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第三章 結(jié)構(gòu)材料

3.1 學(xué)習(xí)要點(diǎn)

本章介紹工程結(jié)構(gòu)常用之鋼材、混凝土、磚石、砌塊等材料的力學(xué)性能和強(qiáng)度取值，是后續(xù)構(gòu)件承載能力、變形等設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)。

1.材料的力學(xué)性能由強(qiáng)度指標(biāo)，變形指標(biāo)，冷彎、沖擊韌性等構(gòu)成。作為強(qiáng)度指標(biāo)的有比例極限、彈性極限、屈服極限(屈服點(diǎn))和強(qiáng)度極限等參數(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用屈服極限作為強(qiáng)度指標(biāo)。衡量變形能力除彈性模量(或變形模量)以外，還有延伸率、截面收縮率等塑性指標(biāo)。冷彎是一個(gè)綜合性指標(biāo)，沖擊韌性用沖擊功來(lái)定義。不同質(zhì)量等級(jí)的鋼材除化學(xué)成分要求不同以外，對(duì)不同溫度下的沖擊韌性指標(biāo)有要求。

2.材料強(qiáng)度有平均值fm，標(biāo)準(zhǔn)值fk和設(shè)計(jì)值f之分。平均值是若干標(biāo)準(zhǔn)試件按規(guī)范規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得的材料屈服極限的平均值;而標(biāo)準(zhǔn)值則為具有95%保證率的材料強(qiáng)度取值，即低于平均值1.645倍標(biāo)準(zhǔn)差;材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值由標(biāo)準(zhǔn)值除以材料的分項(xiàng)系數(shù)(>1)而得到。

3.了解鋼材、鋼筋的分類(lèi)和規(guī)格，掌握鋼材各種強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(抗拉、抗壓、抗剪、承壓)的確定方法，熟悉鋼材的本構(gòu)模型。

4.掌握鋼材焊接連接，螺栓連接的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

5.混凝土屬于人工石材，是典型的脆性材料，抗壓能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于抗拉能力，其性能和配合比有關(guān)。了解混凝土受壓破壞機(jī)理、變形特點(diǎn)，掌握抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度之間的差異，熟悉砼的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。

6.砌體的承載力和變形能力和塊體、砂漿，砌筑質(zhì)量密不可分。了解塊體、砂漿的種類(lèi)和強(qiáng)度等級(jí)，掌握砌體種類(lèi)和強(qiáng)度取值，熟悉砌體的變形特性。

3.2 思考題

1.試?yán)L出有明顯流幅的鋼材(鋼筋)的拉伸圖，說(shuō)明各階段的特點(diǎn)，指出比例極限、屈服極限和強(qiáng)度極限(極限強(qiáng)度)的含義。

2.軟鋼和硬鋼的拉伸圖有何不同，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy各對(duì)應(yīng)于圖中何處的應(yīng)力值?

3.鋼材的沖擊韌性如何定義?

4.鋼材質(zhì)量等級(jí)分A、B、C、D、E級(jí)的依據(jù)是什么?

5.為什么說(shuō)冷彎性能是衡量鋼材力學(xué)性能的一項(xiàng)綜合指標(biāo)?

6.鋼材抗剪強(qiáng)度取抗拉強(qiáng)度的58%，依據(jù)何在?

7.何謂伸長(zhǎng)率?何謂屈強(qiáng)比?

8.鋼材強(qiáng)度取值與尺寸有關(guān)，Q345鋼何時(shí)fy=345N/mm2?在其他情況下fy是小于還是大于345N/mm2?

9.角焊縫在彎矩、軸力、剪力、扭矩作用下的焊接強(qiáng)度是按哪種形式計(jì)算的?與對(duì)接焊縫有何區(qū)別?

10.高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力起什么作用?預(yù)拉力的大小與承載能力有什么關(guān)系?高強(qiáng)度螺栓與普通螺栓計(jì)算有什么不同?摩擦型高強(qiáng)度螺栓與承壓型高強(qiáng)度螺栓有何區(qū)別?

11.在交變受力過(guò)程中，鋼材的疲勞計(jì)算是用最大應(yīng)力、最小應(yīng)力、平均應(yīng)力、還是用應(yīng)力幅?為什么不采用材料力學(xué)中的“疲勞極限”這一概念?

12.鋼筋進(jìn)行冷加工的目的是什么?冷加工的方法有哪幾種?每種加工方法對(duì)強(qiáng)度有何影響?

13.何謂冷拉時(shí)效?

14.我國(guó)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中使用的鋼筋有幾種?熱軋鋼筋的強(qiáng)度分哪幾個(gè)等級(jí)，分別用什么符號(hào)表示?

15.混凝土立方體抗壓強(qiáng)度能不能代表實(shí)際構(gòu)件中混凝土的強(qiáng)度?既然用立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu作為混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，為什么還要有軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)c?

16.混凝土的基本強(qiáng)度指標(biāo)有哪些?各用什么符號(hào)表示，它們之間有什么關(guān)系?

17.混凝土在短期一次加載軸心壓力作用下的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)，和熱軋鋼筋一次加載受接時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)相比有什么不同?并指出前者曲線(xiàn)的某些特點(diǎn)。

18.混凝土應(yīng)力等于fc時(shí)的應(yīng)變ε0和極限壓應(yīng)變εcu有什么區(qū)別?它們各在什么受力情況下考慮，其應(yīng)變值大致為多少?

19.為什么混凝土棱柱體試件在短期軸壓作用下的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)中有一個(gè)“下降段”。為什么會(huì)出現(xiàn)應(yīng)變不斷增加，而應(yīng)力不斷降低的現(xiàn)象?

20.什么叫約束混凝土?處于三向受壓的混凝土，其變形特點(diǎn)如何?

21.混凝土的受壓變形模量有幾種表達(dá)方式?我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范是怎樣確定混凝土的受壓彈性模量的?

22.混凝土在重復(fù)荷載作用下，其應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)有何特征，在實(shí)用上有何意義?

23.混凝土的收縮和徐變有什么不同?是由什么原因引起的?變形特點(diǎn)是什么?

24.混凝土的收縮和徐變對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)各有什么影響?減少收縮和徐變的措施有哪些?

25.為什么鋼筋和混凝土能夠共同工作?它們之間的粘結(jié)力是由哪幾部分組成的?提高鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力可采取哪些措施?

26.粘結(jié)力沿鋼筋長(zhǎng)度方向的分布圖形如何?鋼筋埋入混凝土中的長(zhǎng)度無(wú)限增大時(shí)，粘結(jié)力圖形的長(zhǎng)度是否也隨之無(wú)限增大?為什么?

27.為使鋼筋在混凝土中有可靠的錨固，可采取哪些措施?

28.磚砌體的抗壓強(qiáng)度為什么低于它所用磚所能達(dá)到的抗壓強(qiáng)度?

29.影響砌體抗壓強(qiáng)度的因素有哪些?

30.從影響砌體抗壓強(qiáng)度的因素分析，如何提高磚墻的施工質(zhì)量?

31.在何種情況下可按砂漿強(qiáng)度為零來(lái)確定砌體強(qiáng)度?

32.為什么工程上不允許采用沿水平通縫截面軸心受拉的構(gòu)件?

33.砌體在彎曲受拉時(shí)有哪幾種破壞形態(tài)?

34.垂直壓應(yīng)力對(duì)砌體抗剪強(qiáng)度有何影響?

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（責(zé)任編輯：中大編輯）

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