项目2钢结构材料的选用.ppt

项目2 钢结构材料的选用,Page 2,教学目标,初步学会根据具体情况选用钢材,使学生熟悉钢材的主要性能指标,掌握影响钢材性能的各种因素,了解钢结构所用材料、品种和规格,Page 3,任务2.1 钢结构对所用钢材的要求,(1) 较高的强度。,(2) 良好的塑性性能。,(3) 较好的韧性性能。,(4) 良好的加工性能和连接性能。,(5) 耐久性能好。,Page 4,任务2.2 建筑钢材的两种破坏形式,2.2.1 塑性材料与脆性材料,塑性材料,指常温低荷一次加载情况下，材料在破坏前有明显屈服台阶的材料。实际操作中，有屈服现象的钢材或者虽然没有明显屈服现象而能发生较大塑性变形的钢材，一般属于塑性材料。,Page 5,任务2.2 建筑钢材的两种破坏形式,2.2.1 塑性材料与脆性材料,脆性材料,指常温低荷一次加载情况下，材料在破坏前无屈服台阶的材料。实际操作中，没有屈服现象或塑性变形能力很小的钢材，一般属于脆性材料。,Page 6,任务2.2 建筑钢材的两种破坏形式,2.2.2 塑性破坏与脆性破坏,塑性破坏,也称延性破坏，其特征是在构件应力达到抗拉极限强度后，构件会产生明显的变形后断裂。破坏后的端口呈纤维状，色泽发暗。由于塑性破坏前总有较大的塑性变形发生，且变形持续时间较长，容易被发现和抢修加固，因此不至于发生严重后果。,Page 7,任务2.2 建筑钢材的两种破坏形式,2.2.2 塑性破坏与脆性破坏,脆性破坏,在破坏前无明显塑性变形，或根本就没有塑性变形，而突然发生断裂。破坏后的断口平直，呈有光泽的晶粒状。由于破坏前没有任何预兆，破坏速度又极快，无法及时察觉和采取补救措施，具有较大的危险性，因此在钢结构的设计、施工和使用的过程中，要特别注意这种破坏的发生。,Page 8,任务2.3 建筑钢材的主要性能及其质量控制,2.3.1 钢材的主要技术性能,钢材的力学性能,(1) 弹性阶段,(3) 强化阶段,(2) 屈服阶段,(4) 缩颈阶段,1.强度,Page 9,任务2.3 建筑钢材的主要性能及其质量控制,2.3.1 钢材的主要技术性能,钢材的力学性能,2.塑性,指钢材在应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形(塑性变形)而不立即断裂的性质，钢材的塑性通常用断后伸长率和断面收缩率表示。,Page 10,任务2.3 建筑钢材的主要性能及其质量控制,2.3.1 钢材的主要技术性能,钢材的力学性能,图2-3 钢材的伸长率,Page 11,任务2.3 建筑钢材的主要性能及其质量控制,2.3.1 钢材的主要技术性能,钢材的力学性能,3韧性,钢材在塑性变形和断裂过程中吸收机械能能力的量度，主要衡量钢材抵抗冲击或振动荷载的能力。,Page 12,任务2.3 建筑钢材的主要性能及其质量控制,2.3.1 钢材的主要技术性能,钢材的力学性能,(a) 试件尺寸 (b) 试验装置 (c) 试验机 图2-4 冲击韧度试验图 l摆锤；2试件；3试验台；4刻度盘；5指针,Page 13,任务2.3 建筑钢材的主要性能及其质量控制,2.3.1 钢材的主要技术性能,钢材的工艺性能,1冷弯性能,指钢材在冷加工时产生塑性变形，对产生裂缝的抵抗能力。冷弯性能是通过检验试件经规定的弯曲程度后，弯曲处外面及侧面有无裂纹、起层、鳞落和断裂等情况进行评定的，其测试方法如图2-5所示。,Page 14,任务2.3 建筑钢材的主要性能及其质量控制,2.3.1 钢材的主要技术性能,钢材的工艺性能,(a) 试样安装 (b) 弯曲90,Page 15,任务2.3 建筑钢材的主要性能及其质量控制,2.3.1 钢材的主要技术性能,钢材的工艺性能,(c) 弯曲180 (d) 弯曲至两面重合,图2-5 钢筋冷弯试验,Page 16,任务2.3 建筑钢材的主要性能及其质量控制,2.3.1 钢材的主要技术性能,钢材的工艺性能,2可焊性,指钢材在一定的工艺和结构条件下，钢材经过焊接后能够获得良好的焊接接头的性能。,Page 17,任务2.3 建筑钢材的主要性能及其质量控制,2.3.2 建筑钢材的质量控制,表2-1 钢材的力学性能,Page 18,任务2.3 建筑钢材的主要性能及其质量控制,2.3.2 建筑钢材的质量控制,表2-1 钢材的力学性能,Page 19,任务2.3 建筑钢材的主要性能及其质量控制,2.3.2 建筑钢材的质量控制,表2-2 钢材的化学成分,Page 20,任务2.3 建筑钢材的主要性能及其质量控制,2.3.2 建筑钢材的质量控制,表2-2 钢材的化学成分,Page 21,任务2.4 影响钢材性能的主要因素,2.4.1 化学成分的影响,表2-3 化学元素对钢材性能的影响,Page 22,任务2.4 影响钢材性能的主要因素,2.4.2 冶炼、浇注、轧制过程的影响,熔炼与浇注这一冶金过程形成钢的化学成分与含量、钢的金相组织结构，以及不可避免的冶金缺陷，从而确定不同的钢种、钢号及其相应的力学性能。 钢材的轧制能使金相的晶粒变细，也能使气泡、裂纹等焊合，因而改善了钢材的力学性能。薄板因辊轧次数多，故其强度比厚板略高。,Page 23,任务2.4 影响钢材性能的主要因素,2.4.3 热处理的影响,钢材经过适当的热处理程序，例如调质(淬火后高温回火)等，可以显著提高强度，并有良好的塑性与韧性。,Page 24,任务2.4 影响钢材性能的主要因素,2.4.4 温度的影响,大约200以内,250附近,钢材性能没有很大变化；,有蓝脆现象；,钢材的内部晶体组织对温度很敏感，温度升高与降低都使钢材性能发生变化。相比之下，低温变脆的性能更重要。,Page 25,任务2.4 影响钢材性能的主要因素,2.4.4 温度的影响,250320时,430540,有徐变现象；,强度急剧下降；,600时,强度很低，不能承担荷载。,Page 26,任务2.4 影响钢材性能的主要因素,2.4.5 应力集中的影响,当截面完整性遭到破坏，如有裂纹、孔洞、刻槽、凹角时以及截面的厚度和宽度突然改变时，构件中的应力分布将变得很不均匀。在缺陷和截面变化处附近将出现应力集中，并有双向或三向应力的应力状态，因此，材料沿力作用方向塑性变形的发展受到很大约束，材料容易脆性破坏。,Page 27,任务2.4 影响钢材性能的主要因素,2.4.6 重复荷载的影响,钢材中缺陷(裂纹、孔洞)会在连续重复荷载作用下不断扩展直至脆性断裂，即疲劳破坏。,Page 28,任务2.4 影响钢材性能的主要因素,2.4.7 钢材的硬化影响,冷拉、冷弯、冲孔和机器剪切等冷加工使钢材产生很大塑性变形，从而提高了钢材的屈服点，同时降低了钢材的塑性和韧性，即材料发生了冷加工硬化。,Page 29,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.1 钢材的种类,种类,低合金高强度结构钢,优质碳素结构钢,碳素结构钢,Page 30,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.2 钢材的规格,钢板,厚钢板,薄钢板,扁钢,Page 31,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.2 钢材的规格,1角钢,2工字钢、H型钢,3槽钢,4钢管,规格,Page 32,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.2 钢材的规格,薄壁型钢,用1.55mm厚的薄钢板(一般用Q235或Q345钢)经模压或弯曲而成，其截面形式及尺寸可按合理方案设计。有防锈涂层的彩色压型钢板所用钢板厚度为0.41.6mm，一般用于轻型屋面及墙面。薄壁型钢能充分利用钢材的强度，节约钢材。常用型钢的标注方法见表2-4。,Page 33,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.2 钢材的规格,表2-4 常用型钢的标注方法,Page 34,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.2 钢材的规格,表2-4 常用型钢的标注方法,Page 35,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.2 钢材的规格,表2-4 常用型钢的标注方法,Page 36,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.2 钢材的规格,表2-4 常用型钢的标注方法,Page 37,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.2 钢材的规格,表2-4 常用型钢的标注方法,Page 38,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.2 钢材的规格,表2-4 常用型钢的标注方法,Page 39,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.2 钢材的规格,表2-4 常用型钢的标注方法,Page 40,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.2 钢材的规格,表2-4 常用型钢的标注方法,Page 41,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.2 钢材的规格,表2-4 常用型钢的标注方法,Page 42,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.2 钢材的规格,表2-4 常用型钢的标注方法,Page 43,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.3 钢材的选用,(1) 承重结构的钢材应保证抗拉强度、屈服点、伸长率和硫、磷的合格保证；对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证(由于Q235A钢的碳含量不作为交货条件，故一般不用于焊接结构)。,对钢材质量的要求,Page 44,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.3 钢材的选用,(2) 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。,对钢材质量的要求,Page 45,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.3 钢材的选用,(3) 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度不高于0但高于-20时，Q235钢和Q345钢应具有0冲击韧性的合格保证，对Q390钢和Q420钢应具有-20冲击韧性的合格保证。当结构工作温度不高于-20时，对Q235钢和Q345钢应具有-20冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40冲击韧性的合格保证。,对钢材质量的要求,Page 46,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.3 钢材的选用,不应采用Q235沸腾钢,1焊接结构,(1) 直接承受动力荷载或振动荷载且需要验算疲劳的结构。 (2) 工作温度低于-20时的直接承受动力荷载或振动荷载但可不验算疲劳的结构以及承受静力荷载的受弯及受拉的重要承重结构。 (3) 工作温度等于或低于-30的所有承重结构。,Page 47,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.3 钢材的选用,不应采用Q235沸腾钢,2非焊接结构,工作温度等于或低于-20的直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构。,Page 48,任务2.5 钢材的种类、规格与选用,2.5.3 钢材的选用,1结构的重要性,2荷载情况,3连接方法,4结构所处的温度和环境,5钢材厚度,钢材的选用,Page 49,任务2.6 连 接 材 料,2.6.1 焊条(焊丝),电弧焊方法,手工电弧焊,自动焊,半自动焊,Page 50,任务2.6 连 接 材 料,2.6.2 螺栓,Page 51,任务2.6 连 接 材 料,2.6.3 螺栓的选用,普通螺栓连接主要用在结构的安装连接以及可拆装的结构中。,锚栓主要应用于屋架与混凝土柱顶的连接及门式刚架柱脚与基础的连接，锚栓可根据其受力情况选用不同牌号的钢材制成。,高强度螺栓连接除能承受较大的拉力外，尚能借其连接处构件接触面的摩擦可靠地承受剪力。,Page 52,任务2.6 连 接 材 料,2.6.3 螺栓的选用,表2-5 螺栓、孔、电焊铆钉的标注方法,Page 53,任务2.6 连 接 材 料,2.6.3 螺栓的选用,表2-5 螺栓、孔、电焊铆钉的标注方法,Page 54,任务2.6 连 接 材 料,2.6.3 螺栓的选用,表2-5 螺栓、孔、电焊铆钉的标注方法,Page 55,任务2.6 连 接 材 料,2.6.3 螺栓的选用,表2-5 螺栓、孔、电焊铆钉的标注方法,Page 56,实训练习题,一、名词解释,1韧性,2可焊性,3塑性,4冷弯性能,Page 57,实训练习题,二、选择题,1钢结构设计规范中推荐使用的承重结构钢材是( )。 AQ235、45、Q345 BQ235、Q345、Q390 CQ235、45、Q420 DQ235、35、Q190 2设计某重级工作制的焊接吊车钢梁，吊车起重量为75t，工作温度低于-20，宜选用( )。 AQ235A BQ235B CQ235C DQ345E,Page 58,实训练习题,二、选择题,3设计北方某地区的钢结构建筑，其冬季计算温度为-36，焊接承重结构宜采用的钢号为( )。 AQ235BF BQ235A CQ390B DQ345D,Page 59,实训练习题,二、选择题,4承重结构的钢材，应根据结构的重要性等不同情况选择其钢号和材质，下列说法中不符合规范要求的是( )。 A焊接承重结构的钢材应具有冷弯试验的合格保证 B承重结构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 C工作温度低于-20时的重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材不宜采用Q235沸腾钢 D对重级工作制的非焊接吊车梁、吊车桁架应具有冲击韧性试验的合格保证,Page 60,实训练习题,二、选择题,5某厂房承受静力荷载的焊接梯形钢屋架，在常温环境下工作，下列说法中不正确的是( )。 A可选Q345钢 B可选Q235钢 C钢材应有冲击韧性的保证 D钢材应有三项基本性能保证,Page 61,实训练习题,二、选择题,6以下关于钢材规格的叙述，不正确的是( )。 A热轧钢板-203009 000代表钢板厚20mm，宽0.3m，长9m B角钢 1409010代表不等边角钢，长肢宽140mm，短肢宽90mm，厚1