【精品】2钢结构的材料.doc

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1、第二章钢结构的材料第一节钢结构对材料的要求钢结构的原材料是钢，钢的种类繁多，性能差别很大，适用于钢结构的钢只是其中的一小部分。%1.用作钢结构的钢必须符合下列要求：（1）较高的抗拉强度和屈服点屈服点是衡量结构承载能力的指标，屈服点高则可减轻结构自重，节约钢材和降低造价。抗拉强度是衡量钢材经过较大变形后的抗拉能力，它直接反映钢材内部组织的优劣，同时抗拉强度高可以增加结构的安全保障。（2）较高的塑性和韧性塑性和韧性好，结构在静载和动载作用下有足够的应变能力，既可减轻结构脆性破坏的倾向，又能通过较大的塑性变形调整局部应力，同时又具有较好的抵抗重复荷载作用的能力。（3）良好的工艺性能（包括冷加工

2、、热加工和可焊性能）良好的工艺性能不但要易于加工成各种形式的结构，而且不致因加工而对结构的强度、塑性、韧性等造成较大的不利影响。根据结构的具体工作条件，有时还要求钢材具有适应低温、高温和腐蚀性环境的能力。二、钢结构设计规范具体规定：承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服点和碳、硫、磷含量的合格保证；焊接结构尚应具有冷弯试验的合格保证；对某些承受动力荷载的结构以及重要的受拉或受弯的焊接结构尚应具有常温或负温冲击韧性的合格保证。第二节钢材的破坏形式一、钢材有两种性质完全不同的破坏形式即塑性破坏和脆性破坏钢结构所用的材料虽然有较高的塑性和韧性，一般为塑性破坏，但在一定的条件下，仍然有脆性破

3、坏的可能性。二、塑性破坏塑性破坏是由于变形大，破坏前构件产生较大的塑性变形，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，构件的应力达到了钢材的抗拉强度，断裂后的断口呈纤维状，色泽发暗。在塑性破坏前，由于总有较大的塑性变形发生，且变形持续的时间较长，很容易及时发现而采取措施予以补救，不致引起严重后果。另外，塑性变形后岀现内力重分布，使结构中原先受力不等的部分应力趋于均匀，因而提高结构的承载能力。三、脆性破坏脆性破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢材的屈服点，断裂从应力集中处开始（冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地）破坏前没有任何预兆，破坏是突

4、然发生的，断口平直并呈有光泽的晶粒状.由于脆性破坏前没有明显的预兆，无法及时觉察和采取补救措施，而且个别构件的断裂常引起整个结构塌毁,危及人民生命财产的安全，后果严重，损失较大。在设计、施工和使用钢结构时，要特别注意防止出现脆性破坏。第三节钢材的主要性能%1.受拉.受压及受剪时的性能钢材标准试件在常温静载情况下，单向均匀受拉试验时的荷载一变形曲线或应力一应变曲线，如图2.1。由此曲线可获得许多有关钢材性能的信息。k强度性能比例极限弹性极限弹性极限和比例极限相距很近，实际上很难区分，故通常只提比例极限。屈服点对于低碳钢，岀现明显的屈服台阶，即在应力保持不变的情况下，应变继续增加。上屈服点和

5、下屈服点：上屈服点和试验条件（加荷速度、试件形状、试件对中的准确性）有关；下屈服点则对此不太敏感，设计中则以下屈服点为依据。对于没有缺陷和残余应力影响的试件，比例极限和屈服点比较接近，且屈服点前的应变很小（对低碳钢约为0.15%）。为了简化计算，通常假定屈服点以前钢材为完全弹性的，屈服点以后则为完全塑性的，这样就可把钢材视为理想的弹一塑性体，其应力一应变曲线表现为双直线，如图2.2所示。当应力达到屈服点后，将使结构产生很大的在使用上不容许的残余变形（此时，对低碳钢2.5%）,表明钢材的承载能力达到了最大限度。因此,在设计时取屈服点为钢材可以达到的最大应力。条件屈服点高强度钢没有明显的屈服

6、点和屈服台阶。这类钢的屈服条件是根据试验分析结果而人为规定的，故称为条件屈服点（或屈服强度）。条件屈服点是卸荷后试件中残余应变为0.2%所对应的应力2、塑性性能伸长率3、物理性能指标钢材和钢铸件的弹性模量、剪变模量C.线性膨胀系数和质量密度见表2.1。%1.冷弯性能冷弯性能由冷弯试验来确定（图2.4）。试验时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件弯成180度，如试件外表面不出现裂纹和分层,即为合格。冷弯试验不仅能直接检验钢材的弯曲变形能力或塑性性能，还能暴靂钢材内部的冶金缺陷，如硫、磷偏析和硫化物与氧化物的掺杂情况，这些都将降低钢材的冷弯性能。冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下的

7、塑性应变能力和钢材质量的综合指标。%1.冲击韧性拉力试验所表现的钢材性能，如强度和塑性，是静力性能，而韧性试验则可获得钢材的一种动力性能。韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量（包括弹性和非弹性能）来量度，其值为图2.1中曲线与横坐标所包围的总面积，总面积愈大韧性愈高，故韧性是钢材强度和塑性的综合指标。通常是钢材强度提高，韧性降低则表示钢材趋于脆性。材料的冲击韧性数值随试件缺口形式和使用试验机不同而异。1988