《钢结构的材料》PPT课件

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1、第二章钢结构的材料学习本章的主要目的是如何选择钢材。这就要求首先掌握钢材的性能，其中最重要的是脆断。第一节钢结构对所用材料的要求一、钢材的破坏形式1.塑性破坏(plasticityfailure)：钢材在产生很大的变形以后发生的断裂破坏称为塑性破坏，也称为延性破坏。2.脆性破坏(brittlefailure)：钢材在变形很小的情况下突然发生断裂破坏。二、钢结构对所用材料的要求物美价廉强度fy、fu高。强度高可减轻结构自重。塑性、韧性、耐久性好。可防止脆性破坏，抗动力荷载好，耐疲劳。良好的加工性能。冷、热加工和可焊性好。耐腐性好。价

2、格便宜。有时还要求钢材具有适应低温、高温等环境的能力。《钢结构设计规范（GB50017-2003)》推荐使用：碳素结构钢中的Q235钢、低合金结构钢中的Q345钢、Q390钢、Q420钢。随着研究的深入，必将有一些满足要求的其它种类钢材可供使用。若选用钢结构设计规范还未推荐的钢材时，需有可靠的依据，以确保钢结构的质量。专用钢结构用材见相关规范。第二节　钢材的主要机械性能钢材的机械性能（力学性能）通常是指钢厂生产供应的钢材在标准条件下拉伸、冷弯和冲击等单独作用下显示出的各种机械性能。它们由相应实验得到，试验采用的试件的制作和试验方法

3、都必须按照各相关国家标准规定进行。一、单向拉伸时的性能标准试件在室温（100C～350C)、以满足静力加载的加载速度一次加载所得钢材的应力σ～ε应变曲线显示的钢材机械性能如下:：(1)弹性阶段σ≤fp，σ与ε呈线性关系，称该直线的斜率E为钢材的弹性模量。在钢结构设计中，对所有钢材统一取E=2.06×105N/mm2。(2)弹塑性阶段σ与ε呈非线性关系，切线模量Et＝dσ/dε,Et随应力增大而减小，当σ=fy时Et=0。(3)塑性阶段也称屈服阶段，σ=fy后钢材暂时不能承受更大的荷载，且伴随产生很大的变形，因此钢结构设计取fy作为

4、强度极限承载力的标志。(4)强化阶段试件能承受的最大拉应力fu为钢材的抗拉强度。取fy作为强度极限承载力的标志，fu就成为材料的强度储备。(5)颈缩破坏阶段(6)可把钢材视为理想弹塑性体。(7)伸长率δ=(l1-l0)/l0*100%,反映钢材的塑性变形能力。二、冷弯性能三、冲击韧性冲击韧性值用击断试样所需的冲击功AKV表示,单位为J。冲击韧性与温度有关，当温度低于某一负温值时，冲击韧性值将急剧降低。因此在寒冷地区建造的直接承受动力荷载的钢结构，除应有常温冲击韧性的保证外，尚应依钢材的类别，使其具有-20oC或-40oC的冲击韧性

5、保证，应AKV≥27J（焦耳）。将试件弯成180o，若试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。综合反映钢材的塑性性能和冶金质量。重要结构中需要有良好的冷热加工性能时，应有冷弯合格保证。四、钢材受压和受剪时的性能钢材在单向受压（短试件）时，受力性能基本上与单向受拉相同。受剪的情况也相似，但屈服点τy及抗剪强度τu均低于fy和fu；剪变模量G也低于弹性模量E。第三节影响钢材性能的主要因素一、化学成分的影响碳(C)、锰（Mn）、钒（V）是有利元素，但也要注意对含量的限制。硫（S）、磷（P）氧（O）、氮（N）会降低钢材的塑性、韧性、可焊性和

6、疲劳性能。应严格限制含量。二、钢材生产过程的影响1.冶炼炉种的影响已无必要强调炉种的影响。2.钢的脱氧钢液中残留的氧，将使钢材晶粒粗细不匀并发生热脆。因此浇注钢锭时要在炉中或盛钢桶中加入脱氧剂以消除氧。因脱氧程度或方法不同，把钢分为沸腾钢(F)、半镇静钢(b)、镇静钢(Z)和特殊镇静钢(TZ)。3.钢材的轧制将钢锭加热至1200～1300oC，通过轧钢机将其轧成所需形状和尺寸的钢材，称为热轧钢材。轧钢机的压力作用可使钢锭中的小气泡和裂纹弥合，并使组织密实。钢材的压缩比（钢坯与轧成钢材厚度之比）愈大时，其强度和冲击韧性也愈高。现在，

7、国内的大型钢铁集团均已采用了连铸连轧技术，对于连铸连轧钢材，均为镇静钢材。三、温度的影响负温度范围内：随着温度降低，塑性和韧性降低，材料变脆，称为低温冷脆。钢材冲击韧性与温度的关系曲线反弯点所对应的温度t0称为脆性转变温度。正温度范围内:t<200oC时，钢材的性能变化不大。t在250oC左右，钢材塑性和韧性下降，破坏常呈脆性破坏特征。当t>400oC时，钢材的强度和E都急剧降低，t>600oC时其承载能力几乎丧失。四、冷加工硬化和时效硬化1.应变硬化钢材在常温下加工称为冷加工。冷轧、冷弯、冲孔、机械剪切等冷加工使钢材产生很大的塑

8、性变形，从而使fy提高，但同时降低了钢材的塑性和韧性，这种现象称为冷加工硬化。2.时效硬化钢材经过一定时间后强度提高但塑性降低，这种现象称为时效硬化。不同种类钢材的时效硬化过程可从几小时到数十年。3.人工时效使钢材产生10%的塑性变形，再加热到20