钢结构材料课件.ppt

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1、钢结构的材料2.1钢结构对钢材性能的要求钢材的种类很多，性能差别很大，用作钢结构的钢材必须符合下要求。2.1.1较高的强度较高的抗拉强fu和屈服强度fy。fu是衡量钢材经过较大变形后的抗拉能力，它直接反映钢材内部组织的优劣，fu高可以增加结构的安全储备。fy是衡量结构承载能力的指标，fy高则可减轻结构自重，节约钢材和降低造价。2.1.2足够的变形能力即塑性和韧性性能好。塑性好，结构在静载和动载作用下有足够的应变能力，可减轻结构出现脆性破坏的倾向，又能通过较大的塑性变形调整局部高峰应力。韧性好，结构具有较好

2、的抵抗重复荷载作用的能力。2.1.3良好的工艺性能良好的工艺性能包括冷加工、热加工和可焊性能。具有良好的工艺性能的钢材不但易于加工成各种形式的结构，而且不致因加工而对结构的强度、塑性、韧性等造成较大的不利影响。此外，根据结构的具体工作条件，有时还要求钢材具有适应低温、高温、腐蚀性环境以及重复荷载作用等的性能。在符合上述性能的条件下，钢材也应该容易生产，价格便宜。2.2钢材的破坏形式钢材有两种破坏形式，即塑性破坏和脆性破坏。塑性破坏:变形大，变形持续的时间较长，可采取补救措施。断裂后的断口呈纤维状，色泽发暗

3、。另外，塑性变形后出现内力重分布，使结构中原先受力不等的部分应力趋于均匀，因而提高了结构的承载能力。脆性破坏:塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢材的屈服点fy，断裂从应力集中处开始。冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地。破坏前没有任何预兆，破坏是突然发生的，断口平直并呈有光泽的晶粒状。由于脆性破坏前没有明显的预兆，无法及时察觉和采取补救措施，而且个别构件的断裂常会引起整体结构塌毁，后果严重，损失较大。因此，在设计、施工和使用过程中，应特别注意防止钢结构的脆性破

4、坏。2.3钢材的主要性能2.3.1单向均匀拉伸时的性能从这条曲线中可以看出钢材的单向受拉过程中有下列几个阶段：弹性阶段（曲线的OA段）弹塑性阶段（曲线的AB段）屈服阶段（曲线的BC段）应变硬化阶段（曲线的CD段）颈缩阶段（曲线的DE段）钢材标准试件在常温、静载情况下，单向一次均匀受拉试验时的应力—应变曲线，如图2.1所示。图2.1低碳钢拉伸曲线示意图钢材的拉伸试验所得屈服点fy、抗拉强度fu和伸长率δ，是钢材机械性能的三项重要指标。钢结构设计中，将钢材屈服点fy作为钢材的标准强度。同时抗拉强度fu又比屈服

5、点应力高，可以使钢结构有相当大的强度储备。设计时还将曲线简化为如图2.2所示的理想弹塑性的模型。根据这条曲线，认为钢材应力小于fy时是完全弹性的，应力超过后fy则是完全塑性的。图2.2理想弹塑性材料的σ-ε曲线钢材的伸长率δ是反映钢材塑性（或延性）的指标之一。其值愈大，钢材破坏时吸收的应变能愈多，塑性愈好。建筑用的钢材不仅要求强度高，还要求塑性好，以便调整局部高峰应力，提高结构抗脆断的能力。截面收缩率标志着钢材颈缩区在三向拉应力状态下的最大塑性变形能力。ψ值愈大，塑性愈好．对于抗层状撕裂的Z向钢，要求ψ值

6、不得过低。反映钢材塑性（或延性）的另一个指标是截面收缩率ψ，其值为试件发生颈缩拉断后，断口处横截面积（即颈缩处最小横截面积）A1与原横截面积A0的缩减百分比，即建筑中有时也使用强度很高的钢材，例如用于制造高强度螺栓的经过热处理的钢材。这类钢材没有明显的屈服台阶（见图2.3），伸长率也相对较小。对于这类钢材，取卸荷后残余应变为0.2%时所对应的应力作为屈服点，又称为条件屈服点（或屈服强度）。图2.3钢材的条件屈服点2.3.2冷弯性能冷弯性能由冷弯试验来确定（图2.4）。试验时按照规定的弯心直径在试验机上用冲

7、头加压，使试件弯成1800，如试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。冷弯试验不仅能直接检验钢材的弯曲变形能力或塑性性能。还能暴露钢材内部的冶金缺陷，如硫、磷偏析和硫化物与氧化物的掺杂情况，这些都将降低钢材的冷弯性能。冷弯性能合格是判别钢材的塑性性能和钢材质量的综合指标。2.3.3冲击韧性冲击韧性试验可获得钢材的动力性能。韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量（包括弹性和非弹性能）来量度，其值为图2.1中σ－ε曲线与横坐标所包围的总面积，总面积愈大韧性愈高，故韧性是钢材强度和塑性的综合

8、指标。通常是钢材强度提高，韧性降低，表示钢材趋于脆性。拉力试验所表现的钢材性能，如强度和塑性，是静力性能．钢材的冲击韧性数值随试件缺口形式和使用试验机不同而异。现行国家标准规定采用夏比（Charpy）V形缺口试件在夏比试验机上进行[图2.5(a)]，折断试件所消耗的功用Cv表示，单位为J。过去我国长期以来采用梅氏试件(U形缺口试件)在梅氏试验机上进行[图2.5(b)]，所得结果以单位截面积上所消耗的冲击功表示，单位为J/cm2