钢结构要点及练习题.doc

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1、《钢结构要点及练习题》第一章到第二章钢结构的材料及性能的要点一、钢材的力学性能主要有：强度、塑性（延伸率）、冷弯性能、韧性、。1.强度：决定材料的承载力，结构用钢的主要指标有屈服点和抗拉强度。下屈服点为设计时可达到的最大应力值，称为设计强度标准值。抗拉强度是钢材破坏时达到的最大应力值。钢材达到时，已产生很大的塑性变形而失去使用功能，但钢材的高可以增加结构的安全保障，故的值可看作钢材的强度储备系数。2.塑性：钢材的塑性为应力超过屈服点后，试件产生明显的残余塑性变形而不断裂的性质。塑性的好坏可通过静

2、力拉伸试验的伸长率表示。材料塑性的好坏往往决定了结构是否安全可靠，因此钢材的塑性指标比强度指标更重要。3.韧性：韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，也是钢材抵抗冲击荷载的能力，它是强度和塑性的综合表现。钢结构设计规范对钢材的冲击韧性（或）有常温和负温要求的规定。选用钢材时，根据结构的使用情况和要求提出相应温度的冲击韧性的要求。4.冷弯性能：冷弯性能是钢材在冷加工（常温下）产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。冷弯性能的好坏。通过使钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形后，检查试件弯曲部分的表

3、面不出现裂纹和分层为合格。二、影响钢材性能的主要因素有：1.化学成分：钢的基本元素为铁，约占99%。此外，还有C、Si、Mn（有益）；有害S、P、O、N等，这些元素中含量约1%，但对力学性能有很大影响。2.成材影响（冶练、浇筑、扎制及热处理）：（1）冶练及浇筑结构用钢主要有三种冶炼方法，即碱性平炉炼钢法、顶吹氧气转炉炼钢法、碱性侧吹转炉炼钢法。平炉钢和顶吹氧气转炉钢力学性能指标较接近；而碱性侧吹转炉钢的冲击韧性、可焊性、冷脆性、抗锈蚀性等都较差，故这种炼钢法已被淘汰。钢在冶炼及浇铸过程中会不可避

4、免地产生冶金缺陷。常见的冶金缺陷有偏析，非金属夹杂，气孔及裂纹等等。偏析是指金属结晶后化学成份分布不匀；非金属夹杂是指钢中含有如硫化物等杂质；气泡是指浇铸时由FeO与C作用所生成的CO气体不能充分逸出而滞留在钢锭内形成的微小空洞。这些缺陷都将影响钢的力学性能。（2）扎制钢材的轧制能使金属的晶粒变细，也能使气泡、裂纹等焊合，因而改善了钢材的力学性能。薄板因辊轧次数多，其强度比厚板略高、浇铸时的非金属夹杂物在轧制后能造成钢材的分层，所以分层是钢材(尤其是厚板)的一种缺陷。设计时应尽量避免拉力垂直于板

5、面的情况，以防止层间撕裂。（3）热处理热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺方法。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺热处理的目的在于取得高强度的同时能够保持良好的塑性和韧性。3.冷作硬化及时效硬化：钢结构在加工的过程中引起钢材强度的提高称为硬化。冷加工包括剪、冲、辊、压、折、钻、刨、铲、敲等。另外随着时间的延长，纯铁中的残留的碳、氧固溶物质逐渐析出，形成自由的碳化物或氧化物颗粒，约束纯铁的塑性变形，此为时效。

6、时效将提高钢材的强度、降低塑性、韧性。时效过程可从几天到几十年。1.温度：一般情况下，温度升高时，钢材的力学性能变化不大。当温度达到250℃，钢材的抗拉强度提高，塑性和韧性降低，表面氧化膜呈蓝色，即发生蓝脆现象。当温度升到300℃时以后，钢材的屈服点和抗拉极限强度显著降低，达到600℃强度几乎等于零。温度从常温降到一定值，钢材的冲击韧性急剧降低，试件断口属脆性破坏，这种现象称冷脆现象。2.应力集中和残余应力：由于钢结构中存在的空洞、槽口、裂缝、厚度变化和形状变化、内部缺陷等原因，使这些区域产生局

7、部高峰应力，此谓应力集中现象。应力集中越严重，钢材的塑性越差。残余应力是钢材在冶炼、轧制、焊接、冷加工等过程中，由于不均的冷却、组织构造变化而在钢材内部产生不均匀的应力。残余应力在构件内部自相平衡而与外力无关。残余应力存在易使构件发生脆性破坏。3.复杂应力状态：钢材在单向应力作用下，当应力达到屈服点时，钢材屈服进入塑性状态。当钢材处于复杂应力状态时，以折算应力是否大于来判断是否进入塑性状态。处于同号应力场时，钢材易产生脆性破坏：而处于异号应力场时，将发生塑性破坏。总之，钢材的化学成分杂质、冶金缺

8、陷、温度、冷作硬化、时效硬化、应力集中以及同号应力场等均会增加材料的脆性三、钢材的破坏塑性破坏：加载后，钢材有较大的变形，因此破坏有预兆，断裂时断口呈纤维状，色泽发暗。脆性破坏：加载后，钢材无明显变形，因此破坏无预兆，断裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。脆性破坏危险性大。四、钢结构的疲劳在建筑结构中，有些构件承受随时间而变化的循环荷载，如吊车梁等，对这样的构件需进行疲劳计算。每次应力循环中，最大的拉应力和最小的拉应力或压应力之差为应力幅。所有应力循环中，应力幅为常量时，称为常幅循环荷载；所有应力循