第一節鋼結構對鋼材性能的要求
適合於鋼結構的鋼材稱為結構鋼。作為結構鋼,對其力學性能的要求是多方麵的,均應全麵衡量。在此,分別對其各種力學指標進行討論。
一、強度
鋼材強度指標主要指屈服極限和抗拉強度。前者可近似認為是彈性工作階段的最高應力值。越高,則結構自重越輕,也就越能節約鋼材,造價也就越低。後者是鋼材破壞前能承受的最大應力。鋼材在達到時,已由於產生很大的塑性變形而失去使用性能,實用意義不大,但、高者則可增加結構的潛在安全儲備。
由單向均勻受力的靜載拉伸試驗獲得的,它們隻有在承受靜載而應力分布又較均勻的結構或構件中,才具有決定性意義。
低碳鋼和普通低合金鋼(含碳置和低碳鋼相同)一次拉伸的應力應變曲線,簡化的光滑曲線。由應力,應變曲線表示的各種物理力學性能如下:為完全彈性性能的最高應力,可稱之為彈性比例極限,變形可完全恢複。其應力與應變關係服從胡克定律。彈性階段到屈服點段中,變呈微曲線關係,稱弾塑性階段點應力為屈服應力,或稱之為屈服極限。50段為屈服台階,是塑性流動階段。為應變硬化階段為抗拉強度,這一階段試件出現“頸縮”現象,隨後很快斷裂。
對於沒有明顯屈服點的鋼材,規定永久變形時的應力作為屈服點,為了區別起見,把這種名義屈服點作為屈服強度在鋼結構不再區分。
二、塑性
鋼材在荷載作用下,斷裂前如能產生較大的塑性變形,則稱此鋼材具有延展性,或稱此鋼材具有塑性。衡量鋼材塑性好壞的主要指標是伸長率和斷麵收縮率診。若試件的原標距長度為、當試件拉斷後。
由於伸長率與試件尺寸有關,是一種籠統說明鋼材塑性的指標,其值越大,鋼材的塑性越好。
在實際工程中,構件中的個別區域難免不出現應力集中、點的材料缺陷或實際受力與計算假定不相符合等問題。此時,若鋼材能具有良好的塑性時,在受力達到一定程度後,點的材料會因屈服而產生塑性變形,使構件內部應力趨於均勻,從而不致因這些點首先出現裂紋並擴展到全構件截麵而導致破壞。尤其是在動力荷載(包括衝擊荷載和振動荷載)作用下的結構,材料的塑性好壞常是決定結構是否安全可靠的主要因素之一。故鋼材塑性指標和強度指標同等重要。