理论教育 建筑结构设计中的弹性、塑性和延性

建筑结构设计中的弹性、塑性和延性

时间:2023-09-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:钢材破坏一般为塑性破坏,素混凝土、砌体破坏大多接近脆性破坏,而钢筋混凝土结构则视配筋情况而异,有塑性破坏,也有脆性破坏。延性指标愈大,则构件或结构的延性愈好,抗震结构常对延性提出要求。

建筑结构设计中的弹性、塑性和延性

建筑材料还有以下几个方面的力学性能,应有定性的了解。

1.弹性和塑性

弹性是指应力与应变成一一对应关系,有应力即有应变,应力取消,则应变可恢复,应力为零时,应变也为零。其中,应力与应变成正比关系时称为线弹性。所有结构材料,在应力较小时,都可以将其看作弹性或近似弹性。有些材料若应力超过某一限度(称为屈服极限或流动极限),则在应力不增长或略有增长的情况下应变继续增长,称为塑性。当应力恢复到零时,塑性应变不能恢复。

2.塑性破坏和脆性破坏

材料破坏前有塑性变形阶段,这是材料破坏前的一个警告,这种破坏称为塑性破坏。相反,若材料在破坏前没有塑性变形阶段,或塑性变形极小,材料破坏前没有明显警告,破坏是突然的,则称为脆性破坏。钢材破坏一般为塑性破坏,素混凝土、砌体破坏大多接近脆性破坏,而钢筋混凝土结构则视配筋情况而异,有塑性破坏,也有脆性破坏。

3.延性

延性一般是针对构件或结构而言,它是指结构(或构件)超越弹性变形后到破坏前的变形能力。延性指标常以极限变形与弹性变形的比值或差值来表示,如Δu/ΔyΔu为破坏时的极限位移,Δy为刚屈服时的位移。延性指标愈大,则构件或结构的延性愈好,抗震结构常对延性提出要求。一般Δu/Δy≥4时结构就有很好的延性。(www.daowen.com)

常用建筑材料力学性能比指标列于表2-15。

2-15 常用建筑材料的一些基本特性指标

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由表2-15可见,砌体和混凝土价格相对较低,是很好的抗压材料,但自重较大,不适宜建造高层和大跨。我国古代虽然受当时建筑材料所限,但仍有不少砌体建成的高塔,流传至今。例如著名的西安大雁塔(建于公元952年),正方形塔身底层为25m×25m,共7层,高64m。底层墙厚达9.15m,中间只剩不到7m×7m见方的有效空间。大雁塔经历了一千三百多年的风风雨雨,保留至今,反映了当时我国砌体结构的设计和施工水平。

另外,古埃及和希腊神庙,用石料建造,采用直墙、拱顶,小跨石梁,形成了粗壮坚实的形象,但不能有很大的空间。钢材强度高,f/γ值很高,适合高层和大跨结构。木材虽然也是很好的建筑材料,但易腐烂,怕火,价格昂贵。为了保护生态环境,应当尽量减少木材的采伐。在我国,木材目前主要用于高级装修,已很少用作结构构件了。

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