《钢结构的材料》PPT课件

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1、第二章钢结构的材料大纲要求:1.了解钢结构的两种破坏形式；2.掌握结构用钢材的主要性能及其机械性能指标；3.理解响钢材性能的主要因素特别是导致钢材变脆的主要因素；4.掌握结构用钢材的种类、牌号、规格；5.理解钢材选择的依据，做到正确选择钢材；6.理解钢材疲劳的概念和疲劳计算方法。1.较高的抗拉强度fu和屈服点fy；2.较好的塑性、韧性；3.良好的工艺性能（冷、热加工，可焊性）；4.对环境的良好适应性。§2.1钢结构对材料的要求一、塑性破坏破坏前有明显的塑性变形，破坏过程长，断口发暗，可以采取补救措施。二、脆性破坏坏前没有明显的变形和征兆，破坏时的变形远比

2、材料应有的变形能力小，破坏突然，断口平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。§2.2钢材的破坏形式一、受拉、受压、受弯及受剪时的性能（一）一次拉伸时的性能1.条件：标准试件（GB228—63），常温（20℃）下缓慢加载，一次完成。含碳量为0.1%－0.3%。标准试件：lo/d=5、10；lo-标距；d--直径§2.3钢材的主要性能d2.阶段划分A.有屈服点钢材σ--ε曲线可以分为五个阶段：(1)弹性阶段(OB段)OA段材料处于纯弹性，即:AB段有一定的塑性变形,但整个OB段卸载时，ε=0；E=206×103N/mm2OBCDAE（2）弹塑性阶段（BC)该段很短,

3、表现出钢材的非弹性性质;σB—屈服上限;σC—屈服下限(屈服点)（3）塑性阶段（CD)该段σ基本保持不变（水平),ε急剧增大,称为屈服台阶或流幅段,变形模量E=0OBCDAE（4）强化阶段(DE段)极限抗拉强度fu（5）颈缩阶段(EF段)随荷载的增加σ缓慢增大,但ε增加较快OBCDAEB.对无明显屈服点的钢材该种钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变形小，破坏突然。设计时取相当于残余变形为0.2%时所对应的应力作为屈服点—‘条件屈服点’fy=f0.20.2%fuεp3.应力应变曲线的简化1)fy与fb相差很小；2)超过fy到屈服台阶终止的变形约为2.5%-

4、-3%，足以满足考虑结构的塑性变形发展的要求。（1）钢材可以简化为理想弹塑性体ε2.5%--3%fyε00.15%ε（2）钢材在静载作用下：强度计算以fy为依据;fu为结构的安全储备。（3）断裂时变形约为弹性变形的200倍，在破坏前产生明显可见的塑性变形，可及时补救，故几乎不可能发生。O0.15%22%fufyfu-fy4.单向拉伸时钢材的机械性能指标（1）屈服点fy--应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力，它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。（2）抗拉强度fu--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。（3）伸长率（

5、4）断面收缩率它是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。当l0/d=5时，用δ5表示，当l0/d=10时，用δ10表示。A0A1同单向拉伸时的性能，屈服点也相差不多。（二）受压时的性能采用短试件l0/d=3,屈服点同单向拉伸时的屈服点。（三）受弯时的性能（四）受剪时的性能抗剪强度可由折算应力计算公式得到：二、冷弯性能衡量钢材塑性性能和质量优劣的综合指标。add+2.1a三、冲击韧性衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应力作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。(a)梅氏U型缺口(b)夏比V型缺口由试件断裂吸收的能量Cv来衡钢材的冲

6、击韧性，单位：J。Cv受温度的影响冲击韧性试验装置钢材的机械性能指标1、屈服点fy；2、伸长率δ；3、抗拉强度fu；4、冷弯试验；5、冲击韧性Cv(包括常温冲击韧性、0度时冲击韧性负温冲击韧性）。小结一、化学成分普通碳素钢中Fe占99%，其他杂质元素占1%；普通低合金钢中合金元素＜5%。1.碳（C）：钢材强度的主要来源，随其含量增加，强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。一般控制在0.22%以下，在0.2％以下时，可焊性良好。§2.4各种因素对钢材性能的影响2.硫（S）：有害元素，热脆性。不得超过0.05%。3.磷（P）：有害元素，冷脆性。抗腐蚀

7、能力略有提高，可焊性降低。不得超过0.045%。4.锰（Mn）：合金元素。弱脱氧剂。与S形成MnS，熔点1600℃，可以消除一部分S的有害作用。5.硅（Si）：合金元素。强脱氧剂。6.钒（V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。7.氧（O）：有害杂质，与S相似。8.氮（N）：有害杂质，与P相似。9.铜（Cu）：提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有影响。二．冶金缺陷常见的冶金缺陷有：偏析：化学成分分布的不均匀程度；非金属夹杂；气孔；裂纹等。三、钢材的硬化冷作硬化——当荷载超过材料比例极限卸载后，出现残余变形，再次

8、加载则比例极限（或屈服点）提高的现象，也称“应变硬化”。时效硬化——随时间的增长