钢结构_钢结构材料.ppt

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第二章钢结构材料第一节钢材在单向均匀受拉时的工作性能1、弹性阶段（OA段）OA段符合虎克定律：σ=Eε2、屈服阶段（AC段）3、强化阶段（CD段）4、颈缩阶段（DE段） 讨论：1)、因fp与fy的值很接近，实际工程中常以为fy钢材单向均匀受拉时弹、塑性的分界。σfy时弹性阶段；σ＞fy时塑性阶段2)、fy为钢材屈服点，设计中把它看作构件应力可达到的限值。fu为抗拉强度，设计中视为钢材抗破断能力的限值，也是钢材机械性能的一项重要指标。fy/fu称为屈强比，表明设计强度的储备能力。fy/fu越大，强度储备越小。fy/fu越小，强度储备越大。强度储备越大，越安全，但fy/fu太小时，强度利用率低，不经济。 第二节钢结构对材料性能的要求1、强度：fy，fu是两项重要的强度指标。钢结构设计强度一般均依据fy确定。2、塑性：当钢材应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即破坏的性质。主要指标：伸长率δ：δ＝x100﹪断面收缩率ψ：ψ＝x100﹪ 3、韧性：钢材抵抗冲击荷载的能力。它与塑性有关但又不完全相同，是强度与塑性的综合表现。韧性指标：4、可焊性：施工上的可焊性：指焊缝金属产生裂纹的敏感性。使用性能上的可焊性：要求焊缝处的机械性能不低于母材的机械性能。 5、冷弯性能钢材的冷弯性能是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时对产生裂纹的抵抗能力的一项指标。冷弯试验是鉴定钢材质量的一种好方法，常作为静力拉伸试验和冲击试验的补充试验。综上所述：fy，fu,δ被认为是承重钢结构对钢材要求所必需的三项基本机械性能指标。机械性能的六项指标：屈服点fy，抗拉强度fu，伸长率δ，180°冷弯，常温及负温冲击韧性。 第三节影响钢材力学性能的因素1、化学成分的影响；2、冶金和轧制过程的影响；3、时效的影响；4、冷作硬化的影响；5、温度的影响；6、应力集中和残余应力的影响；7、复杂应力状态的影响。 1、化学成分的影响；有益元素：Mn、Si、V、Cu…有害元素：S、P、O、N…2、冶金和轧制过程的影响：1)、冶炼方法分类：平炉炼钢法顶吹氧气转炉侧吹（空气）转炉炼钢2)、脱氧方法：沸腾钢（F）镇静钢（Z）半镇静钢（b）3)、钢材的轧制：在1200～1300℃高温下，经轧制细化了钢的晶粒，焊合了小气泡、裂纹等缺陷，使金属组织更致密。轧制钢材强度、塑性、韧性均较好，且薄板比厚板力学性能更好。 3、时效影响：时效硬化指钢材仅随时间的增长而转脆。4、冷作硬化的影响：钢结构冷加工过程引起的硬化称为冷作硬化。如剪、冲、折、钻…导致强度提高，塑性韧性降低。 5、温度的影响：1).升温情况：200～250℃时，fu提高但塑性、韧性有所降低，此时的破坏称“蓝脆”现象。250～350℃时，fy、fu、E显著降低，δ增大，易产生“徐变”现象。400～600℃时，fy、fu、E急剧下降，600℃时承载力几乎完全丧失。2).降温情况：设计时要防止脆性破坏，因而选材时应使其转变温度下限T1低于结构工作环境温度。如：Q235钢，计算温度≥－15℃。 6、应力集中和残余应力的影响；7、复杂应力状态的影响：在复杂受力情况下，按材力能量强度理论推导可用折算应力σzs来判断其工作状态：三向应力：σzs＝当σzs2×106次时，σ已趋于稳定，称为疲劳强度的极限。4)、应力集中和残余应力凡出现应力集中的地方，都会加速疲劳的破坏。p 第七节结构疲劳计算1、常幅疲劳对应焊接部位对应非焊接部位c，—系数，见表8－2(p310)ΔΔ[ΔΔΔ 2、变幅疲劳：若能预测结构在使用寿命期间各种荷载应力幅水平以及循环次数分布所构成的设计应力谱。即：已知,…及相应循环次数n1,n2…nn则按积累损伤原理把变幅疲劳折合成等效疲劳问题。 3、吊车梁的疲劳验算（没有设计应力谱的变幅疲劳）安按等效常幅疲劳计算即2×1064、疲劳计算应注意的问题：1)当应力变化的循环次数≥次时才进行疲劳计算。2)由于疲劳计算采用的是容许应力幅法，计算时应取活载的标准值按弹性状态计算，吊车荷载不计动力系数。3)在应力循环中不出现拉应力的部位可不作疲劳计算。4)钢材的静力强度对大多数焊接连接类别的疲劳强度无显著影响。