钢结构第一章钢结构材料.ppt

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1、第一章钢结构的材料和计算方法第一节钢材的主要性能一、钢材的破坏形式1.钢结构对材料的要求强度高，良好的弹性、塑性和韧性，良好的工艺性能2、破坏形式塑性破坏应力达到抗拉强度后，很大的塑性变形,有十分明显的预兆脆性破坏应力常低于钢材的屈服强度，没有明显预兆，破坏突然发生第一章钢结构的材料和计算方法二、钢材的主要机械性能机械性能—反映强度、刚度、塑性指标屈服点fy抗拉强度fu伸长率δu冷弯性能冲击韧性第一章钢结构的材料和计算方法单向一次均匀拉伸试验——标准材性试验应力σ——应变ε曲线碳素结构钢材的应力-应变图弹性阶段：OB段弹塑性阶段：BC段

2、塑性阶段：CD段自强阶段：DE段破坏阶段：EF段第一章钢结构的材料和计算方法弹性模量E屈服强度(yieldstrength)fy抗拉强度(tensilestrength)fu伸长率(elongation)δu*E为常量，低碳钢有明显屈服点，fy作为钢材强度标准值，fu/fy为强度储备，伸长率δu表示塑性变形能力。δu＝永久变形/标定长度×100﹪，以δ5或δ10表示其中5,10指试件标定长度与试件直径之比为5，10第一章钢结构的材料和计算方法※屈服点fy作为钢材强度标准值。为什么？应力达到fp：εp0.1％fy：εy0.15％两者应变很

3、接近计算时将钢的弹性工作阶段提高到屈服点fy之后，变形很大，结构将因过大的残余变形而不能继续使用理想的弹－塑性体应力达到fu，应变εu16％2.冷弯(coldbending)试验钢材质量的综合指标加工性能，塑性应变能力试件冷弯1800不出现裂纹或分层为合格第一章钢结构的材料和计算方法3.冲击韧性试验—冲击功Akv抗脆断、抗动载能力。Akv=27J或34J合格，常温(20℃)和低温(0℃，-20℃，-40℃)试验。第一章钢结构的材料和计算方法4．其它—可焊性(weldability)、耐磨性(abrasionresistance)、抗火性

4、(fireresistance)、耐腐蚀性(corrosionresistance)等。第一章钢结构的材料和计算方法一、化学成分的影响第一章钢结构的材料和计算方法第二节影响钢材力学性能的主要因素化学成分—影响强度、延性、可加工性、耐久性碳C：含C量，强度，塑性、韧性、疲劳强度可焊性、抗腐蚀性C≤0.22%焊接结构：C≤0.20%非焊接结构：第一章钢结构的材料和计算方法有害成分：降低钢材塑性，韧性，可焊性，疲劳强度S热脆（高温时，使钢变脆）P冷脆氧O热脆,N冷脆，脱氧处理有益成分：合金成分：适当的含量提高强度，对塑、韧性无显著影响Mn，S

5、i，脱氧剂，第一章钢结构的材料和计算方法(1)冶炼平炉，转炉(2)轧制薄板，均匀，强度高；二、生产过程(3)脱氧程度沸腾钢，半镇静钢，镇静钢；第一章钢结构的材料和计算方法(4)热处理——控制降温速度或重新加热，改变晶体结构和材性。淬火，快速降温，提高强度、降低韧性；退火，炉中控制，缓慢降温；回火，自然降温和控制降温相结合；正火，空气中自然降温；第一章钢结构的材料和计算方法第一章钢结构的材料和计算方法三、复杂应力和应力集中的影响（一）复杂应力的影响塑性阶段弹性阶段单向应力：复杂应力：第四强度理论弹性阶段塑性阶段第一章钢结构的材料和计算方法

6、讨论：1、当同号，且值相近，即使，但均在同号应力作用下，钢材强度提高，塑性降低2、有一异号应力，钢的弹性范围和强度随异号应力增大而降低，塑性变形增大三向受拉时，易发生脆性破坏第一章钢结构的材料和计算方法（二）应力集中在孔边出现应力高峰，除切向正应力，还存在径向正应力，处于同号平面应力场。厚壁构件会出现同号立体应力场。易发生脆性破坏在构件缺陷或截面变化附近，主应力迹线曲折、密集、出现应力高峰，叫应力集中。四、加工过程(1)冷加工——冲、钻、剪、弯、割、锯，局部产生塑性变形和应变硬化（冷作硬化）第一章钢结构的材料和计算方法提高钢的弹性范围，

7、塑性、韧性降低(2)热加工——焊、割，局部升温，热影响区；不均匀冷却，焊接残余应力；第一章钢结构的材料和计算方法五．温度高温软化，无保护措施耐火极限仅15分钟—低温冷脆，脆性转变温度；第一章钢结构的材料和计算方法第三节钢材的疲劳第一章钢结构的材料和计算方法一、概念疲劳断裂是微观裂纹在连续反复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏.疲劳破坏经历三个阶段：裂纹的形成，裂纹的缓慢扩展和最后迅速断裂。二、疲劳破坏的特点疲劳强度取决于应力集中程度应力循环次数等应力循环特性第一章钢结构的材料和计算方法完全对称循环脉冲循环第一章钢结构的材料和计算方法应

8、力幅为常量，常幅应力循环为变量，变幅应力循环二、常幅疲劳验算应力幅验算疲劳强度第一章钢结构的材料和计算方法式中：s为标准差，表示lgn的离散程度。由上式得到常幅疲劳的容许应力幅规范：第一章钢结构的材料和计算