二 钢结构的材料PPT课件

1 厦门大学建筑与土木工程学院 2 2 1钢结构对结构用钢的基本要求 2 2钢材的破坏形式 2 3钢材的主要力学性能 2 4影响钢材性能的主要因素 2 5钢材的种类 规格及选用原则 主要内容 厦门大学建筑与土木工程学院 3 较高的强度 轻质高强足够的变形能力 优良的塑性韧性良好的加工性能 适应冷 热加工 可焊性好胜任恶劣环境的耐久性 适应低温 适应腐蚀介质 适应重复荷载 2 1钢结构用材的基本要求 厦门大学建筑与土木工程学院 4 塑性破坏加载后有较大变形 因此破坏前有预兆 断裂时断口呈纤维状 色泽发暗 脆性破坏几乎没有任何征兆的突然破坏 断裂时断口平齐 呈有光泽的晶粒状 2 2钢材的破坏形式 应极力避免钢结构发生危险的脆性破坏冶炼 加工 使用 环境 设计等多种因素会影响钢结构发生脆性破坏 厦门大学建筑与土木工程学院 5 2 3 1钢材在单向一次拉伸下的工作性能2 3 2钢材的冷弯性能2 3 3钢材的动力性能2 3 4钢材的可焊性和耐久性2 3 5钢材在复杂应力作用下的工作性能2 3 6钢材的疲劳性能 2 3钢材的主要性能 厦门大学建筑与土木工程学院 6 1 钢材一次拉伸 常温 静载 2 3 1钢材在单向一次拉伸下的工作性能 视频 厦门大学建筑与土木工程学院 7 2 钢材一次拉伸的应力 应变曲线 一般可将钢材视为理想弹 塑性材料 残余应力的存在 比例极限fp和弹性极限fe很难区分 应力达到fy时的应变 0 15 和fp时的应变 0 1 很接近 认为fy是弹性工作终点 在fy以前是理想弹性体 应力达到fy后 有一个较大的塑性应变范围 0 15 2 5 应力不再增加 接近理想塑性体 厦门大学建筑与土木工程学院 8 对于没有明显屈服点的钢材 其屈服条件是根据试验分析结果而人为规定 永久变形为0 2 时对应的应力作为屈服点 用 0 2表示 称为名义屈服点或条件屈服点 厦门大学建筑与土木工程学院 9 3 钢材的强度指标屈服强度fy 衡量结构承载能力和确定强度设计值的重要指标 1 作为弹性工作和塑性工作的分界点 2 钢材屈服后塑性变形很大 使结构不能继续使用 同时变形极易被人们发现 可及时采取措施 避免突然破坏 抗拉强度fu 钢材破坏前所能承受的最大应力 衡量钢材巨量变形后的抗拉能力 1 直接反映钢材内部组织的优劣 2 钢结构极大的强度储备 为结构提供了安全保障 强屈比fu fy可看作是衡量钢材强度储备的一个系数 强屈比越大 钢材的安全储备越大 厦门大学建筑与土木工程学院 10 4 钢材的塑性指标塑性 钢材在外力作用下产生永久变形时抵抗断裂的能力良好的塑性使结构破坏前出现明显的变形 减少突然破坏的危险性 同时 调整局部高峰应力 使应力平缓 伸长律 截面收缩率 屈强比 fy fu 越小 反映塑性变形的能力越强 屈服点fy 抗拉强度fu 伸长率 是钢材最基本 最重要的三个力学性能指标 须满足钢结构设计规范对它们的要求 11 冷弯性能 衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时对裂纹的抵抗能力的一项指标 2 3 2钢材的冷弯性能 动画 厦门大学建筑与土木工程学院 12 2 3 2钢材的冷弯性能 1 检验弯曲能力或塑性性能 检验钢材能否进行冷加工 2 暴露钢材内部的冶金缺陷 直接反映材质优劣 在一定程度上也是鉴定焊接性能的一个指标 故冷弯性能是钢材塑性指标之一 也是衡量钢材质量的一个综合指标 重要结构中需要有良好的冷热加工的工艺性能时 应有冷弯试验合格保证 试样弯曲180度 表面及侧面无裂纹或分层 则为合格 厦门大学建筑与土木工程学院 13 韧性 衡量钢材承受动力荷载作用时抵抗脆性破坏的性能 也是材料在塑性变形和断裂时吸收能量的能力 它是强度与塑性的综合指标 2 3 3钢材的动力性能 厦门大学建筑与土木工程学院 14 动画 厦门大学建筑与土木工程学院 15 试件断口处单位面积上的功即为冲击韧性值冲击韧性值受温度影响 特别当温度低于某值时 急剧下降 分为常温 20o 负温 0o 20o 40o 低温工作环境 动力荷载 不仅要有常温 20o 保证 还要有负温保证 厦门大学建筑与土木工程学院 16 厦门大学建筑与土木工程学院 冲击韧性是钢材在冲击荷载或多向应力下具有可靠性能的保证 可间接反应钢材抵抗低温 应力集中 多向拉应力 冲击荷载和反复荷载等因素导致脆性断裂的能力 17 2 3 4 厦门大学建筑与土木工程学院 18 厦门大学建筑与土木工程学院 19 2 3 5钢材在复杂应力作用下的工作性能 厦门大学建筑与土木工程学院 20 第四强度理论 当时为弹性状态 当时为塑性状态 2 3 5钢材在多轴应力作用下的工作性能 厦门大学建筑与土木工程学院 21 三向均为拉应力时 直到破坏也没有明显塑性变形 属脆性破坏三向均为压应力且数值相近时 材料既不进入塑性 也不断裂当有异号应力 且同号应力相差较大时 较易进入塑性状态钢材的抗剪强度设计值取为0 58f 厦门大学建筑与土木工程学院 22 2 3 6钢材的疲劳性能 厦门大学建筑与土木工程学院 23 厦门大学建筑与土木工程学院 24 厦门大学建筑与土木工程学院 25 厦门大学建筑与土木工程学院 26 厦门大学建筑与土木工程学院 27 厦门大学建筑与土木工程学院 28 厦门大学建筑与土木工程学院 29 厦门大学建筑与土木工程学院 30 应力循环次数 疲劳寿命N连续重复荷载作用下应力由最大到最小的循环次数疲劳极限应力循环无限次 不发生疲劳破坏依据国际有关标准建议 规定 5 106次为疲劳极限对应的循环次数 钢结构设计规范 N 5 104次 应进行疲劳计算 厦门大学建筑与土木工