《钢结构》第二章钢结构的材料

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1、第二章钢结构的材料2.1钢结构对材料的要求用钢结构的钢必须符合下列要求：1、较高的抗拉强度fu和屈服点fy，fy是衡量结构承载能力的指标，fy则可减轻结构自重，节约钢材和降低造价。2、较高的塑性和韧性3、良好的工艺性能（包括冷加工、热加工和可焊接性）2.2刚才的破坏形式钢材有两种完全不同的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。钢结构所用的钢材在正常使用条件下，虽然有较高的塑性和韧性，但在某些条件下，仍然存在发生脆性破坏的可能性。塑性破坏的主要特征是，破坏前具有较大的塑性变形，常在钢材表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线。只有当构件中的应力达到抗拉强度后才会发生破坏，破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗。由

2、于塑性破坏前总有较大的塑性变形发生，且变形持续时间较长，容易被发现和抢修加固，因此不至发生严重后果。钢材塑性破坏前的较大塑性变形能力，可以实现构件和结构中的内力重分布，钢结构的塑性设计就是建立在这种足够的塑性变形能力上。脆性破坏的主要特征是，破坏前塑性变形很小，或根本没有塑性变形，而突然迅速断裂。破坏后的断口平直，呈有光泽的晶粒状或有人字纹。由于破坏前没有任何预兆，破坏速度又极快，无法察觉和补救，而且一旦发生常引发整个结构的破坏，后果非常严重，因此在钢结构的设计、施工和使用过程中，要特别注意防止这种破坏的发生2.3钢材的主要性能钢材的应力-应变曲线理想的弹-塑性体的应力-应变曲线试验一般都是在

3、标准条件下进行的，即：试件的尺寸符合国家标准，表面光滑，没有孔洞、刻槽等缺陷；荷载分级逐次增加，直到试件破坏；室温为20℃左右。给出了相应钢材的单调拉伸应力－应变曲线。由低碳钢和低合金钢的试验曲线看出，在比例极限以前钢材的工作是弹性的；比例极限以后，进入了弹塑性阶段；达到了屈服点fy后，出现了一段纯塑性变形，也称为塑性平台；此后强度又有所提高，出现所谓自强阶段，直至产生颈缩而破坏。破坏时的残余延伸率表示钢材的塑性性能。调质处理的低合金钢没有明显的屈服点和塑性平台。钢材的单调拉伸应力－应变曲线提供了三个重要的力学性能指标：抗拉强度fu、伸长率δ和屈服点fy。抗拉强度fu是钢材一项重要的强度指标，

4、它反映钢材受拉时所能承受的极限应力。伸长率δ是衡量钢材断裂前所具有的塑性变形能力的指标，以试件破坏后在标定长度内的残余应变表示。取圆试件直径的5倍或10倍为标定长度，其相应伸长率分别用δ5或δ10表示。屈服点fy是钢结构设计中应力允许达到的最大限值，因为当构件中的应力达到屈服点时，结构会因过度的塑性变形而不适于继续承载。承重结构的钢材应满足相应国家标准对上述三项力学性能指标的要求。H型钢与普通工字钢相比，其翼缘板的内外表面平行，便于与其它构件连接。H型钢的基本类型可分为宽翼缘（HW）、中翼缘（HM）及窄翼缘（HN）三类。还可剖分成T型钢供应，代号分别为TW、TM、TN。H型钢和相应的T型钢的型

5、号分别为代号后加“高度H×宽度B×腹板厚度t1×翼缘厚度t2”，例如HW400×400×13×21和TW200×400×13×21等。宽翼缘和中翼缘H型钢可用于钢柱等受压构件，窄翼缘H型钢则适用于钢梁等受弯构件。目前国内生产的最大型号H型钢为HN700×300×13×24。供货长度可与生产厂家协商，长度大于24m的H型钢不成捆交货。断面收缩率ψ是试样拉断后，颈缩处横断面积的最大缩减量与原始横断面积的百分比，也是拉伸试验提供的一个塑性指标。ψ越大，塑性越好。在国家标准《厚度方向性能钢板》中，使用沿厚度方向的标准拉伸试件的断面收缩率来定义Z向钢的种类，如ψ分别大于或等于15％、25％、35％时，为

6、Z15、Z25、Z35钢。由单调拉伸试验还可以看出钢材的韧性好坏。韧性可以用材料破坏过程中单位体积吸收的总能量来衡量，包括弹性能和非弹性能两部分，其数值等于应力－应变曲线下的总面积2.3.3钢材的其它性能一、冷弯性能钢材的冷弯性能由冷弯试验确定。试验时，根据钢材的牌号和不同的板厚，按国家相关标准规定的弯心直径，在试验机上把试件弯曲180°，以试件表面和侧面不出现裂纹和分层为合格。冷弯试验不仅能检验材料承受规定的弯曲变形能力的大小，还能显示其内部的冶金缺陷，因此是判断钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材，均应具有冷弯试验的合格保证。二、冲击韧性由拉

7、伸试验获得的韧性没有考虑应力集中和动荷作用的影响，只能用来比较不同钢材在正常情况下的韧性好坏。冲击韧性也称缺口韧性是评定带有缺口的钢材在冲击荷载作用下抵抗脆性破坏能力的指标，通常用带有夏比V型缺口的标准试件做冲击试验，以击断试件所消耗的冲击功大小来衡量钢材抵抗脆性破坏的能力。冲击韧性也叫冲击功，用aK或CV表示，单位为J/cm2试验表明，钢材的冲击韧性值随温度的降低而降低，但不同牌号和质量等级钢材