鋼結構第二章第1講PPT學習教案

1、會計學1鋼結構第二章第鋼結構第二章第1講講第1頁/共29頁 （1）試驗條件 （a）試件的尺寸要符合國家標準，表面光滑，沒有孔洞、刻槽等缺陷。試件的標定長度取其直徑的5或10倍。（b）荷載要分級逐次增加，直到試件破壞。（c）試驗溫度要控制在室溫20左右。 Lod d 標準試件標準試件低碳鋼在常溫下的拉伸試低碳鋼在常溫下的拉伸試驗驗第2頁/共29頁鋼材的應力鋼材的應力- -應變關系應變關系 A. A. 有屈服點鋼材有屈服點鋼材s-es-e曲線一般可以分為四個階段：曲線一般可以分為四個階段： ( (a) )彈性階段彈性階段( (OB段段) )usesOAsesEBCDAEys 拉伸應力拉伸應力- -

2、應變曲線應變曲線OAOA段段：純彈性階段：純彈性階段s s=E=Ee eA A點對應的應力：點對應的應力：s sp p （比例極限）（比例極限）ABAB段段：有一定的非線性：有一定的非線性變形變形, , 但整個但整個OBOB段卸載時段卸載時, , e e=0=0B B點對應的應力：點對應的應力：s se （彈性極限彈性極限）第3頁/共29頁（b）屈服階段屈服階段彈塑性階段 塑性變形階段（塑性流動） （BCD)塑性變形塑性變形：卸載后試件：卸載后試件不能完全恢復原來的長不能完全恢復原來的長度。不能恢復的這一部度。不能恢復的這一部分變形稱為塑性變形。分變形稱為塑性變形。 屈服點（屈服強度）屈服點（

3、屈服強度）：屈服階段曲線波動部分屈服階段曲線波動部分的的最低值最低值。 流幅流幅：從屈服階段的開：從屈服階段的開始到曲線再度上升的應始到曲線再度上升的應變幅度稱為流幅。變幅度稱為流幅。 特點特點：應力與應變不再成正比關系，應變增加很快，應力：應力與應變不再成正比關系，應變增加很快，應力- -應變曲線呈鋸齒形波動，應變曲線呈鋸齒形波動，出現應力不增加而應變仍然在繼續(xù)發(fā)展。出現應力不增加而應變仍然在繼續(xù)發(fā)展。usesOAsesEBCDAEys第4頁/共29頁第二章第二章 鋼結構的材料鋼結構的材料（c c）自強（強化）階段）自強（強化）階段(DE(DE段段) )隨荷載的增加隨荷載的增加緩慢增大緩慢增

4、大, ,但但增加較快增加較快抗拉強度（極限強度）抗拉強度（極限強度）fu 試件所能承受的最大拉應力試件所能承受的最大拉應力（d d）破壞（頸縮）階段）破壞（頸縮）階段(EF(EF段段) )usesOAsesEBCDAEys截面出現了橫向收截面出現了橫向收縮，截面面積開始縮，截面面積開始顯著縮小，塑性變顯著縮小，塑性變形迅速增大，應力形迅速增大，應力不斷降低，變形卻不斷降低，變形卻延續(xù)發(fā)展，直至延續(xù)發(fā)展，直至F F點點試件斷裂。試件斷裂。 F F第5頁/共29頁B.B.對無明顯屈服點的鋼材對無明顯屈服點的鋼材 設計時以卸載后試件中殘余應變?yōu)樵O計時以卸載后試件中殘余應變?yōu)?.20.2所對應的應力所

5、對應的應力 作為屈服點作為屈服點“條件屈服點條件屈服點”或或“名義屈服點名義屈服點”sefy=f0.20.2%fup 無屈服點鋼材的應力無屈服點鋼材的應力- -應變曲線應變曲線沒有明顯屈服點的沒有明顯屈服點的鋼材在拉伸過程中鋼材在拉伸過程中沒有屈服階段，塑沒有屈服階段，塑性變形小，破壞突性變形小，破壞突然。然。 第6頁/共29頁單向拉伸時鋼材的力學性能指標單向拉伸時鋼材的力學性能指標 （1 1）屈服強度屈服強度f fy y應力應變曲線開始產生塑性流動時對應的應力應變曲線開始產生塑性流動時對應的應力（取屈服階段波動部分的應力最低值），它是應力（取屈服階段波動部分的應力最低值），它是衡量鋼材衡量鋼

6、材的承載能力和確定鋼材強度設計值的的承載能力和確定鋼材強度設計值的重要指標。（2 2）抗拉強度抗拉強度f fu u應力應變曲線最高點對應的應力，它應力應變曲線最高點對應的應力，它是鋼材破壞前所能承受的最大應力。是鋼材破壞前所能承受的最大應力。（3 3）鋼材的塑性鋼材的塑性當應力超過屈服點后，鋼材能產生顯著當應力超過屈服點后，鋼材能產生顯著的殘余變形（塑性變形）而不立即斷裂的性質。塑性好壞的殘余變形（塑性變形）而不立即斷裂的性質。塑性好壞可用可用伸長率伸長率 和和斷面收縮率斷面收縮率 表示，通過靜力拉伸試驗得到表示，通過靜力拉伸試驗得到。 屈強比大好還是小好？屈強比大好還是小好？第7頁/共29頁

7、（4 4）伸長率伸長率試件試件斷裂前斷裂前的永久變形與原標定長度的百比的永久變形與原標定長度的百比。LodNNNLdN%100001-llll0 原標距長原標距長l1 拉斷后標距長度拉斷后標距長度d0 試件直徑試件直徑試件有兩種標距：試件有兩種標距：l0/ d0=5 和和 l0/ d0=10 相應的伸長率用相應的伸長率用5和和10表示。表示。實際工程中以伸長率實際工程中以伸長率 代表材料斷裂前具有的塑性變形能力。代表材料斷裂前具有的塑性變形能力。第8頁/共29頁（5 5）斷面收縮率斷面收縮率 是指試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積是指試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積縮小值與原斷面面積比值的百分比?？s小值

8、與原斷面面積比值的百分比。 %100010-AAA式中：式中： A0 試件原來的斷面面積試件原來的斷面面積 A1 試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積 斷面收縮率斷面收縮率 越大，鋼材的塑性越好。由于在測量試件的斷越大，鋼材的塑性越好。由于在測量試件的斷面面積時容易產生較大的誤差，因而鋼材塑性指標仍然采用面面積時容易產生較大的誤差，因而鋼材塑性指標仍然采用伸長率作為保證要求。伸長率作為保證要求。A0A1第9頁/共29頁應力應變曲線的簡化應力應變曲線的簡化曲線簡化的依據：曲線簡化的依據：1 1）鋼材在屈服點之前的性質）鋼材在屈服點之前的性質接近理想的彈性體。接近理想的彈性體。2

9、2）屈服點之后的流幅現象又）屈服點之后的流幅現象又接近理想的塑性體，并且流幅接近理想的塑性體，并且流幅的范圍（的范圍（e e0.150.15-2.5-2.5）已足夠用來考慮結構或構件的已足夠用來考慮結構或構件的塑性變形的發(fā)展。塑性變形的發(fā)展。2.5% fy 00.15% 簡化的應力應變曲線簡化的應力應變曲線鋼材是符合理想中的彈性鋼材是符合理想中的彈性- -塑性材塑性材料料 第10頁/共29頁 冷彎性能是判別鋼材塑性變形能冷彎性能是判別鋼材塑性變形能力和冶金質量的綜合指標。力和冶金質量的綜合指標。冷彎性能冷彎性能鋼材在冷加工（常溫下加工）鋼材在冷加工（常溫下加工）產生塑性變形時，對發(fā)生裂縫產生塑

10、性變形時，對發(fā)生裂縫的抵抗能力。的抵抗能力。 鑒別指標鑒別指標：通過冷彎沖頭加壓。：通過冷彎沖頭加壓。當試件彎曲至當試件彎曲至180180時，檢察試件時，檢察試件彎曲部分的外面、里面和側面，彎曲部分的外面、里面和側面，如果沒有裂紋、斷裂或分層，即如果沒有裂紋、斷裂或分層，即認為試件冷彎性能合格。認為試件冷彎性能合格。 第11頁/共29頁)cos(cos - PlCV沖擊能P擺錘重力擺錘重力 l 擺長擺長第12頁/共29頁鋼結構設計原理鋼結構設計原理 Design Principles of Steel StructureI I:dayin:dayin擺錘式一次沖擊試驗擺錘式一次沖擊試驗.flv

11、.flv I I:dayin:dayin拉伸試驗拉伸試驗.flv.flv I I:dayin:dayin冷彎試驗冷彎試驗.flv.flv 第13頁/共29頁可焊性可焊性 好的可焊性是指焊接安全、可靠、不發(fā)生焊接裂縫，焊接好的可焊性是指焊接安全、可靠、不發(fā)生焊接裂縫，焊接接頭和焊縫的沖擊韌性以及熱影響區(qū)的塑性和力學性能都不接頭和焊縫的沖擊韌性以及熱影響區(qū)的塑性和力學性能都不低于母材。低于母材。 影響鋼材可焊性的因素影響鋼材可焊性的因素 鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響。碳含量在鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響。碳含量在0.12%0.12%0.20%0.20%范圍內的碳素鋼，可焊性

12、最好（如范圍內的碳素鋼，可焊性最好（如Q235Q235）。）。碳含量再高可使焊縫和熱影響區(qū)變脆。碳含量再高可使焊縫和熱影響區(qū)變脆。第14頁/共29頁鋼結構設計原理鋼結構設計原理 Design Principles of Steel Structure鋼材的破壞形式鋼材的破壞形式 特特 征征斷斷 口口 后后 果果 塑性破壞塑性破壞（延性破壞）（延性破壞）構件應力超過屈服點，并且達到抗拉極限強度后，構件產生明顯的變形并斷裂。常溫及靜態(tài)荷載作用下，一般為塑性破壞。破壞時構件有明顯的頸縮現象。常為杯形，呈纖維狀，色澤發(fā)暗。在破壞前有很明顯的變形，并有較長的變形持續(xù)時間，便于發(fā)現和補救。 脆性破壞脆性破

13、壞在破壞前無明顯變形，平均應力也?。ㄒ话愣夹∮谇c），沒有任何預兆。局部高峰值應力可能使材料局部拉斷形成裂紋；沖擊振動荷載；低溫狀態(tài)等可導致脆性破壞。平直和呈有光澤的晶粒。突然發(fā)生的，危險性大，應盡量避免。第15頁/共29頁Fe，C，S，P，N，O，Mn，Si，Cu，Ni，Cr，NbFe：碳素鋼約99%，合金鋼約95%。C：影響鋼材的強度、塑性、韌性及可焊性。一般控制在0.22% 以下，在0.2%以下時，可焊性良好。S：是鋼材中的有害元素。在高溫下使鋼材變脆，即熱脆現象。 塑性、韌性、可焊性、疲勞強度，含量不得超過0.045%。P：是鋼材中的有害元素。在低溫時使鋼材變脆，即冷脆現象。塑性、韌

14、性、可焊性、疲勞強度，含量不得超過0.045%。O和N：鋼材中的有害雜質。O使鋼熱脆，N使鋼冷脆。影響鋼材力學性能的主要因素影響鋼材力學性能的主要因素第16頁/共29頁Si：作為脫氧劑加在低碳鋼鋼液中，制成質量較高的鎮(zhèn)靜鋼。強度 、塑性和韌性無甚影響（含量不高時）。碳素結構鋼 0.3%；低合金高強度結構鋼 0.55%。Cu，Ni，Cr，Nb：加入Cu和Ni可制成耐候鋼，加入Ni和Cr可制成不銹 鋼，在鋼中添加微量的Cr、Nb等合金元素制成耐火鋼。1. 1. 偏析：化學成分不一致，不均勻。 硫、磷偏析嚴重 影響鋼材性能。2. 2. 非金屬夾雜 ：硫化物和氧化物。3. 3. 氣孔 ：一氧化碳氣體不

15、能充分逸出而形成。4. 4. 分層：非金屬雜質造成的，會降低鋼材的冷彎性能。第17頁/共29頁3.3.應力集中的影響應力集中的影響 在鋼結構構件中不可避免的存在著孔洞、槽口、凹角、裂縫、厚度變化、形狀變化和內部缺陷等，此時截面中的應力分布不再保持均勻，而是在一些區(qū)域產生局部高峰應力，形成所謂應力集中現象。 應力集中現象應力集中現象第18頁/共29頁不同槽口試件靜力拉伸試驗的應力不同槽口試件靜力拉伸試驗的應力應變曲線應變曲線 應力集中對應力集中對-曲線關系的影響曲線關系的影響 可以看出截面槽可以看出截面槽口改變愈急劇，應口改變愈急劇，應力集中現象愈厲害力集中現象愈厲害，其抗拉強度愈高，其抗拉強度

16、愈高，但塑性愈差，破，但塑性愈差，破壞的脆性傾向愈大壞的脆性傾向愈大。1020300.425100%(N/mm2)10測距10010100600700500400300200100第19頁/共29頁復雜應力狀態(tài)下鋼材的屈服強度復雜應力狀態(tài)下鋼材的屈服強度osxszsyyzyxxyxzzyzxZXY單元體受復雜應力單元體受復雜應力（應力分量（應力分量）s1s1s2s2s3s3單元體主應力狀態(tài)單元體主應力狀態(tài)第20頁/共29頁復雜應力狀態(tài)下的屈服條件（由第四強度理論確定）1、平面應力狀態(tài)2、三向應力狀態(tài)（Mises yield condition)3、平面純剪應力狀態(tài)yxyyxyxeqf-2223

17、sssssyzxyzxyxzzyyxzyxeqf-）222222(3)(ssssssssssyyyeqfff58. 0332syzxyzxyxzzyyxeqf-）或222222( 3)()()(21 sssssss第21頁/共29頁第22頁/共29頁鋼結構設計原理鋼結構設計原理 Design Principles of Steel Structure時效硬化時效硬化定義定義：鋼材的性質隨著時間的推移逐漸變脆的現象。原因原因：鋼材中的CN等物質的溶解度隨溫度的降低而減小，當C逐漸以固溶體的形式析出時，形成滲碳體Fe3C和氧化物，加強了晶界的間層，使鋼材變硬變脆。影響因素影響因素：溫度和重復荷載。

18、冷作硬化冷作硬化：先前加荷載使鋼材的彈性范圍升高、塑性降低的現象。冷拉鋼絲4.鋼材硬化第23頁/共29頁sefyfp0sefyfp0sefyfp0第24頁/共29頁鋼結構設計原理鋼結構設計原理 Design Principles of Steel Structure5.5.溫度的影響溫度的影響正溫范圍：正溫范圍：（1 1）溫度在）溫度在150150以內，鋼材材質變化很小，鋼結構可用于溫度不高于以內，鋼材材質變化很小，鋼結構可用于溫度不高于150150的場合。的場合。（2 2）溫度在）溫度在250250左右的區(qū)間內出現左右的區(qū)間內出現藍脆現象藍脆現象，fu 有局部性提高，同時有局部性提高，同時塑

19、性降至最低，材料有轉脆傾向。塑性降至最低，材料有轉脆傾向。（3 3）當溫度達到）當溫度達到600600時，鋼材進入熱塑性狀態(tài)，強度下降嚴重，將喪時，鋼材進入熱塑性狀態(tài)，強度下降嚴重，將喪失承載能力。失承載能力。負溫范圍：負溫范圍：隨著溫度的降低，鋼材的強度提高，而塑性和韌性降低，逐漸隨著溫度的降低，鋼材的強度提高，而塑性和韌性降低，逐漸變脆，稱為鋼材的變脆，稱為鋼材的低溫冷脆低溫冷脆。鋼材的沖擊韌性對溫度的降低十分敏感。鋼材的沖擊韌性對溫度的降低十分敏感。 8006004002000N/mm2Efufy20040060020406080%220210200190180170160E Ex10 x103 3T(0C)第25頁/共29頁沖擊韌性和