第三章結(jié)構(gòu)材料的力學性能及指標

1、 結(jié)構(gòu)材料是指構(gòu)成建筑物受力構(gòu)件所用的材料結(jié)構(gòu)材料是指構(gòu)成建筑物受力構(gòu)件所用的材料 ：磚、石、木材：磚、石、木材 ：鋼材、混凝土、砌塊等新型材料。：鋼材、混凝土、砌塊等新型材料。 任何結(jié)構(gòu)或構(gòu)件都直接或間接地承受荷載作用，而結(jié)任何結(jié)構(gòu)或構(gòu)件都直接或間接地承受荷載作用，而結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載力大小直接與制作的材料相關。構(gòu)或構(gòu)件承載力大小直接與制作的材料相關。 本章學習的本章學習的：了解結(jié)構(gòu)材料的基本要求。：了解結(jié)構(gòu)材料的基本要求。一、結(jié)構(gòu)材料力學性能的基本要求一、結(jié)構(gòu)材料力學性能的基本要求 工程結(jié)構(gòu)對材料力學性能的要求是通過工程結(jié)構(gòu)對材料力學性能的要求是通過來實現(xiàn)的，而力學性能指標又是來實現(xiàn)的，而力學

2、性能指標又是的。的。 結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料有：強度、彈性、塑性、有：強度、彈性、塑性、沖擊韌性與冷脆性、徐變和松弛等。沖擊韌性與冷脆性、徐變和松弛等。 (一一)強度強度 強度是材料抵抗破壞能力的指標。強度是材料抵抗破壞能力的指標。 根據(jù)材料在根據(jù)材料在有有、； 根據(jù)材料的根據(jù)材料的又有抗壓強度、抗拉強度、又有抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度和抗扭強度等；抗剪強度和抗扭強度等； 如果材料受到如果材料受到，還要考慮，還要考慮。 材料在受力初期，材料的應力和應變基本滿足線性關材料在受力初期，材料的應力和應變基本滿足線性關系，即系，即，如果此時卸載，如果此時卸載，構(gòu)件的構(gòu)件的，因此稱此階段為彈性階段。，因此稱

3、此階段為彈性階段。 彈性階段的最大應力稱為彈性極限應力或彈性極限強彈性階段的最大應力稱為彈性極限應力或彈性極限強度，彈性階段應力與應變的比值稱為度，彈性階段應力與應變的比值稱為。 工程材料根據(jù)其變形性能可以分為工程材料根據(jù)其變形性能可以分為塑性材料塑性材料和和脆性材料脆性材料。 在應力水平超過極限彈性應力后，應力不再有在應力水平超過極限彈性應力后，應力不再有明顯增加，而是在小范圍內(nèi)波動，但應變急劇增大，這種現(xiàn)明顯增加，而是在小范圍內(nèi)波動，但應變急劇增大，這種現(xiàn)象稱為象稱為屈服屈服，應力一應變曲線上這個階段稱為屈服階段，也，應力一應變曲線上這個階段稱為屈服階段，也稱流動階段。一般以屈服階段最小應

4、力作為稱流動階段。一般以屈服階段最小應力作為屈服強度屈服強度。 。 而某些表現(xiàn)為脆性性質(zhì)的鋼材沒有明顯屈服階而某些表現(xiàn)為脆性性質(zhì)的鋼材沒有明顯屈服階段，此時取段，此時取對應的應力作為對應的應力作為。 在對材料力學性能進行試驗時，試件所能夠承受的最在對材料力學性能進行試驗時，試件所能夠承受的最大荷載與初始截面的比值稱為最大名義應力，也稱為材大荷載與初始截面的比值稱為最大名義應力，也稱為材料的極限強度。料的極限強度。 結(jié)構(gòu)構(gòu)件在變幅循環(huán)荷載作用下，當達到一定的循環(huán)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在變幅循環(huán)荷載作用下，當達到一定的循環(huán)次數(shù)時，會發(fā)生脆性破壞，且次數(shù)時，會發(fā)生脆性破壞，且，這種破壞稱為這種破壞稱為疲勞破壞疲勞

5、破壞。 在規(guī)定的荷載循環(huán)次數(shù)和荷載變化幅度下，材料能夠在規(guī)定的荷載循環(huán)次數(shù)和荷載變化幅度下，材料能夠承擔的最大動態(tài)應力稱為材料的承擔的最大動態(tài)應力稱為材料的疲勞強度疲勞強度。 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力去除后材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力去除后能完全恢復到原始形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種外力消失能完全恢復到原始形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種外力消失后瞬間恢復的變形稱為后瞬間恢復的變形稱為。 是反映材料受力時抵抗彈性變形的能力，是反映材料受力時抵抗彈性變形的能力，即材料的剛度，它是鋼材在靜荷載作用下計算結(jié)構(gòu)變形即材料的剛度，它是鋼材在靜荷載作用下計算結(jié)構(gòu)變形的一個重要指標。的一個重要指標。 在彈性

6、范圍內(nèi)，彈性模量為常數(shù)，其值等于應力與應在彈性范圍內(nèi)，彈性模量為常數(shù)，其值等于應力與應變的比值，即：變的比值，即： 。 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力去除后，材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力去除后，這種性質(zhì)稱為材料的塑性。，這種性質(zhì)稱為材料的塑性。 彈性變形與塑性變形的彈性變形與塑性變形的：前者為可逆變形，后：前者為可逆變形，后者為不可逆變形。者為不可逆變形。 材料塑性性能是決定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件是否安全可靠的重要材料塑性性能是決定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件是否安全可靠的重要參數(shù)之一，可以通過測量材料伸長取參數(shù)之一，可以通過測量材料伸長取斷面收縮率斷面收縮率或或冷彎冷彎性能性能來確定材料的塑性性能。來確定材料的塑性

7、性能。 沖擊韌性是沖擊韌性是。 沖擊韌性與材料的塑性有關，但是又不等同于塑性，沖擊韌性與材料的塑性有關，但是又不等同于塑性，它它。 材料的沖擊韌性與其內(nèi)在質(zhì)量、宏觀缺陷和微觀組成材料的沖擊韌性與其內(nèi)在質(zhì)量、宏觀缺陷和微觀組成有關。有關。 此外，沖擊韌性易此外，沖擊韌性易受溫度影響受溫度影響，溫度的下降將會明顯，溫度的下降將會明顯的降低材料的沖擊韌性，對結(jié)構(gòu)的安全不利。的降低材料的沖擊韌性，對結(jié)構(gòu)的安全不利。 是指在恒定溫度和應力條件下，構(gòu)件或材料的是指在恒定溫度和應力條件下，構(gòu)件或材料的。 砼具有徐變特性，鋼材在高溫下也會出現(xiàn)徐變特性。砼具有徐變特性，鋼材在高溫下也會出現(xiàn)徐變特性。 是指在恒定

8、溫度和應變條件下，構(gòu)件或材料是指在恒定溫度和應變條件下，構(gòu)件或材料的的。 對于對于，應力松弛將會引起預應力，應力松弛將會引起預應力損失，從而降低構(gòu)件的承載力。損失，從而降低構(gòu)件的承載力。 結(jié)構(gòu)材料不僅要滿足強度、彈性、塑性等力學性能方結(jié)構(gòu)材料不僅要滿足強度、彈性、塑性等力學性能方面的要求，還有滿足其他的一些基本要求：面的要求，還有滿足其他的一些基本要求： 材料的協(xié)同工作性能是指兩種或兩種以上的材料或桿材料的協(xié)同工作性能是指兩種或兩種以上的材料或桿件可以融合成一體，共同參與受力和變形，而不會輕易件可以融合成一體，共同參與受力和變形，而不會輕易分開的性能。分開的性能。 如如、以及以及等。等。 耐久

9、性是指材料長久在各種環(huán)境因素作用下不變質(zhì)、耐久性是指材料長久在各種環(huán)境因素作用下不變質(zhì)、不破壞，長期保持良好的物理力學性能的性質(zhì)。不破壞，長期保持良好的物理力學性能的性質(zhì)。 耐久性是材料的一種耐久性是材料的一種，如，如抗凍性抗凍性、抗風化抗風化性性、耐腐蝕性耐腐蝕性等均屬于耐久性范疇，它對建筑物的使用等均屬于耐久性范疇，它對建筑物的使用壽命起到至關重要的決定作用。壽命起到至關重要的決定作用。 所以，要根據(jù)材料所處的部位、使用環(huán)境等因素，所以，要根據(jù)材料所處的部位、使用環(huán)境等因素，綜合考慮耐久性，綜合考慮耐久性，合理選擇結(jié)構(gòu)材料或采取相應的保護合理選擇結(jié)構(gòu)材料或采取相應的保護措施措施。 材料制成構(gòu)件的過程中，都要進行加工，如材料制成構(gòu)件的過程中，都要進行加工，如、，結(jié)構(gòu)材料加工制作的難易程度對施工工期、，結(jié)構(gòu)材料加工制作的難易程度對施工工期、建筑造價等都有重要的影響。建筑造價等都有重要的影響。 因此，在選擇結(jié)構(gòu)材料時，要充分考慮材料的加工難因此，在選擇結(jié)構(gòu)材料時，要充分考慮材料的加工難度和施工企業(yè)的實際加工制作能力。度和施工企業(yè)的實際加工制作能力