钢结构 第二章2

1、2.2 钢材性能指标的获得钢材性能指标的获得钢材的拉伸试验钢材的拉伸试验 获得钢材的抗拉强度、屈服极限和塑性获得钢材的抗拉强度、屈服极限和塑性钢材的冲击试验钢材的冲击试验 获得钢材的冲击韧性获得钢材的冲击韧性 钢材的冷弯试验钢材的冷弯试验 获得钢材的冷弯性能获得钢材的冷弯性能钢材的含碳量钢材的含碳量 决定钢材的可焊性决定钢材的可焊性钢材的的化学成分钢材的的化学成分 决定钢材的抗腐蚀性能决定钢材的抗腐蚀性能 有屈服点钢材拉伸实验过程有屈服点钢材拉伸实验过程应力应力-应变曲线应变曲线实验各阶段的划分实验各阶段的划分A.A.有屈服点钢材有屈服点钢材-曲线可以分为曲线可以分为五个阶段五个阶段： (1)

2、 (1)弹性阶段弹性阶段(OE(OE段段) )AEAE段仍具有弹性但非段仍具有弹性但非线性线性, E, E点的应力称点的应力称为弹性极限；在此段为弹性极限；在此段卸载没有残余变形。卸载没有残余变形。E=206E=20610103 3N/mmN/mm2 2OAOA段材料处于纯弹性，段材料处于纯弹性，A点的应力称为比例极点的应力称为比例极限限E（2 2）弹塑性阶段（）弹塑性阶段（EC)EC) 该段很短该段很短, ,表现出钢材的非弹性性质表现出钢材的非弹性性质; ;此段上限此段上限C C点的应力称屈服点。点的应力称屈服点。在此段卸载将有残余变形。在此段卸载将有残余变形。（3 3）塑性阶段（）塑性阶段

3、（CF)CF) 该段开始该段开始波动波动较大，之后逐渐平稳，较大，之后逐渐平稳，其最高和最低点分别其最高和最低点分别称称屈服上限、屈服下屈服上限、屈服下限限(屈服点屈服点)，此段此段 不不变，变，急剧增大，形急剧增大，形成的水平段称为屈服成的水平段称为屈服平台平台, ,变形模量变形模量 E = 0E = 0流幅：整个屈服平台所对应的应变幅度，流幅越大钢材的塑性越好（4 4）强化阶段）强化阶段(FB(FB段段) )极限抗拉强度极限抗拉强度f fu u（5 5）颈缩阶段）颈缩阶段(BD(BD段段) )随荷载的增加随荷载的增加缓慢增大缓慢增大, ,但但增加较快增加较快B.B.对无明显屈服点的钢材对无

4、明显屈服点的钢材 该种钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变该种钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变 形小，破坏突然。形小，破坏突然。 设计时取相当于设计时取相当于 残余变形为残余变形为0.2%0.2% 时所对应的应力时所对应的应力 作为屈服点作为屈服点条条 件屈服点件屈服点fy=f0.20.2%fup钢材拉伸实验的总结钢材拉伸实验的总结 有屈服平台的钢材，例如有屈服平台的钢材，例如Q235、Q345、Q390、Q420，塑性变形能力大，是钢结，塑性变形能力大，是钢结构的主要用钢构的主要用钢 没有屈服平台的钢材，塑性变形能力小，没有屈服平台的钢材，塑性变形能力小，钢结构不能使用。钢结构不能使用。

5、Q235Q420单向均匀受拉时的工作性能弹性阶段弹性阶段 比例极限比例极限 Np200Nmm2 p0.1屈服阶段屈服阶段 屈服点屈服点 fy235Nmm2 流幅流幅y0.152.5强化和颈缩阶段 抗拉强度 fu370460Nmm2 1021弹塑性阶段弹塑性阶段 屈服点屈服点 fy235Nmm2 y0.15 应力应变曲线的简化应力应变曲线的简化1)f1)fy y与与f fP P相差很小；相差很小；2)2)超过超过 f fy y到屈服台阶终到屈服台阶终止的变形约为止的变形约为2.5%-2.5%-3%3%，足以满足考虑结，足以满足考虑结构的塑性变形发展的构的塑性变形发展的要求。要求。 （1 1）钢材

6、可以简化为）钢材可以简化为理想弹塑性体理想弹塑性体2.5%-3%fy 00.15% （2 2）钢材在静载作用下：）钢材在静载作用下： 强度计算以强度计算以f fy y为依据为依据;f;fu u为结构的安全储备。为结构的安全储备。（3 3）断裂时变形约为弹性变形的）断裂时变形约为弹性变形的200200倍，在强化阶段倍，在强化阶段前产生明显可见的塑前产生明显可见的塑性变形，可及时补救，性变形，可及时补救，故断裂破坏几乎不可故断裂破坏几乎不可能发生。能发生。O0.15%22%fufyf fu u-f-fy y单向拉伸时钢材的机械性能指标单向拉伸时钢材的机械性能指标 （1 1）屈服点屈服点f fy y

7、-应力应变曲线开始产生塑性流动时应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力，它是衡量钢材的对应的应力，它是衡量钢材的承载能力承载能力和确定钢材和确定钢材强度设计值强度设计值的重要指标。的重要指标。（2 2）抗拉强度抗拉强度f fu u-应力应变曲线最高点对应的应应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材最大的抗拉强度。力，它是钢材最大的抗拉强度。LodNNNLdN（3 3）伸长率）伸长率%10000LLL)22(%100010 AAA （4 4）断面收缩率）断面收缩率它是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。它是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。当当L L0 0/d=5/d=5时，用时，用5 5表示，当表示

8、，当L L0 0/d=10/d=10时，用时，用1010表示。表示。A0A1同单向拉伸时的性能，屈服点也相差不多。同单向拉伸时的性能，屈服点也相差不多。 受压时的性能 采用短试件采用短试件L L0 0/d=3, /d=3, 屈服点同单向拉伸时的屈服点。屈服点同单向拉伸时的屈服点。 受弯时的性能 受剪时的性能2310793mmNGffyvy抗剪强度可由折算应力计算公式得到：抗剪强度可由折算应力计算公式得到：钢材的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，它与钢材的塑性有关而又不同于塑性，是强度与塑性的综合表现。是衡量钢材抗冲击性能的指标。韧性指标用冲击韧性值AkV表示，通过冲击试验

9、获得。它是判断钢材在冲击荷载作用下是否出现脆性破坏的主要指标之一(a)(a)梅氏梅氏U U型缺口型缺口 (b)(b)夏比夏比V V型缺口型缺口 由试件断裂吸收的能量由试件断裂吸收的能量CvCv来衡钢材的冲击韧性，来衡钢材的冲击韧性， 单位：单位：J J。CvCv受温度的影响受温度的影响影响冲击韧性的因素试件缺口形式，我国采用夏式V型缺口实验温度越低，冲击韧性越低，我国钢材标准中将试验分为四档，即+20 时AkV 、0时AkV 、-20时AkV 、-40 时AkV。钢材的冷弯性能钢材的冷弯性能 冷弯性能是指钢材在冷加工冷弯性能是指钢材在冷加工(即在常温下加工即在常温下加工)产产生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力。是衡量生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力。是衡量钢材力学性能的综合指标。钢材力学性能的综合指标。冷弯试验一方面检验钢材能否适应构件制作中的冷弯试验一方面检验钢材能否适应构件制作中的冷加工工艺过程；另一方面通过试验还能暴露出冷加工工艺过程；另一方面通过试验还能暴露出钢材的内部缺陷钢材的内部缺陷(晶粒组织、结晶情况和非金属夹晶粒组织、结晶情况和非金属夹杂物分布等缺陷杂物分布等缺陷)，鉴定钢材的塑性和可焊性。，鉴定钢材的塑性和可焊性。冷弯试验是鉴定钢材质量的一种良好方法，常作为静力拉伸试验和冲击试验等的补充试验。钢材的冷弯试验钢材的冷弯试验钢材的机