钢结构的材料 (2)ppt课件

1,建筑结构,.,2,第十五章钢结构的材料,15.1钢材的力学性能,15.1.1钢材的力学性能,主要力学性能有：强度、塑性、韧性等性能。,15.1.1.1强度性能,强度：有屈服强度fy和抗拉强度fu两个指标；fy作为钢材强度标准值的取值依据；fu作为一种安全储备，使构件在弹塑性阶段具有较大的承载力。,.,3,15.1.1.2塑性性能,伸长率,伸长率代表材料在单向拉伸时的塑性应变的能力。,.,4,15.1.1.3冷弯性能,冷弯180试件,由冷弯试验来确定，是评价钢材力学性能和工艺性能，钢材质量的一项综合性指标。,冷弯性能是衡量钢材塑性和冶金质量的综合指标。,.,5,15.1.1.4冲击韧性,韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，亦即钢材抵抗冲击荷载的能力。,韧性是衡量材料塑性和强度的综合指标。,.,6,15.1.2钢材的塑性破坏和脆性破坏,15.1.2.1钢结构对材料的要求,建筑用钢应符合的条件：1、具有较高的强度2、具有较高的塑性、韧性、耐疲劳性能3、具有良好的工艺性,15.1.2.2钢材的破坏形式,塑性破坏：破坏前有明显预兆的。,脆性破坏：破坏是属于无预兆突然发生的。,.,7,15.1.3影响钢材力学性能的因素,15.1.3.1化学成分的影响,基本成份为Fe，炭钢中含量占99，C、Si、Mn为杂质元素，S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。,C：含C使强度塑性、韧性、可焊性；,Si：含Si适量使强度，属于有益元素，脱氧剂；,Mn：含Mn适量使强度，属于有益元素，脱氧剂；,S：含量使强度塑性、韧性、性能冷弯、可焊性；高温时使钢材变脆热脆现象；,P：低温时使钢材变脆冷脆现象；其它同S；,O、N：O同S；N同P。,.,8,15.1.3.2冶金和轧制缺陷的影响,常见的冶炼与轧制缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹及分层等。,偏析是钢中化学成分不一致和不均匀性。,冶炼与轧制缺陷对钢材性能的影响，不仅在结构或构件受力工作时表现出来，有时在加工制作过程中也可表现出来。,.,9,15.1.3.3钢材硬化的影响,冷作硬化：冷拉、冷弯、冲孔、机械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。,时效硬化：在高温时融化于铁中的少量的氮和碳，随着时间的增长逐渐从纯铁中析出，形成自由碳化物和氮化物，对钢材的塑性变形起遏制作用，使钢材的强度提高，塑性、韧性下降，也称为“老化”。,.,10,15.1.3.4温度的影响,温度达到250左右时，抗拉强度提高，塑性和冲击韧性下降，这种现象称之为“蓝脆现象”。,温度达到300以上，屈服点，抗拉强度急剧下降。,温度达到600时，强度几乎等于零。,温度下降时，钢材强度略有提高，而塑性和冲击韧性有所下降（材料变脆），当温度下降至某一数值时，钢材的冲击韧性急剧下降，而导致脆性破坏的现象称之为低温冷脆现象。,.,11,有一定得耐热性，但耐火性差。,需要采取防火对策。,温度对钢材性能的影响,.,12,15.1.3.5应力集中的影响,定义：由于构件形状或截面的突然变化及缺陷导致结构局部应力大大超越其平均值的现象。,不利影响：促成脆性断裂和疲劳破坏。,对策：钢材要有良好的塑性；园滑而渐变的过渡构造设计；减少轧制、焊接的缺陷。,.,13,15.1.3.6反复荷载作用的影响,15.1.4复杂应力作用下钢材的屈服条件,当redfy时，为弹性状态；redfy时，为塑性状态。,两向应力时z=xz=yz=0,.,14,纯剪应力,因此，钢结构设计规范确定钢材抗剪设计强度为抗拉设计强度的0.58倍。,.,15,第十五章钢结构的材料,15.2钢材的选用及规格,15.2.1钢材的种类,按冶炼方法分：转炉钢和平炉钢；,按脱氧方法分：沸腾钢（代号为F）、半镇静钢（b）、镇静钢（Z）和特殊镇静钢（TZ）；,按化学成分分：碳素钢和合金钢。,.,16,15.2.1.1碳素结构钢,按质量等级将钢分为A、B、C、D四级,A级钢最差，只保证抗拉强度、屈服点、伸长率，必要时也可附加冷弯试验的要求。,B、C、D级钢均保证抗拉强度、屈服点、伸长率、冷弯和冲击韧性(分别为+20，0，-20)等力学性能。,钢的牌号由屈服点中屈字汉语拼音的字首Q，屈服点数值（N/mm2）、质量等级代号（A、B、C、D）、脱氧方法代号等四个部分按顺序组成。,.,17,镇静钢（Z）特殊镇静钢（TZ）代号Z、TZ可以省略，C级为镇静钢，D级为特殊镇静钢。,如：Q235A表示屈服强度为235N/mm2的A级镇静碳素结构钢；Q235D表示屈服强度为235N/mm2的D级特殊镇静碳素结构钢。,.,18,低合金钢分为Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。,A、B、C、D、E四个等级A级无需冲击韧性试验B级20的冲击韧性C级0的冲击韧性D级-20的冲击韧性E级-40的冲击韧性,Q345B屈服强度为345N/mm2，B级镇静钢；Q390D屈服强度为390N/mm2，D级特殊镇静钢。,.,19,15.2.2钢材的规格,热轧钢板,热轧型钢,20号以上的工字钢分a、b或a、b、c三类，其中a类腹板最薄、翼缘最窄，c类最厚最宽,不等边角钢“长肢宽短肢宽厚度”；等边角钢“肢宽厚度”,.,20,薄壁型钢,其截面形式有等边角钢、卷边等边角钢、Z型钢、卷边Z型钢、槽钢、卷边槽钢等开口截面以及方形和矩形闭口截面的管材。,薄壁型钢的截面形式,.,21,15.2.3钢材的选用,15.2.3.1选用的原则,2)荷载情况,3)连接方法,4)结构所处的和温度环境,5)钢材厚度,1)结构的类型及重要性,15.2.3.2选用要求,.,22,第十五章钢结构的材料,15.3钢结构的计算及设计指标,15.3.1钢结