钢结构第二章钢结构的材料课件

1、一、钢材的主要性能1、钢材的破坏形式塑性破坏： 较大的塑性变形、断口呈纤维状，色泽发暗； 有先兆，计算应力fu 脆性破坏： 塑性变形很小，甚至没有，断口平直并呈有光泽的晶粒状； 没有明显先兆，计算应力fy 钢材的塑性破坏和脆性破坏对比内容塑性破坏脆性破坏破坏应力破坏前变形明显不明显断口外形杯形平直断口色泽暗淡有光泽断口细部纤维状晶粒状破坏过程延续较长时间突然破坏机理剪应力超过晶粒抗剪能力拉应力超过晶粒抗拉能力危害性便于发现和补救，较轻大对策合理设计结构强度考虑疲劳和冲击作用，合理选择材料种类、构造形式、施工工艺防止钢材脆性断裂的措施加强施焊工艺管理，避免施焊过程产生裂纹、夹渣和气泡等；焊缝不宜

2、过分集中，施焊时不宜过强约束，避免产生过大残余应力。低温下发生低应力的脆断，常与残余应力有关；进行合理细部构造设计，避免产生应力集中。应力集中处会产生同号应力场，使钢材变脆。尽量避免采用厚钢板；选择合理的钢材，钢材化学成分与钢材抗脆断能力有关，含碳多的钢材，抗脆断性能有所下降。此外，冷加工，加载速度等对钢材脆断性能都有影响。一、钢材的主要性能2、基本性能要求和指标强度：比例极限 fp、屈服点fy （条件屈服点f0 .2）、抗拉强度（极限强度） fu 、屈强比塑性：伸长率、面缩率冷弯性能：冷弯试验韧性（度）：冲击韧性（度）可焊性：施工可焊性、使用可焊性耐久性：抗腐蚀能力、抗疲劳能力低碳钢拉伸实验

3、曲线理想的弹-塑性体的应力应变曲线受压构件稳定问题由于钢材具有轻质高强、塑性和韧性好的特点，使得钢结构在大跨、高层、高耸、桥梁、轻钢等结构中得到广泛的应用。对组成结构的构件来讲，受拉构件能充分发挥材料的性能；受压构件，由于长细比（纤细）较大，使得构件会出现失稳问题，因此稳定问题将是钢结构课程学习中的重点和难点，希望同学们给予足够的重视，下面看几个简单的示例，以便有些感性认识。二、影响钢材性能的主要因素化学成分：Fe，C，Si，Mn，S（O），P（N），其它 冶金过程：冶炼、浇铸、轧制和热处理时效：钢材硬化温度：高温3000C 6000C 低温 冲击韧性的温度转变区应力集中：因钢材缺陷或制作引起

4、的几何改变，造成各点钢材应力不均匀的状况称为应力集中。 应力集中系数 m/ 0 应力集中与同号应力场 应力集中程度与缺陷几何的关系化学成分对钢材（普通碳素钢）性能的影响 三、钢材的疲劳疲劳破坏属于反复荷载作用下的脆性破坏；钢材的疲劳强度与反复荷载引起的应力种类（拉应力、压应力、剪应力和复杂应力等）、应力循环形式、应力循环次数、应力集中程度和残余应力等有着直接关系。 应力循环形式应力比应力幅应力比反复荷载作用下，钢材某点应力循环幅值中绝对值最小应力与绝对值最大应力之比(拉为正、压为负)称为应力比。应力幅反复荷载作用下，钢材某点最大拉应力与另一个幅值（拉为正压为负）之差为应力幅。疲劳强度钢材在一定

5、次数N的反复荷载作用下发生疲劳破坏，则破坏应力即为相应于荷载次数N的疲劳强度。疲劳寿命相应的上述的反复次数N则被称为疲劳寿命。 疲劳极限循环无穷次而不破坏的应力上限称为疲劳极限。 各种应力循环下的应力比、应力幅三、钢材的疲劳1、常幅疲劳 应力比： 应力幅：疲劳强度计算公式：式中k当为焊接结构时k=1；当为非焊接结构时k=0.7 式中 容许应力幅；C和是与构件和连接分类的构造有关的系数，见下表n循环次数 非常幅应力循环（Miner法则）应力幅 的作用次数 第 种应力幅 应力幅 为常量时疲劳破坏的循环次数 等效应力三、钢材的疲劳2、变幅疲劳和起重机梁的欠载效应系数 f变幅荷载的欠载效应系数，对重级工作制硬钩起重机f=1.0；重级工作制软钩起重机f=0.8；中级工作制起重机f=0.5。 四、建筑钢材的规格和选用1、钢的种类碳素结构钢：Q195、Q215、Q235、Q255和Q275等 质量等级：A、B、C、D，由低到高 F沸腾钢；Z镇静钢；b半镇静钢 TZ特殊镇静钢 Q235AF，b,(Z) 旧称3号钢 Q235BF，b,(Z) 常温下Cv要求 Q235C（Z） 零度Cv要求 Q235D(TZ) -20Cv要求四、建筑钢材的规格和选用1、钢的种类低合金高强度结构钢：Q295、Q345、Q390、Q420和Q460