Файл: Севастьянова, Т. В. Основы строительства химических предприятий учебное пособие.pdf

и ударные звуки в разной степени. Эти свойства выражают в виде частотной характеристики коэффициента звукопогло­ щения в диапазоне от 125 до 400 Гц.

§ 3. Механические свойства строительных материалов

Прочность — это свойство материала сопротивляться раз­ рушению от действия внутренних напряжений, возникающих в результате внешней нагрузки или других факторов.

Это свойство настолько важно, что изучению его посвяще­ на специальная дисциплина — сопротивление материалов.

Отдельные части зданий несут на себе определенную на­ грузку, причем в материале, из которого выполнена конструк­ ция, возникают различные внутренние напряжения — сжатие, растяжение, изгиб, срез, кручение. При увеличении нагрузки напряжение в материале увеличивается. При переходе на­ грузки за известный предел внутренних сил сцепления элемен­ тарных частичек материала становится недостаточно, и мате­ риал разрушается. В момент разрушения материал достигает предела прочности.

Предел прочности — это наибольшее напряжение в мате­ риале, при котором произошло разрушение, отнесенное к пло­ щади первоначального поперечного сечения образца.

Предел прочности при сжатии, растяжении и изгибе

где а — предел прочности в Н/м2 (кгс/см2) ; Р — наибольшая нагрузка;

F — площадь поперечного сечения образца; М — изгибающий момент;

W — момент сопротивления сечения образца.

Некоторые строительные материалы в технических усло­ виях и ГОСТах характеризуются марками, совпадающими по величине с пределом прочности (обычно при сжатии). На­ пример, кирпич бывает марок 50, 75, 100, 150, тяжелый бе­ тон— марок от 50 до 600 и т. д. (Прилож., табл. 3).

Строительные материалы минерального происхождения, например, камни, бетон, кирпич, а также чугун хорошо со­ противляются сжатию, хуже — срезу и еще хуже — растяже­ нию. Например, каменные материалы (горные породы, бето­ ны, кирпич) при растяжении выдерживают нагрузку в 10—20 раз меньшую, чем при сжатии. Другие материалы (древеси­ на, сталь, пластмассы) одинаково хЪрошо выдерживают и сжимающие, и растягивающие, и изгибающие напряжения.

.9

При расчетах и проектировании сооружений в материалах допускаются напряжения, которые в несколько раз меньше предела прочности, т. е. дается запас прочности (г).

Необходимо иметь в виду, что различные конструкции и сооружения рассчитываются не по пределу прочности, а по

допускаемому напряжению (адоп)

_ о

3доп- Т ’

тельное проектирование установлены определенные запасы прочности для различных материалов и конструкций (z = 2— 3 и более).

Два важных свойства строительных материалов — объем­

ный вес и прочность — требуют введения еще одного коэффи­ циента.

Коэффициент конструктивного качества (К-К-К.)— харак­ теризуется отношением прочности материала к его объемному весу

К.К.К. = — .

То

Наилучшим в конструктивном отношении материалом бу­ дет тот, который при наибольшей прочности имеет наимень­ ший объемный вес, т. е. высший коэффициент конструктив­ ного качества. Такие материалы позволяют создавать проч­ ные ив то же время легкие сооружения.

Упругость — это свойство материала деформироваться под нагрузкой и принимать после разгрузки первоначальную форму.

Наибольшее напряжение, при котором материал еще об­ ладает упругостью, называется пределом упругости. Упру­ гость является положительным свойством материала. При­ мером упругих материалов может служить сталь, древесина.

Пластичность — способность материала деформироваться без трещин под действием внешних сил и сохранять изменив­ шуюся форму и размеры после прекращения действия этих сил. Это свойство противоположно упругости.

Многие материалы при относительно небольших напря­ жениях упруги, однако при переходе за предел упругости, еще до разрушения, становятся пластичными. Многие матери­ алы обладают пластичностью уже при малых напряжениях.

10

Примером пластичных материалов служит свинец, глиня­ ное тесто, бетонная смесь.

Хрупкость — способность материала разрушаться внезап­ но под действием внешних сил без предварительных дефор­ маций. К хрупким материалам относятся чугун, природные и искусственные каменные материалы, стекло, бетон и др.

Пластичность и хрупкость могут изменяться в зависимо­ сти от температуры, влажности, скорости приложения на­ грузки.

Механические свойства материала характеризуются диа­ граммой растяжения (или сжатия), представляющей собой график зависимости между растягивающей силой (Р) и удли­ нением образца (А/), или диаграммой деформаций, у которой

по оси ординат — напряжения (а).

Диаграммы деформаций для различных материалов мо­ гут быть нескольких видов;

а) с площадкой текучести (например, для малоуглероди­ стых сталей) (рис. 1, а);

б) без площадки текучести, но с максимумом (например, для меди, алюминия) (рис. 1,6);

в) без максимума (например, для бетона, чугуна и др.) (рис. 1, в).

d -I

Рис. 1. Схемы диаграмм деформаций различных материалов

По виду диаграмм деформаций, полученных постепенным нагружением образцов до их разрушения в условиях комнат­ ных температур, все строительные материалы подразделяют­ ся на пластичные и хрупкие.

Пластичными называются такие материалы, которые при статических испытаниях до момента разрушения получают значительные остаточные деформации (рис. 1, а, б), хрупки­ м и — такие, которые разрушаются при статических испытани­ ях без заметной пластической деформации (рис. 1, в)..

11

Механические свойства пластичных материалов (диаграм­ мы растяжения на рис. 1, а, б) характеризуются:

1) п р е д е л о м п р о п о р ц и о н а л ь н о с т и (опр), т. е.

напряжением, при котором впервые наблюдается нарушение пропорциональности между напряжением и удлинением на определенную величину

котором появляется остаточное удлинение без увеличения на­ грузки (площадка текучести)

счет образования шейки, а затем наступает разрыв образца при нагрузке Рк;

12

Обычно конструкции подвергаются нагрузке, прилагаемой к материалу без удара (статической нагрузке). В некоторых же случаях материалы в конструкциях подвергаются и удар­ ным воздействиям (динамической нагрузке). Пределом проч­ ности материала при ударе (ауд) называется количество работы (Л), затраченной на разрушение стандартного образ­ ца, отнесенное к единице объема материала (У)

А

у '

Т в е р д о с т ь (Н) — способность материала сопротив­ ляться проникновению в него другого, более твердого мате­ риала.

Твердость каменных материалов однородного строения оп­ ределяется по шкале Мооса. (Прилож., табл. 5).

О твердости бетона, древесины, металлов и пластмасс су­ дят по вдавливанию стального шарика в образец под опре­ деленным давлением (Р )

где F — площадь сферы отпечатка после вдавливания.

13