《钢结构》第二章钢结构的材料ppt课件.ppt

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1、2.1钢材的主要力学性能2.2影响钢材性能的因素2.3复杂应力下的屈服条件2.4钢结构的疲劳破坏和疲劳计算2.5钢材的种类、选用和型钢规格本章内容：钢材的种类很多，其化学成分不同，性能各异。钢材的性能主要有：力学性能、加工性能和抗侵蚀等性能。因此，必须了解钢材的强度、塑性、冷弯、韧性、可焊性以及影响钢材性能变化的各种因素，才能根据钢结构所受的荷载、工作环境，选择符合要求的钢材。2.1钢材的主要力学性能2.1.1钢材的强度指标和塑性指标（1）单向均匀受拉的工作特性图2.1Q235钢标准试件1)弹性阶段：OAE段OA直线的斜率称为弹性模量E，fp称为比例极限，fe称为弹性极限。2)弹塑

2、性阶段：EC段σ与ε不呈比例，除弹性变形外还有塑性变形，fy称为屈服强度，又叫屈服点。图2.2单向受拉应力－应变曲线3)屈服阶段：CF段σ不增（fy），而ε骤增。4)强化阶段：FB段屈服阶段后，钢材组织重新排列，抵抗外力能力增强。5)颈缩阶段：BD段试件出现“颈缩”而断裂，fu称为抗拉强度。单向受拉应力－应变曲线根据上述特性，可确定钢材的强度指标和塑性指标。（2）强度指标把钢材的屈服点fy作为钢材的强度标准值:fk＝fy。钢材的强度设计值f见附表1.1。弹性设计时，构件的应力不能大于f值；抗拉强度fu在实际构件中是不允许达到的，钢材的抗拉强度fu值高，可以增加结构的安全保障。可认

3、为Q235钢材是理想的弹--塑性体。即假定钢材应力小于fy时是完全弹性的，应力超过fy后则是完全塑性的。图2.3理想弹－塑性的应力－应变曲线高强度钢材没有明显的屈服台阶，这类钢的屈服点是根据实验分析结果人为规定的，称为条件屈服（用f0.2表示，定义为试件卸载后其残余应变为0.2%时所对应的应力）。这类钢材在设计中不宜利用塑性.图2.4高强度钢的应力－应变曲线钢材和铸钢件的弹性模量、剪切模量、质量密度、线膨胀系数α、泊松比列于表2.1。断面收缩率：式中l0——试件拉伸前标距长度;l1——试件拉断后原标距间长度;A0——试件截面面积;A1——拉断后颈缩区的截面面积。钢材的伸长率愈大，钢

4、材塑性愈好。(3)塑性指标伸长率：（2.1）（2.2）2.1.2冷弯性能指钢材在冷加工时，对产生裂缝的抵抗能力。将试件弯曲成规定的角度后,检查试件弯曲部分的表面有无裂缝、裂断、分层等，没有即为合格。冷弯试验是鉴定钢材质量的一种良好方法，常作为静力拉伸试验和冲击试验的一种补充试验，是一项衡量钢材力学性能的综合指标。图2.5冷弯1800试件2.1.3冲击韧性冲击韧性是衡量钢材强度、塑性及材质的一项综合指标。冲击韧性由冲击试验测定。冲击韧性：(N•m/cm2)式中AK—试验机的冲击功（N•m)；A—缺口处净截面面积(cm2)。图2.6冲击韧性试验（2.3）2.1.4可焊性焊接

5、后焊缝金属及其附近的热影响区金属不产生裂纹，并且焊缝的力学性能不低于母材的力学性能。2.1.5耐久性耐腐蚀性：新建结构需要油漆，已建结构需定期维护。耐老化性：“老化”使钢材变脆。耐长期高温性：在长期高温条件下工作的钢材，其破坏强度比常温拉伸试验的强度低得多，应另行测定“强度”。耐疲劳性：钢结构或构件在长期连续的交变荷载或重复荷载作用下，应力低于fy也会发生破坏，称为“疲劳破坏”。2.1.6钢构件的两种破坏形式1)塑性破坏——构件破坏前有明显的变形，有明显的破坏预兆。塑性破坏容易被发现而采取补救措施,可避免造成严重后果.2)脆性破坏——破坏前构件变形很小,没有任何预兆。脆性破坏无法及

6、时被发现和采取补救措施,危及生命财产安全,后果严重。设计时应尽量避免构件出现脆性破坏。BACK2.2.1化学成分的影响主要化学成分——铁（Fe，在碳素结构钢中约占99%）少量元素——碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）⑴碳（C）碳是决定钢材性能的最重要元素。建筑用钢一般多用碳素结构钢，属于低碳钢，含碳量小于0.25%；工程所用低合金钢，其含碳量小于0.52%。2.2影响钢材性能的因素⑵锰（Mn)、硅(Si)是作为脱氧剂存在钢中，是钢中的有益元素。能提高钢材的强度，而对塑性和韧性无明显影响。⑶硫(S)、磷(P)硫、磷是钢中十分

7、有害的元素。硫的存在会加大钢材的热脆性，磷加大钢材的冷脆性。⑷氧(O)、氮(N)是钢中有害的元素。氧的作用和硫相同而且更甚，造成钢材的热脆性。氮与磷相似，造成钢材的冷脆性。2.2.2冶炼、浇铸、轧制的影响(1)冶炼我国目前钢结构用钢主要是平炉和氧气转炉冶炼而成，两种冶炼方法炼制的钢质量大体相当。(2)脱氧方法用锰、硅、铝作为脱氧剂进行脱氧。按脱氧程度或方法不同而分为沸腾钢(F)、镇定钢(Z)、半镇定钢(b)和特殊镇定钢(TZ)。1）沸腾钢：质量较差。但因其成本低、产量