钢结构材料及性能(课件).ppt

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1、第2章钢结构的材料及性能对钢结构用材的要求钢材的主要性能及其鉴定影响钢材性能的因素钢材的延性破坏和非延性破坏循环加载和快速加载建筑钢材的类别及钢材的选用主要内容：重点：对钢结构用材的要求建筑钢材的类别及钢材的选用对钢结构用材的要求较高的强度。即抗拉强度fu和屈服点fy比较高。足够的变形能力。即塑性和韧性性能好。良好的加工性能。即适合冷、热加工，良好的可焊性。适应低温、有害介质侵蚀(包括大气锈蚀)以及重复荷载作用等的性能。容易生产，价格便宜。《钢结构设计规范》(GB50017—2002)推荐的普通碳素结构钢Q235钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390及Q420是符

2、合上述要求的。选用GB50017规范还未推荐的钢材时，需有可靠依据。以确保钢结构的质量。2.1钢材的主要性能及其鉴定图2.1钢材的一次拉伸应力－应变曲线2.1.1单向拉伸时的工作性能条件：常温、静载条件下一次拉伸Ⅴ颈缩阶段1.比例极限fP这是应力-应变图中直线段的最大应力值。严格地说，比fP略高处还有弹性极限，但弹性极限与fP极其接近，所以通常略去弹性极限的点，把fP看做是弹性极限。2.屈服点fy（下屈服点）表示钢材强度的重要指标，设计钢材时可达到的最大应力3.抗拉极限强度fu无实际意义，表示安全储备的大小。fy/fu屈强比强度指标结论钢材达到屈服点后将产生很大的塑

3、性变形，不符合使用要求，结构中不允许。因此，屈服点处的应力是计算钢结构强度时允许的最大应力fPfyfu三点接近，在计算钢结构强度时近似将三点合一。屈服点以前的应变很小，屈服点以后的流幅相当长。因此，钢材是一种理想的的弹性－塑性材料。即在屈服点以前是弹性的，屈服点以后是塑性的钢材的自强阶段在计算中不利用的，增加安全保障塑性定义:应力超过屈服点fy后,能产生显著的塑性变形,而不立即断裂的性质塑性指标:伸长率5和10伸长率是断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比。取圆形试件直径d的五倍或十倍为标定长度，其相应的伸长率用5和10表示，伸长率代表材料断裂前具有的塑性

4、变形的能力。结构制造时，这种能力使材料经受剪切、冲压、弯曲及锤击所产生的局部屈服而无明显损坏。塑性和塑性指标屈服点、抗拉强度、伸长率是钢材的三个重要力学性能指标。钢结构中所采用的钢材都应满足钢结构设计规范对这三项力学性能指标的要求。例见p16表2.2ab图2.3钢材的冷弯试验2.1.2冷弯性能根据试样厚度a，按规定的弯心直径d将试样弯曲180度，其表面及侧无裂纹或分层则为“冷弯试验合格”d随试验的钢材种类及厚度不同而异，如取1.5a2a3a定义：钢材经过冷加工（常温加工）后出现塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力（无裂缝裂断起层）2.1.2冷弯性能“冷弯试验合格”：表示

5、材料塑性变形能力符合要求表示钢材的冶金质量(颗粒结晶及非金属夹杂分布，甚至在一定程度上包括可焊性)符合要求因此，冷弯性能是判别钢材塑性变形能力及冶金质量的综合指标。重要结构中需要有良好的冷热加工的工艺性能时，应有冷弯试验合格保证。2.1.3冲击韧性（相对于动力荷载）吸收较多能量才断裂的钢材，是韧性好的钢材。实际工作中，用冲击韧性衡量钢材抗脆断的性能，实际结构中脆性断裂总是发生在有缺口高峰应力的地方定义：钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力（亦钢材抵抗冲击荷载的能力）图2.4钢材的冲击试验韧性指标：冲击韧性值梅氏试件u形缺口αK:单位面积上所能承受的冲击功夏比试件

6、Ｖ形缺口Akv：击断标准试件所需之功，可由试验机度盘上直接读取（√）缺口韧性值受温度影响，温度低于某值时将急剧降低。材料由韧性破坏转到脆性破坏叫该种钢材的转变温度T0。在结构设计中要求避免脆性破坏设计处于不同环境温度的重要结构，尤其是受动载作用的结构时，要根据相应的环境温度对应提出冲击韧性的保证要求。对寒冷地区直接承受较大动力荷载的钢结构，除应具有常温冲击韧性的保证，还要具有负温冲击韧性保证例p16表2.2b2.1.4可焊性可焊性定义：钢材在正常施焊条件下焊缝不产生裂纹及焊后力学性能不受影响的性质钢材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影响。碳含量在0.12％~0.20

7、％范围内的碳素钢，可焊性最好。碳含量再高可使焊缝和热影响区变脆(产生裂纹,断裂)。2.2影响钢材性能的因素钢：含碳量小于2％的铁碳合金铸铁：碳大于2％结构用钢：碳素结构钢中的低碳钢低合金结构钢碳素结构钢：由纯铁、碳及杂质元素组成，其中纯铁约占99％，碳及杂质元素约占1％。低合金结构钢：除上述元素还加入合金元素，后者总量通常不超过3％。碳及其他元素虽然所占比重不大，但对钢材性能却有重要影响。2.2.1化学成分的影响碳（C）碳是碳素结构钢中仅次于铁的主要元素，是影响钢材强度的主要因素C增加强度提高塑性和韧性、低温冲击韧性下降，同时可焊性、抗腐蚀性、冷弯性能明显降低。