钢结构设计原理-第二章-钢结构的材料.教学文案.ppt

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1、钢结构设计原理-第二章-钢结构的材料.根据以上要求，我国《现行钢结构设计规范》GB50017-2003推荐承重结构钢材:Q235、Q345、Q390、Q420钢首者应符合国家标准《碳素结构钢》GB/T700的规定，后三者应符合《低合金高强度结构钢〉GB/T1590的要求，其中Q420钢是新推荐的。鸟巢所用钢材名为Q460EZ235，这种钢的强度是普通钢材的两倍，能达到最高级别，而这种钢材完全由我国自主创新研究出来。名为Q460EZ235的钢材是顶级建筑用钢，“460”指的是钢材的强度，这表明这种钢的强度是普通钢材的两

2、倍，“E”指的是零下–40度的冲击韧性指标，这表明此钢的韧性十足，而“Z235”则表明鸟巢钢材的性能是最高级的。一、钢材的两种破坏形式塑性破坏和脆性破坏建筑用钢材是理想的弹塑性材料，塑性性能比较好，但在有些情况下也存在脆性，或由塑性转化为脆性。钢材有两种可能的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。§2-2建筑钢材的主要性能1、塑性破坏（延性破坏）：1）现象：从钢材静力拉伸试验可以看出，构件应力大于屈服点后，构件产生很大的变形和明显的“颈缩”现象并断裂，塑性破坏断口为杯形，呈纤维状，色泽发暗。2）特点：破坏前有明显的变形，有

3、预兆，故可预防和避免，且塑性变形后出现的应力重分布现象可使构件应力趋于均匀，可提高构件的承载力。2、脆性破坏：1）现象：在破坏前无明显变形，平均应力也小（一般小于屈服点），脆性破坏断口平直，呈有光泽的晶粒状。2）特点：破坏是突然发生的，无任何预兆，后果严重。二、单向均匀应力作用下的静力工作性能单向拉伸试验：sea’cdefufyfb弹性阶段弹塑性阶段屈服阶段强化阶段破坏阶段比例极限fp-弹性阶段和塑性阶段分界点处的应力屈服强度fy-屈服阶段最低点处的应力抗拉强度fu-也称极限强度，曲线最高点处的应力碳素结构钢材的应力

4、-应变曲线弹塑性阶段强化阶段（一）强度指标为了简化计算，通常假定屈服点之前材料为完全弹性的，屈服点之后变为一塑性材料（如图所示）。因此钢结构在按弹性设计时，以屈服点作为强度计算的依据，并据以确定钢材的强度设计值；在按塑性设计时，则有意识地利用材料的塑性性质获得节约钢材的效果。抗拉强度fu是钢材破坏前能够承受的最大应力。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，故屈强比fy/fu的值可看作钢材强度储备系数。由应力—应变图得到的几个结论：1、在设计时取屈服点为钢材可以达到的最

5、大应力，且作为钢材静力强度的标准值。2、钢材为理想的弹塑性体钢材在屈服以前接近于理想弹性体，在屈服后接近于理想塑性体。3、塑性变形大钢材破坏前的塑性变形差不多等于弹性变形的200倍，产生破坏时容易发现和补救，不致引起严重后果。4、安全储备大屈强比的比值为衡量钢材强度储备的一个系数。塑性：钢材的塑性是指钢材受力时，在应力达到fy以后，能产生显著的塑性变形，而不立即断裂的性质。塑性好坏可用伸长率和断面收缩率表示。通过静力拉伸试验得到。伸长率为试件拉断时原标距间长度伸长值与原标距比值的百分率。断面收缩率是指试件拉

6、断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率。A0——试件原来的断面面积；A1——试件拉断后颈缩区的断面面积；结构或构件在受力时（尤其承受动力荷载时）材料塑性好坏往往决定了结构是否安全可靠，因此钢材塑性指标比强度指标更为重要。（二）塑性指标韧性：是指钢材在塑性变性和断裂过程中吸收能量的能力，也是表示钢材抵抗冲击荷载的能力。钢材韧性通过冲击试验，测定冲击功来表示。式中：ak——冲击韧性值；Ak——冲击功；An——试件缺口处的净截面积。三、冲击荷载下的韧性指标------韧性试验得到钢结构设计规范对钢材的冲击韧性

7、ak有常温和负温要求的规定。选用钢材时，根据结构的使用情况和要求提出相应温度的冲击韧性指标要求。四、1800冷弯性能-冷弯试验得到（定性指标）冷弯试验见图2.4(P11)冷弯性能：是指钢材常温下承受弯曲变形的能力，同时也能反映钢材质量。是一个综合指标。钢材的可焊性是指在一定工艺和结构条件下，钢材经过焊接能够获得良好的焊接接头的性能。可焊性分为施工上的可焊性和使用性能上的可焊性。施工上的可焊性指对产生裂纹的敏感性，使用性能上的可焊指焊接构件在焊接后的力学性能是否低于母材。五、钢材的可焊性我国现行钢结构设计规范推荐的几种

8、建筑钢材均有良好的可焊性。§2-3影响钢材性能的主要因素一、组织构造-主要针对低碳钢而言纯铁体：已结晶形式存在，占99%，性质为强度低，塑、韧性好。渗碳体：以Fe3C的化合物形式出现，较硬脆，在钢材中一般不存在单独的渗碳体，它与纯铁体混合而成珠光体。珠光体：前两者的混合物，性质为强度高，塑、韧性差。二、影响钢材性能的主要因素1、化学成分的影响碳