2.钢结构的材料(2011.8.31---)

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1、第二章钢结构的材料本章内容：（1）钢结构对材料的基本要求；（2）钢材的破坏形式；（3）钢材的主要机械性能；（4）影响钢材性能的主要因素；本章重点：钢材的主要机械性能、各种因素对钢材性能的影响本章难点：影响钢材性能的主要因素（5）钢材种类和钢材规格；1.较高的抗拉强度fu和屈服点fy；（结构的承载力大，所需的截面小，结构的自重轻）2.较好的塑性、韧性；（塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，易于承受动力荷载）3.良好的工艺性能（耐疲劳，冷、热加工，可焊性，耐锈蚀）§2.1钢结构对材料的要求§2.2钢材的破坏形式钢材的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏塑性破坏：破坏前变形大，征兆明显，

2、破坏延续时间长，断口呈纤维状，色泽发暗。脆性破坏：破坏前变形小，预兆不明显，破坏突然发生，断口平直并呈有光泽的晶粒状。单向均匀拉伸时的性能条件：标准试件（GB228—63），常温（10-35℃）下缓慢加载，一次完成。含碳量为0.1%－0.3%。标准试件：Lo/d=5、10；Lo-标距；d--直径§2.3钢材的主要性能d1.强度性能1)比例极限fp：图中OP段为直线，表示钢材具有完全弹性性质，这时应力P点应力称为比例极限。弹性极限fe：PE段仍具有弹性，但为非线性弹性阶段，此时的模量叫做切线模量，，E点的应力称为弹性极限。弹性极限和比例极限相距很近，实际上很难区分，故通常只

3、提比例极限。2)屈服点：荷载增加，出现ES段，为非弹性性质，即卸荷曲线成为与OP平行的直线(图中虚线)，留下永久性的残余变形。此段上限S点的应力称为屈服点。低碳钢出现明显的屈服台阶SC段，即在应力保持不变的情况下，应变继续增加。高强度钢(高碳钢)没有明显的屈服点和屈服台阶。屈服条件是根据试验分析结果人为规定的，故称为条件屈服点(或屈服强度)。条件屈服点是以卸荷后试件中残余应变为0.2％所对应的应力定义的。上屈服点和下屈服点进入塑性流动范围时，曲线波动较大，逐渐趋于平稳，其最高点和最低点分别称为上屈服点和下屈服点。OSCDPE上屈服点和试验条件(加荷速度、试件形状、试件对中

4、的准确性)有关。下屈服点不敏感，设计中则以下屈服点为依据。理想的弹-塑性体无缺陷和残余应力影响的试件比例极限和屈服点比较接近，且屈服点前应变很小。为简化计算，假定屈服点前钢材为完全弹性，屈服点后为完全塑性的，这样就可把钢材视为理想的弹-塑性体。应力-应变曲线表现为双直线。3)抗拉强度或极限强度超过屈服台阶，材料出现应变硬化，曲线上升，直至曲线最高处的B点，这点的应力称为抗拉强度或极限强度。当应力达到B点时，试件发生颈缩现象，至D点而断裂。当以屈服点的应力作为强度限值时，抗拉强度称为材料的强度储备。2.塑性性能---伸长率和截面收缩率伸长率:试件被拉断时的绝对变形值与试件原

5、标距之比的百分数，称为伸长率。伸长率代表材料在单向拉伸时的塑性应变的能力。当l0/d=5时，用δ5表示，当l0/d=10时，用δ10表示。断面收缩率:颈缩断口处截面积的缩减值与原截面积的比值A0A13、冷弯性能弯曲→有无裂纹、分层衡量钢材塑性性能和质量优劣的综合指标。add+2.1a冷弯性能由冷弯试验来确定。试验时在试验机上用冲头加压，使试件弯成l80°，如试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。4、冲击韧度衡量钢材在动力（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(恰贝)由试件断裂吸收

6、的能量Akv来衡量钢材的冲击韧性，单位：J。Akv受温度的影响2.3.2焊接性与耐久性能焊接性：采用一般焊接工艺就可完成合格的（无裂纹的）焊缝的性能。焊接性受碳含量和合金元素含量的影响。对于承受动力荷载的焊接结构，应对所用钢材进行焊接性能的鉴定。耐久性主要指耐腐蚀性能。钢材的机械性能指标1、屈服点fy；2、抗拉强度fu；3、伸长率δ；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）；6、焊接性与耐久性能小节一、化学成分二、冶金缺陷三、温度影响四、钢材硬化五、应力集中六、反复荷载作用§2.4各种因素对钢材主要性能的影响一、化学成分碳素结构钢中F

7、e占99%，其他杂质元素占1%；低合金高强度结构钢中合金元素＜3%。1.碳（C）：钢材强度的主要来源，随其含量增加，强度增加，塑性和韧度降低，焊接性降低，冷弯性能降低，抗腐蚀性降低。一般控制在0.17%-0.22%以下，在0.2％以下时，可焊性良好。2.锰（Mn）：含Mn适量使强度↑，降低S、O的热脆影响，改善热加工性能，有益元素。在碳素结构钢中0.3%-0.8%，在低合金高强度钢中1.0%-1.7%。3.硅（Si）：含Si适量使强度↑，其他影响不大，有益元素，在碳素结构钢中0.07%-0.3%，在低合金高强度钢中≤0.55%