《钢结构设计原理 教学课件 ppt 作者 赵根田2 第2章 钢结构的材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢结构设计原理 教学课件 ppt 作者 赵根田2 第2章 钢结构的材料（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 钢结构的材料,2.1 钢材的主要性能 2.1.1 钢材的破坏形式 塑性破坏 脆性破坏,2.1.2 单向受拉时的性能,条件： 标准试件，常温（20）下缓慢加载，直到拉断破坏，一次完成。 标准试件l0 / d =5，10；l0标距； d直径,弹性阶段：E为常量 弹塑性阶段：E为变量 塑性阶段：E为零，失去承载的能力。 应变硬化阶段：又恢复承载的能力，但很快被拉断。,一次拉伸试验中重要指标：,屈服强度fy：材料强度标准值，当结构或构件截面 fy时，认为结构或构件丧失了继续承载的能力。 fy= 0.2（名义屈服点）。 抗拉强度fu：构件的最大承载力，直接反映钢材的内部组织的优劣， fu愈高，强
2、度储备愈高。 fu/ fy强屈比，钢材塑性设计的一个重要条件。 伸长率5，10：= 衡量钢材塑性的主要指标。,2.1.3 冷弯性能,在冷弯试验中表现的性能，既能看出钢材塑性变形的能力，又可看出钢材的冶金质量。,2.1.4 冲击韧性,钢材抵抗冲击作用的能力。 用冲击韧性值ak表示： ak值大，韧性好。 ak值的测定：通过试验： （1）梅式U型缺口： ak值 （2）夏比V型缺口：CV,2.2 影响钢材性能的因素,2.2.1 化学成分： C（碳）：形成钢材强度的主要成分。 Mn（锰）：弱脱氧剂。 Si（硅）：强脱氧剂 V(钒）、Nb（铌）、Ti（钛）：合金元素 Al（铝）、Cr（铬）、Ni（镍）：
3、Al是强脱氧剂，用于补充脱氧。 Cr、Ni为合金元素。,有害元素：,S（硫）：热脆 P（磷）：冷脆 O（氧）、N（氮）,2.2.2 冶金过程,冶炼：平炉、转炉 浇铸：钢水钢锭初轧成材（传统工艺） 钢水连铸机钢坯成材（新工艺） 轧制：改善内部组织结构 热处理：显著提高强度,2.2.3 钢材硬化,冷加工硬化：强度提高，塑性、韧性降低。 自然时效、人工时效 应变时效,2.2.4 温度,正温 在200以内钢材性能没有很大变化， 430540强度急剧下降。 负温 钢材强度有一定提高，但塑性和韧性 降低，称为低温冷脆,2.2.5 应力集中,钢结构构件中经常存在孔洞、槽口、凹角、截面突变以及裂纹等缺陷，此时
4、，构件中的应力分布将变得很不均匀，在缺陷和截面改变处产生局部高峰应力，形成所谓应力集中现象。,二个钢构件，材质相同，长度相同：,直径d0=10mm d0=10mm (刻槽处） 破坏时，拉长较多； 破坏时，无明显变形； 屈服时：fy=251N/mm2 fy=274N/mm2 拉断时：fu=431 N/mm2 fu=431 N/mm2 可见：改变了工作条件，即使塑性材料也可能发生脆性破坏，在设计中应避免这种情况出现。,2.2.6 反复荷载作用,土木工程中，承受重复荷载作用的结构或构件有： 吊车梁：吊车 桥梁：车辆 容器：内部液体 海洋平台：海水 建筑物：地震作用 以上这些重复荷载都是可变荷载，这些
5、重复荷载的作用使构件的钢材易发生疲劳断裂。,2.3 钢材的疲劳,概念：微观裂缝在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。 特点：截面应力很小，小于抗拉强度，甚至是屈服强度；断裂时无明显的变形；裂缝起始点在构件表面处。 发生的原因：在连续重复荷载作用下，在钢材表面的缺陷处，产生应力集中现象，形成二向或三向拉应力场。在应力高峰处，裂缝逐渐开展，使截面的有效面积逐渐减少而应力集中更加严重，塑性变形受到限制，直到断裂时，变形都很小。 影响的因素：钢材的质量（C、S、P含量）、构件的几何尺寸（不能有突变）和冶金缺陷等有关；重复荷载作用下构件截面的应力变化幅度（=max-min)有关；重复荷载的循环
6、次数n有关。,并不是所有的承受动力荷载重复作用的构件和连接都进行疲劳验算。,规范规定：直接承受动力荷载重复作用的构件，当应力变化的循环次数n5104次时，对应力循环中出现拉应力的部位进行疲劳验算。 疲劳计算的方法按“容许应力法”计算，即： 计算时应注意：1、荷载为可变荷载，且为标准值； 2、动力荷载不乘以动力系数； 3、按弹性方法计算截面应力。,2.4 建筑钢材的规格和选用,2.4.1 钢结构对材料的要求 较高的强度：抗拉强度fu和屈服强度fy 足够的变形能力：塑性和韧性 良好的加工性能：冷加工、热加工、可焊性。,2.4.2 钢的种类,1、碳素结构钢：Q235 2、低合金高强度结构钢：Q345、 Q390、 Q420 3、高强钢丝及钢索：主要用于抗拉构件中，如：斜拉结构、悬索结构、桅杆结构等。 高强钢丝分光面钢丝和镀锌钢丝，由碳素结构钢多次冷拔而成，其主要指标为抗拉强度fu，且有“松弛”现象。多根钢丝可组成“平行钢丝束”和“钢绞线”；多根钢绞线可组成“钢绞线束”和“钢丝绳”。,2.3.4 钢材的选择,结构的重要性 荷载的特征(静载或动载） 连接的方法（焊接或螺栓） 结构的工作环境（腐蚀程度、构件的工作温度） 钢材厚度,2.4.4 钢材的规格：,热轧钢板：薄板、厚板 热轧型钢：角钢、槽钢、工字钢、钢管、H型钢、T型钢 冷弯薄壁型钢：,
