第2章钢结构的材料

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1、第2章钢结构的材料主要内容：重点：钢材的基本性能及影响因素1钢材的主要性能指标2钢材的疲劳破坏3钢材的类别及选用4钢材的基本性能及其影响因素，钢材的性能指标，疲劳破坏的概念和疲劳验算方法在建筑钢结构工程和桥梁钢结构工程中，规范推荐的普通碳素结构钢是Q235，低合金高强度结构钢是Q345、Q390和Q420。钢材在单向均匀受拉时的应力-应变关系2.1弹性阶段(OE段)屈服阶段(ESC段)强化阶段(CB段)颈缩阶段(BD段)钢结构用钢的几项重要性能指标2.21.强度和变形指标：弹性阶段，比例极限：应力-应变关系

2、曲线中直线段的最大应力值。屈服阶段，屈服强度：屈服平台的最低应力值，作为材料强度的依据。强化和颈缩阶段，抗拉强度：曲线最高点对应的应力值。钢结构用钢的几项重要性能指标2.22.塑性性能指标：钢材的塑性性能可用伸长率和断面收缩率衡量。（2-1）试件被拉断时的绝对变形值与试件原标距之比的百分数。试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分比。伸长率断面收缩率（2-2）钢结构用钢的几项重要性能指标2.23.物理性能指标：弹性模量E（N/mm2）剪变模量G（N/mm2）线膨胀系数α（以每℃计）质量密度ρ

3、（kg/m3）206×10379×10312×10-67850钢材和钢铸件的物理性能指标表2-14.钢材的韧性：钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，它是钢材强度和塑性的综合性能，是判断钢材是否出现脆性破坏最主要的指标。韧性指标一般由冲击试验获得，称为冲击韧性指标，用表示。韧性钢结构用钢的几项重要性能指标2.24.钢材的韧性：冲击试验的试件一般采用带V形缺口的Charpy试件，尺寸为10mm×10mm×55mm。在一种专门的夏比试验机上进行。当摆锤在一定高度落下试件被冲断后，摆锤所做的冲击功与试件缺口处

4、净截面面积之比为冲击韧性，单位为J（焦耳）。冲击试验冲击韧性值越大，说明试件所代表的钢材断裂前吸收的能量越大，韧性越好，强度和塑性综合性能越优越。我国钢材标准中将试验分为四档，即+20℃时的，0℃时的，-20℃时的，-40℃时的。钢结构用钢的几项重要性能指标2.25.钢材的冷弯性能：试验时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头缓慢加压，使试件弯成180度，如果试件外面、里面和侧面均不出现裂纹或分层，即为合格。冷弯试验冷弯性能是判别钢材塑性变形能力及冶金质量的综合指标。冷弯试验是鉴定钢材质量（主要是塑性和可焊性）

5、的一种良好方法，常作为静力拉伸试验和冲击试验的补充试验。钢结构用钢的几项重要性能指标2.26.钢材的可焊性：焊缝及其附近金属的焊接安全可靠，不发生或者少发生焊接裂缝，其塑性和力学性能都不低于母材。可焊性低碳钢低合金钢当含碳量控制在0.12%-0.20%，含锰量小于0.7%，含硅量小于0.4%，含硫量和含磷量小于0.045%时，具有较好的可焊性。用碳当量CE衡量（2-3）钢结构用钢的几项重要性能指标2.26.钢材的可焊性：焊缝及其附近金属的焊接安全可靠，不发生或者少发生焊接裂缝，其塑性和力学性能都不低于母材。

6、可焊性低碳钢低合金钢当含碳量控制在0.12%-0.20%，含锰量小于0.7%，含硅量小于0.4%，含硫量和含磷量小于0.045%时，具有较好的可焊性。用碳当量CE衡量（2-3）当钢材的碳当量小于0.38%时其可焊性是好的，Q345钢属于这种情况。钢结构用钢的几项重要性能指标2.27.钢材沿厚度方向的性能：由较厚钢板组成的焊接承重结构，在焊接过程中或者在厚度方向受拉作用时，常常会产生与厚度方向垂直（称为Z方向）的裂纹，出现层状撕裂。为了避免这种情况发生，采用“厚度方向性能钢板”是必要的。现行国家标准《厚度方向

7、性能钢板》（GB/T5313）把它分为Z15、Z25、Z35三个级别，这种钢板被严格控制含硫量和断面收缩率，三个级别钢板的含硫量分别不大于0.01%，0.007%和0.005%；单个试件的断面收缩率分别不小于10%，15%和25%，同时三个试件断面收缩率的平均值也分别不小于15%。25%和35%。钢材在单轴反复应力作用下的工作性能2.3钢材在单轴反复应力作用下的工作特性，可用应力-应变试验曲线表示。当构件反复应力，即材料处于弹性阶段时，在反复应力作用下钢材的材性无变化，也不存在残余变形。当钢材的反复应力，即

8、材料处于弹塑性阶段时，重复应力和反复应力引起塑性变形的增长。钢材在单轴反复应力作用下的工作性能2.3钢材在多次重复的循环应变作用下滞回环丰满而稳定。这是钢材一种极好的性能，为钢结构在地震作用下耗能能力提供了保障。钢材在复杂应力作用下的工作性能2.4对于接近理想弹塑性材料的钢材，按照能量理论(或第四强度理论)，在三向应力作用下，有：（2-4）由（2-4）式可见，当、、为同号应力且数值接近时，即使他们都大于，折算应力