钢结构超过荷载了会塌吗？使用荷载和大气

钢结构超过荷载了会塌吗？使用荷载和大气4、低温和腐蚀性介质的影响钢材在多次重复的循环荷载作用下滞回环丰满而稳定(图4) 这是一种极好的性能 为钢结构在地震作用下耗能能力提供了基础 不过在抗震设计中包辛格效应有明显影响。由（图4）可见 随着循环中拉力增大 受压切线模量E不断下降。动力荷载也确实有对钢材性能不利的一面 即脆性转变温度随加荷速率增大而提高。3、循环加荷的影响钢材或钢构件在经受冷拉至产生塑性变形后 再使之受压 则压缩应力应变关系与未曾预拉过的压杆有很大不同 。δ—ε关系曲线很早就不再是直线 以致变形模量成为变化着的切线模量E(图3) 其值小于原材料的弹性模量Ea-曲线没有屈服平台 按残余应变为0.2%确定的屈服强度比受拉时的屈服强度要低。这种经预拉后抗压性能有所退化的现象称为包辛格( Bauschinger)效应。先压后拉也产生类似的退化现象 但在工程中的影响不如先拉后压的重要。

外界作用包括钢结构建成后的使用荷载和大气作用等。

1、多轴应力的影响

钢材在双向拉力作用下屈服应力和抗拉强度提高 延伸率降低 反之 在异号双向应力作用下 屈服应力和抗拉强度降低 而延伸率增大 （图1)给出单向拉伸和双向应力的应力应变关系的对比。如果是三向受拉 塑性比双向受拉进一步降低 破坏将是脆性的。因此 三轴拉应力对钢结构来说十分不利。

建筑结构钢材在冲击性的快速加载作用下保持良好的强度和塑性变形能力 从一些灾害性事故中得到证明:1945年美国纽约的帝国大厦在大雾中遭到架B25轰炸机的冲撞 飞机的质量约为10%kg 速度为100m/s 几乎撞到第78和79层之间的一根主要柱子上。结果这一高耸建筑的主框架并未损坏 受损的只是两根墙梁被拉脱 第二次世界大战期间英国被炸弹命中的多层框架建筑 爆炸使柱和梁受到的直接损害也比较轻 即使个别梁或柱损坏 整个框架结构仍能屹立如常 最新的一个证例是1993年美国组约世界贸易中心连接两座塔楼的低层部分遭受炸药爆炸袭击的后果 爆炸现场钢结构损害轻微 柱子一根也未炸坏。有一根柱因旁边三层楼板相继炸穿而无支长度达到21m 相应的长细比为190。按所承动力荷载计算的安全系数已小于1.0 但仍完好无损。此很多高层建筑钢结构在剧烈地震作用下表现出良好的吸收和耗散能量的能力也说明这一点。

动力荷载也确实有对钢材性能不利的一面 即脆性转变温度随加荷速率增大而提高。

3、循环加荷的影响

钢材或钢构件在经受冷拉至产生塑性变形后 再使之受压 则压缩应力应变关系与未曾预拉过的压杆有很大不同 。δ—ε关系曲线很早就不再是直线 以致变形模量成为变化着的切线模量E(图3) 其值小于原材料的弹性模量Ea-曲线没有屈服平台 按残余应变为0.2%确定的屈服强度比受拉时的屈服强度要低。这种经预拉后抗压性能有所退化的现象称为包辛格( Bauschinger)效应。先压后拉也产生类似的退化现象 但在工程中的影响不如先拉后压的重要。

钢材在多次重复的循环荷载作用下滞回环丰满而稳定(图4) 这是一种极好的性能 为钢结构在地震作用下耗能能力提供了基础 不过在抗震设计中包辛格效应有明显影响。由（图4）可见 随着循环中拉力增大 受压切线模量E不断下降。

4、低温和腐蚀性介质的影响

低温使钢材韧性降低 温度降到一定程度时钢材在冲击荷载作用下完全脆性断裂 腐蚀性介质也会促成脆性断裂并影响疲劳强度。

防止钢结构的锈蚀 长期以来都是依草涂料来加以保护 并且避免在有腐蚀性介质的环境中使用钢结构 近年来出现了耐大气腐蚀的钢材 办法是在治炼低碳或低合金钢时加入铜、铬、镍等合金元素使钢材表面形成保护层 以提高抗锈能力。我国的耐大气腐蚀钢称为耐候钢 按照以下两种国家标准生产

(1)焊接结构用耐候钢(见国标GB417284)包括四种牌号 即16CuG12 Mncucr 15 Incur和15 mncucr-q1 它们的共同点是含铜均为0.20%-0.40% 含铬量前一种为0.20%~0.60% 后三种为0.30%~0.65%。牌号中QT表示进行淬火加回火热处理。这四种钢材都具有良好的焊接性能和力学性能 屈服点的标准值见(表1)。对厚度12~50mm的钢材可保证0℃和V形缺口冲击功27J。

(2)高耐候性结构钢(见国标GB4171-84)包括三种牌号 即09 UPCRNT A09 Cupcrni-B和09CuP 它们的共同特点是磷的含量略高于一般钢材 以为合金元素 这类钢的耐候性能比前一类的好些 但用作焊接结构时厚度一般应不大于16mm 使它在工程中应用受到限制。

5、高温的影响

除了有热源的生产车间外 钢结构可能遭受的高温主要来自火灾 钢材在高温下的性能 一般钢结构教科书都有论述 这里需要补充的是火灾过后钢结构损第一章钢结构的基本性能损伤的情况。未受力的钢材当升温到700℃以内(不超过铁碳平衡图的临界点A) 然后冷却 其拉伸性能可以恢复到常温时的水平 当升温到800~1000℃时 则冷却后的残余强度为原有强度的85%~100% 然而结构在发生火灾时构件承受着不同程度的内力 如果应力很低 且经受的温度不很高。则构件可以安全渡过灾难 反之 如果应力较高 且温度接近600C 则高温软化可以导致压杆屈曲和拉杆出现颈缩 需要修复、加固或更换 如果火灾后构件没有出现新的变形 一般都可以继续安全承载。

防止钢结构火灾损伤的途径有二:其一是用防火材料加以保护。其二是开发和应用耐火钢材。宝山钢铁公司生产的耐候耐火钢系列新产品 在600C高温下屈服点下降幅度不大于标准值的1/3 采用这种钢材可以减少或取消防火涂层。