第三章结构材料的力学性能及指标

1、 结构材料是指构成建筑物受力构件所用的材料结构材料是指构成建筑物受力构件所用的材料 ：砖、石、木材：砖、石、木材 ：钢材、混凝土、砌块等新型材料。：钢材、混凝土、砌块等新型材料。 任何结构或构件都直接或间接地承受荷载作用，而结任何结构或构件都直接或间接地承受荷载作用，而结构或构件承载力大小直接与制作的材料相关。构或构件承载力大小直接与制作的材料相关。 本章学习的本章学习的：了解结构材料的基本要求。：了解结构材料的基本要求。一、结构材料力学性能的基本要求一、结构材料力学性能的基本要求 工程结构对材料力学性能的要求是通过工程结构对材料力学性能的要求是通过来实现的，而力学性能指标又是来实现的，而力学

2、性能指标又是的。的。 结构材料结构材料有：强度、弹性、塑性、有：强度、弹性、塑性、冲击韧性与冷脆性、徐变和松弛等。冲击韧性与冷脆性、徐变和松弛等。 (一一)强度强度 强度是材料抵抗破坏能力的指标。强度是材料抵抗破坏能力的指标。 根据材料在根据材料在有有、； 根据材料的根据材料的又有抗压强度、抗拉强度、又有抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗扭强度等；抗剪强度和抗扭强度等； 如果材料受到如果材料受到，还要考虑，还要考虑。 材料在受力初期，材料的应力和应变基本满足线性关材料在受力初期，材料的应力和应变基本满足线性关系，即系，即，如果此时卸载，如果此时卸载，构件的构件的，因此称此阶段为弹性阶段。，因此称

3、此阶段为弹性阶段。 弹性阶段的最大应力称为弹性极限应力或弹性极限强弹性阶段的最大应力称为弹性极限应力或弹性极限强度，弹性阶段应力与应变的比值称为度，弹性阶段应力与应变的比值称为。 工程材料根据其变形性能可以分为工程材料根据其变形性能可以分为塑性材料塑性材料和和脆性材料脆性材料。 在应力水平超过极限弹性应力后，应力不再有在应力水平超过极限弹性应力后，应力不再有明显增加，而是在小范围内波动，但应变急剧增大，这种现明显增加，而是在小范围内波动，但应变急剧增大，这种现象称为象称为屈服屈服，应力一应变曲线上这个阶段称为屈服阶段，也，应力一应变曲线上这个阶段称为屈服阶段，也称流动阶段。一般以屈服阶段最小应

4、力作为称流动阶段。一般以屈服阶段最小应力作为屈服强度屈服强度。 。 而某些表现为脆性性质的钢材没有明显屈服阶而某些表现为脆性性质的钢材没有明显屈服阶段，此时取段，此时取对应的应力作为对应的应力作为。 在对材料力学性能进行试验时，试件所能够承受的最在对材料力学性能进行试验时，试件所能够承受的最大荷载与初始截面的比值称为最大名义应力，也称为材大荷载与初始截面的比值称为最大名义应力，也称为材料的极限强度。料的极限强度。 结构构件在变幅循环荷载作用下，当达到一定的循环结构构件在变幅循环荷载作用下，当达到一定的循环次数时，会发生脆性破坏，且次数时，会发生脆性破坏，且，这种破坏称为这种破坏称为疲劳破坏疲劳

5、破坏。 在规定的荷载循环次数和荷载变化幅度下，材料能够在规定的荷载循环次数和荷载变化幅度下，材料能够承担的最大动态应力称为材料的承担的最大动态应力称为材料的疲劳强度疲劳强度。 材料在外力作用下产生变形，当外力去除后材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质称为弹性。这种外力消失能完全恢复到原始形状的性质称为弹性。这种外力消失后瞬间恢复的变形称为后瞬间恢复的变形称为。 是反映材料受力时抵抗弹性变形的能力，是反映材料受力时抵抗弹性变形的能力，即材料的刚度，它是钢材在静荷载作用下计算结构变形即材料的刚度，它是钢材在静荷载作用下计算结构变形的一个重要指标。的一个重要指标。 在弹性

6、范围内，弹性模量为常数，其值等于应力与应在弹性范围内，弹性模量为常数，其值等于应力与应变的比值，即：变的比值，即： 。 材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，这种性质称为材料的塑性。，这种性质称为材料的塑性。 弹性变形与塑性变形的弹性变形与塑性变形的：前者为可逆变形，后：前者为可逆变形，后者为不可逆变形。者为不可逆变形。 材料塑性性能是决定结构或构件是否安全可靠的重要材料塑性性能是决定结构或构件是否安全可靠的重要参数之一，可以通过测量材料伸长取参数之一，可以通过测量材料伸长取断面收缩率断面收缩率或或冷弯冷弯性能性能来确定材料的塑性性能。来确定材料的塑性

7、性能。 冲击韧性是冲击韧性是。 冲击韧性与材料的塑性有关，但是又不等同于塑性，冲击韧性与材料的塑性有关，但是又不等同于塑性，它它。 材料的冲击韧性与其内在质量、宏观缺陷和微观组成材料的冲击韧性与其内在质量、宏观缺陷和微观组成有关。有关。 此外，冲击韧性易此外，冲击韧性易受温度影响受温度影响，温度的下降将会明显，温度的下降将会明显的降低材料的冲击韧性，对结构的安全不利。的降低材料的冲击韧性，对结构的安全不利。 是指在恒定温度和应力条件下，构件或材料的是指在恒定温度和应力条件下，构件或材料的。 砼具有徐变特性，钢材在高温下也会出现徐变特性。砼具有徐变特性，钢材在高温下也会出现徐变特性。 是指在恒定

8、温度和应变条件下，构件或材料是指在恒定温度和应变条件下，构件或材料的的。 对于对于，应力松弛将会引起预应力，应力松弛将会引起预应力损失，从而降低构件的承载力。损失，从而降低构件的承载力。 结构材料不仅要满足强度、弹性、塑性等力学性能方结构材料不仅要满足强度、弹性、塑性等力学性能方面的要求，还有满足其他的一些基本要求：面的要求，还有满足其他的一些基本要求： 材料的协同工作性能是指两种或两种以上的材料或杆材料的协同工作性能是指两种或两种以上的材料或杆件可以融合成一体，共同参与受力和变形，而不会轻易件可以融合成一体，共同参与受力和变形，而不会轻易分开的性能。分开的性能。 如如、以及以及等。等。 耐久

9、性是指材料长久在各种环境因素作用下不变质、耐久性是指材料长久在各种环境因素作用下不变质、不破坏，长期保持良好的物理力学性能的性质。不破坏，长期保持良好的物理力学性能的性质。 耐久性是材料的一种耐久性是材料的一种，如，如抗冻性抗冻性、抗风化抗风化性性、耐腐蚀性耐腐蚀性等均属于耐久性范畴，它对建筑物的使用等均属于耐久性范畴，它对建筑物的使用寿命起到至关重要的决定作用。寿命起到至关重要的决定作用。 所以，要根据材料所处的部位、使用环境等因素，所以，要根据材料所处的部位、使用环境等因素，综合考虑耐久性，综合考虑耐久性，合理选择结构材料或采取相应的保护合理选择结构材料或采取相应的保护措施措施。 材料制成构件的过程中，都要进行加工，如材料制成构件的过程中，都要进行加工，如、，结构材料加工制作的难易程度对施工工期、，结构材料加工制作的难易程度对施工工期、建筑造价等都有重要的影响。建筑造价等都有重要的影响。 因此，在选择结构材料时，要充分考虑材料的加工难因此，在选择结构材料时，要充分考虑材料的加工难度和施工企业的实际加工制作能力。度和施工企业的实际加工制作能力