重慶鋼結構的強度性能

一個鋼結構的優劣應按下列條件評定，即:

(1)安全可靠，不會突然破壞;

(2)在相同荷載下具有最輕自重，便于運輸安裝;

(3)制造、加工方便，且具有較高的精度，工業化程度高，能成批大量生產;

(4)現場拼裝、裝吊簡易，施工周期短;

(5)能提供良好的氣密和水密條件;

(6)具有耐熱、耐寒及耐腐蝕性;

(7)經濟效益優良。

鋼材與其他材料相比，具有綜合的巨大優勢。如以材料自身的容重與其屈服點的比值作指標，鋼材與其他材料相比為最低。因此世界上跨度最大的橋梁和高度最高的電視塔等，都采用鋼結構。同時鋼材材質比較均勻，彈性模量大，有良好的塑性和韌性，為理想的彈塑性體，完全符合作為計算基礎的各向同性體的概念，因此鋼結構計算準確可靠。此外，它還具有很好的氣密和水密性，所以高壓容器，大型油庫，氣柜以至海底鉆井架和航天火箭等都需要用鋼結構。在耐熱性、防火性、耐腐蝕性等方面，鋼材有其不足之處，但可以采用合金鋼或徐料保護層及隔熱措施來解決。鋼材過去曾對人類的文明作出過巨大的貢獻，今后隨著科學技術的發展和鋼產量的不斷增長，它仍將具有不可估量的作用。

故在下面對鋼材的強度作必要的討論:

鋼結構強度

鋼材的強度指標可分為比例極限，彈性極限，屈服極限，標準屈服極限和極限強度五種。這些點子可在低碳鋼和中碳鋼的應力應變曲線圖中一一找到。如圖1一3所示。

圖中A點為比例極限，曲線OA段是一條斜直線，在比例極限以下，荷載與變形成正比，完全符合虎克定律。A點的荷載為比例極限荷載，相應的應力稱為比例極限，OA段斜率即為彈性模量。“B”點為彈性極限，在此點以下，鋼材處于彈性工作階段，變形隨荷載而增加，卸載時荷載降到零則變形也恢復到零。此點的荷載稱為彈性極限荷載，其應力稱為彈性極限。

當荷載超過P后，變形和荷載呈非線性關系且增加很塊，曲線呈鋸齒形波動(BC段)，甚至出現荷載不增加而變形仍在繼續發展的現象，這就是鋼材對外力的屈服，這個階段稱為屈服階段。應力超過彈性極限后，材料除了彈性變形外，還出現了塑性變形，特別是在屈服階段以后、塑性變形增大，卸載后材料不能完全恢復到原來的形狀，而留有殘余變形。屈服階段曲線常會上、下波動，屈服荷載P，取波動部分的最低值，相應的應力叫作屈服點或稱流限。從屈服階段開始到曲線再度上升(強化)的變形范圍較大，相應的應變幅度稱為流幅，流幅越大，則鋼材的塑性越好。不過，熱處理后的合金鋼和硬質鋼以及有色金屬合金等材料沒有這一明顯的屈服點。一般可人為地規定相應于微小塑性變形即應力作為規定的標準屈服點。在屈服階段之后，鋼材內部組織重新建立了平衡，又局部地恢復了抵抗外荷載的能力，但這時彈性能力并沒有完全恢復，塑性特征還非常明顯，曲線只是略有上升而達到頂點D，這一階段稱為強化階段(CD段)。對應于D點的荷載是試件所能承受的最大荷載，叫作極限荷載，相應的應力叫作極限強度，所謂彈性極限，就是材料所能承受的、同時又不產生殘余變形的最大應力。超過這一極限，材料便開始出現塑性變形。如果卸載，將出現殘余變形。因彈性極限點發生的位置很難準確測定，一般是先規定某一數值為彈性極限，有規定為當殘余變形為試件標距的0.001%的，也有規定為0,03%的，由此可見，測定彈性極限的精確值需用精密的儀器。