На головну

Міцність

  1.  III. Загальні хімічні властивості металів
  2.  V. Хімічні властивості деяких сполук неметалів
  3.  VII. Хімічні властивості алюмінію
  4.  АДАПТИВНІ властивості ЮНОЗІМОВ
  5.  Аксіоматичні теорії. Визначення та властивості обчислення висловлювань.
  6.  Алгоритм і його властивості
  7.  АЛГОРИТМ І ЙОГО ВЛАСТИВОСТІ

міцність матеріалу є однією з основних харак- теристик для більшості будівельних матеріалів, так як вони в спорудах завжди піддаються тим чи іншим дії дуже, що викликає напружений стан (стиснення, растяже- ня, вигин, зріз, удар і ін.). За заданим навантаженням можна розрахувати зчитувати технічно і економічно доцільне перетин конструкцій з даного матеріалу.

міцність - Здатність матеріалу чинити опір раз- рушення під дією внутрішніх напружень, що виникають в ньому під дією зовнішніх навантажень.

Залежно від виду зовнішніх впливів розрізняють:

- Міцність при стисненні;

- Міцність при розтягуванні;

- Міцність при вигині і т. Д.

Від зовнішнього навантаження Р в матеріалі виникає внутрішня напруга s, т. Е. Навантаженні протидіють внутрішні си- ли, знак яких протилежний:

Р = Ss.

Мал. 5.10. Схема виникнення внутрішніх напружень


У міру зростання навантаження (Р) до руйнує (рраз) внутрішня напруга (s) наростають, а при руйнуванні стано -вятся рівними 0, оскільки зв'язок між частинками матеріалу розривається.

Міцність кількісно оцінюється межею прочно-


сти.


Межа міцності (R) - Критичне напруження, при ко


тором настає руйнування матеріалу (порушення сплошно- сти).

Визначення межі міцності проводиться при випробувань ванні до руйнування:

- Стандартних зразків (спеціально виготовлених або випиляних з конструкції) на спеціальних пресах або раз-ної машинах;

- Безпосередньо конструкцій на спеціальних випробувань тільних стендах.

Теоретично міцність однорідного матеріалу характе- ризуется напругою, необхідним для поділу двох при- поневірятися шарів атомів, т. Е. Залежить від сил атомно-молеку -лярні взаємодії.

Міцність реальних тел в тисячі разів менше міцності, розрахованої для ідеальних кристалів. Причини - дефекти в структурі матеріалу: мікродефекти - дефекти кристалічної решітки, мікротріщини; макродефектів - пори і тріщини.


міцність матеріалів


Таблиця 5.4


 матеріал  теоретична міцність  Фактична міцність
 сталь  30000 МПа  ~ 400 МПа
 Скло  14000 МПа  70-150 МПа

Для матеріалів конгломератного будови міцність зале- ??жить не тільки від міцності складових, але і від сили зчеп- лення між ними.


Межа міцності матеріалів, який визначається при випробувань ванні зразків, є умовною характеристикою, так як зави сит від:

- Форми і розмірів зразків;

- Умов випробування (швидкість навантаження, конструкція випробувальної машини);

- Стану опорних поверхонь.

Оскільки будівельні матеріали неоднорідні за ладі- ню, то межа міцності визначають як середній результат випробувань серії стандартних зразків. Форма і розміри зразків повинні відповідати вимогам ГОСТ або ТУ (наприклад, для бетону - куб з ребром 15 см, для розчину - куб з ребром 7,07 см для випробувань на стиск). Розмір зразків за- висить від ступеня однорідності будови матеріалу.

Межа міцності при стисненні Rсж(МПа) дорівнює частці від ділення величини руйнівного сили рраз на площу поперечного перерізу зразка S (куба, циліндра, призми):

Rсж = рраз / S, кгс / см2, МПа (Н / м2 = Па).

Якщо Рразізмерена в кгс, а S в см2, то 1 кгс / см2 = 0,1 МПа.

Сили тертя (t), що виникають між опорними гранями зразка і плитами преса, утримують частини зразка, пріле- гающие плит, від руйнування. Середні ж частини зразка руйнуються в першу чергу (рис. 5.11). Тому для хруп- ких матеріалів спостерігається характерна форма руйнування кубів: дві усічені піраміди, складені вершинами.

Дією сил тертя пояснюється різниця в межі проч- ності матеріалу, певна на зразках різного розміру: у кубиків малих розмірів межа міцності при стисненні оказ- ється вище, ніж у кубиків великих розмірів з того ж матеріалу.

Якщо ж змастити опорні грані куба або покрити їх пара- фіном, то сили тертя зменшуються, прагнуть до нуля (t ® 0)


і змінюється характер руйнування зразка (див. рис. 5.11). Куб розпадається на ряд шарів, розділених вертикальними тріщино- нами. Межа міцності куба зі змазаними опорними граня- ми становить 50% межі міцності того ж зразка з несма- заннимі поверхнями.

Мал. 5.11. Характер руйнування зразків при стисканні

Межа міцності при вигині Rізг(МПа) визначають шляхом випробування зразка матеріалу у вигляді призми, покладеної на двох опорах. Зразок навантажують однією або двома сосредото- ченнимі силами до руйнування. Обчислюють Rізгпо формулою:

Rізг = Mізг / W, (5.18)

де Мізг - найбільший згинальний момент, Н · м;

W - момент опору перерізу зразка, м3.

При додатку однієї зосередженої згинального сили:

Rізг = 3Pl / (2bh2), (5.19)

при двох силах:


Rізг = Pl / (bh2), (5.20) де l - відстань між опорами;

b і h - ширина і висота поперечного перерізу зразка.

Межа міцності при розтягуванні Rp(MПа) використовується в якості прочностной характеристики стали, бетону, волокні- стих матеріалів. Визначення Rросуществляется на пресах з захоплюючими пристроями, що тягнуть зразки в різні боки.

У крихких і пластичних матеріалів різному співвідношенні ня між різними видами міцності:

- Пластичні - Rp »Rізг> Rсж (метали, деревина);

- Тендітні - Rсж> Rізг> Rp (бетон, цегла, каміння мате ріали). Rсжтакіх матеріалів перевищує Rрв 10-15 разів і більше.

Таблиця 5.5 Міцність і застосування матеріалів

 Найменування матеріалу  Межа міцності, МПа, при  Вид матеріа- лу  Примі-неніев конст- рукцій
 стисканні  вигині  растяже- ванні
 граніт  137-180  15-25  4-5  тендітні  працюючих на сжа- нення
 Кірпічкерамі- чний  7,5-30  1,8-4,4  не нормується
 бетон  10-60  2-5  1-3
 Сосна (вздовж волокон)  30-50  70-90  80-110  пластичність ні  працюючих на вигин, растяже- ня, сжа- нення
 Дуб (вздовж волокон)  40-70  90-120  100-130
 Сталь (Ст3)  350-450  350-450  350-450

Межа міцності матеріалу (частіше при стисканні) визначає його марку.

Наприклад, при марці бетону М200 межа міцності при стисканні зразків-кубів з ребром 150 мм, виготовлених з бе- тонної суміші і тверділи протягом 28 діб в нормальних умовах (t = 20 ± 2 ° С, Wотн ? 90%), повинен бути не менше

20 МПа (200 кгс / см2).

Для оцінки прочностной ефективності матеріалу використо- вується коефіцієнт конструктивної якості (ККК):

ККК = Rсж / rm, де Rсж- в МПа або кгс / см2,

rm- відносна щільність, безрозмірна величина, чис повільно рівна rmв г / см3 або кг / м3.

Найбільш ефективними є матеріали, що мають най- меншу щільність і найбільш високу міцність (табл. 5.6).


ККК будівельних матеріалів


Таблиця 5.6


 матеріал  Міцність, МПа  Середня щільність, г / см3  ККК
 Цегла керамічні-ський  1,8  5,6
 Бетон важкий В50  2,4
 сталь Ст3  7,85
 Віконне скло  2,65
 Деревина (сосна)  0,5
 Склопластик  2,0

5.3.2. Спеціальні механічні властивості Стираність - Здатність матеріалу чинити опір

истирающим впливів.

Опір стирання визначають головним чином для матеріалів, призначених для підлог, дорожніх по- тий, сходових маршів та ін.


Ступінь стирання матеріалу висловлюють втратою маси зразка, віднесеної до площі стирання (И).

Випробування проводять на спеціальному колі стирання з ус

тановленной кількістю оборотів обертання при заданому тиску на зразок при використанні абразивів (кварцовий пісок, корундовий наждак).

І = Dm / S, г / см2, г / м2, (5.21) де Dm - втрата маси, г;

S - площа поверхні стирання, см2.

Зразок вставляється в обойму, за допомогою якої прижи- мається до поверхні истирающего кола, задається число обо ротів кола. Визначається початкова маса зразка - m1і маса після проходження заданого шляху - m2; Dm = m1-m2.

Чим менше показник стирання, тим довговічніше ма

териал у відповідних умовах.


Стираність матеріалів


Таблиця 5.7


 матеріал  І, г / см2
 граніт  0,05-0,07
 Плитки керамічні для підлоги  0,08-0,1
 полівінілхлоридний лінолеум  0,06

Ударна в'язкість (ударна міцність) - Здатність з- противляться ударних навантажень.

Дорожні та аеродромні покриття відчувають великі

динамічні навантаження, тому вони повинні піддаватися ви- пробування на удар.

оцінюється Rудпо роботі А (Дж), витраченої на разру- шення матеріалу, віднесеної до одиниці об'єму (V) або площа- ді (S) зразка:


Rуд = A / V (Дж / м3) або Rуд = A / S (Дж / м2).

Випробуванню піддаються зразки-циліндри d = h = 25 см. Випробування проводяться на спеціальному приладі - копрі.

Нормований вантаж піднімається на певну висоту і падає на зразок до тих пір, поки не зруйнує його.

твердість - Здатність матеріалу чинити опір про- проникненню в нього іншого, більш твердого тіла (поверхнева міцність).

Твердість для різних матеріалів оцінюють по-різному.

Для природних кам'яних матеріалів - по відносній шкалі - шкалою твердості, або шкалою Мооса. Шкала складається з 10 еталонних мінералів (табл. 5.8).

Таблиця 5.8 Шкала відносної твердості (шкала Мооса)

 Мінерал-еталон  бал твердості  характеристика
 тальк  Легко дряпається нігтем
 гіпс  дряпається нігтем
 кальцит  Легко дряпається сталевим ножем
 флюорит  Дряпається сталевим ножем під неболь- шим натиском
 Апатит  Дряпається ножем під сильним натиском
 Польовий шпат (ор токлаз)  Дряпає скло під натиском
 кварц  дряпає скло
 Топаз  Легко дряпають скло
 Корунд
 алмаз

Мінерал-еталон залишає подряпину на попередньому мінералі за шкалою і дряпається наступним.

Твердість деревини, металів, бетону визначають, вдав- ливая в них сталева кулька або твердий наконечник (у вигляді конуса або піраміди).

Число твердості матеріалу (НВ) Розраховують як відно шення навантаження при вдавливании в зразок протягом визначеного часу стандартного сталевої кульки (наконечника) до площі поверхні відбитка (на поверхні матеріалу від вдавлення):

НВ = Р / S.

Висока міцність матеріалу не завжди говорить про його твер- досягнень. Наприклад, міцності при стисненні деревини і бетону близькі, але твердість бетону істотно вище.

Для металів і бетону існує зв'язок між твердістю і міцністю, для кам'яних матеріалів - між твердістю і стираністю.

знос - Здатність матеріалу чинити опір одновре- менному впливу истирающих і ударних навантажень.

Зразки матеріалів відчувають в обертовому бараба- не з сталевими кулями або без них. Показником зносу слугує втрата маси проби матеріалу в результаті проведеного випробування (в% від початкової маси).

5.3.3. Руйнівні методи випробувань

Крім руйнівних методів визначення міцності з це- ллю контролю якості матеріалів можуть використовуватися нераз- Руша методи визначення міцності.

Руйнівні методи випробувань засновані на взаємозв'язку міцності матеріалу з будь-якої іншої характеристикою кой матеріалу, яка визначається за допомогою фізичних приладів або ударних інструментів.


Наприклад, відомо, що міцність матеріалу залежить від його пористості, і швидкість поширення в матеріалі ульт- развукових хвиль залежить від ступеня дефектності структури, т. Е. Пористості.

Отже, може існувати взаємозв'язок «проч- ність - швидкість поширення ультразвукових хвиль». Таким чином, швидкість поширення ультразвуку в матеріалі може служити непрямою характеристикою міцності.

В якості таких непрямих характеристик міцності ис користуються:

- Швидкість поширення в матеріалі ультразвукових

хвиль;

- Динамічний модуль пружності, що розраховується по частоті власних коливань матеріалу (Резонансний метод) або швидкості поширення і затухання в матеріалі ультра- звукових хвиль (імпульсний метод);

- Діаметр відбитка від удару спеціального молотка і ін.

Для оцінки міцності матеріалу неруйнівним методом спочатку будують тарувального криву за результатами випробувань зразків матеріалу неразрушающим і руйнівним ме методами (визначають непряму характеристику і межа проч- ності на одних і тих же зразках і в вигляді точки наносять на графік). Потім за результатами неруйнівного методу випро- бувань і тарировочной кривої оцінюють міцність матеріалу без його руйнування.

 




 ВСТУП |  Значення будівельних матеріалів |  Класифікація будівельних матеріалів |  стандартизація |  Принципи забезпечення комплексу властивостей |  склад матеріалів |  будова матеріалів |  види сировини |  Основні принципи виробництва |  Приклади використання технологічних добавок |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати