钢结构设计原理第2章 钢结材料ppt课件.ppt

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1、第二章钢结构材料2.1对钢结构用材的要求2.2钢材的主要性能及其鉴定2.3影响钢材性能的因素2.4钢材的延性破坏和非延性破坏2.5建筑钢材的类别及钢材的选用本章内容：2.1对钢结构用材的要求＊用作钢结构的钢材的性能：1、较高的强度即抗拉强度fu和屈服点fy比较高2、足够的变形能力即塑性和韧性性能好3、良好的加工性能适合冷、热加工，良好的可焊性4、适应低温、有害介质侵蚀(包括大气锈蚀)以及重复荷载作用等的性能5、容易生产，价格便宜＊《钢结构设计规范》(GB50017—2003)推荐的钢材：普通碳素结构钢：Q235钢低合金高强度结构钢：Q345、Q390及Q4202.1对

2、钢结构用材的要求包括拉伸性能、冷弯性能、冲击韧性和可焊性等。2.2钢材的主要性能及其鉴定2.2.1单向拉伸时的工作性能条件：常温、静载条件下一次拉伸主要力学指标﹡比例极限P﹡屈服点y﹡抗拉强度u﹡伸长率5和10屈服点钢材计算模型＊作为结构计算中材料强度标准，或材料抗力标准。＊理想弹塑性体的模型。名义屈服点2.2.2冷弯性能根据试样厚度（a），按规定的弯心直径(d)将试样弯曲180度，其表面及侧面无裂纹或分层Q235:纵向试样横向试样16a60mmd=ad=1.5a60

3、性变形能力﹡冶金质量2.2.3冲击韧性﹡韧性是钢材断裂时吸收机械能能力的量度﹡测量方法梅氏（MesnageU-notch）：ak(J/cm2)夏比（CharpyV-notch）：Akv或Cv(J)钢材质量等级环境温度CVN冲击功-A不要求-B20℃27JQ235-C0℃27J-D-20℃27J-A不要求-B20℃34JQ345-C0℃34J-D-20℃34J-E-40℃27J钢材冲击韧性要求2.2.4可焊性采用一般焊接工艺就可完成合格的(无裂纹的)焊缝的性能。钢材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影响。碳含量在0.12％~0.20％范围内的碳素钢，可焊性最好。碳含量再高可

4、使焊缝和热影响区变脆。Q235A为0.14%~0.22%，可焊性较差。合金元素的影响用碳当量表示。2.2.5钢材性能的鉴定《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205—2001)检验指标:﹡屈服强度﹡抗拉强度﹡伸长率﹡冷弯性能﹡冲击韧性﹡工艺性能﹡化学成分※检查项目:质量合格证明文件、中文标识、检验报告※对于需要复验的钢材，按国家有关标准执行：H型钢取翼缘部位；钢板、钢带拉伸和弯曲取横向试样；冲击韧性取纵向试样。2.2.5钢材性能的鉴定包括化学成分、成材过程、其他2.3.1化学成分碳素结构钢由钝铁、碳及杂质元素组成，其中纯铁约占99％，碳及杂质元素约占1％。低合金结构

5、钢中，除上述元素外还加入合金元素，后者总量通常不超过3％。2.3影响钢材性能的因素﹡碳（C）碳是碳素结构钢中仅次于铁的主要元素，是影响钢材强度的主要因素，随着含碳量的增加，钢材强度提高，而塑性和韧性、尤其是低温冲击韧性下降，同时可焊性、抗腐蚀性、冷弯性能明显降低。因此结构用钢的含碳量一般不应超过0.22%，对焊接结构应低于0.2%。﹡锰（Mn）锰是一种弱脱氧剂，适量的锰含量可以有效地提高钢材的强度，又能消除硫、氧对钢材的热脆影响，而不显著降低钢材的塑性和韧性。锰在碳素结构钢中的含量为0.3%~0.8%，在低合金钢中一般为1.0%~1.7%。化学元素﹡硅（Si）硅是一种强

6、脱氧剂，适量的硅可提高钢材的强度，而对塑性、韧性、冷弯性能和可焊性无明显不良影响，但硅含量过大时，会降低钢材的塑性、韧性、抗锈蚀性和可焊性。﹡钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti)钒、铌、钛都能使钢材晶粒细化。我国的低合金钢都含有这三种元素，作为锰以外的合金元素，既可提高钢材强度，又保持良好的塑性、韧性。化学元素﹡铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)铝是强脱氧剂，用铝进行补充脱氧，不仅进一步减少钢中的有害氧化物，而且能细化晶粒。铬和镍是提高钢材强度的合金元素，用于Q390钢和Q420钢。﹡硫（S）硫是一种有害元素，降低钢材的塑性、韧性、可焊性、抗锈蚀性等，在高温时使钢材变脆，即

7、热脆。因此，钢材中硫的含量不得超过0.05%，在焊接结构中不超过0.045%。化学元素﹡磷(P)磷既是有害元素也是能利用的合金元素。磷是碳素钢中的杂质，它在低温下使钢变脆，这种现象称为冷脆。在高温时磷也能使钢减少塑性。但磷能提高钢的强度和抗锈蚀能力。﹡氧(O)、氮(N)氧和氮也是有害杂质，在金属熔化的状态下可以从空气中进入。氧能使钢热脆，其作用比硫剧烈，氮能使钢冷脆，与磷相似。化学元素2.3.2成材过程的影响＊冶炼可分为平炉炼钢、氧气顶吹转炉炼钢、碱性侧吹转炉炼钢及电炉炼钢＊浇铸一种是浇入铸模做成钢锭，另一种是浇入连续浇铸机做成钢坯。按脱