建筑材料钢材钢材基本性能ppt课件.ppt

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1、第二章建筑钢材土木工程材料学习目标通过本章的学习：（1）掌握钢材力学性能的几个指标参数：抗拉、冷弯、冲击韧性、耐疲劳和硬度等；（2）理解抗拉变形过程中的几个阶段和对应的应力指标；（3）由抗拉曲线得到钢材弹塑性评价的几个指标参数；（4）了解影响钢材性能的化学成分因素。本章内容2.1建筑钢材基本知识2.1.1建筑钢材概述2.1.2钢的冶炼加工及其对钢材质量的影响2.1.3钢的分类2.1.4钢材的加工2.2建筑钢材的主要技术性能2.2.1力学性能2.2.2工艺性能2.3建筑钢材的技术标准及应用2.3.1碳素结构钢2.3.2优质碳素结构钢2.3.3低合金高强度结构钢2.4常用建筑钢材超柔性大跨

2、度高耸细长复杂大悬空原因之一：船体钢板材料缺陷，造船工程师只考虑到要增加钢的强度．没有想到要增加其韧性。在“泰坦尼克号”沉没地点的水温中，发现了钢材的冷脆性，即在-40℃~0℃的温度下，钢材的力学行为由韧性变成脆性，从而导致灾难性的脆性断裂。原因之二：连接船体各部分的固定铆钉，是用掺有矿渣的劣质金属制成的。其中的矿渣含量竟然超过了标准钢材的2倍。根据冶金学理论，这种过量的不纯物质使得铆钉在剧烈的撞击过程中很容易发生断裂。经典案例：凄美悲壮的浪漫故事-“泰坦尼克号”沉没事故2.2建筑钢材的主要技术性能2.2.1建筑钢材的力学性能?标准试件按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件，消除断

3、部尺度效应影响。l0A0d0l?非标准试件不经过加工，直接在线材上切取的试件。头部头部工作段?2.2.1.1抗拉性能?2.2.1.1抗拉性能（低碳钢）?一条曲线的故事：应力-应变拉伸曲线。?拉伸性能是建筑钢材最重要的性能。从低碳钢的应力-应变关系中可看出，低碳钢从受拉到拉断，经历了四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。?通过对钢材进行抗拉试验所测得的弹性模量、屈服强度、抗拉强度和伸长率是钢材的四个重要技术性质指标。εσ?E式中：ε——材料的应变;σ——材料的应力;E——材料的弹性模量应力与应变2.2建筑钢材的主要技术性能2.2.1建筑钢材的力学性能1.应力：物体由于外因（受

4、力、湿度、温度场变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力。2.应变：用以描述一点处变形的程度的力学量FFAΔLL0L10001LLLLL?????AFAN???注：1）这种应力计算公式代表的是荷载作用界面平均应力，对于复杂界面或者孔洞存在应力集中和分布不均情况需计算局部应力分布；2）应变的这种计算同样是测试范围L0的平均应变，可以直接从应力应变曲线得到，对于均值连续几何形态统一规则适用性较好，否则需要用用引伸计等手段测试局部应变。?2.2.1.1抗拉性能（低碳钢）1）弹性阶段OA一条通过原点的直线，应力与应变成正比。弹性?弹性模量E值的大小反映了钢材抵抗弹性变形的能力。A

5、点对应的应力。:p????tgE??α0LL???OAF??低碳钢受拉的应力－应变图p?E1＞E2?图形的特点：?试件的特点：?计算的指标：ABCD?弹性极限?2.2.1.1抗拉性能（低碳钢）2）屈服阶段AB一条波动的曲线，应力增加很小，而应变增加很大。所能承受的拉力增加很小，而塑性变形迅速增加，似乎钢材不能承受外力——屈服强度（也叫屈服点）点对应的应力下BAFss??0LL????图形的特点：?试件的特点：?计算的指标：αOAF??低碳钢受拉的应力－应变图p?ACDBB上B下:s?s?屈服。?2.2.1.1抗拉性能（低碳钢）BB上B下A弹塑性塑性阶段3）强化阶段BC一段上升的曲线。抵

6、抗塑性变形的能力又重新提高——抗拉强度:b?AFbb???图形的特点：?试件的特点：?计算的指标：0LL???αOAF??低碳钢受拉的应力－应变图p?ACDBB上B下s?b?C点对应的应力。强化。?2.2.1.1抗拉性能（低碳钢）4）颈缩阶段CD一段下降的曲线。变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小——，直到断裂。伸长率δ：%100001???LLL??图形的特点：?试件的特点：AF??0LL???αOp?ACDBB上B下s?b?L1L0?计算的指标：颈缩?2.2.1.1抗拉性能（低碳钢）1）硬钢-高碳钢：强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强

7、度σ0.2来代替屈服强度。2）条件屈服点σ0.2：使硬钢产生残余变形达到原始标距0.2%变形时的应力作为规定屈服极限。3）代表性的材料：预应力高强度钢筋和高强钢丝。σεoA0.2%aboa——总变形。ba——弹性变形99.8%。ob——塑性变形0.2%。?2.2.1.1抗拉性能（高碳钢）1）杨氏模量：E=tan(α)杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量,定义在胡克定律适用的范围内，单轴应力和单轴形变之间的比。2）屈服强度:σs结构设计中钢