《钢结构的材》ppt课件

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1、钢结构设计原理——钢结构的材料河北建筑工程学院HeBeiInstituteofArchitectureandCivilEngineering§2.1钢结构所用钢材的主要机械性能钢结构对材料性能的要求是多方面的，其所用钢材不但要强度高，弹性好，而且还要具有一定的塑性、韧性、可焊性、冷弯性能等一系列重要的力学性能。符合钢结构上述性能要求的钢材仅有碳素钢和合金钢中的少数几种，了解和掌握这些钢材在各种应力状态和不同使用条件下的工作性能，根据结构的重要性和使用要求、荷载性质、连接方法、工作环境、受力特性等选择合适的钢材，是学习钢结构课程的重要内容。DE颈缩阶段BC屈服阶段AB弹塑性阶段CD

2、应变硬化阶段OA弹性阶段低碳钢拉伸曲线示意图fy屈服点伸长率fu抗拉强度第二节2.1.1钢材在单向均匀受拉时的工作性能fu抗拉强度、fy屈服点、伸长率是钢结构设计对钢材机械性能要求的三项重要指标！理想材料的-曲线钢材的条件屈服点第二节截面收缩率：标志着钢材颈缩区在三向拉应力状态下的最大塑性变形能力。A0原横截面积A1发生拉断后，断口处横截面积第二节2.1.2钢材在复杂应力作用下的工作性能钢结构构件在双向或三向应力场中工作，称之为复杂应力状态。在复杂应力作用下钢材屈服条件也是学习钢结构的基本内容之一。实际结构中，三向应力往往有一个方向的应力因很小可忽略不计或等于零，即为

3、平面应力状态，此时σ3=0，或者σz=τxz=τyz=0，此时式2.5和式2.7可分别写为：钢梁强度计算时常常碰到梁腹板仅受正应力σ和剪应力τ共同作用的情况，此时屈服条件为：平面应力状态下受纯剪切作用时，屈服条件为：因此剪切屈服强度为：即剪应力达到屈服点的0.58倍时，钢材进入塑性状态。所以钢材的抗剪设计强度取0.58倍的抗拉强度设计值。韧性：是指钢材抵抗冲击或振动荷载的能力，其衡量指标常用冲击韧性表示。要保证结构承受动力荷载的安全，就要求钢材的韧性好、冲击韧性高。（承受动力荷载的钢结构，厂房的吊车、桥梁结构等）冲击韧度由冲击试验求得；冲击功用Cv表示，其单位为N.m，CV值越高，材料

4、在动载下抵抗脆性破坏的能力越强，韧性越好。是衡量钢材强度、塑性及材质的一项综合指标。冲击实验试件——夏氏（Charpy）带V型缺口标准试件(夏比试件)2.1.3钢材抗冲击性能和冷弯性能o冲击韧度试验示意图带缺口的试件（夏氏）V型缺口第二节冷弯试验又称弯曲试验，一方面可以检验钢材能否适应构件加工制作过程中的冷作工艺；另一方面可以暴露出钢材的内部缺陷（如颗粒组织、结晶状况，夹杂物分布及夹层情况，内部微观气泡等）；进一步检验钢材的塑性和可焊性，是评价钢材机械性能优劣的一项综合性指标。第二节a标准试件厚度冲头弯心直径a达到180o,试验完毕，检查数据。冷弯试验示意图第二节可焊性：钢材的可焊性与

5、钢材的品种、焊缝构造、采取的焊接工艺有关。钢材在焊接过程中，焊缝及附近的金属要经历升温、融化、冷却及凝固的过程。只要焊缝的构造设计合理并遵循恰当的工艺规程，我国钢结构设计规范所规定的几种建筑钢材（含C量不超过0.2%时），均有良好的可焊性。2.1.4钢材的可焊性§2.2钢材的两种破坏形式钢材在一般情况下是弹塑性材料，但特殊条件下可以转变为脆性材料，因而钢材有两种性质完全不同的破坏形式，即塑性破坏和脆性破坏。其特征为：塑性破坏：材料在破坏之前有显著变形，并吸收大量能量，从发生变形到最后破坏，持续很长时间。脆性破坏：材料在破坏之前没有显著变形，吸收能量很少，破坏突然发生。§2.3影响钢材性

6、能的主要因素结构用钢必须同时具有较高的强度、塑性、韧性、冷弯性能，还必须具有良好的加工性能，如可焊性等。影响钢材这些性能的因素很多，主要有化学成分，钢材的冶金和轧制工艺，硬化，温度和应力集中等。有害元素：硫(S)磷(P)氧(O)氮(N)氢(H)是冶炼过程中留在钢中的杂质，含量高时可分别使钢热脆或冷脆。碳(C)元素：会使钢材强度增强，塑性降低，冷弯性能及冲击韧度，尤其是低温下的冲击韧度也会降低，还会使钢材的可焊性及抗锈能力变差。合金元素：提高钢材强度，增加钢材的抗锈能力，不会显著降低钢材的塑性；或作为脱氧剂加入。如锰、硅、钒、铜、钛、铬、铌、镍等。在冶炼过程中存留的杂质：硫(S)能使钢材

7、的塑性及冲击韧性降低，并使钢材在高温时出现裂纹，称为“热脆”现象，这对钢材热加工不利。磷(P)使钢材在低温下冲击韧性降低很多，称为“冷脆”现象，这对低温下工作的结构不利。硫和磷作为一般杂质，应严格控制其含量，详见规范。2.3.1化学成分的影响碳素结构钢按含碳量多少分为三类：低碳钢：（含碳量不大于0.25%）中碳钢：（含碳量0.25%—0.60%）高碳钢：（含碳量不低于0.60%）化学元素强度硬度塑性韧性可焊性其他碳（C）<1%↑↑↑↓↓↓冷脆性