簡介：一引言（一）化學(xué)地球動力學(xué)的提出與基本構(gòu)想1．化學(xué)地球動力學(xué)產(chǎn)生的背景除了微量元素與同位素示蹤理論和技術(shù)方法的發(fā)展，奠定了地幔地球化學(xué)發(fā)展的一般基礎(chǔ)外，直接影響到化學(xué)地球動力學(xué)產(chǎn)生的因素為板塊構(gòu)造學(xué)說影響板塊構(gòu)造學(xué)說使地球科學(xué)家與地球化學(xué)家能夠統(tǒng)觀整個地球系統(tǒng)，看到板塊運動伴隨著大規(guī)模殼、幔相互作用和物質(zhì)再循環(huán)。多種地幔端元組分的發(fā)現(xiàn)洋、陸玄武巖同位素與微量元素揭示了地幔物質(zhì)儲庫的多樣性，即除了原始地幔PM和虧損地幔DM兩個端元組分外，尚存在一些其它地幔端元組分，以致造成玄武巖同位素和化學(xué)成分的多種多樣性。進而可以嘗試由地,,（接上頁）球?qū)尤Φ南嗷プ饔?，包括?幔、上/下地幔、以至核/幔過渡帶的物質(zhì)交換與再循環(huán)等，來解釋多種地幔端元的成因。也就是說由地?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)的多樣性，進而產(chǎn)生了從地球圈層相互作用來揭示地球動力學(xué)的構(gòu)想。多同位素體系線性和非線性數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，使有可能模擬地球、地幔不均一化學(xué)結(jié)構(gòu)的形成與層圈相互作用，以期揭示殼幔演化歷史及地球動力學(xué)。因此，產(chǎn)生了將地球視為一個統(tǒng)一的動力學(xué)系統(tǒng)，以層圈的相互作用為主導(dǎo)，以揭示殼、?；瘜W(xué)組成和演化為基礎(chǔ)，探討地球發(fā)展歷史與動力學(xué)的化學(xué)地球動力學(xué)CHEMICALGEODYNAMICS的構(gòu)想ALLEGRE,1982ZINDLER大陸殼俯沖、超高壓變質(zhì)帶的形成與折返。這是近年在碰撞造山帶發(fā)現(xiàn)超高壓變質(zhì)榴輝巖后，揭示出的第三種殼幔再循環(huán)方式，并構(gòu)成當(dāng)前研究的熱點。4地幔柱研究的發(fā)展及地球深部層圈相互作用、物質(zhì)循環(huán)和動力學(xué)的探索；5化學(xué)地球動力學(xué)數(shù)值計算模擬探索取得了初步進展。,二地幔端元組分及地?；瘜W(xué)不均一性（一）地幔端元組分隨大洋和大陸玄武巖同位素和化學(xué)成分的積累，人們發(fā)現(xiàn)了同位素和元素組成上的多樣性。僅考慮原始地幔和虧損地幔兩個端元組分，已無法解釋許多玄武巖的組成特征，地幔應(yīng)具有多種端元組分。通過多年研究，目前已確定的地幔端元組分見表1和圖1表1各類型地幔端元的同位素組成特征地幔端元類型143ND/144ND87SR/86SR206PB/204PB176HF/177HF虧損地幔（DM）051310513307020070241551780283102835高U/PB值地幔HIMU05128070260703021022002893I型富集地幔EMI051230512407045070601651750282602827II型富集地幔EMII0512705129070718519502828流行地幔（PREMA）0513007035183原始地幔PM0512438070451735175,圖1海洋玄武巖同位素組成變化范圍,表2洋島玄武巖OIB各端元的微量元素和同位素組成（據(jù)WEAVER,1991HARTETAL,1992,,圖2秦嶺兩側(cè)中新生帶玄武巖87SR/86SR－206PB/204PB、143ND/144ND－206PB/204PB和143ND/144ND－206PB/204PB圖解注地幔端元組成據(jù)WILSON,19931汝陽10081；2汝陽10083；3黃陂10104；4陽新95041；5麻城M57－1。,由圖1可見EMIEMII和HIMU為產(chǎn)生洋島玄武巖的三個主要端元，并已確定了這三個端元的特征元素對比值的范圍（表2）。利用三元和三元以上的同位素圖解與表2中的數(shù)據(jù)可確定所研究玄武巖地幔源區(qū)的組分端元。應(yīng)用二元同位素圖解在確定端元組分時，常會造成誤判（圖2）。,討論DMM、EMI、EMII和HIMU是被公認的端元組分；而PREMA是否為獨立端元組分尚有爭議。因PREMA的同位素組成正好位于前面四種端元組分混合中心，有人認為它是前四種端元組分混合的結(jié)果；另一些人認為它是一個原始地幔組分，由該組分分異出其它四個端元組分。關(guān)于地幔端元組分形成的認識，迄今仍分歧很大。1對DMM的認識基本一致，認為是NMORB的源區(qū)，代表強烈虧損的上地幔。2HIMU一般認為來源于再循環(huán)大洋巖石圈，由于俯沖前洋底熱液作用或俯沖期間變質(zhì)脫水使部分鉛丟失而形成其特高的U/PB比值或Μ值。然而，HIMU經(jīng)常見于洋島玄武巖源區(qū)，表明源區(qū)位于下地?；蜥＃诉吔纾@就涉及洋殼深俯沖的問題。,,3對EMI和EMII的認識仍有分歧,存在以下主要不同認識它們分別是俯沖作用攜帶的少量深海和陸源沉積物加入地幔的結(jié)果（HOFMANNWILSON,1993）；大陸物質(zhì)通過俯沖和拆沉加入地幔的結(jié)果HAWKESWORTHETAL,1988,1990；EMII為與殼幔再循環(huán)相聯(lián)系的交代成因的富集地幔組分，EMI為與地幔自身分異相聯(lián)系的交代成因的富集地幔組分（朱炳泉，1999）,等等。也不排除EMI和EMII本來就是多成因的，應(yīng)針對具體問題具體解決。辦法是重視分辨陸殼、洋殼、遠洋沉積物、大陸沉積物，以及各種成因流體化學(xué)組成的細微差別及其對地幔影響的細微不同，從而對之作出恰當(dāng)?shù)慕忉?。多種地幔端元組分的存在表明地幔化學(xué)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，它既表現(xiàn)于垂向，又顯示于側(cè)向。,（二）地幔大尺度區(qū)域性化學(xué)不均一性1．南半球地幔大規(guī)模同位素異常帶通過大洋玄武巖系統(tǒng)同位素填圖，HART1984,1988揭示出南半球（赤道至南緯50度左右）存在大規(guī)模同位素異常帶。其特征表現(xiàn)為HIMU、EMI、EMII端元組分集中分布，地幔顯示HIMU端元組分的高放射成因鉛的特征與HART所定義的DUPAL異常。DUPAL異常具有如下特征A高87SR/86SR（大于07050）B△8/4PB大于60，△7/4PB也偏高。其中，8/4PB和△7/4PB是表征樣品208PB/204PB和207PB/204PB偏離北半球參考線NHRL程度的參數(shù)。計算方法如下,為計算一個玄武巖樣品的△7/4PB和△8/4PB，HART1984給出了以下的經(jīng)驗式（207PB/204PB）NHRL01084206PB/204PB13491（208PB/204PB）NHRL1209206PB/204PB15627△7/4PB（207PB/204PB）DS（207PB/204PB）NHRL100△8/4PB（208PB/204PB）DS（208PB/204PB）NHRL100其中,DS為任何樣品的數(shù)據(jù)。計算證明南半球同位素異常帶應(yīng)存在了幾十億年（HART,1984）。,圖3玄武巖207PB/204PB－206PB/204PB與208PB/204PB－206PB/204PB圖解,2全球大洋同位素省RB太平洋省鉛同位素具有NHRL特征，也包括北大西洋地區(qū)；印度洋省DUPAL型鉛同位素異常特征，206PB/204PB較低，87SR/86SR較高，也包括南大西洋南部地區(qū)；HU高鈾省具有高206PB/204PB和高Μ值特征，分布于南太平洋和南大西洋的中部地區(qū)。,3全球大陸同位素省在綜合分析各大陸新生代玄武巖（代表地幔）、中生代礦石和花崗巖（代表上地殼）及麻粒巖（代表下地殼）PB、SR、ND等同位素數(shù)據(jù)（圖26、圖27、圖28）基礎(chǔ)上，并結(jié)合釹模式年齡揭示的地殼增生歷史、地殼元素豐度及礦產(chǎn)類型與規(guī)模等資料分析，已將全球大陸劃分為四個同位素省北太平洋型陸塊省鉛同位素具有NHRL特征，分布于北美西部以及亞洲的西伯利亞與華北之間；東岡瓦納型陸塊省具有較高的206PB/204PB和DUPAL異常特征，范圍包括澳洲西部、南部非洲、印度、印度支那和華夏（華南）；,西岡瓦納型陸塊省具有高206PB/204PB和高Μ值特征，范圍包括非洲中部、南美、南極和澳洲東部；勞亞或北大西洋型陸塊省具有低206PB/204PB和近于原始地幔的低Μ值特征，范圍包括歐洲、格陵蘭、北美東部、西伯利亞、華北和塔里木。與大洋同位素省對比前三個陸塊省可分別相當(dāng)于三個大洋省，只有北大西洋型陸塊省還沒有找到對應(yīng)的大洋省。,圖4中國主要地體上地幔NDSRPB206、207、208同位素組成的五維拓撲空間投影圖解1華南陸快；2南半球和岡瓦納；3華北陸塊；4北太平洋（朱炳泉，1991）。,圖5全球麻粒巖207PB/204PB－206PB/204PB圖解GL格陵蘭拉布多拉；LE蘇格蘭路易斯；IN印度；A澳大利亞；SI西伯利亞；AN南極；SF南非；SA南美；NC華北；SC華南；SGW南戈壁烏拉山群；J佳木斯麻山群（朱炳泉，1998）。,圖6中國大陸不同塊體鉛同位素206PB/204PB分布柱狀統(tǒng)計圖（ZHU,1995）A新生代玄武巖；B中生代花崗巖長石1－華北；2－揚子；3－華南；4－東北興安嶺地區(qū)；5－西藏。,4．關(guān)于地幔區(qū)域不均一性形成的爭議與啟示爭議概括為兩類（1）地球地幔原始均一后來演化為不均一；（2）地球地幔原始不均一后來再發(fā)生演化。地球地幔原始均一后演化出不均一說地球原始是均一的，后自身分異，尤其是層圈相互作用和再循環(huán)導(dǎo)致不均一。這是迄今地球化學(xué)的統(tǒng)治思想。表現(xiàn)為對全球地幔采用統(tǒng)一的原始地幔標準。如對于南半球地幔顯示出的同位素組成特殊性，認為是異常。對其形成，盡管存在著密集的俯沖碰撞使大量地殼物質(zhì)帶入地幔成因說（ALLEGRECASTILLO,1988）之爭，但均是從統(tǒng)一原始地幔考慮問題的。地球地幔原始不均一加后來演化說根據(jù)天體化學(xué)揭示的原始地球物質(zhì)在空間上的不均一性，而且全球地幔化學(xué)不均一性的某些規(guī)律又非能由層圈再循環(huán)所能解釋，因而提出了地球原始非均一論，向均一論發(fā)起挑戰(zhàn)（歐陽自遠等，1994，1995）。,實踐檢驗秦嶺造山帶是殼幔劇烈相互作用帶，發(fā)生著大規(guī)模的洋殼和陸殼俯沖消減、大陸拆沉，但這些再循環(huán)地殼物質(zhì)對地幔組成的影響范圍僅限于造山帶兩側(cè)的窄帶中，稍遠一些的華北和揚子區(qū)內(nèi)地幔仍長期保持其各自的化學(xué)特征。這一初步揭示的規(guī)律，似乎有利于后一觀點。啟示有關(guān)地幔大尺度不均一性成因的爭論非短期所能解決的。但鑒于這種不均一性是有規(guī)律的和長期保持的（至少由新太古代至今），可以認為在全球地幔化學(xué)不均一性規(guī)律基礎(chǔ)上，通過區(qū)域同位填圖，研究陸塊和洋域的原始構(gòu)造歸屬是有根據(jù)的，這一方法的完善和發(fā)展將對全球構(gòu)造研究具有重要意義。,（三）、大別造山帶PB同位素填圖,1PB同位素填圖的誤區(qū)朱炳泉（1993，1998）與張理剛（1993，995）在中國開展大尺度鉛同位素填圖和劃分鉛同位素省是成功的，在區(qū)分構(gòu)造塊體方面起了重要的作用。然而，他們僅根據(jù)大別地區(qū)礦石鉛和中生代花崗巖長石鉛貧放射成因鉛的特征，就將大別造山帶的主體全部（北大別和南大別）劃歸華北省，從而造成誤區(qū)。其實鉛同位素填圖應(yīng)注意以下3點,接上,揚子PB同位素省內(nèi)存在著PB同位素組成明顯不同的亞省，如西南揚子亞?。˙21、北揚子亞?。˙22、南揚子亞?。˙23等（張理剛，1995；圖7），其中后兩個亞省確實較華北明顯富放射成因鉛，但B21亞省的三個主要PB同位素比值上都很低，與華北省很難區(qū)別（圖7和表3）。填圖過程中應(yīng)該分別對待。區(qū)分鉛同位素省與亞省應(yīng)既考慮三個PB同位素比值，同時又應(yīng)注意206PB相對于208PB和207PB的關(guān)系，如揭示南半球大規(guī)模同位素異常時鑒別DUPAL型鉛那樣。應(yīng)考慮地質(zhì)歷史中構(gòu)造鉛同位素塊體空間上的位移與變化。,圖7中國東部構(gòu)造鉛同位素省劃分（張理剛等，1993）,表3揚子與華北PB同位素省和亞省的特征,數(shù)據(jù)除本文外，主要引自張理剛（1995）。A32A華北南緣洛寧固始中生代花崗巖；A32B太華和登封群群各類巖石。,2南、北大別白堊紀花崗巖及基底巖石的PB同位素組成特征,（1）南、北大別白堊紀花崗巖（圖8），不管它們侵入于大別核雜巖，還是侵入于超高壓相變質(zhì)巖片均具有彼此相似的地球化學(xué)特征。它們的PB同位素組成特征基本相同（表4），均顯示低放射成因鉛的特征；然而它們的206PB/208PB均顯得較低，分別平均為04456北大別）和04382（南大別）；它們的206PB/207PB也均顯得較低，分別平均為10913北大別）和10655（南大別）。,圖8大別造山帶地質(zhì)略圖,表4大別山雜巖和白堊紀花崗巖PB同位素組成,數(shù)據(jù)除本文的外，主要引自李石、王彤（1991）；MACHANGQIANETAL2000從柏林、王清晨（2000）；張理剛（1995）。,2大別基底巖石的PB同位素組成特征,大別造山帶廣泛出露高角閃巖相麻粒巖相核雜巖，主要由灰色片麻巖和少量斜長角閃巖組成。核雜巖構(gòu)成大別穹隆構(gòu)造的核心，主體分布在北大別，部分出露于南大別。在南大別核雜巖之上，覆蓋著由超高壓變質(zhì)巖組成的滑脫巖片，其中包含有超高壓榴輝巖、片麻巖等。A南、北大別核雜巖中的灰色片麻巖PB同位素組成特征南、北大別的灰色片麻巖具有彼此相似的PB同位素組成，后者基本同白堊紀花崗巖的PB同位素組成相接近（表4和圖9）。,圖9南北大別基底雜巖與白堊紀花崗巖類PB同位素組成對比T120MASDB南大別實心三角超高壓片麻巖；空心三角超高壓榴輝巖；NDB北大別實心方塊灰色片麻巖；空心方塊斜長角閃巖；實心圓點南北大別白堊紀花崗巖。,接上,核雜巖中的斜長角閃巖具有同灰色片麻巖相似的低放射成因鉛的PB同位素組成（表4）。根據(jù)PB同位素組成對比表明，南、北大別白堊紀花崗巖的源巖應(yīng)一致為深部的大別核雜巖（主體為灰色片麻巖）。南大別超高壓片麻巖和榴輝巖具有相似的PB同位素組成，PB同位素比值均高于核雜巖中的灰色片麻巖（表4和圖10），它們的六個PB同位素參數(shù)基本接近揚子的B22亞省，尤其更接近南秦嶺的中地殼上部的耀嶺河群火山巖系（表4）。,,圖10大別造山帶白堊紀花崗巖和變質(zhì)基底巖石ΕND120MA147SM/144ND圖解。圖例同圖9。,（3）討論,南、北大別白堊紀花崗巖及其源巖深部大別雜巖（代表中下地殼）均以低放射成因（低Μ值）PB同位素組成為特征，表明南、北大別地殼主體一致顯示類似華北殼幔所具有的低PB同位素比值。然而，上述大別造山帶中三類巖石（花崗巖、灰色片麻巖和斜長角閃巖）的206PB/208PB比值（平均0444904382）及206PB/207PB比值（平均1065510913均較華北基底巖石分別為04516和11106,花崗巖分別為04561和1226為低,表明南、北大別陸殼均應(yīng)歸屬于揚子B21構(gòu)造鉛同位素亞省206PB/208PB平均04498,206PB/207PB平均10971，即應(yīng)對應(yīng)于西部的南秦嶺。,討論（續(xù)）,大別造山帶北側(cè)北淮陽帶圖8）的晚古生代沉積地層一致顯示接近北秦嶺的高放射成因鉛的PB同位素組成，并可與緊貼商丹古縫合帶南緣的弧前沉積和劉嶺群（由北秦嶺島弧提供碎屑物質(zhì)）的PB同位素組成相對比（表5和圖11），表明商丹縫合帶東延應(yīng)通過北淮陽帶北緣。從而，進一步證明南面的北大別，和南大別一樣，應(yīng)相當(dāng)商丹縫合帶南側(cè)的南秦嶺或揚子板塊。近年在北大別發(fā)現(xiàn)多處榴輝巖，雖迄今尚未在其中鑒定出確切的超高壓柯石英，但高壓變質(zhì)巖這一事實已完全可以證明北大別同樣屬于陸殼的俯沖盤，碰撞帶應(yīng)位于北大別的北面，這也支持北大別和南大別一樣應(yīng)屬于揚子板塊俯沖碰撞陸緣。,表5北淮陽晚古生代地層PB同位素組成特征,火山侵入巖包括白堊紀玄武安山巖、玄武粗安巖、粗面巖、流紋巖、正長巖等，數(shù)據(jù)引自楊祝良等，1999。古生代變沉積巖包括龜山組、南灣組和佛子嶺群變質(zhì)碎屑巖和碳酸鹽巖。,,（四）、秦嶺古洋幔屬于特提斯構(gòu)造域洋幔類型1特提斯構(gòu)造域洋幔長期具有高207PB/204PB和DUPAL異常特征通過對環(huán)地中海特提斯構(gòu)造域內(nèi)中、新生代蛇綠巖（HAMELINETAL,1984）、云南三江地區(qū)晚古生代古特提斯蛇綠巖（ZHANGQIETAL,1993）,阿拉伯地盾區(qū)新元古代（820～870MA）蛇綠巖（PALLISTERETAL,1988）的鉛同位素數(shù)據(jù)對比研究，發(fā)現(xiàn)這些產(chǎn)出于特提斯構(gòu)造域的蛇綠巖的鉛同位素組成絕大多數(shù)顯示高207PB/204PB和DUPAL異常特征，表明特提斯構(gòu)造域的古洋幔至少由新元古代至今就具有類似現(xiàn)代印度洋幔和東岡瓦納區(qū)地幔的鉛同位素組成特征。,2秦嶺蛇綠巖與特提斯蛇綠巖的地球化學(xué)對比秦嶺地區(qū)存在著新元古代松樹溝蛇綠巖和晚古生代勉略蛇綠巖，為了證明秦嶺古洋屬于特提斯構(gòu)造域類型，進行了秦嶺和特提斯蛇綠巖中MORB型巖石的地球化學(xué)對比。1秦嶺蛇綠巖在高207PB/204PB方面與特提斯蛇綠巖一致，而同太平洋域中的蛇綠巖的低207PB/204PB不同（圖12）。,圖12秦嶺蛇綠巖與特提斯域和太平洋域蛇綠巖中MORB型巖石PB同位素組成對比,1松樹溝蛇綠巖；2勉略蛇綠巖。實線區(qū)為特提斯蛇綠巖組成范圍；虛線區(qū)為太平洋帶蛇綠巖組成范圍，其中小實線區(qū)為低207PB/204PB的特提斯域中SAMAIL和ZECCA蛇綠巖的組成范圍（兩者均顯示DUPAL特征）。,圖13秦嶺蛇綠巖中MORB型巖石變質(zhì)前和形成時鉛的（207PB/204PB）T（206PB/204PB）T圖解1松樹溝蛇綠巖變質(zhì)前（T400MA）同位素比值2松樹溝蛇綠巖形成時（T1000MA）同位素比值；3勉略蛇綠巖形成時（T350MA）同位素比值；4勉略蛇綠巖變質(zhì)前（T240MA）同位素比值；5阿拉伯新元古代蛇綠巖（T820～870MA）長石鉛同位素比值。圖中標有Μ值者為不同Μ值的增長線；標有T者為不同時間的等時線。,（2）秦嶺蛇綠巖中MORB型巖石的初始PB同位素組成,圖14秦嶺和云南古特提斯蛇綠巖中MORB型巖石的208PB/204PB－206PB/204PB及△7/4PB－△8/4PB圖解1松樹溝蛇綠巖；2勉略蛇綠巖；3滇西三江蛇綠巖。實線圈為松樹溝巖石、斷線圈為勉略巖石的組成范圍；虛線圈為三江巖石的組成范圍（據(jù)ZHANGQIETAL,1993）,3秦嶺蛇綠巖均顯示DUPAL型異常鉛同位素組成特征,,4通過計算得出的△8/4PB值和△7/4PB值為松樹溝蛇綠巖MORB△8/4PB4261095,△7/4PB101177；勉略蛇綠巖MORB△8/4PB4541099,△7/4PB101209；松樹溝和勉略蛇綠巖中變質(zhì)橄欖巖△8/4PB686788,△7/4PB67229；表明秦嶺蛇綠巖的MORB和地幔橄欖巖均顯示出DUPAL異常特征。,5松樹溝和勉略蛇綠巖MORB具有與特提斯域蛇綠巖MORB完全可對比的ZR/ZR、TI/ZR、TI/V、TIO2/P2O5和ZR/NB比值（表6）。,表6秦嶺與特提斯域蛇綠巖中MORB型巖石微量元素比值對比,ZR/ZRZR/SMND/2，其中ZR，SM，ND濃度均為CI球粒隕石標準化值，CI球粒隕石平均成分引自ANDERSON，1983。松樹溝蛇綠巖數(shù)據(jù)引自周鼎武等，1995。勉略綠巖數(shù)據(jù)引自許繼鋒等，1997。印度PHULAD綠巖數(shù)據(jù)引自VOLPOANDMACDOUGALL，1990。,總之，地球化學(xué)對比能夠證明秦嶺洋幔應(yīng)屬于特提斯構(gòu)造域洋幔類型。古地磁研究表明，秦嶺地區(qū)和揚子陸塊在新元古代至泥盆紀時位于南半球或赤道附近（劉育燕等，1993），這一結(jié)果也能支持上述論斷。,三、深部過程的地球化學(xué)研究,（一）原理和方法1原理或思路目前常需研究的殼幔作用深部過程包括板塊會聚帶殼幔再循環(huán)（洋殼俯沖）、陸殼俯沖、陸殼底侵、巖石圈拆沉等。研究它們的共同途徑是通過巖漿的殼、幔源區(qū)的微量元素和同位素示蹤，判別巖漿地幔源區(qū)中加入了何種物質(zhì)，或者殼源巖漿的源巖屬于哪一構(gòu)造單元，從而確定深部過程的性質(zhì)與類型。對各深部過程揭示的思路是洋殼俯沖通過判定島弧玄武巖幔源區(qū)中卷入了洋殼物質(zhì)，尤其遠洋和陸源沉積物來證明；陸內(nèi)俯沖通過判定斷裂構(gòu)造帶一側(cè)（上盤）構(gòu)造單元中的巖漿作用是以另一側(cè)構(gòu)造單元（下盤）的巖層為源，進行證明；基性巖漿底侵作用關(guān)鍵是證明殼源巖漿的源巖為鎂鐵質(zhì)巖石、位于地殼底部，形成年齡比上覆地層年輕。,接上,巖石圈拆沉主要通過碰撞后巖漿地幔源區(qū)中存在陸殼和巖石圈物質(zhì)的影響來判定。2注意事項在大陸上要能正確判定巖漿地幔源區(qū)中卷入的物質(zhì)性質(zhì)類別，必須嚴格排除巖漿上升過程中受到地殼物質(zhì)明顯污染的樣品。然而，檢驗辨別巖漿是否受地殼的污染卻是目前的難題，常需按具體情況進行具體解決。但一般有以下標志支持大陸玄武巖未受陸殼明顯污染后太古宙玄武巖的ΕND0介于812，但也有來自正常富集地幔的巖石低于此值；在87SR/86SR1/SR圖解中無線形關(guān)系；主量、微量和同位素之間不存在與地殼端元的簡單二元混合關(guān)系；玄武巖中含有地幔巖石捕虜體，表明巖漿快速噴溢，來不及與地殼反應(yīng)；等。,（二）深部過程研究實例,1商丹古會聚帶洋殼俯沖及殼/幔再循環(huán)（1）一般情況近代板塊會聚帶殼幔再循環(huán)已經(jīng)有了較好的研究。主要是通過島弧玄武巖地幔源區(qū)PB、SR、ND，尤其10BE同位素示蹤起了決定性作用。然而迄今有關(guān)大陸造山帶中古會聚帶殼幔再循環(huán)問題的研究，則很少見到報導(dǎo)。現(xiàn)以秦嶺商丹新元古代會聚帶為例，說明地球化學(xué)證明殼幔再循環(huán)的途徑。商丹斷裂帶是新元古代早古生代秦嶺洋與北秦嶺巖石圈之間的會聚帶,構(gòu)造侵位于其中的松樹溝蛇綠巖片可代表已消失的洋殼殘片,產(chǎn)出于北秦嶺南緣的丹鳳群火山巖系已被證明屬于洋內(nèi)島弧環(huán)境中形成的巖石（不會受陸殼物質(zhì)污染）。丹鳳群玄武巖的形成（984MA與松樹溝蛇綠巖侵位年齡為983±140MA無疑應(yīng)屬于同構(gòu)造期的。因此,兩者的共存為探討古會聚帶殼/幔再循環(huán)提供了良好的基礎(chǔ)。,（2）丹鳳島弧玄武巖具有相對高TI和低Y/TB比值與相對低TI和高Y/TB比值的兩個源區(qū)研究丹鳳群變火山巖已經(jīng)清楚地發(fā)現(xiàn)火山巖多種組分對DI分異指數(shù)）和SI（固結(jié)指數(shù)）的關(guān)系，尤其TI對MG含量的關(guān)系明顯地反映出兩種源區(qū)巖漿的演化趨勢圖15。其中一種巖漿A顯示相對低TI的特征,TI含量隨MG含量的降低先稍稍升高然后迅速降低,并且其演化線A以此類巖石中的鎂鐵質(zhì)巖石包體的成分為起點,后者已被證明屬于該巖漿早期結(jié)晶巖石的碎片。另一種巖漿B具有相對高TI的特征,TI含量隨MG含量的降低而較迅速地升高,并且其演化線B以該類巖石中所含的鎂鐵質(zhì)巖石包體的成分為起點,后者根據(jù)成分與結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征已被鑒別為可能屬于洋殼的組成巖石,但已受到巖漿熔蝕和改造的影響。此外,還存在著少量A和B型混合巖漿C形成的巖石KUANGSHAOPINGANDZHANGBENREN,1996。,圖15丹鳳群基性火山巖TI/1000106對MG圖解,顯示巖漿的演化趨勢A巖漿AB巖漿BC混合巖漿C演化線A起點處的斷線圈代表早期結(jié)晶巖石的包體演化線B起點處的實線圈代表具有接近NMORB化學(xué)成分的鎂鐵質(zhì)巖石包體,接上,在地幔巖石部分熔融過程中,Y和TB是兩種化學(xué)性質(zhì)十分相似的元素,因此它們在玄武巖中的比值能夠代表它們在幔源區(qū)巖石中的比值BOUGAULT,ETAL,1980。丹鳳群和二郎坪群玄武巖在Y/TBY圖解中的投點均分別沿著Y/TB比值大致為365和29的兩條水平線分布圖16。這同樣表明該島弧和弧后盆地型玄武巖均具有Y/TB比值高、低不同的兩個地幔源區(qū),其中高Y/TB比值的巖漿相當(dāng)相對低TI系列的巖漿,低Y/TB比值的巖漿相當(dāng)相對高TI系列的巖漿。（3）玄武巖源區(qū)中有洋殼和深海沉積物卷入的地球化學(xué)證據(jù)近代板塊會聚帶殼/幔再循環(huán),一般皆是通過島弧玄武巖幔源區(qū)中是否卷入了陸源或深海沉積物來證明的。所應(yīng)用的示蹤劑,除PB、ND和SR同位素外KAYETAL,1978SUN,1980WHITFORDETAL,1981WHITEAMELINETAL,1996,10BE是十分令,圖16丹鳳群和二郎坪群基性火山巖Y/TBY圖解1丹鳳群2二郎坪群,,人信服的標記BROWNETAL,1982MORRISETAL,1990。然而,10BE的半衰期僅約為15MY,不適用于古會聚帶的研究。因此,我們考慮采用Y/TB比值與PB、ND和SR同位素聯(lián)合示蹤的方法,來解決這一問題。其根據(jù)是在各主要類型巖石中,深海黏土質(zhì)沉積物或沉積巖具有最低的Y/TB比值平均值15,據(jù)TUREKIANANDWEDEPOHL,1961。同時與洋脊玄武巖相比,這類深海沉積物具有顯著高的PB和SR同位素比值及顯著低的ΕNDT值一般為負值REYNOLDSANDDASCH,1971WHITFORD,ETAL,1981BENOTHMANETAL,1989。丹鳳群火山巖系產(chǎn)于洋內(nèi)島弧環(huán)境,即產(chǎn)于古洋殼之上,這種深海泥質(zhì)沉積物也應(yīng)是在洋殼表層普遍存在的。如果島弧玄武巖幔源區(qū)中卷入了深海泥質(zhì)沉積物,則所形成的巖漿必然會顯示以下變化相對于洋脊玄武巖,Y/TB比

簡介：返回,繼續(xù),下一頁,返回,繼續(xù),下一頁,返回,繼續(xù),下一頁,,返回,下一頁,,繼續(xù),蒸汽動力裝置（流程圖）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,鍋爐,過熱器,汽輪機,發(fā)電機,冷凝器,泵,返回,繼續(xù),下一頁,共同本質(zhì),都是通過媒介物的,§12工質(zhì)、熱源及熱力系統(tǒng),定義實現(xiàn)熱能和機械能互相轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)。,對工質(zhì)的要求,①膨脹性,②流動性,③熱容量,④穩(wěn)定性、安全性,⑤環(huán)保性能,⑥價格,},物質(zhì)三態(tài)中氣體最合適,1工質(zhì)（WORKINGSUBSTANCEWORKINGMEDIUM）,吸熱,膨脹做功,排熱,來完成從燃料燃燒產(chǎn)生的熱能向機械能的轉(zhuǎn)化。,,,2熱源（HEATSOURCE；HEATRESERVOIR）,定義工質(zhì)從中吸取或向之排放熱能的物質(zhì)系統(tǒng)。,熱源,{,溫度高低,溫度變化,{,{,高溫?zé)嵩矗嵩碒EATSOURCE）,低溫?zé)嵩矗ɡ湓碒EATSINK）,恒溫?zé)嵩矗–ONSTANTHEATRESERVOIR）,變溫?zé)嵩矗╒ARIATIONALHEATRESERVOIR）,31熱力系統(tǒng)（熱力系、系統(tǒng)、體系）和外界及邊界,系統(tǒng)（THERMODYNAMICSYSTEMORSYSTEM）,人為分割出來，作為熱力學(xué)研究對象的有限物質(zhì)；,外界（SURROUNDING）與體系發(fā)生能量和物質(zhì)交換的物質(zhì)；,,,,邊界（BOUNDARY）系統(tǒng)與外界的分界線（面）；,,,SYSTEM,,BOUNDARY,SURROUNDINGS,三者之間的關(guān)系,汽缸活塞裝置（閉口系例）,汽車發(fā)動機（開口系示例）,注意,①系統(tǒng)與外界設(shè)定的人為性；②外界與環(huán)境介質(zhì)；③邊界可以是Ⅰ剛性的或可變形的；Ⅱ固定的或可移動的；Ⅲ真實存在的或虛擬的。,32邊界示意圖,33熱力系統(tǒng)分類（1）,按組元數(shù)單元系ONECOMPONENTSYSTEMPURESYSTEM多元系MULTICOMPONENTSYSTEM按相數(shù)單相系HOMOGENEOUSSYSTEM多相系HETEROGENEOUSSYSTEM注意1不計恒外力場的影響2多相系未必不均勻（濕蒸汽）；3單元系未必均勻（汽液平衡分離）。,34熱力系統(tǒng)分類（2）,按系統(tǒng)與外界有無質(zhì)量交換分為開口系（OPENSYSTEM）控制體積（CV）通過邊界與外界有物質(zhì)交換；閉口系（CLOSESYSTEM）控制質(zhì)量（CM）沒有物質(zhì)交換。,常見的熱力常系統(tǒng),絕熱系A(chǔ)DIABATICSYSTEM與外界無熱量交換；孤立系ISOLATEDSYSTEM與外界既無能量交換也無物質(zhì)交換；簡單可壓縮系SIMPLECOMPRESSIBLESYSTEM由可壓縮流體組成，無化學(xué)反應(yīng)、與外界可逆功的交換只有體積變化功一種形式的系統(tǒng)。注意1閉口系與質(zhì)量不變系的區(qū)別；2開口系與絕熱系的關(guān)系；3孤立系與絕熱系的關(guān)系。,35熱力系統(tǒng)示例圖,剛性絕熱氣缸活塞系統(tǒng)，B側(cè)有電熱絲加熱,紅線內(nèi),閉口絕熱系,黃線內(nèi)不包含電熱絲,閉口系,黃線內(nèi)包含電熱絲,閉口絕熱系,藍線內(nèi)孤立系,36熱力系示例圖,剛性絕熱噴管,取紅線為系統(tǒng)閉口系,取噴管為系統(tǒng)開口系絕熱系,§13工質(zhì)的熱力狀態(tài)及基本狀態(tài)數(shù),熱力學(xué)狀態(tài)STATEOFTHERMODYNAMICSYSTEM某一瞬間系統(tǒng)所呈現(xiàn)的宏觀物理狀況狀態(tài)參數(shù)STATEOFPROPERTIES描述系統(tǒng)所處狀態(tài)的宏觀物理量A狀態(tài)參數(shù)是宏觀量，反映了大量粒子運動的宏觀平均效果，只有平衡態(tài)才有統(tǒng)一的狀態(tài)參數(shù)。常用的狀參有P,T，Ｖ，Ｕ，Ｈ，Ｓ等，其中Ｐ，Ｔ，Ｖ稱為基本狀態(tài)參數(shù)。Ｂ）狀態(tài)參數(shù)的特性狀態(tài)的單值函數(shù)物理上與過程無關(guān)數(shù)學(xué)上其微分是全微分,,C狀態(tài)參數(shù)的分類廣延量與系統(tǒng)質(zhì)量多少有關(guān)EXTENSIVEPROPERTIES強度量與系統(tǒng)質(zhì)量多少無關(guān)INTENSIVEPROPERTIES注廣延量的比參數(shù)又具有強度量的性質(zhì)。比如任意兩個系統(tǒng)狀態(tài)相同的充要條件是所有狀參一一對相等。兩個簡單可壓縮系統(tǒng)狀態(tài)相同的充要條件是兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)分別對應(yīng)相等。,一、溫度（TEMPERATURE）溫度物體的冷熱程度熱平衡冷熱程度相同時，兩物體達到熱平衡熱力學(xué)第零定律熱平衡定律（THEZEROTHLAWOFTHERMODYNAMICS）如果A與B，A與C熱平衡，則B與C熱平衡測量溫度的依據(jù),,溫標（TEMPERATURESCALE）－溫度的表示方法溫標的組成1基準點，2刻度,華氏溫標基準點1ATM水冰點規(guī)定為32°F1ATM水汽點規(guī)定為212°F刻度基準點間1/180,熱力學(xué)溫標基準點水的三相點規(guī)定為27316K刻度基準點溫度的1/27316,攝氏溫標基準點1ATM水冰點規(guī)定為0℃1ATM水汽點規(guī)定為100℃刻度基準點間1/100,熱力學(xué)溫標和國際攝氏溫標（THERMODYNAMICSSCALEKLVINABSOLUTETEMPERATURESCALEANDCELSIUSTEMPERATURESCALE）TT27315K華氏溫標與攝氏溫標的關(guān)系華氏溫標和朗肯溫標的關(guān)系,經(jīng)驗溫標與測溫物質(zhì)的特性有關(guān)。,二、壓力（PRESSURE）,壓力即物理上的壓強。單位單位換算，一定要注意見表11（P11）壓力的測量1當(dāng)被測系統(tǒng)壓力高于外界壓力時，使用壓力表測量壓力，側(cè)得的結(jié)果叫表壓力，其值是系統(tǒng)壓力與外界壓力的差。2當(dāng)被測系統(tǒng)壓力低于外界壓力時，使用真空計測量，測得的結(jié)果叫真空度，其值是外界壓力與系統(tǒng)壓力之差。3大氣壓力的測量用大氣壓力計，測出的是大氣的絕對壓力。,絕對壓力ABSOLUTEPRESSURE表壓力GAUGEPRESSUREMANOMETERPRESSURE真空度VACUUMPRESSURE當(dāng)?shù)卮髿鈮篖OCALATMOSPHERICPRESSURE,示例圖,三、比容（SPECIFICVOLUME）,比容單位質(zhì)量物質(zhì)所占的體積,密度DENSITY；單位體積物質(zhì)的質(zhì)量,兩者的關(guān)系,可見，二者相關(guān)，不互相獨立。,注獨立的狀態(tài)參數(shù)，彼此不相關(guān)可獨立變化,如P，T。,作業(yè)13，8,§14平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標圖,討論平衡與穩(wěn)定、平衡與均勻的關(guān)系,定義如果在外界對其影響不變的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)能夠始終保持不變，則系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。,一、平衡狀態(tài)THERMODYNAMICEQUILIBRIUMSTATE,處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，其狀態(tài)參數(shù)不隨時間改變。,系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)的條件,系統(tǒng)與外界之間，系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間同時達到熱和力的平衡相平衡、化學(xué)平衡等。,熱平衡THERMALEQUILIBRIUM溫差為零力平衡MECHANICALEQUILIBRIUM和力均為零。,穩(wěn)定未必平衡,平衡未必均勻,反之如何請思考,非平衡狀態(tài)有不平衡勢存在,穩(wěn)定與平衡,均勻與平衡,平衡狀態(tài)可用狀態(tài)參數(shù)描述，非平衡狀態(tài)不能。,二、狀態(tài)方程式,狀態(tài)公理,例1單組分氣體系統(tǒng)2112如P和T，當(dāng)P一定時，T不同則狀態(tài)不同。2液或汽態(tài)的水2112。飽和水和飽和水蒸汽11223水的三相點0＝1－3＋2,狀態(tài)方程基本狀態(tài)參數(shù)P，V，T之間的關(guān)系式稱為狀態(tài)方程。,TTP,V,PPT,V,VVP,T隱含數(shù)的形式FFP,V,T,這種關(guān)系是否一定存在呢狀態(tài)公理能回答此問題。,三、狀態(tài)參數(shù)坐標圖,簡單可壓縮系只有兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)，故可以在平面上以獨立狀態(tài)參數(shù)為坐標軸畫坐標圖，如,P,V,P,T,T,S,H,,,,,,,,,,,,T,P,H,坐標圖上的點與系統(tǒng)的平衡狀態(tài)一一對應(yīng)。非平衡態(tài)不能用點在坐標圖上表示。因無確定的狀態(tài)參數(shù)。,§15工質(zhì)的狀態(tài)變化過程,熱力過程工質(zhì)狀態(tài)變化,一、準平衡過程QUASISTATICPROCESSQUASIEQUILIBRIUM,例放氣,,,,,,對比右側(cè),,,,,,,,水,,波向左傳播,,打開,關(guān)閥時平衡,打開閥A平衡破壞，狀態(tài)變化，壓力波如水波向左傳播假定界面內(nèi)外有壓差，過程中，系統(tǒng)內(nèi)部不均勻，無統(tǒng)一狀態(tài)參數(shù)。B如果閥開度極小，比如幾個分子地向外放，過程極緩慢，系統(tǒng)內(nèi)部不均勻幾乎不存在，短時間內(nèi)可以看作平衡狀態(tài)。,準平衡過程,定義若過程進行得相對緩慢，工質(zhì)有足夠的時間來恢復(fù)平衡，隨時都不致顯著偏離平衡狀態(tài)，則這樣的過程叫準平衡過程。,特點相對弛豫時間來說，準平衡過程是進行得無限緩慢的過程，偏離平衡態(tài)無窮小，隨時都能恢復(fù)到平衡狀態(tài)，準平衡過程又叫準靜態(tài)過程。,進行條件不平衡勢⊿P，⊿T無窮?。贿^程進行得無限緩慢；工質(zhì)有恢復(fù)平衡的能力。,準靜態(tài)過程可以在狀態(tài)圖上用連續(xù)實線表示。,二、可逆過程和不可逆過程,可逆過程REVERSIBLEPROCESS,定義過程能經(jīng)原路徑逆行，使系統(tǒng)回復(fù)到原來狀態(tài)；相關(guān)的外界也回復(fù)到原來的狀態(tài)而不留下任何改變。,例氣缸活塞系統(tǒng),,,,,,,,,,正,逆,正,逆,摩擦的影響,A無摩擦,正過程,逆過程,{,B有摩擦,{,正過程,逆過程,逆過程使系統(tǒng)復(fù)原，但外界多耗功。,結(jié)論摩擦使過程不可逆。,溫差的影響,A無溫差,B有溫差假設(shè),結(jié)論溫差使過程不可逆。,進一步分析，為使Q能傳回，需加熱泵，但要消耗一定的功，也不可逆比較水泵。,但，Q不能傳回。,壓力差的影響壓力差使過程不可逆。,{,正,逆,{,正,逆,P,F,Α,,,F,,非準靜態(tài)過程NONEQUILIBRIUMPROCESS,準靜態(tài)過程，不可逆,準靜態(tài)過程，可逆,準平衡過程與可逆過程的關(guān)系自己研究，鍛煉一下邏輯思維,可逆過程,準平衡過程；,,反之，準平衡過程,可逆過程。,,,不平衡過程,不可逆過程；,不平衡過程。,不可逆過程,,,,原命題成立，逆命題不一定成立，逆否命題一定成立,無耗散效應(yīng)如摩擦、電阻等的準靜態(tài)過程是可逆過程。即可逆過程準靜態(tài)過程無耗散過程；,2準平衡過程只從系統(tǒng)內(nèi)部平衡的角度考慮問題；可逆過程除考慮平衡外，還考慮了耗散效應(yīng)的問題更全面；,討論,3一切實際過程均不可逆；,4內(nèi)部可逆過程；外部可逆過程,5可逆過程可用狀態(tài)參數(shù)坐標圖上的實線表示。,§16過程功和熱量,一、功的熱力學(xué)定義,,,,,,,,,,P,,,功的定義對微元過程狀態(tài)發(fā)生微小變化,式中,叫微元功；,叫折合壓力，是考慮外界得到的效果。,當(dāng)狀態(tài)有限變化時，過程功為,這里1初始狀態(tài)，2終了狀態(tài),功的單位焦J功率的單位瓦W。,工程中常用的單位千焦KJ和千瓦KW。,二、可逆功,當(dāng)過程為可逆過程時，,，故,可見可逆過程的功，可由過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化來進行計算。,示功圖如右則有，,可逆過程功可用示功圖上過程線下的面積表示。,功是過程量。某一狀態(tài)時沒有功的概念。無,功的“正”與“負”的意義,膨脹，,壓縮，,定容，,系統(tǒng)對外界作功，如12；,系統(tǒng)不作功，如14；,外界對系統(tǒng)作功，如13。,幾點討論,A有用功USEFULWORK,,,,,PB,F,其中W膨脹功COMPRESSION/EXPANSION；WL摩擦耗功；WR排斥大氣功；WU有用功。,例題,B用外部參數(shù)計算不可逆過程的功,,,,,作業(yè)19，13。,三、廣義功不要求未言明“不要求”的，一律自學(xué),四、過程熱量,熱量HEAT,系統(tǒng)和外界之間僅僅由于溫度不同而通過邊界傳遞的能量。,單位焦耳J。正負系統(tǒng)吸熱為“正”，放熱為“負”。,計算式及其在TS圖上的表示,所以，熱是過程量。,功與熱量的相同與區(qū)別,1二者均為過程量，是傳遞的能量；,2只有在能量傳遞過程中才有所謂的功和熱量；,3功傳遞由壓力差推動，比體積變化是作功標志；熱量傳遞由溫差推動，比熵的變化是傳熱標志；,4功的傳遞改變宏觀運動狀態(tài)，往往伴隨著能量形式的變化；熱量傳遞改變微觀粒子熱運動狀態(tài)，不出現(xiàn)能量形態(tài)的轉(zhuǎn)化。,5功,熱量,,,無條件,有條件和限度,§17熱力循環(huán),一、循環(huán)THERMODYNAMICCYCLE,定義系統(tǒng)經(jīng)一定的過程之后，又回到原來的狀態(tài)。,特性系統(tǒng)一切狀態(tài)參數(shù)復(fù)原。,可逆循環(huán)REVERSIBLECYCLE全部由可逆過程組成的循環(huán)；不可逆循環(huán)IRREVERSIBLECYCLE其中有部分過程或全部過程是不可逆的循環(huán)。,二、正向循環(huán)和逆向循環(huán),正向循環(huán)DIRECTCYCLE熱動力循環(huán)POWERCYCLE,在PV圖上和TS圖上為順時針方向進行,正向循環(huán)系統(tǒng)凈吸熱，對外作凈功。膨脹線在壓縮線之上吸熱線在放熱線之上,逆向循環(huán)REVERSECYCLE圖中紅箭頭方向制冷循環(huán)REFRIGERATIONCYCLE熱泵循環(huán)HEATPUMPCYCLE,,,,,在PV圖和TS圖上為逆時針方向進行,系統(tǒng)消耗凈功，向外界放出凈熱。,精品課件,精品課件,一個循環(huán)中工質(zhì)一定有膨脹作功過程，也一定有壓縮耗功過程；,作業(yè)115，16。,一定有吸熱過程，也一定有放熱過程。見前圖,

簡介：1,二、剛體一般運動時點的速度和加速度,動點M，動系,（平移動系）,剛體的一般運動隨基點的平移和繞基點的定點運動的合成,2,例半徑為R的保齡球在地面上純滾動，已知該球繞鉛垂軸的角速度是，繞水平軸的角速度為，其大小均為常量。求保齡球的角速度，角加速度，球體最高點M的速度和加速度。,,,解（1）求角速度和角加速度,（2）求M點的速度,M,,3,,,M,（3）求M點的速度,,,,4,例已知半徑為R鋼球在地面上純滾動。O為球心，A、B、C、O共面，圖示瞬時A、B兩點的速度水平向右，大小均為U。求此瞬時球的角速度。,取C為基點,,,,,由（2）得,,5,三、剛體一般運動的運動微分方程,質(zhì)心運動定理,相對質(zhì)心的動量矩定理,6,一般運動剛體基本物理量的計算,（1）動量,（2）對固定點O的動量矩,其中,（3）動能,其中,其中為中心慣量主軸,7,（4）角速度在慣量主軸上的投影,節(jié)線,,8,9,例已知半徑為R質(zhì)量為M的圓盤可繞OC桿自由轉(zhuǎn)動，桿的O端用光滑柱鉸鏈懸掛在天花板上。已知圖示瞬時，桿的角速度為圓盤繞桿的角速度為。求該瞬時，桿的角加速度，圓盤的角加速度和鉸鏈O的約束力。OCL＝2R,,,,受力分析與運動分析,10,,,11,求角速度在隨體坐標軸上投影對時間的導(dǎo)數(shù)。,12,13,例已知半徑為R質(zhì)量為M的圓盤可繞AC軸自由轉(zhuǎn)動，OA軸在力偶M的作用下繞鉛垂軸轉(zhuǎn)動，忽略所有摩擦。建立系統(tǒng)運動微分方程。設(shè)ACL＝2R，OA軸對Z軸的轉(zhuǎn)動慣量為J,方法一應(yīng)用拉格朗日方程,,,14,方法二應(yīng)用動量矩定理,15,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,研究整體,研究圓盤應(yīng)用相對質(zhì)心的動量矩定理,,,16,例已知OA軸繞鉛垂軸轉(zhuǎn)動，半徑為R的圓盤與碾盤無滑動，若在轉(zhuǎn)軸上作用一個力偶M，圖示瞬時轉(zhuǎn)軸的角速度為，求圓盤在該瞬時的角加速度。（不計圓盤的厚度）,解,,,17,,,,18,討論題（1）已知兩個圓錐齒輪無相對滑動，其運動規(guī)律為。求B點的速度和加速度。（2）已知作用在圓錐II上有一個主動力偶M，兩處齒輪無相對滑動。試建立系統(tǒng)的動力學(xué)方程。,問題（1）要求B點的速度和加速度，還要已知哪些那些條件可用什么方法求,問題（2）要建立系統(tǒng)的動力學(xué)方程，還要已知哪些那些條件可用什么方法求,19,精品課件,20,精品課件,21,本章基本內(nèi)容剛體定點運動的運動學(xué)運動方程、歐拉角、有限轉(zhuǎn)動和無限小轉(zhuǎn)動的性質(zhì)、角速度、角加速度、點的速度和加速度。定點運動剛體的動力學(xué)歐拉動力學(xué)方程、陀螺近似理論、陀螺力矩、陀螺的動力學(xué)特性。剛體一般運動剛體一般運動的運動學(xué)（平移運動＋定點運動）剛體一般運動的動力學(xué)（動量定理＋相對質(zhì)心的動量矩定理）,

簡介：附錄A矢量概述,矢量概念自然界中有一類量既有大小、又有方向，這類量稱為矢量（向量）。標量只有數(shù)值大小的量。,例子標量距離，速率，質(zhì)量，密度，體積，溫度，電阻，功，能量，熱量，功率，勢能，電勢能等矢量位移，速度，加速度，力，動量，力矩，電磁場強度等等,表示方法，，A（黑體），（A，B，C）,矢量沒有固定的空間位置,矢量的模，,A單位矢量大小為一的矢量/,,,大小,力的合成矢量的加法/減法矢量加法幾何方法矢量的分解與合成分析方法,矢量的運算,矢量的加法矢量A,BABR,矢量的相加必須是同一類量相加,已知兩矢量、，求擴展多邊形法則,I,II,,交換律ABBA結(jié)合律ABCABC,矢量的負值等值反向B的負值B減法ABAB,矢量的減法,矢量的分解與合成,在給定坐標系中，矢量可以分解為,在不同的坐標系中，一個矢量可以有許多組分量。確定了坐標系，一個矢量的分量才能唯一地確定。,空間直角坐標系右手系,矢量線性運算的坐標式假設(shè)兩個矢量AAXIAYJAZKAX,AY,AZBBXIBYJBZKBX,BY,BZ則，ABAXBXIAYBYJAZBZKAXBX,AYBY,AZBZABAXBX,AYBY,AZBZ,矢量的代數(shù)運算的解析分析,解以東為X軸，北為Y軸建立直角坐標系則V180IV2120JVV1V280I120J求其模，得到速率大小為144KM/S利用正切求夾角TGG120/8015?G56°,矢量的模、方向角及其在軸上的投影,矢量的模矢量的數(shù)值大小|A|方向角、方向余弦與矢量在坐標軸上的投影矢量AAXIAYJAZKAX,AY,AZ方向角A，B，G方向余弦COSAAX/|A|，COSBAY/|A|，COSGAX/|A|且它們滿足COS2ACOS2BCOS2G1,例子,已知兩點坐標A（2,2,）和B（1,3,0），求矢量的模、方向余弦和方位角解（12,32,0）（1,1,）COSA1/2，COSB1/2，COSG/2A2P/3，BP/3，G3P/4,矢量的三種乘法數(shù)乘、點乘和叉乘,矢量乘以標量（數(shù)乘）標量K與矢量的乘積定義為一個新的矢量，它的大小等于的大小的K倍。如果K是正的，則新矢量與方向相同；如果K是負的，則方向相反。設(shè)有矢量A與實數(shù)L，規(guī)定L與A的乘積是一個矢量，記為LA，該矢量的模為|LA||L||A|可以證明數(shù)乘矢量滿足下列運算律結(jié)合律LMALMA分配律LMALAMA,例子,不同類的矢量乘法運算產(chǎn)生新的物理量,兩個矢量和的標積（點乘）寫作，定義為其中A為矢量的大小，B為矢量的大小，為兩矢量間的夾角。,,譬如FSW,矢量的向量積,定義設(shè)矢量C是由兩個矢量A和B按以下規(guī)定確定|C||A||B|SINΑ，Α是A與B之間的夾角C的方向垂直于A與B決定的平面，C的指向按右手規(guī)則確定，即右手四指以不超過P的角度，從A轉(zhuǎn)向B時，拇指的指向就是C的指向。則稱矢量C是A與B的向量積（叉乘，叉積，外積），記為CAB,A,B,C,|AB|,例子FRL,A,例兩個矢量位于XY平面內(nèi)；矢量A大小為15并與X軸成30?角；矢量B大小為20并與X軸成100?角，求AB。,|A?B|＝ABSINQ＝15?20SIN70?＝28,方向與A、B成右手坐標系,向量積,向量積AB的模|AB|等于矢量A，B為鄰邊的平行四邊形面積推導(dǎo)1）AA02）兩個非零矢量AB0??A||B3）對于單位矢量，，，有4根據(jù)右手定則向量積的運算性質(zhì)ABBA分配率ABCACBC結(jié)合律LABLABALB,不交換,行列式,矢量與物理定律,假定有A,B和C三個矢量，在某一坐標系XYZ中，分別具有分量。再假定這三個矢量有關(guān)系即現(xiàn)在設(shè)想有另一坐標系X′Y′Z′，經(jīng)過坐標系的移動和轉(zhuǎn)動后，矢量間的關(guān)系保持不變。矢量語言是表述物理定律的一種理想語言。,,,微積分簡介,微分,一元函數(shù)YFX,自變量X的增量ΔX,函數(shù)的增量ΔYYXΔXYX,,,YAX2函數(shù)的增量含有高階無窮小，其它函數(shù)類似。,自變量增量ΔX→0時，稱為自變量微分,改記成DX相應(yīng)的函數(shù)增量ΔY稱為函數(shù)微分,記成DYDY和DX的關(guān)系DYYXDXYX,微商導(dǎo)數(shù),定義,思考在微商的過程中，忽略了高階無窮小的貢獻。,思考,計算函數(shù)YAX2的微商,,,例子變速直線運動的速度,設(shè)描述質(zhì)點運動位置的函數(shù)為,則到的平均速度為,而在時刻的瞬時速度為,,,,,自由落體運動,例子求非均勻棒的密度（一點的線密度,這段的質(zhì)量,這段上的平均密度,,因而,物體運動的速度與曲線切線的斜率都歸結(jié)為同一個數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)函數(shù)的增量與自變量的增量之比的極限,微商的幾何意義,割線的極限位置切線位置,為曲線,上點,在,處的,法線方程為,處切線（如果存在）的斜率。,由此曲線,切線方程為,切線方程與法線方程,函數(shù)和、差、積、商的求導(dǎo)法則,微商的運算法則,證明,函數(shù)的和的微商是它們的微商的和。,,乘法法則,,高階無窮小的貢獻,計算函數(shù)YX3的微商,乘法法則,N整數(shù),上式對N的一切數(shù)值都成立。,復(fù)合函數(shù)的求導(dǎo)法則,鏈鎖法則,函數(shù)的微商，而該函數(shù)本身又是另一個函數(shù)的函數(shù),思考假設(shè)Y3X2且X6T，DY/DT是什么,在ΔX→0之前，普通分數(shù)的乘積,,,常見的微商常數(shù)F′C0冪函數(shù)FXXN如YX2,Y’2X,,三角函數(shù)的導(dǎo)數(shù)SINX’COSXCOSX’SINX,時，函數(shù)有改變量,它們之比為,因此,當(dāng)給自變量以改變量,指數(shù)函數(shù)的導(dǎo)數(shù)當(dāng)AE時，EX’EX對數(shù)函數(shù)的導(dǎo)數(shù),,,函數(shù)中沒有突變，它們是平滑的。數(shù)學(xué)家稱這些函數(shù)為連續(xù)的。假設(shè)了函數(shù)確有微商，這是指它們是可微的。,如果對函數(shù)FX的微商F’X在求微商，得到一個新函數(shù)，稱為函數(shù)FX的二階微商導(dǎo)數(shù)。,速度，加速度,54,微分的逆運算積分,已知某函數(shù)的微商，求原來的函數(shù)的過程叫做逆微分。逆微分也被稱為積分。,有時使用“原函數(shù)”來替代逆微商。,思考原函數(shù)為什么會有一個常數(shù)C。,如果兩個函數(shù)GT和FT具有相同的微商,G′T和F′T，則它們的差GTFT為常量，所以GTFTC,其中C是常數(shù)。因而GTFTC。換句話說，如果FT是F′T的一個逆微商，則所有的逆微商是FTC,其中C是任意常數(shù)。,一質(zhì)點作自由落體運動，其加速度為G取垂直向下為正，則其速度公式為,如果要確定常數(shù)C，需要知道一個約束條件，例如T0時刻的初速度V0?！郈V0,T0時刻的位移Z0。如果T0時刻初速度V00和位移Z00,初始條件或邊界條件,積分與求面積,一質(zhì)點作自由落體運動，其加速度為G取垂直向下為正,加速度的一個原函數(shù)是速率，因而在這里面積函數(shù)等于物體從靜止下落的速率VTV0GT。T0時刻初速度為V0,一質(zhì)點作自由落體運動，VGT垂直向下為正和T0時刻初速度V00,將T作為變數(shù)，面積函數(shù)05GT2是T的函數(shù)。面積函數(shù)是從0開始的曲線的一個原函數(shù)。面積為05GT2，等于在時刻T所下落的距離。,萊布尼茨引入符號把這個面積表示為,積分號下面的函數(shù)FX叫做被積函數(shù)，而從A到T的間隔叫做積分區(qū)間，伴隨著稱為積分限的數(shù)字A和T。,如果你想要求出曲線YFX下從XA到XT的區(qū)域面積，首先求出給定函數(shù)的一個原函數(shù)，即其微商是FX的任一函數(shù)PX。然后所需的面積就是PT減去PA。,符號表示把所有的這些窄矩形的面積加在一起的過程。,60,微積分的第一基本定理,將微商和積分聯(lián)系起來積分對于上限的微商等于被積函數(shù)在T處的值。,微積分的第二基本定理,如果PX是FX的任意一個原函數(shù),引入符號,,萊布尼茨引入積分的一種特殊符號，積分號上沒有附著任何積分限，用這種形式去表示FX的任意積分。,符號往往被叫做不定積分,符號往往被叫做定積分,偏微分與全微分,針對多變量函數(shù)，舉例ZFX,Y,假設(shè)Y不變，僅討論ZFX,Y隨X變化，定義函數(shù)Z在X,Y處對X的偏導(dǎo)數(shù)。,假設(shè)X不變，僅討論ZFX,Y隨Y變化，定義函數(shù)Z在X,Y處對Y的偏導(dǎo)數(shù)。,精品課件,精品課件,ΔZFXΔX,YΔYFX,Y是函數(shù)ZFX,Y在點X,Y處的全增量，可以表示為,其中OR是由ΔX和ΔY產(chǎn)生的高階小量。,在ΔX→0和ΔY→0時,

簡介：土的抗剪強度理論,概述,地基承載力、邊坡穩(wěn)定、擋土墻壓力等都與土的抗剪強度有關(guān)。土的抗剪強度是指抵抗土體顆粒間產(chǎn)生相互滑動的極限能力。土的抗剪強度的影響因素很多。土的組成、結(jié)構(gòu)、孔隙比、排水條件、應(yīng)力歷史、荷載形式、土中應(yīng)力、時間、溫度等對土體抗剪強度都影響。在這些影響因素中，以顆粒間的有效法向應(yīng)力和土的孔隙比最為重要。,土的破壞準則,1強度公式、破壞準則莫爾庫侖準則庫侖公式式中C粘聚力；內(nèi)摩擦角；Σ受力面上的法向應(yīng)力。,2莫爾庫侖強度理論表達式－極限平衡條件,,破壞線,3強度指標的確定抗剪強度測定試驗,室內(nèi)試驗直剪試驗、三軸試驗等制樣（重塑土）或現(xiàn)場取樣缺點擾動優(yōu)點應(yīng)力條件清楚，易重復(fù)野外試驗十字板扭剪試驗、旁壓試驗等原位試驗缺點應(yīng)力條件不易掌握優(yōu)點原狀土的原位強度,2）試驗結(jié)果,,,式中M最大扭矩；D十字板直徑；H十字板高度；A破壞時圓柱體上下面剪應(yīng)力分布影響系數(shù)。,,O∩_∩O,謝謝,

簡介：第五節(jié)宇宙航行第六節(jié)經(jīng)典力學(xué)的局限性,課標定位學(xué)習(xí)目標1會推導(dǎo)第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度．2．了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識，知道近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的特點．3．了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就，知道經(jīng)典力學(xué)與相對論、量子力學(xué)的關(guān)系．重點難點宇宙速度及人造衛(wèi)星的有關(guān)問題．,課前自主學(xué)案,一、宇宙速度1．第一宇宙速度1大小____KM/S2意義①衛(wèi)星環(huán)繞地球表面運行的速度，也是繞地球做________運動的最大速度．②使衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的最小地面發(fā)射速度．,79,勻速圓周,2．第二宇宙速度1大小____KM/S2意義使衛(wèi)星掙脫____引力束縛的最小地面發(fā)射速度．3．第三宇宙速度1大小____KM/S2意義使衛(wèi)星掙脫____引力束縛的最小地面發(fā)射速度．,112,地球,167,太陽,二、同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星就是相對于地球____的衛(wèi)星，它只能處于____上空，它的運動周期是_____三、經(jīng)典力學(xué)的局限性1．牛頓力學(xué)即經(jīng)典力學(xué)只適用于______________的物體，不適用于______________的物體．2．微觀粒子的運動規(guī)律遵守普朗克的____理論；高速運動的物體遵守愛因斯坦的__________；強相互作用和弱相互作用都遵守愛因斯坦的__________．,靜止,赤道,24H,宏觀、低速運動,微觀、高速運動,量子,狹義相對論,廣義相對論,核心要點突破,一、宇宙速度宇宙速度是在地球上滿足不同要求的衛(wèi)星發(fā)射速度，不能理解成衛(wèi)星的運行速度．1．第一宇宙速度環(huán)繞速度指人造衛(wèi)星近地環(huán)繞速度，它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所具有的速度，是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，V＝79KM/S,2．第二宇宙速度脫離速度在地面上發(fā)射物體，使之能夠脫離地球的引力作用，成為繞太陽運動的人造行星或繞其他行星運動的人造衛(wèi)星所必需的最小發(fā)射速度，其大小為V＝112KM/S3．第三宇宙速度逃逸速度在地面上發(fā)射物體，使之最后能脫離太陽的引力范圍，飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小速度，其大小為V＝167KM/S,特別提醒1第一宇宙速度是人造衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度，也是最小發(fā)射速度．2三個宇宙速度分別為三種不同情況下在地面附近的最小發(fā)射速度．3運行速度為人造衛(wèi)星做勻速圓周運動的環(huán)繞速度，其不同于發(fā)射速度．,即時應(yīng)用即時突破，小試牛刀1．美國“新地平線”號探測器，已于美國東部時間2006年1月17日13時北京時間18日1時借助“宇宙神5”重型火箭，從佛羅里達州卡納維拉爾角肯尼迪航天中心發(fā)射升空，開始長達9年的飛向冥王星的太空之旅．擁有3級發(fā)動機的“宇宙神5”重型火箭將以每小時576萬公里的驚人速度把“新地平線”號送離地球，這個冥王星探測器將成為人類有史以來發(fā)射的速度最高的飛行器，這一速度,A．大于第一宇宙速度B．大于第二宇宙速度C．大于第三宇宙速度D．小于并接近于第三宇宙速度解析選ABD此發(fā)射速度脫離了地球的束縛，但沒有脫離太陽的束縛，故此速度介于第二宇宙速度和第三宇宙速度之間．所以A、B、D正確．,二、人造地球衛(wèi)星1．人造衛(wèi)星的軌道圖6－5－1,衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動時由地球?qū)λ娜f有引力充當(dāng)向心力，地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力指向地心．而做勻速圓周運動的物體的向心力則時刻指向它做圓周運動的圓心．因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的圓心必與地心重合，而這樣的軌道有多種，其中比較特殊的有與赤道共面的赤道軌道和通過兩極點上空的極地軌道．當(dāng)然也應(yīng)存在著與赤道平面成某一角度的圓軌道，只要圓心在地心，就可能是衛(wèi)星繞地球運行的圓軌道．如圖6－5－1,特別提醒1在處理衛(wèi)星的V、Ω、T與半徑R的關(guān)系問題時，常用公式“GR2＝GM”來替換出地球的質(zhì)量M，會使問題解決起來更方便．2由于衛(wèi)星在軌道上運動時，它受到的萬有引力全部提供了向心力，產(chǎn)生了向心加速度，因此衛(wèi)星及衛(wèi)星上任何物體都處于完全失重狀態(tài)．,即時應(yīng)用即時突破，小試牛刀2如圖6－5－2所示的圓A、B、C，其圓心均在地球自轉(zhuǎn)軸線上，B、C的圓心與地心重合，圓B的平面與地球自轉(zhuǎn)軸垂直．對環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星而言圖6－5－2,A．衛(wèi)星的軌道可能為AB．衛(wèi)星的軌道可能為BC．衛(wèi)星的軌道可能為CD．同步衛(wèi)星的軌道一定為平行于B的某一同心圓解析選BCD物體做圓周運動時，物體所受的合外力方向一定要指向圓心．對于這些衛(wèi)星而言，就要求所受的萬有引力指向圓心，而衛(wèi)星所受的萬有引力都指向地心，所以A選項錯誤，B、C選項正確；對于同步衛(wèi)星來說，由于相對地球表面靜止，所以同步衛(wèi)星應(yīng)在赤道的正上空，因此D選項正確．,三、地球同步衛(wèi)星相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星，又叫通信衛(wèi)星．同步衛(wèi)星有以下幾個特點1．同步衛(wèi)星的運行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致．2．同步衛(wèi)星的運轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，且T＝24H3．同步衛(wèi)星的運行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度．,4．要與地球同步，衛(wèi)星的軌道平面必須與赤道平面平行，又由于向心力是萬有引力提供的，萬有引力必須在軌道平面上，所以同步衛(wèi)星的軌道平面均在赤道平面上，即所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方．5．同步衛(wèi)星高度固定不變．所有同步衛(wèi)星的周期T、軌道半徑R、環(huán)繞速度V、角速度Ω及向心加速度A的大小均相同．,即時應(yīng)用即時突破，小試牛刀3．2011年高考廣東卷已知地球質(zhì)量為M，半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為T，地球同步衛(wèi)星質(zhì)量為M，引力常量為G有關(guān)同步衛(wèi)星，下列表述正確的是,課堂互動講練,某人在一星球上以速率V豎直上拋一物體，經(jīng)時間T物體以速率V落回手中，已知該星球的半徑為R，求該星球上的第一宇宙速度．,【思路點撥】第一宇宙速度是環(huán)繞星球表面運行的速度，即對應(yīng)的軌道半徑為該星球的半徑，且重力就等于星球?qū)ζ涞娜f有引力．,宇宙飛船在半徑為R1的軌道上運行，變軌后的半徑為R2，R1＞R2，宇宙飛船繞地球做勻速圓周運動，則變軌后宇宙飛船的A．線速度變小B．角速度變小C．周期變大D．向心加速度變大,

簡介：鋼筋混凝土原理和分析REINFORCEDCONCRETETHEORYANDANALYSE,0、緒論,01鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展和特點廣泛應(yīng)用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工程領(lǐng)域建筑工程橋梁和交通工程水利和海港工程地下工程特種結(jié)構(gòu),上海莘莊大型立交工程該工程由15條線路，6條主線、20個定向匝道構(gòu)成；占地面積458公頃，整個立交橋梁結(jié)構(gòu)長度111公里、面積84萬M2。,江陰長江大橋,02本課程特點,結(jié)構(gòu)工程科學(xué)研究的一般規(guī)律從工程實踐中提出要求和問題，精心調(diào)查和統(tǒng)計、實驗研究、理論分析、計算對比、找出解決問題的方法；研究一般的變化規(guī)律，揭示作用機理，建立物理模型和數(shù)學(xué)表達，確定計算方法和構(gòu)造措施，回到工程實踐中驗證，改進和補充。混凝土結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)工程的一個分支，亦服從上述規(guī)律。,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)點、缺點,參考教材1鋼筋混凝土原理和分析過鎮(zhèn)海時旭東主編清華大學(xué)出版社20032混凝土結(jié)構(gòu)基本原理藍宗建主編東南大學(xué)出版社20023混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范理解與應(yīng)用徐有鄰周氐編著中國建筑工業(yè)出版社20024鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)理論王傳志、藤智明主編中國建筑工業(yè)出版社19855鋼筋混凝土非線性分析朱伯龍、董振祥同濟大學(xué)出版社19856多種混凝土材料的本構(gòu)關(guān)系和破壞準則宋玉普中國水利水電出版社2002,第一篇混凝土的力學(xué)性能,混凝土由水泥、骨料和水拌合形成的人工合成材料。作用作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主體，一是自身承擔(dān)較的大的荷載；二是容納和維護各種構(gòu)造的鋼筋，組成合理的組合性結(jié)構(gòu)材料。特點非彈性、非線性、非勻質(zhì)材料，較大離散性。本篇介紹一般特性和破壞機理、基本應(yīng)力狀態(tài)下的強度和變形，主要因素影響下的性能變化，多軸應(yīng)力狀態(tài)下的強度和本構(gòu)關(guān)系。,混凝土是由水泥、水、骨料按一定比例配合，經(jīng)過硬化后形成的人工石。其為一多相復(fù)合材料，其質(zhì)量的好壞與材料、施工配合比、施工工藝、齡期、環(huán)境等諸多因素有關(guān)。通常將其組成結(jié)構(gòu)分為宏觀結(jié)構(gòu)兩組分體系，砂漿和粗骨料。亞微觀結(jié)構(gòu)水泥砂漿結(jié)構(gòu)。微觀結(jié)構(gòu)水泥石結(jié)構(gòu)。,第1章基本力學(xué)性能,11混凝土的組成結(jié)構(gòu)和材性特點111材料的組成和內(nèi)部構(gòu)造,,,,,,宏觀結(jié)構(gòu),亞微觀結(jié)構(gòu),微觀結(jié)構(gòu),干縮,孔隙,,凝膠體,,混凝土組成結(jié)構(gòu),晶體骨架,由未水化顆粒組成，承受外力，具有彈性變形特點。,塑性變形,在外力作用下由凝膠、孔隙、微裂縫產(chǎn)生。,破壞起源,孔隙、微裂縫等原因造成。,PH值,由于水泥石中的氫氧化鈣存在，混凝土偏堿性。,由于水泥凝膠體的硬化過程需要若干年才能完成，所以，混凝土的強度、變形也會在較長時間內(nèi)發(fā)生變化，強度逐漸增長，變形逐漸加大。,由于混凝土材料的非均勻微構(gòu)造、局部缺陷和離散性較大而極難獲得精確的計算結(jié)果。因此，主要討論混凝土結(jié)構(gòu)的宏觀力學(xué)反應(yīng)，即混凝土結(jié)構(gòu)在一定尺度范圍內(nèi)的平均值。宏觀結(jié)構(gòu)中混凝土的兩個基本構(gòu)成部分，即粗骨料和水泥砂漿的隨機分布，以及兩者的物理和力學(xué)性能的差異是其非勻質(zhì)、不等向性質(zhì)的根本原因。,粗骨料和水泥漿體的物理力學(xué)性能指標的典型值,施工和環(huán)境因素引起混凝土的非勻質(zhì)性和不等向性例如澆注和振搗過程中，比重和顆粒較大的骨料沉入構(gòu)件的底部，而比重小的骨料和流動性大的水泥砂漿、氣泡等上浮，靠近構(gòu)件模板側(cè)面和表面的混凝土表層內(nèi)，水泥砂漿和氣孔含量比內(nèi)部的多；體積較大的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部和表層的失水速率和含水量不等，內(nèi)外溫度差形成的微裂縫狀況也有差別；建造大型結(jié)構(gòu)時，常需留出水平的或其它形狀的施工縫。當(dāng)混凝土承受不同方向（即平行、垂直或傾斜于混凝土的澆注方向）的應(yīng)力時，其強度和變形值有所不同。,例如對混凝土立方體試件，標準試驗方法規(guī)定沿垂直澆注方向加載以測定抗壓強度，其值略低于沿平行澆注方向加載的數(shù)值。再如，豎向澆注的混凝土柱，截面上混凝土性質(zhì)對稱，而沿柱高兩端的性質(zhì)有別；臥位澆注的混凝土柱，情況恰好相反。這兩種柱在軸力作用下的強度和變形也將不等?；炷敛牧系姆莿蛸|(zhì)性和不等向性的嚴重程度，主要取決于原材料的均勻性和穩(wěn)定性，以及制作過程的施工操作和管理的精細程度，其直接結(jié)果是影響混凝土的質(zhì)量（材性的指標和離散度）。,112材性的基本特點,混凝土的材料組成和構(gòu)造決定其4個基本受力特點1．復(fù)雜的微觀內(nèi)應(yīng)力、變形和裂縫狀態(tài)將一塊混凝土按比例放大，可以看作是由粗骨料和硬化水泥砂漿等兩種主要材料構(gòu)成的不規(guī)則的三維實體結(jié)構(gòu)，且具有非勻質(zhì)、非線性和不連續(xù)的性質(zhì)。混凝土在承受荷載（應(yīng)力）之前，就已經(jīng)存在復(fù)雜的微觀應(yīng)力、應(yīng)變和裂縫，受力后更有劇烈的變化。,在混凝土的凝固過程中，水泥的水化作用在表面形成凝膠體，水泥漿逐漸變稠、硬化，并和粗細骨料粘結(jié)成一整體。在此過程中，水泥漿失水收縮變形遠大于粗骨料的。此收縮變形差使粗骨料受壓，砂槳受拉，和其它應(yīng)力分布。這些應(yīng)力場在截面上的合力為零，但局部應(yīng)力可能很大，以至在骨料界面產(chǎn)生微裂縫。,粗骨料和水泥砂槳的熱工性能（如線膨脹系數(shù)有差別。當(dāng)混凝土中水泥產(chǎn)生水化熱或環(huán)境溫度變化時，兩者的溫度變形差受到相互約束而形成溫度應(yīng)力場。更因為混凝土是熱惰性材料，溫度梯度大而加重了溫度應(yīng)力。當(dāng)混凝土承受外力作用時，即使作用應(yīng)力完全均勻，混凝土內(nèi)也將產(chǎn)生不均勻的空間微觀應(yīng)力場，取決于粗骨料和水泥砂漿的面（體）積比、形狀、排列和彈性模量值，以及界面的接觸條件等。在應(yīng)力的長期作用下，水泥砂漿和粗骨料的徐變差使混凝土內(nèi)部發(fā)生應(yīng)力重分布，粗骨料將承受更大的壓應(yīng)力。,所有這些都說明，從微觀上分析混凝土，必然要考慮非常復(fù)雜的、隨機分布的三維應(yīng)力（應(yīng)變）狀態(tài)。其對于混凝土的宏觀力學(xué)性能，如開裂，裂縫開展，變形，極限強度和破壞形態(tài)等，都有重大影響。,混凝土內(nèi)部有不可避免的初始氣孔和縫隙，其尖端附近因收縮、溫度變化或應(yīng)力作用都會形成局部應(yīng)力集中區(qū)，其應(yīng)力分布更復(fù)雜，應(yīng)力值更高。,2變形的多元組成混凝土在承受應(yīng)力作用或環(huán)境條件改變時都將發(fā)生相應(yīng)的變形。從混凝土的組成和構(gòu)造特點分析，其變形值由3部分組成⑴骨料的彈性變形占混凝土體積絕大部分的石子和砂，本身的強度和彈性模量值均比其組成的混凝土高出許多。即使混凝土達到極限強度值時，骨料并不破碎，變形仍在彈性范圍以內(nèi)，即變形與應(yīng)力成正比，卸載后變形可全部恢復(fù)，不留殘余變形。,⑵水泥凝膠體的粘性流動水泥經(jīng)水化作用后生成的凝膠體，在應(yīng)力作用下除了即時產(chǎn)生的變形外，還將隨時間的延續(xù)而發(fā)生緩慢的粘性流（移）動，混凝土的變形不斷地增長，形成塑性變形。當(dāng)卸載后，這部分變形一般不能恢復(fù)，出現(xiàn)殘余變形。,⑶裂縫的形成和擴展在拉應(yīng)力作用下，混凝土沿應(yīng)力的垂直方向發(fā)生裂縫。裂縫存在于粗骨料的界面和砂漿的內(nèi)部，裂縫不斷形成和擴展，使拉變形很快增長。在壓應(yīng)力作用下，混凝土大致沿應(yīng)力平行方向發(fā)生縱向劈裂裂縫，穿過粗骨料界面和砂漿內(nèi)部。這些裂縫的增多、延伸和擴展，將混凝土分成多個小柱體，縱向變形增大。在應(yīng)力的下降過程中，變形仍繼續(xù)增長，卸載后大部分變形不能恢復(fù)。,后兩部分變形成分，不與混凝土的應(yīng)力成比例變化，且卸載后大部分不能恢復(fù)，一般統(tǒng)稱為塑性變形。不同原材料和組成的混凝土，在不同的應(yīng)力水平下，這三部分變形所占比例有很大變化。①當(dāng)混凝土應(yīng)力較低時，骨料彈性變形占主要部分，總變形很??；②隨應(yīng)力的增大，水泥凝膠體的粘性流動變形逐漸加速增長；③接近混凝土極限強度時，裂縫的變形才明顯顯露，但其數(shù)量級大，很快就超過其它變形成分。在應(yīng)力峰值之后，隨著應(yīng)力的下降，骨料彈性變形開始恢復(fù)，凝膠體的流動減小，而裂縫的變形卻繼續(xù)加大。,3應(yīng)力狀態(tài)和途徑對力學(xué)性能的巨大影響混凝土的單軸抗拉和抗壓強度的比值約為110，相應(yīng)的峰值應(yīng)變之比約為120，都相差一個數(shù)量級。兩者的破壞形態(tài)也有根本區(qū)別。這與鋼、木等結(jié)構(gòu)材料的拉、壓強度和變形接近相等的情況有明顯不同。混凝土在基本受力狀態(tài)下力學(xué)性能的巨大差別使得①混凝土在不同應(yīng)力狀態(tài)下的多軸強度、變形和破壞形態(tài)等有很大的變化范圍；②存在橫向和縱向應(yīng)力（變）梯度的情況下，混凝土的強度和變形值又將變化；③荷載（應(yīng)力）的重復(fù)加卸和反復(fù)作用下，混凝土將產(chǎn)生程度不等的變形滯后、剛度退化和殘余變形等現(xiàn)象；,④多軸應(yīng)力的不同作用途徑，改變了微裂縫的發(fā)展狀況和相互約束條件，混凝土出現(xiàn)不同力學(xué)性能反應(yīng)?；炷烈驊?yīng)力狀態(tài)和途徑的不同而引起力學(xué)性能的巨大差異，當(dāng)然是其材料特性和內(nèi)部微結(jié)構(gòu)所決定的。材性的差異足以對構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能造成重大影響，在實際工程中不能不加以重視。,4時間和環(huán)境條件的巨大影響混凝土隨水泥水化作用的發(fā)展而漸趨成熟。有試驗表明，水泥顆粒的水化作用由表及里逐漸深入，至齡期20年后仍未終止。,混凝土成熟度的增加，表示了水泥和骨料的粘結(jié)強度增大，水泥凝膠體稠化，粘性流動變形減小，因而混凝土的極限強度和彈性模量值都逐漸提高。但是，混凝土在應(yīng)力的持續(xù)作用下，因水泥凝膠體的粘性流動和內(nèi)部微裂縫的開展而產(chǎn)生的徐變與時俱增，使混凝土材料和構(gòu)件的變形加大，長期強度降低?；炷林車沫h(huán)境條件既影響其成熟度的發(fā)展過程，又與混凝土材料發(fā)生物理的和化學(xué)的作用，對其性能產(chǎn)生有利的或不利的影響。環(huán)境溫度和濕度的變化，在混凝土內(nèi)部形成變化的不均勻的溫度場和濕度場，影響水泥水化作用的速度和水分的散發(fā)速度，產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力場和變形場，促使內(nèi)部微裂縫的發(fā)展，甚至形成表面宏觀裂縫。環(huán)境介質(zhì)中的二氧化碳氣體與水泥的化學(xué)成分作用，在混凝土表面附近形成一碳化層，且逐漸增厚；介質(zhì)中的氯離子對水泥（和鋼筋）的腐蝕作用降低了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,混凝土的這些材性特點，決定了其力學(xué)性能的復(fù)雜、多變和離散，還由于混凝土原材料的性質(zhì)和組成的差別很大，完全從微觀的定量分析來解決混凝土的性能問題，得到準確而實用的結(jié)果是十分困難的。所以，從結(jié)構(gòu)工程的觀點出發(fā)，將一定尺度，（例如≥70MM或3～4倍粗骨料粒徑）的混凝土體積作為單元，看成是連續(xù)的、勻質(zhì)的和等向的材料，取其平均的強度、變形值和宏觀的破壞形態(tài)等作為研究的標準，可以有相對穩(wěn)定的力學(xué)性能．并且用同樣尺度的標準試件測定各項性能指標，經(jīng)過總結(jié)、統(tǒng)計和分析后建立的破壞（強度）準則和本構(gòu)關(guān)系，在實際工程中應(yīng)用，一般情況下其具有足夠的準確性。盡管如此，了解和掌握混凝土的這些材性特點，對于深入理解和應(yīng)用混凝土的各種力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)反應(yīng)至關(guān)重要．有助于以后各章內(nèi)容的學(xué)習(xí)。,113受力破壞的一般機理,混凝土材性的復(fù)雜程度如上述，在不同的應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生顯著差別的破壞過程和形態(tài)。混凝土在結(jié)構(gòu)中主要用作受壓材料，最簡單的單軸受壓狀態(tài)下的破壞過程最有代表性。詳細地了解其破壞過程和機理對于理解混凝土的材性本質(zhì)，解釋結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的各種損傷和破壞現(xiàn)象，以及采取措施改進和提高混凝土質(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能等都有重要意義。混凝土一直被認為是“脆性”，材料，無論是受壓還是受拉狀態(tài)，它的破壞過程都短暫、急驟，肉眼不可能仔細地觀察到其內(nèi)部的破壞過程。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展，為材料和結(jié)構(gòu)試驗提供了先進的加載和量測手段。現(xiàn)在已經(jīng)可以比較容易地獲得混凝土受壓和受拉的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€，還可采用超聲波檢測儀、X光攝影儀、電子顯微鏡等多種精密側(cè)試儀器，對混凝土的微觀構(gòu)造在受力過程中的變化情況加以詳盡的研究。,試驗證明，結(jié)構(gòu)混凝土在承受荷載或外應(yīng)力之前，內(nèi)部就已經(jīng)存在少量、分散的微裂縫，寬（25）103、最長（12MM），其主要原因是在混凝土的凝固過程中，粗骨料和水泥砂漿的收縮差和不均勻溫濕度場所產(chǎn)生的微觀應(yīng)力場。由于水泥砂漿和粗骨料表面的粘結(jié)強度只及該砂漿抗拉強度的35～65，而粗骨料本身的抗拉強度遠超過水泥砂漿的強度，故當(dāng)混凝土內(nèi)微觀拉應(yīng)力較大時，首先在粗骨料界面出現(xiàn)微裂縫，稱界面粘結(jié)裂縫?；炷潦芰χ笾钡狡茐钠鋬?nèi)部微裂縫的發(fā)展過程也可在試驗過程中清楚地觀察到。,該試驗采用方形板式試件127MM127MM127MM），既接近理想的平面應(yīng)力狀態(tài)，又便于在加載過程中直接獲得裂縫的X光信息。試件用兩種材料制作。理想試件用3種不同直徑的園形骨料（厚127MM）隨機地埋人水泥砂漿，另一種為真實混凝土試件。兩種試件的受力過程和觀側(cè)結(jié)果相同，前者更具典型性。試驗證實了混凝土在受力前就存在初始微裂縫，都出現(xiàn)在較大粗骨料的界面．開始受力后直到極限荷載，混凝土內(nèi)的微裂縫逐漸增多和擴展，可以分作3個階段,1微裂縫相對稱定期Σ/ΣMAX075～09）混凝土在高應(yīng)力作用下，粗骨料的界面裂縫突然加寬和延伸，大量地進人水泥砂漿；水泥砂漿中的已有裂縫也加快發(fā)展，并和相鄰的粗骨料界面裂縫相連。這些裂縫逐個連通，構(gòu)成大致平行于壓應(yīng)力方向的連續(xù)裂縫，或稱縱向劈裂裂縫。若混凝土中部分粗骨料的強度較低，或有節(jié)理和缺陷，也可能在高應(yīng)力下發(fā)生骨料劈裂。這一階段的應(yīng)力增量不大，而裂縫發(fā)展迅速，變形增長大。即使應(yīng)力維持常值，裂縫仍將繼續(xù)發(fā)展，不再能保持穩(wěn)定狀態(tài)?？v向的通縫將試件分隔成數(shù)個小柱體，承載力下降而導(dǎo)致混凝土的最終破壞。,從對混凝土受壓過程的微觀現(xiàn)象的分析，其破壞機理可以概括為⑴首先是水泥砂漿沿粗骨料的界面和砂漿內(nèi)部形成微裂縫；⑵應(yīng)力增大后這些微裂縫逐漸地延伸和擴展，并連通成為宏觀裂縫；⑶砂漿的損傷不斷積累，切斷了和骨料的聯(lián)系，混凝土的整體性遭受破壞而逐漸地喪失承載力?；炷猎谄渌鼞?yīng)力狀態(tài)，如受拉和多軸應(yīng)力狀態(tài)下的破壞過程也與此相似?；炷恋膹姸冗h低于粗骨料本身的強度，當(dāng)混凝土破壞后，其中的粗骨料一般無破損的跡象，裂縫和破碎都發(fā)生在水泥砂漿內(nèi)部。所以，混凝土的強度和變形性能在很大程度上取決于水泥砂漿的質(zhì)量和密實性。任何改進和提高水泥砂漿質(zhì)量的措施都能較多地提高混凝土強度和改善結(jié)構(gòu)的性能。,12抗壓強度121立方體抗壓強度,為了確定混凝土的抗壓強度，我國的國家標準GBJ8185普通混凝土力學(xué)性能試驗方法中規(guī)定標準試件取邊長為150MM的立方體，用鋼模成型，經(jīng)澆注、振搗密實后靜置一晝夜，試件拆模后放入標準養(yǎng)護室（20±3℃，相對濕度90％），28天齡期后取出試件，擦干表面水，置于試驗機內(nèi)，沿澆注的垂直方向施加壓力，以每秒03～05N/MM2的速度連續(xù)加載直至試件破壞。試件的破壞荷載除以承壓面積，即為混凝土的標準立方體抗壓強度FCU，N/MM2（MPA）。,試驗機通過鋼墊板對試件施加壓力。由于墊板的剛度有限，以及試件內(nèi)部和表層的受力狀態(tài)和材料性能有差別，致使試件承壓面上的豎向壓應(yīng)力分布不均勻。同時，鋼墊板和試件混凝土的彈性模量ES，EC）和泊松比（ΝS,ΝC）值不等，在相同應(yīng)力（Σ）作用下的橫向應(yīng)變不等（ΝSΣ/ES＜ΝCΣ/EC）。故墊板約束了試件的橫向變形，在試件的承壓面上作用著水平摩擦力。,,試件在承壓面上這些豎向和水平力作用下，其內(nèi)部必產(chǎn)生不均勻的三維應(yīng)力場垂直中軸線上各點為明顯的三軸受壓，四條垂直棱邊接近單軸受壓，承壓面的水平周邊為二軸受壓，豎向表面上各點為二軸受壓或二軸壓／拉，內(nèi)部各點則為三軸受壓或三軸壓／拉應(yīng)力狀態(tài)。注意這里還是將試件看作是各向同性的勻質(zhì)材料。若計及混凝土組成和材性的隨機分布，試件的應(yīng)力狀態(tài)將更復(fù)雜，且不對稱。,試件加載后，豎向發(fā)生壓縮變形，水平向為伸長變形．試件的上、下端因受加載墊板的約束而橫向變形小，中部的橫向膨脹變形最大。隨著荷載或者試件應(yīng)力的增大，試件的變形逐漸加快增長。試件接近破壞前，首先在試件高度的中央、靠近側(cè)表面的位置上出現(xiàn)豎向裂縫，然后往上和往下延伸，逐漸轉(zhuǎn)向試件的角部，形成正倒相連的八字形裂縫。繼續(xù)增加荷載，新的八字形縫由表層向內(nèi)部擴展，中部混凝土向外鼓脹，開始剝落，最終成為正倒相接的四角錐破壞形態(tài)。,當(dāng)采用的試件形狀和尺寸不同時，如邊長100MM或200MM的立方體，H/D2的圓柱體混凝土的破壞過程和形態(tài)雖然相同，但得到的抗壓強度值因試件受力條件不同和尺寸效應(yīng)而有所差別。對比試驗給出的不同試件抗壓強度的換算關(guān)系如表。,,混凝土立方試件的應(yīng)力和變形狀況，以及其破壞過程和破壞形態(tài)均表明，標準試驗方法并未在試件中建立起均勻的單軸受壓應(yīng)力狀態(tài)，由此測定的也不是理想的混凝土單軸抗壓強度。當(dāng)然，它更不能代表實際結(jié)構(gòu)中應(yīng)力狀態(tài)和環(huán)境條件變化很大的混凝土真實抗壓強度。盡管如此，混凝土的標準立方體抗壓強度仍是確定混凝土的強度等級、評定和比較混凝土的強度和制作質(zhì)量的最主要的相對指標，又是判定和計算其他力學(xué)性能指標的基礎(chǔ)，因而有重要的技術(shù)意義。,122棱柱體試件的受力破壞過程,為消除立方體試件兩端局部應(yīng)力和約束變形的影響，最簡單的辦法是改用棱柱體（或圓柱體）試件進行抗壓試驗。根據(jù)SANVINENT原理。加載面上的不均布垂直應(yīng)力和ΣX0的水平應(yīng)力，只影響試件端部的局部范圍（高度約等于試件寬度），中間部分已接近于均勻的單軸受壓應(yīng)力狀態(tài)。受壓試驗也證明，破壞發(fā)生在棱主體試件的中部。試件的破壞荷載除于其截面積，即為混凝土的棱柱體抗壓強度FC，或稱軸心抗壓強度。,試驗結(jié)果表明，混凝土的棱柱體抗壓強度隨試件高厚比H/B的增大而單調(diào)下降，但H/B2后，強度值已變化不大。故標準試件的尺寸取為150150300,試件的制作、養(yǎng)護、加載齡期和試驗方法都與立方體試件的標準試驗相同。,在混凝土棱柱體試件的受壓試驗過程中量測試件的縱向和橫向應(yīng)變（Ε,Ε’），就可以繪制⑴受壓應(yīng)力應(yīng)變（ΣΕ）全曲線；⑵割線或切線泊松比（ΝSΕ’/Ε，ΝTDΕ’/DΕ；⑶體積應(yīng)變ΕV≈ΕΕ’）曲線。其典型的變化規(guī)律如下圖。試驗過程中還可以仔細地觀察到試件的表面宏觀裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展過程，以及最終的破壞形態(tài)。,由于混凝土的原材料和組成的差異，以及試驗量測方法的差異，國內(nèi)外給出的實驗結(jié)果有一定的離散度。混凝土的棱柱體抗壓強度隨立方體強度單調(diào)增長,123主要抗壓性能指標1、棱柱體抗壓強度,各國研究人員給出多種經(jīng)驗計算公式，或者給出一個定值，一般在FC/FCU078～088之間。各國設(shè)計規(guī)范中，出于結(jié)構(gòu)安全度考慮，一般取用偏低的值。例如，我國規(guī)范給出軸壓強度標準值為,其比值的變化范圍為強度等級高者比值偏大。,ΑC1FC/FCUΑC1076（≤C50）ΑC1082（C80）ΑC210（≤C40）ΑC2087（C80）,2、達棱柱體抗壓強度時的峰值應(yīng)變棱柱體試件達到極限強度FC時的相應(yīng)峰值應(yīng)變ΕP雖然有稍大的離散度，但是，隨混凝土強度而單調(diào)增長的規(guī)律十分明顯。,過鎮(zhèn)海在分析了混凝土強度FC20～100N/MM2的試驗數(shù)據(jù)后，給出的關(guān)系式為,各國的設(shè)計規(guī)范中，對強度等級為C20至C50的混凝土常常規(guī)定單一的峰值應(yīng)變值，例如ΕP0002。此值稍高于材性試驗值，但用于結(jié)構(gòu)和構(gòu)件分析中，由于存在應(yīng)變梯度和箍筋約束等有利因素而得到補償。,各國研究人員建議的多種經(jīng)驗計算式，如表所示。,原點切線模量ELASTICMODULUS,割線模量SECANTMODULUS,切線模量TANGENTMODULUS,彈性系數(shù)NCOEFFICIENTOFELASTICITY隨應(yīng)力增大而減小N105,3、混凝土的彈性模量ELASTICMODULUS,彈性模量是材料變形性能的主要指標．混凝土的受壓應(yīng)力應(yīng)變曲級為非線性，彈性模量或稱變形模量）隨應(yīng)力或應(yīng)變而連續(xù)地變化。在確定了應(yīng)力應(yīng)變的曲線方程后，很容易計算所需的割線模量EC,SΣ/Ε或切線模量EC,TDΣ/DΕ。有時．為了比較混凝土的變形性能，以及進行構(gòu)件變形計算和引用彈性模量比作其它分析時，需要有一個標定的混凝土彈性模量值（EC）。一般取為相當(dāng)于結(jié)構(gòu)使用階段的工作應(yīng)力Σ04～05FC時的割線模量值。巳有的大量試驗給出混凝土的彈性模量隨其強度而單調(diào)增長的規(guī)律，但離散度較大。,我國現(xiàn)行規(guī)范,彈性模量值的經(jīng)驗計算式有多種。,試驗中量測的混凝土試件橫向應(yīng)變Ε’和泊松比ΝSΝT等，受縱向裂縫的出現(xiàn)、發(fā)展以及量測點位置的影響很大。特別是進入應(yīng)力應(yīng)變曲線的下降段Ε＞ΕP后，離散度更大。在開始受力階段，泊松比值約為ΝS≈ΝT＝016～023一般取020。混凝土內(nèi)部形成非穩(wěn)定裂縫（Σ＞08FC）后，泊松比值飛速增長，且ΝT＞ΝS。,

簡介：第二節(jié)鋼筋的主要力學(xué)性能,一、鋼筋的品種和級別（一）鋼筋的品種（分類）按化學(xué)成分分類低碳鋼碳素鋼中碳鋼隨含碳量增加，鋼筋強度提高，高碳鋼塑性性能降低。普通低合金鋼除碳素鋼已有的成分外，再加入少量的硅、錳、鈦、釩等合金元素。強度顯著提高，塑性性能也好。,,,按外形分類光面鋼筋表面光滑，與混凝土粘結(jié)力差。變形鋼筋表面帶肋，螺旋紋、人字紋、月牙紋，與混凝土粘結(jié)力高。熱軋鋼筋（用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）按生產(chǎn)工藝分類預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋（用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)）冷加工鋼筋（用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)）三種鋼筋的生產(chǎn)工藝不同，見P22,,,（二）鋼筋的級別1、熱軋鋼筋由普通（低碳）碳素鋼、低合金鋼軋制而成軟鋼常用熱軋鋼筋的級別、符號、鋼種和形狀性能隨著鋼筋級別的增加，強度提高，塑性降低。,2、預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中P439～440直徑3、冷加工鋼筋冷拉、冷拔,,二、鋼筋的強度和變形（通過拉伸試驗獲得的應(yīng)力應(yīng)變曲線來說明）,應(yīng)力應(yīng)變曲線分兩類有明顯的流幅熱軋鋼筋（軟鋼）無明顯的流幅高碳鋼（硬鋼）（預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋）設(shè)計強度取值依據(jù)有明顯流幅鋼筋，取其屈服點強度作為設(shè)計取值依據(jù)。無明顯流幅鋼筋，取（極限抗拉強度）作為條件屈服點。,,三、鋼筋的冷加工（對鋼筋進行冷加工，可以提高強度）1冷拉對熱軋鋼筋進行張拉，張拉應(yīng)力超過原屈服點，然后放松，再張拉，屈服強度提高了，但塑性降低。（伸長率降低）2冷拔將光面鋼筋通過強力拔過直徑小的鎢合金拔絲?？祝苄宰冃魏?，4MM鋼絲。冷拉提高抗拉強度（不宜作受壓鋼筋）冷拔同時提高抗拉、抗壓強度。,,四、混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求1強度2塑性3可焊性4耐火性5與混凝土的粘結(jié)性,第三節(jié)鋼筋和混凝土的粘結(jié)與錨固,一、粘結(jié)的作用和分類鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)，是保證兩者共同工作的前提。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力后，若鋼筋和混凝土有相對變形（滑移）就會在其交界面上產(chǎn)生剪應(yīng)力,這種剪應(yīng)力稱為鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力。局部粘結(jié)應(yīng)力粘結(jié)應(yīng)力分為錨固粘結(jié)應(yīng)力,,,,鋼筋與混凝土之間粘結(jié)應(yīng)力示意圖（A）錨固粘結(jié)應(yīng)力（B）裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力,局部粘結(jié)應(yīng)力發(fā)生在裂縫間。作用鋼筋應(yīng)力發(fā)生變化，使相鄰兩個裂縫之間的混凝土參與受拉。其喪失，會開裂。錨固粘結(jié)應(yīng)力發(fā)生在鋼筋端部（支座內(nèi)）。作用鋼筋需有一定錨固長度，以積累足夠的粘結(jié)力，達到需要的拉力。否則，發(fā)生錨固破壞。,二、粘結(jié)力的組成（1）鋼筋和混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用力化學(xué)膠結(jié)力（水泥對鋼筋表面氧化層滲透較小）（2）混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生的摩阻力摩阻力（3）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬合作用力機械咬合力光圓鋼筋粘結(jié)力主要來自膠結(jié)力和摩阻力。變形鋼筋粘結(jié)力主要來自機械咬合力。,三、影響粘結(jié)強度的因素平均粘結(jié)應(yīng)力式中N為鋼筋的拉力，D為鋼筋的直徑，L為粘結(jié)長度。影響粘結(jié)強度的主要因素（1）混凝土強度等級粘結(jié)強度與混凝土的抗拉強度大致成比例。（2）保護層厚度及鋼筋凈間距越大，粘結(jié)強度越高。（3）橫向鋼筋（箍筋）及側(cè)向壓應(yīng)力可以限制裂縫的發(fā)展、提高粘結(jié)強度。（4）澆筑混凝土處鋼筋所處的位置。,,,四、保證鋼筋和混凝土粘結(jié)力的措施（用構(gòu)造措施保證）（1）對不同等級的混凝土和鋼筋，要保證基本的錨固長度和最小搭接長度。（2）滿足鋼筋最小間距和混凝土保護層最小厚度。（3）加密箍筋（接頭范圍內(nèi)）。（4）鋼筋端部設(shè)彎鉤（光面鋼筋）。,第四節(jié)鋼筋和混凝土的選用,混凝土的選用原則建筑工程中，鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強度等級不應(yīng)低于C15當(dāng)采用HRB335級鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于C20當(dāng)采用HRB400和RRB400級鋼筋以及承受重復(fù)荷載的構(gòu)件，混凝土強度等級不得低于C20預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應(yīng)低于C30當(dāng)采用鋼絞線，鋼絲，熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于C40。公路橋涵中，鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強度等級不應(yīng)低于C20當(dāng)采用HRB400級鋼筋時，混凝土強度等級不得低于C25。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應(yīng)低于C40,鋼筋的選用原則鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的非預(yù)應(yīng)力鋼筋宜優(yōu)先采用HRB335和HRB400級鋼筋，以節(jié)省鋼筋用量，改善我國建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。除此以外，也可以采用HPB235級和RRB400級熱軋鋼筋及強度級別較低的冷拔，冷軋鋼筋。預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線，中高強鋼絲，也可以采用熱處理鋼筋。除此以外，還可以采用冷拉鋼筋和強度級別較高的冷拔低碳鋼絲和冷軋鋼筋。公路橋涵工程中還可以采用精制螺紋鋼筋。,◆鋼筋的基本錨固長度（第5章）鋼筋的基本錨固長度取決于鋼筋的強度及混凝土抗拉強度，并與鋼筋的外形有關(guān)。規(guī)范規(guī)定縱向受拉鋼筋的錨固長度作為鋼筋的基本錨固長度，其計算公式為,◆鋼筋的搭接長度（第5章）鋼筋搭接的原則是接頭應(yīng)設(shè)置在受力較小處，同一根鋼筋上應(yīng)盡量少設(shè)接頭，機械連接接頭能產(chǎn)生較牢固的連接力，應(yīng)優(yōu)先采用機械連接。受拉鋼筋綁扎搭接接頭的搭接長度計算公式,式中，Ζ為受拉鋼筋搭接長度修正系數(shù)，它與同一連接區(qū)內(nèi)搭接鋼筋的截面面積有關(guān)，詳見第5章內(nèi)容。,

簡介：第二章鋼筋混凝土材料力學(xué)性能,鋼筋種類，力學(xué)性能，混凝土的強度指標，變形性能，鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用。,§21鋼筋一、鋼筋的成分、級別和品種,1按化學(xué)成分,碳素鋼（主要鐵、碳、硅、錳、硫、磷等元素）,,低碳鋼（含碳量025）,中碳鋼（含碳量02506）,高碳鋼（含碳量0614）,普通低合金鋼（另加硅、錳、鈦、釩、鉻等改善綜合性能）,,硅釩系錳系,一、鋼筋的成分、級別和品種,鋼筋,,熱軋鋼筋熱軋光面鋼筋HPB235，熱軋帶肋鋼筋HRB335、HRB400，RRB400,冷拉鋼筋由熱軋鋼筋在常溫下用機械拉伸而成，目的提高熱軋鋼筋的強度，節(jié)約鋼材,熱處理鋼筋將HRB400、RRB400鋼筋通過加熱、淬火、回火而成，適宜于作預(yù)應(yīng)力筋,2按加工工藝分,鋼絲,,碳素鋼絲高碳鎮(zhèn)靜鋼通過多次冷拔、應(yīng)力消除、矯正、回火處理而成,刻痕鋼絲在鋼絲表面刻痕，以增強其與混凝土間的粘結(jié)力,鋼絞線六根相同直徑的鋼絲成螺旋狀繞在一起,冷拔低碳鋼絲由低碳鋼冷拔而成,Φ,一、鋼筋的成分、級別和品種,鋼筋的應(yīng)用范圍,非預(yù)應(yīng)力鋼筋HRB235，HRB335，HRB400，RRB400,預(yù)應(yīng)力鋼筋碳素鋼絲，刻痕鋼絲，鋼絞線，熱處理鋼筋，冷拉鋼筋,DIAMETERSD6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,30MM50MM,二、鋼筋的強度和變形,分為有屈服點的鋼筋（有流幅），又稱軟鋼和無屈服點的鋼筋（無流幅）又稱硬鋼,1有屈服點的鋼筋（有流幅）－－軟鋼,2無屈服點的鋼筋（無流幅）－－硬鋼強度高、塑性差、脆性大,鋼筋的?－?曲線,應(yīng)力,應(yīng)變,二、鋼筋的強度和變形,,,,,,,,,,,,,,比例極限,,屈服強度,極限強度,,FY,FT,E,D,,流幅,A,B,C,OA－彈性階段,?A－比例極限,?B－屈服強度,CD－強化階段,,,,02,?02,?D－極限強度,DE－頸縮階段,?02－條件屈服強度,,軟鋼的應(yīng)力－應(yīng)變曲線,硬鋼的應(yīng)力－應(yīng)變曲線,二、鋼筋的強度和變形,,對于有明顯屈服臺階的軟鋼取屈服強度FY作為強度設(shè)計依據(jù)。P9表2－1,對于無明顯屈服臺階的硬鋼取條件屈服強度?02作為強度設(shè)計依據(jù)。,三、鋼筋的冷加工,冷加工的方法冷拉、冷拔、冷軋。,對有物理屈服點的鋼筋進行冷加工冷加工的目的改變鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高鋼材強度，節(jié)約鋼筋,1冷拉，可采用冷拉控制應(yīng)力和冷拉率控制。冷拉后可提高鋼材的抗拉強度，但其屈服臺階變短。,2冷拔，可同時提高鋼材的抗拉和抗壓強度。塑性降低很多。,3冷軋后，鋼筋表面軋成帶肋，使鋼材強度和粘結(jié)性提高,三、鋼筋的冷加工,三、鋼筋的冷加工,★冷拔,經(jīng)過冷拔后鋼筋沒有明顯的屈服點和流幅,冷拔既能提高抗拉強度又能提高抗壓強度,塑性降低,混凝土由水泥、細骨料（砂）、粗骨料（石子）和水，有時加入外加劑，按一定比例攪拌，經(jīng)過養(yǎng)護經(jīng)凝結(jié)和硬化后形成的人工石材。砼的強度及變形隨時間、隨環(huán)境的變化而變化。,§22混凝土的強度和變形,一、混凝土的強度,1．混凝土立方體強度,用標準制作方式制成的150MM的立方體試塊，在溫度（20±3）℃、濕度90以上養(yǎng)護28天，用標準試驗方法測得具有95％保證率的抗壓強度。,常用等級C75,C10,C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C55,C60,C65,C70,C80,混凝土強度等級,,立方體抗壓強度,,表示混凝土CONCRETE,一、混凝土的強度,2軸心抗壓強度FCK,真實反映以受壓為主的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗壓強度，用150MMX150MMX300MM棱柱體為標準試件測得的抗壓強度極限值抗壓強度標準值,一、混凝土的強度,,平均為1/10,3軸心抗拉強度FTK,,直接測試方法,間接測試方法彎折，劈裂,一、混凝土的強度,試驗方法,混凝土的抗拉強度是確定砼抗裂度的重要指標,混凝土抗壓強度設(shè)計值FC混凝土抗壓強度標準值FCK軸心抗拉強度FTK混凝土抗拉強度設(shè)計值FT砼材料分項系數(shù)RC14,一、混凝土的強度,,,P12表2－3，表2－4,二、混凝土的變形,混凝土的變形,混凝土的受力變形,混凝土的體積變形,混凝土一次短期加荷的變形,,混凝土長期作用的變形徐變,多次重復(fù)荷載作用下的變形,,,收縮變形,溫度引起的變形,1。在一次短期加載時的變形如圖,圖17,OA–––彈性階段,?A03FC,AB–––彈塑性階段,?03FC～08FC裂縫穩(wěn)定階段,BC–––裂縫不穩(wěn)定階段,?08FC～10FC,,,,,C,B,D,E,FC,?,?,0,?0,,,,A,,?CU,,,,,二、混凝土的變形,破壞過程承載力從增加到減小,特征點,?0–––對應(yīng)于峰值點應(yīng)變規(guī)范?00002,?CU–––混凝土極限壓應(yīng)變規(guī)范?CU00033,FC–––軸心抗壓強度,二、混凝土的變形,2混凝土在荷載長期作用下的變形–––徐變,混凝土在受到荷載作用后，在荷載應(yīng)力不變的情況下，變形應(yīng)變隨時間而不斷增長的現(xiàn)象。,徐變的時間6個月完成大部分；一年趨于穩(wěn)定，三年完成。（建筑物維修期一年）,（1）徐變對結(jié)構(gòu)的影響,?使構(gòu)件的變形增加；,?在截面中引起應(yīng)力重分布；,?在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中引起預(yù)應(yīng)力損失。,二、混凝土的變形,混凝土的級配、水灰比、初始加載齡期、初應(yīng)力大小，養(yǎng)護使用條件等。,（2）徐變的影響因素,二、混凝土的變形,3。混凝土的非荷載變形–––收縮,混凝土在空氣中結(jié)硬體積減小的現(xiàn)象。,圖110,,收縮,二、混凝土的變形,,,收縮的性質(zhì),,自由收縮,約束收縮,,來自內(nèi)部的鋼筋約束,來自支座的外部約束,收縮對結(jié)構(gòu)的影響,,自由收縮一般不會引起拉應(yīng)力，故不會開裂,約束收縮產(chǎn)生收縮應(yīng)力甚至開裂,減少收縮的措施P16,二、混凝土的變形,,21混凝土,◆影響因素混凝土的收縮受結(jié)構(gòu)周圍的溫度、濕度、構(gòu)件斷面形狀及尺寸、配合比、骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護條件等許多因素有關(guān)。（1）水泥的品種水泥強度等級越高，制成的混凝土收縮越大。（2）水泥的用量水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。（3）骨料的性質(zhì)骨料彈性模量高、級配好，收縮就小。（4）養(yǎng)護條件干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大。（5）混凝土制作方法混凝土越密實，收縮越小。（6）使用環(huán)境使用環(huán)境溫度、濕度越大，收縮越小。（7）構(gòu)件的體積與表面積比值比值大時，收縮小。,21混凝土的物理力學(xué)性能,一、產(chǎn)生鋼筋和混凝土粘結(jié)強度的主要原因,?混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力；,?混凝土顆料的化學(xué)作用產(chǎn)生的混凝土與鋼筋之間的膠合力；,?鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬合力。,§23鋼筋與混凝土的粘結(jié),粘結(jié)力－－P17,1鋼筋的表面形狀；砼的強度2澆筑位置；,3鋼筋的凈距離,,保護層厚度,4光面受力鋼筋端部加彎鉤P20,,C,二、影響粘結(jié)強度的主要因素,,保證粘結(jié)力的措施,?保證錨固長度和搭接長度；,?保證鋼筋周圍的混凝土有足夠的厚度；保護層厚度及鋼筋凈距,?光圓筋在端部做成彎鉤。,鋼筋在鋼筋搭接范圍內(nèi)箍筋加密,?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,L,T,D,?MAX,,,,,以錨固粘結(jié)應(yīng)力為例,,,保證粘結(jié)力的措施,搭接長度試驗,保證粘結(jié)力的措施,總結(jié),1鋼筋的分類及力學(xué)性能；,2鋼筋及砼的強度；3砼的邊形4鋼筋與混凝土的粘結(jié),結(jié)束謝謝大家,作業(yè)布置,

簡介：鋼筋混凝土一般概念及材料的主要力學(xué)性能,,,,,,,,,,,,,,,,P1,P2,A,一、鋼筋混凝土的一般概念和特點,概念由鋼筋和混凝土結(jié)合在一起共同工作的材料，該材料可充分利用混凝土的抗壓性能和鋼筋的抗拉性能。特點①與磚木結(jié)構(gòu)相比強度高；②鋼材用量少；③耐久性好；④耐火性好；,⑤可模性好；⑥整體性好；⑦材料來源廣泛,圖11素混凝土和鋼筋混凝土波懷情況對比,,①軟剛和硬剛鋼筋的強度和變形性能主要由單向拉伸測得的應(yīng)力應(yīng)變曲線來表征。試驗表明，鋼筋的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線可分為兩類有明顯的流幅的鋼筋（也稱為軟鋼）見圖12，沒有明顯流幅的鋼筋（也稱為硬鋼）見圖13。,②比例極限有明顯流幅的鋼筋應(yīng)力應(yīng)變曲線，軸向拉伸時，在達到比例極限A點之前，材料處于彈性階段，軟鋼應(yīng)力與應(yīng)變的比值為常數(shù)，即為鋼筋的彈性模量ES，A為應(yīng)力應(yīng)變成比例的極限狀態(tài)，它所對應(yīng)的應(yīng)力稱為比例極限。,鋼筋的主要力學(xué)性能,,,,,,,,,,,A,B,C,D,E,③屈服極限當(dāng)應(yīng)力達到B點后，材料開始屈服，B點稱屈服的上限點，過點后，應(yīng)力與應(yīng)變曲線出現(xiàn)上下波動，形成一個明顯的屈服臺階，屈服臺階的下限C點所對應(yīng)的應(yīng)力稱為“屈服強度＂。,二、鋼筋的主要力學(xué)性能,（一）鋼筋的強度和變形,④極限強度當(dāng)鋼筋屈服塑流到一定程度，即到達點以后，應(yīng)力應(yīng)變曲線又開始上升，抗拉能力有所提高，隨著曲線上升到最高點D，相應(yīng)的應(yīng)力稱為鋼筋的極限強度，CD段稱為鋼筋的強化階段。過了D點以后，鋼筋在薄弱處的斷面將顯著縮小，發(fā)生局部頸縮現(xiàn)象，變形迅速增加，應(yīng)力隨之下降，直到過點時試件被拉斷。,圖,鋼筋的主要力學(xué)性能,,,,085ΣB,,ΣB,,02,⑤條件屈服強度（硬剛）高碳鋼與低碳鋼不同，見圖13，它沒有明顯的屈服臺階，塑性變形小，延伸率亦小，但極限強度高。通常用殘余應(yīng)變?yōu)?2的應(yīng)力，約085ΣB作為假想屈服點或稱條件屈服點，用Σ02表示，085ΣB作為條件屈服強度。ΣB極限抗拉強度值。,圖,⑥鋼筋的伸長率除強度指標外，鋼筋還應(yīng)具有一定的塑性變形能力。反映鋼筋塑性性能的基本指標是伸長率和冷彎性能。所謂伸長率即鋼筋拉斷后的伸長值與原長的比率,鋼筋的主要力學(xué)性能,11,式中Δ伸長率（）L試件受力前的標距長度（有5D、10D、100D）L1試件拉斷后的標距長度伸長率越大的鋼筋塑性越好，即拉伸前有足夠的伸長，使構(gòu)件的破壞有預(yù)兆；反之構(gòu)件的破壞具有突發(fā)性而呈現(xiàn)脆性。,鋼筋的主要力學(xué)性能,⑦鋼筋的冷彎性能為了使鋼筋在加工成型時不發(fā)生斷裂，要求鋼筋具有一定的冷彎性能。冷彎是將直徑為D的鋼筋繞某一規(guī)定直徑為D的鋼輥進行彎曲，在達到規(guī)定的冷彎角度（1800）時鋼筋不發(fā)生裂紋、鱗落或斷裂，就表示合格。見表11,表11各種鋼筋伸長率及冷彎試驗要求,Δ5_____表示試件長度為5D的鋼筋的伸長率,鋼筋的主要力學(xué)性能,（二）鋼筋的成分、分類、級別、品種,成分鋼筋的主要成分為鐵、還有少量的碳、錳、硅、釩、鈦及一些有害元素如磷、硫等。剛材的強度隨含碳量的增加而增加，但其塑性性能及可焊性隨之降低。錳、硅、釩、鈦等少量合金元素可是鋼材的強度、塑性等綜合性能提高。,分類我國建筑工程中采用的鋼筋，按化學(xué)成分可分為碳素鋼和普通低合金鋼兩大類。含碳量小于025的碳素鋼稱為低碳鋼或軟鋼，含碳量為06～14的碳素鋼稱為高碳鋼或硬鋼。在碳素鋼的元素中加入少量的合金元素，就成為普通低合金鋼。如20MNSI、20MNSIV、20MNSINB、20MNTI等。,鋼筋的主要力學(xué)性能,級別及品種我國建筑工程中采用的鋼筋，國產(chǎn)普通鋼筋有以下4級①熱軋光面235級②熱軋帶肋335級,③HRB40020MNSIV、20MNSINB、20MNTI熱軋帶肋400級④RRB400K20MNSI余熱處理鋼筋400級（用HRB33520MNSI穿水熱處理而成），各級別性能見圖1420表示含碳量為02，其余合金元素的含量在15以下，K為控制的意思。,圖,鋼筋的主要力學(xué)性能,表12普通鋼筋強度標準值及設(shè)計值N/MM2,注1當(dāng)D大于40MM時，應(yīng)有可靠的工程經(jīng)驗。2FYK鋼筋的標準強度，具有95以上的保證率，由屈服極限確定。3FY鋼筋的抗拉強度設(shè)計值，F(xiàn)Y＇鋼筋的抗壓強度設(shè)計值。,鋼筋的主要力學(xué)性能,,表13預(yù)應(yīng)力鋼筋強度標準值及設(shè)計值N/MM2,鋼筋的主要力學(xué)性能,表14鋼筋彈性模量（105N/MM2）,注必要時鋼鉸線可采用實測的彈性模量,鋼筋的主要力學(xué)性能,熱處理鋼筋上面所述為普通鋼筋，而預(yù)應(yīng)力鋼筋采用熱處理鋼筋。由40SI2MND6、48SI2MND82和45SI2CRD10等通過加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理制成的。熱處理鋼筋又稱調(diào)質(zhì)鋼筋。,,鋼絲主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，有消除應(yīng)力的光面鋼絲、螺旋肋鋼絲和三面刻痕鋼絲三種。冷拔低碳鋼絲由低碳熱軋鋼筋經(jīng)冷拔制成，分為兩個級別甲級和乙級。冷拔低碳鋼絲的延性較差，新規(guī)范中也未列入。若在建筑工程中采用時，應(yīng)遵守專門規(guī)程的規(guī)定。鋼絲直徑在5MM以內(nèi)可以是單根的，也可以編成鋼絞線或鋼絲束。,鋼筋的主要力學(xué)性能,鋼絞線是由多根高強鋼絲在絞絲機上絞合，再經(jīng)低溫回火制成。按其股數(shù)可分為3股和7股兩種，高強鋼絲、鋼絞線的強度可達1700N／MM2以上。,鋼筋的主要力學(xué)性能,鋼筋的冷拉和冷拔,1冷拉冷拉是將鋼筋拉到超過鋼筋屈服強度的某一應(yīng)力值，以提高鋼筋的抗拉強度，達到節(jié)約鋼材的目的。冷拉能提高鋼筋抗拉強度，但不能提高抗壓強度。冷拉能使鋼筋伸長，能節(jié)省鋼材，調(diào)直鋼筋，自動除銹，檢查焊接質(zhì)量的作用。2冷拔冷拔是將Φ6～Φ8的HPB235級鋼筋，用強力從直徑較小的硬質(zhì)合金拔絲模拔出使它產(chǎn)生塑性變形，拔成較細直徑的鋼絲，以提高其強度的冷加工方法。冷拔后鋼筋的強度得到了較大的提高，但塑性卻有較大的降低。經(jīng)過冷拔加工的低碳鋼絲，須逐盤檢驗，分為甲、乙兩級，甲級用作預(yù)應(yīng)力鋼筋，乙級用作非預(yù)應(yīng)力鋼筋。,鋼筋的主要力學(xué)性能,,,K,,ΣK,L,,ΕK,,K’,,D’,E’,鋼筋的主要力學(xué)性能,冷拉只能提高鋼筋的抗拉強度，故不宜用作受壓鋼筋；而冷拔可同時提高抗拉和抗壓強度。必須指出，上述冷加工鋼筋以大幅度犧牲延性來換取強度的有限提高，終究不是提高結(jié)構(gòu)性能的有效途徑，近年來，強度高、性能好的鋼筋（鋼絲、鋼絞絲）在我國已可充分供應(yīng)，故冷拉鋼筋和冷拔鋼絲不在列入新混凝土規(guī)范，但并不是不允許使用這些鋼筋。當(dāng)應(yīng)用這些鋼筋時，應(yīng)符合專門規(guī)程的規(guī)定。,鋼筋的主要力學(xué)性能,鋼筋的形式,,B,A,C,D,光面鋼筋A(yù)HPB235帶肋鋼筋B_DB螺紋鋼筋C人字紋鋼筋D月牙形鋼筋我國帶肋鋼筋的外形目前生產(chǎn)的是月牙形。HRB335表面有阿拉伯?dāng)?shù)字“2”，HRB400表面有阿拉伯?dāng)?shù)字“3”。,鋼筋的主要力學(xué)性能,建筑結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求及選擇原則,要求強度要求、塑性要求、可焊性要求、與混凝土的粘結(jié)力選擇的原則在實際工程應(yīng)用中，基于混凝土對鋼筋性能的要求，確定的選用原則為①鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以HRB400級熱軋帶肋鋼筋為主導(dǎo)鋼筋；實際工程中，普通鋼筋宜采用HRB400級和HRB335級鋼筋，也可采用HPB235級及RRB400級鋼筋。②預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)以高強、低松弛鋼絲、鋼絞線為主導(dǎo)鋼筋；預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線，也可采用熱處理鋼筋。③各種形式的冷加工鋼筋應(yīng)整頓市場、加強管理、保證質(zhì)量、提高性能，通過市場競爭優(yōu)化或淘汰。購買鋼筋應(yīng)要求廠家提供三項力學(xué)性能（抗拉強度、屈服強度、伸長率）、兩項化學(xué)性能（磷、硫含量）,混凝土的主要力學(xué)性能,三、混凝土的主要力學(xué)性能（一）混凝土的強度（1）、混凝土的立方體抗壓強（FCU）度及強度等級混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強度。因此抗壓強度是混凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標?；炷恋膹姸鹊燃壥怯每箟簭姸葋韯澐值幕炷翉姸鹊燃夁呴L150MM立方體標準試件，在標準條件下（20±3℃，≥90濕度）養(yǎng)護28天，用標準試驗方法（加載速度01503N/MM2/SEC，兩端不涂潤滑劑）測得的具有95保證率的立方體抗壓強度，用符號C表示，C30表示FCU,K30N/MM2，F(xiàn)CU,K混凝土強度標準值，注意FCU與FCU,K的區(qū)別在于是否具有95的保證率根據(jù)規(guī)范強度范圍，從C15C80共劃分為14個強度等級，級差為5N/MM2。與原規(guī)范GBJ1089相比，混凝土強度等級范圍由C60提高到C80，C50以上為高強混凝土。,混凝土的主要力學(xué)性能,如果采用的是100MM、200MM的非標準試件，應(yīng)乘以095、105的系數(shù)將其折算成標準試件。規(guī)范GB5001022412規(guī)定在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土的強度等級不宜低于C15；當(dāng)采用HRB335級鋼筋時，混凝土強度等級不應(yīng)低于C20；當(dāng)采用HRB400和RRB400級鋼筋以及對承受重復(fù)荷載的構(gòu)件，混凝土強度等級不得低于C20。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應(yīng)低于C30；當(dāng)采用預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于C40。,混凝土的主要力學(xué)性能,（2）混凝土軸心抗壓強度實際工程中，一般的受壓構(gòu)件不是立方體而是棱柱體，即構(gòu)件的高度要比截面的尺寸大。一般用H/B3～4的棱柱體抗壓強度來代表混凝土單向均勻受壓時的抗壓強度。軸心抗壓強度采用棱柱體試件測定，用符號FC表示，它比較接近實際構(gòu)件中混凝土的受壓情況，我國通常取150MM150MM450MM的棱柱體試件，也常用100100300試件。對于同一混凝土，棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度。棱柱體抗壓強度和立方體抗壓強度的換算關(guān)系為,混凝土的軸心抗壓設(shè)計強度FCFCK/ΓC,混凝土的主要力學(xué)性能,式中FCK混凝土軸心抗壓強度標準值FC混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值088實驗試件與實際結(jié)構(gòu)的差異修正系數(shù)ΑC1棱柱體抗壓強度與立方體抗壓強度的比值，對C50以下取076，對C80取082，其間按線性差值計算。ΑC2C40以上混凝土脆性折減系數(shù)，C40取10，C80取087，其間按線性差值計算。ΓC混凝土材料分項系數(shù)，取14,混凝土的主要力學(xué)性能,（3）混凝土軸心抗拉強度混凝土軸心抗拉強度FT是采用100MM100MM500MM的棱柱體，兩端設(shè)有螺紋鋼筋圖17，在實驗機上受拉來測定的。當(dāng)試件拉裂時測得的平均拉應(yīng)力即為混凝土的軸心抗拉強度。實驗表明，混凝土的抗拉強度比抗壓強度低得多，混凝土軸心抗拉強度只是混凝土立方體抗壓強度的1/17～1/8倍,而且隨混凝土強度等級的提高而減小。通過實驗，新規(guī)范按下式計算,,圖17,混凝土的主要力學(xué)性能,式中FTK混凝土軸心抗拉強度標準值FT混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值ΑC2C40以上混凝土脆性折減系數(shù)，C40取10，C80取087，其間按線性差值計算。Δ混凝土立方體強度變異系數(shù)ΓC混凝土材料分項系數(shù)，取14軸心受拉試驗由于兩端所埋設(shè)的鋼筋不易對中，實測數(shù)據(jù)偏差較大，目前國內(nèi)普遍采用立方體試件做劈拉試驗來代替。,混凝土的主要力學(xué)性能,,,圖18,混凝土的主要力學(xué)性能,（4）混凝土強度指標混凝土強度也有標準值和設(shè)計值之分，混凝土強度的標準值具有95的保證率，若將其除以材料分項系數(shù)ΓC（ΓC14），即得混凝土強度設(shè)計值，混凝土強度標準值按下表采用。,混凝土的主要力學(xué)性能,混凝土立方體強度實測值、立方體強度標準值、軸心抗壓標準值、軸心抗拉標準值之間的關(guān)系,立方體強度實測值每個立方體試件實際測得的強度值F0CU立方體強度標準值規(guī)范規(guī)定材料強度的標準值應(yīng)具有不小于95的保證率立方體強度標準值FCU,K即為混凝土強度等級,規(guī)范在確定混凝土軸心抗壓強度和軸心抗拉強度標準值時，假定它們的變異系數(shù)與立方體強度的變異系數(shù)相同，利用與立方體強度平均值的換算關(guān)系，便可按上式計算得到。同時，規(guī)范考慮到試件與實際結(jié)構(gòu)的差異以及高強混凝土的脆性特征，對軸心抗壓強度和軸心抗拉強度，還采用了以下兩個折減系數(shù)⑴結(jié)構(gòu)中混凝土強度與混凝土試件強度的比值，取088；⑵脆性折減系數(shù)，對C40取10，對C80取087，中間按線性規(guī)律變化。,混凝土的主要力學(xué)性能,（二）、混凝土的變形混凝土的變形可分為兩類一類是受力引起的變形；另一類是收縮和溫度變化引起的變形。,（1）混凝土的受力變形①混凝土單向受壓時的應(yīng)力應(yīng)變曲線,混凝土單軸受力時的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系反映了混凝土受力全過程的重要力學(xué)特征是分析混凝土構(gòu)件應(yīng)力、建立承載力和變形計算理論的必要依據(jù)，也是利用計算機進行非線性分析的基礎(chǔ)。試驗表明混凝土完整的應(yīng)力應(yīng)變曲線包括兩部分上升階段和下降階段。,混凝土單軸受壓應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，常采用棱柱體試件來測定。在普通試驗機上采用等應(yīng)力速度加載，達到軸心抗壓強度FC時，試驗機中集聚的彈性應(yīng)變能大于試件所能吸收的應(yīng)變能，會導(dǎo)致試件產(chǎn)生突然脆性破壞，只能測得應(yīng)力應(yīng)變曲線的上升段。采用等應(yīng)變速度加載，或在試件旁附設(shè)高彈性元件與試件一同受壓，以吸收試驗機內(nèi)集聚的應(yīng)變能，可以測得應(yīng)力應(yīng)變曲線的下降段。,混凝土的主要力學(xué)性能,圖19,混凝土的主要力學(xué)性能,強度等級越高，線彈性段越長，峰值應(yīng)變也有所增大。但高強混凝土中，砂漿與骨料的粘結(jié)很強，密實性好，微裂縫很少，最后的破壞往往是骨料破壞，破壞時脆性越顯著，下降段越陡。峰值應(yīng)力FC所對應(yīng)的應(yīng)變Ε0約為0002左右，應(yīng)力小于03FC時混凝土處于彈性階段，混凝土內(nèi)部幾乎沒有裂縫，03～08FC之間，混凝土內(nèi)部裂縫發(fā)展，但能保持穩(wěn)定，大于08FC混凝土內(nèi)部裂縫發(fā)展很快，塑性變形顯著增大，體積應(yīng)變逐漸由壓縮轉(zhuǎn)為擴張。,混凝土的主要力學(xué)性能,混凝土的主要力學(xué)性能,◆規(guī)范應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,混凝土的主要力學(xué)性能,②混凝土的彈性模量和變形模量◆彈性模量通過應(yīng)力應(yīng)變曲線原點的切線斜率，用EC表示，也叫原點模量。◆變形模量在應(yīng)力應(yīng)變曲線上取一點，將該點與原點相連得到的直線的斜率，用E’C來表示，也叫割線模量。,混凝土的主要力學(xué)性能,◆彈性模量測定方法,圖114,混凝土的主要力學(xué)性能,表16混凝土彈性模量（104N/MM2）,注釋規(guī)范表415P17,混凝土的主要力學(xué)性能,③混凝土的徐變,混凝土在荷載的長期作用下，其變形隨時間而不斷增長的現(xiàn)象稱為徐變。徐變會使結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的（撓度）變形增大，引起預(yù)應(yīng)力損失，在長期高應(yīng)力作用下，甚至?xí)?dǎo)致破壞。不過，徐變有利于結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)（應(yīng)）力重分布，降低結(jié)構(gòu)的受力（如支座不均勻沉降），減小大體積混凝土內(nèi)的溫度應(yīng)力，受拉徐變可延緩收縮裂縫的出現(xiàn)。與混凝土的收縮一樣，徐變與時間有關(guān)。因此，在測定混凝土的徐變時，應(yīng)同批澆筑同樣尺寸不受荷的試件，在同樣環(huán)境下同時量測混凝土的收縮變形，從徐變試件的變形中扣除對比的收縮試件的變形，才可得到徐變變形。,混凝土的主要力學(xué)性能,在應(yīng)力（≤05FC）作用瞬間，首先產(chǎn)生瞬時彈性應(yīng)變，隨荷載作用時間的延續(xù)，變形不斷增長，前4個月徐變增長較快，6個月可達最終徐變的（7080），以后增長逐漸緩慢，23年后趨于穩(wěn)定。,混凝土的主要力學(xué)性能,◆影響徐變得因素內(nèi)在因素是混凝土的組成和配比。骨料的剛度（彈性模量）越大，體積比越大，徐變就越小。水灰比越小，徐變也越小。環(huán)境影響包括養(yǎng)護和使用條件。受荷前養(yǎng)護的溫濕度越高，水泥水化作用越充分，徐變就越小。采用蒸汽養(yǎng)護可使徐變減少（2035）。受荷后構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高，相對濕度越小，徐變就越大。,混凝土的主要力學(xué)性能,應(yīng)力條件初應(yīng)力水平SI/FC和加荷時混凝土的齡期T0，它們影響徐變的非常主要的因素。當(dāng)初始應(yīng)力水平SI/FC≤05時，徐變值與初應(yīng)力基本上成正比，這種徐變稱為線性徐變。當(dāng)初應(yīng)力SI在0508FC范圍時，徐變最終雖仍收斂，但最終徐變與初應(yīng)力SI不成比例，這種徐變稱為非線性徐變。當(dāng)初應(yīng)力SI08FC時，混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展已處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，徐變的發(fā)展將不收斂，最終導(dǎo)致混凝土的破壞。因此將08FC作為混凝土的長期抗壓強度。高強混凝土的密實性好，在相同的S/FC比值下，徐變比普通混凝土小得多。但由于高強混凝土承受較高的應(yīng)力值，初始變形較大，故兩者總變形接近。此外，高強混凝土線性徐變的范圍可達065FC，長期強度約為085FC，也比普通混凝土大一些。,混凝土的主要力學(xué)性能,（2）混凝土的收縮變形混凝土在水中硬化時體積會膨脹，但其值較小，對混凝土影響不大。混凝土在空氣中硬化時體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形。當(dāng)這種自發(fā)的變形受到外部（支座）或內(nèi)部（鋼筋）的約束時，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土的開裂。混凝土收縮會使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。某些對跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)（如拱結(jié)構(gòu)），收縮也會引起不利的內(nèi)力。,混凝土的主要力學(xué)性能,,樓板干燥收縮裂縫與邊框架的變形,,,,,,圖116,混凝土的主要力學(xué)性能,混凝土的收縮是隨時間而增長的變形，早期收縮變形發(fā)展較快，兩周可完成全部收縮的25，一個月可完成50，以后變形發(fā)展逐漸減慢，整個收縮過程可延續(xù)兩年以上。一般情況下，最終收縮應(yīng)變值約為25104混凝土開裂應(yīng)變?yōu)?527104,圖117,混凝土的主要力學(xué)性能,◆影響因素混凝土的收縮受結(jié)構(gòu)周圍的溫度、濕度、構(gòu)件斷面形狀及尺寸、配合比、骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護條件等許多因素有關(guān)。水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。骨料彈性模量高、級配好，收縮就小。干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大。小尺寸構(gòu)件收縮大，大尺寸構(gòu)件收縮小。高強混凝土收縮大。影響收縮的因素多且復(fù)雜，要精確計算尚有一定的困難。在實際工程中，要采取一定措施減小收縮應(yīng)力的不利影響施工縫。,鋼筋與混凝土之間的粘接,一、鋼筋與混凝土之間的粘結(jié),（一）鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用鋼筋與混凝土的粘結(jié)力，是保證鋼筋和混凝土共同工作的必要條件，其在混凝土中的粘結(jié)錨固力有以下四個方面①鋼筋和混凝土接觸面上的粘結(jié)化學(xué)吸附力，亦稱膠結(jié)力。這來源于澆注時水泥漿體向鋼筋表面氧化層的滲透和養(yǎng)護過程中水泥晶體的生長和硬化，從而使水泥膠體與鋼筋表面產(chǎn)生吸附膠著作用。這種化學(xué)吸附力只能在鋼筋和混凝土的界面處于原生狀態(tài)時才存在，旦發(fā)生滑移，它就失去作用，其值很小，不起明顯作用。②鋼筋與混凝土之間的摩阻力。由于混凝土凝固時收縮．使鋼筋與混凝土接觸面上產(chǎn)生正應(yīng)力，因此，當(dāng)鋼筋和混凝土產(chǎn)生相對滑移時或有相對滑移的趨勢時，在鋼筋和混凝土的界面上將產(chǎn)生摩阻力。光面鋼筋與混凝土的粘結(jié)力主要靠摩阻力。,鋼筋與混凝土之間的粘接,③鋼筋與混凝土的咬合力。對于光面鋼筋，咬合力是指表面粗糙不平而產(chǎn)生的咬合作用；對于帶肋鋼筋，咬合力是指帶肋鋼筋肋間嵌入混凝土而形成的機械咬合作用，這是帶肋鋼筋與混凝土粘結(jié)力的主要來源。④機械錨固力彎鉤、彎折及附加錨固措施所提供的粘結(jié)錨固作用。,A擠壓產(chǎn)生的咬合力,BAA剖面上的力,圖118,鋼筋與混凝土之間的粘接,◆光面鋼筋與混凝土的粘結(jié)強度（ΤΜ）主要取決于膠結(jié)力和摩擦阻力?！糇冃武摻钆c混凝土的粘結(jié)強度（ΤΜ）主要取決于咬合力。ΤΜ通過拔出試驗按下式確定,鋼筋與混凝土之間的粘接,（二）鋼筋的錨固與連接1鋼筋的錨固為了使鋼筋和混凝土能可靠地共同工作，鋼筋在混凝土中必須有可靠的錨固。①受拉鋼筋的錨固當(dāng)計算中充分利用鋼筋的強度時，混凝土結(jié)構(gòu)中縱向受拉鋼筋的錨固長度應(yīng)按下列公式計算,鋼筋與混凝土之間的粘接,式中LA受拉鋼筋的錨固長度；FY、FPY普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋的抗拉強度設(shè)計值按表12、表13取用。對應(yīng)規(guī)范表4231、4232；FT混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值，按表15采用。當(dāng)混凝土強度大于C40時，按C40取用。對應(yīng)規(guī)范表414；D鋼筋的公稱直徑；Α鋼筋的外形系數(shù)，按表17取用。對應(yīng)規(guī)范表931。表17鋼筋的外形系數(shù)Α,鋼筋與混凝土之間的粘接,注光面鋼筋系指HPB235級鋼筋，其末端應(yīng)做180O彎鉤，彎后平直長度不應(yīng)小于3D，但作受壓鋼筋時，可不做彎鉤；帶肋鋼筋系指HRB335、HRB400級鋼筋和RRB400級鋼筋及余熱處理鋼筋。,當(dāng)符合下列條件時，錨固長度應(yīng)加以修正※對于直徑大于25MM的HPB335、HRB400和RRB400時，其錨固長度應(yīng)取計算結(jié)果乘以修正系數(shù)11※為了減少錨固長度，可在受拉鋼筋末端采用機械錨固措施。對于HRB335、HRB400和RRB400級鋼筋，當(dāng)采用機械錨固措施時，其錨固長度（包括附加錨固端頭在內(nèi)）可取按公式計算的錨固長度的07倍。詳見規(guī)范931和932條P114、P115,鋼筋與混凝土之間的粘接,圖120鋼筋機械錨固的形式及構(gòu)造要求,鋼筋與混凝土之間的粘接,采用機械錨固措施時，在錨固長度范圍內(nèi)的箍筋不應(yīng)少于3個，其直徑不應(yīng)小于錨固鋼筋直徑的025倍；間距不應(yīng)小于錨固直徑的5倍。當(dāng)錨固鋼筋的混凝土保護層厚度不小于鋼筋公稱直徑的5倍時，可不配置上述箍筋。②受壓鋼筋的錨固當(dāng)計算中充分利用縱向鋼筋的受壓強度時，其錨固長度不應(yīng)小于受拉鋼筋錨固長度的07倍。必須注意，對于光面鋼筋（受拉或受壓），其末端均應(yīng)做180O標準彎鉤。焊接骨架、焊接網(wǎng)中的光面鋼筋可不做彎鉤。,鋼筋與混凝土之間的粘接,2鋼筋的連結(jié)鋼筋的接頭可分為三種綁扎搭接、機械連接或焊接。接頭宜設(shè)在受力較小處，同一根鋼筋上宜少設(shè)接頭。①綁扎搭接綁扎搭接的工作原理是通過鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強度來傳遞內(nèi)力的。因此，鋼筋的綁扎接頭要有足夠的搭接長度。規(guī)范規(guī)定縱向受拉鋼筋綁扎搭接接頭的搭接長度應(yīng)根據(jù)位于同一連接區(qū)段內(nèi)13LL的搭接鋼筋面積百分率按下列公式計算，但任何情況下均不應(yīng)小于300MM。,鋼筋與混凝土之間的粘接,式中LL受拉鋼筋的搭接長度；LA受拉鋼筋的錨固長度，按前面公式計算。Ζ縱向受拉鋼筋搭接長度修正系數(shù)，按表18的規(guī)定取用。對應(yīng)規(guī)范公式943和表943,表18縱向鋼筋搭接長度修正系數(shù),鋼筋與混凝土之間的粘接,◆軸心受拉及小偏心受拉桿件的縱向受力鋼筋不得采用綁扎搭接接頭。當(dāng)受拉鋼筋直徑D＞28MM及受壓鋼筋的直徑D＞32MM時，不宜采用綁扎搭接接頭。構(gòu)件中的縱向受壓鋼筋，當(dāng)采用搭接連接時，其受壓搭接長度不應(yīng)小于規(guī)范規(guī)定的縱向受拉鋼筋搭接長度的07倍，且在任何情況下不應(yīng)小于200MM。,鋼筋與混凝土之間的粘接,◆在縱向受力鋼筋搭接長度范圍內(nèi)應(yīng)配置箍筋，其直徑不應(yīng)小于搭接鋼筋較大直徑的025倍。當(dāng)鋼筋受拉時，箍筋間距不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的5倍，且不應(yīng)大于100MM；當(dāng)鋼筋受壓時，箍筋間距不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的10倍，且不應(yīng)大于200MM。當(dāng)受壓鋼筋直徑D＞25MM時，尚應(yīng)在搭接接頭兩個端面外100MM范圍內(nèi)設(shè)置兩個箍筋。,鋼筋與混凝土之間的粘接,②機械連接或焊接指通過連接件用機械的方法把鋼筋連接在一起。機械連接接頭能產(chǎn)生較牢固的連接力，具有工藝操作簡便、接頭性能可靠、連接速度快、節(jié)省鋼材和能源、施工安全等特點，所以應(yīng)優(yōu)先采用機械連接。但要求連接件的保護層厚度不應(yīng)小于縱向受力鋼筋最小保護層厚度，連接件的之間凈距不應(yīng)小于25MM，當(dāng)采用焊接接頭時，上述機械連接或焊接接頭也應(yīng)相互錯開，要求用綁扎接頭，但其接頭連接區(qū)段長度均取為35D（D為縱筋的較大直徑），位于同一連接區(qū)段內(nèi)的縱向受拉鋼筋接頭面積百分率均不應(yīng)大于50，受壓鋼筋可不受限制。對應(yīng)規(guī)范941～9410要求同學(xué)們熟悉,鋼筋與混凝土之間的粘接,◆錐螺紋鋼筋連接,鋼筋與混凝土之間的粘接,鋼筋與混凝土之間的粘接,◆擠壓鋼筋連接,

簡介：力學(xué)習(xí)題,11、質(zhì)點作曲線運動，在時刻質(zhì)點的位矢為，至（）時間內(nèi)的位移為，路程為，位矢大小的變化量為（或稱），根據(jù)上述情況，則必有,（Ａ）（Ｂ），當(dāng)時有（Ｃ），當(dāng)時有（Ｄ），當(dāng)時有,（Ｂ）,11、一質(zhì)點在平面上作一般曲線運動，其瞬時速度為，瞬時速率為，某一段時間內(nèi)的平均速度為，平均速率為，它們之間的關(guān)系必定有,（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），,（Ｄ）,D,D,13、一個質(zhì)點在作圓周運動時，則有（A）切向加速度一定改變，法向加速度也改變；（B）切向加速度可能不變，法向加速度一定改變；（C）切向加速度可能不變，法向加速度不變；（D）切向加速度一定改變，法向加速度不變。,B,15、質(zhì)點沿直線運動，加速度，式中的單位為，的單位為。如果當(dāng)時，，，求質(zhì)點的運動方程。,解,17、一質(zhì)點沿半徑為的圓周按規(guī)律運動，、都是常數(shù)，求時刻質(zhì)點的總加速度。,解質(zhì)點作圓周運動的速率為,其加速度的切向分量和法線分量分別為,則加速度的大小為,其方向與切線方向的夾角為,112、一段路面水平的公路，轉(zhuǎn)彎處軌道半徑為，汽車輪胎與路面間的摩擦因數(shù)為，要使汽車不至于發(fā)生側(cè)向打滑，汽車在該處的行駛速率,,,（A）不得小于；（B）必須等于；（C）不得大于；（D）還應(yīng)由汽車的質(zhì)量決定。,C,113、一物體沿固定圓弧形光滑軌道由靜止下滑，在下滑過程中，則（A）它的加速度方向永遠指向圓心，其速率保持不變；（B）它受到的軌道的作用力的大小不斷增加；（C）它受到的合外力大小變化，方向永遠指向圓心；（D）它受到的合外力大小不變，其速率不斷增加。,B,117光滑的水平面上放置一半徑為的固定圓環(huán)，物體緊貼環(huán)的內(nèi)側(cè)作圓周運動，其摩擦因數(shù)為，開始時物體的速率為，求（1）時刻物體的速率；（2）當(dāng)物體的速率從減少到時，物體所經(jīng)歷的時間及經(jīng)過的路程。,解（1）設(shè)物體質(zhì)量為，取如圖所示的自然坐標系，由牛頓定律有,其中，摩擦力,初始條件,（2）當(dāng)物體的速率從減少到時,物體在這段時間內(nèi)所經(jīng)過的路程,21、對質(zhì)點系有以下幾種說法（1）質(zhì)點系總動量的改變與內(nèi)力無關(guān)；（2）質(zhì)點系總動能的改變與內(nèi)力無關(guān)；（3）質(zhì)點系機械能的改變與保守內(nèi)力無關(guān)。在上述說法中（A）只有（1）是正確的；（B）（1）、（2）是正確的；（C）（1）、（3）是正確的；（D）（2）、（3）是正確的。,C,22、有兩個傾角不同、高度相同、質(zhì)量一樣的斜面放在光滑的水平面上，斜面是光滑的，有兩個一樣的物塊分別從這兩個斜面的頂點由靜止開始滑下，則（A）物塊到達斜面底端時的動量相等；（B）物塊到達斜面底端時動能相等；（C）物塊和斜面（以及地球）組成的系統(tǒng)，機械能不守恒；（D）物塊和斜面組成的系統(tǒng)水平方向上動量守恒。,D,23、如圖的系統(tǒng)，物體A，B置于光滑的桌面上，物體A和C,B和D之間摩擦因數(shù)均不為零，首先用外力沿水平方向相向推壓A和B，使彈簧壓縮，后拆除外力，則A和B彈開過程中，對A、B、C、D組成的系統(tǒng),（A）動量守恒，機械能守恒（B）動量不守恒，機械能守恒（C）動量不守恒，機械能不守恒（D）動量守恒，機械能不一定守恒,,24、如圖所示，子彈射入放在水平光滑地面上靜止的木塊后而穿出。以地面為參考系，下列說法中正確的說法是（）（A）子彈減少的動能轉(zhuǎn)變?yōu)槟緣K的動能；（B）子彈木塊系統(tǒng)的機械能守恒；（C）子彈動能的減少等于子彈克服木塊阻力所作的功；（D）子彈克服木塊阻力所作的功等于這一過程中產(chǎn)生的熱。,C,從而可得水流對管壁作用力的大小為,作用力的方向沿直角平分線指向彎管外側(cè)。,27如圖所示，在水平地面上，有一橫截面的直角彎管，管中有流速為的水通過，求彎管所受力的大小和方向。,解在時間內(nèi)，從管一端流入（或流出）的水的質(zhì)量為，彎曲部分的水的動量的增量為,根據(jù)動量定理，得到管壁對這部分水的平均沖力,解（1）摩擦力所做的功為,210一質(zhì)量為的質(zhì)點拴在細繩的一端，繩的另一端固定，此質(zhì)點在粗糙水平面上作半徑為的圓周運動。設(shè)質(zhì)點初速率是，當(dāng)它運動一周時，其速率變?yōu)椋螅?）摩擦力所作的功；（2）滑動摩擦因數(shù)；（3）在靜止以前質(zhì)點運動了多少圈,（2）由于摩擦力，且其方向與運動方向相反，則,可得滑動摩擦因數(shù)為,（3）由于一周中損失的動能為，則在靜止前可運行的圈數(shù)為,圈,217、質(zhì)量為的彈丸，穿過如圖所示的擺錘后，速率由減少到。已知擺錘的質(zhì)量為，擺線長度為，如果擺錘能在垂直平面內(nèi)完成一個完全的圓周運動，彈丸速度的最小值應(yīng)為多少,解由水平方向的動量守恒定律，有,,為使擺錘恰好能在垂直平面內(nèi)做圓周運動，在最高點時，擺線中的張力為0，則,,擺錘在圓周最高點的運動速率,又擺錘在垂直平面內(nèi)作圓周運動的過程中，滿足機械能守恒定律，故有,解上述三個方程，可得彈丸所需速率的最小值為,又擺錘在垂直平面內(nèi)作圓周運動的過程中，滿足機械能守恒定律，故有,31、有兩個力作用在一個有固定轉(zhuǎn)軸的剛體上（1）這兩個力都平行于軸作用時，它們對軸的合力距一定是零；（2）這兩個力都垂直于軸作用時，它們對軸的合力距可能是零；（3）當(dāng)這兩個力的合力為零時，它們對軸的合力距也一定是零；（4）當(dāng)這兩個力對軸的合力距為零時，它們的合力也一定為零。對上述說法，下述判斷正確的是（）（A）只有（1）是正確的；（B）（1）、（2）正確，（3）、（4）錯誤；（C）（1）、（2）、（3）都正確，（4）錯誤；（D）（1）、（2）、（3）、（4）都正確。,B,32、關(guān)于力矩有以下幾種說法（1）對某個定軸轉(zhuǎn)動剛體而言，內(nèi)力矩不會改變剛體的角加速度；（2）一對作用力和反作用力對同一軸的力矩之和必為零；（3）質(zhì)量相等，形狀和大小不同的兩個剛體，在相同力矩的作用下，它們的運動狀態(tài)一定相同。對于上述說法，下述判斷正確的是（）（A）只有（2）是正確的；（B）（1）、（2）是正確的；（C）（2）、（3）是正確的；（D）（1）、（2）、（3）都是正確的。,B,33、均勻細棒可繞通過其一端而與棒垂直的水平固定光滑軸轉(zhuǎn)動，如圖所示。今使棒從水平位置由靜止開始自由下落，在棒擺到豎直位置的過程中，下述說法正確的事（）（A）角速度從小到大，角加速度不變；（B）角速度從小到大，角加速度從小到大；（C）角速度從小到大，角加速度從大到??；（D）角速度不變，角加速度為零。,C,,,37、電風(fēng)扇接通電源后一般經(jīng)后達到額定轉(zhuǎn)速，而關(guān)閉電源后經(jīng)后風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動，已知電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動慣量為，設(shè)啟動時的電磁力矩和轉(zhuǎn)動時的阻力矩均為常數(shù)，求啟動時的電磁力矩。,,,解設(shè)啟動時和關(guān)閉電源后，電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動時的角加速度分別為和，則啟動過程,,,關(guān)閉電源后,,,,,38、一個質(zhì)量為、半徑為的均勻圓盤，通過其中心且與盤面垂直的水平軸以角速度轉(zhuǎn)動，若在某時刻，一質(zhì)量為的小碎塊從盤邊緣裂開，且恰好沿垂直方向上拋，問它可能達到的高度是多少破裂后圓盤的角動量為多大,解碎塊拋出時的初速度為,碎塊豎直上拋運動，它所能到達的高度為,圓盤在裂開過程中，其角動量守恒，故有,圓盤未碎時的角動量,碎塊對軸的角動量,破碎后盤的角動量為,311、質(zhì)量為，長為的均勻細棒，可繞垂直于棒的一端的水平軸轉(zhuǎn)動。如將此棒放在水平位置，然后任其下落，求（1）當(dāng)棒轉(zhuǎn)過時的角加速度和角速度；（2）下落到豎直位置時的角速度。（已知棒繞端點的轉(zhuǎn)動慣量為，重力加速度?。?解（1）由轉(zhuǎn)動定律可得棒在位置時的角加速度為,當(dāng)時，棒轉(zhuǎn)動的角加速度,則角速度為,（2）棒下落至豎直位置時,

簡介：規(guī)范作業(yè)上冊13單元測試一質(zhì)點力學(xué),一、填空題,1．某質(zhì)點作半徑為R＝010M的圓周運動，其角位置Θ隨時間T的變化規(guī)律為Θ＝24T3SI，則該質(zhì)點在T＝2S瞬時的切向加速度AΤ＝；當(dāng)AΤ的大小恰為總加速度A大小的一半時，Θ＝。,解Ω12T2Β24TAΤRΒ24RTANRΩ2R12T22,T2S時AΤRΒ0124248M/S2,AΤA/2時2AΤ2A2AΤ2AN2,得3AΤ2AN2代入AΤ、AN的表示式，并解出T,48M/S2,315RAD,2．一質(zhì)點作斜拋運動，測得在軌道A點上其速度方向與水平方向成300、大小為VO，則質(zhì)點在A點處的切向加速度AΤ，法向加速度AN＝。,,解,AΤ－GSIN30－G/2,±G/2,當(dāng)V的方向向下時AΤ為正值，故有兩個解。,ANGCOS30,,,,,3哈雷彗星繞太陽運動的軌道是一個橢圓。它離太陽最近的距離是R1875?1010M，此時它的速率是V1546?104M/S。它離太陽最遠時的速率是V2908?102M/S，這時它離太陽的距離R2______________。,,,,,解彗星只受萬有引力作用,,系統(tǒng)角動量守恒，有,4質(zhì)點沿路徑S運動，在P點的位置矢量為,速度為,加速度為,如圖所示，則在該點,解,5如圖所示裝置，繞O軸轉(zhuǎn)動的定滑輪，半徑R01M，設(shè)重物M下落的規(guī)律為Y3T25T的單位為S，X的單位為M，則在T時刻，（1）重物M的速度，加速度__________（2）距離O軸R/2處輪上P點的速度___________，加速度。,解（1）,（2）,1、如圖，路燈距地面的高度為H，在與路燈水平距離為S處，有一氣球以勻速率V0上升，當(dāng)氣球上升的高度小于H時，求氣球的影子M的速度和加速度與影子位置X的關(guān)系。,解,,二、計算題,2、有一質(zhì)點P在水平面內(nèi)沿一半徑為R2M的圓周運動，角速度與時間的關(guān)系為?KT2SI，K為常數(shù)。已知T2S時，質(zhì)點的速度值為32M/S，求T1S時質(zhì)點的速度和加速度的大小；若設(shè)T0S時，質(zhì)點的弧坐標S0，求質(zhì)點P的運動方程ST,解,,T1S時,由,得,積分,3如圖所示，質(zhì)量為10KG物體，所受拉力為變力F3T221SI，T0時靜止。該物體與地面的靜摩擦系數(shù)為020，滑動摩擦系數(shù)為010，求T1S時，物體的速度和加速度。（G取10MS2）,解可求出最大靜摩擦力為,變力作用于物體后，物體在水平方向所受的合力為,由,T1S時,T1S時,由,4一質(zhì)量為M的質(zhì)點系在細繩的一端，繩的另一端固定在平面上，此質(zhì)點在粗糙水平面上作半徑為R的圓周運動。設(shè)質(zhì)點最初速率是V0，當(dāng)它運動一周時，其速率變?yōu)閂0/2，求（1）摩擦力作的功（2）滑動摩擦系數(shù)（3）在靜止以前質(zhì)點運動了多少圈,解（1）質(zhì)點運動過程中，只有摩擦力作功,（2）,得,（3）由,得,5如圖所示，一木塊M靜止在光滑水平面上。一子彈M沿水平方向以速度V射入木塊內(nèi)一段距離S′而停在木塊內(nèi)。（1）在這一過程中子彈和木塊的動能變化各是多少子彈和木塊間的摩擦力對子彈和木塊各做了多少功（2）證明子彈和木塊的總機械能的增量等于一對摩擦力之一沿相對位移S′做的功。,解在地面參考系中，對子彈和木塊系統(tǒng)，動量守恒,（1）以S表示子彈停在木塊內(nèi)前木塊移動的距離。,系統(tǒng)共同運動速度為,摩擦力對子彈作的功等于子彈動能的增量,摩擦力對木塊作的功等于木塊動能的增量,（2）以上兩式相加得,子彈和木塊的總機械能的增量等于一對摩擦力之一沿相對位移S′做的功。,6證明行星在軌道上運動的總能量為，式中M，M分別為太陽和行星的質(zhì)量，R1和R2分別為太陽到行星軌道的近日點和遠日點的距離。,解以V1與V2分別表示行星通過近日點和遠日點的速度，由角動量守恒有,行星與太陽只有引力作用，行星的機械能守恒,聯(lián)立以上二式，得,行星運行的總能量,

簡介：§135多自由度體系的自由振動,51自由振動分析,一運動方程的建立及其解,自由振動分析的目的是確定體系的動力特性可不計阻尼。,1建立運動方程,1剛度法,,,,,,或記作,,其中,若為自由振動則有,于是,2柔度法,,簡記為,位移向量,柔度矩陣,荷載向量,質(zhì)量矩陣,若為自由振動則有,于是,簡記為,設(shè)方程的特解為,2運動方程的解,,代入方程,得,,經(jīng)整理,得,,,振型方程,為尋求Y1、Y2的非零解，上式中的系數(shù)行列式必為零，于是有,頻率方程,展開上式可得到一個關(guān)于的二次方程,頻率方程,展開,整理后有,與第一頻率相對應(yīng)的振型，簡稱第一振型,解頻率方程得的兩個根,將頻率代入振型方程，注意到行列式等于零，振型方程中的兩個方程是線性相關(guān)的，只有一個獨立的方程,同樣處理將頻率代入振型方程,與第二頻率相對應(yīng)的振型，簡稱第二振型,頻率方程,即,或記作,,振型方程,解頻率方程得的兩個根,將頻率代入振型方程,將頻率代入振型方程,特解1,特解2,通解,其中A1、A2是由初始條件確定的任意常數(shù)。,特解1也可寫為,特解2也可寫為,二關(guān)于頻率與振型的討論,體系按特解振動時有如下特點,1各質(zhì)點同頻同步,2任意時刻,各質(zhì)點位移的比值保持不變,定義體系上所有質(zhì)量按相同頻率作自由振動時的振動形狀稱作體系的主振型。,幾點說明,1按振型作自由振動時，各質(zhì)點的速度的比值也為常數(shù)，且與位移比值相同。,2發(fā)生按振型的自由振動是有條件的,3振型與頻率是體系本身固有的屬性,與外界因素?zé)o關(guān),4N自由度體系有N個頻率和N個振型,頻率方程,解頻率方程得N個從小到大排列,依次稱作第一頻率,第二頻率,第一頻率稱作基本頻率,其它為高階頻率,將頻率代入振型方程,得N個振型,N個振型彼此之間是線性無關(guān)的,5。若已知柔度矩陣時,6。求振型、頻率可列幅值方程,振型方程,頻率方程,按振型振動時,振型可看作是體系按振型振動時，慣性力幅值作為靜荷載所引起的靜位移,三求多自由度體系頻率、振型例題,例1求圖示體系的頻率、振型,解,令,第一振型,第二振型,對稱體系的振型分成兩組,一組為對稱振型,一組為反對稱振型,按對稱振型振動,按反對稱振型振動,第二振型,解,例2求圖示體系的頻率、振型已知,,（3）求主振型,第1振型,第2振型,（2）求頻率,代公式,若有,例3求圖示體系的頻率、振型,解,令,,例4試求圖示梁的自振頻率和主振型，梁的EI已知。,解（1）計算頻率,（2）振型,,,第一振型,第二振型,例5利用對稱性簡化圖示結(jié)構(gòu)柔度系數(shù)的求解。,解,因為結(jié)構(gòu)和質(zhì)量分布均勻?qū)ΨQ，其振型也是對稱和反對稱的，分別取半邊結(jié)構(gòu)計算。,求對稱振型,求反對稱振型,以求對稱振型為例說明Δ中系數(shù)的求解。首先求出半邊結(jié)構(gòu)在集中質(zhì)量上分別作用有單位集中力產(chǎn)生的彎矩圖。,AM1圖,BM2圖,為了求柔度系數(shù)，可以在另外的靜定基本結(jié)構(gòu)上加單位力并作彎矩圖。,1,

簡介：第十一章化學(xué)動力學(xué)復(fù)習(xí),二、公式,1,2微分法確定速率方程,第十一章化學(xué)動力學(xué)復(fù)習(xí),3嘗試法,4半衰期法,計算法,做圖法,第十一章化學(xué)動力學(xué)復(fù)習(xí),5阿倫尼烏斯方程,6可逆反應(yīng)熱與活化能的關(guān)系,第十一章化學(xué)動力學(xué),第十一章的題目可分為四類，一是速率方程積分形式的應(yīng)用，二是速率方程的確定主要研究其級數(shù)的大小，分為嘗試法，半衰期法，初始速率法，隔離法等。三是對阿倫尼烏斯方程（適用條件）的應(yīng)用，求活化能或速率常數(shù)，四是證明題，要靈活運用復(fù)合反應(yīng)速率的近似處理法。,,,解題的一般步驟1進行題意分析，題目看懂的情況下，才能進行下一步的工作2確立解題思路，即找到練習(xí)題給已知量和待求量的數(shù)學(xué)關(guān)系式。對于復(fù)雜的題目，已知量和待求量的關(guān)系并非一目了然，而是涉及多個規(guī)律，解答此類題有兩種基本的思維方法，即分析法和綜合法。3演算求解，是解題的一個重要環(huán)節(jié)，一步錯則前功盡棄。若平時練習(xí)只是列出式子，而不屑于具體的計算，考試時常常錯誤百出。4檢查，一要辨誤，二要驗算。5討論，題目做完了，還要還要想一想有沒有別的方法，易出現(xiàn)那些錯誤等。,本章計算內(nèi)容很多，要做到準快靈，需要扎實的基礎(chǔ)，注意以下幾點也是有益的。1盡量避免計算中間量的，如某些題目中的速率常數(shù)K。2盡可能晚一些代入數(shù)值，最好先求得文字解，最后以統(tǒng)一的量綱代入數(shù)據(jù)演算。這樣可使計算集中，減少出錯概率。3盡可能利用計算機，一些題目要用試差，逐次逼近或近似計算來求解，還有要根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作圖才能得到結(jié)果，在計算機上處理比手工計算和作圖要迅速和準確的多。4注意量綱5在解題中要避免因降低或提高精密度而歪曲數(shù)據(jù)，提高解題的科學(xué)性和規(guī)范性。,下面4題用到了一級反應(yīng)的規(guī)律,引伸的特點,1所有分數(shù)衰期都是與起始物濃度無關(guān)的常數(shù)。,反應(yīng)間隔T相同,有定值。,2,即在相同的間隔時間內(nèi)，轉(zhuǎn)化率相同，為一級反應(yīng),112某一級反應(yīng)A→B的半衰期為10MIN。求1H后剩余A的分數(shù)。解根據(jù)一級反應(yīng)的特點又因為即有1X156,,,,,,,3．某一級反應(yīng)，反應(yīng)進行10MIN后，反應(yīng)物反應(yīng)掉30。問反應(yīng)掉50需多少時間解根據(jù)一級反應(yīng)速率方程的積分式答反應(yīng)掉50需時194MIN。,,,,類似題目解從K的綱量可知反應(yīng)為一級反應(yīng)，本題易錯處為漏寫2，原因在于半衰期公式中的K是相應(yīng)于發(fā)生“衰變”的物質(zhì)的，而題目中的K是對于整個反應(yīng)的。對于本題KA2K，KDK，即反應(yīng)物A的消耗速率是以反應(yīng)進度定義的反應(yīng)速率2倍,,116偶氮甲烷CH3NNCH3的分解為一級反應(yīng)。CH3NNCH3G→C2H6GN2G在真空密閉容器中充入初始壓力為21332KPA的偶氮甲烷氣體，反應(yīng)進行到1000S時測得系統(tǒng)的總壓為22732KPA求速率常數(shù)和半衰期。,解首先導(dǎo)出系統(tǒng)總壓P總與反應(yīng)物分壓PA的關(guān)系A(chǔ)G→BGCGT0P02133200T1000SPAP0PAP0PAP總PA2P0PA2P0PA,PA2P0P總1993KPA,9．現(xiàn)在的天然鈾礦中。已知的蛻變反應(yīng)的速率常數(shù)為，的蛻變反應(yīng)的速率常數(shù)為。問在20億年前，等于多少A是時間單位年的符號。解根據(jù)速率常數(shù)的單位知和的蛻變反應(yīng)為一級反應(yīng)，根據(jù)一級反應(yīng)特點可得,1112硝基苯甲酸乙酯NO2C6H4COOC2H5與水的水解反應(yīng)為二級。NO2C6H4COOC2H5H2O→硝基苯甲酸乙醇在15°C時的動力學(xué)數(shù)據(jù)如下，兩個反應(yīng)物的初始濃度皆為005MOL/L求速率常數(shù)。,解首先導(dǎo)出二級反應(yīng)速率方程的積分式AB→CD,,第十一章作業(yè)出現(xiàn)的問題,1112硝基苯甲酸乙酯NO2C6H4COOC2H5與水的水解反應(yīng)為二級。NO2C6H4COOC2H5H2O→硝基苯甲酸乙醇在15°C時的動力學(xué)數(shù)據(jù)如下，兩個反應(yīng)物的初始濃度皆為005MOL/L求速率常數(shù)。,解計算反應(yīng)到了各個時刻的CAAB→CDT000500500T0051X0051X005X005X,做1/CAT圖,得到一條直線，斜率為K00810L/MOLS,或者計算得到一組K，求平均值。,,,,,,,13．某氣相反應(yīng)為二級反應(yīng)，在恒溫恒容下的總壓P數(shù)據(jù)如下,求。解設(shè)總壓為PA，初始壓力為PA,0，在時刻T，AG的分壓為PA,,,,,,,,KA,,,,,KA,,,,1115反應(yīng)2NOCL（G）→2NO（G）CL2（G）在200℃下的動力學(xué)數(shù)據(jù)如下反應(yīng)開始只有NOCL，并認為反應(yīng)能進行到底。求反應(yīng)級數(shù)N及速率常數(shù)K。解法一，設(shè)NOCL為A，采用嘗試代入法，將題所給數(shù)據(jù)按一、二、三級反應(yīng)積分式計算出K的值，列入下表中，可以看出K1，K2,基本不變，,嘗試法（代入法）,K3變化較大，并且反應(yīng)能進行到底，而一級反應(yīng)不能進行到底，故反應(yīng)級數(shù)N及速率常數(shù)K為,方法2可以利用課本中的嘗試法，利用各反應(yīng)速率方程積分形式的線性關(guān)系來確定反應(yīng)級數(shù)。一般是對數(shù)據(jù)進行處理，得到或圖，呈線性關(guān)系的圖對應(yīng)正確的速率方程。由于二級反應(yīng)最為常見，通常先嘗試圖。,嘗試法（作圖法）,第十一章作業(yè)出現(xiàn)的問題,1116已知NO與H2進行如下反應(yīng)2NOG2H2G→N2G2H2OG；在密閉容器中，等摩爾比的NO與H2混合物在不同初始壓力下的半衰期如下。求反應(yīng)的總級數(shù)。,解首先導(dǎo)出N級反應(yīng)速率方程的積分式2A2B→C2D,半衰期法（提倡使用，不需作切線，步驟少，比較簡單）,1116已知NO與H2進行如下反應(yīng)2NOG2H2G→N2G2H2OG；在密閉容器中，等摩爾比的NO與H2混合物在不同初始壓力下的半衰期如下。求反應(yīng)的總級數(shù)。,解再導(dǎo)出初始總壓P總與PA0的關(guān)系PA005P總,,通過做LGT1/2LGPA0圖,求出直線的斜率146，N246≈25,或用計算法求多個N，取平均值,,,,,25．65oC時氣相分解的速率常數(shù)為，活化能為，求80oC時的K及。解根據(jù)ARRHENIUS公式根據(jù)K的單位，該反應(yīng)為一級反應(yīng),27．雙光氣分解反應(yīng)為一級反應(yīng)。將一定量雙光氣迅速引入一個280oC的容器中，751S后測得系統(tǒng)的壓力為2710KPA；經(jīng)過長時間反應(yīng)完了后系統(tǒng)壓力為4008KPA。305oC時重復(fù)試驗，經(jīng)320S系統(tǒng)壓力為2838KPA；反應(yīng)完了后系統(tǒng)壓力為3554KPA。求活化能。,,1129反應(yīng)中，K1和K1在25℃時分別為020S1和39477103（MPA）1S1，在35oC時二者皆增為2倍。試求（1）25℃時的平衡常數(shù)K；（2）正、逆反應(yīng)的活化能及時的反應(yīng)熱Q；（3）若上述反應(yīng)在25℃的恒容條件下進行，且A的起始壓力為100KPA。若要使總壓力達到152KPA，問所需要的時間。解（1）對行反應(yīng)KK1/K1,,,,,,（2）當(dāng)溫度升高時，正逆反應(yīng)的速率常數(shù)均增加為2倍，即K1’2K1,K1’2K1,而，正反應(yīng)為一級反應(yīng)，逆反應(yīng)為二級反應(yīng)，所以,,（3）A?BGCGT0100KPA00TT100KPAPPPP總100KPAP152KPA，得P52KPA因為，P的數(shù)值變化不大，且，所以將上式移項并兩邊積分,K1,K1,1128恒溫、恒壓條件下，某一N級反應(yīng)的速率方程可以表示為，也可以表示為。阿侖尼烏斯活化能的定義為。若用KC計算的活化能記為EAV，用KP計算的活化能記為EAP。證明理想氣體反應(yīng)的EAPEAV（1N）RT。解即則,,,,,,,,,,,,第十一章作業(yè)出現(xiàn)的問題,1145若反應(yīng)A2B22AB有如下機理，求以VAB表示的速率方程1A2→2A（慢,K1是以CA變化表示的速率常數(shù)）B2?2B快速平衡，K2很小AB→AB（快）,解對第三個基元反應(yīng)用質(zhì)量作用定律VABK3AB,A和B是中間物，需要求出它們的濃度。由于K1遠小于K2，可知A是活潑中間物，對它用穩(wěn)態(tài)法,K1,K2,K3,教材答案誤寫為VABK1CA,第十一章作業(yè)出現(xiàn)的問題,1145若反應(yīng)A2B22AB有如下機理，求以VAB表示的速率方程1A2→2A（慢,K1是以CA變化表示的速率常數(shù)）B2?2B快速平衡，K2很小AB→AB（快）常見錯誤一對第三個基元反應(yīng)用質(zhì)量作用定律時,解對第三個基元反應(yīng)用質(zhì)量作用定律VABK3CACB,A和B是中間物，需要求出它們的濃度。由于K1遠小于K2，可知A是活潑中間物，對它用穩(wěn)態(tài)法,K1,K2,K3,,,,,第十一章作業(yè)出現(xiàn)的問題,1145若反應(yīng)A2B22AB有如下機理，求以VAB表示的速率方程3A2B2→A2B2（慢,A2B2→2AB（快）,解設(shè)K2是以A2B2變化表示的速率常數(shù)，對第二個基元反應(yīng)用質(zhì)量作用定律VAB2K2A2B2,A2B2是中間物。由于K1遠小于K2，可知A2B2是活潑中間物，對它用穩(wěn)態(tài)法,K1,K2,教材誤寫為2A2B2→2AB,,1146氣相反應(yīng)H2CL2→2HCL的機理為試證,,,證應(yīng)用穩(wěn)態(tài)近似法解得代入得,,,,,,,,,,,,,,第十一章作業(yè)出現(xiàn)的問題,1149反應(yīng)H2I2→2HI的機理為I2M→2IMEA,11506KJ/MOLH22I→2HIEA,2209KJ/MOL2IM→I2MEA,30（1）推導(dǎo)反應(yīng)速率方程（K1，K2均是以I表示的速率常數(shù)）（2）計算反應(yīng)的表觀活化能,解K1K2K3為反應(yīng)速率常數(shù)對第2個基元反應(yīng)用質(zhì)量作用定律，得到HI的生成速率為由于EA,1EA,2，可見自由基I生成慢而消耗快，不能積累，是活潑中間物，用穩(wěn)態(tài)法處理因為EA,20，EA,30，所以K2H2K3M,K2H2K3MK3M,K1,K2,K3,（2）對上式等號兩邊取對數(shù)，并對溫度求導(dǎo)，得代入阿累尼烏斯方程得,K表觀,第十一章作業(yè)出現(xiàn)的問題,有的題，習(xí)題集給的解答有錯誤之處，有的同學(xué)全盤照抄，缺少獨立思考,是學(xué)習(xí)之大忌如45（3），46最后一步，491,,,,,,,,,

簡介：例81“28”自行車車輪直徑為7112CM相當(dāng)于28英寸，內(nèi)胎截面直徑為3CM在3℃的天氣里向空胎里打氣打氣筒長30CM，截面半徑15CM打了20下，氣打足了，問此時車胎內(nèi)壓強是多少設(shè)車胎內(nèi)最后氣體溫度為7℃,解氣體被打入時質(zhì)量不變,例82試計算下圖AB所示的兩種情況，系統(tǒng)從AP1V1到BP2V2時，系統(tǒng)對外界所作的功。,解1如圖A所示系統(tǒng)對外界作正功,2如圖B所示，P和V的函數(shù)關(guān)系式為通過原點的直線方程,例83討論理想氣體在1等體降壓；2等壓壓縮；3絕熱膨脹；4圖示的A→1→B過程中，ΔE、ΔT、A和Q的正負,解根據(jù)熱力學(xué)第一定律QΔEW分析1等體降壓過程W0,ΔT＜0,ΔE＜0,∴Q＜02等壓壓縮過程W＜0,ΔT＜0,ΔE＜0,∴Q＜03絕熱膨脹過程Q0,W＞0,ΔT＜0,ΔE＜04圖示的A→1→B過程中，ΔT0,ΔE0,W＞0,∴Q＞0,例84一定量氫氣在保持壓強為400105PA不變的情況下，溫度由00℃升高到500℃時，吸收了60104J的熱量求1氫氣的量是多少摩爾2氫氣內(nèi)能變化多少3氫氣對外作了多少功4如果這氫氣的體積保持不變而溫度發(fā)生同樣變化，它該吸收多少熱量,解1由得,氫氣的摩爾數(shù)為,2內(nèi)能的變化3對外作的功4吸收的熱量,例85如圖所示，有一氣缸由絕熱壁和絕熱活塞構(gòu)成最初氣缸內(nèi)體積為30L，有一隔板將其分為兩部分體積為20L的部分充以35G氮氣，壓強為2ATM另一部分為真空今將隔板上的孔打開，使氮氣充滿整個氣缸然后緩慢地移動活塞使氮氣膨脹，體積變?yōu)?0L求1最后氮氣的壓強和溫度；2氮氣體積從20L變到50L的整個過程中氮氣對外作的功及氮氣內(nèi)能的變化,解；1氮氣的初始溫度為,打開隔板上的孔，氣體絕熱自由膨脹到30L，溫度為,壓強,最后的壓強為,最后的溫度為,2整個過程中氮氣內(nèi)能的變化為,由于Q0,對外所作的功為,例86四沖程汽油內(nèi)燃機的工作循環(huán)稱為奧托OTTO循環(huán)設(shè)用理想氣體作為工作物質(zhì)，進行如例86圖所示的循環(huán)過程其中A→B為絕熱壓縮過程，B→C為等體升壓過程，C→D為絕熱膨脹過程，D→A為等體降壓過程，試求循環(huán)的效率，并用壓縮比表示,B→C為等體升壓過程，吸熱為,D→A為等體降壓過程放熱為,循環(huán)效率為,解,因A→B，C→D為絕熱過程,由此得,因而,