缺口处的应力集中·钢结构设计原理
钢结构设计原理模拟题三答案
钢结构设计基本原理》模拟题三参考答案一．名词解释1.高强钢材：通过各种可能的技术措施（如硬化、热处理）提高钢材的强度，但对其他性能削弱并不过大的钢材。
2.兰脆现象：温度达到250℃左右时，钢材的fu略有提高，而塑性却降低，钢材呈现脆性，表面发蓝的这种现象称为兰脆现象。
3.应力集中：构件截面改变处，如裂纹，缺口，孔洞，不同厚，不等宽位置处，应力分布不均匀，截面改变位置处的应力远远高于该平面的平均应力，这种现象称为应力集中。
疲劳断裂：是钢材在反复交变荷载作用下的一种脆性破坏。
从累积损伤理论来讲，疲劳破坏过程是裂纹萌生，扩展直至破坏的一个过程。
可焊性：钢材经焊接后不出现裂纹或裂缝的性质。
4.冷弯性能：可以较为严格地表示钢材塑性变形能力地综合指标，直接反映材质优劣及内部有无缺陷。
5.塑性破坏：是钢材地一种破坏形式。
破坏前，延续时间长，变形大，破坏前有先兆；断口呈纤维状，有明显颈缩，断面颜色发暗，与轴线大约成45○角。
有时可以看到滑移线痕迹。
6.冲击韧性：是钢材抵抗冲击荷载（动荷载）地能力，是反映强度和塑性的综合指标。
有常温，负温，0℃的冲击韧性。
7.屈强比：该数值可以反映钢材塑性变形及强度储备的相对大小。
10.换算长细比：对于格构柱的虚轴，剪切应变能对该轴整体稳定性的影响不能忽视，采用换算长细比。
缀条柱：=oxλ1227AAx+λ缀板柱：=oxλ212λλ+x1.答：（1）焊接时不均匀的升温冷却过程；（2）钢材的轧制；（3）钢材的冷加工；（4）钢材的火焰切割。
2. 答：（1）荷载作用种类，位置及梁端支撑情况；（2）截面的抗弯刚度；（3）截面的抗扭刚度；（4）侧向支撑点的间距；（5）梁高。
3. 答：（1）含C增大，f y、fu提高，δ、冲击韧性降低，抗锈蚀能力及可焊性变差；（2）含S增大，降低钢材的δ、冲击韧性，可焊性及抗锈蚀性能，f y、fu略有提高，导致“热脆”；（3）含P增大，f y、fu及抗锈蚀能力提高，但严重降低塑性、韧性及可焊性，导致“冷脆”；（4）含N增大，影响与P相同；（5）含O增大，影响与S相同；4. 答：温度对钢材性能的影响：在正温范围内（T >0℃），总的趋势，随着温度的升高，钢材的强度降低，塑性增大。
应力集中点解释
应力集中点解释全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：应力集中点是指在结构中，由于结构的几何形状、载荷作用位置或边界条件等原因，导致局部区域受到集中载荷或应变引起的应力集中现象。
应力集中点往往会导致材料的强度降低，容易引发疲劳断裂或塑性变形等问题，因此在工程设计和实际生产中需要尽量避免或减轻应力集中点的存在。
应力集中点的形成主要有以下几种原因：1. 几何形状引起的应力集中：在结构中存在类似缺口、孔穴、凹槽等几何缺陷的部位，由于这些区域在受力时应力线会集中，造成应力增大。
尤其是当存在突角或过渡圆角时，更容易引发应力集中现象。
2. 载荷作用位置引起的应力集中：当外部载荷作用在结构的局部区域时，由于该区域受力集中，会导致应力集中的现象。
当荷载集中在结构的边缘或角部时，容易引起应力集中。
3. 边界条件引起的应力集中：结构的边界条件对于应力传递有重要影响，当边界条件突然改变或受到限制时，会导致应力集中。
结构的支座处或连接处存在过渡区域，可能造成应力集中。
应力集中点会对结构的强度和稳定性产生不利影响，易于引发疲劳断裂、应力腐蚀开裂或塑性局部变形等问题。
为了避免或减轻应力集中点的存在，工程设计和生产中可以采取以下措施：1. 合理设计结构的几何形状：避免过于尖锐的边角或孔洞，尽量设计光滑的曲线过渡，减少几何缺陷对应力集中的影响。
2. 优化结构的载荷分布：合理设计载荷的作用位置和分布，避免在结构的局部区域产生过大的应力，减轻应力集中的现象。
3. 加强结构的支撑和连接：合理设计结构的支座和连接件，增强结构的整体性和稳定性，减少边界条件引起的应力集中。
4. 使用合适的材料和加工工艺：选择高强度、韧性和抗疲劳性能良好的材料，对结构进行合理加工和处理，提高结构的耐久性和安全性。
应力集中点是结构设计和生产中需要重点关注和处理的问题，通过合理设计、加强控制和优化优化手段，可以有效避免或减轻应力集中的存在，保障结构的安全可靠运行。
《结构设计原理》课后单元习题及答案12
单元12 钢结构思考与练习1.手工电弧焊、自动或半自动焊的原理各是什么？各有何特点？答：手工电弧焊是一种很常用的焊接方法。
通电后，在涂有药皮的焊条与焊接之间产生电弧，电弧的温度可到达3000℃。
在高温作用下，电弧周围的金属变成液态，形成熔池，同时焊条中的焊丝融化滴落入熔池中，与焊件的熔融金属互相结合，冷却后即变成焊缝。
焊条药皮则在焊接过程中形成气体保护电弧和熔化金属，并形成熔渣覆盖焊缝，防止空气中的氧、氮等有害气体与熔化金属接触而形成易脆的化合物。
手工电弧焊的设备简单，操作灵活方便，适于任何空间位置的焊接，特别适于焊接短焊缝；但其产生效率低、劳动强度大，焊接质量与焊工技术水平有很大的关系。
埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。
主要设备是自动电焊机，它可沿轨道按选定的速度移动。
通电引弧后，由于电弧的作用，使埋于焊剂下的焊丝和附近的焊剂熔化，焊渣浮在熔化的焊缝金属上面，使熔化金属不与空气接触，并提供焊缝金属以必要的合金元素。
随着焊机的自动移动，颗粒状的焊剂不断地由料斗漏下，电弧完全被埋在焊剂之内，同时焊丝也自动弧焊。
半自动和自动的区别仅在于前者沿焊接方向的移动靠手工操作完成。
埋弧焊的焊丝不涂药皮，但施焊端为焊剂所覆盖，能对较细的焊丝采用大电流。
电弧热量集中，熔深大，适于厚板的焊接，具有很高的生产效率。
采用自动或半自动化操作、焊接时工艺条件稳定，焊缝化学成分均匀，故形成的焊缝质量好，焊件变形小。
同时，较高的焊速也减小了热影响区的范围。
但埋弧焊对焊件边缘的装配精度要求比手工焊高。
2.对接焊缝的截面形式有哪些？对接焊缝有何特点？答：对接焊缝的焊件边缘常需加工坡口，故又称为坡口焊缝。
焊缝金属填充在坡口内，所以对接焊缝是被连接板件的组成部分。
坡口形式与焊件厚度有关。
当焊件厚度很小（t≤10 mm）时，可用直边缝。
对于一般厚度（t=10~20 mm）的焊件可采用具有斜坡口的单边V形或Vp 形焊缝。
斜坡口和离缝b共同组成一条焊条能够运转的施焊空间，使焊缝易于焊透，钝边具有托住熔化金属的作用。
应力集中分析
LOGO应力集中分析Document serial number [UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108]应力集中分析假设应力在整个横截面上均匀分布而且整个杆件是均匀的，则有公式F（J =—心F为该截面上的拉内力，A为材料该截面的横截面积。
而实际上，构件并不是如此理想的，由于某种用途，在构件上经常需要有些孔洞、键槽、缺口、轴肩、螺纹或者是其他杆件在儿何外形上的突变。
所以在实际工程中，这些看似细小的变形可能导致构件在这些部位产生巨大的应力，其应力峰值远大于由基本公式算得的应力值，这种现象称为应力集中，从而可能产生重大的安全隐患。
应力集中削弱了构件的强度，降低了构件的承载能力。
应力集中处往往是构件破坏的起始点，是引起构件破坏的主要因素。
同时，应力集中的存在降低了整个构件的材料利用率，因为可能为了一部分结构的稳定而采用较高的等级的材料，与此同时构件其他部分的强度并不需要如此高的性能。
因此，为了确保构件的安全使用，提高产品的质量和经济效益，必须科学地处理构件的应力集中问题。
一、应力集中的表现及解释（主要分析拉压应力）1、理论应力集中系数：工程上用应力集中系数来表示应力增高的程度。
应力集中处的最大应力与基准应力久之比，定义为理论应力集中系数，简称应力集中系数，即在(4)式中，最大应力入汰可根据弹性力学理论、有限元法计算得 到，也可由实验方法测得；而基准应力6是人为规定的应力比的基准， 其取值方式不是唯一的，大致分为以下三种：(1) 假设构件的应力集中因素(如孔、缺口、沟槽等)不存在，以 构件未减小时截面上的应力为基准应力。
(2) 以构件应力集中处的最小截面上的平均应力作为基准应力。
(3) 在远离应力集中的截面上，取相应点的应力作为基准应力。
理论应力集中系数反映了应力集中的程度，是一个大于1的系数。
而且实验结果还表明：洁面尺寸改变愈剧烈，应力集中系数就愈大。
2、几种常见表现⑴时，长轴两端孔边处的拉应力集中系数为(l+2a/b)。
缺口处的应力分布组合变形
缺口处的应力分布组合变形缺口处的应力分布及其组合变形缺口处的应力分布是指在材料或结构中存在缺口的部位，由于缺口的存在会导致应力分布的不均匀。
在分析缺口处的应力分布时，常常会考虑其组合变形，即缺口处产生的应力对整体结构的影响。
缺口处的应力分布主要包括拉应力和剪应力。
拉应力是指垂直于缺口边缘的应力，其大小与缺口的尺寸、材料的性质、外力的大小和方向等因素有关。
剪应力是指平行于缺口边缘的应力，其大小与缺口的尺寸、材料的性质、外力的大小和方向等因素也有关。
缺口处的应力分布是不均匀的，通常会出现最大应力和最小应力的集中现象。
最大应力往往集中在缺口两侧的边缘处，而最小应力则集中在缺口的内部。
这种应力分布的不均匀性会导致材料或结构的强度下降，从而可能引发一些问题，如裂纹的产生和扩展等。
缺口处的应力分布会对整体结构产生组合变形。
组合变形是指缺口处的应力作用下，整体结构发生的形变现象。
这种形变可以是缺口处的局部收缩或拉伸，也可以是整个结构的扭曲或变形。
组合变形的大小与缺口的尺寸、材料的性质、外力的大小和方向等因素有关。
缺口处的应力分布和组合变形对材料或结构的性能和安全性有重要影响。
在设计材料或结构时，需要充分考虑缺口处的应力分布和组合变形，采取相应的措施来避免或减小其对整体结构的影响。
可以通过增加材料的厚度或强度、改变结构的形状或加固缺口处等方式来提高整体结构的强度和稳定性。
在实际工程中，缺口处的应力分布和组合变形是一个重要的研究内容。
通过对缺口处的应力分布和组合变形进行研究，可以为材料和结构设计提供科学依据，提高其性能和安全性。
缺口处的应力分布和组合变形是材料和结构研究中的重要内容。
了解和掌握缺口处的应力分布和组合变形对于材料和结构的设计和应用具有重要意义。
通过科学合理地分析和处理缺口处的应力分布和组合变形，可以提高材料和结构的性能和安全性，推动工程技术的发展进步。
《钢结构设计原理》3-1 钢结构的连接-焊缝连接
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3.1.3 螺栓连接 普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。 1 普通螺栓连接 普通螺栓分为A、B、C三级。 A与B级为精制螺栓，C级为粗制螺栓。 A级和B级螺栓材料性能等级则为5.6级或8.8级。 C级螺栓材料性能等级为4.6级或4.8级。 小数点前面的数字表示螺栓成品的抗拉强度不 小于400N/mm2，小数点及小数点以后数字表示 其屈强比为0.6或0.8。
焊件常需做成坡口，焊缝金属填充在坡口内。
坡口形式与焊件厚度有关：
焊件厚度很小(小于等于10mm)：直边缝。
一般厚度(t=10~20mm) :具有斜坡口的单边V形或V形焊
缝。
斜坡口和离缝b共同组成一个焊条能够运转的施焊空间，
使焊缝易于焊透；钝边p有托住熔化金属的作用。
较厚的焊件(t＞20mm)，则采用U形、K形和X形坡口。 V形缝和U形缝需对焊缝根部进行补焊。
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3.2焊缝和焊接连接形式
3.2.2 焊接连接的形式
1.焊接连接形式
被连接板件的相互位置：对接、搭接、T形连接和角部
连接四种。
连接所采用的焊缝主要有坡口焊缝和角焊缝。
对接连接：主要用于厚度相同或接近相同的两构件的
相互连接。
采用对接焊缝，两构件在同一平面内，传力均匀平缓，
没有明显的应力集中，用料经济，但是焊件边缘需要
围焊缝 正面、侧面、斜焊缝组成的混合焊缝。
2021年8月30日
第六届全国混凝土结构基本理论及 工程应用学术会议
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侧面角焊缝 主要承受剪 应力，塑性较好，弹性模 量低，强度也较低。
传力线通过时产生弯折， 应力沿焊缝长度方向的分 布不均匀，呈两端大而中 间小的状态。
焊缝越长，应力分布不均 匀性越显著，但在届临塑 性工作阶段时，产生应力 重分布，可使应力分布的 不均匀现象渐趋缓和。
应力集中 原理
应力集中原理
应力集中是指在材料或结构中，由于外力的作用或几何形状的变化，导致一部分区域承受的应力远大于其他部分的现象。
应力集中造成的结果往往是局部的应力集中、应变集中或者变形集中。
应力集中现象会导致材料的破坏和结构的失效。
应力集中的原理可以从力学和材料科学的角度进行解释。
当外力作用于材料或结构时，力的作用点不均匀地分布在局部区域上，导致该区域承受的应力较大。
这可能是由于材料的几何形状的变化、载荷的不均匀分布或者材料的缺陷等因素引起的。
应力集中现象对材料和结构的影响是非常重要的。
在应力集中区域，由于应力极大，材料容易发生塑性变形和破坏。
因此，在设计材料和结构时，需要考虑应力集中问题，合理地设计形状和避免应力集中区域的存在。
应对应力集中问题有多种方法。
一种常用的方法是使用适当的几何形状和材料来减轻应力集中的程度。
例如，在构件的边缘和孔洞附近可以采用圆角或者倒角的方式来减小应力集中。
另一种方法是使用材料的特殊处理或者增加材料的强度来提高结构的承载能力。
总之，应力集中是材料和结构中常见的现象。
通过分析和优化设计，可以减轻应力集中的程度，提高材料和结构的强度和可靠性。
钢结构第二章2012
（3）断裂时变形约
为弹性变形的200倍， fu 在破坏前产生明显 可见的塑性变形， 可及时补救，故几 乎不可能发生。
fy
fu-fy
O 0.15%
22%
钢结构设计原理 福州大学土木工程学院 林翔
4.单向拉伸时钢材的机械性能指标
（1）屈服点fy--应力应变曲线开始产生塑性流动时
对应的应力，它是衡量钢材的承载能力和确定钢材
3、钢材的浇注和脱氧 钢液按脱氧程度分：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢 和特殊镇静钢四类。 沸腾钢脱氧程度低，氧、氮和一氧化碳气体从钢液 中逸出，形成钢液的沸腾。沸腾钢的时效、韧性、 可焊性较差，容易发生时效和变脆，但产量较高、 成本较低；
镇静钢的脱氧程度最高，性能最好，但产量较低， 成本较高。杂质少，组织致密，冶金缺陷少，冲击 韧性好，但成本较高，成品率较低。Fu基本相同， fy略高。
1、钢材的组织构造(P19) 含碳量：钢<2%, 铸铁>2% C<0.25% 低碳钢 C＝0.25%～0.6%中碳钢 C>0.6% 高碳钢 碳素结构钢：Fe～99％，C＋杂质元素～1％ 低合金结构钢：Fe95％（～97％）， C＋合金元素＋杂质5％（～3％）。
钢结构设计原理 福州大学土木工程学院 林翔
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2、冷加工(P22) 冷轧、冷弯、冷拔等延伸性加工 剪、冲、钻、刨等切削性加工 3、热处理 退火、正火、淬火和回火四种工艺 消除残余应力、改变钢材力学性能 冷作硬化变脆
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第三节、钢材的主要性能(P23)
一、钢材的破坏形式
• 两种性质完全不同的破坏形式：
塑性破坏（延性破坏 Ductile Fracture) 脆性破坏（脆性断裂 Brittle Fracture)
楔状缺损拉应力压应力集中原因
楔状缺损是指材料中存在的一个尖锐的凹陷或凸起，常见于工程实践中的金属构件或其他材料中。
当外部加载作用于具有楔状缺陷的材料时，会产生拉应力和压应力的集中现象。
这种应力集中主要源于以下几个原因：
1. 几何形状：楔状缺损的存在导致了构件截面形状的改变，使得应力分布不均匀。
在凹陷处会产生拉应力集中，而在凸起处会产生压应力集中。
2. 应力传递：外部加载作用下，应力会在材料中传递，当遇到几何不连续的地方（比如楔状缺损），会导致应力线聚焦到缺陷附近，从而产生应力集中。
3. 材料性质：材料的刚度和强度不一致也会导致应力集中。
当材料硬度较大时，容易导致应力集中现象。
4. 加载方式：外部加载方式对于应力集中的影响也很大，不同的加载方式会导致不同形式的应力集中。
应力集中会导致材料的疲劳破坏、裂纹的形成和扩展，因此在工程实践中需要尽量避免设计和制造出具有楔状缺损的构件，或者通过合理的设计和加工来减轻应力集中的影响。
钢结构设计原理张建平
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3.6.2 螺栓连接的构造要求
例3.2 试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板宽B=270mm，厚度 t1=28mm，拼接盖板厚度 t2=16mm。该连接承受静态轴心
力N=1400kN（设计值），钢材为Q235B，手工焊，焊条为E43型
。
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解：角焊缝的焊脚尺寸hf应根据板件厚度确定：焊缝在板件边缘时施焊，拼接盖板厚度 t2=16mm>6mm，t2<t1，则
3.2.2 焊缝形式和接头形式
一、焊缝连接形式按被连接钢材的相互位置可分为对接、搭接、T形连接和角部连接四种。
图3.4 焊缝连接的形式（a）对接连接；（b）用拼接盖板的对接连接；（c）搭接连接；（d）、（e）T形连接（f）、（g）角部连接
二、焊缝形式
正对接
对接焊接
斜对接K形对接焊缝
正面角焊缝：力的方向与焊缝长度方向垂直角焊缝 侧面角焊缝：力的方向与焊缝长度方向平行斜角焊缝：力的方向与焊缝长度方向倾斜
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（2）不考虑腹板焊缝传递弯矩的计算方法
翼缘焊缝所承受的水平力：
翼缘焊缝的强度：
腹板焊缝的强度：
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三、承受扭矩与剪力联合作用的角焊缝连接计算
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基于下列假定：计算角焊缝在扭矩T作用下产生的应力时，是
被连接件是绝对刚性的，它有绕焊缝形心O旋转的趋势，而焊缝本身是弹性的；角焊缝群上任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力大小与连线长度r成正比。在扭矩T作用下，A点（或A′点）的应力为：
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钢板开孔后应力集中现象
钢板开孔后应力集中现象引言：钢板开孔是工程中常见的一种加工方式，通过在钢板上钻孔、切割或冲压等方法，来满足特定的设计要求。
然而，在钢板开孔后，我们需要注意到一个重要的问题，即应力集中现象。
本文将对钢板开孔后应力集中现象进行探讨，以及其对结构强度和稳定性的影响。
一、应力集中的原因钢板开孔后，周围的材料会发生应力重分布。
在开孔边缘附近，由于材料的完整性被破坏，导致应力集中。
应力集中的原因主要包括以下几个方面：1. 几何因素：开孔的形状和尺寸会对应力集中程度产生影响。
一般来说，孔径越大、孔边角越尖锐，应力集中效应越明显。
2. 材料性质：不同的材料具有不同的应力集中特性。
硬度大、韧性差的材料在开孔后应力集中现象更为明显。
3. 载荷作用：外界的载荷作用也会影响应力集中。
在开孔处施加不均匀的载荷，会导致应力集中的程度加剧。
二、应力集中的影响应力集中现象会对结构的强度和稳定性产生不利影响，具体体现在以下几个方面：1. 强度下降：应力集中会导致局部应力超过材料的屈服强度，造成局部形变甚至破裂。
这将降低结构的整体强度，影响其承载能力。
2. 疲劳寿命减少：应力集中还会加速材料的疲劳破坏过程。
在开孔处，应力集中会导致应力集中因子增大，从而加速疲劳裂纹的形成和扩展，降低结构的疲劳寿命。
3. 塑性变形：在应力集中区域，材料容易出现塑性变形。
这将导致结构的变形不均匀，进而影响其稳定性和工作性能。
三、应对应力集中的方法为了减轻钢板开孔后的应力集中现象，可以采取以下几种方法：1. 增加开孔的半径：通过增加开孔的半径，可以减小应力集中的程度。
这样可以提高结构的强度和稳定性。
2. 使用圆形孔：相对于其他形状的孔，圆形孔的应力集中效应较小。
因此，在设计中尽可能选择圆形孔，以减轻应力集中现象。
3. 使用合适的材料：选择合适的材料也可以减轻应力集中现象。
一般来说，具有良好韧性和高强度的材料对应力集中的抵抗能力更强。
4. 优化结构：通过优化结构设计，可以减少应力集中的发生。
钢材的应力集中名词解释
钢材的应力集中名词解释
“弹性力学中的一类问题，指物体中应力局部增高的现象，一般出现在物体形状急剧变化的地方，如缺口、孔洞、沟槽以及有刚性约束处。
应力集中能使物体产生疲劳裂纹，也能使脆性材料制成的零件发生静载断裂。
在应力集中处，应力的最大值（峰值应力）与物体的几何形状和加载方式等因素有关。
局部增高的应力随与峰值应力点的间距的增加而迅速意减。
由于峰值应力往往超过屈服极限（见材料的力学性能）而造成应力的重新分配，所以，实际的峰值应力常低于按弹性力学计算得到的理论峰值应力。
”
应力是受力杆件在某一界面上分布内力在一点处的集度，公式是P=
lim△F/△A=dF/dA从公式上看，应力可以看做是单位面积上的合力（内力）△a→0的大小，近似看来可以看做是一点的受力。
内力可以看做截面之间的相互作用力，而应力可以看做是内力在截面上单位面积或点上的分力，则应力也就可以看做是周边的分子某点的合力。
假设整个构件受拉，在A上与B交界的平面上存在一个分子，这个分子受到的力来自四面八方，假设受拉力，如果A与B不存在分离，则根据状态可知，A受力平衡，当把A与B分开后，在B上曾经对a有力的作用的力则被分开，而这些力的合力根据受力分析是一个背离并垂直A的拉力，及应力。
再详细一点，当物体受拉时，由于分子之间的间距大于10倍的0，分子之间将产生引力，同样当挤压时由于分子之间的间距过于小将产生极大地斥力，宏观上即表现为压力，而具体的分子之间的力的作用，在应力集中中的表述将会比较详细。
钢构件截面的应力集中现象
钢构件截面的应力集中现象钢构件截面的应力集中现象引言：钢构件作为现代建筑中常用的结构材料之一，其优越的强度和刚度使其广泛应用于桥梁、高层建筑、航天器等领域。
然而，钢构件在使用过程中会面临各种荷载，从而导致截面上应力的分布不均匀。
这种应力集中现象会对构件的强度和安全性产生负面影响，因此深入了解和研究钢构件截面的应力集中现象具有重要意义。
一、应力集中的定义和原因在钢构件的截面中，应力集中是指在受到外部荷载作用时，应力在局部区域会明显增加或集中的现象。
而引起应力集中的原因主要包括以下几个方面：1. 几何因素：钢构件截面的几何形状会对应力分布产生影响。
当截面形状存在突变或不规则时，容易导致应力集中的发生。
孔洞、缺陷等几何因素也是应力集中的主要原因之一。
2. 材料因素：钢构件的材料性质可以影响应力的分布情况。
不同的材料具有不同的强度和刚度特性，从而也会导致不同的应力集中现象。
材料的微观结构和缺陷也会对应力产生影响。
3. 荷载因素：外部荷载的大小和方向也是导致应力集中的重要因素。
当荷载过大或加载方式不合理时，会使得部分区域受到较大的应力，从而引发应力集中。
二、应力集中的影响和危害1. 强度降低：应力集中会导致构件内部应力集中在某一局部区域，从而使该区域的应力超过材料的强度极限，导致构件强度降低，甚至引发破坏。
2. 物理性能下降：应力集中区域的材料受到较大应力的作用，会导致材料的塑性变形增加，从而降低其刚度和变形能力。
3. 疲劳寿命减少：应力集中会使构件在循环荷载下易于发生疲劳破坏，导致其使用寿命减少。
4. 安全隐患：应力集中的存在会增加构件的失稳风险，对整个结构的安全性产生潜在威胁。
三、应对钢构件截面应力集中的方法为了提高钢构件的强度和安全性，我们可以采取以下方法来应对截面应力集中现象：1. 合理设计：在钢构件的设计过程中，应尽量避免构件截面存在几何形状的突变或不规则，以减小应力集中的发生概率。
合理选择构件的截面形状和尺寸，以保证应力分布均匀。
缺口应力集中计算公式
缺口应力集中计算公式在工程设计中，缺口应力集中是一个重要的问题。
当材料中存在缺口或者孔洞时，会导致应力集中，从而影响材料的强度和稳定性。
因此，对于缺口应力集中的计算和分析是非常重要的。
本文将介绍缺口应力集中的计算公式，并探讨其在工程设计中的应用。
缺口应力集中计算公式是通过对缺口附近的应力场进行分析得到的。
在一般情况下，缺口会导致应力场发生变化，从而引起应力集中。
为了计算缺口应力集中，可以使用以下公式：1. Kt = σmax / σnominal。
其中，Kt表示应力集中系数，σmax表示缺口附近的最大应力，σnominal表示缺口附近的标称应力。
应力集中系数Kt的大小可以反映缺口对应力场的影响程度，当Kt越大时，说明缺口对应力场的影响越显著。
2. Kt = 1 + 2a / W。
其中，a表示缺口的半径或者长度，W表示缺口的宽度或者直径。
这个公式适用于一些特定形状的缺口，可以帮助工程师更准确地计算缺口应力集中。
3. Kt = 1 + 2a / (D d)。
其中，a表示缺口的半径或者长度，D表示缺口所在构件的直径或者宽度，d表示缺口的直径或者宽度。
这个公式适用于圆形或者方形的缺口，同样可以帮助工程师进行缺口应力集中的计算。
以上是常见的缺口应力集中计算公式，通过这些公式可以对缺口应力集中进行合理的估计和分析。
在工程设计中，对于可能存在缺口的构件，工程师需要根据具体情况选择合适的计算公式，并结合实际情况进行计算和分析。
同时，还需要考虑材料的特性、载荷情况、工作环境等因素，以确保构件的安全和可靠性。
缺口应力集中的计算公式在工程设计中具有重要的应用价值。
通过对缺口应力集中的计算和分析，可以帮助工程师评估构件的强度和稳定性，为设计合理的构件提供参考依据。
同时，也可以指导工程实践中的缺口处理和加强措施，以确保构件在使用过程中不会因为缺口而导致失效或者事故发生。
总之，缺口应力集中计算公式是工程设计中的重要工具，对于评估构件的强度和稳定性具有重要的作用。
缺口应力的原理
缺口应力的原理缺口应力的原理是指在材料中存在着一个缺口（如裂纹、孔洞等）时，该缺口周围将出现高应力集中的现象。
这种高应力集中会导致材料中的局部应力大于材料的屈服强度，从而引起材料的破坏现象。
缺口应力的形成原理主要有以下几个方面：1. 弹性效应：缺口引起应力集中的主要原因之一是弹性效应。
当材料中存在一个缺口时，材料在受力作用下会发生弹性变形，而弹性变形的程度与缺口周围的应力是有关系的。
由于缺口会引起应力的集中，因此缺口周围的应力将会非常高，从而导致材料的破坏。
2. 应力场分析：对于一个缺口而言，其周围的应力是不均匀的。
当材料的应力有一个明显的梯度时，缺口周围的应力将会集中在一个相对较小的区域内。
这种应力的不均匀分布会引起缺口周围的应力集中现象，使材料在缺口处产生高应力。
3. 应力集中因素：材料的破坏往往是由于应力集中引起的。
而缺口会引起应力集中，在缺口周围形成一个高应力区域。
当材料中出现一个裂纹或孔洞时，其周围的应力将会集中在缺口处，从而导致缺口处的应力大于材料的屈服强度，使材料发生破坏。
4. 塑性变形：缺口应力的形成还与材料的塑性变形有关。
当材料中存在缺口时，弹性变形会导致缺口周围的应力集中，而当材料受到更大的应力时，会发生塑性变形。
塑性变形会使缺口周围的应力进一步集中，从而引起材料的破坏。
在实际工程中，缺口应力的原理是非常重要的。
因为很多工程结构中都存在着各种各样的缺口，如焊接接头、螺纹孔等。
这些缺口会引起应力集中，降低了结构的强度和刚度，甚至可能引发断裂。
因此，在设计和制造过程中需要充分考虑缺口应力的影响，采取合适的方法来减轻缺口应力，以提高工程结构的耐久性和安全性。
要减轻缺口应力，常用的方法有以下几种：1. 减小缺口尺寸：缩小缺口的尺寸，可以减少缺口周围的应力集中。
这可以通过改变结构的设计、加工工艺等方式实现。
例如，合理设计焊接接头的尺寸和形状，可以减小焊接接头中的应力集中现象。
2. 平滑缺口形状：对于存在缺口的结构，如螺纹孔、孔洞等，可以通过加工等方式使缺口的形状更加平滑，以减小应力集中。
钢材连接处应力集中的原因
钢材连接处应力集中的原因钢材连接处应力集中的原因主要有以下几个方面。
首先，钢材连接处的应力集中是由于连接处的几何形状不均匀造成的。
钢材连接处通常由多个零件组成，这些零件之间的连接形式多种多样，比如焊接、螺栓连接等。
而这些连接方式在连接处的几何形状往往不是完全均匀的，会导致应力集中。
其次，钢材连接处的应力集中也与连接处的载荷有关。
在工程实际应用中，钢材连接处往往承受着较大的载荷，比如拉力、压力、弯矩等。
而这些载荷作用在连接处时，会引起应力集中现象。
特别是在连接处存在锐角或者突变的情况下，应力集中更加明显。
此外，钢材连接处的应力集中还与材料的性质有关。
钢材通常具有较高的强度和刚性，但在连接处由于焊接、螺栓连接等工艺的影响，会导致局部区域的材料性能发生变化。
比如焊接过程中产生的热影响区域，会引起材料的组织结构和性能发生变化，从而导致应力集中。
此外，钢材连接处应力集中还与外界环境的影响有关。
比如温度变化、湿度变化等都会对钢材连接处的应力分布产生影响。
特别是在高温环境下，钢材连接处由于热胀冷缩效应，会引起应力集中现象。
最后，钢材连接处应力集中还与设计和制造工艺有关。
在设计和制造过程中，如果对钢材连接处的几何形状和尺寸控制不当，或者工艺操作不规范，也会导致应力集中。
比如焊接过程中焊缝的大小、形状和位置控制不当，会引起焊接接头处的应力集中。
总之，钢材连接处应力集中是由于几何形状不均匀、载荷作用、材料性质、外界环境和设计制造等多种因素共同作用造成的。
为了减少应力集中现象对结构安全性的影响，需要在设计和制造过程中合理选择连接方式、优化几何形状、控制工艺参数等措施来降低应力集中程度。
第五章缺口顶端应力、应变分析
19
精选课件
试验过程：材料在进行缺口拉伸试验时，断裂情况有三 种：
（1）材料在制成缺口试样 进行拉伸时，缺口根部只有 弹性变形而失去了塑性变形 能力，这时缺口截面上的应 力分布如图中的曲线1所示。
20
缺口试样变形时应力分布情 况图
精选课件
脆断， 断口为放射状，拉伸曲线为直线；
(b)沿z方向的应力分布
厚板缺口拉伸时，弹性状态下的应力分布图
12
精选课件
2 塑性状态下的应力分布
当缺口根部发生塑性
变形后， z ， y ， x
的最大值都不在根部，而 是移动到弹塑性变形的交 界处。（如图所示）
缺口根部发生塑性变形 的应力分布图（平面应 变）
13
精选课件
根据屈雷斯加判据
y s x
因此尽管理论界认为αK值对材料的韧性的描述和意义有很大 的局限性和不准确性，但又提不出一个理论意义明确的且测 试方法简便易行的指标来代替之。在生产实践中只得继续使 用αK值，显示了αK值强大的生命力。
而αK值的生命力体现在其工程应用上： 1. 长期的广泛应用，积累了大量的经验数据资料，这些数据资 料非常实用且有效； 2. 检测简便易行，检测设备价格低廉； 3. 对材料内部的组织缺陷，对材料的品质、宏观缺陷、材料显 微组织的变化非常敏感； 4. 生产实践证明：作为控制和检验冶炼、热加工(锻、轧、焊、 热处理)质量的力学性能指标非常有效。
处处于脆性状态(即使该材料为塑性材料)，易于发生脆性断裂； 此应力分布状态的改变，即为缺口效应。
由此推广： ①晶界、夹杂、组织不均匀处、粗大第二相、微裂纹及
螺纹、尖角、倒角、台阶半径过小处，均有类似改变 应力状态的缺口效应； ②温度的下降或形变速率的增加也有不利塑变的作用， 也可导致缺口效应。
图解钢结构焊接缺陷产生原因及防止措施
焊接接头的不完整性称为焊接缺陷，主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等。
这些缺陷减少焊缝截面积，降低承载能力，产生应力集中，引起裂纹；降低疲劳强度，易引起焊件破裂导致脆断。
一缺陷名称：气孔（Blow Hole）焊接方式发生原因防止措施手工电弧焊(1)焊条不良或潮湿.(2)焊件有水分、油污或锈.(3)焊接速度太快.(4)电流太强.(5)电弧长度不适合.(6)焊件厚度大,金属冷却过速.(1)选用适当的焊条并注意烘干.(2)焊接前清洁被焊部份.(3)降低焊接速度,使内部气体容易逸出.(4)使用厂商建议适当电流.(5)调整适当电弧长度.(6)施行适当的预热工作.CO2气体保护焊(1)母材不洁.(2)焊丝有锈或焊药潮湿.(3)点焊不良,焊丝选择不当.(4)干伸长度太长,CO2气体保护不周密.(5)风速较大,无挡风装置.(6)焊接速度太快,冷却快速.(7)火花飞溅粘在喷嘴,造成气体乱流.(8)气体纯度不良,含杂物多(特别含水分).(1)焊接前注意清洁被焊部位.(2)选用适当的焊丝并注意保持干燥.(3)点焊焊道不得有缺陷,同时要清洁干净,且使用焊丝尺寸要适当.(4)减小干伸长度,调整适当气体流量.(5)加装挡风设备.(6)降低速度使内部气体逸出.(7)注意清除喷嘴处焊渣,并涂以飞溅附着防止剂,以延长喷嘴寿命.(8)CO2纯度为99.98%以上,水分为0.005%以下.埋弧焊接(1)焊缝有锈、氧化膜、油脂等有机物的杂质.(2)焊剂潮湿.(3)焊剂受污染.(4)焊接速度过快.(5)焊剂高度不足.(6)焊剂高度过大,使气体不易逸出(特别在焊剂粒度细的情形).(7)焊丝生锈或沾有油污.(8)极性不适当(特别在对接时受污染会产生气孔).(1)焊缝需研磨或以火焰烧除,再以钢丝刷清除.(2)约需300℃干燥(3)注意焊剂的储存及焊接部位附近地区的清洁,以免杂物混入.(4)降低焊接速度.(5)焊剂出口橡皮管口要调整高些.(6)焊剂出口橡皮管要调整低些,在自动焊接情形适当高度30-40mm.(7)换用清洁焊丝.(8)将直流正接(DC-)改为直流反接(DC+).设备不良(1)减压表冷却,气体无法流出.(2)喷嘴被火花飞溅物堵塞.(3)焊丝有油、锈.(1)气体调节器无附电热器时,要加装电热器,同时检查表之流量.(2)经常清除喷嘴飞溅物.并且涂以飞溅附着防止剂.(3)焊丝贮存或安装焊丝时不可触及油类.自保护药芯焊丝(1)电压过高.(2)焊丝突出长度过短.(3)钢板表面有锈蚀、油漆、水分.(4)焊枪拖曳角倾斜太多.(5)移行速度太快,尤其横焊.(1)降低电压.(2)依各种焊丝说明使用.(3)焊前清除干净.(4)减少拖曳角至约0-20°.(5)调整适当.二缺陷名称咬边（Undercut)焊接方式发生原因防止措施手工电弧焊(1)电流太强.(2)焊条不适合.(3)电弧过长.(4)操作方法不当.(5)母材不洁.(6)母材过热.(1)使用较低电流.(2)选用适当种类及大小之焊条.(3)保持适当的弧长.(4)采用正确的角度,较慢的速度,较短的电弧及较窄的运行法.(5)清除母材油渍或锈.(6)使用直径较小之焊条.CO2气体保护焊(1)电弧过长,焊接速度太快.(2)角焊时,焊条对准部位不正确.(3)立焊摆动或操作不良,使焊道二边填补不足产生咬边.(1)降低电弧长度及速度.(2)在水平角焊时,焊丝位置应离交点1-2mm.(3)改正操作方法.三缺陷名称：夹渣（Slag Inclusion)焊接方式发生原因防止措施手工电弧焊(1)前层焊渣未完全清除.(2)焊接电流太低.(3)焊接速度太慢.(4)焊条摆动过宽.(5)焊缝组合及设计不良.(1)彻底清除前层焊渣.(2)采用较高电流.(3)提高焊接速度.(4)减少焊条摆动宽度.(5)改正适当坡口角度及间隙.CO2气体电弧焊(1)母材倾斜(下坡)使焊渣超前.(2)前一道焊接后,焊渣未清洁干净.(3)电流过小,速度慢,焊着量多.(4)用前进法焊接,开槽内焊渣超前甚多.(1)尽可能将焊件放置水平位置.(2)注意每道焊道之清洁.(3)增加电流和焊速,使焊渣容易浮起.(4)提高焊接速度埋弧焊接(1)焊接方向朝母材倾斜方向,因此焊渣流动超前.(2)多层焊接时,开槽面受焊丝溶入,焊丝过于靠近开槽的侧边.(3)在焊接起点有导板处易产生夹渣.(4)电流过小,第二层间有焊渣留存,在焊接薄板时容易产生裂纹.(5)焊接速度过低,使焊渣超前.(6)最后完成层电弧电压过高,使得游离焊渣在焊道端头产生搅卷.(1)焊接改向相反方向焊接,或将母材尽可能改成水平方向焊接.(2)开槽侧面和焊丝之间距离,最少要大于焊丝直径以上.(3)导板厚度及开槽形状,需与母材相同.(4)提高焊接电流,使残留焊渣容易熔化.(5)增加焊接电流及焊接速度.(6)减小电压或提高焊速,必要时盖面层由单道焊改为多道焊接.自保护药芯焊丝(1)电弧电压过低.(2)焊丝摆弧不当.(3)焊丝伸出过长.(4)电流过低,焊接速度过慢.(5)第一道焊渣,未充分清除.(6)第一道结合不良.(7)坡口太狭窄.(8)焊缝向下倾斜.(1)调整适当.(2)加多练习.(3)依各种焊丝使用说明.(4)调整焊接参数.(5)完全清除(6)使用适当电压,注意摆弧.(7)改正适当坡口角度及间隙.(8)放平,或移行速度加快.四缺陷名称：未焊透（Incomplete Penetration)焊接方式发生原因防止措施手工电弧焊(1)焊条选用不当.(2)电流太低.(3)焊接速度太快温度上升不够,又进行速度太慢电弧冲力被焊渣所阻挡,不能给予母材.(4)焊缝设计及组合不正确.(1)选用较具渗透力的焊条.(2)使用适当电流.(3)改用适当焊接速度.(4)增加开槽度数,增加间隙,并减少根深.CO2气体保护焊(1)电弧过小,焊接速度过低.(2)电弧过长.(3)开槽设计不良.(1)增加焊接电流和速度.(2)降低电弧长度.(3)增加开槽度数.增加间隙减少根深.自保护药芯焊丝(1)电流太低.(2)焊接速度太慢.(3)电压太高.(4)摆弧不当.(5)坡口角度不当.(1)提高电流.(2)提高焊接速度.(3)降低电压.(4)多加练习.(5)采用开槽角度大一点.五缺陷名称：裂纹（Crack)(8)首道焊道不足抵抗收缩应力. (8)首道焊接之焊着金属须充分抵抗收缩应力.CO2气体保护焊(1)开槽角度过小,在大电流焊接时,产生梨形和焊道裂纹.(2)母材含碳量和其它合金量过高(焊道及热影区).(3)多层焊接时,第一层焊道过小.(4)焊接顺序不当,产生拘束力过强.(5)焊丝潮湿,氢气侵入焊道.(6)套板密接不良,形成高低不平,致应力集中.(7)因第一层焊接量过多,冷却缓慢(不锈钢,铝合金等).(1)注意适当开槽角度与电流的配合,必要时要加大开槽角度.(2)采用含碳量低的焊条.(3)第一道焊着金属须充分能抵抗收缩应力.(4)改良结构设计,注意焊接顺序,焊后进行热处理.(5)注意焊丝保存.(6)注意焊件组合之精度.(7)注意正确的电流及焊接速度.埋弧焊接(1)对焊缝母材所用的焊丝和焊剂之配合不适当(母材含碳量过大,焊丝金属含锰量太少).(2)焊道急速冷却,使热影响区发生硬化.(3)焊丝含碳、硫量过大.(4)在多层焊接之第一层所生焊道力,不足抵抗收缩应力.(5)在角焊时过深的渗透或偏析.(6)焊接施工顺序不正确,母材拘束力大.(7)焊道形状不适当,焊道宽度与焊道深度比例过大或过小.(1)使用含锰量较高的焊丝,在母材含碳量多时,要有预热之措施.(2)焊接电流及电压需增加,焊接速度降低,母材需加热措施.(3)更换焊丝.(4)第一层焊道之焊着金属须充分抵抗收缩应力.(5)将焊接电流及焊接速度减低,改变极性.(6)注意规定的施工方法,并予焊接操作施工指导.(7)焊道宽度与深度的比例约为1：1：25,电流降低,电压加大.六缺陷名称：变形（Distortion）焊接方式发生原因防止措施手焊、CO2气体保护焊、自保护药芯焊丝焊接、自动埋弧焊接.(1)焊接层数太多.(2)焊接顺序不当.(3)施工准备不足.(4)母材冷却过速.(5)母材过热.(薄板)(6)焊缝设计不当.(7)焊着金属过多.(8)拘束方式不确实.(1)使用直径较大之焊条及较高电流.(2)改正焊接顺序(3)焊接前,使用夹具将焊件固定以免发生翘曲.(4)避免冷却过速或预热母材.(5)选用穿透力低之焊材.(6)减少焊缝间隙,减少开槽度数.(7)注意焊接尺寸,不使焊道过大.(8)注意防止变形的固定措施.七其他缺陷缺陷名称发生原因防止措施搭叠(Overlap)(1)电流太低.(2)焊接速度太慢.(1)使用适当的电流.(2)使用适合的速度.焊道外观形状不良(B ad Appearance)(1)焊条不良.(2)操作方法不适.(3)焊接电流过高,焊条直径过粗.(4)焊件过热.(5)焊道内,熔填方法不良.(6)导电嘴磨耗.(7)焊丝伸出长度不变.(1)选用适当大小良好的干燥焊条.(2)采用均匀适当之速度及焊接顺序.(3)选用适当电流及适当直径的焊接.(4)降低电流.(5)多加练习.(6)更换导电嘴.(7)保持定长、熟练.凹痕(Pit)(1)使用焊条不当.(2)焊条潮湿.(3)母材冷却过速.(4)焊条不洁及焊件的偏析.(1)使用适当焊条,如无法消除时用低氢型焊条.(2)使用干燥过的焊条.(3)减低焊接速度,避免急冷,最好施以预热或(5)焊件含碳、锰成分过高.后热.(4)使用良好低氢型焊条.(5)使用盐基度较高焊条.偏弧(Arc Blow)(1)在直流电焊时,焊件所生磁场不均,使电弧偏向.(2)接地线位置不佳.(3)焊枪拖曳角太大.(4)焊丝伸出长度太短.(5)电压太高,电弧太长.(6)电流太大.(7)焊接速度太快.(1)·电弧偏向一方置一地线.·正对偏向一方焊接.·采用短电弧.·改正磁场使趋均一.·改用交流电焊(2)调整接地线位置.(3)减小焊枪拖曳角.(4)增长焊丝伸出长度.(5)降低电压及电弧.(6)调整使用适当电流.(7)焊接速度变慢.烧穿(1)在有开槽焊接时,电流过大.(2)因开槽不良焊缝间隙太大.(1)降低电流.(2)减少焊缝间隙.焊道不均匀(1)导电嘴磨损,焊丝输出产生摇摆.(2)焊枪操作不熟练.(1)将焊接导电嘴换新使用.(2)多加操作练习.焊泪(1)电流过大,焊接速度太慢.(2)电弧太短,焊道高.(3)焊丝对准位置不适当.(角焊时)(1)选用正确电流及焊接速度.(2)提高电弧长度.(3)焊丝不可离交点太远.火花飞溅过多(1)焊条不良.(2)电弧太长.(3)电流太高或太低.(4)电弧电压太高或太低.(5)焊丝突出过长 .(6)焊枪倾斜过度,拖曳角太大.(7)焊丝过度吸湿.(8)焊机情况不良.(1)采用干燥合适之焊条.(2)使用较短之电弧.(3)使用适当之电流.(4)调整适当.(5)依各种焊丝使用说明.(6)尽可能保持垂直,避免过度倾斜.(7)注意仓库保管条件.(8)修理,平日注意保养.焊道成蛇行状(1)焊丝伸出过长.(2)焊丝扭曲.(3)直线操作不良.(1)采用适当的长度,例如实心焊丝在大电流时伸出长20-25mm.在自保护焊接时伸出长度约为40-50mm.(2)更换新焊丝或将扭曲予以校正.(3)在直线操作时,焊枪要保持垂直.电弧不稳定(1)焊枪前端之导电嘴比焊丝心径大太多.(2)导电嘴发生磨损.(3)焊丝发生卷曲.(4)焊丝输送机回转不顺.(5)焊丝输送轮子沟槽磨损.(6)加压轮子压紧不良.(7)导管接头阻力太大.(1)焊丝心径必须与导电嘴配合.(2)更换导电嘴.(3)将焊丝卷曲拉直.(4)将输送机轴加油,使回转润滑.(5)更换输送轮.(6)压力要适当,太松送线不良,太紧焊丝损坏.(7)导管弯曲过大,调整减少弯曲量.喷嘴与母材间发生电弧(1)喷嘴,导管或导电嘴间发生短路.(1)火花飞溅物粘及喷嘴过多须除去,或是使用焊枪有绝缘保护之陶瓷管.焊枪喷嘴过热(1)冷却水不能充分流出.(2)电流过大.(1)冷却水管不通,如冷却水管阻塞,必须清除使水压提升流量正常.(2)焊枪使用在容许电流范围及使用率之内.焊丝粘住导电嘴(1)导电嘴与母材间的距离过短.(2)导管阻力过大,送线不良.(3)电流太小,电压太大.(1)使用适当距离或稍为长些来起弧,然后调整到适当距离.(2)清除导管内部,使能平稳输送.(3)调整适当电流,电压值.欢迎您的下载，资料仅供参考！致力为企业和个人提供合同协议，策划案计划书，学习资料等等打造全网一站式需求。
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钢 结 构 设 计 原 理
·
假设为依据，忽略了应变硬化的有利作用。
第2章 钢结构的材料 -7-
2.2.2 冷弯性能
根据试样厚度，按规定的弯心 直径将试样弯曲180度，其表面及 侧无裂纹或分层则为“冷弯试验合 格”。 “冷弯试验合格”一方 面同伸长率符合规定一样，表示材 料塑性变形能力符合要求，另一方 面表示钢材的冶金质量(颗粒结晶及 非金属夹杂分布，甚至在一定程度 上包括可焊性)符合要求，因此，冷 弯性能是判别钢材塑性变形能力及 冶金质量的综合指标。重要结构中 需要有良好的冷热加工的工艺性能 时，应有冷弯试验合格保证。
第2章 钢结构的材料
2.2 钢材的主要性能及其鉴定
2.2.1 单向拉伸时的工作性能
条件：常温、静载条件下一次拉伸
· 钢 结 构 设 计 原 理 ·
图2.1 钢材的一次拉伸应力－应变曲线
第2章 钢结构的材料 -3-
1.比例极限P
这是应力-应变图中直线段的最大应力值。严格地说，比 P略高处还有弹性极限，但弹性极限与 P极其接近， 所以通常略去弹性极限的点，把 P看做是弹性极限。
第2章 钢结构的材料 -9-
· 钢 结 构 设 计 原 理 ·
缺口韧性值受温度影响，温度低于某值时将急剧降低。 设计处于不同环境温度的重要结构，尤其是受动载作用的 结构时，要根据相应的环境温度对应提出冲击韧性的保证 要求。
· 钢 结 构 设 计 原 理 ·
图2.4 钢材的冲击试验
第2章 钢结构的材料 -10-
·
-6-
第2章 钢结构的材料
2 形成理想弹塑性体的模型，为发展钢结构计算理
·
论提供基础。 y之前，钢材近于理想弹性体， y
之后，塑性应变范围很大而应力保持不增长，所以 接近理想塑性体。因此，可以用两根直线的图形作 为理想弹塑性体的应力-应变模型。钢结构设计规 范对塑性设计的规定，就以材料是理想弹塑性体的
第2 章
主要内容：
对钢结构用材的要求
钢结构的材料
· 钢 结 构 设 计 原 理
钢材的主要性能及其鉴定 影响钢材性能的因素 钢材的延性破坏和非延性破坏循环加载和快速加载 建筑钢材的类别及钢材的选用
·
重点：
对钢结构用材的要求 建筑钢材的类别及钢材的选用
第2章 钢结构的材料 -1-
与根据《钢结构工程施工质量验收规范》 (GB50205-
2001)的规定，对进入钢结构工程实施现场的主要材料需进
行进场验收，即检查钢材的质量合格证明文件、中文标识 及检验报告，确认钢材的品种、规格、性能是否符合现行 国家标准和设计要求。
· 钢 结 构 设 计 原 理 ·
-12-
第2章 钢结构的材料
2.3 影响钢材性能的因素
2.1 对钢结构用材的要求
较高的强度。即抗拉强度fu和屈服点fy比较高。 足够的变形能力。即塑性和韧性性能好。
· 钢 结 构 设 计 原 理 ·
-2-
良好的加工性能。即适合冷、热加工，良好的可焊性。
适应低温、有害介质侵蚀(包括大气锈蚀)以及重复荷载
作用等的性能。 容易生产，价格便宜。 《钢结构设计规范》(GB50017—2002)推荐的普通碳素结 构钢Q235钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390及Q420是 符合上述要求的。 选用GB50017规范还未推荐的钢材时，需有可靠依据。以 确保钢结构的质量。
第2章 钢结构的材料 -5-
· 钢 结 构 设 计 原 理 ·
屈服点是建筑钢材的一个重要力学特性，其意
义是：
· 钢 结 构 设 计 原 理
1 作为结构计算中材料强度标准，或材料抗力标准。 应力达到y时的应变与P时的应变较接近，可以认
为应力达到y时为弹性变形的终点。同时，达到y
后在一个较大的应变范围内应力不会继续增加，表 示结构一时丧失继续承担更大荷载的能力，故此以 y作为弹性计算时强度的标准。
· 钢 结 构 设 计 原 理 ·
图2.2 钢材的冷弯试验
第2章 钢结构的材料 -8-
2.2.3 冲击韧性
与抵抗冲击作用有关的钢材的性能是韧性。韧性是钢 材断裂时吸收机械能能力的量度。吸收较多能量才断裂的 钢材，是韧性好的钢材。钢材在一次拉伸静载作用下断裂 时所吸收的能量，用单位体积吸收的能量来表示，其值等 于应力-应变曲线下的面积。塑性好的钢材，其应力-应变 曲线下的面积大，所以韧性值大。然而，实际工作中，不 用上述方法来衡量钢材的韧性，而用冲击韧性衡量钢材抗 脆断的性能，因为实际结构中脆性断裂并不发生在单向受 拉的地方，而总是发生在有缺口高峰应力的地方，在缺口 高峰应力的地方常呈三向受拉的应力状态。
2.2.4 可焊性
可焊性是指采用一般焊接工艺就可完成合格的(无裂 纹的)焊缝的性能。
· 钢 结 构 设 计 原 理 ·
钢材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影响。碳含
量在0.12％~0.20％范围内的碳素钢，可焊性最好。碳含量 再高可使焊缝和热影响区变脆。
第2章 钢结构的材料 -11-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.2.5 钢材性能的鉴定
2.3.1 化学成分的影响
钢是含碳量小于2％的铁碳合金，碳大于2％时则为铸 铁。制造钢结构所用的材料有碳素结构钢中的低碳钢及
· 钢 结 构 设 计 原 理
低合金结构钢。
碳素结构钢由钝铁、碳及杂质元素组成，其中纯铁约 占99％，碳及杂质元素约占1％。低合金结构钢中，除上 述元素外还加入合金元素，后者总量通常不超过3％。碳 及其他元素虽然所占比重不大，但对钢材性能却有重要 影响。
· 钢 结 构 设 计 原 理
2.屈服点y
应变在P之后不再与应力成正比，而是渐渐加大，应力 -应变间成曲线关系，一直到屈服点。
·
3.抗拉强度u
屈服平台之后，应变增长时又需有应力的增长，但相对 地说· 应变增加得快，呈现曲线关系直到最高点。
第2章 钢结构的材料 -4-
4.伸长率5和10 伸长率是断裂前试件的永久变形与原标定长度的百 分比。取圆形试件直径d的五倍或十倍为标定长度，其 相应的伸长率用5和10表示，伸长率代表材料断裂前具 有的塑性变形的能力。结构制造时，这种能力使材料经 受剪切、冲压、弯曲及锤击所产生的局部屈服而无明显 损坏。 屈服点、抗拉强度和伸长率，是钢材的三个重要力 学性能指标。钢结构中所采用的钢材都应满足钢结构设 计规范对这三项力学性能指标的要求。