钢结构第二章ppt课件.ppt

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1、第二章结构钢材及其性能第一节结构钢一次拉伸的力学性能第二节钢材的主要机械性能第三节结构钢的脆性破坏第四节钢材的种类及选择第一节结构钢一次拉伸的力学性能●钢材种类繁多，规格、用途也不相同，对建筑结构用钢来说，主要有三方面的要求。1、较高的强度：结构的承载力大，所需的截面小，结构的自重轻；2、较好的塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载；3、良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯性能以及耐腐性能；●据上要求,《钢结构设计规范》GB50017-2003推荐承重结构用钢宜采用：炭素结构钢中的Q235钢及低合金高强结构钢中的Q345

2、、Q390和Q420钢四种钢材。根据钢材单向拉伸性能曲线，工程应用中，钢材的性能按理想弹塑性体考虑，fy定为钢材拉、压强度标准值。ABBODAC单向拉伸试验曲线弹性阶段弹塑性阶段塑性阶段强化阶段第二节钢材的主要机械性能钢材材性主要有：强度塑性韧性可焊性冷弯性耐久性Z向伸缩率一、强度强度体现了材料的承载能力，主要指标有屈服点fy和抗拉强度fu，通过静力拉伸试验得到。屈服点：为设计时钢材可达到的最大应力。抗拉强度fu是钢材破坏前能够承受的最大应力。钢材达到fu时，已产生很大塑性变形而失去使用性能，但fu高则可以增加结构的安全保障，故fu/fy的值可看作

3、钢材强度储备系数。二、塑性钢材的塑性为当应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。塑性好坏可用伸长率和断面收缩率表示。通过静力拉伸试验得到。伸长率伸长率为试件拉断时原标距间长度伸长值与原标距比值的百分率。L1——为试件拉断后标距间长度。断面收缩率断面收缩率是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率。A0——试件原来的断面面积；A1——试件拉断后颈缩区的断面面积；结构或构件在受力时（尤其承受动力荷载时）材料塑性好坏往往决定了结构是否安全可靠，因此钢材塑性指标比强度指标更为重要。三、冲击韧性钢材

4、的韧性是钢材在塑性变形和断裂的过程中吸收能量的能力，也是表示钢材抵抗因冲击荷载、应力集中等而致脆性断裂能力的一项机械性能，它是强度与塑性的综合表现。用材料在断裂时所吸收的总能量来量度，其值为图中应力应变曲线与横坐标所包围的总面积，面积越大韧性越高。四、可焊性钢材的可焊性是指在一定工艺和结构条件下，钢材经过焊接能够获得良好的焊接接头的性能。可焊性分为施工上的可焊性和使用性能上的可焊性。施工上的可焊性指对产生裂纹的敏感性，使用性能上的可焊性是指焊接构件在焊接后的力学性能是否低于母材。五、冷弯性能冷弯性能是指钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对产

5、生裂缝的抵抗能力。冷弯性能用试验方法来检验钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形性能，检查试件弯曲部分的外面、里面和侧面是否有裂纹、裂断和分层。六、耐久性耐久性需要考虑的有：耐腐蚀性、“时效”现象、疲劳现象等。时效：随着时间的增长，钢材的力学性能有所改变。疲劳：多次反复荷载作用下，钢材低于屈服点fy发生的破坏。七、钢材Z向收缩率当钢材较厚时，或承受沿厚度方向的拉力时，要求钢材具有板厚方向的收缩率要求，以防厚度方向的分层、撕裂。2.2钢材在多轴应力作用下的工作性能一、折算应力由材料力学能量强度理论知，折算应力Ze为：σyσyσxσxσzσzσ1σ1σ2σ2

6、σ3σ3τxyτyxτyzτzxτxzσyσyσxσxτxyτxyτyxτyxσ2σ2σ1σ1图2-5钢材的多轴应力状态2.2建筑钢材在多轴应力作用下的工作性能σyσyσxσxσzσzσ1σ1σ2σ2σ3σ3τxyτyxτyzτzxτxzσyσyσxσxτxyτxyτyxτyxσ2σ2σ1σ1图2-5钢材的多轴应力状态由材料力学能量强度理论知，折算应力Ze为：用主应力、、表示时，有或二、设计公式——由式（19-1）确定，——钢材抗拉（压）设计强度由式知，主应力同号时，折算应力小，不容易进入塑性状态，容易发生脆性破坏；异号主应力容易进入塑性状态，容

7、易产生塑性破坏。（a）—单向拉伸（b）—双向拉伸（c）—双向异号应力图2-6双向应力作用下钢材的关系0ε1σ1(a)(b)(c)P=P0sint/aPPta2.3钢材的疲劳强度一、疲劳现象在连续反复（循环）荷载作用下，当应力低于抗拉强度甚至低于屈服强度便发生突然脆性断裂。这种现象称钢材疲劳破坏。二、产生疲劳的原因（1）连续反复荷载（2）材料局部缺陷（工艺微裂纹、焊缝夹渣等）三、疲劳破坏机理（1）形成微裂纹材料已有微裂纹或加载使杂质附近发生应力集中，造成新的微裂纹。（2）反复荷载下微裂纹发展成宏观裂纹反复荷载下微裂纹尖端应力集中、材料硬化，裂纹开

8、展，出现宏观裂纹。图2-1单轴应力ffpfyfu（3）宏观裂纹发展，断面削弱，脆性断裂裂纹尖端应力集中使裂纹开展恶性循环