钢结构工程施工教学课件作者高福聚单元2　钢结构材料及材料选用.ppt

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1、单元2钢结构材料及材料选用2.1钢材的力学性能2.2影响钢材性能的因素2.3钢结构对材料性能的要求2.4钢材的种类、选用及规格返回２．１　钢材的力学性能２.１.１　钢材的单向拉伸试验低碳钢在常温、静载条件下的单向拉伸应力应变曲线见图２-１，共分为四个阶段：弹性阶段（OA）、弹塑性阶段（AB）、屈服阶段（BC）和应变硬化阶段（CD）。在A点以前，钢材处于弹性阶段，卸载后变形完全恢复；到达A点后，钢材进入弹塑性阶段，变形包含弹性变形和塑性变形两部分，卸载后塑性变形不再恢复，称为残余变形或永久变形；到达B点后，钢材全部屈服，荷载不再增加，

2、但变形持续增大，形成水平线段即屈服平台，由于A点与B点比较接近，为简化计算模型，假设在B点以前钢材处于弹性状态；经历屈服阶段后，由于钢材内部晶粒重新排列，强度有所提高，进入硬化阶段，但变形增加非常快；到达D点时，钢材达到强度极限值，之后截面快速收缩，下一页返回２．１　钢材的力学性能强度迅速降低，直至断裂。低合金钢的单向拉伸应力应变曲线与低碳钢类似，只是强度提高了。２.１.２　钢材的力学性能钢材的力学性能是指标准条件下钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能和冲击韧性，以及厚钢板的Z向（厚度方向）性能等，也称机械性能。上一页下一页返

3、回２．１　钢材的力学性能１.屈服强度图２-１中屈服平台BC段所对应的强度称为屈服强度，用符号fｙ表示，也称屈服点，是建筑钢材的一个重要力学特征。屈服点是弹性变形的终点，而且在较大变形范围内应力不会增加，形成理想的弹塑性模型，因此将其作为弹性计算时强度的标准值。低碳钢和低合金钢都具有明显的屈服平台，而热处理钢材和高碳钢则没有。２.抗拉强度单向拉伸应力-应变曲线中最高点，如图２-１中D点所对应的强度，称为抗拉强度，用符号fｕ表示，它是钢材所能承受的最大应力值。由于钢材屈服后具有较大的残余变形，已超出结构正常使用范畴，因此抗拉强度只能作为结

4、构的安全储备。上一页下一页返回２．１　钢材的力学性能３.伸长率伸长率是试件断裂时的永久变形与原标定长度的百分比。取圆形试件直径的５倍或１０倍为标定长度，对应的伸长率分别记作δ５、δ１０。伸长率代表钢材断裂前具有的塑性变形能力，这种能力使得结构制造时，钢材即使经受剪切、冲压、弯曲及锤击作用产生局部屈服也无明显破坏。伸长率越大，钢材的塑性和延性越好。屈服强度、抗拉强度、伸长率是钢材的三个重要力学性能指标，钢结构中所有钢材都应满足规范对这三个指标的规定。上一页下一页返回２．１　钢材的力学性能４.冷弯性能根据试样厚度，在常温条件下按照规定的弯

5、心直径将试样弯曲１８０°，见图２-２，其表面无裂纹和分层即为冷弯合格。冷弯性能是一项综合指标，冷弯合格一方面表示钢材的塑性变形能力符合要求，另一方面也表示钢材的冶金质量（颗粒结晶及非金属夹杂等）符合要求。重要结构中需要钢材有良好的冷、热加工工艺性能时，应有冷弯试验合格保证。上一页下一页返回２．１　钢材的力学性能５.冲击韧性冲击韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用钢材断裂时所吸收的总能量来衡量。单向拉伸试验所表现的钢材性能都是静力性能，韧性则是动力性能。韧性是钢材强度、塑性的综合指标，韧性低则发生脆性破坏的可能性大。冲击韧性通过带有夏比缺

6、口的夏比试验法测量，如图２-３所示，用AＫＶ表示，其值为试件折断时所需要的功，单位为Ｊ。缺口韧性值受温度影响很大，当温度低于某一值时将急剧下降，因此应根据相应温度提出要求。上一页返回２．２　影响钢材性能的因素２.２.１　化学成分的影响碳素结构钢由纯铁、碳及多种杂质元素组成，其中纯铁约占９９％。低合金结构钢中，还加入合金元素，但总量通常不超过５％。钢材的化学成分对其性能有着重要的影响。碳（Ｃ）是形成钢材强度的主要成分。纯铁较软，而化合物渗碳体（Ｆｅ３Ｃ）及渗碳体与纯铁的混合物珠光体则十分坚硬，钢的强度来自渗碳体和珠光体。碳含量提高，钢材

7、强度提高，但塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀性能下降，因此不能采用碳含量高的钢材。含碳量低于０．２５％时为低碳钢、０．２５％～０．６％时为中碳钢、高于０．６％时为高碳钢，结构用钢材的含碳量一般不高于０．２２％，对于焊接结构，以不大于０．２％为好。下一页返回２．２　影响钢材性能的因素锰（Ｍｎ）是有益元素，能显著提高钢材强度但又不过多降低塑性和韧性。锰是弱脱氧剂，且还能消除硫对钢的热脆影响。在低合金钢中，锰是合金元素，含量为１．０％～１．７％，因锰过多时会降低可焊性，故对其含量有所限制。硅（Ｓｉ）是有益元素，有较强的脱氧作用，同时可使

8、钢材颗粒变细，控制适量时可以提高强度而不显著影响塑性、韧性、冷弯性能及可焊性，过量则会恶化可焊性和抗锈蚀性能，碳素镇静钢中一般为０．１２％～０．３％，低合金钢中一般为０．２％～０．５５％。钒（Ｖ）、铌（Ｎｂ）、钛（Ｔｉ）