的混凝土强度圆柱体试验
ζ1=fcc
’
ζ2= ζ3= fL
fL侧向约束压应力（加液压）
f cc ' = f c '+4.1 f L
无侧向约束时圆柱体的单轴抗压强度
ζ1=fcc’
有侧向约束时的抗压强度
二、混凝土的强度和变形
3. 混凝土的疲劳强度
ζ3
破坏 fcf
ζ2
疲劳强度 ζ1 ε fcf的确定原则： 100×100 ×300或 150×150 ×450 的棱柱体试块承受200万次（或以上）循环荷载时发生破坏的最大压应力值 重复荷载下的应力-应变曲线 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 单轴受压时的应力-应变关系 ζ 25 20 15 10 5 o (MPa) c fc b a 混凝土强度提高 加载速度减慢 ε0 2 4 6 8 10 d ε(×10-3) 作用是：峰值应力后，吸收试验机的变形能，测出下降段 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 单轴受压时的应力-应变关系的数学模型 ζc fc ε ?ε ? ζ c = f c ?1 ? 0.15 c 0 ? ε ?ε ? u 0 ζc fc ? ε ?2 ? ζ c = f c ?1 ? ?1 ? c ? ? ? ? ? ? ε0 ? ? ? ? 0.15fc ? ε ?2 ? ζ c = f c ?1 ? ?1 ? c ? ? ? ? ? ? ε0 ? ? ? ? ε c ε c ε0=0.002 εu=0.0035 o ε0=0.002 εu=0.0038 o 美国Hognestad模型 德国Rüsch模型 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 单轴受压时的应力-应变关系的数学模型中国规范 1 n = 2 ? ( f cu ? 50),当n ≥ 2时，取n = 2 60 ζc fc ? ε ?n ? ζ c = f c ?1 ? ?1 ? c ? ? ? ? ? ? ε0 ? ? ? ? ε c ε0 εu o ε 0 = 0.002 + 0.5( f cu ? 50)×10 ?5 ε u = 0.0033 ? ( f cu ? 50 )× 10 ?5 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 侧向受约束时混凝土的变形特点 ζc fcc 约束混凝土环箍断裂 fc Ec Esec o 非约束混凝土 ε c εsp εcc εcu εc0 2εc0 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 轴向受拉时混凝土的应力应变关系 ζt(MPa) 4 3 2 1 试件： 76×19×305mm fc = 44MPa ? (mm) 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.0 5 0.0 6 o εt0 εcr =0.00012 标距＝83mm ！！！ ζt ft 理论模型 εt εtu 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 重复荷载下混凝土的变形性能 包罗线与一次性加载时的应力-应变曲线相似 ζ ζ εεp ε e ε 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 混凝土的弹性模量 原点切线模量（弹性模量）：拉压相同 ζc ζc Ec = tgα 0 = ζ c / ε e 变形模量（割线模量、弹塑性模量） α α0 ε e εp ε c α1 ε c Ec ' = tgα1 = ζ c / ε c 切线模量 dζ c Ec ' ' = tgα = dε c ε e Ec ' = Ec = νEc ε c 受压时，为0.4~1.0；受拉破坏时，为1.0 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 混凝土的弹性模量的试验方法（150×150 × 300标准试件） ζc/fc 0.5 5~10次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec ε c 105 Ec = ( N / mm 2 ) 34.74 2.2 + f cu 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 混凝土的泊松比和剪切模量 混凝土的泊松比，在压力较小时为0.15~0.18，接近破坏时可达0.5以上，混凝土的泊松比，以上，一般可取0.2 混凝土的剪切模量为 Gc = Ec 2(1 + ν c ) 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 P 长期荷载作用下混凝土的变形性能徐变 原因之一，胶凝体原因之一， (×10-3) 2.5 2.0 的粘性流动 ζc<0.8fc，非线性徐变ζc<0.5fc，线性徐变 原因之二，混凝土原因之二， 1.5 内部微裂缝的不断发展 εe’εe’’εcr’ εcr 1.0 0.5 ε e 0 5 10 15 20 25 30 35 (月) 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 长期荷载作用下混凝土的变形性能影响徐变的因素 应力：ζc<0.5fc，徐变变形与应力成正比线性徐变应力： 0.5fc<ζc<0.8fc，非线性徐变 ζc>0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定 加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大加荷时混凝土的龄期，越早， ?水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大， ?骨料越硬，徐变越小骨料越硬， 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 混凝土的收缩结硬过程中混凝土体积缩小的性质 水泥品种：等级越高，收缩越大水泥品种：等级越高， ?水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大， ?骨料：骨料越硬，收缩越小骨料：骨料越硬， 养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等养护条件、制作方法、使用环境、 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 徐变对混凝土结构的影响 P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂 P P P As ζc1 As ζs1 As ζs2 ζs2 徐变：ζs↑，ζc↓徐变： 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 收缩对混凝土结构的影响 As As ζs As ζs 收缩：钢筋受压，混凝土受拉收缩： 1本文由无聊才回帖贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第二章钢筋混凝土材料的力学性能 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 概述 混凝土结构主要用钢筋和混凝土材料制作而成。混凝土结构主要用钢筋和混凝土材料制作而成。为了合理地进行混凝土结构设计，为了合理地进行混凝土结构设计，需要深入地了解混凝土和钢筋的受力性能。对混凝土和钢筋力学性能、凝土和钢筋的受力性能。对混凝土和钢筋力学性能、相互作用和共同工作的了解，相互作用和共同工作的了解，是掌握混凝土结构构件性能并对其进行分析与设计的基础。性能并对其进行分析与设计的基础。 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 本章重点 熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则；及其选用原则；熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能及其选用原则；形性能及其选用原则；了解钢筋与混凝土的粘结性能钢筋与混凝土的粘结性能。了解钢筋与混凝土的粘结性能。 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 1. 钢筋的成分、级别和品种钢筋的成分、按化学成分 含碳量越高，强度越高，但碳素钢（铁、碳、硅、碳素钢锰、硫、磷等元素）中碳钢（含碳量0.25~0.6%）塑性和可焊性减低 低碳钢（含碳量<0.25%） 高碳钢（含碳量0.6~1.4%）锰系硅钒系 20MnSi 40Si2MnV 45SiMnTi 40Si2Mn 45Si2Cr 普通低合金钢（另普通低合金钢加硅、锰、钛、钒、铬等） 硅钛系硅锰系硅铬系 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 按表面形状按力学性能光圆钢筋变形钢筋 有明显屈服点钢筋（软钢”有明显屈服点钢筋（“软钢”）无明显屈服点钢筋（“硬钢”）无明显屈服点钢筋（硬钢” 按使用用途 普通钢筋预应力钢筋 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 按加工方法 热轧钢筋：热轧钢筋：由低碳钢和普通低合金钢在高温状态下轧制而成钢筋冷拉钢筋：冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成热处理钢筋：热处理钢筋：将HRB400、RRB400钢筋通过加热、淬火、回火而成碳素钢丝：碳素钢丝：钢筋通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成 钢丝 刻痕钢丝：刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力钢绞线：钢绞线：几根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 常用热轧钢筋的种类、表1-1 常用热轧钢筋的种类、代表符号和直径范围 强度等级代号 HPB235 HRB335 HRB400 RRB400 钢种符号 d/mm 6~20 6~50 6~50 8~40 Q235（低碳钢）（低碳钢） 20MnSi（低合金钢）（低合金钢） 20MnSiV,20MnSiNb,20Mn Ti（低合金钢）（低合金钢） K20MnSi（低合金钢）（低合金钢） 表示热轧，注：第一个字母H（hot rolled）表示热轧，R(Remained heat treated)表示为余热处理；表示光圆，表示带肋；处理；第二个字母P(Plain)表示光圆，R(ribbed)表示带肋；第三个字母 B（Bar）代表钢筋；数字表示标准强度表示标准强度。代表钢筋；数字表示标准强度。 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 为热轧光面钢筋，普通钢筋，软钢”光面钢筋 HPB235为热轧光面钢筋，普通钢筋，“软钢”是热轧变形钢筋，普通钢筋，软钢”变形钢筋 HRB335和HRB400是热轧变形钢筋，普通钢筋，“软钢” RRB400 是余热处理钢筋，余热处理钢筋是将屈服强度相当于的钢筋在轧制后穿水冷却， HRB335 的钢筋在轧制后穿水冷却，然后利用芯部的余热对钢筋表面的淬水硬壳回火处理而成的变形钢筋。其性能接近于级钢筋，级钢筋稳定， HRB400 级钢筋，但不如 HRB400 级钢筋稳定，应用范围受到限制。 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 钢筋的直径范围并不表示在此范围内任何直径的钢筋钢厂都生产。生产。钢厂提供的钢筋直径为6 mm，6.5 mm，8 mm，8.2 mm，10 mm，12 mm，14 mm，16 mm，18 mm，20 mm，22 mm，25 其中， mm，28 mm，32 mm，36 mm，40 mm和 50 mm。其中，d=8.2 的钢筋仅适用于有纵肋的热处理钢筋。设计时， mm的钢筋仅适用于有纵肋的热处理钢筋。设计时，应在表1-1的直径范围和上述提供的直径内选择钢筋。直径范围和上述提供的直径内选择钢筋。当采用直径大于40 mm 的钢筋时，应有可靠的工程经验。的钢筋时，应有可靠的工程经验。 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 钢筋表面形状的选择取决于钢筋的强度。钢筋表面形状的选择取决于钢筋的强度。为了使钢筋的强度能够充分地利用，了使钢筋的强度能够充分地利用，强度越高的钢筋要求与混凝土粘结的强度越大。筋要求与混凝土粘结的强度越大。提高粘结强度的办法是将钢筋表面轧成有规律的凸出花纹，的办法是将钢筋表面轧成有规律的凸出花纹，称将钢筋表面轧成有规律的凸出花纹为变形钢筋。 HPB235 钢筋的强度低，表面做成变形钢筋。 钢筋的强度低，光面即可。光面即可。横肋较密，螺旋纹和人字纹 (右图b，c):横肋较密，消耗纵肋和横肋相交，于肋纹的钢材较多;纵肋和横肋相交，容易造成应力集中,对钢筋的动力性能不利. 月牙纹(右图d)。 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 2. 钢筋的应力应变曲线钢筋的应力-应变曲线 上屈服点不稳定出现颈缩 ζ D B’标距 A B C BC段为屈服平台 CD段为强化段下屈服点拉断 E ζζ0.2 ε 0.2% ε 有明显流幅的钢筋 无明显流幅的钢筋 钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 强度指标 * 有明显流幅的钢筋：在建立钢筋混凝土构有明显流幅的钢筋：件截面承载力计算理论时，下屈服点对应件截面承载力计算理论时，以下屈服点对应的强度作为设计时钢筋强度的取值（的强度作为设计时钢筋强度的取值（ fy ）。 两点简化：两点简化：钢筋应力不大于屈服点时应力A. 钢筋应力不大于屈服点时应力-应变关系直服从胡克定律，处于理想弹性阶段； -直服从胡克定律，处于理想弹性阶段； B.不利用应力强化阶段， B.不利用应力强化阶段，假设钢筋混凝土不利用应力强化阶段构件截面达到破坏时，构件截面达到破坏时，钢筋拉应力保持为屈服点应力。钢筋的极限强度作为一种安全储备作为一种安全储备。点应力。钢筋的极限强度作为一种安全储备。 A ζ D B’ B C E ε 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 强度指标 * 无明显流幅的钢筋：残余应变为无明显流幅的钢筋：残余应变为0.2%时所对应的应力时所对应的应力作为其强度限值，称为条件屈服强度作为其强度限值，称为条件屈服强度，混凝土规范取ζ0.2 ＝0.85 ζb，ζb为极限抗拉强度。为极限抗拉强度。 ζζ0.2 fs,u fy ζs ζs=Esεs 0.2% ε ε y εs,h εs, u εs 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 强度指标的确定标准值和表示。钢筋强度用标准值设计值表示钢筋强度用标准值和设计值表示。强度 强度标准值 随机变量 根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有95％以上保证率（钢筋为97.73% ）的统计特征值：强度标准值（强度标准值（fyk）=强度平均值均值-2×均方差概率密度 强度平均值 强度标准值 材料强度 钢筋强度的设计值fy等于钢筋强度标准值除以材料分项系数γs，即 河南理工大学土木工程学院 fy = f yk γs 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 变形指标 为防止在弯折加工时断裂和使用过程中脆断，为防止在弯折加工时断裂和使用过程中脆断，钢筋还应具有一定的塑性变形能力。应具有一定的塑性变形能力。 * 伸长率：钢筋拉断后的伸长与原长的比值伸长率：伸长率越大，塑性越好。伸长率用δ表示，用钢筋试样拉断后断口两侧的残留应变(用百分率表示)作伸长率，即 l' ? l δ= l ×100% * 冷弯性能：将直径为的钢筋绕直径为的钢辊冷弯性能：将直径为d的钢筋绕直径为的钢筋绕直径为D的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂及起层现象弯芯的直径越小，弯转角越大，塑性越好 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 3.冷加工钢筋冷加工钢筋冷拉 K点的选择：应力控制和应变控制 ζ B K’ Z’经时效 Z 无时效 K 温度的影响：温度达700oC时恢复到冷拉前的状态，先焊后拉 ε 残余变形冷拉伸长率 特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 冷拔 经过冷拔后钢筋强度提高，塑性降低，没有明显的屈服点和流幅 河南理工大学土木工程学院 冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 冷轧带肋钢筋 以低碳钢筋或低合金钢筋为原材料，以低碳钢筋或低合金钢筋为原材料，在常温下进行轧制而成的表面带有纵肋和月牙纹横肋的钢筋。纹横肋的钢筋。它的极限强度与冷拔低碳钢丝相近，钢丝相近，但伸长率比冷拔低碳钢丝有明显提高。显提高。 冷轧扭钢筋 以热轧光面钢筋HPB 235为原材料，为原材料，以热轧光面钢筋为原材料按规定的工艺参数，按规定的工艺参数，经钢筋冷轧扭机一次加工轧扁扭曲呈连续螺旋状。次加工轧扁扭曲呈连续螺旋状。 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 4.钢筋的徐变与松弛钢筋的徐变与松弛对结构，尤其是预应力结构，产生不利的影响 徐变 应力不变，随时间的增长应变继续增加长度不变，随时间的增长应力降低 松弛 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 5. 钢筋的疲劳 钢筋在承受重复、周期动荷载作用下，发生突然的脆性断裂破坏，称为疲劳破坏。 重复荷载作用下，钢筋的强度<静载作用下的强度 规定的应力幅度（一次循环应力中最大和最小应力的差值）内，经一定次数的重复荷载后，发生疲劳破坏的最大应力值称为疲劳强度。对钢筋用疲劳应力幅来表示其疲劳强度。 试验方法 河南理工大学土木工程学院 单根钢筋的轴拉疲劳钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 《规范》规定了不同等级钢筋的疲劳应力幅度限值，该值与截面同一纤维上钢筋最小应 力与最大应力比 f f 值（疲劳应力比值）有关。ρ f = ζ min / ζ max 对于不同的疲劳应力比值满足循环次数为200万次疲劳强度。条件下的钢筋最大应力值为钢筋的疲劳强度疲劳强度 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 6. 混凝土结构对钢筋的要求 强度要求：保证经济性。屈服强度和极限强度，抗震设计时还要强度要求：保证经济性。屈服强度和极限强度， 求有一定的屈强比 塑性要求：保证结构延性，给人以破坏的预兆。伸长率和冷弯塑性要求：保证结构延性，给人以破坏的预兆。 要求 可焊性：钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证焊接可焊性：钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形， 后的接头性能良好。后的接头性能良好。 与混凝土的粘结性：保证钢筋和混凝土共同工作。与混凝土的粘结性：保证钢筋和混凝土共同工作。 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 一、钢筋的物理力学性能 7. 钢筋的选用原则 普通钢筋宜优先采用普通钢筋宜优先采用HRB400级和HRB335级钢筋，以节省钢筋用量。普通钢筋宜优先采用级级钢筋，以节省钢筋用量。也可以采用HPB235级和级和RRB400级热轧钢筋以及强度级别较低的冷拔、级热轧钢筋以及强度级别较低的冷拔、也可以采用级和级热轧钢筋以及强度级别较低的冷拔冷轧和冷轧扭钢筋。冷轧和冷轧扭钢筋。 预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、中高强钢丝，也可以采用热预应力钢筋宜采用预应力钢绞线中高强钢丝，预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、处理钢筋。处理钢筋。还可以采用冷拉钢筋和强度级别较高的冷拔低碳钢丝和冷轧扭钢筋。丝和冷轧扭钢筋。 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 1. 混凝土的抗压强度 1）单轴受力状态下混凝土的抗压强度）立方体抗压强度f 立方体抗压强度 cu,k 《规范》规定以边长为150mm的立方体在 20±3℃的温规范》规定以边长为的立方体在±℃28d，度和相对湿度在 90％以上的潮湿空气中养护28d，依照标准％以上的潮湿空气中养护28d 试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度标准值( 试验方法测得的具有％保证率的抗压强度标准值(以N／／ mm2计)作为混凝土的强度等级，并用符号fcu,k表示。作为混凝土的强度等级，并用符号表示。 fcu,k与平均值μf和标准差ζf的关系为与平均值 f cu ,k = μ f ? 1.645ζ f 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 承压板摩擦力 压力→试件→裂压力→试件→ 试块 缝发展→扩张→整缝发展→扩张→个体系解体，丧失个体系解体，承载力 不涂润滑剂 强度大于 涂润滑剂 另影响强度的因 我国规范的方法：不涂润滑剂 素还有：龄期、加素还有：龄期、载速率、试块尺寸载速率、等 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 标准试块：150×150 ×150 非标准试块：100×100 ×100 200×200 ×200 强度等级有：强度等级有： C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，，，，，，，，，，，，C70，C75，C80 ，，立方体抗压强度表示混凝土Concrete 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 换算系数 0.95 换算系数 1.05 立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标， 二、混凝土的物理力学性能 棱柱体抗压强度f 棱柱体抗压强度 ck 承压板 试块 抗压强度与试件形状有关，抗压强度与试件形状有关，实际构件往往不是立方体，而是棱柱体，方体，而是棱柱体，可以用棱柱体测得的抗压强度作为轴心抗压强度，又称为棱柱体抗压强度。为轴心抗压强度，又称为棱柱体抗压强度。受压时试件中部横向变形不受端部摩擦力的约束，件中部横向变形不受端部摩擦力的约束，代表了混凝土处于单向全截面均匀受压的应力状态，土处于单向全截面均匀受压的应力状态，比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。试验量测到f 值比f 值小，试验量测到 ck值比 cu,k值小，并且棱柱体试件高宽比( 高宽比(即h/b)越大，它的强度越小。 )越大，它的强度越小。 标准试块：150×150 ×300mm 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 轴心抗压强度(棱柱体强度) 轴心抗压强度(棱柱体强度)标准值fck与立方体抗压强度标准值fcu,k之间存在以下折算关系 α 1 ——棱柱体强度与立方体强度的比值，当混凝土的强度等级棱柱体强度与立方体强度的比值，不大于C50时，α 1 =0.76；当混凝土的强度等级为C80时，α 1=0.82； 其间按线性插值；其间按线性插值； α 2 ——混凝土的脆性系数，当混凝土的强度等级不大于 C40时，混凝土的脆性系数，其间按线性插值；其间按线性插值；当混凝土的强度等级为C80时， =0.87；α 2 =1.0；α 2 0.88——考虑结构中的混凝土强度与试块混凝土强度之间的差异考虑结构中的混凝土强度与试块混凝土强度之间的差异等因素的修正系数。等因素的修正系数。 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 2）单轴受力状态下混凝土的抗拉强度）混凝土轴心抗拉强度f 混凝土轴心抗拉强度 t 100 150 500 150 100 试验机夹紧两端伸出的钢筋，对试件施加拉力，试验机夹紧两端伸出的钢筋，对试件施加拉力，破坏时裂缝产生在试件的中部，产生在试件的中部，此时的平均破坏应力为轴心抗拉强度f t。由于混凝土构件内部的不均匀性，加之安装试件偏差的原因，由于混凝土构件内部的不均匀性，加之安装试件偏差的原因，通过直接受拉试验测量抗拉强度是很困难的，通过直接受拉试验测量抗拉强度是很困难的，试验数据离散性很大。 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 劈裂试验f 劈裂试验 t,s F F d d 试件中间垂直截面除加力点附近很小的范围外，点附近很小的范围外，有均匀分布的水平拉应力。均匀分布的水平拉应力。当拉应力达到混凝土的抗拉强度时，拉强度时，试件被劈成两半。 fts F F 根据弹性理论 2F f t ,s = πdl 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 抗拉强度标准值ftk与立方体抗压强度标准值fcu,k之间的折算关系为 0 f tk = 0.88α 2 × 0.395 f cu.,55 (1 ? 1.645δ ) 0.45 k 0.88——考虑结构中的混凝土强度与试块混凝上强度之间的差异等考虑结构中的混凝土强度与试块混凝上强度之间的差异等因素的修正系数。因素的修正系数。 α 2 ——混凝土的脆性系数，当混凝土的强度等级不大于 C40时，混凝土的脆性系数，其间按线性插值；其间按线性插值；当混凝土的强度等级为C80时， =0.87；α 2 =1.0；α 2 0 0.395 f cu.,55 为轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算关系 k (1-1.645δ) 0.45 反映了试验离散程度对标准值保证率的影响。反映了试验离散程度对标准值保证率的影响。 2010-12-8 河南理工大学土木工程学院 二、混凝土的物理力学性能 混凝土抗压强度设计值fc和抗拉强度设计值ft与其对应的标准值的关系为 f ck fc = γ c ft = γ f tk c 式中γc——混凝土的材料分项系数，建筑工程取γc=1.40，公路桥涵工程取γc=1.45。 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 3）复合受力状态下混凝土的强度） 双轴应力下的强度 ζ2/f c 1.2 1.0 -0.2 拉 -0.2 双向受拉（第一象限），），ζ①双向受拉（第一象限）， 1与ζ2 的相互影响不大，的相互影响不大，双向受拉强度均接近于单向受拉强度。接近于单向受拉强度。一向受拉，另一向受压（第二、②一向受拉，另一向受压（第二、四象限），），混凝土强度均低于单向拉伸象限），混凝土强度均低于单向拉伸或压缩的强度，或压缩的强度，即双向异号应力使强度降低双向受压（第三象限），），一项强③双向受压（第三象限），一项强度随另一项应力的增加而增加。度随另一项应力的增加而增加 压 1.0 1.2 ζ1/fc 双向正应力下的强度曲线 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 ①抗剪强度随拉应力的增大而减小；大而减小； ②混凝土的抗压强度由于 剪应力的存在而降低。剪应力的存在而降低。③ζ/fc<0.5~0.7时，抗剪强时度随着压应力的增大而增但在ζ/f 大；但在 c＞0.5～0.7时，～时由于内裂缝明显发展，由于内裂缝明显发展，抗剪强度反而随压应力的增大而减小 2010-12-8 法向应力和剪应力下的强度曲线 河南理工大学土木工程学院 二、混凝土的物理力学性能 三向受压时的混凝土强度 ζ3=fcc ’ ζ1= ζ2= fL fL侧向约束压应力（加液压） 混凝土一向抗压强度随另两向侧压力的增加而提高。 ζ3=fcc’ 圆柱体试验 有侧向约束时的抗压强度 河南理工大学土木工程学院 f cc ' = f c '+4 f L 无侧向约束时圆柱体的单轴抗压强度 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 对于纵向受压的混凝土，如果约束混凝土的侧向变形，对于纵向受压的混凝土，如果约束混凝土的侧向变形，也可使混凝土的抗压强度有较大提高。如采用钢管混凝土柱、可使混凝土的抗压强度有较大提高。如采用钢管混凝土柱、螺旋钢箍柱等能有效约束混凝土的侧向变形使混凝土的抗压强度、旋钢箍柱等能有效约束混凝土的侧向变形使混凝土的抗压强度、延性(承受变形的能力)有相应的提高。延性(承受变形的能力)有相应的提高。 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 2. 混凝土的变形性能 一次短期加载下的变形受力变形混凝土的变形非受力变形温湿度变化引起的变形荷载长期作用下的变形多次重复荷载作用下的变形硬化过程中的收缩变形河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 1）一次短期加载下的变形） 受压时的应力-应变关系受压时的应力应变关系 棱柱体试块作用是：峰值应力后，作用是：峰值应力后，吸收试验机的变形能，吸收试验机的变形能，测出下降段 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 弹性阶段）①0~A:第I阶段(弹性阶段） (ζ=0.3～ 0.4fck)，混凝土的变形主要是骨料和水泥结晶体的弹性变形，泥结晶体的弹性变形，应力应变关系接近直线。近直线。②A～B:第II 阶段(稳定裂缝扩展阶），临界点段），临界点B相对应的应力可作为长期受压强度的依据(一般取0.8 fCk) 阶段（③B~C：第III阶段（裂缝快速发展阶：阶段），应力达到的最高点为应力达到的最高点为f 段），应力达到的最高点为 ck，与其相应的应变称为峰值应变ε相应的应变称为峰值应变 0，平均取 0.002。。 河南理工大学土木工程学院 裂缝迅速发展，④在fck以后，裂缝迅速发展，试件的平均应力强度下降；后均应力强度下降；D后，曲线凸向水平方向发展，在曲线中曲率最大点E称为向发展，在曲线中曲率最大点称为“收敛点”点以后主裂缝已很宽。敛点”，E点以后主裂缝已很宽。结构内点以后主裂缝已很宽聚力几乎耗尽失去结构的意义。聚力几乎耗尽失去结构的意义。 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 影响因素 25 20 15 10 5 o ζ (MPa) c fc b a 混凝土强度提高 加载速度减慢 ε0 2 4 6 8 10 d ε(×10-3) 混凝土强度对下降段影响很大，强度越高，下降段越陡峭，延混凝土强度对下降段影响很大，强度越高，下降段越陡峭，性越差。性越差。加载速度越大，下降段越陡峭。加载速度越大，下降段越陡峭。 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 受压时应力-应变关系的数学模型受压时应力应变关系的数学模型 ζc fc ε c ? ε0 ? ζ c = f c ?1 ? 0.15 εu ? ε0 ? ? ? 0.15f 0.15 c ? ε c ?2 ? ζ c = f c ?1 ? ?1 ? ? ? ? ε ? 0 ? ? ? ? ? ? o ε0=0.002 εu=0.0038 美国Hognestad模型模型美国 河南理工大学土木工程学院 ε c 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 ζc fc ? ε c ?2 ? ζ c = f c ?1 ? ?1 ? ? ? ? ε ? 0 ? ? ? ? ? ? ε c o ε0=0.002 εu=0.0035 德国Rüsch模型模型德国 河南理工大学土木工程学院 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 1 ( f cu ,k ? 50) 60 当n大于2时，取n = 2 n = 2? ζc fc n ? ε ?? ζc = fc ?1??1? c ? ? ? ε ? ? ? ? 0? ? ? o ε0 εu ε c ε 0 = 0.002 + 0.5( f cu ,k ? 50 )× 10 ?5 中国规范 河南理工大学土木工程学院 ε u = 0.0033 ? ( f cu ,k ? 50)× 10 ?5 2010-12-8 二、混凝土的物理力学性能 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 '=。（ ） 钢筋和混凝土的力学性能 问答题参考答案 1．软钢和硬钢的区别是什么？应力一应变曲线有什么不同？设计时分别采用什么值作为依据？ 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 f作为钢筋的强度极限。另一个强度指标是加以致无法使用，所以在设计中采用屈服强度 y f，一般用作钢筋的实际破坏强度。 钢筋极限强度 u 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． 我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有几种？我国热轧钢筋的强度分为几个等级？ 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。 HPB235（Q235，符号Φ，Ⅰ级）、热轧带肋钢筋HRB335（20MnSi ，符号，Ⅱ级）、热轧带肋钢筋HRB400（20MnSiV 、20MnSiNb 、20MnTi ，符号，Ⅲ级）、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． 钢筋冷加工的目的是什么？冷加工方法有哪几种？简述冷拉方法？ 答：钢筋冷加工目的是为了提高钢筋的强度，以节约钢材。除冷拉钢筋仍具有明显的屈服点外，其余冷加工钢筋无屈服点或屈服台阶，冷加工钢筋的设计强度提高，而延性大幅度下降。 冷加工方法有冷拨、冷拉、冷轧、冷扭。 冷拉钢筋由热轧钢筋在常温下经机械拉伸而成，冷拉应力值应超过钢筋的屈服强度。钢筋经冷拉后，屈服强度提高，但塑性降低，这种现象称为冷拉强化。冷拉后，经过一段时间钢筋的屈服点比原来的屈服点有所提高，这种现象称为时效硬化。时效硬化和温度有很大关系，温度过高（450℃以上）强度反而有所降低而塑性性能却有所增加，温度超过700℃，钢材会恢复到冷拉前的力学性能，不会发生时效硬化。为了避免冷拉钢筋在焊接时高温软化，要先焊好后再进行冷拉。钢筋经过冷拉和时效硬化以后，能提高屈服强度、节约钢材，但冷拉后钢筋的塑性（伸长率）有所降低。为了保证钢筋在强度提高的同时又具有一定的塑性，冷拉时应同时控制应力和控制应变。 4． 什么是钢筋的均匀伸长率？均匀伸长率反映了钢筋的什么性质？ 答：均匀伸长率δgt 为非颈缩断口区域标距的残余应变与恢复的弹性应变组成。 s b gt E l l l 000'σδ+-= 0l ——不包含颈缩区拉伸前的测量标距；'l ——拉伸断裂后不包含颈缩区的测量标距；0b σ——实测钢筋拉断强度；s E ——钢筋弹性模量。 均匀伸长率δgt 比延伸率更真实反映了钢筋在拉断前的平均（非局部区域）伸长率，客观反映钢筋的变形能力，是比较科学的指标。 5． 什么是钢筋的包兴格效应？ 答：钢筋混凝土结构或构件在反复荷载作用下，钢筋的力学性能与单向受拉或受压时的力学性能不同。1887年德国人包兴格对钢材进行拉压试验时发现的，所以将这种当受拉（或受压）超过弹性极限而产生塑性变形后，其反向受压（或受拉）的弹性极限将显著降低的软化现象，称为包兴格效应。 6． 在钢筋混凝土结构中，宜采用哪些钢筋？ 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。 7． 试述钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求。 答：（1）对钢筋强度方面的要求 普通钢筋是钢筋混凝土结构中和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋，主要是 第一章钢筋混凝土的力学性能 1、钢和硬钢的应力—应变曲线有什么不同，其抗拉设计值fy各取曲线上何处的应力值作为依据？ 2.钢筋冷加工的目的是什么？冷加工的方法有哪几种？各种方法对强度有何影响？ 4、试述钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求？ 5、我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有几种？我国热轧钢筋的强度分为几个等级？用什么符号表示？ 6、除凝土立方体抗压强度外，为什么还有轴心抗压强度？ 7、混凝土的抗拉强度是如何测试的？ 8、什么是混凝土的弹性模量、割线模量和切线模量？弹性模量与割线模量有什么关系？ 9、什么叫混凝土徐变？线形徐变和非线形徐变？混凝土的收缩和徐变有什么本质区别？ 10.如何避免混凝土构件产生收缩裂缝？ 第二章混凝土结构基本计算原则 1．什么是结构可靠性？什么是结构可靠度? 2．结构构件的极限状态是指什么？ 3．承载能力极限状态与正常使用极限状态要求有何不同? 4．什么是结构上的作用？作用的分类有哪些？ 5．什么是荷载标准值、荷载准永久值、荷载设计值？是怎样确定的？ 6．结构抗力是指什么？包括哪些因素？ 7．什么是材料强度标准值、材料强度设计值？如何确定的？ 8．什么是失效概率？什么是可靠指标？它们之间的关系如何？ 9．什么是结构构件延性破坏？什么是脆性破坏？在可靠指标上是如何体现它们的不同？ 第三章钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算 1．在外荷载作用下，受弯构件任一截面上存在哪些内力？受弯构件有哪两种可能的破坏?破坏时主裂缝方 向如何？ 2．适筋梁从加载到破坏经历哪几个阶段？各阶段的主要特征是什么？每个阶段是哪个极限状态的计算依据？ 3．什么是配筋率？配筋量对梁的正截面承载力有何影响？ 4．适筋梁、超筋梁和少筋梁的破坏特征有何区别? 5．什么是最小配筋率，最小配筋率是根据什么原则确定的? 7．单筋矩形截面梁正截面承载力的计算应力图形如何确定?受压区混凝土等效应力图形的等效原则是什么? 10．在什么情况下可采用双筋截面？其计算应力图形如何确定？其基本计算公式与单筋截面有和不同？在双筋截面中受压钢筋起什么作用？其适应条件除了满足之外为什么还要满足？ 13．在进行T型截面的截面设计和承载力校核时，如何分别判别T型截面的类型？其判别式 第四章钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算 1．无腹筋简支梁出现斜裂缝后，为什么说梁的受力状态发生了质变? 2．无腹筋和有腹筋简支梁沿斜截面破坏的主要形态有哪几种?它的破坏特征是怎样的? 3．影响有腹筋梁斜截面承载力的主要因素有哪些? 6．在斜截面受剪承载力计算时，梁上哪些位置应分别进行计算? 第五章钢筋混凝土受压构件承载力计算 １．混凝土的抗压性能好，为什么在轴心受压柱中，还要配置一定数量的钢筋? 轴心受压构件中的钢筋，对轴心受压构件起什么作用? ２．轴心受压短柱的破坏与长柱有何区别?其原因是什么?影响的主要因素有哪些? ３．配置螺旋箍筋的柱承载力提高的原因是什么? 一、前言 1824年，波特兰水泥发明，到目前混凝土材料已有近200年的历史，且混凝土也有了很大的发展，由普通混凝土向高性能混凝土发展。自20世纪以来，混凝土就己成为房屋建筑、桥梁、水利、公路等现代工程结构首选材料，混凝土作为土木工程中最大宗的人造材料，其用量巨大。进入21世纪以来，随着科学技术的快速发展，一种种新型混凝土不断出现。作为最主要的建筑结构材料，混凝土本身必须具有高强度、高工作性、高耐久性等性能，因此高性能混凝土是现代混凝土技术发展的必然结果，是混凝土的发展方向。 我国自从 1979年在湘桂铁路红水河斜拉桥的预应力箱梁中首次采用泵送 C60 混凝土以来，现代高性能混凝土在我国的应用已走过了30余年。现在，像北京、广州、上海、深圳等大城市已供应C80级别的预拌混凝土，C50～C60级高性能混凝土已在许多建筑和桥梁中得到应用，近年建成的大型桥梁的混凝土主体构件如主梁、刚架或索塔等，多数都采用了高性能混凝土。 二、高性能混凝土的概念 《高性能混凝土应用技术规程》（CECS207-2006）对高性能混凝土定义为：采用常规材料和工艺生产，具有混凝土结构所要求各项力学性能，具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）规定强度等级不低于C60级别的混凝土称为高强混凝土。它采用高性能的外加剂,如高效减水剂或者高性能引气剂、其它特种外加剂和掺入足够的超细活性混合材料，如:超细磨粉煤灰、磨细矿粉、优质粉煤灰等达到低水胶比，并具有耐久性、体积稳定性和经济合理性等性能的新型混凝土。高性能混凝土以耐久性作为主要设计指标，针对不同用途要求，对耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性等性能予以保证。 三、高性能混凝土的特性 (1) 高强度。由于高性能混凝土的强度高、弹模高，可以利用这一特性大幅度的减少高层和超高建筑物纵向受力结构的截面尺寸，扩大建筑使用面积， 金属材料力学性能基本知识 及钢材的脆化 金属材料是现代工业、农业、国防以及科学技术各个领域应用最广泛的工程材料，这不仅是由于其来源丰富,生产工艺简单、成熟,而且还因为它具有优良的性能。 通常所指的金属材料性能包括以下两个方面: 1．使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能正常工作，材料所应具备的性能,主要有力学性能(强度、硬度、刚度、塑性、韧性等）,物理性能（密度、熔点、导热性、热膨胀性等),化学性能(耐蚀性、热稳定性等)。使用性能决定了材料的应用范围,使用安全可靠性和使用寿命。 2 工艺性能即材料在被制成机械零件、设备、结构件的过程中适应各种冷、热加工的性能,例如锻造,焊接，热处理，压力加工,切削加工等方面的性能。工艺性能对制造成本、生成效率、产品质量有重要影响。 1．1材料力学基本知识 金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当外力达到或超过某一限度时,材料就会发生变形以至断裂。材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。锅炉压力容器材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等这些性能指标可以通过力学性能试验测定。 1．1．１强度 金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。材料强度指标可以通过拉伸试验测 出。把一定尺寸和形状的金属试样（图1~２)装夹在试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生的变形量之间的关系，可绘出该金属的拉伸曲线(图１—3)。在拉伸曲线上可以得到该材料强度性能的一些数据。图1—３所示的曲线，其纵坐标是载荷P(也可换算为应力d),横坐标是伸长量ＡL(也可换算为应变ｅ)。所以曲线称为P—AL曲线或一一s曲线。图中曲线A是低碳钢的拉伸曲线,分析曲线A,可以将拉伸过程分为四个阶段: 《工程材料力学性能》课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第一章单向静拉伸力学性能 1、解释下列名词。 1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。 3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。 韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。 8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。 9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。 沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。 11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变 2、金属的弹性模量主要取决于什么因素为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标 答：主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了，原子的本性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏感。【P4】 3、试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别为什么 4、决定金属屈服强度的因素有哪些【P12】 答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。 外在因素：温度、应变速率和应力状态。 5、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险【P21】 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。 6、剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同【P23】 答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。 7、何谓拉伸断口三要素影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。 第二章金属在其他静载荷下的力学性能 第一章 包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限（σP）或屈服强度（σS）增加；反向加载时弹性极限（σP）或屈服强度（σS）降低的现象。 解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。 解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。 韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。 静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。 可以从河流花样的反“河流”方向去寻找裂纹源。 解理断裂是典型的脆性断裂的代表，微孔聚集断裂是典型的塑性断裂。 5.影响屈服强度的因素 与以下三个方面相联系的因素都会影响到屈服强度 位错增值和运动 晶粒、晶界、第二相等 外界影响位错运动的因素 主要从内因和外因两个方面考虑 （一）影响屈服强度的内因素 1．金属本性和晶格类型（结合键、晶体结构） 单晶的屈服强度从理论上说是使位错开始运动的临界切应力，其值与位错运动所受到的阻力（晶格阻力－－派拉力、位错运动交互作用产生的阻力）决定。 派拉力： 位错交互作用力 （a是与晶体本性、位错结构分布相关的比例系数，L是位错间距。）2．晶粒大小和亚结构 晶粒小→晶界多（阻碍位错运动）→位错塞积→提供应力→位错开动→产生宏观塑性变形。 晶粒减小将增加位错运动阻碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，使屈服强度降低（细晶强化）。 屈服强度与晶粒大小的关系： 霍尔－派奇（Hall-Petch) σs= σi+kyd-1/2 3．溶质元素 加入溶质原子→（间隙或置换型）固溶体→（溶质原子与溶剂原子半径不一样）产生晶格畸变→产生畸变应力场→与位错应力场交互运动→使位错受阻→提高屈服强度（固溶强化）。 4．第二相（弥散强化，沉淀强化） 不可变形第二相 提高位错线张力→绕过第二相→留下位错环→两质点间距变小→流变应力增大。 不可变形第二相 位错切过（产生界面能），使之与机体一起产生变形，提高了屈服强度。 弥散强化： 第一章单向静拉伸力学性能 1、 解释下列名词。 2. 滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落 后于应力的现象。 3?循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4?包申格效应： 金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规 定残余伸长应力降低的 现象。 11. 韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆 性断裂，这种现象称 为韧脆转变 2、 说明下列力学性能指标的意义。 答：E 弹性模量G 切变模量 r 规定残余伸长应力 0.2屈服强度 gt 金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应 变硬化指数 【P15】 3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？ 答：主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但 是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了，原子的本性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏 感。【P4】 4、 现有4 5、40Cr 、35 CrMo 钢和灰铸铁几种材料，你选择哪种材料作为机床起身，为什么？ 选灰铸铁，因为其含碳量搞，有良好的吸震减震作用，并且机床床身一般结构简单，对精度要求不高，使用灰铸铁可 降低成本，提高生产效率。 5、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？ 【P21】 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程 中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂， 断裂前基本上不发生塑性变形， 没有明显征兆，因而危害性很大。 6、 何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？ 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形 态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。 7、 板材宏观脆性断口的主要特征是什么？如何寻找断裂源？ 断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状，板状矩形拉伸试样断口中的人字纹花样的放射方向也 与裂纹扩展方向平行，其尖端指向裂纹源。 第二章 金属在其他静载荷下的力学性能 一、解释下列名词： (1 )应力状态软性系数—— 材料或工件所承受的最大切应力T max 和最大正应力(T max 比值，即： (3)缺口敏感度一一缺口试样的抗拉强度 T bn 的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度 T b 的比值，称为缺口敏感度，即:【P47 P55】 max 1 3 max 2 1 0.5 2 3 【新书P39旧书P46】 和。 4.滞弹性是指材料在范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加 单向静拉伸时实验方法的特征是、、必须确定的。 ．韧度是衡量材料韧性大小的力学性能指标，其中又分为、 和。 12.在α值的试验方法中，正应力分量较大，切应力分量较小，应力状态较硬。一般用于塑性变形抗力与切断抗力较低的所谓塑性材料试验；在α值的试验方法中，应力状态较软，材料易产生塑性变形，适用于在单向拉伸时容易发生脆断而不能充分反映其塑性性能的所谓脆性材料； 13.材料的硬度试验应力状态软性系数，在这样的应力状态下，几乎所有金属材料都能产生。 14. 硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性能，大体上可以分为 、和三大类；在压入法中，根据测量方式不同又分为 、和。 15. 国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分别为试样 和试样，所测得的冲击吸收功分别用 22. 应力状态软性系数：用试样在变形过程中的测得 和的比值表示。 23.微孔聚集型断裂是包括微孔、直至断裂的过程。 24.缺口试样的与等截面光滑试样的的比值。称为“缺口敏感度”。 25.机件在冲击载荷下的断口形式仍为、和。 26.包申格应变是在给定应力下，正向加载和反向加载两曲线之间的应变差。 27.由于缺口的存在，在载荷作用下，缺口截面上的应力状态将发生变化的现象，被称为“缺口效应”。 28. 洛氏硬度是在一定的实验力下，将120o角的压入工件表面，用所得的来表示材料硬度值的工艺方法。 28.低温脆性是随的下降，材料由转变为的现象。 29. 缺口敏感性是指材料因存在缺口造成的状态和而变脆的 疲劳条带是疲劳断口的特征，贝纹线是断口的特征。 34. 金属材料的疲劳过程也是裂纹的和过程。 35.金属材料抵抗疲劳过载损伤的能力，用或表示。 36.金属在和特定的共同作用下，经过一段时间后所发生的 现象，成为应力腐蚀断裂。 37.应力腐蚀断裂的最基本的机理是和。 38.由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象叫 钢的氢致延滞断裂过程可分为、、三个阶 按磨损模型分为：、、、五大类。 44.韧窝是微孔聚集型断裂的基本特征。其形状视应力状态不同分为下列、、三类。其大小决定于第二相质点的、基体材料的和以及外加应力的大小和形状。 第一章 单向静拉伸力学性能 1、 解释下列名词。 1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。 3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。 韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b 的台阶。 8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。 9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。 沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。 11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变 12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等 2、 说明下列力学性能指标的意义。 答：E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gt δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指数 【P15】 3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？ 答：主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了，原子的本性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏感。【P4】 4、 试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别？为什么？ 5、 决定金属屈服强度的因素有哪些？【P12】 答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。 外在因素：温度、应变速率和应力状态。 6、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？【P21】 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。 7、 剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？【P23】 答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。 8、 何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？ 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。 9、 论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论的局限性。【P32】 第一章混凝土结构材料的力学性能 一、钢筋的品种、等级 我国在钢筋混凝土结构中目前通用的为普通钢筋，按化学成分的不同，分有碳素结构钢和普通低合金钢两类。 按照我国《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）的规定，在钢筋混凝土结构中所用的国产普通钢筋有以下四种级别： （1）HPB235（Q235）：即热轧光面钢筋（Hotrolled Plain Steel bars）235级； （2）HRB335（20MnSi）：即热轧带肋钢筋（Hotrolled Ribbed Steel bars）335级； （3）HRB400（20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi）：即热轧带肋钢筋（Hotrolled Ribbed Steel bars）400级； （4）RRB400（K20MnSi）：即余热处理钢筋（Remained heat treatment Ribbed Steel bars）400级。 在上述四种级别钢筋中，除HPB235级为光面钢筋外，其他三级为带肋钢筋。 目前我国生产的上述普通钢筋，其性能和使用特点为： 1．HPB235级钢筋 是一种低碳钢（通称I级钢筋）。强度较低，外形光圆钢筋（图1-1），它与混凝土的粘结强度较低，主要用作板的受力钢筋、箍筋以及构造钢筋。 2．HRB335级钢筋 低合金钢（通称Ⅱ级钢筋）。为增加钢筋与混凝土之间的粘结力，表面轧制成外形为等高肋（螺纹），现在生产的外形均为月牙肋（图1-1）。是我国钢筋混凝土结构构件钢筋用材最主要品种之一。 3．HRB400级钢筋 低合金钢（通称新Ⅲ级钢筋），外形为月牙肋，表面有“3”的标志，有足够的塑性和良好的焊接性能，主要用于大中型钢筋混凝土结构和高强混凝土结构构件的受力钢筋，是我国今后钢筋混凝土结构构件受力钢筋用材最主要品种之一。 4．RRB400级钢筋 是用HRB335级钢筋（即20MnSi）经热轧后，余热处理的钢筋。这种钢筋强度较高，有足够塑性和韧性，但当采用闪光对焊时，强度有不同程度的降低，即塑性和可焊性较差，使用时应加以注意。这种钢筋一般经冷拉后作预应力钢筋。 第二章第一节金属材料的力学性能 一、选择题 1.表示金属材料屈服强度的符号是（）。 A.σ e B.σ s C.σ b D.σ -1 2.表示金属材料弹性极限的符号是（）。 A.σ e B.σ s C.σ b D.σ -1 3.在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是（）。 A.HB B.HR C.HV D.HS 4.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（）。 A.强度 B.硬度 C.塑性 D.弹性 二、填空 1.金属材料的机械性能是指在载荷作用下其抵抗（）或（）的能力。 2.金属塑性的指标主要有（）和（）两种。 3.低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、（）和（）三个阶段。 4.常用测定硬度的方法有（）、（）和维氏硬度测试法。 5.疲劳强度是表示材料经（）作用而（）的最大应力值。 三、是非题 1.用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。（） 2.用布氏硬度测量硬度时，压头为硬质合金球，用符号HBW表示。（） 四、改正题 1. 疲劳强度是表示在冲击载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。 2. 渗碳件经淬火处理后用HB硬度计测量表层硬度。 3. 受冲击载荷作用的工件，考虑机械性能的指标主要是疲劳强度。 4. 衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和冲击韧性。 5. 冲击韧性是指金属材料在载荷作用下抵抗破坏的能力。 五、简答题 1.说明下列机械性能指标符合所表示的意思：σ S 、σ 0.2 、HRC、σ -1 。 2.说明下列机械性能指标符合所表示的意思：σ b 、δ 5 、HBS、a kv 。 2.2金属材料的物理性能、化学性能和工艺性能 一、判断题 1.金属材料的密度越大其质量也越大。（） 2.金属材料的热导率越大，导热性越好。（） 3.金属的电阻率越小，其导电性越好。（） 二、简答题： 1.什么是金属材料的工艺性能？它包括哪些？ 2.什么是金属材料的物理性能？它包括哪些？ 3.什么是金属材料的化学性能？它包括哪些？ 钢筋混凝土材料的力学性能 1．《规范》规定钢筋混凝土结构（包括预应力钢筋混凝土结构）中的钢筋有哪几种，其等级如何？ 答：《规范》规定钢筋混凝土结构（包括预应力钢筋混凝土结构）中的钢筋有以下几种： （1）热轧钢筋：是低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成，包括光圆钢筋和带肋钢筋。等级分为HPB235级，HRB335级，HRB400级，HRB500级。 （2）余热处理钢筋：热轧后立即穿水，进行表面控制冷却，然后利用芯部自身余热完成回火处理所得成品钢筋。钢筋混凝土中常用RRB400级。 （3）热处理钢筋：是将热轧钢筋在通过加热、淬火和回火等调质工艺处理的钢筋。热处理后钢筋强度能得到较大幅度的提高，而塑性降低并不多。常用的有三种，分别是40Si2Mn，48Si2Mn，45Si2Cr。 （4）冷轧带肋钢筋：采用强度较低、塑性较好的普通低碳钢或低合金钢热轧圆盘条作为母材，经冷轧减径后其表面形成二面或三面有月牙肋的钢筋，根据其力学指标的高低，分为LL550，LL650，LL800三种。 《规范》规定预应力混凝土结构中用的钢丝按外形有下列几类： （1）光面钢丝（消除应力钢丝）：用高碳镇定钢轧制成圆盘后经过多道冷拔，并进行应力消除矫直回火处理而成。 （2）刻痕钢丝：在光面钢丝的表面上进行机械刻痕处理，以增加与混凝土的粘结能力。 （3）螺旋肋钢丝：是用普通低碳钢或低合金钢热轧的圆盘条作为母材，经冷轧减径在其表面形成二面或三面有月牙肋的钢丝。 （4）钢绞线：是由多根高强钢丝捻制在一起，并经低温回火处理清除内应力后制成。可分为2股、3股、7股3种。 2．上述种类钢筋的受力和变形有何特点？ 答：在上述钢筋种类中，热轧钢筋为软钢，其应力-应变曲线有明显的屈服点和流幅，断裂时有“颈缩”现象，伸长率比较大；冷轧带肋钢筋、热处理钢筋、光面钢丝、刻痕钢丝、螺旋形钢丝及钢绞线均为硬钢，它们的应力-应变曲线没有明显的屈服点，伸长率小，质地硬脆。从各级热轧钢筋和光面钢丝的应力-应变曲线中可以看出：随着钢材强度的提高其塑性性能降低，HPB235级钢筋有较好的塑性，但强度较低，碳素钢丝虽强度很高，但塑性较差。 3．钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的钢筋按《规范》规定如何选用？ 答：《规范》规定，钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的钢筋，应按下列规定选用： 普通钢筋，即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钢筋，宜采用HRB400级和HRB335级钢筋，也可采HPB235级钢筋和RRB400级钢筋，以HRB400级钢筋作为主导钢筋。 预应力钢筋宜采用预应力钢铰线、高强钢丝，也可采用热处理钢筋。HRB400和HRB335级钢筋是指国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499-1998中的HRB400和HRB335级钢筋；HPB235级钢筋是指《钢筋混凝土用热轧光面钢筋》GB13013中的Q235级钢筋；RRB400级钢筋是指国家标准《钢筋混凝土用余热处理钢筋》GB13014中的KL400级钢筋；预应力钢丝系指国家标准《预应力混凝土用钢丝》GB/T5223中的三面刻痕钢丝、螺旋肋钢丝以及光面并经消除应力的高强度圆形钢丝。 4．钢筋强度标准值是如何取值的？为什么？ 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、钢筋按其外形可分为 、 两大类。 5、HPB235、 HRB335、 HRB400、 RRB400表示符号分别为 。 6、对于有明显屈服点的钢筋，需要检验的指标有 、 、 、 等四项。 7、对于无明显屈服点的钢筋，需要检验的指标有 、 、 等三项。 8、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 、 、 。 9、钢筋与混凝土之间的粘结力是由 、 、 组成的。其中 最大。 10、钢筋冷加工的方法有 、 、 三种。 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、对任何类型钢筋，其抗压强度设计值y y f f '=。（ ） 6、钢筋应在焊接前冷拉。（ ） 7、混凝土的收缩和徐变对钢筋混凝土结构都是有害的。（ ） 8、冷拉后的钢筋不可以作受压钢筋。（ ） 三、单项选择题： 1、地上放置一块钢筋混凝土板，在养护过程中表面出现微细裂缝，其原因是（ ）。 A 混凝土徐变变形的结果 B 混凝土收缩变形的结果 C 混凝土与钢筋产生热胀冷缩差异变形的结果 D 是收缩与徐变共同作用的结果 2、钢筋经冷拉后（ ）。 A 屈服强度提高但塑性降低 B 屈服强度提高但塑性不变 C 屈服强度提高且塑性也提高 D 强度与塑性均降低 3、冷拉钢筋只能做（ ）。 A 受压钢筋 B 没有限制 C 受拉钢筋 D 架立筋 4、混凝土的强度等级是按（ ）划分的。 A 轴心抗压强度 B 轴心抗拉强度 C 立方体抗压强度 D 没有统一规定 5、建筑工地和预制构件厂经常检验钢筋的力学性能指标，下列4个指标中，（ ）不能通过钢筋拉伸实验来检验？ A 屈服强度 B 极限强度 C 冷弯特性 D 伸长率 6、当建筑采用混凝土结构，下列材料选择中（ ）有错误？ A 钢筋混凝土结构的混凝土不应低于C15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土不宜低于C20 B 当采用HRB400和RRB400级钢筋时，及重复荷载时，混凝土不得低于C25 C 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不低于C30 D 当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力筋时，混凝土不宜低于C40 四、简答题 1、钢筋混凝土的主要有哪些主要优缺点？ 第二章材料在其他静载荷下的力学性能研究材料在常温静载荷下的力学性能时，除采用单向静拉伸试验方法外，有时还选用压缩、弯曲、扭转等试验方法，目的是： ①很多机件在服役过程中常承受弯矩、扭矩或轴向压力的作用，有必要测定试样在相应承载条件下的力学性能指标，做为设计和选材的依据；（实际中存在） ②不同的加载方式产生不同的应力状态，材料在不同应力状态中表现的力学性能不完全相同，因此，应选用不同应力状态的试验方法。（和单向拉伸应力状态不同） 本章介绍压缩、弯曲、扭转和剪切等试验方法及测定的力学性能指标 §2.1 应力状态柔度因数（软性系数） 一、柔度因数 塑性变形和断裂是金属材料在静载荷下失效的两种主要形式，它们是金属所能承受的应力达到其相应的强度极限而产生的。当金属所受的最大切应力τmax达到屈服强度τs时，产生屈服；当τmax达到切断强度τk时，产生剪切型断裂；当最大正应力σmax达到正断强度Sk时，产生正断型断裂。但同一种金属材料，在一定承载条件下产生何种失效方式，除与自身的强度大小有关以外，还与承载条件下的应力状态有关。不同的应力状态，其最大正应力与最大切应力的相对大小是不一样的。 考虑到三向应力状态下另外两向应力的贡献，因此材料的最大正应力的计算采用第二强度理论给出： 即：不再采用σmax＝σ1 而采用（第二强度理论）： Smax 1 2 3 称为最大当量正应力 最大切应力由第三强度理论给出： max 13 2 观塑性变形，属正断型脆性断裂； ②单向拉伸（α＝0.5）时，先与τs线相交，发生塑性变形（屈服），然后与Sk 线相交，发生正断，属正断型的韧性断裂； ③扭转（α＝0.8）时，先与τs线相交，发生塑性变形（屈服），然后与τk线相交，发生切断，属于切断型的韧性断裂。 即：相同的材料在不同应力状态下表现出不同的断裂模式，也可称为在不同应力状态条件下的韧脆转变。（材料在其他外界因素下也会发生韧脆转变，因涉及到具体的试验测试手段，因此后面讲。） §2.2 材料在轴向压缩载荷下的力学行为（单向压缩试验） 一、试样型式 常用的压缩试样为圆柱体（也可采用立方体或棱柱体），为防止压缩时试件失稳，试件的高度与直径之比h0/d0=1.5~2.0，同时h0/d0越大，抗压强度越低，因此对于几何形状的试件，需要保证h0/d0为定值。（GB7314-87） 二、试验过程 ①为保证两端面的自由变形，试件的两端面必须光滑平整（涂润滑油、石墨）；或者将试样的端面加工成圆锥凹面，使锥面的倾角等于摩擦角，即tanα＝f，f为摩擦因数，也要将压头改成相应的锥体； ②压缩可以看作是反向拉伸，因此，拉伸试验中所定义的各个力学性能指标和相应的计算公式，在压缩试验中基本可以应用； 1－高塑性材料；2－低塑性材料 第一章 1.解释下列名词①滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。②弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。③循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。④包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。⑤塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。⑥韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 脆性：指金属材料受力时没有发生塑性变形而直接断裂的能力 ⑦加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时,由于晶粒发生滑移, 出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎和纤维化,使金属的强度和硬度升高,塑性和韧性降低的现象。⑧解理断裂：解理断裂是在正应力作用产生的一种穿晶断裂，即断裂面沿一定的晶面（即解理面）分离。 2.解释下列力学性能指标的意义弹性模量）；（2）ζ p（规定非比例伸长应力）、ζ e（弹性极限）、ζ s（屈服强度）、ζ 0.2（屈服强度）；（3）ζ b （抗拉强度）；（4）n（加工硬化指数）; （5）δ （断后伸长率）、ψ （断面收缩率） 4.常用的标准试样有5 倍和10倍，其延伸率分别用δ 5 和δ 10 表示，说明为什么δ 5>δ 10。答：对于韧性金属材料，它的塑性变形量大于均匀塑性变形量，所以对于它的式样的比例，尺寸越短，它的断后伸长率越大。 5.某汽车弹簧，在未装满时已变形到最大位置，卸载后可完全恢复到原来状态；另一汽车弹簧，使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，而且塑性变形量越来越大。试分析这两种故障的本质及改变措施。答：（1）未装满载时已变形到最大位置：弹簧弹性极限不够导致弹性比功小；（2）使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，这是构件材料的弹性比功不足引起的故障，可以通过热处理或合金化提高材料的弹性极限（或屈服极限），或者更换屈服强度更高的材料。 6.今有45、40Cr、35CrMo 钢和灰铸铁几种材料，应选择哪种材料作为机床机身？为什么？答：应选择灰铸铁。因为灰铸铁循环韧性大，也是很好的消 第一章 1.解释下列名词 ①滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。 ②弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 ③循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 ④包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 ⑤塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。 ⑥韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 脆性：指金属材料受力时没有发生塑性变形而直接断裂的能力 ⑦加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时 ,由于晶粒发生滑移 , 出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎和纤维化,使金属的强度和硬度升高,塑性和韧性降低的现象。⑧解理断裂：解理断裂是在正应力作用产生的一种穿晶断裂，即断裂面沿一定的晶面（即解理面）分离。 2.解释下列力学性能指标的意义弹性模量）； 3.（2）ζ p（规定非比例伸长应力）、ζ e（弹性极限）、ζ s（屈服强度）、ζ 0.2（屈服强度）； （3）ζ b（抗拉强度）； （4）n（加工硬化指数）; （5）δ（断后伸长率）、ψ（断面收缩率） 4.常用的标准试样有 5 倍和10倍，其延伸率分别用δ 5 和δ 10 表示，说明为什么δ 5>δ 10。答：对于韧性金属材料，它的塑性变形量大于均匀塑性变形量，所以对于它的式样的比例，尺寸越短，它的断后伸长率越大。 5.某汽车弹簧，在未装满时已变形到最大位置，卸载后可完全恢复到原来状态；另一汽车弹簧，使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，而且塑性变形量越来越大。试分析这两种故障的本质及改变措施。答：（1）未装满载时已变形到最大位置：弹簧弹性极限不够导致弹性比功小；（2）使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，这是构件材料的钢筋混凝土材料的力学性能 复习题
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钢筋混凝土的力学性能
高强高性能混凝土
第二章 金属材料力学性能基本知识及钢材的脆化
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