(5)--2.3复杂应力作用下钢材的屈服条件和钢材的疲劳.ppt

复杂应力作用下的钢材的屈服条件和钢材的破坏形式钢结构原理钢结构原理主要内容主要内容复杂应力作用下的钢材的屈服条件复杂应力作用下的钢材的屈服条件1钢结构对钢材的要求钢结构对钢材的要求3钢材钢材的破坏形式的破坏形式2OZXY图图1单元体单元体受复杂受复杂应力应力图图2单元体单元体受主受主应力应力 钢钢材材在在单单向向拉拉伸伸试试验验中中，当当单单向向应应力力达达到到屈屈服服点点时时，钢钢材材即即进进入入塑塑性性状状态态。在复杂应力状态下，又如何判断钢材的屈服点呢？在复杂应力状态下，又如何判断钢材的屈服点呢？复杂应力作用下的钢材的屈服条件复杂应力作用下的钢材的屈服条件1）材料由弹性转入塑性是用）材料由弹性转入塑性是用形状改变形状改变能量强度理论能量强度理论来判断的；来判断的；（1 1）引入假定：）引入假定：）复杂应力状态下外荷载使单元体单位体积内所积聚的）复杂应力状态下外荷载使单元体单位体积内所积聚的形状改变形状改变能能等等于于单轴受力屈服的单轴受力屈服的形状改变能形状改变能时，钢材即由弹性转入塑性。时，钢材即由弹性转入塑性。外外荷荷载载使使单单元元体体产产生生应应变变，从从而而引引起起体体积积和和形形状状改改变变，单单元元体体内内积积聚了聚了体积改变能体积改变能和和形状改变能形状改变能。oZXY单元体受复杂应力单元体受复杂应力（应力分量（应力分量）复杂应力状态下以复杂应力状态下以应力分量应力分量表示的表示的形状改变形状改变能为能为：折算应力折算应力单元体受主应力单元体受主应力复杂应力状态下以复杂应力状态下以主应力表示的主应力表示的形状改变形状改变能为能为:材料处于弹性状态材料处于弹性状态材料处于塑性状态材料处于塑性状态复杂应力状态下材料由复杂应力状态下材料由弹性进入塑性的条件弹性进入塑性的条件为为:单向应力作用下单向应力作用下材料屈服时的材料屈服时的形状改变形状改变能为能为：p 对对于于薄薄板板，厚厚度度方方向向的的应应力力很很小小，常常可可忽忽略略不不计计，这这时时三三向向应应力力状状态态可可简化为简化为平面应力状态平面应力状态，上式成为：，上式成为：（2 2）几种）几种特殊情况特殊情况p一般的梁一般的梁，只存在，只存在正应力和剪应力正应力和剪应力，则：，则：p纯剪时纯剪时：=0，则有则有：规范规范规定：钢材的规定：钢材的抗剪抗剪设计强度设计强度为抗拉设计强为抗拉设计强度的度的0.58倍。倍。折算应力折算应力u破坏特征：破坏特征：构件构件应力超过屈服点应力超过屈服点f fy y，并达到抗拉极限强度，并达到抗拉极限强度f fu u后后，构件构件产生明显的变形并断裂产生明显的变形并断裂；u破坏破坏断口：断口：呈纤维状，色泽发暗呈纤维状，色泽发暗。u破坏破坏后果：后果：塑性破坏在破坏前有很明显的变形，并有较长的变塑性破坏在破坏前有很明显的变形，并有较长的变形持续时间，便于发现和补救。形持续时间，便于发现和补救。u破坏特征：破坏特征：是构件无明显变形，是构件无明显变形，平均应力亦小平均应力亦小(可能小于屈服点可能小于屈服点f fy y），断裂从应力集中处开始。，断裂从应力集中处开始。u 破坏断口：破坏断口：平直平直和呈有光泽的晶粒状和呈有光泽的晶粒状。u破坏破坏后果：后果：脆性脆性破坏前破坏前无明显预兆，无明显预兆，是突然发生的，危险性大是突然发生的，危险性大，应尽量避免。应尽量避免。塑性塑性破坏破坏脆性脆性破坏破坏钢材钢材的破坏形式的破坏形式21 1、较高的强度、较高的强度 强度强度是构件或连接在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力是构件或连接在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力 屈服点屈服点fy高高构件的截面就小，重量就轻，可节约钢材，降低造价。构件的截面就小，重量就轻，可节约钢材，降低造价。抗拉强度抗拉强度fu高高，可以增加结构的安全储备，可以增加结构的安全储备。2 2、较好的塑性、较好的塑性 塑性塑性好，好，结构破坏前有较明显的变形结构破坏前有较明显的变形，可以避免结构发生脆性破坏。，可以避免结构发生脆性破坏。塑塑性性好好，可可以以调调整整局局部部高高峰峰应应力力，使使应应力力得得到到重重分分布布，并并提提高高构构件件的的延性，从而提高结构的抗震能力。延性，从而提高结构的抗震能力。3 3、较好的冲击韧性、较好的冲击韧性韧性是钢材承受冲击荷载而不发生脆性破坏的能力韧性是钢材承受冲击荷载而不发生脆性破坏的能力冲击韧性好可提高结构承受动力荷载的能力，避免发生裂纹和脆性断裂。冲击韧性好可提高结构承受动力荷载的能力，避免发生裂纹和脆性断裂。钢结构对钢材的要求钢结构对钢材的要求34 4、良好的冷加工性能、良好的冷加工性能常温下加工性能常温下加工性能冷冷加加工工性性能能好好可可保保证证钢钢材材加加工工过过程程中中不不发发生生裂裂纹纹或或脆脆断断，不不因因加加工对强度、塑性及韧性带来较大的影响工对强度、塑性及韧性带来较大的影响。5 5、良好的可焊性、良好的可焊性衡量热加工性能衡量热加工性能良良好好的的可可焊焊性性是是指指在在一一定定的的材材料料、焊焊接接工工艺艺条条件件下下，焊焊缝缝金金属属和和近近缝缝区区的钢材不产生裂纹，钢材经过焊接后能够获得良好的性能的钢材不产生裂纹，钢材经过焊接后能够获得良好的性能。6 6、耐久性要求、耐久性要求 对对于于长长期期暴暴露露于于空空气气中中或或经经常常处处于于干干湿湿交交替替环环境境下下的的钢钢结结构构，容容易易产产生生锈锈蚀蚀破破坏坏。腐腐蚀蚀对对钢钢结结构构的的危危害害不不仅仅在在于于可可以以削削弱弱钢钢材材的的有有效效截截面面，而而且且由由此此产产生生的的局局部部锈锈蚀蚀会会导导致致应应力力集集中中，从从而而降降低低结结构构的的承承载载力力，使使其其产产生生脆脆性性破破坏坏。因因此此对对钢钢材材的的防防锈锈蚀蚀问问题题及及防防腐腐措措施施应应特特别别重重视视，良良好的耐久性能可提高钢结构的使用寿命好的耐久性能可提高钢结构的使用寿命。1 1、掌握、掌握复杂应力作用钢材屈服条件及应用复杂应力作用钢材屈服条件及应用2 2、钢材的破坏形式；、钢材的破坏形式；3 3、对钢材性能的要求。、对钢材性能的要求。小小 结结谢谢！