2杨建-第二章钢结构材料.ppt

1、第二章钢结构材料对2.1建筑用钢材的性能要求高强度：极限拉伸强度fu和屈服强度fy的一盏茶变形能力：塑性、韧性良好的加工性能：冷加工、热加工、焊接性、2.2钢材的主要性能及其鉴定，1、单向拉伸时的工作性能条件：标准试验片l0/d=5，10； l0尺度； d直径、d、塑性阶段： e零，失去负荷能力。 应变硬化阶段：又有恢复负荷的能力，但很快就会被切断。 弹性阶段： e为常数弹塑性阶段： e为变量，对于无明显屈服极限的钢材，该钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性形变小，破坏突然地。 修正设定时残馀应变相当于0.2%时对应的应力作为屈服极限“条件屈服极限”，应力应变曲线的简化，1)fy和fe的差小2

2、)超过fy到屈服步骤结束为止的变形约为2.5%-3%，满足考虑到结构塑性形变发展的要求是一盏茶。 (1)钢材可简化为理想的弹性胶体态；(2)钢材在静负荷作用下：强度修正计算为fy的fu是结构的安全储备。 (3)断裂时的变形约为弹性变形的200倍，发生断裂前明显的塑性形变，能够及时修复，因此几乎不发生。0.15%、22%、fu、fy、fu-fy、单向拉伸时钢材的机械性能指标，(1)屈服极限fy应力应变曲线开始产生塑性流动时所对应的应力，是测定钢材的负荷能力，决定钢材强度设定值的关键，即结构或构件的截面fy时，结构或构件继续载荷(2)对应于极限拉伸强度fu-应力应变曲线最高点的应力，是钢材的最大极

3、限拉伸强度。 直接反映钢材内部组织的优劣，fu越高强度储备越高。 fu/fy强弯曲比，钢材塑性设定修正的重要条件。 (3)伸长率、(4)断面收缩率是测定钢材塑性应变能力的重要指标。 l0/d=5时用5表示，l0/d=10时用10表示。A0、a1、2的冷弯性能、用冷反复弯曲试验表现的性能，钢材的塑性形变能力和钢材的冶金质量两方面都能看到。 测定冲击韧性、钢材的动力(冲击)负荷、复杂应力对脆性破坏抵抗力的指标用断裂时所吸收的总能量(弹性和非弹性势能)来表示。 (a )梅氏u型切口(b )夏比v型切口、(1)梅式u型切口： ak值(2)夏比v型切口： Cv单位： j； Cv受温度的影响，4焊接性、钢

4、材在一定的焊接方法、焊接材料、焊接工艺残奥表以及一定的结构形式等条件下，要得到合格焊接并不容易。 与c含量和合金元素体有关。 钢材性能的鉴定，应在进行钢材各种性能的鉴定试验时达到相关国家标准。 钢材机械性能指标，1，屈服极限fy； 2 .伸长率3 .极限拉伸强度fu； 4 .冷反复弯曲试验5 .冲击韧性Cv (包括常温冲击韧性、0度时冲击韧性负温度冲击韧性)。 小节1，化学成分在普通碳钢中Fe占99%，其他杂质元素体占1%； 普通低合金钢中合金元素体为5%。 (1)碳(c ) :钢材强度的主要来源，强度随着其含量增加而增加，塑性降低，焊接性降低，耐腐蚀性降低。 一般抑制在0.22%以下，0.2

5、以下时焊接性良好。 2.3影响钢材性能的因素，(2)硫(s ) :有害元素体、热脆性。 不得超过0.05%。 (3)磷(p ) :有害元素体、冷脆性。 耐腐蚀性稍微提高，焊接性降低。 不得超过0.045%。 (4)锰(Mn ) :合金元素体。 弱除氧剂。 s与MnS，融点1600可形成以去除s中的一些有害作用。 (5)硅(Si ) :合金元素体。 强除氧剂。 (6)钒(v ) :合金元素体。 使晶粒微细化，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于负荷大的焊接结构。 (7)氧(o ) :有害杂质，与s类似。 (8)氮(n ) :有害杂质，与p相似。(9)铜(Cu ) :提高耐锈性，提高强度，影响

6、焊接性。 2、成材过程的影响、熔化期：平炉、转炉铸造：钢水包初轧成材(传统手工艺)钢水连铸机板坯成材(新技术)轧制：改善钢材内部组织架构，钢材因轧辊轧制次数而强度也不同。 热处理：提高强度。 (1)钢材的冷加工硬化、冷加工硬化常温下的加工称为冷加工。 负荷超过材料的比例极限卸载时，会出现残留的变形，重装时会出现比例极限(或屈服极限)上升的现象，也称为“应变硬化”。 随着时间的推移，碳和氮的化合物从结晶中析出，使材料硬化的现象。 应变时效钢材产生塑性形变时，碳、氮化合物更容易析出。 也就是说，由于冷硬化和云同步可以加速时效硬化，因此也被称为“人工时效”。 3、其他要素、(2)温度影响、a正温度范

7、围、200以内对钢材性能没有大的影响，在该范围内伴随温度上升的整体倾向是强度、弹性模数降低、塑性增大。 发生了，800，600，400，200，0，N/mm2，e，fu，fy，200，400，260320渐变现象。 600左右的弹性模数有变成零的倾向，负荷能力几乎完全丧失。 温度低于常温时，钢材的脆性倾向随温度降低而增加，材料强度略有提高，但其塑性和韧性降低，这种现象被称为低稳定冷脆。b负温范围、(3)应力集中、a .应力集中的概念构件表面不均匀，有缺口，厚度突变时，应力不均匀，力线弯曲，缺陷有峰值应力集中。 b .应力集中的影响，c .减少应力集中现象的措施，由于钢材具有良好的塑性性能，承受

8、静力荷载在常温下工作时，只要满足规范规定的设定修正要求，就可以不考虑应力集中的影响。2.4钢材的韧性断裂和非韧性断裂、循环负荷和快速负荷的效果、1、韧性断裂和非韧性断裂(塑性破坏和脆性破坏)塑性破坏前有明显的塑性形变，破坏过程长，破坏口暗，可以采取纠正措施。 在脆性破坏损坏前没有明显的变形和征兆，破坏时的变形远远小于材料应具有的变形能力，破坏突然地，切口平坦，发光是结晶粒状，没有修复的机会。 将构造和构件修订为延性构造是我们修订设定的目的。 但是，并非所有的塑料材料都会塑性破坏。 2个钢部件材质相同，长度相同：直径d0=10mm d0=10mm (切口部位)被破坏的情况、伸长率多的破坏时、无明

9、显变形的屈服时： fy=251N/mm2 fy=274N/mm2撕裂时： fu=431 2、循环荷载效应(也称重复荷载)，土木工程中承受重复荷载作用的结构或构件，电动葫芦起重机南朝梁：电动葫芦起重机桥梁：车辆容器：内部液体海洋平台：海水建筑物：地震作用以上这些个的重复荷载都是可变荷载，这些个的重复荷载作用容易使构件钢材发生疲劳破坏。 循环载荷结构或构件承受的随时变化的载荷。 循环负荷(连续反复负荷)经过有限循环使钢材破坏的现象称为疲劳。 疲劳破坏的反应历程、疲劳破坏是损伤积累的结果。 缺陷微裂纹宏命令裂纹。 疲劳破坏的特点是脆性破坏，截面平均应力小于屈服极限。 断裂时没有明显变形的裂缝的起点位

10、于组件的表面。 (1)疲劳破坏，(2)疲劳强度计算，由于现阶段钢材发生疲劳破坏还处于研究阶段，在概率极限状态下计算疲劳强度还不成熟，故采用许用应力计算方法。式中：-对于补正部位的应力幅焊接部位：=max-min，对于其他部位：=max-0.7min (补正应力幅)。 max、min-计算每个部位应力循环的最大抗拉应力和最小抗拉应力或压缩应力(取负值)。 说明：1)修正时的负荷是可变荷载，负荷的标准值2 )由于来自试验，考虑动力效果，不考虑动力系数地修正3 )弹性地修正断面应力。 然后按一下。 并非所有受动力负荷重复作用的组件和连接都受到疲劳管理。 规范规定：直接承受动力负荷重复作用的部件在应力

11、变化循环数为n5104次时，对应力循环中产生抗拉应力的部位进行疲劳管理。 一、建筑钢材的种类1、碳结构钢(GB/T 700-88)-低碳钢品牌Q235-保证质量等级(a、b、c、d )浇注方法(f、b、z、) c-fu、fy、冷弯、0oC时的Cv、p、s、c含量。 保证d-fu、fy、冷弯曲、-20oC时的Cv、p、s、c含量。2.5建筑钢材的分类和钢材的选择，2 .低合金钢(GB/T 1591-94 )，低合金钢质量等级a、b、c、d、e，其中e主要求-400 C的冲击韧性。 二、钢材的选择，(一)钢材的选择原则，1结构或构件的重要性，2载荷时(静力载荷、动力载荷)静力载荷可以选择经济性好的Q235钢材。 请根据动力负荷选择综合性能好的钢材。 3连接方法(焊接连接、螺栓连接)焊接结构对材质要求严格，必须严格控制c、s、p的极限含量，非焊接结构对c的要求可略有降低。 4结构所处的工作条件(环境温度、腐蚀等)低温下工作的结构选择低温脆性破坏性能好的