安徽理工大学钢结构PTT第二章.ppt

五、复杂应力作用的影响 三向应力下，形状改变比能等于单向拉伸下积聚的比能时，钢材由弹性转入塑性状态 时，为塑性状态； 时，为弹性状态 对塑性材料，同号应力状态易发生脆断，钢材在异号应力状态时容易发生塑性破坏。 正应力与剪应力表示： 在实腹梁的腹板中： 当纯剪时： 钢材的抗剪设计强度为： 平面应力状态下 当截面有裂纹(内部的或表面的)、孔洞、刻槽、凹角时以及截面厚度或宽度突然改变时，构件中应力分布变得不均匀。在缺陷或截面变化处附近，应力线曲折、密集、出现高峰应力的现象称为应力集中。 当数值相等三向拉应力时，直到材料断裂也不屈服。三向拉应力状态容易脆性破坏。 六、 应力集中的影响 在浇注、轧制和焊接加工过程中，不同部位钢材冷却速度不同产生。 焊接残余应力：在焊缝附近残余拉应力常达到屈服点，在焊缝交叉处经常出现双向、甚至三向残余拉应力场，使钢材局部变脆。 因此，在进行钢结构设计时，应尽量使构件和连接节点的形状和构造合理，防止截面的突然改变。 钢结构焊接构造设计和施工时，尽量减少焊接残余应力。 七、 残余应力的影响 八、反复荷载的影响 钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐累积损伤、产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直到最后破坏，这种现象称为疲劳。关于钢结构的疲劳将在下一节介绍。 第五节 钢材的疲劳 一、 疲劳破坏的特征 钢材在反复荷载作用下，钢材的强度降低，即低于一次静力荷载作用下的拉伸试验强度，这种现象称为疲劳，钢材发生破坏的现象叫做钢材的疲劳；疲劳属于脆性破坏。 内部缺陷----应力集中----产生微裂纹----微裂纹在循环荷载下扩展----截面削弱----宏观裂纹失稳扩展----断裂 引起疲劳破坏的交变荷载有两种类型 常幅交变荷载 常幅疲劳 变幅交变荷载 变幅疲劳 转动的机械零件 常幅疲劳破坏， 吊车桥、钢桥 变幅疲劳破坏。 二、常幅疲劳 1. 非焊接结构的疲劳 疲劳强度 与主体金属 连接类型有关 与循环应力的应力比ρ 循环次数n有关。 n＝2×106次，TJ17-74曾根据试验得到的简化疲劳曲线，验算以拉应力为主的疲劳计算公式如下： 验算部位最大拉应力； 以拉应力为主的疲劳容许强度； =0时的疲劳容许强度，试验定； 构造形式有关的系数，试验定。 2. 焊接结构的疲劳 焊接结构疲劳寿命主要的因素 构件和连接的构造类型和应力幅，而与应力比无关 。 焊接残余应力的影响 σ fy fy σmax σmin Δσ= σmax-σmin fy-Δσ t + - - (a) (b) (c) 焊缝附近的真是循环应力 当名义循环应力为拉时，焊缝附近的残余拉应力已达屈服点不再增加，实际拉应力保持fy不变；当名义循环应力减小到最小时，焊缝附近的实际应力将降至 显然，焊缝附近的真实应力比为 只要应力幅为常数，不管循环荷载下的名义应力比为何值，焊缝附近的真实应力比也为常数。焊缝部位的疲劳寿命主要与 有关。 根据线性累积损伤准则 等效应力幅Δσe，计算公式为： 各应力幅Δσi对应循环次数为ni，相对的疲劳寿命为Ni， 线性累积损伤准则为： 应力幅Δσi循环一次时，将引起1/Ni的损伤，ni次循环的损伤为ni/Ni；其它应力幅水平的常幅循环应力也有各自的损伤状况，当这些损伤份额之和等于1时，将发生疲劳破坏。 或 3.变幅疲劳 等效常幅疲劳应力幅Δσe，循环 次后： 或 将上述代入下式 有 得 则 －以应力循环次数表示的结构预期寿命； ni－应力幅水平为Δσi的应力循环次数。 第六节 钢材的种类和规格 一、建筑用钢的种类 碳素结构钢和低合金高强度结构钢， 优质碳素结构钢、Z型