鋼結(jié)構(gòu)考試知識點總結(jié)（應力集中對鋼材機械性能的影響及減小措施及減小措施）

韶關鋼結(jié)構(gòu)施工工程9秒前1閱讀0評論

鋼結(jié)構(gòu)考試知識點總結(jié)：，，應力集中對鋼材機械性能的影響是一個重要的考點，它會導致局部區(qū)域的應力超過材料的屈服強度。這種應力集中會降低材料的塑性和韌性，增加疲勞裂紋的形成概率。為了減小應力集中，可以采取以下措施：，，1. 設計優(yōu)化：通過合理的設計，如采用適當?shù)男螤睢⒊叽绾筒牧辖M合，可以有效地分散應力，減少應力集中。，，2. 結(jié)構(gòu)強化：使用高強度材料或進行表面處理，如噴砂、熱處理等，可以提高材料的抗拉強度和韌性，從而減少應力集中。，，3. 預應力技術：通過施加預應力，可以在鋼材中產(chǎn)生壓應力，抵消部分拉應力，從而降低應力集中程度。，，4. 支撐與連接設計：合理的支撐和連接設計可以減少應力集中，提高結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性。，，5. 施工質(zhì)量控制：嚴格控制施工過程中的安裝質(zhì)量，確保構(gòu)件之間的連接緊密可靠，避免因連接不當導致的應力集中。

鋼結(jié)構(gòu)考試知識點總結(jié)（應力集中對鋼材機械性能的影響及減小措施及減小措施）結(jié)構(gòu)污水處理池設計第1張

一、鋼結(jié)構(gòu)的特點

優(yōu)點
- 自重較輕：相較于其他結(jié)構(gòu)形式，鋼結(jié)構(gòu)自身重量小，在大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑等對自重要求較高的建筑類型中優(yōu)勢明顯，能夠減少基礎負荷，降低工程造價等。
- 工作可靠性較高：鋼結(jié)構(gòu)在正常使用情況下能夠穩(wěn)定工作，其結(jié)構(gòu)的安全性有保障。
- 抗振（震）性、抗沖擊性好：鋼材具有良好的吸收振動和沖擊能量的能力，適用于承受動荷載的結(jié)構(gòu)，如工業(yè)廠房中的吊車梁等結(jié)構(gòu)。
- 制造工業(yè)化程度高，施工周期短：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件可在工廠進行大規(guī)模生產(chǎn)制造，然后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行安裝，這樣能夠提高施工效率，縮短整體建設周期。
- 塑性、韌性好：在受到較大荷載作用時，鋼材能夠發(fā)生較大的塑性變形而不突然斷裂，這一特性使得鋼結(jié)構(gòu)具有較好的安全性儲備，能夠在一定程度上抵御意外荷載的沖擊。
- 密閉性好：適用于容器和大直徑管道等對密閉性要求較高的結(jié)構(gòu)，防止液體或氣體泄漏。
- 強度高：鋼材的高強度特性使得鋼結(jié)構(gòu)能夠承受較大的荷載，在高層建筑、大跨度結(jié)構(gòu)中能夠以較小的截面尺寸滿足結(jié)構(gòu)的受力要求，同時還可以提高有效使用面積。
缺點
- 普通鋼材耐銹蝕性差：在潮濕或有腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中容易生銹腐蝕，需要采取防腐措施，如涂刷防腐漆等，以延長鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命。
- 普通鋼材耐熱不耐火：在高溫環(huán)境下，鋼材的強度會顯著降低，當溫度達到一定程度（如600℃左右）時，鋼材基本喪失承載能力。因此鋼結(jié)構(gòu)在有防火要求的建筑中需要進行防火處理，如噴涂防火涂料等。
- 鋼材低溫時脆性增大：當溫度降低到一定程度時，鋼材的韌性降低，脆性增加，容易發(fā)生脆性斷裂，在寒冷地區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)設計和使用時需要考慮這一因素。

二、鋼結(jié)構(gòu)的應用范圍

大跨度結(jié)構(gòu)：如體育場館、展覽館等。因為鋼結(jié)構(gòu)重量輕，能夠減少大跨度結(jié)構(gòu)自身的重量，降低對下部結(jié)構(gòu)的壓力，從而實現(xiàn)較大的跨度要求。
高層建筑：由于鋼結(jié)構(gòu)重量輕、抗震性能好，而且強度高、截面尺寸小，可以提高建筑物的有效使用面積，適用于高層商業(yè)建筑、寫字樓等高層結(jié)構(gòu)的建設。
輕質(zhì)結(jié)構(gòu)：冷彎薄壁型鋼、輕型鋼常用于輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的建造，如輕鋼住宅等，這類結(jié)構(gòu)自重輕，可降低基礎造價，且施工方便快捷。
高聳結(jié)構(gòu)：例如電視塔、通信塔等。鋼結(jié)構(gòu)輕、截面尺寸小的特點使其在高聳結(jié)構(gòu)中具有良好的抗震和抗風性能，能夠適應高聳結(jié)構(gòu)所受的復雜荷載作用。
活動式結(jié)構(gòu)：像活動板房等臨時性建筑，鋼結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)特點方便移動和搭建。
可拆卸或移動的結(jié)構(gòu)：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件較輕，運輸方便，拆卸也較為容易，適合用于可拆卸或移動的結(jié)構(gòu)，如臨時展廳等。
容器和大直徑管道：利用鋼材的密閉性好的特點，用于制作各類儲存容器和大直徑管道，如儲油罐、輸油管道等。

三、結(jié)構(gòu)設計相關概念

結(jié)構(gòu)設計的目的：包括安全性、耐久性、適用性。安全性是指結(jié)構(gòu)在正常施工和使用過程中能夠承受各種荷載和作用而不發(fā)生破壞；耐久性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設計使用年限內(nèi)，在正常維護條件下，能夠保持其使用功能；適用性是指結(jié)構(gòu)在正常使用過程中不會產(chǎn)生影響使用的變形、裂縫等問題。
影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素：荷載效應S和結(jié)構(gòu)抗力R。Z = R - S，Z表示結(jié)構(gòu)完成預定功能狀態(tài)的函數(shù)，簡稱功能函數(shù)，當Z = 0時為極限狀態(tài)。
極限狀態(tài)設計方法
- 承載能力極限狀態(tài)
  - 整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分失去平衡，如傾覆等。
  - 結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料的強度而破壞，包括疲勞破壞，或過度變形不適于繼續(xù)承載。
  - 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系。
  - 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定性。
  - 地基喪失承載能力而破壞。
- 正常使用極限狀態(tài)
  - 影響正常使用或外觀的變形。
  - 影響正常使用或耐久性能的局部破壞（包括裂縫）。
  - 影響正常使用的振動。
  - 影響正常使用的其他特定狀態(tài)。
可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設計使用年限內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率。鋼結(jié)構(gòu)連接是以破壞強度而不是屈服作為承載能力的極限狀態(tài)。

四、鋼結(jié)構(gòu)的材料

鋼材的分類（按脫氧方法）：分為沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼，脫氧劑為硅和錳。
鋼材的熱處理：包括淬火、正火、回火等處理方式，可以改變鋼材的性能，如提高強度、改善韌性等。
強度設計值按厚度劃分的原因：同種類鋼材，隨著厚度或者直徑的減小，鋼材的軋制力和軋制次數(shù)增加，鋼材的致密性較好，存在大缺陷的幾率較小，故強度會提高，而且鋼材的塑性也會提高。
碳、硫、磷對鋼材性能的影響
- 碳：碳含量增加，強度提高，但塑性、韌性和疲勞強度下降，同時惡化可焊性和抗腐蝕性。
- 硫：硫使鋼熱脆，即高溫時使鋼變脆，降低鋼的塑性、韌性、可焊性和耐疲勞性能，是有害成分（一般要求硫含量<0.045%）。
- 磷：磷使鋼冷脆，即低溫時使鋼變脆，降低鋼的塑性、韌性、可焊性和耐疲勞性能（一般要求磷含量<0.12%）。

五、其他知識點

促使鋼材轉(zhuǎn)脆的主要因素
- 鋼材質(zhì)量差、厚度大：鋼材的碳、硫、磷、氧、氮等元素含量過高，晶粒較粗，夾雜物等冶金缺陷嚴重，韌性差等；較厚的鋼材軋制次數(shù)較少，材質(zhì)差、韌性低，可能存在較多的冶金缺陷。
- 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件構(gòu)造不合理：孔洞、缺口或截面改變急劇或布置不當?shù)仁箲袊乐亍?/li>
- 制造安裝質(zhì)量差：焊接、安裝工藝不合理，焊縫交錯，焊接缺陷大，殘余應力嚴重；冷加工引起的應變硬化和隨后出現(xiàn)的應變時效使鋼材變脆。
- 結(jié)構(gòu)受有較大動力荷載或反復荷載作用：當荷載在結(jié)構(gòu)上作用速度很快時（如吊車行進時由于軌縫處高差而造成對吊車梁的沖擊作用和地震作用等），材料的應力 - 應變特性就要發(fā)生很大的改變。隨著加荷速度增大，屈服點將提高而韌性降低。特別是和缺陷、應力集中、低溫等因素同時作用時，材料的脆性將顯著增加。
- 在較低環(huán)境溫度下工作：當溫度從常溫開始下降時，材料的缺口韌性將隨之降低，材料逐漸變脆。不同的鋼種，向脆性轉(zhuǎn)化的溫度并不相同。同一種材料，也會由于缺口形狀的尖銳程度不同，而在不同溫度下發(fā)生脆性斷裂。
應力集中對鋼材機械性能的影響及減小措施
- 影響：在材料斷面急劇變化，結(jié)構(gòu)形狀急劇變化，材料內(nèi)部有氣孔、夾渣等缺陷，斷面開孔等部位，應力比正常值高出許多，這種現(xiàn)象叫應力集中。應力集中會導致零件局部應力過大，容易引起結(jié)構(gòu)的破壞。應力集中系數(shù)的大小，只與構(gòu)件形狀和尺寸有關，與材料無關。
- 減小措施：在設計時應盡量避免構(gòu)件形狀和尺寸的急劇變化，對零件的面面交截處進行合理的倒角或倒圓處理，減少應力集中現(xiàn)象的產(chǎn)生。冷彎試驗能反映試件彎曲處的塑性變形，能揭示鋼材是否存在內(nèi)部組織不均勻、內(nèi)應力和夾雜物等缺陷，也能對鋼材的焊接質(zhì)量進行嚴格的檢驗，能揭示焊件受彎表面是否存在未熔合、裂縫及雜物等缺陷。冷彎性能也是鋼材機械性能的一項指標，常作為靜力拉伸試驗和沖擊試驗等補充試驗。對一般結(jié)構(gòu)構(gòu)件所采用的鋼材，可不必通過冷彎試驗；只有某些重要結(jié)構(gòu)和需要冷加工的構(gòu)件，才要求它不僅伸長率合格，而且冷彎試驗也要合格。