me钢结构第二章（材料）ppt课件.ppt

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1、钢结构原理土木工程系1第二章钢结构的材料本章内容:§2.1钢结构对材料的基本要求§2.2钢材的破坏形式§2.3钢材的主要性能§2.4影响钢材性能的主要因素§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钢的种类和钢材规格本章重点:钢材的主要性能、各种因素对钢材性能的影响，钢材的种类、规格及选择原则。本章难点:影响钢材性能的主要因素、钢材的疲劳2钢结构对钢材的基本要求：1、具有较高的抗拉强度fu和屈服点fy(强度高，所需的截面就小，结构的自重轻)。§2.1钢结构对材料的要求《钢结构设计规范》GB50017-2003推荐承重结构用钢宜采用：碳素结构钢中的

2、Q235钢及低合金高强结构钢中的Q345、Q390和Q420钢四种钢材。2、具有较好的塑性、韧性(塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载)。3、良好的工艺性能——适应冷加工、热加工，可焊性好。4、对环境的良好适应性——适应低温、高温，耐腐蚀、耐火、耐疲劳。3钢材的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。§2.2钢材的破坏形式一种钢材具有塑性变形能力的大小，不仅取决于钢材原始的化学成分，熔炼与轧制条件，也取决于后来所处的工作条件。即使原来塑性表现极好的钢材，改变了工作条件，如在很低的温度之下受冲击作用，也完全可能呈现脆性破坏。严格地说，不宜把钢材划分为塑性和脆性材

3、料，而应该区分材料可能发生的塑性破坏与脆性破坏。4§2.2钢材的破坏形式对比内容塑性破坏脆性破坏破坏应力破坏前变形明显不明显断口外形杯形平直断口色泽暗淡有光泽断口细部纤维状晶粒状破坏过程延续较长时间突然破坏机理剪应力超过晶粒抗剪能力拉应力超过晶粒抗拉能力危害性便于发现和补救，较轻大对策合理设计结构强度考虑低温、疲劳和冲击作用，合理选择材料种类、构造形式、施工工艺52.3.1单向拉伸时的工作性能§2.3钢材的主要性能（1）试验条件（a）试件的尺寸要符合国家标准，表面光滑，没有孔洞、刻槽等缺陷。试件的标距长度取其直径的5或10倍。（b）荷载要分级逐次增加，直到试件破坏

4、。（c）试验温度要控制在室温20℃左右。荷载－变形（F－ΔL）曲线应力－应变（σ－ε）曲线《金属材料室温拉伸试验方法》(GB/T228)6（a）有屈服点钢材s---e曲线可以分为四个阶段：§2.3钢材的主要性能图2.1碳素结构钢的应力-应变关系屈服阶段（PESC)强化阶段(CB段)颈缩阶段(BD段)弹性阶段（OP)fp—比例极限fy—屈服强度(强度限制、设计依据)fu—极限强度(强度储备)（2）钢材的应力-应变关系7§2.3钢材的主要性能设计时以卸载后试件中残余应变为0.2％所对应的应力作为屈服点——“条件屈服点”或“名义屈服点”（有时用f0.2表示）没有明显屈服

5、点的钢材在拉伸过程中没有明显的塑性平台，塑性变形小，设计中不利用它的塑性。（b）无明显屈服点的钢材图2.2高强度钢的应力-应变曲线fy=f0.28(3)单向拉伸时钢材的机械性能指标2.3.1单向拉伸时的工作性能§2.3钢材的主要性能①屈服点fy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。（作为钢结构设计可以达到的最大应力）②抗拉强度fu应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材破坏前所能承受的最大应力。钢材达到fu时，已产生很大塑性变形而失去使用性能，但fu高则可以增加结构的安全保障（fu/fy的值可看作钢材强度储备系数）钢材的塑性当应力超过屈服点后，钢材能产

6、生显著的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。塑性好坏可用伸长率表示，通过静力拉伸试验得到。9伸长率δ试件断裂前的永久变形与原标定长度的百比。l0—原标距长l1—拉断后标距长度d0—试件直径试件有两种标距：l0/d0=5和l0/d0=10相应的伸长率用δ5和δ10表示。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。2.3.1单向拉伸时的工作性能§2.3钢材的主要性能10(4)应力应变曲线的简化2.3.1单向拉伸时的工作性能§2.3钢材的主要性能曲线简化的依据：1）钢材在屈服点之前的性质接近理想的弹性体。2）屈服点之后的流幅现象又接近理想的塑性体，并

7、且流幅的范围（e≈0.15％-2.5％）已足够用来考虑结构或构件的塑性变形的发展。ε2.5%fyε00.15%ε钢材可视为理想的弹性-塑性材料图2.3简化的应力-应变曲线11(5)钢材的物理力学性能指标2.3.1单向拉伸时的工作性能§2.3钢材的主要性能弹性模量E(N/㎜2)泊松比μ剪变模量G(N/㎜2)线膨胀系数(以每℃计)质量密度(kg/m3)206×1030.30.79×1051.2×10-57850表2.1钢材的物理力学性能指标12图2.4钢材冷弯试验示意图2.3.2冷弯性能§2.3钢材的主要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。钢材在冷

8、加工（常温