最新钢结构设计原理.幻灯片.ppt

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1、钢结构设计原理.第二章  钢结构的材料2.1钢结构对材料的要求钢的种类繁多，性能差别很大，适用于钢结构的仅是小部分。钢结构的钢必须符合下列要求：(1)较高的抗拉强度和屈服点是衡量结构承载能力的指标，高则可减轻结构自重。是衡量钢材经过较大变形后的抗拉能力，反映钢材内部组织的优劣，高可以增加结构的安全保障。(2)足够的变形能力较高的塑性和韧性塑性和韧性好，减轻结构脆性破坏的倾向，通过较大的塑性变形调整局部应力，具有较好的抵抗重复荷载作用的能力。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、

2、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。1.强度性能1)比例极限fp：图中OP段为直线，表示钢材具有完全弹性性质，这时应力P点应力称为比例极限。弹性极限fe：PE段仍具有弹性，但为非线性弹性阶段，此时的模量叫做切线模量，，E点的应力称为弹性极限。弹性极限和比例极限相距很近，实际上很难区分，故通常只提比例极限。2)屈

3、服点：荷载增加，出现ES段，为非弹性性质，即卸荷曲线成为与OP平行的直线(图中虚线)，留下永久性的残余变形。此段上限S点的应力称为屈服点。低碳钢出现明显的屈服台阶SC段，即在应力保持不变的情况下，应变继续增加。高强度钢没有明显的屈服点和屈服台阶。屈服条件是根据试验分析结果人为规定的，故称为条件屈服点(或屈服强度)。条件屈服点是以卸荷后试件中残余应变为0.2％所对应的应力定义的。上屈服点和下屈服点进入塑性流动范围时，曲线波动较大，逐渐趋于平稳，其最高点和最低点分别称为上屈服点和下屈服点。上屈服点和试验条件(加荷速度、试件形状、试件对中的准确性)有关。下屈服点不敏感，设计中则

4、以下屈服点为依据。理想的弹-塑性体无缺陷和残余应力影响的试件比例极限和屈服点比较接近，且屈服点前应变很小。为简化计算，假定屈服点前钢材为完全弹性，屈服点后为完全塑性的，这样就可把钢材视为理想的弹-塑性体。应力-应变曲线表现为双直线。3)抗拉强度或极限强度超过屈服台阶，材料出现应变硬化，曲线上升，直至曲线最高处的B点，这点的应力称为抗拉强度或极限强度。当应力达到B点时，试件发生颈缩现象，至D点而断裂。当以屈服点的应力作为强度限值时，抗拉强度成为材料的强度储备。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

5、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: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冲击韧性韧性试验则可获得钢

6、材的一种动力性能。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，其值为曲线与横坐标所包围的总面积，总面积愈大韧性愈高，故韧性是钢材强度和塑性的综合指标。通常是钢材强度提高，韧性降低，则表示钢材趋于脆性。低温对钢材的脆性破坏有显著影响，在寒冷地区不但要求钢材具有常温(20℃)冲击韧性指标，还要求具有0℃、-20℃或-40℃冲击韧性指标。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。2.3.4可焊性可焊性：采用一般焊接工艺就可完成合格的（无裂纹的）焊缝的性能。可焊性受碳含量和合金元素含量的影响。碳素

7、钢的可焊性：碳含量0.12%~0.20%低合金钢的可焊性：碳当量表示碳当量小于0.38%时：可焊性很好。0.38%~0.45%：钢材淬硬倾向逐渐明显，适当的预热措施，控制施焊工艺。大于0.45%：钢材淬硬倾向明显，较高的预热温度，严格的工艺措施。钢材可焊性的优劣：钢材在采用一定的焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数及一定的结构形式等条件下，获得合格焊缝的难易程度。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