ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2019
Просмотров: 4321
Скачиваний: 9
83
вятся равными 0, поскольку связь между частицами материала
разрывается.
Прочность количественно оценивается пределом прочно-
сти.
Предел прочности (R) – критическое напряжение, при ко-
тором наступает разрушение материала (нарушение сплошно-
сти).
Определение предела прочности производится при испыта-
нии до разрушения:
– стандартных образцов (специально изготовленных или
выпиленных из конструкции) на специальных прессах или раз-
рывных машинах;
– непосредственно конструкций на специальных испыта-
тельных стендах.
Теоретически прочность однородного материала характери-
зуется напряжением, необходимым для разделения двух примы-
кающих слоев атомов, т.е. зависит от сил атомно-молекулярного
взаимодействия.
Прочность реальных тел в тысячи раз меньше прочности,
рассчитанной для идеальных кристаллов. Причины – дефекты в
структуре материала: микродефекты – дефекты кристаллической
решетки, микротрещины; макродефекты – поры и трещины.
Таблица 5.4
Прочность материалов
Материал
Теоретическая
прочность
Фактическая прочность
Сталь
30000 МПа
~ 400 МПа
Стекло
14000 МПа
70–150 МПа
Для материалов конгломератного строения прочность зави-
сит не только от прочности составляющих, но и от силы сцепле-
ния между ними.
Предел прочности материалов, определяемый при испыта-
нии образцов, является условной характеристикой, так как зави-
сит от:
84
– формы и размеров образцов;
– условий испытания (скорость нагружения, конструкция
испытательной машины);
– состояния опорных поверхностей.
Поскольку строительные материалы неоднородны по строе-
нию, то предел прочности определяют как средний результат
испытаний серии стандартных образцов. Форма и размеры об-
разцов должны соответствовать требованиям ГОСТ или ТУ (на-
пример, для бетона – куб с ребром 15 см, для раствора – куб с
ребром 7,07 см для испытаний на сжатие). Размер образцов за-
висит от степени однородности строения материала.
Предел прочности при сжатии R
сж
(МПа) равен частному
от деления разрушающей силы Р
раз
на площадь поперечного се-
чения образца S (куба, цилиндра, призмы):
R
сж
= Р
раз
/S, кгс/см
2
, МПа (Н/м
2
= Па).
Если Р
раз
измерена в кгс, а S в см
2
, то 1 кгс/см
2
= 0,1 МПа.
Силы трения ( ), возникающие между опорными гранями
образца и плитами пресса, удерживают части образца, приле-
гающие к плитам, от разрушения. Средние же части образца
разрушаются в первую очередь (рис. 5.11). Поэтому для хрупких
материалов наблюдается характерная форма разрушения кубов:
две усеченные пирамиды, сложенные вершинами.
Действием сил трения объясняется разница в пределе проч-
ности материала, определенная на образцах разного размера: у
кубиков малых размеров предел прочности при сжатии оказыва-
ется выше, чем у кубиков больших размеров из того же мате-
риала.
Если же смазать опорные грани куба или покрыть их пара-
фином, то силы трения уменьшаются, стремятся к нулю ( 0)
и изменяется характер разрушения образца (см. рис. 5.11). Куб
распадается на ряд слоев, разделенных вертикальными трещи-
нами. Предел прочности куба со смазанными опорными гранями
85
составляет 50 % предела прочности того же образца с несмазан-
ными поверхностями.
Рис. 5.11. Характер разрушения образцов при сжатии
Предел прочности при изгибе R
изг
(МПа) определяют путем
испытания образца материала в виде призмы, уложенной на
двух опорах. Образец нагружают одной или двумя сосредото-
ченными силами до разрушения. Вычисляют R
изг
по формуле:
R
изг
=
изг
W, (5.18)
где М
изг
– наибольший изгибающий момент, Н·м;
W – момент сопротивления сечения образца, м
3
.
При приложении одной сосредоточенной изгибающей силы:
R
изг
= 3Pl/(2bh
2
), (5.19)
при двух силах:
R
изг
= Pl/(bh
2
), (5.20)
где l – расстояние между опорами;
b и h – ширина и высота поперечного сечения образца.
86
Предел прочности при растяжении R
p
(MПа) используется
в качестве прочностной характеристики стали, бетона, волокни-
стых материалов. Определение R
р
осуществляется на прессах с
захватывающими устройствами, тянущими образцы в разные
стороны.
У хрупких и пластичных материалов различно соотношение
между разными видами прочности:
– пластичные – R
p
R
изг
> R
сж
(металлы, древесина);
– хрупкие – R
сж
> R
изг
> R
p
(бетон, кирпич, каменные мате-
риалы). R
сж
таких материалов превышает R
р
в 10–15 раз и более.
Таблица 5.5
Прочностные свойства и применение материалов
Наиме-
нование
материа-
ла
Предел прочности, МПа, при
Вид ма-
териала
Приме-
нение
в конст-
рукциях
сжатии
изгибе
растяже-
нии
Гранит
137
–
180
15
–
25
4
–
5
хрупкие
рабо-
тающих
на сжа-
тие
Кирпич
керами-
ческий
7,5
–
30
1,8
–
4,4
не нор-
мируется
Бетон
10
–
60
2
–
5
1
–
3
Сосна
(вдоль
волокон)
30
–
50
70
–
90
80
–
110
пластич-
ные
рабо-
тающих
на изгиб,
растяже-
ние,
сжатие
Дуб
(вдоль
волокон)
40
–
70
90
–
120
100
–
130
Сталь
(Ст3)
350
–
450
350
–
450
350
–
450
Предел прочности материала (чаще при сжатии) определяет
его марку.
Например, при марке бетона М200 предел прочности при
сжатии образцов-кубов с ребром 150 мм, изготовленных из бе-
тонной смеси и твердевших в течение 28 суток в нормальных
87
условиях (t = 20 2 °С, W
отн
90 %), должен быть не менее
20 МПа (200 кгс/см
2
).
Для оценки прочностной эффективности материала исполь-
зуется коэффициент конструктивного качества (ККК):
ККК = R
сж
/
m
,
где R
сж
– в МПа или кгс/см
2
,
m
– относительная плотность, безразмерная величина, чис-
ленно равная
m
в г/см
3
или кг/м
3
.
Наиболее эффективными являются материалы, имеющие
наименьшую плотность и наиболее высокую прочность (табл. 5.6).
Таблица 5.6
ККК строительных материалов
Материал
Прочность,
МПа
Средняя
плотность, г/см
3
ККК
Кирпич керамиче-
ский
10
1,8
5,6
Бетон тяжелый В50
40
2,4
17
Сталь Ст3
400
7,85
51
Оконное стекло
500
2,65
189
Древесина (сосна)
100
0,5
200
Стеклопластик
450
2,0
225
5.3.2. Специальные механические свойства
Истираемость – способность материала сопротивляться
истирающим воздействиям.
Сопротивление истиранию определяют главным образом
для материалов, предназначенных для полов, дорожных покры-
тий, лестничных маршей и др.
Степень истирания материала выражают потерей массы об-
разца, отнесенной к площади истирания (И).
Испытание проводят на специальном круге истирания с ус-
тановленным количеством оборотов вращения при заданном
давлении на образец при использовании абразивов (кварцевый
песок, корундовый наждак).