[科普中國]-材料強(qiáng)度

材料在外力作用下抵抗破壞的能力稱為材料的強(qiáng)度。當(dāng)材料受外力作用時(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，外力增加，應(yīng)力相應(yīng)增大，直至材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力不足以抵抗所作用的外力時(shí)，材料即發(fā)生破壞。材料破壞時(shí)應(yīng)力達(dá)到的極限值稱為材料的極限強(qiáng)度，常用f表示。材料強(qiáng)度的單位為兆帕（MPa）。1

分類根據(jù)外力作用方式不同，材料會(huì)受到抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等。受力如下圖所示：

材料強(qiáng)度是通過靜力試驗(yàn)來測(cè)定的，通過標(biāo)準(zhǔn)試件的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的。

1.材料的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度

材料的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度的計(jì)算式為：f=

式中：f——材料強(qiáng)度，MPa；

F——材料破壞時(shí)的最大荷載，N；

A——試件的受力面積，mm2。

2.材料的抗彎( 折)強(qiáng)度

材料的抗彎強(qiáng)度與試件受力情況、截面形狀及支撐條件有關(guān)。一般試驗(yàn)方法是將矩形截面的條形試件放在兩支點(diǎn)上，中間作用一集中荷載，則抗彎強(qiáng)度計(jì)算式為：

式中：f——材料的抗彎(折)強(qiáng)度，MPa；

F——材料破壞時(shí)的最大荷載，N；

L——試件兩支點(diǎn)間的距離，mm；
b——試件截面的寬度，mm ；
h——試件截面的高度，mm。1

研究對(duì)象材料強(qiáng)度研究的是結(jié)構(gòu)內(nèi)部力的分布，包括組織結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)在載荷下如何變形和如何失效等。弄清這些力的作用及其分布可以讓工程師們經(jīng)濟(jì)、安全地設(shè)計(jì)和測(cè)量載荷梁、軸和柱體結(jié)構(gòu)等。主要涉及材料應(yīng)力、應(yīng)變、彈性模量、拉伸試驗(yàn)、慣性矩以及金屬的疲勞。

強(qiáng)度等級(jí)強(qiáng)度等級(jí)是材料按強(qiáng)度分級(jí)，建筑材料常按其強(qiáng)度值的大小劃分為若干等級(jí)或牌號(hào)。脆性材料按抗壓強(qiáng)度劃分，鋼材按屈服強(qiáng)度劃分。如燒結(jié)普通磚按抗壓強(qiáng)度分為MU10等5個(gè)強(qiáng)度等級(jí)；硅酸鹽水泥按抗胝和抗折強(qiáng)度分為42.5等6個(gè)強(qiáng)度等級(jí)；普通混凝土按抗壓強(qiáng)度分為C15等14個(gè)強(qiáng)度等級(jí)；碳素結(jié)構(gòu)鋼按屈服強(qiáng)度分為Q235等4個(gè)牌號(hào)。

建筑材料按強(qiáng)度劃分等級(jí)或牌號(hào)，對(duì)生產(chǎn)者和使用者均有重要的意義，它可使生產(chǎn)者在生產(chǎn)中控制產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)有據(jù)可依，從而確保產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)使用者而言，則有利于掌握材料的性能指標(biāo)，便于合理選用材料、正確進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制工程施工質(zhì)量。

強(qiáng)度和強(qiáng)度等級(jí)的區(qū)別與聯(lián)系：強(qiáng)度指的是材料的極限值，是唯一的實(shí)測(cè)值；強(qiáng)度等級(jí)是人為規(guī)定的強(qiáng)度范圍；強(qiáng)度等級(jí)的確定必須以其極限強(qiáng)度值為依據(jù)，每一強(qiáng)度等級(jí)則包含一定范圍內(nèi)的強(qiáng)度值。1

標(biāo)準(zhǔn)值由試驗(yàn)得知，同一材料的不同試樣測(cè)得的失效應(yīng)力并非一個(gè)定值，而是在某一個(gè)范圍內(nèi)變化。其數(shù)值具有隨機(jī)性。隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)有平均值、標(biāo)準(zhǔn)差(或變異系數(shù))、最大值、最小值、極差等。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范取具有95%保證率的失效應(yīng)力作為材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，用fk表示，它等于材料強(qiáng)度平均值減去1.645倍標(biāo)準(zhǔn)差。95%保證率的意思就是任意抽樣檢驗(yàn)一批材料．實(shí)測(cè)強(qiáng)度不低于fk的概率為95%，用戶承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)只有5%(即材料強(qiáng)度達(dá)不到fk的概率為5%)。2

設(shè)計(jì)值將材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fk除以材料分項(xiàng)系數(shù)γM作為材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，材料分項(xiàng)系數(shù)γM對(duì)于混凝土取1.4，HRB400級(jí)及以下的普通鋼筋取1.1、HRB500級(jí)鋼筋取1.15，砌體取1.6，碳素結(jié)構(gòu)鋼取1.087，高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼取1.111。在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，因其設(shè)計(jì)的可靠度高于建筑結(jié)構(gòu)，所以，其材料分項(xiàng)系數(shù)的取值要大一些，混凝土取1.45，普通鋼筋取1.2。各種材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，可網(wǎng)上查閱。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李雪梅 - 副教授 - 西南大學(xué)