材料强度

材料强度（Strength of Materials）是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力，单位为兆帕（MPa）。按外力作用的性质不同，强度主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。工程常用的是屈服强度和抗拉强度，这两个强度指标可通过拉伸试验测出。

当材料受外力作用时，其内部产生应力，外力增加，应力相应增大，直至材料内部质点间结合力不足以抵抗所作用的外力时，材料即发生破坏。材料破坏时应力达到的极限值称为材料的极限强度，常用f表示。

材料的种类不同，所常用的强度衡量指标也不同。一般塑性较好的金属材料和高分子材料常用抗拉强度来表征，如铸铁、水泥预制件等脆性材料用抗压强度表征。工程陶瓷等脆性材料用抗弯强度来表征。 强度的数值是通过实验获得的。不同的实验可以获得不同类型的强度值。

分类

根据外力作用方式不同，材料会受到抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、抗弯强度等。受力如下图所示：

材料强度是通过静力试验来测定的，通过标准试件的标准试验方法测得的。

1.材料的抗压、抗拉、抗剪强度

材料的抗压、抗拉、抗剪强度的计算式为：f=

式中：f——材料强度，MPa；

F——材料破坏时的最大荷载，N；

A——试件的受力面积，mm 。

2.材料的抗弯( 折)强度

材料的抗弯强度与试件受力情况、截面形状及支撑条件有关。一般试验方法是将矩形截面的条形试件放在两支点上，中间作用一集中荷载，则抗弯强度计算式为：

式中：f——材料的抗弯(折)强度，MPa；

F——材料破坏时的最大荷载，N；

L——试件两支点间的距离，mm；

b——试件截面的宽度，mm ；

h——试件截面的高度，mm。

研究对象

材料强度研究的是结构内部力的分布，包括组织结构、结构在载荷下如何变形和如何失效等。弄清这些力的作用及其分布可以让工程师们经济、安全地设计和测量载荷梁、轴和柱体结构等。主要涉及材料应力、应变、弹性模量、拉伸试验、惯性矩以及金属的疲劳。

强度等级

强度等级是材料按强度分级，建筑材料常按其强度值的大小划分为若干等级或牌号。脆性材料按抗压强度划分，钢材按屈服强度划分。如烧结普通砖按抗压强度分为MU10等5个强度等级；硅酸盐水泥按抗和抗折强度分为42.5等6个强度等级；普通混凝土按抗压强度分为C15等14个强度等级；碳素结构钢按屈服强度分为Q235等4个牌号。

建筑材料按强度划分等级或牌号，对生产者和使用者均有重要的意义，它可使生产者在生产中控制产品质量时有据可依，从而确保产品的质量。对使用者而言，则有利于掌握材料的性能指标，便于合理选用材料、正确进行设计和控制工程施工质量。

强度和强度等级的区别与联系：强度指的是材料的极限值，是唯一的实测值；强度等级是人为规定的强度范围；强度等级的确定必须以其极限强度值为依据，每一强度等级则包含一定范围内的强度值。

标准值

由试验得知，同一材料的不同试样测得的失效应力并非一个定值，而是在某一个范围内变化。其数值具有随机性。随机变量的统计参数有平均值、标准差(或变异系数)、最大值、最小值、极差等。建筑结构设计规范取具有95%保证率的失效应力作为材料强度标准值，用f表示，它等于材料强度平均值减去1.645倍标准差。95%保证率的意思就是任意抽样检验一批材料．实测强度不低于f的概率为95%，用户承担的风险只有5%(即材料强度达不到f的概率为5%)。

设计值

将材料强度标准值f除以材料分项系数γ作为材料强度设计值f。建筑结构设计中，材料分项系数γ对于混凝土取1.4，HRB400级及以下的普通钢筋取1.1、HRB500级钢筋取1.15，砌体取1.6，碳素结构钢取1.087，高强度低合金结构钢取1.111。在桥梁结构设计中，因其设计的可靠度高于建筑结构，所以，其材料分项系数的取值要大一些，混凝土取1.45，普通钢筋取1.2。各种材料的强度设计值，可网上查阅。

参考资料

强度及测试方法.工科生小书架.2024-01-19

应力/应变/泊松比/模量!!! 附《常用材料的弹性模量及泊松比》.知乎专栏.2024-01-19

材料强度.Academic Accelerator.2024-01-19