钢结构材料的主要性能

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1、第二章钢结构材料的主要性能第二章钢结构材料的主要性能要深入了解钢结构的特性，必须从钢结构的材料（钢材）开始，掌握钢材在各种应力状态、不同生产过程和不同使用条件下的工作性能，从而能够选择合适的钢材，不仅使结构安全可靠和满足使用要求，又能最大可能地节约钢材和降低造价。钢结构对钢材的要求是多方面的，主要有以下几个方面：（!）有较高的强度。要求钢材的抗拉强度和屈服点比较高。屈服点高可以减小构件的截面，从而减轻重量，节约钢材，降低造价。抗拉强度高，可以增加结构的安全储备。（"）塑性好。塑性性能好，能使结构破坏前有较明显的变形，可以避免结

2、构发生脆性破坏。塑性好可以调整局部高峰应力，使应力得到重分布，并提高构件的延性，从而提高结构的抗震能力。（#）冲击韧性好。冲击韧性好可提高结构抗动力荷载的能力，避免发生裂纹和脆性断裂。（$）冷加工性能好。钢材经常在常温下进行加工，冷加工性能好可保证钢材加工过程中不发生裂纹或脆断，不因加工对强度、塑性及韧性带来较大的影响。（%）可焊性好。钢材的可焊性好，是指在一定的工艺和构造条件下，钢材经过焊接后能够获得良好的性能。可焊性是衡量钢材的热加工性能。可焊性可分为施工上的可焊性和使用上的可焊性。施工上的可焊性是指在焊缝金属及近缝区产生

3、裂纹的敏感性，近缝区钢材硬化的敏感性。可焊性好是指在一定的焊接工艺条件下，焊缝金属和近缝区钢材不产生裂纹。使用性能上的可焊性是指焊缝和焊接热影响区的力学性能不低于母材的力学性能。（&）耐久性好。耐久性是指钢结构的使用寿命。影响钢材使用寿命主要是钢材的耐腐蚀性较差，其次是在长期荷载、反复荷载和动力荷载作用下钢材力学性能的恶化。上述（!）’（$）条为对钢材力学性能（机械性能）的要求，它的好坏影响钢材的可焊性。本章着重论述钢材在各种作用下所表现出来的静、动力特性，如弹性、塑性、强度、韧性、废劳等力学性能。钢材的力学性能指标是结构设计

4、的主要依据。其次，介绍钢材的破坏形式和影响钢材性能的主要因素，以及钢材的分类、选用原则和规格。—#!#—第二篇钢结构工程材料的选择检验与样图分析第一节钢材在单向均匀受拉时的工作性能一、钢材的荷载!变形曲线钢材在单向均匀受拉时的工作特性，通常是以静力拉伸试验的应力!应变（或荷载!变形）曲线来表示。图"!"!#表示低碳钢的荷载!变形曲线。图中横坐标为试件的伸长!!，纵坐标为荷载$。从图中曲线可以看出，钢材的工作特性可以分成如下几个阶段：图"!"!#钢材的荷载!变形曲线（一）弹性阶段（%&段）在曲线%&段，钢材处于弹性阶段，亦即荷载

5、增加时变形也增加，荷载降到零时（完全卸载）则变形也降到零（回到原点）。其中%’段是一条斜直线，荷载与伸长成正比，符合虎克定律。’点的荷载为比例极限荷载（$(），相应的应力为比例极限!(（!()$(*’，’为试件截面面积）。&点的荷载为弹性极限荷载（$+），相应的应力为弹性极限!+（!+)$+*’）。（二）屈服阶段（&,-段）当荷载超过$+（应力超过弹性极限!+）后，荷载与变形不成正比关系，变形增加很快，随后进入屈服平台循环曲线，呈锯齿形波动，甚至出现荷载不增加而变形仍在继续发展的现象。这个阶段称之为屈服阶段。此时钢材的内部组织

6、纯铁体晶粒产生滑移，—/#.—第二章钢结构材料的主要性能试件除弹性变形外，还出现了塑性变形。卸载后试件不能完全恢复原来的长度。卸截后能消失的变形称弹性变形，而不能消失的这一部分变形称残余变形（或塑性变形）。屈服阶段曲线上下波动，屈服荷载!"取波动部分的最低值（下限），相应的应力称屈服点或流限，用符号#"表示。屈服阶段从开始（图$%$%&中’点）到曲线再度上升（图$%$%&中(点）的变形范围较大，相应的应变幅度称为流幅。流幅越大，说明钢材的塑性越好。屈服点和流幅是钢材的很重要的两个力学性能指标，前者是表示钢材强度的指标，而后者则

7、表示钢材塑性变形的指标。（三）强化阶段（()段）屈服阶段之后，钢材内部晶粒重新排列，并能抵抗更大的何载，但此时钢材的弹性并没有完全恢复，塑性特性非常明显，这个阶段称为强化阶段。对应于)点的荷载!*是试件所能承受的最大荷载，称极限荷载，相应的应力为抗拉强度或极限强度，用符合#*表示。（四）颈缩阶段（)+段）当荷载到达极限强度!*时，在试件材料质量较差处，载面出现横向收缩，截面面积开始显著缩小，塑性变形迅速增大，这种现象叫颈缩现象。此时，荷载不断降低，变形却延续发展，直至+点试件断裂。颈缩现象的出现和颈缩的程度以及与+点上相应的塑

8、性变形是反应钢材塑性性能的重要标志。二、钢结构用钢的工作特性现在再仔细分析低碳钢（普通碳素钢）的工作性能和几个重要的力学性能指标。图$%$%$所示曲线是,$-.钢在常温下静力拉伸试验的结果，图$%$%$（/）是图$%$%$（0）的局部放大。随着作用力（应力）的增加，,$-.钢