钢结构课件第二章材料.ppt

《钢结构课件第二章材料.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章钢结构材料§2-1钢结构对材料的要求较高的抗拉强度fu和屈服点fy较高的塑性和韧性良好的工艺性能在一定特殊情况下，适应低温、高温和腐蚀行环境的能力分别涉及钢材材性：强度、塑性、韧性、可焊性、冷弯性、耐久性等方面两种性质完全不同的破坏形式：塑性破坏（ductile fracture）破坏前有较大变形，有预兆，断裂时断口呈纤维状，色泽发暗脆性破坏（brittle fracture）破坏前无明显变形，无预兆，断裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状§2-2钢材的破坏形式脆性破坏没有任何预兆，破坏速度极快，无法察觉和补救，且一旦发生常引发整个结构的破坏，后果严重，故在钢结构的设计

2、、施工和使用过程中，要特别注意防止发生脆性破坏单向均匀拉伸试验§2-3钢材的主要性能2.3.1受拉、压、剪时的性能荷载－变形（F－ΔL）曲线应力－应变（σ－ε）曲线钢材应力－应变（σ－ε）曲线2.3.1.1强度性能程希望您学有所用理想弹塑性体应力－应变（σ－ε）曲线2.3.1.2塑性性能钢材的塑性：当应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质伸长率：试件被拉断时的绝对变形值与试件原标距之比的百分数根据试件原标距长度l0与试件中间部分的直径d0的比值为10或5而分为10或5断面收缩率：指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的

3、百分率指钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标2.3.2冷弯性能钢材在塑性变形和断裂的过程中吸收能量的能力，表示钢材抵抗冲击荷载的能力钢材强度与塑性的综合表现2.3.3冲击韧性2.4.1化学成分§2-4各种因素对钢材主要性能的影响铁：钢的基本元素，普通碳素钢中占99%碳：碳含量增加，提高钢材强度，降低塑性、韧性、耐腐蚀性、疲劳强度和冷弯性能，恶化钢材可焊性硅、锰：脱氧剂，提高钢材强度钒、钛：提高钢的强度和抗腐蚀性硫、磷：降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，分别加剧热脆和冷脆，磷能提高强度

4、和抗锈性氧、氮：分别加剧热脆和冷脆铜：降低可焊性，提高钢的强度和抗腐蚀性偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹及分层2.4.2冶金缺陷冷作硬化：钢结构在冷加工过程中使钢材产生很大塑性变形，引起强度提高，塑性、韧性降低时效硬化（老化）：随着时间的增长，纯铁体中残留的碳、氧固溶物质逐步析出，形成自由的碳化物或氧化物微粒，约束纯铁体的塑性变形，强度提高，塑性、韧性下降应变时效:即应变硬化后又加时效硬化2.4.3钢材硬化总趋势：温度升高，钢材强度降低，应变增大；温度降低，钢材强度略有增加，塑性和韧性降低而变脆约在200C以内，温度升高，钢材力学性能变化不大250C左右时，钢材抗拉强度

5、提高，塑性、韧性下降，表面氧化膜呈蓝色——蓝脆现象260C~320C时，应力持续不变的情况下，钢材以很缓慢的速度继续变形——徐变现象温度在430C-540C之间，屈服点和极限强度显著下降，达到600C时强度几乎等于零在负温范围内，钢材的冲击韧性突然急剧下降，试件断口属脆性破坏——冷脆现象（脆性转变温度区——钢材由韧性状态向脆性状态转变的温度区）2.4.4温度影响多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一向的限制，钢材强度增加，塑性、韧性下降，异号应力场时则相反钢结构构件中存在的孔洞、槽口、凹角、裂缝、厚度变化、形状变化、内部缺陷等使一些区域产生局部高峰应力——应

6、力集中现象2.4.5复杂应力与应力集中钢材在反复荷载作用下，结构的抗力及性能会发生重要变化疲劳（fatigue）：钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐累积损伤、产生裂纹及裂纹逐渐扩展，以至断裂的现象——强度低于极限强度fu甚至低于屈服强度fy，脆性断裂2.4.6反复荷载作用疲劳破坏特征突然性，破坏前没有明显的宏观塑性变形，属于脆性断裂断口与一般脆性断口不同，可分为三个区域：裂纹源、裂纹扩展区和断裂区对缺陷（包括缺口、裂纹及组织缺陷等）十分敏感§2-6钢材的疲劳疲劳的两种类型：常幅疲劳——常幅交变荷载引起——常幅循环应力（简称循环应力）变幅疲劳——变幅交变荷载——变幅循环应力

7、（简称变幅应力）应力循环特征（应力比ρ）按绝对值计算的最小应力和最大应力之比（拉应力取正值，压应力取负值）ρ＝-1完全对称循环ρ＝0脉冲循环ρ＝-1～0不完全对称循环（以拉应力为主或以压应力为主）影响扎制钢材与非焊接结构疲劳强度的因素：最大应力、应力比、循环次数、缺口效应2.6.1常幅疲劳对焊接结构的疲劳强度与非焊接结构存在根本差别的原因：由于焊接加热及随后的冷却，在焊缝及其附近产生残余应力，使该部位形成和发展疲劳裂纹最为敏感的区域焊接结构疲劳强度与名义应力和应力比无关而与应力幅Δσ有关常幅疲劳验算对焊接结构焊接部位的常幅疲劳验算：（2.