钢结构基本原理-第2章材料-童乐为

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1、第2章钢结构材料主要内容结构钢对材料性能的基本要求钢材塑性破坏、脆性破坏、疲劳破坏影响钢材性能的一般因素钢材种类、牌号、规格和选用结构钢材的新发展钢结构对用材的基本要求较高的强度(Strength)－轻质高强足够的变形能力(Deformation)－优良的塑性韧性良好的加工性能(Fabrication)－适应冷、热加工，可焊性好胜任恶劣环境的耐久性(Endurance)－适应低温、适应腐蚀介质适应重复荷载钢材在单向均匀受力下的性能强度及其指标NN强度－材料抵抗外力作用时不致破坏的能力结构钢拉伸试件抗拉强度fu屈服强

2、度fyOAE－弹性阶段弹性极限feECF－屈服阶段比例极限fpFB－强化阶段BD－颈缩阶段5atga=E=2.06×10MPa弹性模量o结构钢拉伸曲线拉伸过程中各阶段的特性（一）弹性阶段OAE应力应变成线性比例关系σ=Eε，卸载后变形消失。fyfefp该阶段变形很小（Q235的ε＝0.1%）p，是荷载作用下结构计算采用叠加原理的基础。0.15%o0.1%2.5%屈服阶段ECF应力应变进入非线性的弹塑性阶段，有明显的水平状的屈服平台，应力基本保持不变（暂时丧失承载力）应变不断发展。应力波动的下限f称为屈服强度。y卸载后弹性变

3、形消失，但仍残留变形－塑性变形。拉伸过程中各阶段的特性（二）强化阶段FBfu钢材内部晶粒重新排列，恢复承载能力应变明显比应力增加得快，最终应力达到最高点f，称为抗拉强度。u21%~26%颈缩阶段BD超过B点后，试件出现横向收缩，称“颈缩”，随后断裂。钢材强度(Strength)特性的要点1.屈服强度f用作为钢结构设计的可达到的yfu最大应力，原因：fyfe（1）f、f、f非常接近，三者合一，可认fpepy为弹性与塑性的分界点；（2）f以后，塑性变形很大，一旦超载，易yo实际σ－ε曲线被发现加固补救；（3）f发展到f，有很大一段

4、区域，可作为yufy强度储备，称fu/fy为强屈比，要求大于1.2塑性E＝02.为简化计算，钢结构塑性设计将实际应力弹性E应变曲线视作理想弹塑性模型。理想弹塑性模型的σ－ε曲线钢材强度设计指标强度设计指标的形式容许应力设计法(ASD)—[σ]=fy/K分项系数的极限状态设计法(LRFD)—f=fy/γR强度设计值的确定近似概率方法钢结构设计所需的强度设计值(1)钢板和各种型钢：根据钢材牌号、厚度确定强度(2)焊缝连接：根据焊缝形式、连接钢材牌号确定强度(3)螺栓连接：根据螺栓材料确定强度塑性(Plasticity)及其指标塑性－应

5、力超过屈服点f后，能产生一定的残余变形y而不立即断裂的性能。良好塑性的益处使结构破坏前出现明显的变形，减少突然破坏的危险性。调整局部高峰应力，使应力平缓。衡量塑性好坏的指标伸长率（延伸率）δ断面收缩率ψ屈强比（f/f)越小，反映塑性变形的能力越强。yu屈服点f、抗拉强度f伸长率δ、是钢材最基本、最重要的三yu、个力学性能指标，须满足钢结构设计规范对它们的要求。韧性(Toughness)及其指标韧性－反映钢材抵抗冲击荷载、动力摆锤冲击荷载的能力，是钢材在变形和断裂过程中吸收能量的度量。良好的韧性使结构抗震能力提高

6、韧性衡量的指标冲击韧性试验（a）（b）a=A/A(单位J/cm2)A(单位J)梅氏U型缺口kkn夏比V型缺口kVAk－冲击功国际较通用的试验方法，A－试件缺口截面积目前我国标准已采用n冲击韧性试验设备CharpyVNotchImpacttest(CVN)落锤Vnotch试件Impact对韧性的进一步认识韧性与塑性有关，但是不同于塑性韧性是钢材强度和塑性的综合反映韧性也可用应力－应变曲线的面积来度量优良的塑性、韧性比强度指标更为重要钢材的冷弯性能（ColdBending）冷弯性能—衡量钢材在冷加工(常温)塑性变形时抵抗裂纹的

7、能力是衡量钢材力学性能的综合指标：既反映钢材的塑性好坏又反映钢材的内部质量满足冷弯性能比满足f、f、δyu都困难，一般有特殊要求才进行冷弯试验试样弯曲180度，表面及侧面无裂纹或分层，则为合格冷弯试验钢材的可焊性(Weldability)可焊性—指采用一般焊接工艺就可达到合格焊缝性能。具体表现为：施工上—正常焊接工艺下，焊缝不出现裂纹使用上—焊缝力学性能不低于母材力学性能钢材可焊性与碳、合金元素的含量有关，需通过试验来鉴定可焊性的好坏、确定焊接工艺要求钢材的耐久性(Endurance)耐腐蚀钢材受各种腐蚀环境影

8、响而慢慢生锈，削弱截面厚度通过喷涂防腐涂料使钢材耐腐蚀耐疲劳钢材长时间受荷载重复作用，达到一定的寿命而破坏。通过改善材质、构造设计来提高疲劳强度，增加寿命。钢材在复杂应力下的屈服(Yielding)条件折算应力(Stress)