5结构工程材料的力学性能

扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.建筑结构与构造第5章工程结构材料的力学性能2015.8扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能本章提要工程结构对主要材料的基本要求强度、弹性、塑性、脆性和韧性各种工程材料的性状、品种、标记符号，以及各自的强度、变形等力学性能钢筋和混凝土结构材料、砌体结构材料、钢结构材料、木材结构设计中各种材料的选用原则、要求扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能第5章结构工程材料的力学性能5.1结构对工程材料性能的基本要求5.2钢筋和混凝土材料5.3砌体结构材料5.4钢结构材料5.5木材扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能5.1结构对工程材料性能的基本要求结构材料的基本要求a.结构材料要有所需要的力学性能:各种材料在外力作用下,其抵抗破坏和变形的能力；强度、弹性、塑性、脆性、韧性、硬度和耐磨性等b.结构材料要有防水、绝热、吸声等性能；c.结构材料要有耐热、耐腐蚀等性能、抵抗温、湿度变化及反复冻融等的破坏作用；d.结构材料要有相对低廉的价格；e.结构材料要有良好的环保性能。5.1结构对工程材料性能的基本要求扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能5.1.1材料的强度材料在外力(荷载〉作用下抵抗破坏的能力。常以应力的形式表示。其数值是材料受外力破坏时，单位面积上所承受的力抗拉、抗压、抗弯和抗剪等强度。5.1结构对工程材料性能的基本要求扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能5.1.2材料的弹性与塑性弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质塑性：在外力作用下材料产生变形，如果取消外力，仍保持变形后的形状尺寸，并且不产生裂缝的性质延性：材料超越弹性极限后至破坏以前耐受变形的能力。EE——弹性模量。反映材料受力时抵抗弹性变形的能力。a’defufyfabcdefb塑性变形弹性变形5.1结构对工程材料性能的基本要求扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能5.1.3材料的脆性和韧性脆性：在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质。韧性：在冲击、震动荷载作用下，材料能承受很大的变形也不致被破坏的性能。是强度与塑性的综合指标。易受温度影响。硬度：材料抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。耐磨性：材料表面抗磨损的能力。5.1结构对工程材料性能的基本要求BACK扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能5.2钢筋和混凝土材料5.2.1砼结构的基本概念1.基本概念5.2钢筋和砼材料钢筋混凝土：是钢筋和砼按一定方式组成的能共同工作的建筑材料。混凝土结构(ConcreteStructure):主要以混凝土材料，并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、钢管等，作为主要承重材料的结构。素混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构钢骨混凝土结构钢管混凝土结构纤维增强混凝土钢-混凝土组合结构NEXT扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能素混凝土结构（PlainConcrete)5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能钢筋混凝土结构（ReinforcedConcrete)钢筋混凝土梁5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能预应力混凝土结构（PrestressedConcrete)5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能钢骨混凝土结构（SteelReinforcedConcrete)(EncasedConcrete)钢骨混凝土柱5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能钢管混凝土结构（ConcreteFilledTube)5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能纤维增强混凝土（FiberReinforcedconcrete)5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能钢-混凝土组合结构(CompositeStructure)(HybridStructure)5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能5.2.1砼结构的基本概念2.试验介绍◆混凝土：◎抗压强度高，而抗拉强度却很低◎一般抗拉强度只有抗压强度的1/8～1/20◎破坏时具有明显的脆性性质因此，素混凝土构件在实际工程的应用很有限，主要用于以受压为主的基础、柱墩和一些非承重结构。5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能素混凝土梁Pcr=9.7kN150300fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2ftc=ft2500Pu≈Pcrc=ftft破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到混凝土的抗压强度，破坏表现为脆性断裂，无明显预兆。5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能5.2.1砼结构的基本概念2.试验介绍◆钢材：◎抗拉和抗压强度都很高◎具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性◎但细长的钢筋受压时极易压曲，仅能作为受拉构件将混凝土和钢材这两种材料有机地结合在一起，可以取长补短，充分利用材料的性能。5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能钢筋混凝土梁Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftc=ft1503002500Pu≈52.5kNc=ftftsc2f16fy配置钢筋后，RC梁的承载力比素混凝土梁大大提高，钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用，且破坏过程有明显预兆。Py≈50.0kNfc5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能钢筋混凝土梁Pcr=9.7kNftc=ft1503002500Pu≈52.5kNc=ftftsc2f16fyPy≈50.0kNfc★从开裂荷载到屈服荷载，在很长的过程带裂缝工作；★通常裂缝宽度很小，不致影响正常使用。★但裂缝导致梁的刚度显著降低，使得钢筋混凝土梁不能应用于大跨度结构。如何解决？fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm25.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能钢筋混凝土——ReinforcedConcrete除在构件的受拉区配筋外，还有许多其他配筋方式可以在构件的受压区配置钢筋协助混凝土承受压力在复杂应力区域（如梁在受剪区段、受扭构件、节点区、剪力墙等），可以配置箍筋或纵横交错的钢筋当构件受力很大时，可以直接配置钢骨还可以利用箍筋约束混凝土来提高混凝土的抗压强度，甚至直接采用钢管采用纤维（钢纤维、玻璃纤维等）与混凝土一起搅拌形成的纤维混凝土，其抗拉强度可以达到提高因此，两种（或两种以上）材料的有机组合，充分发挥各自的长处，可以创造出多种形式的复合材料，适应各种不5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能受压构件中配置受压钢筋受扭构件配筋螺旋箍筋约束混凝土梁中配置箍筋图1-3常见配筋方式常见的配筋方式5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能5.2.1砼结构的基本概念3.钢筋混凝土的特点⑴钢筋与混凝土共同工作的原因:钢筋和砼之间存在粘结力钢筋和砼线膨胀系数接近砼保护钢筋5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能5.2.1砼结构的基本概念3.钢筋混凝土的特点⑵特点优点:A.材料利用合理B.可模性好C.耐久性和耐火性较好，维护费用低D.现浇混凝土结构的整体性好，延性较好，适用于抗震、抗爆结构E.刚度大、阻尼大，有利于结构的变形控制。F.易于就地取材5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能5.2.1砼结构的基本概念3.钢筋混凝土的特点⑵特点缺点:A.自重大B.抗裂性差C.承载力有限D.施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工受季节、天气的影响较大。E.混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能混凝土结构学习中应注意的问题受压构件受扭构件受弯构件受拉构件受弯构件受压构件5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能截面的基本受力形态:正截面受力斜截面受剪扭曲截面受扭基本构件的受力往往是基本受力形态的复合基本构件受力形态受弯构件?板梁受弯、受剪受压构件?受压弦杆柱、墙受压弯受压剪双向受压弯受扭构件?雨蓬梁柱受扭受弯、剪、扭受压、弯、剪、扭受拉构件?受拉弦杆受拉弯梁柱节点受剪5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能基本理论工程应用问题的复杂性问题的综合性问题不是单一的解答是不唯一的受力性能理论分析构件设计结构设计材料的力学性能两种材料的配比两种材料的共同工作5.2钢筋和砼材料扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering.第5章结构工程材料的力学性能学习中应注意的问题：1、构件和结构设计是一个综合性问题。设计过程包括结构方案、构件选型、材料选择、配筋构造、施工方案等，同时还需要考虑安全适用和经济合理。设计中许多数据可能有多种选择方案，因此设计结果不是唯一的。最终设计结果应经过各种方案的比较，综合考虑使用、材料、