第2章 钢结构的材料

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1、1.了解钢材的破坏形式和主要性能。2.了解影响钢材性能的主要因素。3.了解钢材疲劳破坏及计算方法。4.了解钢材的种类及选用原则要求。2.1钢结构对材料的要求2.2钢材的破坏形式2.3钢材的主要性能2.4各种因素对钢材主要性能的影响2.5复杂应力作用下钢材的屈服条件2.6钢材的疲劳2.7钢的种类和钢材的规格本章目录基本要求第2.1节钢结构对材料的要求1.概述2.钢结构对材料的基本要求了解钢结构对材料性能的基本要求本节目录基本要求2.1.1概述含碳量小于2％的铁碳合金称作钢，含碳量大于2％时称作铁。钢材种类繁多，性能差别很大，适用于钢结构只是其中一小部

2、分。（1）较高的抗拉强度fu和屈服点fy；（2）较好的塑性、韧性；（3）良好的工艺性能（冷、热加工，可焊性）；（4）对环境的良好适应性。机械性能的六项指标：屈服点fy，抗拉强度fu，伸长率δ，180°冷弯，可焊性，常温及负温冲击韧性。三项基本机械性能指标：fy，fu,δ。被认为是承重钢结构对钢材要求所必需的。2.1.2钢结构对材料的基本要求第2.2节钢材的破坏形式钢材的两种破坏形式了解钢材的破坏形式和特点本节目录基本要求2.2.1钢材的两种破坏形式破坏形式特征断口后果塑性破坏构件应力超过屈服点，并且达到抗拉极限强度后，构件产生明显的变形并断裂。断裂

3、时断口与作用力方向呈45°，呈纤维状，色泽发暗在破坏前有很明显的变形，并有较长的变形持续时间，便于发现和补救。脆性破坏在破坏前无明显变形，平均应力也小（一般都小于屈服点），没有任何预兆。断口平直并呈有光泽的晶粒状。突然发生的，危险性大，应尽量避免。第2.3节钢材的主要性能1.受拉、受压及受剪时的性能2.冷弯性能3.冲击韧性掌握钢材的主要力学性能要求及含义本节目录基本要求2.3.1受拉、受压及受剪时的性能1、钢材在单向一次拉伸下的工作性能试验条件：标准试件（GB/T228），常温（20±5℃）下缓慢加载，一次完成。含碳量为0.1%－0.3%。标准试件

4、：Lo/d=5或10；Lo--标距；d--直径图2.3.12、有明显屈服点钢材的σ-ε曲线OBCDAGH图2.3.22、有明显屈服点钢材的σ-ε曲线图2.3.3可划分为以下五个阶段：(1)弹性阶段(OB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弹性模量：E=206×103N/mm2其中，A点应力fp称为比例极限。(2)弹塑性阶段（BC段)该段很短，表现出钢材的非弹性性质，即卸荷留下永久的残余变形。(3)塑性阶段（CD段)该段σ基本保持不变（水平),ε急剧增大,称为屈服台阶。变形模量E=0。该段应力最高点和最低点分

5、别称为上屈服点和下屈服点，下屈服点比较稳定，设计中则以下屈服点为依据。（4）强化阶段(DG段)当应力达到G点时，出现颈缩现象，至H点而断裂。随荷载的增加σ缓慢增大,但ε增加较快。曲线最高点处G点的应力fu称为抗拉强度或极限强度。（5）颈缩破坏阶段(GH段)3、对无明显屈服点的钢材高强度钢材在拉伸过程中没有明显的屈服台阶，塑性变形小，设计中不宜利用它的塑性。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—称为条件屈服点或名义屈服点fy=f0.20.2%fuεp图2.3.44、应力应变曲线的简化设计时将钢材简化为理想弹塑性体钢材在静载作用下：

6、强度计算以fy为依据，fu为结构的安全储备。ε22.5%--3%fyε10.15%εσ图2.3.55、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。（3）伸长率当lo/d=5时，用δ5表示当l0/d=10时，用δ10表示（δ5＞δ10）实际工程中以伸长率代表材料断裂前具有的塑性变形能力。钢材的塑性是指：当应力超过屈服点后，钢材能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。

7、试件断裂时的绝对变形值与原标距长度的百分比，用δ表示。（4）断面收缩率　是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分比，用表示。式中：A0—试件原来的断面面积A1—试件拉断后颈缩区的断面面积图2.3.6采用短试件l0/d=3，屈服点同单向拉伸时的屈服点。6、受压时的性能7、受剪时的性能抗剪强度可由折算应力计算公式得到：2.3.2冷弯性能冷弯性能是判别钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标鉴定合格指标：通过冷弯冲头加压，当试件弯曲至180°时，检察试件弯曲部分的外面、里面和侧面，如果没有裂纹、断裂或分层，即认为试件冷弯性能合格。图2

8、.3.72.3.3冲击韧性冲击韧性——钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。用断裂时吸收的总能量（弹性和非弹性能）来表