最新第4章钢结构材料教学讲义ppt课件.ppt

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1、第4章钢结构材料4.1钢结构对材料的要求●钢材种类繁多，规格、用途也不相同，对建筑结构用钢来说，应具有下列性能：1.较高的强度。即抗拉强度fu和屈服点fy比较高。结构的承载力大，所需的截面小，结构的自重轻。2.足够的变形能力。即较好的塑性和韧性。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。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。●据以上要求,《钢结构设计规范》GB50017-2003推荐的钢材：普通碳素

2、结构钢：Q235钢低合金高强度结构钢：Q345、Q390和Q420钢主要力学指标﹡比例极限fP﹡屈服点fy﹡抗拉强度fu﹡伸长率5和10图4-1钢材的单向一次拉伸应力-应变曲线屈服点＊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。图4-2理想弹塑性体的应力-应变模型图4-3钢材的名义屈服点伸长率代表材料断裂前具有的塑性变形的能力。伸长率是指试件被拉断后原标距的伸长值与原标距之比的百分数，即伸长率δ5或δ10式中l1——试件拉断后标距间长度；l0——试件原标距长度。4.3.2冷弯性能根据试

3、样厚度（a），按规定的弯心直径(d)将试样弯曲180°，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

4、20℃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。碳含量再高可使焊缝和热影响区变脆。4.3.4钢材在复杂应力状态下的屈服条件根据形状改变比能理论，三向应力：以主应力表示为塑性状态；为弹性状态。图4-6复杂应力状态平面应力状态当只有正应力和剪应力时当承受纯

5、剪时钢结构设计规范确定钢材抗剪设计强度为抗拉设计强度的0.58倍。4.4影响钢材性能的因素钢是含碳量小于2%的铁碳合金，碳大于2%时为铸铁。制造钢结构所用的材料有碳素结构钢中的低碳钢及低合金结构钢。基本成份为Fe，碳钢中含量占99％，碳及杂质元素约占1%。1.碳（C）：含C↑使强度↑塑性、韧性、可焊性↓，应控制在≤0.22%，焊接结构应控制在≤0.20%。2.硫（S）：含量↑使强度↑塑性、韧性、性能冷弯、可焊性↓；高温时使钢材变脆－热脆现象。3.磷（P）：低温时使钢材变脆－冷脆现象；其它同S；4.4.1化学成分

6、的影响4.氧（O）、氮（N）：O同S；N同P，控制含量≤0.008%。5.锰（Mn）：含量增加，使强度↑降低S、O的热脆影响，改善热加工性能，对其它性能影响不大，有益。6.硅（Si）：含Si适量使强度↑，塑性、韧性、性能冷弯、可焊性影响不大，有益，应控制≤0.12~0.3%。7.钒（V）、铌（Nb）、钛（Ti）：使强度↑、保持良好的塑性、韧性；8.铝（Al）、铬（Cr）、镍（Ni）：铝是强脱氧剂，铬、镍使强度↑；常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔及分层等。偏析：是指钢中化学成分分布不均匀，特别是硫、磷偏析严

7、重恶化钢材的性能；非金属夹杂：是指钢中含有硫化物、氧化物等杂质；气孔：是浇注钢锭时，由于氧化铁与碳作用所生成的一氧化碳不能充分逸出而滞留在钢锭内形成的微小孔洞。这些缺陷都将降低钢材的性能。非金属夹杂物在轧制后能造成钢材的分层，分层使钢材沿厚度受拉的性能大大降低。4.4.2冶金缺陷4.4.3钢材的硬化1.冷作硬化(应变硬化)2.时效硬化根据其机理不同，钢材的硬化又可分为冷作硬化和时效硬化两类。4.4.4温度的影响﹡温度的影响正温范围正温范围总的趋势是随着温度的升高，钢材强度、弹性模量降低，变形增大。250℃有兰脆

8、现象260~320℃有徐变现象图4-8温度对低碳钢性能的影响温度转变区负温范围fy与fu都增高但塑性变形能力减小，因而材料转脆，对冲击韧性的影响十分突出。图4-9冲击功Cv与温度的关系在缺陷或截面变化处附近，应力线曲折、密集、出现高峰应力的现象称为应力集中。4.4.5应力集中的影响孔洞、缺口处的应力集中图4-10孔洞、缺口处的应力集中双向应力三向应力﹡疲劳断裂的概念疲劳断裂是微观裂缝在