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第三章 結構材料

3.1 學習要點

本章介紹工程結構常用之鋼材、混凝土、磚石、砌塊等材料的力學性能和強度取值，是后續構件承載能力、變形等設計計算的基礎。

1.材料的力學性能由強度指標，變形指標，冷彎、沖擊韌性等構成。作為強度指標的有比例極限、彈性極限、屈服極限(屈服點)和強度極限等參數，結構設計用屈服極限作為強度指標。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。冷彎是一個綜合性指標，沖擊韌性用沖擊功來定義。不同質量等級的鋼材除化學成分要求不同以外，對不同溫度下的沖擊韌性指標有要求。

2.材料強度有平均值fm，標準值fk和設計值f之分。平均值是若干標準試件按規范規定進行試驗，測得的材料屈服極限的平均值;而標準值則為具有95%保證率的材料強度取值，即低于平均值1.645倍標準差;材料強度設計值由標準值除以材料的分項系數(>1)而得到。

3.了解鋼材、鋼筋的分類和規格，掌握鋼材各種強度設計值(抗拉、抗壓、抗剪、承壓)的確定方法，熟悉鋼材的本構模型。

4.掌握鋼材焊接連接，螺栓連接的設計計算方法。

5.混凝土屬于人工石材，是典型的脆性材料，抗壓能力遠遠高于抗拉能力，其性能和配合比有關。了解混凝土受壓破壞機理、變形特點，掌握抗拉、抗壓、抗剪強度之間的差異，熟悉砼的應力-應變關系。

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

3.2 思考題

1.試繪出有明顯流幅的鋼材(鋼筋)的拉伸圖，說明各階段的特點，指出比例極限、屈服極限和強度極限(極限強度)的含義。

2.軟鋼和硬鋼的拉伸圖有何不同，抗拉強度設計值fy各對應于圖中何處的應力值?

3.鋼材的沖擊韌性如何定義?

4.鋼材質量等級分A、B、C、D、E級的依據是什么?

5.為什么說冷彎性能是衡量鋼材力學性能的一項綜合指標?

6.鋼材抗剪強度取抗拉強度的58%，依據何在?

7.何謂伸長率?何謂屈強比?

8.鋼材強度取值與尺寸有關，Q345鋼何時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度是按哪種形式計算的?與對接焊縫有何區別?

10.高強度螺栓的預拉力起什么作用?預拉力的大小與承載能力有什么關系?高強度螺栓與普通螺栓計算有什么不同?摩擦型高強度螺栓與承壓型高強度螺栓有何區別?

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

12.鋼筋進行冷加工的目的是什么?冷加工的方法有哪幾種?每種加工方法對強度有何影響?

13.何謂冷拉時效?

14.我國鋼筋混凝土結構中使用的鋼筋有幾種?熱軋鋼筋的強度分哪幾個等級，分別用什么符號表示?

15.混凝土立方體抗壓強度能不能代表實際構件中混凝土的強度?既然用立方體抗壓強度fcu作為混凝土的強度等級，為什么還要有軸心抗壓強度fc?

16.混凝土的基本強度指標有哪些?各用什么符號表示，它們之間有什么關系?

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

18.混凝土應力等于fc時的應變ε0和極限壓應變εcu有什么區別?它們各在什么受力情況下考慮，其應變值大致為多少?

19.為什么混凝土棱柱體試件在短期軸壓作用下的應力應變曲線中有一個“下降段”。為什么會出現應變不斷增加，而應力不斷降低的現象?

20.什么叫約束混凝土?處于三向受壓的混凝土，其變形特點如何?

21.混凝土的受壓變形模量有幾種表達方式?我國現行規范是怎樣確定混凝土的受壓彈性模量的?

22.混凝土在重復荷載作用下，其應力應變曲線有何特征，在實用上有何意義?

23.混凝土的收縮和徐變有什么不同?是由什么原因引起的?變形特點是什么?

24.混凝土的收縮和徐變對鋼筋混凝土結構各有什么影響?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?它們之間的粘結力是由哪幾部分組成的?提高鋼筋和混凝土之間的粘結力可采取哪些措施?

26.粘結力沿鋼筋長度方向的分布圖形如何?鋼筋埋入混凝土中的長度無限增大時，粘結力圖形的長度是否也隨之無限增大?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.磚砌體的抗壓強度為什么低于它所用磚所能達到的抗壓強度?

29.影響砌體抗壓強度的因素有哪些?

30.從影響砌體抗壓強度的因素分析，如何提高磚墻的施工質量?

31.在何種情況下可按砂漿強度為零來確定砌體強度?

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件?

33.砌體在彎曲受拉時有哪幾種破壞形態?

34.垂直壓應力對砌體抗剪強度有何影響?

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（責任編輯：中大編輯）