钢构件应力比限值影响因素及取值参考分析

钢结构构件的应力比与哪些因素有关？如何合理控制应力比限值？

接下来从钢材内部缺陷、加工工艺、应力计算等方面分析钢材构件应力比极限的影响因素及数值参考。

1 一

钢结构构件的应力比极限控制是钢结构设计中非常关键的指标。正确控制应力比极限，既能保证结构的安全，又能使其经济合理。

从理论上讲，如果钢构件的应力比不大于1，就可以满足规范的要求，但实际上并非如此。需要考虑多种因素，如初始几何缺陷、构件内残余应力、钢材分层、焊缝缺陷等。因此，应力比不可能控制在某个值附近，而是根据具体情况。

2二

理论上，钢是一种各向同性均质材料，具有优异的机械性能。然而，由于钢材冶炼和加工的工艺和技术的原因，钢材内部不可避免地存在着各种缺陷。这些内部缺陷的存在降低了钢材的强度，并且容易产生应力集中和各向异性。

我们先来看看钢材的内部缺陷。

01、一般认为钢的内部结构接近均质各向同性体，钢结构的实际受力情况与工程力学的计算比较一致。然而，钢铁实际上在这两个方面都存在不足。不均匀性的表现之一是钢内化学元素分布不均匀。铸锭注射时，杂质相对集中在冷却较慢的中部，称为偏析。轧制成钢后偏析现象仍然存在，特别是硫的偏析。下图显示了几种钢种的硫偏析区域。偏析影响钢的可焊性并可能导致焊缝开裂。

型钢中硫的偏析（阴影部分为硫）

02、与力学计算密切相关的不均匀现象是截面上不同部位的屈服点不同。下图为H型钢屈服点分布实测示例。腹板的屈服点高于翼缘的屈服点。原因是腹板小于翼缘。边缘薄，轧制时压缩量大，性能提高程度大。

H型钢屈服点分布不均匀

(a) 矫直前 (b) 矫直后

03.钢材的力学性能在三个方向上也是不同的。沿轧制方向最好，垂直轧制方向稍差，厚度方向更差。热轧可以细化晶粒，并焊接浇注时形成的气泡、裂纹和疏松，从而使钢组织更加紧密，提高力学性能。这种改善主要体现在岩石滚动的方向上，形成纵向和横向的差异。钢内部的非金属夹杂物被压成薄片并发生分层，使钢的厚度方向力学性能恶化，主要表现为韧性降低和断裂应变减小。下图为含0.024%硫的锰钢板三个方向冲击韧性的比较。横向试样的冲击韧性约为纵向冲击韧性的80%，而厚度方向仅为20%。各向异性对型钢没有影响，因为它始终沿纵向承受力。对于用钢板焊接而成的构件，板材下料时应注意力的方向与轧制方向一致。

三个方向冲击韧性实验分析

3 三

对于不同的结构部件和不同的连接方式，其应力比限值是不同的。一般来说，应考虑以下因素：

01.考虑到材料不可避免的缺陷，可享受5%的折扣；

02、考虑地板在使用过程中可能出现的适当超载情况，适当转移到主梁上。只考虑荷载传递至直接连接的一级构件，板、次梁传递至主梁，取减少5%；

03.考虑到焊接的热影响，减少5%；

04、考虑大跨度构件的重要性，降低成本5%。

44

综合以上因素，不同构件的应力比极限分析如下：

01、两端铰接的钢梁，采用高强度螺栓连接，不受焊接影响。考虑到材料缺陷，0.95是可以接受的；

02、对于偏心支撑、钢框架梁、悬臂梁、一节刚接一节铰接钢梁、钢梯梁，由于梁柱节点一般为螺栓焊接混合节点，考虑5%的材料缺陷和5%楼层超载，焊接冲击若为5%，则0.95x0.95x0.95=0.857，取0.85；

03、对于钢柱和中心支撑，考虑5%的重要性和5%的焊接影响，0.95x0.95=0.9025，取0.90；

04、对于大跨梁、桁架等，考虑5%材料缺陷、5%楼面超载、5%焊接影响、5%重要性，则0.95x0.95x0.95x0.95=0.81，取0.80。

5吴

最后总结一下，各部件应力比限值的推荐值如下：

偏心支撑端铰接钢梁为0.95，一端铰接刚性连接钢梁为0.85，钢柱和中心支撑为0.90，大跨梁和桁架为0.80。

对于特别重要的结构和转换结构，可以适当降低应力比限值。

总之，应根据结构及构件的实际布置和受力情况，合理选择应力比限值，并充分了解结构的安全性。

最后，感谢您的阅读。希望这篇文章能让您更深入地了解钢结构构件的应力比限制和原因。如果您喜欢，请点击阅读并关注我们，获取更多精彩内容。

点击下方【土木工程讲座-留言板】参与互动

土木工程讲座-留言板