杨建-第二章钢结构材料

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1、第二章钢结构的材料2.1对建筑用钢材的性能要求较高的强度：抗拉强度fu和屈服强度fy足够的变形能力：塑性、韧性良好的加工性能：冷加工、热加工、可焊性2.2钢材的主要性能及其鉴定1、单轴拉伸时的工作性能条件：标准试件，常温（20℃）下缓慢加载，直到拉断破坏，一次完成。标准试件l0/d=5，10；l0—标距；d—直径dⅢ塑性阶段：E为零，失去承载的能力。Ⅳ应变硬化阶段：又恢复承载的能力，但很快被拉断。OBCDAEⅠ弹性阶段：E为常量Ⅱ弹塑性阶段：E为变量对无明显屈服点的钢材该种钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变形

2、小，破坏突然。设计时取相当于残余变形为0.2%时所对应的应力作为屈服点—“条件屈服点”fy=f0.20.2%fuεp应力应变曲线的简化1)fy与fe相差很小；2)超过fy到屈服台阶终止的变形约为2.5%--3%，足以满足考虑结构的塑性变形发展的要求。（1）钢材可以简化为理想弹塑性体ε2.5%--3%fyε00.15%ε（2）钢材在静载作用下：强度计算以fy为依据;fu为结构的安全储备。（3）断裂时变形约为弹性变形的200倍，在破坏前产生明显可见的塑性变形，可及时补救，故几乎不可能发生。O0.15%22%fufyfu

3、-fy单向拉伸时钢材的机械性能指标（1）屈服点fy——应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力，它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。当结构或构件截面＞fy时，认为结构或构件丧失了继续承载的能力。（2）抗拉强度fu--应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材最大的抗拉强度。直接反映钢材的内部组织的优劣，fu愈高，强度储备愈高。fu/fy——强屈比，钢材塑性设计的一个重要条件。（3）伸长率（4）断面收缩率它是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。当l0/d=5时，用δ5表示，当l0/d=10时，用δ10表示

4、。A0A12冷弯性能在冷弯试验中表现的性能，既能看出钢材塑性变形的能力，又可看出钢材的冶金质量。add+2.1a3、冲击韧性衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应力作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。(a)梅氏U型缺口(b)夏比V型缺口由试件断裂吸收的能量Cv来衡钢材的冲击韧性，（1）梅式U型缺口：ak值（2）夏比V型缺口：CV单位：J;Cv受温度的影响4可焊性钢材采用一定的焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数及一定的结构形式等条件下，获得合格焊缝的难易程度。与含C量和合金元素有关。钢

5、材性能的鉴定做钢材的各种性能的鉴定试验时应满足相关的国家标准。钢材的机械性能指标1、屈服点fy；2、伸长率δ；3、抗拉强度fu；4、冷弯试验；5、冲击韧性Cv(包括常温冲击韧性、0度时冲击韧性负温冲击韧性）。小节1、化学成分普通碳素钢中Fe占99%，其他杂质元素占1%；普通低合金钢中合金元素＜5%。（1）碳（C）：钢材强度的主要来源，随其含量增加，强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。一般控制在0.22%以下，在0.2％以下时，可焊性良好。2.3影响钢材性能的因素（2）硫（S）：有害元素，热脆性。不得超过0

6、.05%。（3）磷（P）：有害元素，冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。不得超过0.045%。（4）锰（Mn）：合金元素。弱脱氧剂。与S形成MnS，熔点1600℃，可以消除一部分S的有害作用。（5）硅（Si）：合金元素。强脱氧剂。（6）钒（V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。（7）氧（O）：有害杂质，与S相似。（8）氮（N）：有害杂质，与P相似。（9）铜（Cu）：提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有影响。2、成材过程的影响冶炼：平炉、转炉浇铸：钢水—钢锭—初轧—成

7、材（传统工艺）钢水—连铸机—钢坯—成材（新工艺）轧制：改善钢材内部组织结构，钢材因辊轧次数不同，其强度亦不相同。热处理：显著提高强度。（1）钢材的冷加工硬化冷加工硬化——在常温下的加工称为冷加工。当荷载超过材料比例极限卸载后，出现残余变形，再次加载则比例极限（或屈服点）提高的现象，也称“应变硬化”。时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使材料硬化的现象。应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同时可以加速时效硬化，因此也称“人工时效”。3、其它因素（2）温度影响a．正温范围

8、200℃以内对钢材性能无大影响，该范围内随温度升高总的趋势是强度、弹性模量降低，塑性增大。8006004002000N/mm2Efuδfy200400600温度对钢材机械性能的影响20406080δ%220210200190180170160Ex103T(0C)250℃左右抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性增加—兰脆现象，该温度区段称为“兰脆区”。260～32