钢结构的材料资料电子教案.ppt

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1、钢结构的材料资料2.1钢结构对材料的要求(3)良好的工艺性能(包括冷加工、热加工和可焊性能)易于加工成各种形式的结构，不致因加工而对结构的强度、塑性、韧性等造成较大的不利影响。根据具体工作条件，有时还要求具有适应低温、高温和腐蚀性环境的能力。设计规范规定：承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服点和碳、硫、磷含量的合格保证；焊接结构尚应具有冷弯试验的合格保证；某些承受动力荷载的结构以及重要的受拉或受弯的焊接结构应具有常温或负温冲击韧性的合格保证。2.2钢材的破坏形式钢材有两种性质完全不同的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。塑性破坏：由于变形过大，超

2、过了材料或构件可能的应变能力，在构件的应力达到了钢材的抗拉强度后才发生。破坏前构件产生较大的塑性变形。由于较大的塑性变形发生，且变形持续的时间较长，很容易及时发现而采取措施予以补救，不致引起严重后果。塑性变形后出现内力重分布，使结构中原先受力不等的部分应力趋于均匀，因而提高结构的承载能力。2.2钢材的破坏形式脆性破坏：塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢材的屈服点，断裂从应力集中处开始。冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地。破坏前没有任何预兆，破坏是突然发生的。由于脆性破坏前没有明显的预兆，无法及时觉察

3、和采取补救措施，且个别构件的断裂常引起整个结构塌毁，后果严重，损失较大。在设计、施工和使用钢结构时，要特别注意防止出现脆性破坏。2.3钢材的主要性能2.3.1单向均匀拉伸时钢材的性能1.条件：标准试件（GB228—63），常温（20℃）下缓慢加载，一次完成。含碳量为0.1%－0.3%。标准试件：lo/d=5、10；lo-标距；d--直径d2.阶段划分A.有屈服点钢材σ--ε曲线可以分为五个阶段：OA段材料处于纯弹性，即:AB段有一定的塑性变形,但整个OB段卸载时，ε=0；E=206×103N/mm2(1)弹性阶段(OB段)OBCDAE（2）弹塑性

4、阶段（BC)该段很短,表现出钢材的非弹性性质;σB—屈服上限;σC—屈服下限(屈服点)（3）塑性阶段（CD)该段σ基本保持不变（水平),ε急剧增大,称为屈服台阶OBCDAE（4）强化阶段(DE段)极限抗拉强度fu（5）颈缩阶段(EF段)随荷载的增加σ缓慢增大,但ε增加较快OBCDAEB.对无明显屈服点的钢材该种钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变形小，破坏突然。设计时取相当于残余变形为0.2%时所对应的应力作为屈服点—‘条件屈服点’fy=f0.20.2%fuεp3.应力应变曲线的简化1)fy与fb相差很小；2)超过fy到屈服台阶终止的变形约为2.

5、5%--3%，足以满足考虑结构的塑性变形发展的要求。（1）钢材可以简化为理想弹塑性体ε2.5%--3%fyε00.15%ε（2）钢材在静载作用下：强度计算以fy为依据;fu为结构的安全储备。（3）断裂时变形约为弹性变形的200倍，在破坏前产生明显可见的塑性变形，可及时补救，故几乎不可能发生。O0.15%22%fufyfu-fy4.单向拉伸时钢材的机械性能指标（1）屈服点fy--应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力，它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。（2）抗拉强度fu--应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材最大的抗拉强度。

6、2.塑性性能伸长率:试件被拉断时的绝对变形值与试件原标距之比的百分数，称为伸长率。当试件标距长度与试件直径d(圆形试件)之比为10时，以表示；当该比值为5时，以表示。伸长率代表材料在单向拉伸时的塑性应变的能力。3.钢材物理性能指标单向受压时:采用短试件lo/d=3,受力性能基本上和单向受拉时相同。受剪时:和单向受拉也相似，但屈服点及抗剪强度均较受拉时为低；剪变模量G也低于弹性模量E。2.3.2冷弯性能冷弯性能是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标。冷弯性能由冷弯试验来确定。试验时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件弯成

7、l80°，如试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。冷弯试验不仅能直接检验钢材的弯曲变形能力或塑性性能，还能暴露钢材内部的冶金缺陷。2.3.3冲击韧性韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，采用材料在断裂时所吸收的总能量(包括弹性和非弹性能)来量度。通常是钢材强度提高，韧性降低，则表示钢材趋于脆性。采用夏比V形缺口试件在夏比试验机上进行，所得结构以所消耗的功Cv表示，单位为J。2.4各种因素对钢材主要性能的影响2.4.1化学成分钢由各种化学成分组成，化学成分及其含量对钢的性能特别是力学性能有重要的影响。铁(Fe)—钢材的基本元素，纯铁质软，在碳索结构钢中约占

8、99％，碳和其他元素仅占1％，但对钢材的力学性能却有着决定性的影响。在碳素钢中，碳是仅次于纯铁的主要元素，直接影响钢材的强度、塑性、韧性