造價(jià)員輔導(dǎo)資料：建筑材料概述4

　　三、建筑材料的力學(xué)性質(zhì)

　　(一)強(qiáng)度

　　材料在荷載作用下抵抗破壞的能力叫做強(qiáng)度。當(dāng)材料受外力作用時(shí)，內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生抵抗外力作用的內(nèi)力，單位面積上所產(chǎn)生的內(nèi)力叫做應(yīng)力，在數(shù)值上等于外力除以受力面積。外力增加時(shí)，材料內(nèi)部的抵抗力、即應(yīng)力也相應(yīng)增加，該應(yīng)力值達(dá)到材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力的最大值時(shí)則材料破壞。因此，材料的強(qiáng)度即材料內(nèi)部抵抗破壞的極限應(yīng)力。

　　1.理論強(qiáng)度

　　材料在外力作用下的破壞實(shí)質(zhì)上是由于拉力造成內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合鍵的斷裂，或由于剪力造成質(zhì)點(diǎn)間的滑移而破壞。材料的理論強(qiáng)度是克服固體材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力，形成兩個(gè)新表面時(shí)所需的應(yīng)力。理論上材料的強(qiáng)度可以根據(jù)化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度之間的關(guān)系來計(jì)算。但不同的材料有不同的組成、不同的結(jié)構(gòu)及不同的鍵合方式，因此這種理論計(jì)算十分復(fù)雜，對各種材料均不相同。為此提出了簡化的材料理論強(qiáng)度的計(jì)算公式

　　式中 fth ——材料的理論強(qiáng)度，MPa

　　E ——材料的彈性模量，MPa

　　U ——材料的單位表面能，J/m2

　　a ——原子間距離，或者叫做晶格常數(shù)，m

　　材料的理論強(qiáng)度是假定在材料內(nèi)部沒有任何缺陷的前提下推導(dǎo)出來的。即外力必須克服內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用力，將質(zhì)點(diǎn)間距離拉開足夠大，才能使材料達(dá)到破壞。由于固體材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的距離很小，通常在1～0.1nm數(shù)量級(jí)，因此，理論強(qiáng)度值很大。但是實(shí)際工程使用的材料按照某種標(biāo)準(zhǔn)方法測得的實(shí)際強(qiáng)度值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論強(qiáng)度。這是由于材料內(nèi)部存在著許多缺陷，例如孔隙、裂縫等，盡管所施加的外力較小，但局部應(yīng)力集中已經(jīng)達(dá)到理論強(qiáng)度了，所以材料在遠(yuǎn)低于理論強(qiáng)度的應(yīng)力時(shí)即發(fā)生破壞。

　　2.靜力強(qiáng)度

　　根據(jù)外力作用的方式不同，有抗壓、抗拉、抗彎(抗折)和抗剪等各種強(qiáng)度。其中抗壓、抗拉或抗剪強(qiáng)度按公式2-2-19計(jì)算;抗折強(qiáng)度等于試件所受最大彎矩除以該截面的抗彎模量，當(dāng)跨距為ι、兩端簡支、跨中受一集中荷載F時(shí)

　　式中 f ——抗壓、抗拉或抗剪強(qiáng)度，MPa

　　fth ——抗折強(qiáng)度，MPa

　　F ——最大破壞荷載，N

　　A ——受力面積，mm2

　　L ——抗折試件中間跨距，mm

　　b ——抗折試件截面寬度，mm

　　h ——抗折試件截面高度，mm

　　3.影響材料強(qiáng)度的因素

　　(1)材料的組成。不同組成的材料，內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的排列方式、質(zhì)點(diǎn)間距離以及結(jié)合強(qiáng)度有很大不同，因此是影響強(qiáng)度的內(nèi)在因素。例如金屬材料屬于晶體材料，內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)規(guī)則排列，且以金屬鍵連接，作用力強(qiáng)，不易破壞，因此金屬材料的強(qiáng)度較高;而水泥漿體硬化后形成凝膠粒子的堆積結(jié)構(gòu)，相互之間以分子引力、即范德華力連接，強(qiáng)度很弱，因此強(qiáng)度比金屬材料低很多。

　　(2)材料的結(jié)構(gòu)。包括孔隙率、孔隙結(jié)構(gòu)特征、內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間的結(jié)合方式等。相同組成的材料，隨著孔隙率的增加，強(qiáng)度呈直線下降。

　　(3)含水狀態(tài)。大多數(shù)材料在吸水飽和狀態(tài)下的強(qiáng)度低于干燥狀態(tài)的強(qiáng)度。這是由于水分的存在使材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間的距離增大，相互間作用力減弱，所以強(qiáng)度降低。

　　(4)溫度。溫度升高，內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間距離增大，因此材料的強(qiáng)度下降。

　　4.材料的比強(qiáng)度

　　材料的強(qiáng)度與其密度之比叫做比強(qiáng)度，是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)性能的重要指標(biāo)。優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)具有較高的比強(qiáng)度，才能盡量以較小的截面滿足強(qiáng)度要求，同時(shí)可以大幅度減小結(jié)構(gòu)體本身的自重。表2-2-3所示為幾種常用建筑材料的比強(qiáng)度。

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