第2章钢结构的材料解析ppt课件.ppt

《第2章钢结构的材料解析ppt课件.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、1第2章钢结构的材料2本章内容第一节钢材的工作性能第二节钢结构对钢材性能的要求第三节影响钢材性能的主要因素第四节钢材的种类、规格和选用原则3钢材的主要强度指标和变形性能根据常温（20±5°）、静载条件下标准试件一次拉伸试验确定。常温静载条件下，图2-1所示低碳钢标准试件单向一次拉伸试验得到的简化光滑应力-应变曲线如图2-2所示，钢材历经五个阶段:第一节钢材的工作性能一、钢材静力单向均匀拉伸时的性能4图2-1静力拉伸试验的标准试件图2-2钢材一次单向拉伸简化应力-应变曲线5(1)阶段Ⅰ：弹性阶段（OA

2、段）比例极限fp:E=2.06×105N/mm2卸除荷载后试件的变形将完全恢复。(2)阶段Ⅱ：弹塑性阶段（AB段）σ与ε呈非线性关系，应力增加时，相应增加的应变除弹性应变外还有塑性应变，卸载时，其中塑性应变不能恢复，称为残余应变。B点对应应力fy称为屈服点（又称屈服强度），对应的应变约为0.15%。6(3)阶段Ⅲ：塑性阶段（屈服阶段、BC段）屈服点fy:应力达到屈服点fy后，应力-应变关系呈水平线段BC，称为屈服平台，钢材表现为完全塑性，整个屈服平台对应的应变幅称为流幅(约为0.15%~2.5%)，

3、流幅越大，钢材的塑性越好。(4)阶段Ⅳ：应变硬化阶段（强化阶段、CD段）抗拉强度fu：经过屈服阶段后，钢材内部组织重新排列并建立了新的平衡，产生了继续承受增长荷载的能力，此阶段的应力-应变为上升的非线性关系，直至应力达到最大值，称为抗拉强度fu。7(5)阶段Ⅴ：颈缩阶段（DE段）在承载力最弱的截面处，横截面急剧收缩——颈缩，变形也随之剧增，荷载下降，直至断裂。对于没有缺陷和残余应力影响的试件,可认为钢材是图2-3所示理想弹-塑性体，经历两个阶段，即假定钢材应力小于fy时是完全弹性的，应力超过fy后则

4、是完全塑性的。设计时，取fy作为强度限值，而取fu作为材料的强度储备。图2-3理想弹-塑性应力-应变曲线图8高强度钢材没有明显屈服点和屈服平台，这类钢的屈服点是根据实验分析结果人为规定的，称为条件屈服点，用f0.2表示，定义为试件卸载后其残余应变为0.2%对应的应力，如图2-4所示。图2-4高强度钢的应力-应变曲线9名义应力低于屈服点、材料处于弹性阶段，当荷载循环达到一定次数后，钢材会发生突然脆性断裂破坏，疲劳计算方法详见第9章。二、反复荷载作用下钢材的性能(一)高周疲劳破坏(疲劳破坏)(二)低周疲

5、劳破坏反复应力高于屈服强度、材料处于弹塑性阶段，反复荷载会使钢材的残余应变逐渐增长，最后产生突然破坏。10钢材在受拉产生塑性变形后，卸载并反向加载使钢材受压，抗压屈服强度会降低，如图2-5所示，应力—应变曲线形成滞回环（滞回曲线），滞回环所围面积代表荷载循环一次单位体积的钢材所吸收的能量。(三)包辛格（Bauschinger）效应图2-5钢材滞回曲线11钢结构构件中经常存在孔洞、槽口、凹角、截面的厚度和宽度的突然改变及钢材的内部缺陷等。此时，构件中的应力分布变得很不均匀，在缺陷或截面变化处附近将产生

6、局部高峰应力，其余部分应力较低，如图2-6所示，这种现象称为应力集中。应力集中产生的高峰应力区附近总是存在平面或三维应力场，有使钢材变脆的趋势。三、复杂应力状态下钢材的性能12图2-6孔洞的应力集中（a）钢板开圆孔（b）钢板开长圆孔13钢材在单向拉伸时，可借助于实验得到屈服条件，即当σ=fy时，材料开始屈服，进入塑性状态。实际钢结构中，钢材常是在双向或三向复杂应力状态下工作，如图2-7所示，这时钢材的屈服并不取决于某一个方向的应力，从而不能用实验得到普遍适用的表达式，而是应利用材料力学强度理论用折算

7、应力σeq和钢材在单向应力下的屈服点相比较来判别。研究表明，对均匀性和塑性较好的钢材，适合采用第四强度理论即能量强度理论，折算应力σeq按计算如下：14图2-7复杂应力状态15当用主应力表示时（2-1）当用应力分量表示时（2-2）当σeq

8、确定强度设计值的重要指标，屈服点高可以减小截面，从而减轻自重，节约钢材，降低造价；抗拉强度是是衡量钢材抵抗拉断的性能指标，抗拉强度高，可以增加结构的安全保障。屈强比fy/fu是钢材强度储备的系数，屈强比越低，安全储备越大。第二节钢结构对钢材性能的要求一、强度18(一)塑性塑性是材料承受达到屈服点的应力后，能够产生显著的变形而不立即断裂的性能。伸长率δ二、变形能力（2-8）（2-9）截面收缩率ψδ和ψ数值越大，表明钢材塑性越好。屈服点、抗拉强度和伸长率，是钢材的三个重要