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专业外语
ApersontravelingintheUnitedStatesmightquiteunderstandablydecide(清楚地断定)thatsteelwastheperfectstructuralmaterial.Heorshewouldseeanendlessnumberof(无穷无尽的)steelbridges,buildings,towers,andotherstructurescomprising,infact,alisttoolengthytoenumerate(列举).Afterseeingthesenumeroussteelstructuresthistravelermightbequitesurprisedtolearn(了解)thatsteelwasnoteconomicallymadeintheUnitedStatesuntillateinthenineteenthcenturyandthefirstwide-flangebeamswerenotrolled(轧制)until1908.
AdvantagesofSteelasaStructuralMaterial
钢材作为结构材料的优点
一位在美国旅行的人可能会很清楚地断定钢材是理想的结构材料。
他或她将看到无穷无尽的钢桥、钢的建筑物、钢塔以及其它的钢结构,实际上包含的名单太长了以至于无法列举。
在观看了这些数量众多的钢结构后,这位旅行者可能会非常惊讶地了解到在美国直到19世纪后期钢材才被经济地制造,并且直到1908年才轧制出第一根宽翼缘的梁。
Theassumptionoftheperfection(完美)ofthismetal,perhapsthemostversatile(通用的)ofstructuralmaterials,wouldappeartobeevenmorereasonable(合理的)whenitsgreatstrength,lightweight,easeoffabrication(制作),andmanyotherdesirable(理想的)propertiesareconsidered(考虑).Theseandotheradvantagesofstructuralsteelarediscussedindetail(详细地)inthefollowingparagraphs.
当考虑这种金属具有高强、轻质、易制作以及很多其它理想的性能时,认为其完美的假定甚至显得更合理,或许它是最通用的建筑材料。
这些和其它的结构钢的优势将在下面的段落中详细地讨论。
HighStrength Thehighstrengthofsteelperunitofweightmeansthatstructureweightswillbesmall.Thisfactisofgreatimportanceforlong-spanbridges,tallbuildings,andstructureshavingpoorfoundationconditions(薄弱地基条件).
高强度 钢材每单位重量的高强度意味着结构的重量将是小的。
这个事实对大跨的桥梁、高层建筑以及有着薄弱地基条件的结构具有重要意义。
Uniformity Thepropertiesofsteeldonotchangeappreciably(明显地)withtime,asdothoseofreinforced-concretestructure.
一致性 钢材的性能随时间的变化不明显,正如钢筋混凝土结构的性能也随时间变化不明显。
Elasticity Steelbehavescloserto(更接近于)designassumptionsthanmostmaterialsbecauseitfollows(遵循)Hooke’slawuptofairlyhighstresses.Themomentsofinertia(惯性矩)ofasteelstructurecanbedefinitely(确切地)calculated,whilethevalueobtainedforareinforced-concretestructureareratherindefinite(不确切).
弹性 比起大多数材料,钢材的运行更接近于设计的假定,因为它直到相当高的应力仍然遵循虎克定理。
一个钢结构的惯性矩可以确切地被计算,而钢筋混凝土结构得到的该值是非常得不确切。
Permanence Steelframesthatareproperlymaintained(维护)willlastindefinitely(长期地).Researchonsomeofthenewersteelsindicatesthatundercertainconditionsnopainting(涂漆)maintenancewhatsoever(一点也不)willberequired.
持久性 适当维护的钢框架将会长期地维持下去。
对一些较新钢材的研究显示在某些条件下,一点也不需要涂漆的维护。
Ductility Thepropertyofamaterialbywhichitcanwithstandextensive(大量的)deformationwithoutfailureunderhightensilestressesissaidtobeitsductility.Whenamild(低碳)orlow-carbonstructuralsteelmemberisbeingtestedintension(受拉测试),aconsiderable(相当大的)reductionincrosssectionandalargeamountelongationwilloccuratthepointoffailurebeforetheactualfractureoccurs.Amaterialthatdoesnothavethispropertyisgenerallyunacceptableandisprobablyhardandbrittleandmightbreakifsubjectedtoasuddenshock(冲击).
延性 材料在高的拉应力下能承受大的变形而不破坏的性能被称为是延性。
当一根低碳结构钢构件正在进行受拉测试时,在实际的断裂发生之前,在破坏点处将会发生横断面的大大缩小以及产生很大的伸长。
不具有这种性能的材料通常是不被接受的,并且该材料可能是坚硬和脆性的,如果承受一个突然的冲击,可能会断裂。
Instructuralmembersundernormal(正常的)loads,highstressconcentrationsdevelop(形成)atvariouspoints.Theductilenatureoftheusual(普通的)structuralsteelsenablesthemtoyieldlocallyatthosepoints,thuspreventingpremature(过早的)failures.Afurther(另一个)advantageofductilestructuresisthatwhenoverloadedtheirlargedeflectionsgivevisible(明显的)evidenceofimpendingfailure(即将破坏的迹象)(sometimesjokinglyreferredtoas“runningtime”“逃跑时间”).
在正常荷载下的结构构件中,在不同的点上会形成高应力集中。
普通结构钢延性的特点使它们在这些点上局部地屈服,这样阻止了过早的破坏。
延性结构的另一个优势是当超载时,它们的大变形显示出明显的即将破坏的迹象(有时候戏称为“逃跑时间”)。
InFractureToughness Structuralsteelsaretough(坚韧的);thatis,theyhavebothstrengthandductility.Asteelmemberloadeduntilithaslargedeformationswillstillbeabletowithstandlargeforces.Thisisaveryimportantcharacteristicbecauseitmeansthatsteelmemberscanbesubjectedtolargedeformationsduringfabricationanderection(安装)withoutfracture–thusallowingthemtobebent,hammered,sheared(剪切),andhaveholespunched(冲孔)inthemwithoutvisibledamage.Theabilityofamaterialtoabsorbenergyinlargeamountsiscalledtoughness”).
断裂韧性 结构钢是坚韧的;也就是说,它们既有强度又有延性。
一根钢构件加荷至大变形时将仍然能够承受大的力。
这是非常重要的特性,因为这意味着钢构件在制作和安装期间能承受大的变形而不断裂—这就允许它们被弯曲、锤击、剪切以及在上面冲孔而没有明显的损害。
材料吸收大量能量的能力称为韧性。
AdditionstoExistingStructures Steelstructuresarequitewell(相当)suitedtohavingadditionsmadetothem.Newbays(节间)orevenentire(整个)newwings(翼)canbeaddedtoexistingsteelframebuildings,andsteelbridgesmayoftenbewidened.
在对已有结构的添加 钢结构相当适合对其自身进行添加。
新的节间、甚至整个新的翼能被添加到已有的钢框架建筑上,因此钢桥常常可以被加宽。
Miscellaneous Severalotherimportantadvantagesofstructuralsteelare:
(a)abilitytobefastenedtogetherbyseveralsimpleconnectiondevices(方法)includingweldsandbolts;(b)adaptationtoprefabrication(预制);(c)speedoferection;(d)abilitytoberolledintoawidevarietyof(各种各样的)sizesandshapes;(e)fatiguestrength;(f)possiblereuse(再利用)afterastructureisdisassembled(分解),and(g)scrapvalue(残余价值),eventhoughnotreusable(可再利用的)initsexistingform.Steelistheultimaterecyclable(可循环的)material.
其它 结构钢其它的一些重要优点是:
(a)能够通过一些简单的连接方法包括焊缝和螺栓将其连接起来;(b)适合预制;(c)安装速度;(d)能够轧制成各种各样的尺寸和形状;(e)疲劳强度;(f)在结构被分解后可能的再利用;以及(g)残余价值,即使不能以其已有的形式被再利用。
钢材是最终可循环的材料。
DisadvantagesofSteelasaStructuralMaterial
钢材作为结构材料的缺点
Ingeneral,steelhasthefollowingdisadvantages.
通常,钢材具有下列缺点。
MaintenanceCosts Moststeelsaresusceptibleto(易受..影响)corrosion(锈蚀)whenfreely(直接地)exposedtoairandwaterandmustthereforebeperiodically(定时地)painted.Theuseofweathering(风化)steels,insuitabledesignapplications,tendstoeliminate(避免)thiscost.
维护费用 大多数钢材在直接暴露于空气和水中时容易锈蚀,因此必须被定时地涂漆。
在合适的设计应用中,采用风化的钢材往往能避免该费用。
FireproofingCosts Althoughstructuralmembersareincombustible(不燃性的),theirstrengthistremendously(惊人地)reducedattemperaturescommonly(通常)reachedinfireswhentheothermaterialsinabuildingburn.Manydisastrousfires(火灾)haveoccurredinemptybuildingswheretheonlyfuel(燃料)forthefireswasthebuildingsthemselves.Furthermore,steelisanexcellent(极好的)heatconductor(导热体),nonfireproofed(不耐火)steelmembersmaytransmitenoughheatfromaburningsectionorcompartment(隔间)ofabuildingtoignite(使..燃烧)materialswithwhichtheyareincontactinadjoiningsectionsofthebuilding.Asaresultofthesefactsthesteelframeofabuildingmayhavetobeprotectedbymaterialswithcertaininsulatingcharacteristics,orthebuildingmayhavetoincludeasprinklersystem(自动喷水灭火系统)ifitistomeetthebuildingcoderequirementsofthelocalityinquestion(正被讨论的地区).
防火费用 尽管结构构件具有不燃性,但它们的强度通常在火中达到的温度时会惊人地减少,而建筑中的其它材料则会燃烧。
很多火灾发生在空的建筑物中,这里着火的唯一燃料是建筑物自己。
而且,钢材是一个极好的导热体,不耐火的钢构件可以将一个房屋燃烧的区域或隔间的足够的热量传送而使邻近建筑区域内与之接触的材料燃烧。
根据这些现象,建筑物的钢框架可能不得不采用具有一定绝热性能的材料加以保护,或者该建筑物不得不包含一个自动喷水灭火系统,假如它符合正被讨论地区的建筑规范的要求。
SusceptibilitytoBuckling Thelongerandmoreslenderthecompressionmembers,thegreaterthedangerofbuckling.Aspreviouslyindicated,steelhasahighstrengthperunitofweight,butwhenusedforsteelcolumnsisnotveryeconomicalsometimesbecauseconsiderablematerialhastobeusedmerelytostiffen(加强)thecolumnsagainstbuckling.
容易屈曲 受压构件越是长和细的,其屈曲的危险越大。
正如前面所显示的,钢材单位重量的强度高,但是用于钢柱时有时并不经济,因为不得不采用相当多的材料仅仅是为了加强柱子以防屈曲。
Fatigue Anotherundesirable(不受欢迎的)propertyofsteelisthatitsstrengthmaybereducedifitissubjectedtoalargenumberofstressreversals(反向应力)oreventoalargenumberofvariationsoftensilestress.(Wehavefatigueproblemsonlywhentensionisinvolved.)Thepresentpractice(习惯)istoreducetheestimatedstrengthsofsuchmembersifitisanticipated(预测)thattheywillhavemorethanaprescribed(规定的)numberofcyclesofstressvariation.
疲劳 钢材另一个不受欢迎的特性是如果它承受大量的反向应力或者甚至承受大量的拉应力的变化,则它的强度可能会降低。
(只有包括拉力时我们才有疲劳问题。
)目前的习惯是如果预测到会有超过规定数量的应力变化的循环次数,则应降低该构件的估计强度。
BrittleFracture Undercertainconditionssteelmayloseitsductility,andbrittlefracturemayoccuratplacesofstressconcentration.Fatigue-type(疲劳型)loadingsandverylowtemperaturesaggravate(加重)thesituation.
脆性断裂 某些条件下,钢材可能失去它的延性,并且可能在应力集中处发生脆性断裂。
疲劳型荷载和非常低的温度加重了这种情形。
Stress-strainRelationshipsinStructuralSteel
结构钢中的应力-应变关系
Inordertounderstandthebehaviorofsteelstructures,itisabsolutelyessentialforthedesignertobefamiliarwiththepropertiesofsteel.Stress-straindiagramspresentvaluable(有价值的)informationnecessarytounderstandhowsteelwillbehaveinagivensituation.Satisfactorysteeldesignmethodscannotbedeveloped(得到)unlesscompleteinformationisavailableconcerningthestress-strainrelationshipsofthematerialbeingused.
为了解钢结构的性能,设计人员绝对有必要熟悉钢材的性能。
应力-应变图显示了有价值的信息,它对理解钢材在一个给定的条件下如何运行是必要的。
除非获得关于正被使用的材料的应力-应变关系的完整的信息,否则就不能得到满意的钢材设计方法。
Ifapieceof(一段)ductilestructuralsteelissubjectedtoatensileforceitwillbegintoelongate.Ifthetensileforceisincreasedataconstant(不变的)rate,theamountofelongationwillincreaseconstantly(不断地)withincertainlimits(范围).Inotherwords,elongationwilldoublewhenthestressgoes(变成)from6,000to12,000psi(poundspersquareinch).Whenthetensilestressreachesavalueroughly(大约)equaltoone-halfoftheultimatestrengthofthesteel,theelongationwillbegintoincreaseatagreaterratewithoutacorrespondingincreaseinthestress.
如果一段延性结构钢承受一个拉力,它便开始伸长。
如果该拉力以一个不变的速度增加,则伸长值将在一定的范围内不断地增加。
换句话说,当应力从6000磅每平方英寸变成12000磅每平方英寸时,伸长将加倍。
当拉应力达到的值约等于钢材极限强度的一半时,伸长开始以一个较大的速度增加,而应力没有相应的增加。
ThelargeststressforwhichHooke’slawapplies(适用)orthehighestpointonthestraight-lineportionofthestress-straindiagramistheproportionallimit(比例极限).Thelargeststressthatamaterialcanwithstandwithoutbeingpermanently(永久地)deformediscalledtheelasticlimit(弹性极限).Thisvalueisseldomactuallymeasuredandformostengineeringmaterialsincludingstructuralsteelissynonymouswith(与..意思相同)theproportio
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