鋼結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)介紹課件ppt

1、第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 鋼材的性能1.強(qiáng)度2.塑性性能3.焊接性能4.冷熱加工性能5.韌性鋼材的分類 1.碳素結(jié)構(gòu)鋼（carbon structural steels） Q235鋼 (A3鋼) 2.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（high strength low alloy structural steels） Q345鋼 (16Mn鋼) Q390鋼 (15MnV鋼) Q420鋼 (15MnVN鋼)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 碳素結(jié)構(gòu)鋼 GB700-88 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 GB1591-94兩個(gè)基本概念塑性破壞(ductile fracture) 破壞前具有較大的塑性變形. 常在鋼材表面出現(xiàn)明顯的相互垂直交錯(cuò)的銹跡剝

2、落線。只有當(dāng)構(gòu)件中的應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度后才會(huì)發(fā)生破壞，破壞后的斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗。 由于塑性破壞前總有較大的塑性變形發(fā)生，且變形持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，容易被發(fā)現(xiàn)和搶修加固，因此不至發(fā)生嚴(yán)重后果。 鋼材塑性破壞前的較大塑性變形能力，可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力重分布，鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計(jì)就是建立在這種足夠的塑性變形能力上 脆性破壞(brittle fracture) 破壞前塑性變形很小,或根本沒有塑性變形，突然迅速斷裂。 破壞后的斷口平直，呈有光澤的晶粒狀或有人字紋。 由于破壞前沒有任何預(yù)兆，破壞速度又極快，無(wú)法察覺和補(bǔ)救，而且一旦發(fā)生常引發(fā)整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞，后果非常嚴(yán)重。 因此在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工和使用過(guò)程

3、中，要特別注意防止這種破壞的發(fā)生。第一節(jié) 鋼材的主要機(jī)械性能均勻拉伸、冷彎、沖擊等單獨(dú)作用顯示出的各種機(jī)械性能一、鋼材在單向均勻拉力作用下的性能1.彈性階段 2.彈塑性階段 3.屈服階段 4.強(qiáng)化階段 5.頸縮階段單向靜力拉伸試驗(yàn)幾個(gè)參數(shù) E 彈性模量 (Modulus of elasticity) 2.06105N/mm2 fp 比例極限(proportional limit) fy 屈服強(qiáng)度 (yield strength) fu 抗拉強(qiáng)度 (tensile strength ) 伸長(zhǎng)率 (elongation )5%100001三相基本性能指標(biāo) fy fu 5冷彎作用顯示出的各種機(jī)械性能

4、二、鋼材的冷彎性能（cold-bending behavior） 衡量鋼材在常溫下彎曲加工產(chǎn)生塑性變形時(shí)對(duì)產(chǎn)生裂紋的抵抗能力的一相指標(biāo) 同時(shí)也是復(fù)雜應(yīng)力作用下發(fā)展塑性變形能力 當(dāng)a60的Q235合格標(biāo)準(zhǔn)是：d取a（型鋼）、1.5a（鋼板）并冷彎180度時(shí)，無(wú)裂紋和分層發(fā)生。Q345 （ 16Mn鋼 ）： a16 d取2a16 a 50 d取3aQ390 （ 15MnV鋼）： a16 d取2a16 a 50 d取3a在沖擊作用下顯示出的各種機(jī)械性能三、鋼材的沖擊韌性（notch toughness ） 鋼材在沖擊荷載作用下斷裂時(shí)吸收機(jī)械性能的一種能力 衡量鋼材抵抗可能因低溫應(yīng)力集中，沖擊荷載作用

5、等而致脆性脆性斷裂斷裂能力的一項(xiàng)機(jī)械性能。 用沖擊荷載使試件斷裂時(shí)所吸收的功（消耗的沖擊功）Ak除以橫截面積所得值來(lái)表示。單位為J/2而且同溫度有關(guān)，當(dāng)溫度低于某一負(fù)值時(shí)，沖擊韌性急劇降低。不同鋼材應(yīng)分別保證20、0 、- 20、 - 40一定的沖擊功1.0.5 在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件中，應(yīng)注明建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限、鋼材牌號(hào)、連接材料的型號(hào)（或鋼號(hào)）和對(duì)鋼材所要求的力學(xué)性能、化學(xué)成分及其他的附加保證項(xiàng)目。此外，還應(yīng)注明所要求的焊縫形式、焊縫質(zhì)量等級(jí)、端面刨平頂緊部位及對(duì)施工的要求。第二節(jié) 決定和影響鋼材性能的因素 化學(xué)成分 生產(chǎn)過(guò)程 加工過(guò)程 使用過(guò)程化學(xué)成分化學(xué)成分 鋼鋼Fe+C+有利元素有利元

6、素+有害元素；有害元素； 有利元素有利元素Mn、Si、V等等合金元素合金元素(低合低合金鋼金鋼)； 有害元素有害元素S、P、O、N、H等；等； S熱脆； P冷脆； O類似S; N類似P; H氫脆。碳硅錳 磷硫鎳鉻 銅礬鋁fu+ + -+ofy+-+o-o-oooo-o硬度+ +-+o+o沖擊韌性 -o-+oo+疲勞強(qiáng)度 -ooooooo+o可焊性-o-oo耐腐蝕性 -+-+ +o冷脆性+o-+ o-o-o-熱脆性+-o+ ooooo主要化學(xué)元素對(duì)鋼材性能的影響1、冶煉：平爐、氧氣轉(zhuǎn)爐2、澆鑄：脫氧程度不同有沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼 沸騰鋼：鑄錠時(shí)弱脫氧劑錳鐵 用于一般承重結(jié)構(gòu)F 鎮(zhèn)

7、靜鋼：適量的強(qiáng)脫氧劑硅或鋁 Z 半鎮(zhèn)靜鋼：少量的強(qiáng)脫氧劑硅或鋁 b 特殊鎮(zhèn)靜鋼：二次補(bǔ)充脫氧 提高焊接性能 TZ3、軋制：順軋方向機(jī)械性能好生產(chǎn)過(guò)程生產(chǎn)過(guò)程熱處理淬火，提高強(qiáng)度、降低韌性； 回火，控制降溫過(guò)程；殘余應(yīng)力表面不均勻冷卻，熱軋殘余應(yīng)力。加工過(guò)程時(shí)效硬化鋼材隨時(shí)間推移屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度提高。塑性和沖擊韌性降低的現(xiàn)象。（人工時(shí)效）冷作硬化鋼材經(jīng)過(guò)冷拉、冷拔、沖孔、剪切等冷加工作用超過(guò)彈性范圍，產(chǎn)生強(qiáng)度提高，塑性降低的現(xiàn)象鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不利用時(shí)效和冷作硬化提高強(qiáng)度溫度的影響150以下變化不大400600Akv(J)使用過(guò)程使用過(guò)程應(yīng)力集中的影響在荷載作用下截面突變的某些部位產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，其余部位的應(yīng)力較低，且分布極不均勻截面槽口改變愈急劇，應(yīng)力集中愈高，塑性愈差，脆性傾向大使用過(guò)程使用過(guò)程溫度溫度高溫軟化，低溫冷脆；高溫軟化，低溫冷脆；應(yīng)力集中應(yīng)力集中局部先破壞；局部先破壞； 初應(yīng)力初應(yīng)力降低實(shí)際承載力；降低實(shí)際承載力；多向應(yīng)力多向應(yīng)力降低延性，第四強(qiáng)度理論；降低延性，第四強(qiáng)度理論；動(dòng)載動(dòng)載脆性；脆性；循環(huán)荷載循環(huán)荷載疲勞脆斷；疲勞脆斷；鋼材牌號(hào)1. Q（“屈” 的漢語(yǔ)拼音的首位字母）2. 以N/mm2為單位的屈服點(diǎn)數(shù)值3. 質(zhì)量等級(jí)符號(hào) （A、B、C、D依次質(zhì)量越來(lái)越高）4. 脫氧