《钢结构的材料》PPT课件(I)

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1、第二章钢结构的材料钢材的破坏形式:1.塑性破坏：钢材在产生很大的变形以后发生的断裂破坏称为塑性破坏，也称为延性破坏。2.脆性破坏：钢材在变形很小的情况下突然发生断裂破坏。钢结构对所用材料的要求:强度fy、fu高。强度高可减轻结构自重。塑性、韧性、耐久性好。可防止脆性破坏，抗动力荷载好，耐疲劳。良好的加工性能。冷、热加工和可焊性好。耐腐性好。有时还要求钢材具有适应低温、高温等环境的能力。《钢结构设计规范（GB50017)》推荐使用：碳素结构钢中的Q235钢、低合金结构钢中的Q345钢、Q390钢、Q420钢。第一节　钢材的主要机械性能钢材的机械性能（力学性能）由试验得到，试验采用的

2、试件的制作和试验方法都必须按照各相关国家标准规定进行。一、单向拉伸性能标准试件在室温（100C～350C)、满足静力加载的加载速度一次加载所得钢材的应力应变曲线显示的钢材机械性能如下：可把钢材视为理想弹塑性体。强度：fy强度设计标准值，设计依据；fu钢材的最大承载强度。二、冷弯性能伸长率δ,反映钢材的塑性变形能力。将试件弯成180o，若试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。冷弯试验综合反映钢材的塑性性能和冶金质量。三、冲击韧性冲击韧性值用击断试样所需的冲击功AKV表示,单位为J。冲击韧性与温度有关，当温度低于某一值时，冲击韧性值将急剧降低。因此在寒冷地区建造的直接承受动力荷载的钢

3、结构，除应有常温冲击韧性的保证外，尚应依钢材的类别，使其具有-20oC或-40oC的冲击韧性保证，应AKV≥27J（焦耳）。四、钢材受压和受剪时的性能钢材在单向受压（短试件）时，受力性能基本与单向受拉相同。受剪的情况也相似，但屈服点τy及抗剪强度τu均低于fy和fu；剪变模量G也低于弹性模量E。第三节影响钢材性能的主要因素一、化学成分的影响基本成份为Fe，钢中含量占99％，C含量小于0.22％。Si、Mn为脱氧元素，S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。C：含C↑使强度↑塑性、韧性、可焊性↓，应控制在≤0.22%，焊接结构应控制在≤0.20%。Si：含Si适量使强度↑其它

4、影响不大，有益，应控制≤0.1~0.3%Mn：含Si适量使强度↑降低S、O的热脆影响，改善热加工性能，对其它性能影响不大，有益。S：含量↑使强度↑塑性、韧性、性能冷弯、可焊性↓；高温时使钢材变脆－热脆现象。P：低温时使钢材变脆－冷脆现象；其它同SO、N：O同S；N同P，控制含量≤0.008%二、钢材生产过程的影响钢的脱氧因脱氧程度或方法不同，把钢分为沸腾钢(F)、半镇静钢(b)、镇静钢(Z)和特殊镇静钢(TZ)。钢材的轧制轧钢机的压力作用可使钢锭中的小气泡和裂纹弥合，并使组织密实，其强度和冲击韧性也愈高。三、温度的影响温度T0称为脆性转变温度。四、冷加工硬化和时效硬化1.应变硬化

5、钢材在常温下加工称为冷加工。冷轧、冷弯、冲孔、机械剪切等冷加工使钢材产生很大的塑性变形，从而使fy提高，但同时降低了钢材的塑性和韧性，这种现象称为冷加工硬化。2.时效硬化钢材经过一定时间后强度提高但塑性降低，这种现象称为时效硬化。不同种类钢材的时效硬化过程可从几小时到数十年。3.人工时效使钢材产生10%的塑性变形，再加热到200～300oC，然后冷却到室温进行试验。这样可使时效在几小时内完成。4.设计要求钢结构设计一般不利用冷加工硬化造成的强度提高，而且对直接承受动力荷载的钢结构还应设法消除冷加工硬化的影响，如将局部硬化部分用刨边或扩钻予以消除。五、复杂应力状态的影响在复杂应力如

6、平面或立体应力作用下，钢材的屈服并不只取决于某一方向的应力，而是由反映各方向应力综合影响的屈服条件来确定。六、应力集中的影响钢构件在缺陷或截面变化处附近将产生局部高峰应力，称为应力集中。在应力高峰区域存在着同号的双向或三向应力。这种同号的双向或三向应力场有使钢材变脆的趋势。在负温下或动力荷载作用下，应力集中往往是引起脆性断裂的根源，设计中应设法避免或减小应力集中，并选用质量优良的钢材。第四节钢材的疲劳一、钢材疲劳的基本概念钢材在反复荷载作用下，在应力低于钢材抗拉强度甚至低于屈服点时突然断裂，称为钢材的疲劳或疲劳破坏。钢结构中总存在有微观裂纹或类似的缺陷，导致应力集中。在多次反复荷

7、载作用下，微观裂纹不断开展，应力集中现象越来越严重。当荷载反复循环达一定次数n（疲劳寿命）时，裂纹扩展使得净截面承载力不足以承受外力作用时，构件突然断裂，发生疲劳破坏。疲劳破坏一般经历裂纹形成、裂纹缓慢扩展和最后迅速断裂三个阶段。二、疲劳计算反复荷载作用产生的应力重复一周叫做一个循环。Δσ=σmax-σmin称为应力幅，表示应力变化的幅度。试验表明，焊接结构发生疲劳破是焊缝部位足够大小的应力幅反复作用的结果。非焊接结构的的疲劳寿命不仅与应力幅有关，还与其他因素有关。规范把疲劳计算