不銹鋼的抗壓強度大小和許用應(yīng)力大小

1、不銹鋼的抗壓強度大小和許用應(yīng)力大?。?？ ？懸賞分：50 -解決時間：2008-5-25 20:41不銹鋼的抗壓強度大小和許用應(yīng)力大??？隨便哪種都可以，請標(biāo)注，如 316不銹鋼：* , *提問者：htsgtc -試用期 二級 最佳答案結(jié)構(gòu)不銹鋼不銹鋼與普通碳鋼相比投資成本較高，使它一直不能用作普通結(jié)構(gòu)件。不過目前評估結(jié)構(gòu) 件總體成本的因素越來越多，例如：耐腐蝕性，特別是在沿海地區(qū)，減少維修量和降低維 修成本都會對整體壽命周期成本產(chǎn)生巨大的影響。核電工業(yè)就是一個典型的例子，在核電工業(yè)中，結(jié)構(gòu)件需要有很長的使用壽命，因其 不便于維修甚至不可能進行維修。1 .核工業(yè)以Sellafield核回收廠為例

2、，該廠的接收和儲藏池頂部（跨度為 41 . 5米，長100米） 的結(jié)構(gòu)框架共用了 350噸左右的321S12不銹鋼。4米深的桁梁是用鋼板壓成角鋼制作而成的，規(guī)格從200X200X1600mm到100 X100X 10mm。作為頂部楝子的矩形空心型材（300X200X8mm ）是由圓形空心型材 （直徑324mm ,厚度10mm ）支撐的。2 .磚墻支撐角鋼在墻內(nèi)的潛在腐蝕環(huán)境中，同樣使用了數(shù)千噸不銹鋼作為支撐磚墻的座角鋼。這一點將在本文后面詳細論述。3 .露天體育場意大利新Bari體育場的維護是一大難題，而且是一項耗資巨大的工程，為此選用了不 銹鋼。涂有聚四氟乙烯的玻璃纖維漆布屋頂是由不銹鋼構(gòu)件

3、和拉桿組成的框架支撐，把漆布 繃緊。在使用直徑為193. 7mm ,厚度為410mm的管材的同時，使用了 20噸棒材和15 噸板材。通過海上平臺這種特殊應(yīng)用實例，NiDI已經(jīng)證明如果考慮整體壽命成本，即：首先是安裝成本再加上日后的維護修理或更換部件的費用，采用不銹鋼是一個節(jié)省開支的措施。不銹鋼由于其美觀和作為結(jié)構(gòu)件的功能可以用作購物中心等場所的扶欄或作為表現(xiàn)建筑特 征的玻璃支架。4 . BOND街購物中心防火玻璃幕墻全部由不銹鋼框架支撐。除活動接頭外，從地面到各樓層一直到樓頂?shù)呢Q框全部是一體的。豎框所用型鋼為60X30X3mm的矩型空心型鋼。在下面介紹的地鐵系統(tǒng)中，由于減壓系統(tǒng)的效應(yīng)，設(shè)計中必

4、須允許有空氣壓力差。預(yù)計空氣的流速為5英里/小時，相當(dāng)于0. 25千牛頓/平方米的載荷。扶欄由豎框支撐，能承受的水平載荷為0. 74千牛頓/平方米。安裝后允許的撓度為 25mm。通過變形或樓板間的垂直移動對框架進行補償。5 . BUSH LANE 大廈該大廈充分表明了作為工程材料和結(jié)構(gòu)用途的不銹鋼的所有特點。由于位置的限制和 由于下面是地鐵網(wǎng)架樁深度的限制，構(gòu)架位于建筑物外方。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)件是用離心鑄 造生產(chǎn)的，具有12. 530mm的不同厚度。節(jié)點為砂型鑄造，為向倫敦市中心的一個建 筑物提供必要時的防火，整個構(gòu)架內(nèi)充滿了水。結(jié)構(gòu)設(shè)計指南目前能夠提供給設(shè)計人員的結(jié)構(gòu)設(shè)計指南很有限，使現(xiàn)有的結(jié)

5、構(gòu)型材不能得到更廣泛 的應(yīng)用。這種情況在最近幾年發(fā)生了很大的變化。就材料本身而言，目前廣泛出版的不銹 鋼標(biāo)準(zhǔn)共有57個標(biāo)準(zhǔn)鋼種，按冶金結(jié)構(gòu)可分為奧氏體、鐵素體和馬氏體，這么多的鋼種會 使設(shè)計中不常使用不銹鋼的設(shè)計人員無從選擇。他們最常提到的問題是"我該用哪個鋼種？”這些材料的機械性能數(shù)據(jù)與碳鋼的不同，使設(shè)計人員面臨的問題更多。要幫助設(shè)計人員利用不銹鋼，要采取哪些措施呢？過去的四年中，在日本、美國和歐洲出版了不銹鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計指南。1 .美國的研究成果為了對1974年出版的AISI冷成型結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊進行修訂，NiDI進行了為期四年的研究，其研究結(jié)果見1991年出版的美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會 （AN

6、SI ）和美國土木工程師學(xué)會（ASCE） 標(biāo)準(zhǔn) ANSI /ASCE8-90 。這本1974年出版的手冊是許多年來結(jié)構(gòu)設(shè)計人員唯一的一本關(guān)于不銹鋼應(yīng)用的資料。新的ANSI /ASCE標(biāo)準(zhǔn)是利用極限狀態(tài)設(shè)計原則制定的。這一標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被過去幾年中起草的絕大多數(shù)有關(guān)結(jié)構(gòu)的業(yè)務(wù)法規(guī)所采用。不過許用應(yīng)力的設(shè)計方法仍在使用。因為這兩份文獻都是現(xiàn)行的，采用哪種方法取決 于設(shè)計人員。新的設(shè)計指南中的附件 E只是簡要地介紹了許用應(yīng)力設(shè)計方法， 詳細內(nèi)容見本項研究的（進 展報告（3）。2 .不銹鋼鋼種ANSI/ASCE標(biāo)準(zhǔn)中包括的材料如下；鐵素體鋼種：409、430和439奧氏體鋼種：201、301、304和316

7、經(jīng)過退火的1/16、1/4和半硬材料都屬于奧氏體鋼，這些鋼種冷加工時會產(chǎn)生加工 硬化。NiDI和國際銘開發(fā)協(xié)會（現(xiàn)為國際銘開發(fā)協(xié)會）是該項目的贊助單位。3 .英國的研究成果它們也是在英國所進行的研究的主要贊助單位，該研究結(jié)果將成為制定歐洲結(jié)構(gòu)不銹 鋼標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。該指南完全是依據(jù)極限狀態(tài)原則編寫的，它包括冷成型結(jié)構(gòu)件和板材加工而成的結(jié)構(gòu) 件。研究過程中有些試驗是在從未試驗過的大型不銹鋼型材上進行的。鋼種-英國研究成果盡管不銹鋼的鐵素體鋼種包括在美國的ANSI/ASCE標(biāo)準(zhǔn)中，但未包括在英國設(shè)計手冊中。英國的設(shè)計手冊中只包括了三種奧氏體不銹鋼鋼種，即：奧氏體鋼種：304L、316L和鐵索體/奧氏體

8、雙相 2205。選擇少量鋼種的原因很簡單，因為目前可使用的碳結(jié)鋼總共只有三種。使用L編號是因為這些低碳鋼種能夠焊接，不會出現(xiàn)與晶間腐蝕有關(guān)的問題。英國的手冊中不包括加工硬化材料。這并不意味著不銹鋼的其它鋼種或加工硬化材料的使用不屬于結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用范 疇。雙向不銹鋼因兩相兼有而強度高，其強度高于高強度碳鋼，這種材料已成功地用于北 海的海上石油平臺。BUSH LANE大廈該大廈是一個將雙相不銹鋼用作結(jié)構(gòu)件的好例子。該大廈位于倫敦的 CONNON街，地鐵站上面縱橫交錯的地鐵隧道限制了地樁的深度 和位置。為此在建筑物的外邊使用了結(jié)構(gòu)框架，并利用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)將載荷傳到支撐柱上。使用的離心鑄管的直徑分別為194

9、mm、324mm和512mm ,前兩種鑄管的壁厚9. 5mm ,最大的鑄管管壁厚度為 12. 530mm。節(jié)點是砂鑄的。采用的表面是經(jīng)過玻璃球噴丸，表面加工相當(dāng)于63CLA。材料的屈服強度為 380N/mm2,抗拉強度650780N/mm2 ,延伸率30%。該材料含碳 0.08%,需21 %,饃5.5%, 鋁2%。NiDI和歐洲不銹鋼協(xié)會(EUROINOX )已經(jīng)出版了不銹鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊。歐洲負責(zé)制定標(biāo)準(zhǔn)的機構(gòu)計劃出版一套不銹結(jié)構(gòu)鋼的業(yè)務(wù)規(guī)程，而且將編入 EUROCODE3 的 1 . 4 節(jié)中。NiDI已經(jīng)將其研究結(jié)果提供給了編制EUROCODE的有關(guān)人員，1 . 4節(jié)就是按我們起草的內(nèi)容編

10、寫的。設(shè)計規(guī)則為什么不銹鋼不能沿用碳素結(jié)構(gòu)鋼的設(shè)計規(guī)則？碳鋼的設(shè)計規(guī)則不能用于不銹鋼是因為碳鋼與不銹鋼之間有著根本的區(qū)別：1 .不銹鋼沒有屈服點，通常以(30.2來表示該屈服應(yīng)力被認為是當(dāng)量值。2 .應(yīng)力/應(yīng)變曲線形狀不同，不銹鋼的彈性極限大約是屈服應(yīng)力的50%,就標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的最小值而論，該屈服應(yīng)力值低于中碳鋼的屈服應(yīng)力值。3 .冷加工時不銹鋼產(chǎn)生加工硬化，例如，彎曲時具有各向異性，即：橫向和縱向性能 不同?？梢岳糜衫浼庸ざ龈叩膹姸龋贿^如果與總面積相比彎曲面積較小而忽略不計這 種增加時，強度增高可以在一定程度上提高安全系數(shù)。基本設(shè)計程序不銹鋼的設(shè)計程序大體上是從現(xiàn)適用于結(jié)構(gòu)工程設(shè)計的各

11、個方面的原則派生出來的。但是由于通常使用的不銹鋼是薄規(guī)格型鋼，所以，它的設(shè)計過程比碳鋼薄規(guī)格材料復(fù) 雜得多。重要的是確定不銹鋼的最終用途，因為在許多應(yīng)用中不銹鋼不僅作為結(jié)構(gòu)件而且要起 到美觀的作用。為了防止構(gòu)件受力部分出現(xiàn)局部彎曲和變形，關(guān)鍵的因素是材料的寬度和厚度之比的 極限值。還有一點也很重要，值得一提，即：材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了60.2的最小值，對于建筑物所用的奧氏體不銹鋼，該值大約是240N/mm2 ,但是，材料的特征強度一般要比該值高出15%,設(shè)計人員應(yīng)將這一強度系數(shù)考慮在內(nèi)。設(shè)計依據(jù)4 .不銹鋼和碳結(jié)鋼之比較首先，看一下普通碳結(jié)鋼與不銹鋼之間的主要區(qū)別。5 .應(yīng)力/應(yīng)變曲線圖碳鋼的應(yīng)力/應(yīng)

12、變曲線的線性部分實際上是一條直達屈服點的直線，而不銹鋼的線性 區(qū)大約是60.2的50%。當(dāng)應(yīng)力級在非彈性區(qū)時，用于結(jié)構(gòu)設(shè)計中的彎曲設(shè)計理論和虎克定律，即：應(yīng)力與應(yīng) 變成比例，不真正適用于不銹鋼。因此，在應(yīng)力級較低的情況下，對不銹鋼構(gòu)件結(jié)構(gòu)進行設(shè)計比較簡單，但是在應(yīng)力級 較高的情況下，需要查閱變形和局部彎曲的標(biāo)準(zhǔn)。6 .張力在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)法規(guī)中，拉伸應(yīng)力加上載荷系數(shù)與毛斷面的材料的屈服應(yīng)力聯(lián)系在一起，抗拉極限強度與屈服應(yīng)力的比值用于校驗凈截面。不銹鋼的抗拉極限強度與屈服應(yīng)力之比為2. 4,而碳鋼中該范圍是 1. 62. 1。拉伸構(gòu)件需要對其強度進行兩項檢查：毛斷面的屈服應(yīng)力凈有效斷面的拉伸極限強度（

13、最大1. 2）7 .壓力壓力取決于屈服應(yīng)力和模數(shù)，因為受壓桿件的破壞通常是由于撓曲引起的，而撓曲本 身又與剛度有關(guān)。因此，用減小E值來增大所能承受的力是很有必要的。因為這表明在細長比一定的條件下，不銹鋼構(gòu)件的縱向彎曲力低于相同的碳鋼結(jié)構(gòu)件。細長比較低時，兩種材料一樣。細長比較高時，應(yīng)力低，強度類似，但細長比在80120的中間值范圍內(nèi)，不銹鋼的縱向彎曲力較低。8 .彎曲在沒有縱向彎曲情況下，彎曲應(yīng)力一般與屈服應(yīng)力有關(guān)。各種規(guī)則即使是含有彈性設(shè) 計的規(guī)則，都認識到了形狀系數(shù)的重要性。形狀系數(shù)把梁的塑性力矩值增加到遠遠高于開 始屈服時能力的值。但是，不銹鋼應(yīng)變硬化在開始屈服后立即開始，因此，外纖維增

14、加而內(nèi)纖維仍在彈性 區(qū)內(nèi)變形。所以，由于應(yīng)變硬化，不銹鋼能夠具有較高的彎曲能力。不過在EUROCODE3第1. 4節(jié)中沒有提供塑性分析的內(nèi)容。9 .剪力和壓力它們與剛度無關(guān)，而是直接關(guān)系到屈服應(yīng)力和極限應(yīng)力。應(yīng)變硬化可以提高安全裕度。10 縱橫向性能在英國的研究中，材料檢驗的結(jié)果普遍表明縱橫性能差不超過7.5%。美國的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計新版ANSI /ASCE標(biāo)準(zhǔn)利用許用載荷和力距替代了許用應(yīng)力。因此，安全載荷的計算方法是在為所使用的構(gòu)件和連接件計算得出的最大強度、縱向 彎曲力或屈服力加上一個安全系數(shù)。大多數(shù)條款中還使用了無因次方程，從而可以方便地 使用任何單位進行設(shè)計，同時還簡化了載荷和抗力設(shè)計

15、格式的轉(zhuǎn)換。有關(guān)結(jié)構(gòu)不銹鋼的設(shè)計1 ."冷成型結(jié)構(gòu)件技術(shù)規(guī)格"，參見ANSI/ASCE8-90 ,可以向ASCE索取。2 . EUROINOX （歐洲不銹鋼）協(xié)會的"結(jié)構(gòu)不銹鋼設(shè)計手冊"。不銹鋼的耐高溫性不銹鋼作為結(jié)構(gòu)件，例如，磚墻的支撐角鋼，很可能會遇到出現(xiàn)火情時的高溫。不銹鋼的性能優(yōu)于碳鋼性能，NiDI在電纜橋架上進行的試驗已經(jīng)充分說明這一點，并在錄彳象片"最有效的解決方法”中作了介紹。1.直接受熱對電纜橋架進行直接受熱試驗是最能說明問題的。電纜橋架的承載能力相同。為了模擬典型的工作環(huán)境，試驗時的加載量是它們可能承載的50%。3米長的橋架由18個煤氣燒嘴加熱，產(chǎn)生的溫度高達1000 c以上。鋁質(zhì)橋架在26秒內(nèi)完全毀壞。玻璃鋼橋架沒等燒嘴全部點燃就毀壞了。碳鋼橋架經(jīng)歷了 5分鐘的試驗，達到了煉油廠的要求，達到的最高溫度是811c。5分鐘后的撓度為166mm。不銹鋼橋架持續(xù)了 45分鐘，當(dāng)時不幸的是罐內(nèi)的氣體被用完了。不過試驗過程中，有14分鐘溫度在1000 c以上，有30分鐘溫度在900 c以上。在整個試驗過程中，不銹鋼不僅保持其結(jié)構(gòu)