工程结构材料的物理力学性能

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1、第三章：工程结构材料的物理力学性能内容提要一、钢材的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能三、砌体的材料及力学性能四、本章要点第三章：材料的性能一、钢材的物理力学性能1、简单应力下钢材的性能(1)钢材的应力-应变关系曲线形式：有明显流幅的：弹性、屈服、强化和颈缩阶段没有明显流幅的：没有明显的屈服阶段曲线简化：屈服前：完全弹性的；屈服后：完全塑性的。第三章：材料的性能一、钢材的物理力学性能(2)钢材的强度指标屈服强度：设计时钢材允许达到的最大应力有明显流幅的钢材：取屈服点的应力；无有明显流幅的钢材：取条件

2、屈服强度。条件屈服强度：残余应变为0.2%对应的应力。极限强度：材料能承受的最大应力反映安全储备屈强比：屈服强度/极限强度(3)钢材的塑性指标伸长率：拉断后构件伸长率截面收缩率：拉断后面积缩小率冷弯性能：以冷弯的角度来衡量第三章：材料的性能一、钢材的物理力学性能2、复杂应力下钢材的性能(1)复杂应力状态下的屈服条件判别方法：用能量理论建立屈服条件，用折算应力判别当时，钢材没有屈服当时，钢材屈服。折算应力以主应力表示：以应力分量表示第三章：材料的性能一、钢材的物理力学性能分析结果：主应力同

3、号时，不易屈服，塑性下降，越接近越明显。主应力异号时，易屈服，破坏呈塑性，差别越大越明显。(2)反复荷载下钢材的疲劳疲劳破坏：在低于强度的应力反复作用下，所发生破坏。疲劳破坏特点：包括裂纹形成，缓慢发展和迅速断裂三个过程没有明显的变形，脆性破坏第三章：材料的性能一、钢材的物理力学性能影响因素：荷载的的性质：拉、压、剪等应力循环特征：(应力比)静载（=1）同号循环（>0）脉冲循环(=0)异号循环(<0)完全对称循环（-1）循环次数:应力比一定时，疲劳强度与荷载的循环次数有关。第三章：材料的性能一、钢

4、材的物理力学性能疲劳极限：当最大应力小于某一数值，反复荷载循环无穷次，材料也不会破坏。疲劳曲线(试验结果)循环N次包络线ABCD简化疲劳曲线ABCD的方程BCD(拉为主)AB(压为主)第三章：材料的性能一、钢材的物理力学性能3影响钢材性能的一般因素(1)化学成分碳：提高强度；但塑性，可焊性、耐锈蚀性等劣化。锰：提高强度，改善脆性；但对可焊性和耐锈力不利。硅：提高强度，但含量过高，对塑性可焊性耐锈力不利。硫：高温时变脆，降低塑性韧性抗疲劳能力和耐锈能力。磷：提高强度和耐锈力，低温变脆，降低塑性可焊

5、性等。(2)钢材缺陷偏析:钢中化学成分的不一致性和不均匀性裂纹：先天的裂纹，或是微观的或是宏观的分层：在厚度方向分成多层，各层相互连接，并不脱离夹杂物：尤其是硫化物和氧化物等第三章：材料的性能一、钢材的物理力学性能(3)钢材的硬化时效硬化：现象：时间增加，强度提高，塑性下降。特点：过程很长，反复荷载和高温下易产生。冷作硬化：常温下产生塑性变形后屈服点提高，塑性降低。应变时效：产生塑性变形后，特别是在高温下，使已经产生冷作硬化的钢材又发生时效硬化。第三章：材料的性能一、钢材的物理力学性能(4)温度

6、在正常温度下：基本不随温度变化在高温度下：温度升高，强度、弹性模量均有下降趋势蓝脆现象：250℃左右，抗拉强度反而提高，塑性和韧性下降。在低温时：温度降低，强度略提高，塑性等下降，有脆性倾向。冷脆现象：当温度降低至某一温度以下时，材料变脆。第三章：材料的性能一、钢材的物理力学性能(5)应力集中现象：当构件内部缺陷或截面形状等改变时，应力分布不均匀，出现局部高峰应力，促使钢材变脆。影响因素：截面变化愈剧烈，应力集中现象愈明显。第三章：材料的性能一、钢材的物理力学性能4、结构对钢材的要求及钢材的分类(1)结

7、构对钢材的要求具有较高的屈服强度和极限强度；具有良好的塑性和韧性具有良好的工艺加工性能；良好的耐锈蚀能力与混凝土良好的粘结力(2)钢材的选择：结构或构件的类型及重要性；作用的性质（静力和动力作用）；连接方式（焊接、铆接或螺栓连接）；工作环境（温度和腐蚀等）。第三章：材料的性能一、钢材的物理力学性能(3)结构用钢材的分类碳素钢：强度等级：按屈服强度分五个品种，Q195~Q275。质量等级：A、B、C、D四级，对冲击韧性要求不同脱氧方式：镇静、半镇静、沸腾和特殊镇静，用ZbF和TZ示例：Q2

8、35Bb表示屈服强度为235，B级半镇静钢低合金钢：强度等级：按屈服强度分五个品种，Q295~Q460。质量等级：A、B、C、D、E五级，对冲击韧性要求不同脱氧方式：镇静和特殊镇静钢热处理钢第三章：材料的性能一、钢材的物理力学性能(4)钢材的规格钢板：以“―宽度厚度长度”或“―宽度厚度”表示型钢：角钢：等边“L肢宽厚度”；不等边“L长肢宽短肢