浅析土木工程中应力集中现象及其避免

摘要：应力集中是受力零件或构件在形状、尺寸急剧变化的局部出现应力显著增大的现象。本文以应力集中为基础，阐述了应力集中的含义、相关因素、测量方法，举例分析了应力集中的应用与危害、并提出了应力集中的避免方法以促进工程构件的良好运行。

关键词：应力集中；构件；避免

受力零件或构件在形状、尺寸急剧变化的局部出现应力显著增大，且接头区域的最大应力值比平均应力值高的现象称为应力集中。应力集中在现实生活中十分常见，存在着广泛的应用，但也存在着一些危害，因此，深入了解与认识应力集中对于工程制造加工及生产生活都具有重要意义。

一、应力集中

应力集中，英文stress concentration，是弹性力学中的一类问题，指由于外界因素或自身因素几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部区域内应力显著增大、接头区域的最大应力值比平均应力值高的现象。应力集中多出现于一些尖角、孔洞、缺口、沟槽以及有刚性约束处及其邻域，可引起脆性材料断裂，使物体产生疲劳裂纹。

应力集中不仅与物体的形状及外形结构有关，还与选取的材料相关，如塑性材料与脆性材料，应力集中对塑性材料在静载荷作用下的强度几乎无影响，而对于脆性材料，应力集中现象则会一直保持到最大局部应力到达强度极限之前。同时，应力集中与外界的应用环境也存在着不可忽略的关系，如温度，另外，一些加工过程也可能会导致应力发生改变，例如回火不当引起二次淬火裂纹、电火花线切割加工显微裂纹、机械设计时也难免导致某部位的应力集中。这都需要设计人员在进行设计的时候综合考虑各个方面的因素，进而充分利用或尽力避免应力集中。

应力集中的测量起于1898年，德国的G.基尔施首次得出圆孔附近应力集中的结果。随着科学技术的不断进步，人们对应力集中的研究逐渐加深，各种用于测量应力集中的实验手段和方法也发展迅速，如电测法、光弹性法、散斑干涉法、云纹法等，同时，计算机和有限元法以及边界元法的迅速发展，也为寻找应力集中的数值解开辟了新的渠道。如，利用有限元法对高强度螺栓螺纹根部的应力集中进行测量，并在此基础上分析减少螺栓螺纹根部应力集中的可行方法，进而减少使用高强度螺栓存在的安全隐患。

二、应力集中的应用与危害

应力集中现象广泛存在于我们的生产生活中，并获得了较好的利用。如，易