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五 玻璃強度的特點

5.1 高硬度，抗壓強度比抗拉強度高數倍
常溫下玻璃有許多優異的力學性能：高的抗壓強度、好的彈性、高的硬度，莫氏硬度在5～6之間，用一般的金屬刻化玻璃很難留下痕跡，切割玻璃要用硬度極高的金剛石。玻璃與常用建筑材料的強度比較如下：


　　玻璃 鋼(A3) 鑄鐵 水泥
　　抗壓強度(MPa) 630～1260 ─ 650 20～80
　　抗拉強度(MPa) 28～70 380～470 100～280 ─

　　5.2 玻璃沒有屈服強度
　　玻璃的應力（詞條“應力”由行業大百科提供）應變拉伸（詞條“拉伸”由行業大百科提供）曲線與鋼和塑料是不同的，鋼和塑料的拉伸應力在沒有超過比例極限以前，應力與應變呈線性直線關系，超過彈性極限并小于強度極限，應變增加很快，而應力幾乎沒有增加，超過屈服極限以后，應力隨應變非線性增加，直至鋼材斷裂。玻璃是典型的脆性材料，其應力應變關系呈線性關系直至破壞，沒有屈服極限，與其它建筑材料不同的是：玻璃在它的應力峰值區，不能產生屈服而重新分布，一旦強度超過則立即發生破壞。應力與變形曲線見圖二十。

　　5.3 造成玻璃強度減弱的原因

　　玻璃的理論斷裂強度遠大于實際強度。玻璃的理論斷裂強度就是玻璃材料斷裂強度在理論上可能達到的最高值，計算玻璃理論斷裂強度應該從原子間結合力入手，因為只有克服了原子間的結合力，玻璃才有可能發生斷裂。Kelly在1973年的研究表明理想的玻璃理論斷裂強度一般處于材料彈性模量的1/10～1/20之間，大約為0.7×104 MPa，遠大于實際強度，在實際材料中，只有少量的經過精心制作極細的玻璃纖維的斷裂強度，能夠達到或者接近這一理論的計算結果。斷裂強度的理論值和建筑玻璃（詞條“建筑玻璃”由行業大百科提供）的實際值之間存在的懸殊的差異，造成玻璃強度減弱的原因是因為玻璃在制造過程中不可避免的在表面產生很多肉眼看不見的裂紋，深度約5μm，寬度只有0.01到0.02μm，每mm2 面積有幾百條，又稱格里菲思裂紋,見圖二十一、圖二十二。至使斷裂強度的理論值遠大于實際值。1913年Inglis提出應力集中理論，指出截面的急劇變化和裂紋缺陷附近的區域將產生顯著的應力集中效應，即這些區域中的最大拉應力要比平均拉應力大或者大很多。對于韌性材料，當最大拉應力超過屈服強度之后，由于材料的屈服效應使應力的分布愈來愈均勻，應力集中效應下降；對玻璃這樣的脆性材料，高度的應力集中效應保持到斷裂時為止，所以對玻璃結構除了要考慮應力集中效應之外，還要考慮斷裂韌性。

　　5.4玻璃斷裂的特點。

　　(1) 斷裂強度大小不一，離散度很大，見圖二十三。

　　(2)由于拉應力作用，斷裂一般起源于玻璃表面。

　　(3)斷裂強度與裂紋深度有直接關系，見圖二十四。

　　(4)斷裂強度與荷載的持續時間有一定的關系，見圖二十五。

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