|
В курсах «Сопротивление материалов» и «Теория упругости» изучают напряжения и деформации однородных изотропных упругих тел, как правило, на основании закона Гука. Большинство строительных материалов не обладает этими свойствами. Однако кострукционная сталь и алюминиевые сплавы можно считать изотропными материалами, которые имеют мелкокристаллическое строение. Дерево вследствие своей трубчато-волокнистой структуры является анизотропным материалом, он имеет разные физико-механические свойства при работе вдоль и поперек волокон. Железобетон и каменная кладка - неоднородны и анизотропны.
 |
В конструкционных материалах под нагрузкой проявляются не только полностью обратимые упругие деформации, но и остаточные пластические деформации. При длительном действии нагрузки возникают явления ползучести, релаксации. Отдельным материалам свойственны уменьшение или увеличение объема вследствие усадки, высыхания, разбухания. Ударные, динамические и пульсационные подвижные нагрузки могут вызывать усталостное разрушение материалов. Агрессивные химические воздействия вызывают коррозию материалов, а грибы и микроорганизмы - гниение древесины. Все эти факторы следует учитывать при расчете строительных конструкций.
При назначении величины расчетных сопротивлений принимают во внимание характер разрушения (пластичное или хрупкое) материалов. Один и тот же материал может разрушаться и хрупко, и пластично в зависимости от условий работы элемента. Углеродистая конструкционная сталь и алюминиевые сплавы при обычной температуре разрушаются пластично; при пониженных температурах, а также в элементах, имеющих концентраторы напряжений, - хрупко. Хрупко разрушаются изгибаемые элементы - неармированные бетонные, железобетонные с очень малым содержанием арматуры, переармированные железобетонные.
При проектировании строительных конструкций следует по возможности избегать хрупкого разрушения элементов, так как оно происходит внезапно. Характер разрушения материалов и их работа во времени показывают, что для проектирования и расчета конструкций и придания им оптимальной конструктивной формы и размеров необходимо изучать влияние химических, биологических, физико-механических свойств и структуры материалов, а также других факторов на их долговременное сопротивление.
Хрупкому разрушению более соответствует вторая теория прочности (теория максимальных деформаций), а пластичному деформированию - третья (теория наибольших касательных напряжений) или четвертая (энергетическая).
В связи с вытеснением клепки и широким внедрением электросварки требования к конструкционным сталям значительно повысились. Для обеспечения надежной работы сооружения данный материал должен обладать не только необходимой прочностью, но и иметь достаточно высокие эксплуатационные и технологические свойства - свариваемость, пластичность, сопротивление хрупкому разрушению и распространению трещин и др.
В строительных углеродистых сталях химическое вещество С содержится от 0,1 до 0,22% по массе. Кроме того, такие материалы могут содержать ряд элементов, которые являются нормальными (марганец до 0,8%, кремний до 0,5%) и легирующими (облагораживающими) добавками или вредными примесями (сера, фосфор, кислород, несвязанный азот). Строительные материалы такого плана делят на малоуглеродистые и низколегированные. Весьма перспективно термическое упрочнение этих сталей.
В зависимости от технологии изготовления конструкционные стали могут быть кипящими (кп), полуспокойными (пс), спокойными (сп). Кипящие по сравнению со спокойной хуже свариваются, хладноломки, склонны к старению, т. е. увеличению хрупкости и некоторому повышению прочности с течением времени. Тем временем спокойные дороже кипящих примерно на 12%, полуспокойные по стоимости и свойствам занимают промежуточное положение между кипящими и спокойными.
|
