材料力学性能及结构设计原理课件.ppt

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1、（一）钢筋的力学性能（一）钢筋的力学性能1.钢筋的分类钢筋的分类碳素钢钢筋碳素钢钢筋合金钢钢筋合金钢钢筋（1）按化学元素）按化学元素 钢筋钢筋主要成分为主要成分为铁铁元素，还含有少量的碳、元素，还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素，力学性能主要与硅、锰、硫、磷等元素，力学性能主要与碳碳的含的含量有关：量有关： 钢筋含钢筋含碳碳量越高，则钢筋的强度越高，质地量越高，则钢筋的强度越高，质地硬，但塑性变差。硬，但塑性变差。钢筋钢筋钢丝钢丝钢绞线钢绞线热轧钢筋热轧钢筋冷轧钢筋（冷轧带肋、冷轧扭钢筋）冷轧钢筋（冷轧带肋、冷轧扭钢筋）冷拉钢筋冷拉钢筋冷拔钢筋冷拔钢筋消除应力钢丝消除应力钢丝热处理钢筋热处理

2、钢筋（2）按加工方式分）按加工方式分钢筋按外形分类钢筋按外形分类光面钢筋光面钢筋变形钢筋变形钢筋（3）按外形分）按外形分 1 1）普通钢筋）普通钢筋 2) 2) 预应力钢筋预应力钢筋 用于钢筋混凝土结构的热轧钢筋分为用于钢筋混凝土结构的热轧钢筋分为HPB235、 HRB335、HRB400和和RRB400四个四个 级别。级别。（4）按用途分）按用途分常用热轧钢筋常用热轧钢筋 HPB235级钢筋级钢筋：光圆钢筋，公称直径范：光圆钢筋，公称直径范围为围为820mm。实际工程中只用作板、基。实际工程中只用作板、基础和荷载不大的梁、柱的受力主筋、箍筋础和荷载不大的梁、柱的受力主筋、箍筋以及其他构造钢筋

3、。以及其他构造钢筋。 nHRB335 热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋HRB335级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围为围为650mm。实际工程中主要用作结构。实际工程中主要用作结构构件中的受力主筋。构件中的受力主筋。nHRB400 热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋 HRB400级钢筋：月牙纹钢筋。实际工级钢筋：月牙纹钢筋。实际工程中主要用作结构构件中的受力主筋。程中主要用作结构构件中的受力主筋。nRRB400 余热处理钢筋余热处理钢筋 RRB400级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围为围为840mm。强度虽高，但疲劳性能、。强度虽高，但疲劳性能、冷弯性能以

4、及可焊性均较差，其应用受到冷弯性能以及可焊性均较差，其应用受到一定限制。一定限制。 2 2）预应力钢筋）预应力钢筋 预应力钢筋应预应力钢筋应优先采用钢绞线和钢丝优先采用钢绞线和钢丝，也可采用热处，也可采用热处理钢筋。理钢筋。2.钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形有有明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋无无明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋（1）有明显屈服点钢筋的应力应变关系）有明显屈服点钢筋的应力应变关系aa 比例极限比例极限 弹性极限弹性极限b 屈服上限屈服上限c 屈服下限屈服下限e 极限强度极限强度a反映钢筋力学性能的基本指标：反映钢筋力学性能的基本指标：屈服强度、延伸率、冷弯性能和屈强比屈服强度

5、、延伸率、冷弯性能和屈强比冷弯性能是冷弯性能是反映钢筋变形能力的另反映钢筋变形能力的另一个指标一个指标（2）无明显屈服点钢筋的应力应变关系）无明显屈服点钢筋的应力应变关系条件屈服点为残条件屈服点为残余变形为余变形为0.20.2时时对应的应力对应的应力b85. 02 . 0不同钢筋应力应变关系的比较不同钢筋应力应变关系的比较钢筋强度标准值：钢筋强度标准值： 规范规范取国家标准规定的屈服强度废取国家标准规定的屈服强度废品限制作为钢筋强度的标准值。品限制作为钢筋强度的标准值。钢筋强度设计值：钢筋强度设计值：钢筋强度设计值钢筋强度设计值=钢筋强度标准值钢筋强度标准值/材料性能材料性能 分项系数（约为分

6、项系数（约为1.15）钢筋的弹性模量：钢筋的弹性模量：ES混凝土结构对钢筋的要求混凝土结构对钢筋的要求强度屈服强度强度屈服强度塑性延伸率和冷弯性能塑性延伸率和冷弯性能具有较好的可焊性具有较好的可焊性有较好的粘结力带肋钢筋有较好的粘结力带肋钢筋（二）混凝土的力学性能（二）混凝土的力学性能混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例组成，经凝结和硬化形成的，属于复合比例组成，经凝结和硬化形成的，属于复合材料。材料。1. 混凝土的强度混凝土的强度混凝土立方体抗压强度混凝土立方体抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度cufcftf混

7、凝土的强度等级是用立方体抗压强度来划分的。混凝土的强度等级是用立方体抗压强度来划分的。混凝土强度等级：边长混凝土强度等级：边长150mm立方体标准试件，在标准条件立方体标准试件，在标准条件 下（下（203，90%湿度）养护湿度）养护28天，用天，用 标准试验方法测得的具有标准试验方法测得的具有95%保证率的立保证率的立 方体抗压强度，用符号方体抗压强度，用符号C表示，表示，C30表示表示 fcu,k=30N/mm2 C15、C20、C25C80共划分为共划分为14个强度等级个强度等级C50以上为高强混凝土。以上为高强混凝土。轴心抗压强度轴心抗压强度轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号轴心抗压

8、强度采用棱柱体试件测定，用符号 fc 表示，它比表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。较接近实际构件中混凝土的受压情况。对于同一混凝土，对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。 轴心抗拉强度轴心抗拉强度也是混凝土的基本力学性能，用符也是混凝土的基本力学性能，用符号号 f ft t 表示。表示。 500 150 15010016轴心受拉试验混凝土强度标准值混凝土强度标准值规范规范规定材料强度的标准值规定材料强度的标准值 fk 应具有不小于应具有不小于95%的保证率的保证率混凝土的收缩和徐变混凝土的收缩和徐变混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种混凝土

9、在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为现象称为混凝土的收缩混凝土的收缩， 收缩是混凝土在收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。不受外力情况下体积变化产生的变形。 混凝土在长期不变荷载的作用下，其变形混凝土在长期不变荷载的作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为随时间而不断增长的现象称为徐变徐变。混凝土收缩包括混凝土收缩包括凝缩凝缩和和干缩干缩两部分，凝缩两部分，凝缩是由于水泥结晶体比原材料的体积小；干是由于水泥结晶体比原材料的体积小；干缩是混凝土内自由水分蒸发引起的。缩是混凝土内自由水分蒸发引起的。钢筋锚固长度钢筋锚固长度 钢筋达到屈服强度而不发生粘结锚钢筋达到屈服强度而不发生粘结锚

10、固破坏的最短长度。固破坏的最短长度。钢筋的弯钩、锚固与连接钢筋的弯钩、锚固与连接二、建筑结构极限状态设计法 （一）结构的功能要求（一）结构的功能要求1.结构的安全等级结构的安全等级 根据破坏后果的严重程度，建筑结构划根据破坏后果的严重程度，建筑结构划分为三个安全等级。分为三个安全等级。 建筑结构的安全等级建筑结构的安全等级安全等级安全等级破坏后果破坏后果建筑物类型建筑物类型一级一级很严重很严重重要的房屋重要的房屋二级二级严重严重一般的房屋一般的房屋三级三级不严重不严重次要的房屋次要的房屋2.2.结构的设计使用年限结构的设计使用年限：类别类别 设设 计计 使使 用用 年限（年）年限（年） 示示

11、例例 1 15 5临时性结构临时性结构2 22525易于替换的结构构件易于替换的结构构件3 35050普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物4 4100100纪念性建筑和特别重要的建筑结构纪念性建筑和特别重要的建筑结构3.3.结构的功能要求结构的功能要求 功能要求功能要求适用性适用性耐久性耐久性安全性安全性4. 4. 结构的可靠性和可靠度的概念结构的可靠性和可靠度的概念结构可靠性结构可靠性结构的安全性、适用性和耐结构的安全性、适用性和耐久性的总久性的总 称。称。结构可靠度结构可靠度结构在规定时间内，在规定结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率。条件下，完成预定功能的概率。（二）结构功能的

12、极限状态（二）结构功能的极限状态极限状态极限状态承载力极限状态承载力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态当结构或结构构件出现下列状态之一时，当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为即认为超过了承载能力极限状态：超过了承载能力极限状态：结构构件或连接因材料结构构件或连接因材料强度不够而破坏；强度不够而破坏；整个结构或结构的一部整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；倾覆等）；结构转变为机动体系；结构转变为机动体系；结构或结构构件丧失稳结构或结构构件丧失稳定（如柱子被压曲等）。定（如柱子被压曲等）。 当结构或结构构件出现下列状态之一当结构或结构构件出现下列状

13、态之一时，即认为时，即认为超过了正常使用极限状态：超过了正常使用极限状态： 影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或外观的变形； 影响正常使用或耐久性能的局部损坏影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；（包括裂缝）； 影响正常使用的振动；影响正常使用的振动； 影响正常使用的其他特定状态等。影响正常使用的其他特定状态等。3.3.作用效应和结构抗力的概念作用效应和结构抗力的概念 作用效应作用效应 结构上的各种作用，在结结构上的各种作用，在结构内产生的构内产生的内力内力（轴力、弯矩、剪力、扭矩（轴力、弯矩、剪力、扭矩等）等）和和变形变形（如挠度、转角、裂缝等）的总（如挠度、转角、裂缝等）的总称

14、称，用，用S 表示。由直接作用产生的效应，通表示。由直接作用产生的效应，通常称为荷载效应。常称为荷载效应。结构抗力结构抗力 结构或构件承受作用效应的结构或构件承受作用效应的能力，如构件的承载力、刚度、抗裂度等，用能力，如构件的承载力、刚度、抗裂度等，用R表示。结构抗力是结构内部固有的，其大小表示。结构抗力是结构内部固有的，其大小主要取决于主要取决于材料性能材料性能、构件几何参数构件几何参数及及计算模计算模式的精确性等式的精确性等。荷载分项系数的取值表荷载分项系数的取值表荷载特性荷载特性荷载分项系数荷载分项系数永久荷载永久荷载永久荷载效应永久荷载效应对结构不利对结构不利由可变荷载效由可变荷载效应控制的组合应控制的组合1.21.2由永久荷载效由永久荷载效应控制的组合应控制的组合1.351.35永久荷载效应对结构有利永久荷载效应对结构有利1.01.0倾覆、滑移或飘浮验算倾覆、滑移或飘浮验算0.90.9可变荷载可变荷载一般情况一般情况1.41.4对标准值大于对标准值大于4kN/m4kN/m2 2的工的工业房屋楼面结构的活荷载取业房屋楼面结构的活荷载取1.31.3返回