[电子书]2020年一级注册结构工程师《专业基础考试》复习全书【核心讲义+过关练习】

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更新时间:2020-01-28
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  • 目录

    内容简介

    第一章 土木工程材料

    第一节 材料科学与物质结构基础知识

    第二节 材料的性能和应用

    第二章 工程测量

    第一节 测量基本概念

    第二节 水准测量

    第三节 角度测量

    第四节 距离测量

    第五节 测量误差的基本知识

    第六节 控制测量

    第七节 地形图测绘

    第八节 地形图应用

    第九节 建筑工程测量

    第三章 职业法规分论

    第四章 土木工程施工与管理

    第一节 土石方工程与桩基础工程

    第二节 钢筋混凝土工程与预应力混凝土工程

    第三节 结构吊装工程与砌体工程

    第四节 施工组织设计

    第五节 流水施工原理

    第六节 网络计划技术

    第七节 施工管理

    第五章 结构设计

    第一节 钢筋混凝土结构材料性能

    第二节 钢筋混凝土结构的基本设计原则

    第三节 钢筋混凝土构件承载能力极限状态计算

    第四节 钢筋混凝土构件正常使用极限状态计算

    第五节 预应力混凝土

    第六节 构造要求

    第七节 钢筋混凝土梁板结构

    第八节 钢筋混凝土单层厂房和多层及高层房屋

    第九节 抗震设计要点

    第十节 钢结构

    第十一节 砌体结构

    第六章 结构力学

    第一节 平面体系的几何组成分析

    第二节 静定结构的受力分析与特性

    第三节 静定结构的位移计算

    第四节 超静定结构的受力分析与特性

    第五节 影响线及应用

    第六节 结构的动力特性与动力反应

    第七章 结构试验

    第一节 试件设计、荷载设计、观测设计与材料试验

    第二节 结构试验的加载设备与量测仪器

    第三节 结构静力(单调)加载试验

    第四节 结构低周反复加载试验

    第五节 结构动力试验

    第六节 模型试验

    第七节 结构试验的非破损检测技术

    第八章 土力学与地基基础

    第一节 土的物理性质和工程分类

    第二节 土的应力

    第三节 地基变形

    第四节 土的抗剪强度

    第五节 土压力、地基承载力和边坡稳定

    第六节 地基勘察

    第七节 浅基础

    第八节 深基础

    第九节 地基处理

    内容简介

    本书特别适用于参加一级注册结构工程师考试的考生。

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    试读(部分内容)

    第一章 土木工程材料

    【历年考点一览表】

    年份 题号 考点 2008 2009 2010 2011 2013
    1.1 材料科学与物质结构基础知识 材料的组成         1
    材料的微观结构及其 对材料性质的影响          
    材料的宏观结构及其对材料性质的影响         2
    建筑材料的基本性质 1、2 1、2 1、2 1  
    1.2 材料的性能和应用 无机胶凝材料   3 3 2  
    水硬性胶凝材料 3       3
    混凝土 4、5 4、5 4、5 3、4、5 4、5
    沥青及改性沥青     6    
    建筑钢材 6 6 7 6 6
    木材   7   7  
    石材和粘土 7       7

    说明:若上表中有重复题号,源于部分题目涉及多个考点。

    【考点详解】

    第一节 材料科学与物质结构基础知识

    一、建筑材料的组成、结构及其对材料性能的影响

    1.建筑材料的组成

    材料的成分组成是决定其性能与结构的基础。这里所说的成分组成主要指化学成分与矿物成分两个方面。

    (1)化学成分

    化学组成是指构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。材料的化学组成决定着材料的化学稳定性、大气稳定性、耐水性、耐火性等性质。当材料与环境及各类物质相接触时,它们之间必然要按化学规律发生相互作用。例如,材料受到酸、碱、盐类物质的侵蚀作用;材料遇火时的可燃性、耐火性;钢材及其他金属材料的锈蚀和腐蚀等,都是由其化学组成所决定的。

    (2)矿物成分

    料科学中常将具有特定的晶体结构、具有特定的物理力学性能的组织结构称为矿物。矿物组成是指构成材料的矿物种类和数量。如天然石材、无机胶凝材料等,其矿物组成是在其化学组成确定的条件下的决定材料性质的主要因素。

    2.材料的微观结构及其对性质的影响

    (1)建筑材料的结构按尺度可划分为三个层次:微观结构:原子—分子尺度。亚微观(细观)结构:光学显微镜尺度。宏观结构:目测或放大镜尺度。

    (2)宏观结构

    材料的宏观结构是指用肉眼或放大镜能分辨的粗大组织,其尺寸大于10-2m,也可称宏观构造。材料的宏观结构可按孔隙特征分类,也可按其组织构造特征分类。(见表1-1-1)

    表1-1-1  材料宏观结构分类

    项目 特性 代表物
    按其孔隙特征分类 致密结构 内部基本无孔隙强度和硬度较高、吸水性小、抗渗和抗冻性较好、耐磨性较好、绝热性差 金属材料、致密石材、玻璃、塑料、橡胶等
    多孔结构 具有粗大孔隙的结构,强度较低、抗渗性和抗冻性较差、吸水性较大、干燥状态下绝热性较好 加气混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料及人造轻质多孔材料等
    按其组织构造特征分类 堆聚结构 指由骨料与具有胶凝性或粘结性物质胶结而成的结构 水泥混凝土、砂浆、沥青混合料等
    纤维结构 指由天然或人工合成纤维物质构成的结构 木材、玻璃纤维、石棉等
    层状结构 指由天然形成或人工粘结等方法而将材料叠合而成的双层或多层结构 胶合板、纸面石膏板、塑料贴面板等
    散粒结构 指由松散粒状物质所形成的结构 混凝土骨料、膨胀珍珠岩等

    (3)细观结构(亚微观结构)

    用光学显微镜可分辨的材料结构,其尺寸在10-6~10-3m(微米级)。如:金属材料的金相组织(铁素体、珠光体);木材的木纤维、髓线等显微组织;混凝土的微裂纹;天然岩石的矿物、晶体颗粒、非晶体组织等。材料的细观结构与材料的使用性能密切相关,在分析材料的缺陷、破坏、性能退化等方面起重要作用。

    (4)微观结构

    用电子显微镜、x射线衍射仪等可分辨的材料结构,属于原子、分子层次,其尺寸在10-10~10-6m(纳米级)。材料的许多基本物理性质,如强度、硬度、熔点、导热性、导电性等都是由材料内部的微观结构所决定的。

    材料的微观结构,分为晶体、非晶体(玻璃体)和胶体(见表1-1-2)。

    表1-1-2  材料微观结构分类

    项目 定义 代表物
    晶体 原子晶体 指中性原子以共价键结合而成的晶体 石英等
    离子晶体 指正负离子以离子键结合而成的晶体 CaCl2
    分子晶体 指以分子间的范德华力即分子键结合而成的晶体 有机化合物等
    金属晶体 指以金属阳离子为晶格,由自由电子与金属阳离子间的金属键结合而成的晶体 钢铁材料等
    玻璃体 又称无定形体或非晶体,其结合键为共价键及离子键,结构特征为质点在空间上呈非周期性排列。玻璃体容易与其他物质起化学反应,故它的化学活性较高
    胶体 溶胶 指以胶粒(粒径为10-7~10-10m的固体颗粒)作为分散相,分散在连续相介质(如水、气、溶剂)中,形成的分散体系。与晶体及玻璃体结构相比,胶体结构的强度较低,变形较大
    凝胶
    溶胶-凝胶

    二、建筑材料的基本性质

    1.建筑材料的物理性质

    (1)材料的密度、表观密度与堆积密度(见表1-1-3)

    表1-1-3  材料的密度、表观密度与堆积密度

    项目 定义 公式 要点
    密度 指材料在绝对密实状态下,单位体积的质量 式中,ρ为密度,g/cm3;m为材料的质量,g;V为材料在绝对密实状态下的体积,cm3 绝对密实状态下的体积是指不包括孔隙在内的体积,用李氏瓶测定
    表观密度 指材料在自然状态下,单位体积的质量 式中,ρ0为表观密度,g/cm3或kg/m3;m为材料的质量,g或kg;V0为材料在自然状态下的体积,又称表观体积,cm3或m3 材料的表观体积是指包含内部孔隙的体积。测定表观密度时,应注意材料的含水情况
    一般情况下,表观密度是指气干状态下的表观密度;而烘干状态下的表观密度,称为干表观密度
    堆积密度 指粉状或粒状材料,在堆积状态下,单位体积的质量 式中,ρ0为表观密度,g/cm3或kg/m3;m为材料的质量,g或kg;V0为材料在自然状态下的体积,又称表观体积,cm3或m3 测定散粒材料的堆积密度时,材料的质量是指填充在一定容器内的材料质量,其堆积体积是指所用容器的体积。因此,材料的堆积体积包含了颗粒之间的空隙

    【例题1】对于同一种材料,各种密度参数的大小排列为(   )。[2009年真题]

    A.密度>堆积密度>表观密度

    B.密度>表观密度>堆积密度

    C.堆积密度>密度>表观密度

    D.表观密度>堆积密度>密度

    【答案】B查看答案

    【解析】密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量;表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质量;堆积密度是指散粒材在堆积状态下单位体积的质量。所以对于同一种材料,各种密度参数的排列为:密度>表观密度>堆积密度。

    (2)材料的孔隙率、孔隙特征、空隙率

    孔隙率

    孔隙率指材料内部孔隙体积占材料总体积的百分率。按下式计算:

      (1-1-1)

    式中,P为材料的孔隙率,%;V0为材料在自然状态下的宏观外形体积,cm3或m3;V为材料在绝对密实状态下的体积,cm3或m3;ρ0为容积密度,g/cm3或kg/m3;ρ为密度,g/cm3或kg/m3

    材料中固体体积占总体积的比例,称为密实度。密实度D=1-P,即材料的密实度+孔隙率=1。

    材料孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。孔隙率的大小及孔隙本身的特征(孔隙构造与大小)对材料的性质影响较大。

    孔隙特征

    孔隙特征是材料内部的孔的不同的形状、大小、分布、连通性(开口孔、闭口孔)。工程上主要指孔的大小、连通性。

    材料内部所有孔的体积总和表现为孔隙率。孔隙率越大,容积密度越小(即材料自重越轻),强度越低。

    在同样的孔隙率下,不同的孔隙特征对材料性能有不同影响。开口孔(材料中彼此连通且与外界相通的孔,如毛细孔)对材料的吸水性、渗透性、耐久性、强度等有不利影响,对吸声性有利;闭口孔(材料中彼此不连通且与外界隔绝的孔,如泡沫塑料中的孔)对保温性、抗冻性等有利,对吸水性、吸声性、渗透性等没有影响,对强度不利。孔的大小对材料性能也有一定影响,一般认为大孔比小孔对强度更有害;很大的孔(如混凝土小型空心砌块)对吸水性没有影响,因为水无法保留在这样的大孔中;大孔对保温性能不利,因为大孔中能形成对流传热。

    讨论孔隙对材料性能的影响时,应从孔隙率、孔隙特征两方面考虑。

    孔隙率可分为开口孔隙率Pk、闭口孔隙率Pb。三者的关系为:

      (1-1-2)

    开口孔隙率可用饱和吸水法测定,闭口孔隙率可通过上式计算而得。

    空隙率

    空隙率是指散粒材料在某堆积体积中,颗粒之间的空隙体积占总体积的比例,可按下式计算

      (1-1-3)

    空隙率的大小反映了散粒材料颗粒互相填充的致密程度。在混凝土中,空隙率可作为控制砂石级配及计算混凝土砂率的依据。

    (3)材料的亲水性与憎水性

    材料与水接触时能被水润湿的性质称为亲水性,具有这种性质的材料称为亲水性材料,如钢材、混凝土、木材等。反之,则为憎水性,常见的憎水性材料如石蜡、沥青等。

    表征材料亲水性的指标是润湿角。当润湿角θ≤90°时,被称为亲水性材料,θ>90°时,被称为憎水性材料。

    憎水性材料常用作防水材料。对亲水性材料表面进行憎水处理,可改善其耐水性。

    【例题2】憎水材料的润湿角(  )。[2010年真题]

    A.

    B.

    C.

    D.

    【答案】A查看答案

    【解析】亲水性是材料能被水润湿的性质,憎水性是材料不能被水润湿的性质。亲水性材料水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子间的相互吸引力,θ<90°,表面易被水润湿,且水能通过毛细管作用而被吸入材料内部。建筑材料大多为亲水性材料,如砖、混凝土、木材等,少数材料如沥青、石蜡等为憎水性材料。憎水性材料有θ≥90°,有较好的防水效果。

    (4)材料的吸水性与吸湿性

    吸水性

    材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性。吸水性的大小用吸水率表示。吸水率是指材料浸水后在规定时间内吸入水的质量占材料干燥质量或材料体积的百分率。建筑材料一般均采用质量吸水率。

      (1-1-4)

    式中,m1为材料吸水饱和状态下的质量,g;m为材料干燥状态下的质量,g。

    材料的吸水性与材料的亲水、憎水性有关,还与材料孔隙率的大小、孔隙特征有关。对于细微连通孔隙,孔隙率越大,则吸水率越大。封闭孔隙,水分不能进入,粗大开口孔隙,水分不能存留,吸水率均较小。因此,具有很多微小开口孔隙的亲水性材料,其吸水性特别强。

    吸湿性

    材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性,常用含水率表示,可由下式计算

      (1-1-5)

    式中,m湿为材料吸收空气中水分后的质量,g;m为材料烘干至恒重时的质量,g。

    材料在含水率随空气湿度和环境温度变化而变化,水分可以被吸收,又可向外界扩散,最后与空气湿度达到平衡。与空气湿度达到平衡时的含水率称为材料的平衡含水率。

    材料吸水或吸湿后,保温性能下降、容积密度增大、体积膨胀、强度及抗冻性可能变差。

    【例题3】含水率5%的砂220g,其中所含的水量为(  )。[2010年真题]

    A.10g

    B.10.48g

    C.11g

    D.11.5g

    【答案】B查看答案

    【解析】含水率的计算公式为:。式中,为材料在含水状态下的重量,为材料在干燥状态下的重量。把题干已知条件代入公式解得:=209.52g,故含水量为:

    (5)材料的耐水性

    材料长期在饱和水作用下不破坏,其强度也不显著降低的性质称为耐水性,材料的耐水性用软化系数K表示

      (1-1-6)

    软化系数的大小表示材料浸水饱和后强度降低的程度,其范围波动在0~1之间。软化系数越小,说明材料吸水饱和后的强度降低越多,耐水性则越差。对于经常处于水中或受潮严重的重要结构物的材料,其软化系数不宜小于0.85;受潮较轻或次要结构物的材料,其软化系数不宜小于0.75。

    【例题4】耐水材料的软化系数应大于(   )。[2009年真题]

    A.0.8

    B.0.85

    C.0.9

    D.1.0

    【答案】B查看答案

    【解析】耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏,其强度也不显著降低的性质,一般用软化系数表示。工程上将K≥0.85的材料称为耐水性材料,其值越大,表明材料的耐水性越好。

    (6)材料的抗渗性

    材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性(或不透水性)。材料的抗渗性常用渗透系K数表示。

      (1-1-7)

    式中,K为材料的渗透系数,cm/h;Q为渗水量,cm3;d为试件厚度,cm;H为静水压力水头,cm;t为渗水时间,h;A为渗水面积,cm2

    渗透系数

    渗透系数越大,表明材料渗透的水量越多,抗渗性则越差。

    抗渗等级

    抗渗性也可用抗渗等级表示。抗渗等级是以规定的试件,在标准试验方法下所能承受的最大水压力来确定的,以符号Pn表示,其中n为该材料所能承受的最大水压力的0.1MPa数。如普通混凝土的抗渗等级为P6,即表示混凝土能承受0.6MPa的压力水而不渗透。

    抗渗性与材料的孔隙率及孔隙特征的关系

    材料抗渗性的好坏,与材料的孔隙率及孔隙特征有关。孔隙率较大且是连通的孔隙材料,其抗渗性较差。

    抗渗性是决定材料耐久性的主要指标。对于地下建筑及水工构筑物,因常受到压力水的作用,所以要求材料具有一定的抗渗性。对于防水材料,则要求具有更高的抗渗性。材料抵抗其他液体渗透的性质,也属抗渗性。

    (7)材料的抗冻性

    材料的抗冻性是材料在吸水饱和状态下,能经受多次冻融循环(冻结与融化)作用而不破坏,强度也无显著降低的性质。

    材料的抗冻性与材料的孔隙率和孔隙特征有关,还与材料吸水饱和程度、材料的强度、冻结条件有关。强度高、孔隙率小、具有封闭孔的材料,抗冻性好。在材料内部的水,结冰时体积膨胀产生内应力,当这种内应力超过材料的抗拉强度,就会造成破坏,而材料内的封闭孔,没有水存在,且能消纳一部分内应力,因此对抗冻性有利。

    (8)材料的导热性

    导热性是建筑材料的一项重要热工性质。

    导热性是指当材料两侧存在温差时,热量从温度高的一侧向温度低的一侧传导的性质。材料的导热性通常用导热系数λ表示匀质材料导热系数的计算公式为

    (1-1-8)

    式中,A为导热系数(热导率)[W/(m·K)];Q为传导热量,J;A为热传导面积,m2;t为热传导时间,h;a为材料厚度,m;T2-T1为材料两面温度差,K。

    材料的导热系数与其导热性的关系

    材料的导热系数越大,材料的导热性越好;导热系数越小,则材料的绝热性能越好。绝大多数建筑材料的导热系数介于0.023~3.49W/(m·K)之间,绝热材料是导热系数小于0.23W/(m·K)的材料。

    影响材料导热系数的因素

    影响材料导热系数的因素有分子结构、孔隙率及孔隙特征、材料的温度、湿度等。由于密闭空气的导热系数很小(0.023),材料的孔隙率较大时,其导热系数较小。但若孔隙粗大或贯通,由于对流作用的影响,材料的导热系数反而提高。由于水和冰的导热系数比空气的导热系数高很多(分别为0.58与2.20),材料受潮或受冻后,其导热系数大大提高。因此,绝热材料在储存、使用中必须防水防潮。

    (9)热容性

    定义

    材料在温度变化时吸收和放出热量的性质,称为热容性。它通常用热容量和比热表示。

    热容量

    热容量是指材料在温度变化时吸收和放出热量的能力,同种材料的热容性,常用热容量进行比较。热容量可用下式表示:

      (1-1-9)

    式中,C为热容量,J/K;t1-t2为材料受热或冷却前后的温差,K;Q为材料在温度变化时吸收或放出的热量,J。

    比热

    比热是指单位质量的材料升高或降低1K时所吸收或放出的热量,不同材料的热容性比较。比热的计算公式如下:

       (1-1-10)

    式中,c为材料的比热,J/(kg·K);m为材料的质量,kg。

    【例题5】材料积蓄热量的能力称为(  )。[2013年真题]

    A.导热系数

    B.热容量

    C.温度

    D.传热系数

    【答案】B查看答案

    【解析】热容量是指材料受热时吸收热量、冷却时放出热量的性质。表征热容量的指标是比热容(也称比热),是指1kg的物质,温度升高或降低1℃所需吸收或放出的热量。A项,导热系数是指在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面的温差为1度(K,℃),在1秒钟内(1s)(非1h,1小时内),通过1平方米面积传递的热量。D项,传热系数K值,是指在稳定传热条件下,围护结构两侧空气温差为1度(K,℃),1s内通过1平方米面积传递的热量。

    (10)吸声性

    材料能吸收声音的性质称为吸声性,用吸声系数表示。吸声系数α越大,表示材料吸声效果越好。α≥0.20的材料称为吸声材料。

    材料的吸声性,与材料的孔隙率及孔隙特征、构造形态、厚度,以及声音的频率和入射方向有关。孔隙率较大、细小而连通的孔,有利于吸声性。一般来说,多孔性吸声材料以吸收中、高频声能为主,而共振吸声结构则主要吸收低频声能。

    【例题6】吸声材料的孔隙特征应该是(   )。[2008年真题]

    A.均匀而密闭

    B.小而密闭

    C.小而连通、开口

    D.大而连通、开口

    【答案】C查看答案

    【解析】吸声材料凭借自身的多孔性、薄膜作用或共振作用而对入射声能具有吸收作用的。材料孔隙率高、孔隙细小,吸声性能较好,孔隙过大,效果较差,且过多的封闭微孔对吸声并不一定有利。

    (11)材料的耐久性

    材料在长期使用过程中,抵抗所处环境的各种不利因素的作用而不破坏的性质,称为耐久性。耐久性是一种长期的、综合的性质。

    材料的使用环境产生的破坏作用可分为三类:物理作用(干湿变化、冷热变化等)、化学作用(酸、碱、盐、紫外线等)、生物作用(虫蛀、霉菌腐朽等)。这些破坏作用往往不是单独作用于材料,因此会产生叠加效应。不同材料的主导破坏因素也不同,如砖、石、混凝土等无机非金属材料,大多由于物理作用而破坏;金属材料大多由于化学作用而腐蚀;木材等天然有机材料,常因生物作用而破坏。

    评价土木工程材料的耐久性,常用的指标有:耐水性、抗渗性、抗冻性、耐候性、耐化学腐蚀性等。通常用模拟法进行快速试验。

    提高材料耐久性的措施:减轻环境破坏作用,采取表面保护措施,提高材料密实性,合理选用材料等。

    2.建筑材料的力学性质

    (1)材料的强度

    材料的强度是指材料在外力(荷载)作用下,抵抗破坏的能力。当材料承受外力作用时,内部就产生应力。外力逐渐增加,应力也相应加大,直到质点间作用力不再能够承受时,材料即破坏,此时极限应力值就是材料的强度。

    根据外力作用方式的不同(见图1-1-1),材料强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度等。

    图1-1-1  材料受力示意图

    a)压力;b)拉力;c)弯曲;d)剪切

    材料的抗压强度(fe)、抗拉强度(ft)及抗剪强度(fv)的计算通式如下

    材料的抗压强度计算公式:

      (1-1-11)

    式中,f为材料的强度,可分别代表抗压、抗拉及抗剪强度,MPa;F为材料破坏时最大荷载,N;A为材料受力截面面积,mm2

    不同种类的材料具有不同的抵抗外力的特点。相同种类材料,随其孔隙率及构造特征的不同,材料的强度也有较大差异。一般孔隙率愈大,强度愈低。一种材料的抗压、抗拉、抗弯等强度也不同,如砖、石、混凝土材料的抗压强度较高,而其抗拉及抗弯强度很低,而钢材的抗拉、抗压强度都很高。

    强度等级

    建筑材料常按强度的大小划分成不同的等级,即强度等级。如石材、混凝土、砖等脆性材料是以其抗压强度划分等级的。建筑钢材是用抗拉试验中的屈服强度作为划分强度等级的依据。

    比强度

    比强度是评价材料是否轻质高强的指标。它等于材料的强度与表观密度之比,其值大者,表明材料轻质高强。

    3.材料的变形性能

    (1)弹性和塑性

    弹性变形

    弹性是在外力作用下,材料产生变形,外力取消后变形消失,材料能完全恢复原来形状的性质。这种外力去除后即可恢复的变形称为弹性变形,属可逆变形。其数值大小与外力成正比,其比例系数E称为材料的弹性模量。在弹性变形范围内,E为常数,即

       (1-1-12)

    式中,σ为材料的应力,MPa;ε为材料的应变。

    弹性模量E是衡量材料抵抗变形能力的一个指标,E越大,材料越不易变形。

    塑性变形

    材料的塑性是材料在外力作用下产生变形,当外力取消后,有一部分变形不能恢复的性质。这种不能恢复的变形称为塑性变形,属不可逆变形。

    实际上,纯弹性材料是没有的,大部分固体材料在受力不大时,表现为弹性变形,当外力达一定值时,则出现塑性变形。有的材料受力后,弹性变形和塑性变形同时发生,当卸荷后,弹性变形恢复,而塑性变形不能消失(如混凝土)。这类材料称为弹—塑性材料,其变形曲线见图1-1-2。

    图1-1-2  弹—塑性材料的变形曲线

    (2)脆性与韧性

    脆性

    当外力达到一定限度后,材料突然破坏,而破坏时并无明显的塑性变形,材料的这种性质称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料。脆性材料的抗压强度比抗拉强度高得多,且抗冲击、抗振动荷载的能力差。如砖、石、混凝土、陶瓷、铸铁等均属脆性材料。

    韧性

    韧性是指材料在冲击或振动荷载作用下,能吸收较大能量,产生较大变形而不产生突然破坏的性质。韧性以材料从承载起至破坏时所吸收的能量表示。可以用荷载—变形曲线下所包含的面积表示。冲击韧性值以带缺口的试件做冲击破坏试验测定。建筑钢材(软钢)、木材等属于韧性材料。

    在结构设计中,对于承受动荷载(冲击、振动等)作用的结构物,所用材料应具有较高的韧性。

    【过关练习】

    1.下列矿物中仅含有碳元素的是(   )。[2013年真题]

    A.石膏

    B.芒硝

    C.石墨

    D.石英

    【答案】C查看答案

    【解析】石墨是碳元素的一种同素异形体,每个碳原子的周边连结着另外三个以共价键结合的碳原子(排列方式呈蜂巢式的多个六边形),构成共价分子。石墨是其中最软的一种矿物,用于制造铅笔芯和润滑剂。A项,石膏是单斜晶系矿物,其主要化学成分为硫酸钙(CaSO4)的水合物;B项,芒硝是由一种分布很广泛的硫酸盐矿物经加工精制而成的结晶体;D项,石英是一种物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源,属于三方晶系的氧化物矿物,主要成分是SiO2

    2.下列与材料的孔隙率没有关系的是(   )。[2011年真题]

    A.强度

    B.绝热性

    C.密度

    D.耐久性

    【答案】C查看答案

    【解析】密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量,与孔隙率无关。A项,材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度,孔隙率对强度有很大的影响,孔隙率越大,强度越低。B项,绝热性是指物体本身能阻止热量的传递、散失和对流,使得某个密闭区域内温度或者热量不受外界影响而保持自身稳定或者独立发生变化的过程和作用,导热系数或热阻是评定材料保温绝热性能的主要指标,通常孔隙率越大、表观密度越小,导热系数越小。D项,耐久性是指材料抵抗自身和自然环境长期破坏作用的能力。材料的耐久性中的抗渗性和抗冻性与孔隙率、孔隙大小、特征等有很大关系。

    3.材料的软化系数是指(  )。[2008年真题]

    A.吸水率与含水率之比

    B.材料饱水抗压强度与干抗压强度之比

    C.材料受冻后抗压强度与受冻前抗压强度之比

    D.材料饱水弹性模量与干燥弹性模量之比

    【答案】B查看答案

    【解析】材料长期处于水的作用下不破坏,其强度也不显著降低的性质称为材料的耐水性,一般用软化系数表示。材料软化系数是指材料吸水饱和的抗压强度与干燥抗压强度之比。

    4.选用墙体材料时,为使室内能够尽可能冬暖夏凉,材料应(   )。[2006年真题]

    A.导热系数小,比热值大

    B.导热系数大,比热值大

    C.导热系数小,比热值小

    D.导热系数大,比热值小

    【答案】C查看答案

    【解析】导热系数体现材料的储热能力,而比热值反映材料的变温能力,所以为使室内冬暖夏凉,墙体材料要求具有很好的保温性能和较大的热容量,导热系数越小,材料越保温,比热值越大,材料越不容易升温。故要选择导热系数小,比热值大的材料。

    5.承受振动或冲击荷载作用的结构,应选择的材料(   )。[2006年真题]

    A.抗拉强度较抗压强度许多倍

    B.变形很小,抗拉强度很低

    C.变形很大,且取消外力后,仍保持原来的变形

    D.能够吸收较大能量且能产生一定的变形而不破坏

    【答案】D查看答案

    【解析】承受震动和冲击荷载作用的结构,应该选择韧性材料,即能够吸收较大能量,且能产生一定变形而不破坏的材料,需要材料具有很大的抗拉强度,但允许其产生塑性破坏。这样才能保证突然受到冲击荷载时材料不会发生脆性破坏而发生塑性破坏,将破坏损失降到最低。

    6.建筑材料的表观密度是指(  )。[2005年真题]

    A.材料在绝对密实状态下单位体积的质量

    B.材料在自然状态下单位体积的质量

    C.散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量

    D.材料的质量与同体积水的质量之比值

    【答案】B查看答案

    【解析】表观密度是指材料在自然状态下,不含开口孔时单位体积的质量,又称视密度、近似密度。可由下式表示:,式中,为表观密度;单位为;m为材料的质量,单位为g或kg;为材料在自然状态下(含内部所有的孔隙)的体积,或称表观体积,单位为。当材料孔隙内含水时,其质量和体积均将有所变化。所以一般是指材料在气干状态(长期在空气中干燥)下的表观密度。在烘干状态下的表观密度称为干表观密度。

    7.下列几种说法,(  )是正确的。

    A.当孔隙率相同时,孔隙含水愈多,导热性愈低

    B.当孔隙率相同时,连通孔比封闭孔导热性高

    C.λ与孔隙的大小无关

    D.λ与孔隙是否连通无关

    【答案】B查看答案

    【解析】孔隙按其连通性可分为连通孔和封闭孔。连通孔对材料的吸水性、吸声性影响较大,而封闭孔对材料的保温隔热性能影响较大。故当孔隙率相同时,连通孔比封闭孔导热性高。A项,当孔隙率相同时,随着材料含水率提高,材料导热系数会显著提高,保温性能降低。这是因为空气的导热系数比水的小;CD两项,导热系数λ是指材料直接传导热量的能力,其与孔隙的大小及连通状态均有关。

    8.下列结构材料中,比强度最小的是(  )。

    A.低碳钢

    B.松木

    C.普通混凝土

    D.红砖

    【答案】D查看答案

    【解析】比强度是用来评价材料是否轻质高强的指标。它等于材料的强度(断开时单位面积所受的力)与表观密度之比。ABCD四项的比强度值分别为0.0301、0.0680、0.0125、0.0059,单位MPa/(kg/m3)。

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