结构常用材料的物理与力学性质

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1、3.结构常用材料的物理与力学性质3.1结构材料的基本要求3.2材料的强度取值3.3混凝土的物理力学性质3.4建筑用钢材的物理力学性质3.5钢筋与混凝土的共同工作原理3.1结构材料的基本要求1.结构材料要有足够的、有一定环境适应度的强度足够的强度是对于结构材料的基本要求，没有强度或强度不足就根本不能承担建筑物的巨大荷载，甚至会导致建筑物坍塌，不能保证内部的空间或应有的效果。另外，结构的材料面对季节变化所导致的温度、湿度、冻融循环等，其强度也不能有明显的变化。同时，结构的材料还应该能够抵御空气与环境的腐蚀影响；在特殊情况下，如火灾，结构材料能够保证保持强度性能的基本时间

2、，使人们可以逃离险境。2.结构材料要有足够的刚度除了强度指标，刚度——抵抗变形的能力也同样重要。没有足够的强度，构件受力后虽然不破坏，但可能由于变形过大，会导致构件与构件之间宏观几何关系的改变，进而会使得结构整体的受力性能复杂化和不确定性增加，使设计复杂性提高，实际使用的模糊性加大，安全性降低。3.1结构材料的基本要求3.结构材料要有相应的重度材料的重量是结构保持自身稳定性的重要手段，在动荷载作用下，轻薄的构件会产生不良的颤动，不仅影响工作效果，而且颤动所产生的往复应力的作用，会使材料发生低应力脆断——疲劳破坏。建筑物自身的自重是其保持整体稳定、抵抗倾覆的重要因素，

3、如重力式水坝、挡土墙；重型屋面；重力式桥墩。4.结构材料要有相对低廉的价格结构材料使用量大，成本是必须被有效控制的。材料的价格并非是施工成本的全部，施工的难易程度也是总成本的重要影响因素。设计者应从结构的性能要求、材料的基础价格、施工的难易程度等多方面综合考虑材料的成本，使性能价格比达到较优化的程度。3.1结构材料的基本要求5.结构材料要有良好的环保性能结构材料良好的环保性能，要从三方面体现出来：首先是指材料在使用中不会对环境与健康形成不良的危害，对于人体不产生不良作用，无毒、无放射性、没有不良气体的释放、不与空气发生不良反应等。其次，在材料的生产过程中不对自然界产

4、生相对的破坏，不大范围的破坏自然界、影响自然环境，不破坏生态平衡。第三，材料是可回收、可以重复利用的，重而减少对于新材料的利用，间接保护自然。3.1结构材料的基本要求6.结构材料的常规选择从材料的选择原则与标准、科学技术发展水平、现有的经济条件与技术条件，符合这些条件的主要结构材料主要是钢材与混凝土材料。混凝土材料是一种脆性材料，需要与钢材联合工作才能保证其功效的发挥，常见的是钢筋混凝土结构、劲性混凝土（钢骨混凝土）结构。普通跨度的多层与高层结构多数采用混凝土结构。钢结构的施工速度快、建筑有效空间大（构件截面小）也是采用钢结构的主要原因。但是钢结构不耐腐蚀，在高温下

5、会迅速失去强度——不耐火。对于一些特殊的构筑物，由于自身的重量与特定的环境要求，如港口、道路、水坝等，混凝土材料为首选。3.2材料的强度取值实际工程材料的强度取值实际工程材料存在着离散性，既不完全满足力学计算所提出的基本假设，形成构件的材料在构件上的各个点的破坏强度不完全一致；与荷载的统计方法相类似，对于材料的强度的特征值也采取统计分析的方式来进行，并规定了相应的保证率；材料强度特征值的保证率也为：95%，即以该特征值衡量该材料的强度统计数据，95%的指标高于该特征值。3.2材料的强度取值规律：同种材料的中，较大与较小的强度指标出现概率低，常规强度指标出现概率高强度

6、平均值为μ，均方差为σ；有些材料的强度离散性小，如钢材；有些材料的离散性大，如混凝土。强度值出现概率μσσ强度值出现概率μσσ根据正态分布函数的数学特征，确定特征强度指标：R=μ-1.645σRsRc3.3混凝土3.3.1混凝土的强度理论3.3.2混凝土的变形理论立方抗压强度棱柱抗压强度抗拉强度多维受力强度短期应力变形长期应力变形非应力变形3.3混凝土3.3.1混凝土的强度理论立方抗压强度立方抗压强度是混凝土的基本强度指标在标准的试验机上，以标准的实验方法，对于大量的、按照某一统一标准生产制作的混凝土标准试件进行压缩破坏，所得出的保证率为95%的强度指标——fcu。

7、混凝土是由骨料（石子与砂）、水泥凝胶（水与水泥的水化物）组成的混合物。混凝土内部还有少量的未水化的水泥颗粒、游离的与结合在水泥凝胶表面的水分、气泡、杂质等。混凝土是组成不均匀的材料，不同构件的施工作业条件也存在巨大的差异，其力学性能必然体现出较大的离散性。必须采用统计方法来确定混凝土的强度特征值3.3.1混凝土的强度1.混凝土的立方抗压强度fcu及强度等级。（1）混凝土的立方抗压强度确定方法：用边长为150mm的标准立方体试件，在标准养护条件下（温度20±3℃，相对湿度不小于90%）养护28天后，按照标准试验方法（试件的承压面不涂润滑剂，加荷速度约每秒0.15～