خواص میخانیکی مواد ساختمانی (Mechanical properties)
مواد ساختمانی برای عملکرد مناسب در انجام نقش های خود باید خواص میخانیکی مناسبی داشته باشند.
خواص میخانیکی مواد مختلف با اعمال قوه های خارجی متفاوت به آنها سنجیده می شود. این خواص تعیین کننده رفتار مواد مختلف در شرایط گوناگون هستند و از این رو بسیار اهمیت دارند. خواص میخانیکی یک ماده عبارتند از: استحکامیت (محکمی)، سختی، سائیدگی، مقاومت مقابل ضربه، ارتجاعیت پلاستیکیت، خستگی و خزش.
محکمیت (Strength)
ظرفیت ماده برای مقاومت در مقابل شکست در اثر قوه های که به آن وارد می شود، استحکام ویا محکمیت نامیده می شود. این قوه ها می توانند فشاری، کششی یا انحنائي باشند. میزان استحکامیت یک ماده با تقسیم بار نهایی تحمل شده توسط آن بر مساحت سطح مقطع به دست می آید و یکی از خصوصیات مهم مصالح ساختمانی است. برای تأمین بیشترین ایمنی از نظر استحکام، در هنگام دیزاین برای هر ماده بر اساس خصوصیات ذاتی، کیفیت و شرایط هزینه ای یک ضریب اطمینان در نظر گرفته می شود. همیشه کوچکتر از عدد یک می باشد.
چون مقاومت ماده در مقابل تخریب را محکمیت ماده گویند. در نتیجه عمل بارها، حرارت، ترسبات اتموسفیری و فکتورهای دیگر در ماده تشنجات بمیان میایند که تحت تاثیر این تشنجات معمولا ماده به تخریب مواجه می شود. مطالعه این خواص ماده به دلیل اهمیت زیاد به قسم جداگانه در کورس ها بنام مقاومت مواد تدریس میگردد. از این رو در اینجا به معلومات مختصر و ضروری اکتفا خواهیم کرد.
مواد ساختمانی که از آن عناصر مختلف ساختمان تشکیل میگردد، تحت بارها و تشنجات مختلف قرار میگیرند. مواد ساختمانی مختلف دارای خواص محکمیت متفاوت در برابر بارها می باشند. یعنی بعضی مواد های ساختمانی از قبیل سنگ ها طبیعی، کانکریت و خشت ها در مقابل فشار مقاومت خوب و بلند دارند. اما در مقابل کشش و برش مقاومت ناچیز و بسیار اندک دارند. پس کوشش میگردد تا از این نوع عناصر در طراحی ساختمان در مقابل فشار استفاده گردد.
بعضی مواد دیگر مانند فولاد و چوب تحت فشار و کشش و انحنآ بسیار خوب عمل میکند. پس این نوع مواد در جاهای مناسب ساختمانی در مقابل کشش ویا فشار استفاده گردد. اصلا مقدار تشنجات ویا فشار و کشش وارده بالای مواد به مقدار بار وارده فی واحد سطح مقطع عرضانی مطابق فومول زیر محاسبه میگردد. فشار مرکزی ویا تشنج را معمولا به پاسکال اندازه شده که همانا به kg/cm2 اندازه می شود.
استحکامیت مواد ساختمانی توسط حد محکمیت آن تحت فشار یا محد محکمی آن تحت انحنأ یعنی توسط آن تشنج اندازه میشود که به اثر بار های که باعث تخریب نمونه ماده میگردد مطابقت داشته باشد. حد محکمیت تحت فشار یا کشش ±R (مثبت در کشش و منفی در فشار) مساوی است به قوه تخریب کننده Pp تقسیم بر مساحت مقطع عرضانی نمونه s.
در لابراتواره ها حد محکمیت مواد را از روی فشردن نمونه های امتحانی تا حالت تخریب آنها به کمک ماشین های پس یا ماشین های قطع کننده معلوم میکنند. نمایان شدن درز ها، جدا شدن قشر ها و تغیر شکل در نمونه از علایم تخریب نمونه مواد ساختمانی در لابرتوار می باشد. این نمونه ها معمولا به شکل مکعب بوده و دارای ابعاد 2 تا 30 سانتی متر میباشند. اندازه نمونه امتحانی به تجانسیت آن بستگی دارد یعنی هرقدر جسم غیر متجانس باشد اندازه نمونه آن نیز بزرگتر انتخاب میگردد.
برای معلوم نمودن محکمیت کششی مواد ساختمانی، نمونه های آنرا به شکل 8 که دارای که دارای اندازه ها و اشکال معیاری باشند، تهیه می کنند. بعضی اوقات نمونه هارا به شکل استوانه تحت فشار مورد آزمایش قرار میدهند. نتایج امتحان نمونه تا اندازه زیاد به شکل و اندازه نمونه مربوط است. محکمیت نمونه های که به شکل استوانه ها و منشور ها در امتداد محور طویلتر تحت فشار قرار میگیرند، بشتر از نمونه های ای اند که بشکل مکعب تحت آزمایش قرار میگیرند. این به این معنی است که به هر اندازه که عرض نمونه بشتر باشد، قوه اصطکات بین سطوح نمونه و تخته های ماشین بیشتر بوجود می آید و نمونه محکمیت بیشتر از خود نشان میدهد. لذا قسمت های فوقانی و تحتانی نمونه را نباید از اندازه واقعی نمونه بیشتر عریض ساخت. از طرف دیگر نیز به هر اندازه که ارتفاع نمونه زیاد باشد، به همان اندازه سطوح اتکائی آنها بالای محکمیت نمونه ها تاثیر کمتر دارد.
اندازه محکمیت نمونه های خورد نسبت به به اندازه محکمیت نمونه های بزرگ در وقت امتحان بزرگتر است ولی دقت کمتر دارد. معیار های استندرد ها و کودهای ملی و بین المللی در وقت آزمایش محکمیت مواد از اندازه نمونه گرفته تا شکل و چگونگی آزمایش آنها باید مراعات گردد.
یک نمونه معمول آزمایش مواد ساختمانی در تعیین حد محکمیت آن این است که محکمیت نمونه هارا بکمک ماشین های پرس هایدرولیکی یا میخانیکی معلوم میکنند. نمونه را به روی تخته مربوطه میگذارند، این تخته با پستون وصل است. از طریق ماشین بکمک پمپ ویا جگ های پرسی به صفحات که نمونه در میان آن قرار دارد فشرده میشود.
حد محکمیت مواد ساختمانی تحت فشار در حدود وسیع تحول می کند. اندازه محکمیت تپیک بعضی مواد ساختمانی که در لابراتواره ها تجربه شده در جدل زیر آمده است:
جدول محکمیت بعضی مواد ساختمانی
مواد ساختمانی را اکثرا در انحنأ نیز آمایش میکنند. البته آزمایش در چنین حالت مقدار کم قوه لازم است تا نمونه تخریب شود. زیرا معمولا مقاومت ویا محکمیت مواد ساختانی در انحنأ کمتر از محکمیت آن در فشار اند. به این لحاظ گاهی آزمایش نمونه ها را در انحنأ در ساحه نیز امکان پذیر است.
مثال
یک گادر که دارای مقطع مستطیلی باشد و بالای آن یک قوه متمرکز عمل کند محکمیت آنرا در انحنأ به پاسکال چنین دریافت می کنیم.
σb=Mw=3Pl/2bh2
در حالت که بالای همین گادر دو قوه عمل کند، محکمیت آن در انحنأ چنین محاسبه میگردد:
σb=3P(l-a)/bh2
که در اینجا
M – مومنت انحنأ به N.cm
w – مومنت مقاومت مقطع عرضی گادر به cm3 ( که برای مقاطع مستطیلی w=bh2/6) می باشد.
P – قوه به N
l – وایه بین دو اتکأ گادر به cm
a – فاصله بین محور های قوه ها به cm می باشند.
تخریب نمونه ها در انحنأ معمولا از ناحیه تحتانی ویا قسمت کششی شروع می شود. زیرا بیشتر مواد ساختمانی به استثنای فولاد و چوب محکمیت کششی آن نسبت به محکمیت فشاری آن کمتر است. مواد ساختمانی را در ساختمان ها با در نظر داشت ذخیره محکمی آنها محاسبه می کنند. ذخیره محکمی مواد را در عناصر به این دلایل در نظر میگیرند که:
هنگام آزمایش چون قیمت های وسطی ویا میانگین در نظر گرفته میشود، اما مواد در ضعیف ترین قسمت های خود قبل از اینکه تشنج به اندازه قیمت وسطی حد محکمیت برسد تخریب میگردد. اگثر مواد تحت بار که تشنج آن به اندازه تنها یک قسمت از حد محکمی (60-80%) آنها برسد به شدت تغیر شکل می کنند. پس ذخیره محکمی باید به هر اندازه که ماده غیر متجانس باشد به همان اندازه بیشتر در نظر گرفته میگیرند.
در مواد سنگی و همانند اینها مواد شکننده به علت ترکیب آنها پیش از حالت تشنجات واقعی درز ها در کتله های آن بوجود می آیند.
وارد شدن تکراری بارها، در مواد یک حالت خستگی ویا مانده شدن را ببار می آورد که این حالت نیز تخریب مواد تسریع میکند.
خواص اولیه مواد تحت تاثیرات محیطی و اتموسفیر تغیر میکند. یعنی با گذشت زمان ماده گهنه میشود که این فرسودگی ماده توام با تنزل محکمیت آن است.
پس برای تامین استحکامیت و یا محکمیت کافی به ساختمان ها، که بارهای متعدد تحت شرایط مختلف عمل میکند، فکتور ها ویا ضرایب ذخیره محکمیت در نظر میگیرند. تا از محکمیت مواد مذکور استفاده واقعی و مصئونتر صورت بگیرد.
این نوشته ادامه دارد.
برای سفارش متن کامل این مقاله باکیفت عالی و تصاویر مربوطه با ما در ارتباط باشید.
⚫ با شما در هرزمانی از بهترین خدمات خویش اطمنان میدهم.
🔴 صفحات اجتماعی ما: صفحه فیسبوک. کانال تلگرام. کانال یوتیوب.
🟢 نمبر واتساپ مدیر وبلاگ: 93799219419+
خدمات و محصولات ما:
برچسبها: خواص میخانیکی مواد ساختمانی, خواص میکانیکی مصالح ساختمانی, مواد ساختمانی, مصالح ساختمانی
