Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Товароведение arrow Архитектурно-строительные конструкции

ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

В результате изучения данной главы студент должен:

знать

  • • ключевые понятия и определения, относящиеся к физико-механическим свойствам конструкционных строительных материалов;
  • • возможности современных конструкционных строительных материалов;
  • • достоинства и недостатки основных строительных конструкционных материалов;

уметь

  • • выбирать соответствующие строительные конструкции для проектирования и возведения зданий и сооружений различного назначения;
  • • использовать в реальном проектировании знание физико-механических свойств конструкционных материалов строительных конструкций;
  • • обследовать состояние сооружений и конструкций;

владеть

  • • навыками контроля качества строительных конструкций различных типов;
  • • информацией об основных физико-механических свойствах каменных, бетонных, железобетонных, деревянных и пластмассовых материалов.

Физико-механические характеристики, используемые для оценки материалов

Любая строительная конструкция, как и все сооружение или здание в целом, должна быть рассчитана на прочность, жесткость и устойчивость, что невозможно сделать, если неизвестны упругие (физические) и механические характеристики материала конструкции. Эти характеристики определяются только экспериментальными методами и приводятся в соответствующих таблицах в справочниках, СНИПах и других нормативных документах.

Величины Е – модуль продольной упругости материала (модуль Юнга), G – модуль сдвига и v – коэффициент Пуассона (коэффициент поперечной деформации) называют упругими постоянными или упругими характеристиками материалов. Е и G имеют размерность напряжения (Па). Эти три упругие характеристики определяют основные физические свойства конструкционных материалов. Физические свойства – это свойства материала, зависящие от внутреннего строения вещества, его атомно-электронной структуры. К физическим характеристикам, помимо уже указанных E, G и V, относят также плотность, тепло- и электропроводность, коэффициент температурного линейного расширения, теплоемкость, температуру плавления.

Конструкционные строительные материалы включают в себя множество различных материалов, применяемых для изготовления деталей конструкций, зданий, мостов, дорог, а также других бесчисленных сооружений и технических изделий. Возможность создания какой-либо конструкции и ее работоспособность зависят от наличия материалов с подходящими физико-механическими свойствами. В распоряжении конструктора имеется широкий спектр материалов: чугуны, стали, сплавы цветных металлов, керамические, каменные материалы, бетон, железобетон, стекло, древесина, полимеры и т.д.

Модуль продольной упругости материала Е и коэффициент Пуассона V определяются экспериментальным путем с использованием формул

где N – нормальная сила в центрально-растянутом образце; l – длина образца; Δl – абсолютное удлинение образца; А – площадь поперечного сечения образца до деформации; ztr относительная поперечная деформация; ε = Δl/l – относительная продольная деформация. Модуль сдвига G может быть вычислен по формуле

Постоянные E, G, ν и плотность р для некоторых конструкционных материалов приведены в табл. 2.1. При нагреве материала модуль продольной упругости уменьшается, а коэффициент Пуассона увеличивается.

Плотность материала – степень заполнения объема материала твердым веществом, из которого состоит данный материал. Плотность выражается отношением объемного веса к удельному весу.

Основные механические характеристики конструкционных материалов также определяются экспериментальным путем. Для пластических материалов это σpr – предел пропорциональности, σу предел текучести, σut – предел прочности; для хрупких материа-

Таблица 2.1

Плотность, модуль упругости, модуль сдвига и коэффициент Пуассона некоторых материалов

Материал

Плотность r, кг/м3

Модули упругости Е, Eb, E0, МПа

Модуль сдвига G, МПа

Коэффициент Пуассона v

Сталь

7850

2,06•105

0,78•105

0,33

Чугун марок:

СЧ15

7200

0,83•105

0,45•105

0,23-0,27

СЧ20, СЧ25, СЧ30

0,98•105

Алюминий

2500-2700

0,63•105

2,6•104

0,32-0,36

Дюралюминий

2600-2800

0,7•105

3,6•104

Медь:

холоднотянутая

8300- 8900

1,3•105

4,9•104

0,31-0,34

прокат

1,08•105

3,9•104

литье

0,82•105

-

Цинк (прокат)

6900-7300

0,82•105

2,2•104

0,27

Свинец

11 300

0,17•105

0,7•104

0,42

Титан

4500

1,12•105

Сосна воздушносухая:

вдоль волокон

310-760

0,1•105

0,55•105

0,018

поперек волокон

(0,5÷1)•105

0,45

Дуб

690-1030

(1,0÷1,1)•105

-

-

Бетон тяжелый естественного твердения класса:

В 20

2200-2500

27,0•105

0,4Eb

0,17-0,2

В 30

32,5•05

В 50

39,0•105

Известняк плотный

2000-2600

0,42•105

-

0,11

Мрамор

2500-2800

0,56•105

(0.14-0,44)•105

Гранит

2500-2800

0,49•105

(0.14-0,44)•105

Уголь

800-950

0,62•101

-

Кладка сплошная:

из глиняного кирпича

1800

0,28•104

-

-

известняка

1800

6•103

гранита

-

9,8•103

Стекло

2700

0,56•105

2,2•104

0,25

Текстолит

1300-1400

(0,06-0,1)•105

2,5•105

-

Каучук

910-930

8

2,72

0,47

Стеклотекстолит КАСТ-В:

по основе

1600-1800

2,12•104

4•103

-

перпендикулярно

слоям

0,4•101

Полиэтилен:

ПЭНД

65-940

450-500

-

-

ПЭВД

25-910

130-160

Полимербетон

2300

(0,18÷0,2)•105

-

-

лов – это – предел прочности на растяжение, – предел прочности на сжатие. Предел текучести (физический) – это напряжение, при котором деформации растут без заметного увеличения нагрузки. Некоторые материалы не имеют четкой площадки текучести. Для них используется условный предел текучести: напряжение, при котором остаточное удлинение образца достигает В табл. 2.2 приведены ориентировочные значения прочностных характеристик для некоторых конструкционных материалов.

Пластичность – свойство материала получать значительные остаточные деформации, не разрушаясь. Хрупкость – свойство материала разрушаться при незначительных остаточных деформациях.

Таблица 2.2

Прочностные характеристики конструкционных материалов

Материал

Предел

текучести σу, МПа

Предел прочности, МПа

σut

σuc

Сталь малоуглеродистая

220-250

360-400

Сталь низколегированная

300-350

400-500

Алюминиевые сплавы

230-450

Чугун

120-300

500-1200

Бетон

1-4

30-80

Высокопрочный бетон

150-700

Кирпич

1-3

7,5-30

Гранит

120-260

Мрамор

100-180

Сосна вдоль волокон

70-80

30-40

Сосна поперек волокон

5-20

Полиэтилен

6,5

Текстолит

85-100

130-250

Помимо указанных выше основных физико-механических свойств строительных материалов, часто необходимо также знать дополнительные свойства материалов, особенно хрупких.

Водопоглощение материала В – свойство материалов впитывать и удерживать в себе воду. Характеризуется степенью заполнения объема материала водой, т.е. отношением в процентах веса воды, поглощенной в установленный срок полностью погруженным в воду образцом при атмосферном давлении, к весу образца, высушенного до постоянного веса (при температуре 110°С). Водопоглощение определяется по разности между весом материала, насыщенного водой, и весом G сухого образца:

Влажность материала – это весовое содержание воды в материале в процентах.

Водопроницаемость материала – способность материалов пропускать воду иод давлением. Величина водопроницаемости измеряется количеством воды, прошедшим через 1 см2 образца материала в течение 1 ч при постоянном давлении. Особо плотные материалы (битум, стекло, сталь) или материалы с замкнутыми мелкими порами (толстый слой бетона специального состава) практически водонепроницаемы.

Морозостойкость материала – способность насыщенного водой материала или изделия выдерживать многократное попеременное замораживание в воздушной среде и оттаивание в воде без заметных признаков разрушения и значительного снижения прочности (не более 20–25%). От морозостойкости зависит долговечность строительных материалов и сооружений из них.

Теплопроводность материала – свойство материала передавать через свою толщу от одной поверхности к другой тепловой поток при наличии разности температур на ограничивающих его поверхностях. Показателем теплопроводности материала является коэффициент теплопроводности – величина, равная количеству тепла (в ккал), которое проходит в течение 1 ч через слой материала толщиной 1 м и площадью 1 м2, ограниченного параллельными плоскостями, при разности температур противоположных плоскостей 1°С.

Огнестойкость материала – способность материала выдерживать без разрушения действие высоких температур и воды в условиях пожара. По степени огнестойкости строительные материалы делятся на три категории: несгораемые материалы (гранит, бетон, кирпич, сталь); трудносгораемые материалы (фибролит, асфальтовый бетон); сгораемые материалы, которые под действием огня воспламеняются, горят открытым пламенем и продолжают гореть или тлеть после удаления источника огня (органические материалы).

Твердость материала – способность материала сопротивляться прониканию в него другого, более твердого материала. Твердость материалов не всегда соответствует их прочности. Так, древесина многих пород имеет высокую прочность при растяжении и сжатии, но твердость ее очень мала (мягкий материал). Твердость металлов, древесины и бетона определяется вдавливанием в них под постоянной нагрузкой стального шарика; диаметр отпечатка шарика и служит показателем твердости.

Истираемость материала выражается величиной потери первоначального веса, отнесенной к 1 см2 площади истирания. Истираемость зависит от твердости материала. Это свойство важно для материалов, применяемых для устройства полов, ступеней, тротуаров, дорог.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы