郑州大学钢结构课件第2章一..ppt

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1、第2章钢结构的材料学习的重点了解钢结构对钢材的基本要求；了解钢材的两种破坏形式；掌握钢材的主要性能指标及影响钢材性能的主要因素；了解钢结构在反复荷载作用下的性能（疲劳及影响钢材疲劳的主要因素）；了解建筑用钢的种类、规格和表示方法；掌握钢结构钢材的选用原则，能够正确选用钢材。2.1钢结构对材料的要求(1)较高的抗拉强度fu和屈服强度fy；(2)较高的塑性和韧性；(3)良好的工艺性能(包括冷加工、热加工和可焊性等)。GB50017-2003:承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证；对焊接结构尚应有含碳

2、量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。第二章钢结构的材料(1)塑性破坏:塑性变形过大，超过了材料的应变能力，破坏时应力大于fy,达到fu;(2)脆性破坏:塑性变形很小，甚至没有，破坏时应力小于fy;2.2钢材的破坏形式2.3钢材的主要性能2.3.1碳素结构钢在单向拉伸下的工作性能--标准材性试验2.3钢材的主要性能2.3.1碳素结构钢在单向拉伸下的工作性能--标准材性试验碳素结构钢单向拉伸试验结果主要力学指标：弹性模量E为常量，是结构弹性设计的主要指标；屈服强度fy是结构弹性设计的

3、强度破坏指标；抗拉强度fu是最大承载能力，是强度储备，常用屈强比（强屈比）；伸长率d表示塑性变形能力。理想弹塑性体的曲线εσfpfyfu<0.1%≈0.11%≈2.5%≈20%极限状态法设计强度：γR为材料抗力分项系数E(1)冷弯性能取决与钢材质量，并与d和a有关；(2)冷弯角a=180,试件无裂纹或分层等现象发生。图2-4冷弯试验2.3.2冷弯试验冷弯试验2.3.3冲击试验—冲击功Cv抗脆断、抗动载能力。对于不同温度分别考虑。图2-6冲击韧性试件试件——长55mm，截面10×10mm2，中间一小槽。在摆锤式冲击试验机上进行试验

4、，冲断试件后，读出摆锤消耗的功CV。三．冲击试验②焊接接头和焊缝的冲击韧性及近缝区塑性不低于母材性能。具有与母材相同的机械性能。2.3.4可焊性要求（1）可焊性好焊接工艺简单容易实现；（2）可焊性好还意味着钢材施焊后能获得良好的焊接接头性能。评定可焊性好的标志①在一定的焊接工艺条件下，焊缝和近缝区均不产生裂纹2.3.5其它—耐久性、耐火性、耐腐蚀性等。耐久性：保持钢材各项性能持久性的能力;钢材的锈蚀、时效、以及疲劳均属耐久性问题。含碳量是影响可焊性的一个重要参数，对于低碳钢用于焊接结构，含碳量不应超过0.2%。但对于低合金钢，采用

5、碳当量来反映：当CE碳当量不超过0.38%时，钢材的可焊性很好；当CE>0.38%但不超过0.45%钢材有淬硬倾向，焊接时应当采取措施；当CE>0.45%时，钢材会有明显的淬硬现象，焊接时需严格控制。2.4对钢材性能影响的主要因素1、碳直接影响强度、塑性、韧性和可焊性。提高含碳量，强度（fy，fu）提高，塑性和韧性下降，可焊性、抗锈蚀性能变劣。一般建筑钢结构中要求含碳量≦0.22%；焊接结构中，不宜采用含碳量高的钢材，要求不超过0.20%。含碳量过低<0.1%则强度过低。普通碳素钢中含有多种化学成分，其中，铁（Fe）占99%左右，

6、碳、硅、锰、硫、磷、氮、氧等共占1%左右。在低合金钢中还有合金元素，含量低于5%。影响钢材主要性能的元素有：2.4.1化学成份2、锰有益元素，是合金元素，也是一种弱脱氧剂。提高强度而不明显影响塑性，同时可消除热脆和改善冷脆倾向。一般在碳素钢（Q235)中：0.3～0.8%。低合金钢：1.0～1.6%。过多会降低钢材的塑性和可焊性。3、硅有益元素，与液态钢中氧有较强的化合作用，是强脱氧剂。含量(Q235)不超过0.3%时，可提高钢材强度，而对塑性、韧性和可焊性无明显不良影响。含量过高（≧1%）则降低塑性、冲击韧性、可焊性。4、钒（V

7、）、铌(Nb)、钛(Ti)有益元素，是合金元素，能是钢材的晶粒细化。可提高钢材强度又保持良好的塑性和韧性。如Q390(15锰钒钢)可用于船舶、桥梁等荷载大的焊接结构以及高中压容器。一般在建筑钢材中,V含量为0.02%～0.20%;Nb0.15%～0.06%;Ti0.02%～0.20%。5、铜在碳素结构钢中为杂质，对于提高钢材的抗腐蚀能力，但含量过大时对可焊性有不良影响。6、硫有害元素，在高温下（800-1000℃）生成硫化铁，使钢材变脆（热脆），因而降低钢材的冲击韧性、疲劳强度、可焊性和抗锈蚀能力。应严格控制钢材中的含硫量，一般建

8、筑钢材中最高不得超过0.05%，随等级增高而要求更高。7、磷可提高强度、提高抗锈蚀能力，但严重降低塑性、韧性和可焊性，特别易发生低温脆断（冷脆），应严格控制其含量，是有害元素，一般不超过0.045%，随等级增高而要求更高。8、氮、氧氧类似硫，氮类似