电力工程技术基础

电力工程技术基础知识,第一部分 建筑材料 一、建筑材料概述 （一）定义 从广义上讲，建筑材料是建筑工程中所有材料的总称。它不仅包括构成建筑物的材料，还包括在建筑施工中应用和消耗的材料。 构成材料：混凝土、砂浆、水泥、钢筋、砖等； 应用消耗材料：脚手架、钢模板、安全防护网等。 （二）分类 1. 按化学成分分 非金属材料：无机非金属材料（水泥、砂石等）和有机非金属 材料（沥青、木材、各种塑料及制品）。 金属材料：黑色金属（钢、铁、铬、锰及其合金）、有色金属（铜、铝、锌、铅及其合金,复合材料：普通混凝土、钢筋混凝土等。 2. 按使用功能分 结构材料：构成建筑物受力构建所用的材料，如梁、板、柱等。 围护材料：用于建筑物围护结构的材料，如门、窗、墙体等。除了要有较好的强度和耐久性，还要符合节能要求。 功能材料：担负某些功能的非承重材料，如防水材料、装饰材料、绝热材料、吸声隔声材料、密封材料等。 （三）发展方向 1. 传统建筑材料的性能向轻质、高强、多功能的方向发展。 2. 化学建材将大规模应用于建筑工程中。 主要包括建筑塑料、建筑涂料（纳米技术高档墙体涂料）、防水材料、绝热材料、特种陶瓷、建筑胶黏剂等,优点：可以代替部分钢材、木材，有较好的装饰性。 3. 从使用单体材料向使用复合材料发展 把金属材料和高分子复合材料结合在一起的复合材料。如轻质混凝土、高强度合金材料、纤维混凝土、聚合物混凝土等。 4. 绿色建筑材料将大量生产和使用 绿色建材又称生态建材、环保建材、健康建材。是材料科学和工程研究发展的必然趋势。主要体现在： 原材料尽可能少用天然资源，尽量使用工业废料、废渣、废液； 生产采用低能耗、无污染的制造工艺和技术； 在原材料配置和生产过程中，不使用有害和有毒物质； 材料在使用结束和废弃后，再生利用率高或者在自然界,中能够自然降解，不形成对环境有害的物质。 （四）建筑材料的标准化 产品标准化是现代工业发展的产物，是组织现代化大生产的主要手段，也是科学管理的主要组成部分。主要内容有： 1. 建材工业企业必须严格按照技术标准进行设计、生产，以确保产品质量，生产出合格的产品； 2. 使用者必须按照技术标准选择、使用合格的材料，使设计、施工标准化，以确保工程质量，加快施工进度，降低工程造价； 3. 供需双方必须按照技术标准进行材料验收，确保双方的利益。 标准的种类：按约束性分强制性标准、推荐性标准；按对象分技术标准、管理标准、工作标准；按外在形态分图表,标准、实物标准、 标准的级别：分国家标准、行业标准、地方标准、企业标准四个级别。 各级标准均有相应的编号，由标准名称、标准代号、发布顺序和发布年号组成。 例如：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥GB 1751999 标准名称：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 标准代号：GB 发布顺序号：175 发布年号：1999年 各级标准相应代号： GB国家标准 GBJ建筑工程国家标准 GB/T国家推荐标准 JGJ建设部建筑工程标准,YB冶金部行业标准 JT交通部行业标准 LY林业部行业标准 JC建设部建筑材料标准 DB地方标准 QB企业标准 二、胶凝材料水泥 水泥属于无机水硬性胶凝材料。 水泥按性能和用途分为通用水泥、专用水泥（砌筑水泥、大坝水泥道路水泥等）和特性水泥（某种特性比较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥等），后两种又称为特种水泥。下面介绍在工程中应用最为广泛的硅酸盐水泥、膨胀水泥。 （一）硅酸盐水泥 硅酸盐系列水泥的主要水硬性物质为硅酸钙，名称中均有“硅酸盐”三个字。 石灰石、黏土、铁矿粉 生料 熟料，加石膏、混合材料 硅酸盐水泥,硅酸盐水泥的的特性和适用范围 1、主要特性 优 点: 强度等级高 快硬、早强 抗冻性好，耐磨性和不透水性 强 缺 点 : 水化热高 耐热性较差 耐蚀性较差 2、适用范围 适 用 于,配置高强混凝土 生产预制构件 道路、低温下施工的工程 不 适 用 于： 大体积混凝土 地下工程 受化学侵蚀的工程 （二）膨胀水泥 一般水泥在结硬时体积会收缩，产生微裂缝，对混凝土的强度和整体性不利。膨胀水泥在硬化过程中能产生一定的体积膨胀，适用于配置收缩补偿混凝土，用于构件的接缝及管道接头、混凝土结构的加固和维修；防渗堵漏工程、机器底座及地脚螺丝的固定等,三、结构材料 （一）普通混凝土 1. 主要特点 优点： 原料丰富，成本低廉； 具有良好的可塑性； 抗压强度高； 与钢筋有牢固的黏结力，与钢筋有基本相同的线膨胀系数； 具有良好的耐久性； 生产能耗低，维修费用少； 充分利用工业废料（粉煤灰、磨细矿渣粉），有利于环境保护； 耐火性好,缺点：自重大，抗拉强度低，脆性、易裂缝，生产周期长，视觉和触觉性能差。这些缺陷使混凝土的应用受到限制。 2. 混凝土外加剂 混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的用以改善混凝土性能的物质。其掺量不大于水泥质量的5%（特殊情况除外）。 外加剂通常有减水剂、早强剂、缓凝剂、速凝剂、引气剂、膨胀剂、防冻剂、阻锈剂、防水剂等等。 主要功能： 改善混凝土拌合物和易性； 提供混凝土的强度和耐久性； 节约水泥； 调节混凝土的凝结硬化速度,改善混凝土的毛细孔结构； 提高混凝土与钢筋的握裹力； 调节混凝土的含气量； 阻止钢筋锈蚀； 降低水泥初期水化热； 提高骨料与水泥石界面的黏结力。 3. 主要技术性能 （1）和易性 是指混凝土拌合物在施工过程中能否保持其成分均匀，不发生离析、泌水现象的性能。和易性是一项综合性指标，包括流动性、黏（粘）聚性和保水性。 流动性：指混凝土拌合物在自重或机械振捣作用下，能流动并均匀密实填满模板的性能。流动性的大小，反映混凝土拌合物的稀稠，直接影响浇捣施工的难易和混凝土的质量,黏聚性：指混凝土拌合物内组分之间具有一定的内聚力，在运输和浇注过程中不致发生分层剥离现象，是混凝土保持主题均匀的性能。 保水性：指混凝土拌合物具有一定的保持内部水分的能力，在施工中不致发生严重的泌水现象。 三者相互关联又互相矛盾，流动性大，往往黏聚性和保水性差，反之亦然。 和易性的评定通常用塌落度来测定。 （2）强 度 主要有抗压、抗拉、抗弯、抗剪等强度。其中抗压强度最高，因此在结构中主要用于受压。 立方体抗压强度：边长为150mm的立方体试块经过28天标准养护，试压后得到的抗压强度标准值（N/mm2）。 混凝土强度等级: 按立方体抗压强度标准值划分，用字母“C”表示，从C10-C80共15个强度等级,二）建筑砂浆 1. 砌筑砂浆：主要是混合砂浆 2. 普通抹面砂浆：水泥砂浆、混合砂浆、石灰砂浆、水泥麻刀砂浆 （三）建筑钢材 建筑钢材是指以铁元素为主要元素，含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。主要有用于钢结构的各种型钢、钢板和用于钢筋混凝土结构中的各种钢筋、钢丝、钢绞线。 1. 钢材的分类 按脱氧程度分类 沸腾钢：仅用弱脱氧剂锰铁进行脱氧，铸锭时有大量气泡外逸，状似沸腾而得名。其组织不够严密，有气泡夹杂，质量较差，但成品率高，成本低。 镇静钢：用必要数量的硅、锰和铝等脱氧剂进行彻底脱氧。脱氧充分，铸锭时钢水平静凝固而得名。其组织致密,性能稳定，是质量较好的钢种。 半镇静钢：脱氧程度、质量及成本均介于沸腾钢和镇静钢之间。 特殊镇静钢：质量、成本和性能均高于镇静钢。 建筑工程中，主要使用沸腾钢、半镇静钢和镇静钢。 2. 建筑钢材的标准 碳素结构钢的牌号表示方法：由代表屈服点的字母Q、屈服点的数值、质量等级符号（按杂质含量多少分为A、B、C、D四个等级）、脱氧方法四部分按顺序组成。 例如: Q235 AF,表示屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。 Q235-B表示屈服强度为235MPa的B级镇静钢. 对于特殊镇静钢和镇静钢，钢的牌号予以省略。 Q235是建筑工程中最常用的碳素结构钢牌号，它具有较高的强度，又具有较好的塑性、韧性和可焊性,四、建筑功能材料 （一）防水材料 防水材料是用于防止建筑物渗漏的一大类材料 ，广泛用于建筑物的屋面、地下室及水利、地铁、隧道等工程。 按形态和功能可分为防水卷材、防水涂料、防水密封材料刚性防水材料。按其组成可分为沥青基防水材料、改性沥青防水材料和合成高分子防水材料。 沥青基防水材料 是传统的建筑防水材料，通常用于防水等级不太高的工程，主要品种有沥青防水卷材（石油沥青油毡、油纸、石油沥青玻璃纤维布胎油毡等）、沥青防水涂料（冷底子油、沥青胶等）。 高聚物改性沥青防水材料 常用的有SBS改性沥青防水材料、APP改性沥青防水材,料、橡胶基防水材料等。 合成高分子防水材料 主要有三元乙丙橡胶防水卷材、PVC防水卷材、聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料等。 高聚物改性沥青防水材料和合成高分子防水材料因其具有较高的低温弹性和塑性，高温稳定性和抗老化性，综合防水性能好，是目前建筑工程中推广使用的新型防水材料，一般用于防水要求较高的工程中。 （二）装饰材料 包括地面、墙体、内墙、顶棚等。 （三）绝热材料 热导率低于0.175W/（mK）的材料成为绝热材料。绝热材料应特别注意防潮。常用的绝热材料有岩棉、矿棉及制品，膨胀珍珠岩及制品，膨胀蛭石及制品，泡沫塑料等,料、橡胶基防水材料等。 合成高分子防水材料 主要有三元乙丙橡胶防水卷材、PVC防水卷材、聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料等。 高聚物改性沥青防水材料和合成高分子防水材料因其具有较高的低温弹性和塑性，高温稳定性和抗老化性，综合防水性能好，是目前建筑工程中推广使用的新型防水材料，一般用于防水要求较高的工程中。 （二）装饰材料 包括地面、墙体、内墙、顶棚等。 （三）绝热材料 热导率低于0.175W/（mK）的材料成为绝热材料。绝热材料应特别注意防潮。常用的绝热材料有岩棉、矿棉及制品，膨胀珍珠岩及制品，膨胀蛭石及制品，泡沫塑料等,第二部分 力学与结构基础知识 一、力学的基础知识 （一）概述 建筑物在使用中会受到各种力的作用，如外墙上的风力，屋顶上的积雪，楼板上的人群，设备重量以及各部分构件自身的重量，这些作用在建筑物上的力，工程上称为荷载。在建造之前，设计人员将对它的所有构件进行一一分析，构件的尺寸大小，所用材料、排列位置等都要通过结构来计算、确定。 （二）静力学的基础知识 1. 力 力是物体之间的相互作用，这种作用的效果会使物体的运动状态发生变化，或者使物体发生变形。 2. 约束和约束反力 约束：阻碍物体运动的限制物称为该物体的约束,约束反力：当物体沿着约束所能限制的方向有运动或运动的趋势时，约束对该物体必然有力的作用，该力就称为约束反力。 支座反力：支座约束产生的反力。 3. 常见的支座 （1）固定绞支座 （2）可动绞支座 （3）固顶端绞支座 4. 力矩与力偶 （1）力矩 力的大小与力的作用线到转动中心的距离的乘积。 F O d,MFd ，其中顺时针方向为负，逆时针方向为正。 （2）力偶 两个等值、反向、不共线的平行力组成的力系称为力偶。组成力偶的两个力作用线间的垂直距离称为力偶臂。 F MFd F,力偶在生活中有很多应用：拧水龙头、拧钥匙、汽车方向盘等。 5. 平衡条件 （1）当物体处于平衡状态时，平面汇交力系的合力为零。 即X=0(水平方向的合力为零), Y=0（竖直方向的合力为零） （2）当物体处于平衡状态时，各力偶的代数和为零。 即M=0 例：另见材料,四）静定结构内力分析 1. 内力的产生 外力对物体施加作用，在物体内会产生反抗力，这种抗力称为内力。 2. 结构内力轴力、剪力、弯矩 轴力轴向拉伸或压缩时的内力 剪力平行于横截面的内力 弯矩作用面与横截面向垂直的内力偶矩。 平面弯曲外力作用在对称面内的弯曲。 3. 内力的计算 常见的单跨静定梁有以下三种形式： （1）悬臂梁 （2）简支梁,3）外伸梁 4. 内力图 举例说明常见的静定梁的剪力图、弯矩图。 （五）杆件的强度 以杆件的轴向受压为例，其横截面上的应力等于 =N/A （N/ mm2 ） 横截面上的压应力； N杆件承受的轴向压力； A杆件横截面面积。 利用强度公式，可以解决工程中有关杆件强度的三类问题： 1. 强度校核 =N/A 2. 设计截面尺寸 AN/ 3