材料强度

更新时间:2022-08-26 10:36

材料在外力作用下抵抗破坏的能力称为材料的强度。当材料受外力作用时,其内部产生应力,外力增加,应力相应增大,直至材料内部质点间结合力不足以抵抗所作用的外力时,材料即发生破坏。材料破坏时应力达到的极限值称为材料的极限强度,常用f表示。材料强度的单位为兆帕(MPa)。

分类

根据外力作用方式不同,材料会受到抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、抗弯强度等。受力如下图《四种强度的受力情况》所示:

材料强度是通过静力试验来测定的,通过标准试件的标准试验方法测得的。

1.材料的抗压、抗拉、抗剪强度

材料的抗压、抗拉、抗剪强度的计算式为:f=

式中:f——材料强度,MPa;

F——材料破坏时的最大荷载,N;

A——试件的受力面积,mm2。

2.材料的抗弯( 折)强度

材料的抗弯强度与试件受力情况、截面形状及支撑条件有关。一般试验方法是将矩形截面的条形试件放在两支点上,中间作用一集中荷载,则抗弯强度计算式为:

式中:f——材料的抗弯(折)强度,MPa;

F——材料破坏时的最大荷载,N;

L——试件两支点间的距离,mm;

b——试件截面的宽度,mm ;

h——试件截面的高度,mm。

研究对象

材料强度研究的是结构内部力的分布,包括组织结构、结构在载荷下如何变形和如何失效等。弄清这些力的作用及其分布可以让工程师们经济、安全地设计和测量载荷梁、轴和柱体结构等。主要涉及材料应力、应变、弹性模量、拉伸试验、惯性矩以及金属的疲劳。

强度等级

强度等级是材料按强度分级,建筑材料常按其强度值的大小划分为若干等级或牌号。脆性材料按抗压强度划分,钢材按屈服强度划分。如烧结普通砖按抗压强度分为MU10等5个强度等级;硅酸盐水泥按抗胝和抗折强度分为42.5等6个强度等级;普通混凝土按抗压强度分为C15等14个强度等级;碳素结构钢按屈服强度分为Q235等4个牌号。

建筑材料按强度划分等级或牌号,对生产者和使用者均有重要的意义,它可使生产者在生产中控制产品质量时有据可依,从而确保产品的质量。对使用者而言,则有利于掌握材料的性能指标,便于合理选用材料、正确进行设计和控制工程施工质量。

强度和强度等级的区别与联系:强度指的是材料的极限值,是唯一的实测值;强度等级是人为规定的强度范围;强度等级的确定必须以其极限强度值为依据,每一强度等级则包含一定范围内的强度值。

标准值

由试验得知,同一材料的不同试样测得的失效应力并非一个定值,而是在某一个范围内变化。其数值具有随机性。随机变量的统计参数有平均值、标准差(或变异系数)、最大值、最小值、极差等。建筑结构设计规范取具有95%保证率的失效应力作为材料强度标准值,用fk表示,它等于材料强度平均值减去1.645倍标准差。95%保证率的意思就是任意抽样检验一批材料.实测强度不低于fk的概率为95%,用户承担的风险只有5%(即材料强度达不到fk的概率为5%)。

设计值

将材料强度标准值fk除以材料分项系数γM作为材料强度设计值f。建筑结构设计中,材料分项系数γM对于混凝土取1.4,HRB400级及以下的普通钢筋取1.1、HRB500级钢筋取1.15,砌体取1.6,碳素结构钢取1.087,高强度低合金结构钢取1.111。在桥梁结构设计中,因其设计的可靠度高于建筑结构,所以,其材料分项系数的取值要大一些,混凝土取1.45,普通钢筋取1.2。各种材料的强度设计值,可网上查阅。

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