材料的基本性质—材料的力学性质及耐久性(土木工程材料)
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材料的力学性质-强度
学习情境：材料的基本性质
材料力学性质-强度
强度：材料在外力作用下抵抗破坏(变形和断裂)的 能力称为强度。通俗来说，就是材料承载能力的体现。
所以，对于承重材料来说，强度是最重要的力学指标。
材料力学性质-强度
材料常见的受力形式
（a）抗压
（b）抗拉
（c）抗剪
P=Fmax/S
P=3FmaxL/2bh2
（d）抗弯折
强度P：
材料力学性质-强度
抗压强度P=Fmax/S
1
其中：P------材料强度， MPa（N/mm2）；
Fmax--材料破坏时的最大荷载，N；
S------材料受力面积，mm2。
使用耐久性材料可以使整体工程的综合费用降低，利用率提高，收益增大，因此，研究如何提高材料的耐久性将是土木工程材料生产及应用的重要课题之一。
混凝土试块
材料力学性质-强度
解析：
（1）求混凝土块的抗压强度：选用公式P=Fmax/S（2）其中Fmax=680kN=680×103N（3）受力面积A=试件截面积（4）试件尺寸a=b=h=150mm，则受力面积S=150mm×150mm
P=Fmax/A =
解答：
=
30.2MPa
ห้องสมุดไป่ตู้
材料力学性质-强度
材料的力学性质
学习情境：材料的基本性质
力学性质
强度：是指材料在应力作用下抵抗破坏的能力。
力学性质
抗压强度（compressive strength）
外力作用方式
抗剪强度(shear strength)
抗拉强度(tensile strength)
抗弯拉（抗折）强度(bending strength)
抗折强度P=3FmaxL/2bh2
2
力学性质-强度
解析：
（1）求水泥试块的抗折强度：选用公式P=3FmaxL/2bh2（2）其中Fmax=2.80kN=2.80×103N（3）L=100mm（4）试件宽b=高h=40mm
解答：
P=3FmaxL/2bh2 =
=6.56MPa
材料力学性质之-强度
材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，仍保持变形后的形状尺寸，并且本身无裂缝产生的性质称为塑性，这种不能恢复的变形称为塑性变形。
力学性质
材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形，材料的这种性质称为脆性。
脆性材料如砖、混凝土、陶瓷等
力学性质
韧性是指材料在冲击或震动荷载的作用下，能吸收较大能量，并产生较大变形而不发生破坏的性质，称为韧性。韧性材料如钢材、木材等
砖
混凝土
金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。木材等有机质材料常因生物作用而破坏。沥青材料、高分子材料在阳光、空气和热的作用下，会逐渐老化而使材料变脆或开裂。
生锈钢材
沥青老化
材料的耐久性指标是根据工程所处的环境条件来决定的。
冻融环境的工程
耐久性以抗冻性
暴露环境的工程
抗老化能力
一般针对于不同材料在不同环境中对其耐久性影响最大的一个或几个方面来进行快速模拟试验。
力学性质
结构材料在土木工程中的主要作用，就是承受结构荷载，对大部分建（构）筑物来说，相当一大部分的承载能力用于承受材料本身的自重。
提高材料的强度
减轻材料本身的自重
轻质
高强
力学性质
比强度：是指按单位体积质量计算的材料强度，即材料的强度与其表观密度之比。
材 料
表观密度(kg/m3)
抗折强度P=3FmaxL/2bh2
2
式中：P——材料的抗弯强度， MPa（N/mm2）； Fmax——材料弯曲破坏时的最大荷载，N； L 、b 、h ——两支点的间距，试件横截面的宽及高，mm。
F
L
F
L
材料力学性质-强度
案例：有一尺寸长（a）宽（b）高（h）分别为160mm、40mm、40mm水泥胶砂试块，L为100mm，测其抗折破坏荷载分别为2.80kN,求此试块的抗折强度。（结果保留2位小数）
911事件
包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。
化学作用
杭州湾跨海大桥
机械作用
包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。
生物作用
包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀被破坏。
白蚂蚁会蛀蚀木头
砖、石料、混凝土等矿物材料，多是由于物理作用而破坏，也可能同时会受到化学作用的破坏。
那么请问：（1）P甲=P乙 （2）P甲<P乙 （3）P甲>P乙
解析：S甲<S乙，F甲=F乙 P甲>P乙
材料力学性质-强度
抗压强度P=Fmax/S
1
案例：1.有一尺寸为150mm×150mm×150mm的混凝土试块，测其抗压破坏荷载为680kN,求此混凝土块的抗压强度是多少？（结果保留1位小数）
强度（Mpa）
比强度
低碳钢
7850
420
0.054
普通混凝土（抗压）
2400
40
0.017
松木（顺纹抗拉）
500
100
0.200
玻璃钢
2000
450
0.225
新白沙沱长江特大桥
世界首座双层六线钢桁梁铁路斜拉桥
玻璃钢工艺管道
玻璃钢楼梯踏板
耐腐蚀
力学性质
在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复到原来形状的性质称为弹性，这种完全被恢复的变形称为弹性变形。
课堂小结
材料的耐久性
学习情境：材料的基本性质
问题导入
?
泛指材料在使用条件下，受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用，能长久地保持其使用性能的性质。
定义
物理作用
受到各种作用
材料在建筑物之中
化学作用
生物作用
机械作用
物理作用
有干湿变化、温度变化及冻融变化等。将使材料发生体积的胀缩，或导致内部裂缝的扩展。时间长久之后即会使材料逐渐破坏。
学习情境：材料的基本性质
材料力学性质-强度
强度：材料在外力作用下抵抗破坏(变形和断裂)的 能力称为强度。通俗来说，就是材料承载能力的体现。
所以，对于承重材料来说，强度是最重要的力学指标。
材料力学性质-强度
材料常见的受力形式
（a）抗压
（b）抗拉
（c）抗剪
P=Fmax/S
P=3FmaxL/2bh2
（d）抗弯折
强度P：
材料力学性质-强度
抗压强度P=Fmax/S
1
其中：P------材料强度， MPa（N/mm2）；
Fmax--材料破坏时的最大荷载，N；
S------材料受力面积，mm2。
使用耐久性材料可以使整体工程的综合费用降低，利用率提高，收益增大，因此，研究如何提高材料的耐久性将是土木工程材料生产及应用的重要课题之一。
混凝土试块
材料力学性质-强度
解析：
（1）求混凝土块的抗压强度：选用公式P=Fmax/S（2）其中Fmax=680kN=680×103N（3）受力面积A=试件截面积（4）试件尺寸a=b=h=150mm，则受力面积S=150mm×150mm
P=Fmax/A =
解答：
=
30.2MPa
ห้องสมุดไป่ตู้
材料力学性质-强度
材料的力学性质
学习情境：材料的基本性质
力学性质
强度：是指材料在应力作用下抵抗破坏的能力。
力学性质
抗压强度（compressive strength）
外力作用方式
抗剪强度(shear strength)
抗拉强度(tensile strength)
抗弯拉（抗折）强度(bending strength)
抗折强度P=3FmaxL/2bh2
2
力学性质-强度
解析：
（1）求水泥试块的抗折强度：选用公式P=3FmaxL/2bh2（2）其中Fmax=2.80kN=2.80×103N（3）L=100mm（4）试件宽b=高h=40mm
解答：
P=3FmaxL/2bh2 =
=6.56MPa
材料力学性质之-强度
材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，仍保持变形后的形状尺寸，并且本身无裂缝产生的性质称为塑性，这种不能恢复的变形称为塑性变形。
力学性质
材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形，材料的这种性质称为脆性。
脆性材料如砖、混凝土、陶瓷等
力学性质
韧性是指材料在冲击或震动荷载的作用下，能吸收较大能量，并产生较大变形而不发生破坏的性质，称为韧性。韧性材料如钢材、木材等
砖
混凝土
金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。木材等有机质材料常因生物作用而破坏。沥青材料、高分子材料在阳光、空气和热的作用下，会逐渐老化而使材料变脆或开裂。
生锈钢材
沥青老化
材料的耐久性指标是根据工程所处的环境条件来决定的。
冻融环境的工程
耐久性以抗冻性
暴露环境的工程
抗老化能力
一般针对于不同材料在不同环境中对其耐久性影响最大的一个或几个方面来进行快速模拟试验。
力学性质
结构材料在土木工程中的主要作用，就是承受结构荷载，对大部分建（构）筑物来说，相当一大部分的承载能力用于承受材料本身的自重。
提高材料的强度
减轻材料本身的自重
轻质
高强
力学性质
比强度：是指按单位体积质量计算的材料强度，即材料的强度与其表观密度之比。
材 料
表观密度(kg/m3)
抗折强度P=3FmaxL/2bh2
2
式中：P——材料的抗弯强度， MPa（N/mm2）； Fmax——材料弯曲破坏时的最大荷载，N； L 、b 、h ——两支点的间距，试件横截面的宽及高，mm。
F
L
F
L
材料力学性质-强度
案例：有一尺寸长（a）宽（b）高（h）分别为160mm、40mm、40mm水泥胶砂试块，L为100mm，测其抗折破坏荷载分别为2.80kN,求此试块的抗折强度。（结果保留2位小数）
911事件
包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。
化学作用
杭州湾跨海大桥
机械作用
包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。
生物作用
包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀被破坏。
白蚂蚁会蛀蚀木头
砖、石料、混凝土等矿物材料，多是由于物理作用而破坏，也可能同时会受到化学作用的破坏。
那么请问：（1）P甲=P乙 （2）P甲<P乙 （3）P甲>P乙
解析：S甲<S乙，F甲=F乙 P甲>P乙
材料力学性质-强度
抗压强度P=Fmax/S
1
案例：1.有一尺寸为150mm×150mm×150mm的混凝土试块，测其抗压破坏荷载为680kN,求此混凝土块的抗压强度是多少？（结果保留1位小数）
强度（Mpa）
比强度
低碳钢
7850
420
0.054
普通混凝土（抗压）
2400
40
0.017
松木（顺纹抗拉）
500
100
0.200
玻璃钢
2000
450
0.225
新白沙沱长江特大桥
世界首座双层六线钢桁梁铁路斜拉桥
玻璃钢工艺管道
玻璃钢楼梯踏板
耐腐蚀
力学性质
在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复到原来形状的性质称为弹性，这种完全被恢复的变形称为弹性变形。
课堂小结
材料的耐久性
学习情境：材料的基本性质
问题导入
?
泛指材料在使用条件下，受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用，能长久地保持其使用性能的性质。
定义
物理作用
受到各种作用
材料在建筑物之中
化学作用
生物作用
机械作用
物理作用
有干湿变化、温度变化及冻融变化等。将使材料发生体积的胀缩，或导致内部裂缝的扩展。时间长久之后即会使材料逐渐破坏。