构件强度分析与应力限度

1.强度的概念

在设计荷载作用下，工程的构件应具有抵抗破坏的能力，这种能力称为构件的强度。同样大小外力作用在不同截面或不同材料的构件上，有的会产生很大的形变，有的甚至会被破坏，这说明杆件承受荷载的能力与构件截面的形状、尺寸以及所受的外力有关，而且与材料的力学性质有关。这就是构件的强度分析问题。

2.应力的概念

应力是单位面积上的内力，也就是内力在一点处的集度。单位是Pa，1Pa=1N/m²，这个单位在实际应用中太小，通常用kPa、MPa，1kPa=10³Pa，1MPa=10⁶Pa。用相同材料制成两根粗细不同的构件，在相同的外力作用下，它们受到的内力也是相同的，但当拉力逐渐增大时，细杆必定先被拉断，这说明同样大小的内力分布在截面各点的集度是不同的。

不同类型截面的构件，内力在构件的截面上的分布规律是不同的；不同性质的内力在截面上的分布也是不同的，这就是应力分析问题。但无论构件受力多么复杂，应力只有两种：

（1）正应力 正应力是与截面垂直的应力，用σ来表示。又可按性质细分为两种，背离截面的为拉应力，代数符号为正，如梁弯曲受拉纤维一侧各点在横截面上的应力。指向截面的为压应力，代数符号为负，如梁弯曲受压纤维一侧在各点横截面上的应力。

（2）切应力 切应力是与截面相切的应力，用τ来表示。

3.材料的力学性能

所谓材料的力学性能，是指材料在外力作用下，在强度和变形方面所表现出来的性能。这些力学性能都是通过材料试验来测定的。(www.xing528.com)

1）工程材料的种类很多，通常根据其破坏时发生的变形大小分为塑性材料和脆性材料两大类。

①塑性材料，如低碳钢、合金钢、铜和铝等。在破坏时产生较大的塑性变形，它的失效形式是屈服。塑性材料一般抗拉和抗压性能相同，且力学性能好，但造价较高。

②脆性材料，如铸铁、混凝土和石料等。在破坏时塑性变形很小，它的失效形式是断裂。脆性材料抗拉能力远小于抗压能力，但价格低廉，而且耐磨，故常用于作基础、机器底座、床身和缸体等。

建筑结构中的钢筋混凝土构件，是塑性材料与脆性材料完美结合的产物。

2）工程材料所能承受的应力都是有限度的，一般把材料失效时的应力称为极限应力，通过材料的力学试验测定，分别用σ₀和τ₀表示。

由于实际构件的受载难以精确估计，以及构件材质的不均匀性、计算方法的近似性及腐蚀与磨损等诸多因素的影响，所以还得为材料确定一个最大容许值，这个值称为材料许用应力，分别用[σ]和[τ]表示。许用应力等于极限应力除以一个大于1的安全系数。

4.梁的强度

建筑工程中的梁，在设计荷载作用下，应具有抵抗弯曲破坏的能力。梁在荷载作用下，产生的两种内力分别对应着两种应力，所以，梁的强度应分别指，梁的弯矩M在横截面上引起最大工作正应力，应小于或等于材料的许用正应力；梁的剪力Q在横截面上引起最大工作切应力，应小于或等于材料的许用切应力。