鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第2章(1)課件

1、第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求鋼材的主要性能及其鑒定影響鋼材性能的因素鋼材的延性破壞和非延性破壞、循環(huán)加載和快速加載結(jié)構(gòu)鋼材的類(lèi)別及鋼材的選用對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求結(jié)構(gòu)鋼材的類(lèi)別及鋼材的選用第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.1 2.1 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求較高的強(qiáng)度。較高的強(qiáng)度。即抗拉強(qiáng)度f(wàn)u和屈服點(diǎn)fy比較高。足夠的變形能力。足夠的變形能力。即塑性和韌性性能好。良好的加工性能。良好的加工性能。即適合冷、熱加工，良好的可焊性。適應(yīng)低溫、有害介質(zhì)侵蝕(包括大氣銹蝕)以及重復(fù)荷載作用等的性能。容易生產(chǎn)，價(jià)格便宜。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017)推

2、薦的碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和建筑結(jié)構(gòu)用鋼板是符合上述要求的。 選用GB50017規(guī)范還未推薦的鋼材時(shí)，需有可靠依據(jù)。以確保鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2 2.2 鋼材的主要性能及其鑒定鋼材的主要性能及其鑒定圖圖2.1 鋼材的一次拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線鋼材的一次拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線 鋼材性能：鋼材性能：力學(xué)性能力學(xué)性能和和工藝性能工藝性能2.2.1 2.2.1 單向拉伸時(shí)的工作性能單向拉伸時(shí)的工作性能 條件：常溫、靜載條件下一次拉伸1.比例極限比例極限 P2.屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) y3.抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 u第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料1.比例極限比例極限 P 應(yīng)力-應(yīng)變圖中直

3、線段直線段的最大應(yīng)力值最大應(yīng)力值。嚴(yán)格地說(shuō)，比 P略高處還有彈性極限，但彈性極限與 P極其接近，所以通常略去彈性極限的點(diǎn)，把 P看做是彈性極限。2.屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) y 應(yīng)變?cè)赑之后不再與應(yīng)力成正比，而是漸漸加大，應(yīng)力-應(yīng)變間成曲線關(guān)系，一直到屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)。3.抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 u 屈服平臺(tái)之后，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)時(shí)又需有應(yīng)力的增長(zhǎng)，但相對(duì)地說(shuō)，應(yīng)變?cè)黾拥每?，呈現(xiàn)曲線關(guān)系直到最高點(diǎn)最高點(diǎn)。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料屈服點(diǎn)是建筑鋼材的一個(gè)重要力學(xué)特性，其意義是屈服點(diǎn)是建筑鋼材的一個(gè)重要力學(xué)特性，其意義是：1作為結(jié)構(gòu)計(jì)算中材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，或材料抗力標(biāo)準(zhǔn)材料抗力標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)力達(dá)到y(tǒng)時(shí)的應(yīng)變與P時(shí)的應(yīng)變較接近接近，

4、可認(rèn)為應(yīng)力達(dá)到y(tǒng)時(shí)為彈性變形的終點(diǎn)。達(dá)到y(tǒng) 后在一個(gè)較大的應(yīng)變范圍內(nèi)應(yīng)力不會(huì)繼續(xù)增加應(yīng)力不會(huì)繼續(xù)增加，表示結(jié)構(gòu)一時(shí)喪失繼續(xù)承擔(dān)更大荷載的能力喪失繼續(xù)承擔(dān)更大荷載的能力，故此以y作為彈性計(jì)算時(shí)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)。2形成理想彈塑性體的模型理想彈塑性體的模型，為發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算理論提供基礎(chǔ)。 y之前，鋼材近于理想彈性體理想彈性體， y之后，塑性應(yīng)變范圍很大而應(yīng)力保持不增長(zhǎng)，所以接近理想塑性體理想塑性體。因此，可以用兩根直線的兩根直線的圖形作為理想彈塑性體的應(yīng)力圖形作為理想彈塑性體的應(yīng)力-應(yīng)變模型應(yīng)變模型。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)塑性設(shè)計(jì)塑性設(shè)計(jì)的規(guī)定，就以材料是理想彈塑性體的假設(shè)為依據(jù)，忽略了應(yīng)變硬化的有利作用。第2

5、章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2 2.2 鋼材的主要性能及其鑒定鋼材的主要性能及其鑒定注意：卸載規(guī)律，彈性變形和塑性變形（永久變形和殘余變形）注意：卸載規(guī)律，彈性變形和塑性變形（永久變形和殘余變形）2.名義屈服點(diǎn)名義屈服點(diǎn) 0.2屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) y和和名義屈服點(diǎn)名義屈服點(diǎn) 0.2，不在區(qū)分統(tǒng)一命名為，不在區(qū)分統(tǒng)一命名為屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度f(wàn)y第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料4.伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率 5和和 10 伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率是斷裂前試件的永久變形與原標(biāo)定長(zhǎng)度的百分比。取圓形試件直徑d的五倍5或十倍10為標(biāo)定長(zhǎng)度伸長(zhǎng)率代表材料斷裂前具有的塑性變形的能力材料經(jīng)受剪切、沖壓、彎曲及錘擊所產(chǎn)生的局部屈服而無(wú)明顯損壞 屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)

6、度抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率，是鋼材的三個(gè)重要力學(xué)性能指標(biāo)。鋼結(jié)構(gòu)中所采用的鋼材都應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)這三項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)的要求。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料圖圖2.2 鋼材的冷彎試驗(yàn)鋼材的冷彎試驗(yàn)2.2.2 2.2.2 冷彎性能冷彎性能 根據(jù)試樣厚度，按規(guī)定的彎心直徑將試樣彎曲180度，其表面及側(cè)無(wú)裂紋或分層則為“冷彎試驗(yàn)合格”。 u“冷彎試驗(yàn)合格”一方面同伸長(zhǎng)率符合規(guī)定一樣，表示材料塑性變塑性變形能力形能力符合要求；u另一方面表示鋼材的冶金質(zhì)量(顆粒結(jié)晶及非金屬夾雜分布，甚至在一定程度上包括可焊性)符合要求。u重要結(jié)構(gòu)中需要有良好的冷熱加工的工藝性能時(shí)，應(yīng)有冷彎試驗(yàn)合格保證。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2

7、.3 2.2.3 沖擊韌性沖擊韌性 韌性韌性是與抵抗沖擊作用有關(guān)的鋼材的性能。韌性是鋼材斷裂時(shí)吸收機(jī)械能能力吸收機(jī)械能能力的量度。吸收較多能量才斷裂的鋼材，是韌性好的鋼材。p鋼材在一次拉伸靜載作用一次拉伸靜載作用下斷裂時(shí)所吸收的能量，用單位體積吸收的能量來(lái)表示，其值等于應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積。塑性好的鋼材，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積大，所以韌性值大。p實(shí)際工作中，不用上述方法來(lái)衡量鋼材的韌性，而用沖擊韌性衡量鋼材抗脆斷的性能，因?yàn)閷?shí)際結(jié)構(gòu)中脆性斷裂并不發(fā)生在實(shí)際結(jié)構(gòu)中脆性斷裂并不發(fā)生在單向受拉單向受拉的的地方，而總是發(fā)生在有地方，而總是發(fā)生在有缺口高峰應(yīng)力缺口高峰應(yīng)力的地方的地方，在缺口高峰應(yīng)力

8、的地方常呈三向受拉的應(yīng)力狀態(tài)。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料圖圖2.4 鋼材的沖擊試驗(yàn)鋼材的沖擊試驗(yàn) 缺口韌性值受溫度溫度影響，溫度低于某值時(shí)將急劇降低。 設(shè)計(jì)處于不同環(huán)境溫度的重要結(jié)構(gòu)，尤其是受動(dòng)載作用動(dòng)載作用的結(jié)構(gòu)時(shí)，要根據(jù)相應(yīng)的環(huán)境溫度環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)提出沖擊韌性的保證要求。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2.4 2.2.4 可焊性可焊性 可焊性可焊性是指采用一般焊接工藝一般焊接工藝就可完成合格的(無(wú)裂紋的)焊縫的性能。 鋼材的可焊性受碳含量碳含量和合金元素含合金元素含量的影響。 碳含量在0.120.20范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好。碳含量再高可使焊縫和熱影響區(qū)變脆。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2.5 2.2.5

9、鋼材性能的鑒定鋼材性能的鑒定 根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范 (GB50205)的規(guī)定，對(duì)進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)的主要材料需進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收： 檢查鋼材的質(zhì)量合格證明文件質(zhì)量合格證明文件、中文中文標(biāo)識(shí)及檢驗(yàn)報(bào)告檢驗(yàn)報(bào)告； 確認(rèn)鋼材的品種品種、規(guī)格規(guī)格、性能性能是否符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3 2.3 影響鋼材性能的因素影響鋼材性能的因素鋼鋼是含碳量小于2的鐵碳合金，碳大于2時(shí)則為鑄鐵鑄鐵。制造鋼結(jié)構(gòu)所用的材料有碳素結(jié)構(gòu)鋼中的低低碳鋼及低低合金結(jié)構(gòu)鋼。主要因素：化學(xué)成分；金相組織主要因素：化學(xué)成分；金相組織* *和晶粒度和晶粒度* *金相組織金相組織指金屬組

10、織中化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)和物理性能相同的組成，其中包括固溶體、金屬化合物及純物質(zhì)。l 碳素結(jié)構(gòu)鋼由鈍鐵、碳及雜質(zhì)元素組成，其中純鐵約占99，碳及雜質(zhì)元素約占1。l 低合金結(jié)構(gòu)鋼中，除上述元素外還加入合金元素，后者總量通常不超過(guò)3。l 碳及其他元素雖然所占比重不大比重不大，但對(duì)鋼材性能卻有重要影響。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料碳（碳（C） 是碳素結(jié)構(gòu)鋼中僅次于鐵的主要元素，是影響鋼材強(qiáng)度的主要因素。l隨著含碳量的增加增加，鋼材強(qiáng)度提高提高，而塑性和韌性、尤其是低溫沖擊韌性下降下降，同時(shí)可焊性、抗腐蝕性、冷彎性能明顯降低明顯降低。因此結(jié)構(gòu)用鋼的含碳量一般不應(yīng)超過(guò)0.22%，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)低于0.2%。錳（錳（

11、Mn）錳是一種弱脫氧劑弱脫氧劑，適量適量的錳含量可以有效地提高提高強(qiáng)度，消除消除硫、氧對(duì)鋼材的熱脆影響熱脆影響，而不顯著不顯著降低降低鋼材的塑性和韌性。錳在碳素結(jié)構(gòu)鋼中的含量為0.3%-0.8%，在低合金鋼中一般為1.0%-1.7%。2.3.1 2.3.1 化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料硅（硅（Si） 硅是一種強(qiáng)脫氧劑強(qiáng)脫氧劑，適量適量的硅可提高提高鋼材的強(qiáng)度，而對(duì)塑性、韌性、冷彎性能和可焊性無(wú)明顯不良影響無(wú)明顯不良影響，但硅含量過(guò)大時(shí)，會(huì)降低鋼材的塑性、韌性、抗銹蝕性和可焊性。釩釩(V)、鈮、鈮(Nb)、鈦、鈦(Ti) 釩、鈮、鈦都能使鋼材晶粒細(xì)化。我國(guó)的低合金鋼都含有這三

12、種元素，作為錳以外的合金元素，既可提高鋼材強(qiáng)度，又保持良好的塑性、韌性。2.3.1 2.3.1 化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋁鋁(Al)、鉻、鉻(Cr)、鎳、鎳(Ni) 鋁是強(qiáng)脫氧劑強(qiáng)脫氧劑，用鋁進(jìn)行補(bǔ)充脫氧，不僅進(jìn)一步減少鋼中的有害氧化物，而且能細(xì)化晶粒。鉻和鎳是提高鋼材強(qiáng)度的合金元素，用于低合金高強(qiáng)度低合金高強(qiáng)度鋼和高性能高性能鋼。硫（硫（S） 硫是一種有害有害元素，降低鋼材的塑性、韌性、可焊性、抗銹蝕性等，在高溫時(shí)使鋼材變脆，即熱脆熱脆。因此，鋼材中硫的含量不得超過(guò)0.05%，在焊接結(jié)構(gòu)中不超過(guò)0.045%。2.3.1 2.3.1 化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響第2章

13、鋼結(jié)構(gòu)的材料磷磷(P) 磷既是有害有害元素也是能利用的合金元素。磷是碳素鋼中的雜質(zhì)，它在低溫下使鋼變脆，這種現(xiàn)象稱(chēng)為冷脆冷脆。在高溫時(shí)磷也能使鋼減少塑性。但磷能提高鋼的強(qiáng)度和抗銹蝕能力。氧氧(O)、氮、氮(N) 氧和氮也是有害有害雜質(zhì)，在金屬熔化的狀態(tài)下可以從空氣中進(jìn)入。氧能使鋼熱脆，其作用比硫劇烈，氮能使鋼冷脆，與磷相似。2.3.1 2.3.1 化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3.2 2.3.2 成材過(guò)程的影響成材過(guò)程的影響 1冶煉 鋼材的冶煉方法主要有平爐煉鋼平爐煉鋼、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼、堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼及電爐煉鋼電爐煉鋼。在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，

14、主要使用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的鋼材。目前氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐鋼氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐鋼的質(zhì)量，由于生產(chǎn)技術(shù)的提高，已不低于平爐鋼的質(zhì)量。 冶煉這一冶金過(guò)程形成鋼的化學(xué)成分與含量化學(xué)成分與含量、鋼的金相組織結(jié)構(gòu)，不可避免地存在冶金缺陷冶金缺陷，從而確定不同的鋼種鋼種、鋼號(hào)鋼號(hào)及其相應(yīng)的力學(xué)性能力學(xué)性能。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3.2 2.3.2 成材過(guò)程的影響成材過(guò)程的影響 2澆鑄 把熔煉好的鋼水澆鑄成鋼錠鋼錠或鋼坯鋼坯有兩種方法， 一種是澆入鑄模做成鋼錠， 一種是澆入連續(xù)澆鑄機(jī)做成鋼坯。 鑄錠過(guò)程中因脫氧程度脫氧程度不同，最終成為鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼與沸騰鋼。 鋼在冶煉及澆鑄過(guò)程中會(huì)不可避免地產(chǎn)生冶金缺陷。常見(jiàn)的冶金缺

15、陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔及裂紋等等。這些缺陷都將影響鋼的力學(xué)性能。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3.2 2.3.2 成材過(guò)程的影響成材過(guò)程的影響 3軋制鋼材的軋制能使金屬的晶粒變細(xì)，也能使氣泡、裂紋等焊合，因而改善了鋼材的力學(xué)性能。薄板薄板因輥軋次數(shù)多，其強(qiáng)度比厚板略高。澆鑄時(shí)的非金屬夾雜物在軋制后能造成鋼材的分層分層，所以分層是鋼材（尤其是厚板）的一種缺陷。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免拉力垂直于板面的情況，以防止層間撕裂防止層間撕裂。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3.2 2.3.2 成材過(guò)程的影響成材過(guò)程的影響 4熱處理 熱處理的目的在于取得高強(qiáng)度的同時(shí)能夠保持良好的塑性和韌性。u正火屬于最簡(jiǎn)單的熱處理：把鋼材加

16、熱至850900 oC并保持一段時(shí)間后在空氣中自然冷卻，即為正火。u如果鋼材在終止軋制時(shí)溫度正好控制在上述溫度范圍，可得到正火的效果，稱(chēng)為正火軋制。u回火是將鋼材重新加熱至650 oC并保溫一段時(shí)間，然后在空氣中自然冷卻。u熱機(jī)械軋制（溫度變形控軋控冷）是將軋制溫度和軋制擠壓量控制在適當(dāng)范圍，并在軋畢后加速冷卻。u淬火加回火也稱(chēng)調(diào)質(zhì)處理，淬火是把鋼材加熱至900 oC以上，保溫一段時(shí)間，然后放入水或油中快速冷卻。強(qiáng)度很高的鋼材，包括高強(qiáng)度螺栓的材料都要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3.3 2.3.3 影響鋼材性能的其它因素影響鋼材性能的其它因素 1.冷加工硬化（應(yīng)變硬化）冷加工硬化（應(yīng)

17、變硬化） 在常溫常溫下加工叫冷加工，包括冷拉、冷彎、沖孔、機(jī)械剪切等。 冷加工使鋼材產(chǎn)生很大塑性變形，減小了塑性和韌性性能。時(shí)效硬化時(shí)效硬化指鋼材僅隨時(shí)間的增長(zhǎng)而轉(zhuǎn)脆。應(yīng)變時(shí)效應(yīng)變時(shí)效指應(yīng)變硬化又加時(shí)效硬化由于這些是使鋼材轉(zhuǎn)脆的性質(zhì)。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 普通鋼結(jié)構(gòu)中不利用硬化現(xiàn)象所提高的強(qiáng)度。重要結(jié)構(gòu)還把鋼板因剪切而硬化的邊緣部分刨去鋼板因剪切而硬化的邊緣部分刨去。 用作冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的冷彎型鋼，是由鋼板或鋼帶經(jīng)冷軋成型的，也有的是經(jīng)壓力機(jī)模壓成型或在彎板機(jī)上彎曲成型的。薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中允許利用因局部冷加工而提高的薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中允許利用因局部冷加工而提高的強(qiáng)度強(qiáng)度。 有些重要結(jié)構(gòu)要求

18、對(duì)鋼材進(jìn)行人工時(shí)效人工時(shí)效，然后測(cè)定其沖擊韌性，以保證結(jié)構(gòu)具有長(zhǎng)期的抗脆性破壞能力。1.冷加工硬化冷加工硬化(應(yīng)變硬化應(yīng)變硬化)2.溫度的影響溫度的影響鋼材對(duì)溫度相當(dāng)敏感，溫度升高與降低都使鋼材性能發(fā)生變化。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.溫度的影響溫度的影響正溫正溫范圍總的趨勢(shì)是隨著溫度的升高，鋼材強(qiáng)度、彈性模量降低，變形增大。 600oC時(shí)強(qiáng)度很低不能承擔(dān)荷載。 普通鋼材在600時(shí)，fy下降至室溫的1/3，E下降至室溫的40%。 約在200以?xún)?nèi)鋼材性能沒(méi)有很大變化； 普通鋼材在超過(guò)200以后性能開(kāi)始下降。為此，處在150以上的鋼構(gòu)件需設(shè)置隔熱保護(hù)層。圖圖2.6 高溫對(duì)鋼材性能的影響高溫對(duì)鋼材性能的

19、影響第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.溫度的影響溫度的影響 250oC附近有蘭脆現(xiàn)象，約260-320oC時(shí)有徐變現(xiàn)象。 蘭脆現(xiàn)象蘭脆現(xiàn)象指溫度在250oC左右的區(qū)間內(nèi)，fu有局部性提高，fy也有回升現(xiàn)象，同時(shí)塑性有所降低，材料有轉(zhuǎn)脆傾向。在蘭脆區(qū)進(jìn)行熱加工，可能引起裂紋。 徐變現(xiàn)象徐變現(xiàn)象指在應(yīng)力持續(xù)不變應(yīng)力持續(xù)不變的情況下鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形變形的現(xiàn)象。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 負(fù)溫負(fù)溫范圍范圍 fy與與fu都增高但都增高但塑性變形能力減小，因而塑性變形能力減小，因而材料轉(zhuǎn)脆材料轉(zhuǎn)脆，對(duì)沖擊韌性的對(duì)沖擊韌性的影響十分突出。影響十分突出。 T1-T2為溫度轉(zhuǎn)換區(qū)，在這一范圍內(nèi)Akv下降很快。 材料曲

20、線的最陡點(diǎn)T0叫該種鋼材的轉(zhuǎn)變溫度鋼材的轉(zhuǎn)變溫度，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要求避免完全脆性破壞，所以結(jié)構(gòu)所處溫度應(yīng)大于 。圖圖2.7 Cv值隨溫度值隨溫度T的變化的變化2.溫度的影響溫度的影響T1第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料3.應(yīng)力集中應(yīng)力集中 當(dāng)截面完整性完整性遭到破壞，如有裂紋（內(nèi)部的或表面的）、孔洞、刻槽、凹角時(shí)以及截面的厚度或?qū)挾韧蝗桓淖儠r(shí)，構(gòu)件中的應(yīng)力分布將變得很不均勻不均勻。在缺陷或截面變化處附近，應(yīng)力線曲折、密集、出現(xiàn)高峰應(yīng)力的現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)力集中應(yīng)力集中。孔洞、缺口處的應(yīng)力集中孔洞、缺口處的應(yīng)力集中u 孔邊應(yīng)力高峰處將產(chǎn)生雙向或三向的應(yīng)力。這是因?yàn)椴牧系哪骋稽c(diǎn)在x方向伸長(zhǎng)的同時(shí)，在y方向（橫向）將要收

21、縮，當(dāng)板厚較大時(shí)還將引起z方向收縮。u三向拉應(yīng)力作用下鋼材因不易屈服而轉(zhuǎn)脆。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.42.4鋼材的延性破壞和非延性破壞循環(huán)加載和快速加載的效應(yīng)鋼材的延性破壞和非延性破壞循環(huán)加載和快速加載的效應(yīng) 有屈服現(xiàn)象的鋼材或者雖然沒(méi)有明顯屈服現(xiàn)象而能發(fā)生較大塑性變形的鋼材，一般屬于塑性材料（塑性材料（延性材料延性材料）。沒(méi)有屈服現(xiàn)象或塑性變形能力很小的鋼材，則屬于脆性材料脆性材料。2.4.1 2.4.1 延性破壞和非延性破壞延性破壞和非延性破壞( (塑性破壞和脆性破壞塑性破壞和脆性破壞) ) 延性材料延性材料是指由于材料原始性能以及在常溫、靜載并一次加荷的工作條件之下能在破壞前發(fā)生較大塑性

22、變形的材料。 即使原來(lái)塑性表現(xiàn)極好的鋼材，改變了工作條件，如在很低的溫度之下受沖擊作用，也完全可能呈現(xiàn)脆性破壞。不宜把鋼材劃分為塑性和脆性材料，而應(yīng)該區(qū)不宜把鋼材劃分為塑性和脆性材料，而應(yīng)該區(qū)分材料可能發(fā)生的塑性破壞與脆性破壞分材料可能發(fā)生的塑性破壞與脆性破壞。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料塑性破壞塑性破壞 超過(guò)屈服點(diǎn)fy即有明顯的塑性變形產(chǎn)生的構(gòu)件，當(dāng)達(dá)到抗拉強(qiáng)度f(wàn)u時(shí)將在很大變形的情況下斷裂，這是材料的塑塑性破壞性破壞，也稱(chēng)延性破壞。脆性破壞脆性破壞 當(dāng)沒(méi)有塑性變形或只有很小塑性變形時(shí)即發(fā)生的破壞為當(dāng)沒(méi)有塑性變形或只有很小塑性變形時(shí)即發(fā)生的破壞為脆性破壞脆性破壞，也稱(chēng)為非延性破壞。，也稱(chēng)為非延性破壞

23、。2.4.1 2.4.1 延性破壞和非延性破壞延性破壞和非延性破壞( (塑性破壞和脆性破壞塑性破壞和脆性破壞) )斷面斷面晶體晶體破壞前破壞前變形變形變形持續(xù)變形持續(xù)時(shí)間時(shí)間塑性破壞杯形呈纖維狀明顯長(zhǎng)脆性破壞平直呈光澤晶粒狀極小突然破壞u土建結(jié)構(gòu)鋼材，具有良好的塑性和韌性，在一般條件下呈延性破壞。u在一些特殊條件下，延性材料也有可能出現(xiàn)脆性破壞。 多次循環(huán)荷載會(huì)造成疲勞斷裂； 低溫和快速加載都會(huì)引發(fā)脆性斷裂； 構(gòu)件內(nèi)部的初始裂紋是脆斷的內(nèi)因內(nèi)因。2.4.1 2.4.1 延性破壞和非延性破壞延性破壞和非延性破壞( (塑性破壞和脆性破壞塑性破壞和脆性破壞) )第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 1疲勞斷裂的概念

24、 疲勞斷裂疲勞斷裂是微觀裂縫微觀裂縫在連續(xù)重復(fù)荷載作用下不斷擴(kuò)展直至斷裂的脆性破壞。斷口可能貫穿于母材，可能貫穿于連接焊縫，也可能貫穿于母材及焊縫。 2.4.2 2.4.2 循環(huán)荷載的效應(yīng)循環(huán)荷載的效應(yīng) 出現(xiàn)疲勞斷裂時(shí)，截面上的應(yīng)力低于材料的抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)度。 疲勞破壞屬于脆性破壞，塑性變形極極小，因此是一種沒(méi)有明顯變形的突然破壞，危險(xiǎn)性較大。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 疲勞破壞的構(gòu)件斷口上面一部分呈現(xiàn)半橢圓形光滑區(qū)，其余部分則為粗糙區(qū)（如圖 2-9 ）。2.4.2 2.4.2 循環(huán)荷載的效應(yīng)循環(huán)荷載的效應(yīng)圖圖2.9 斷口示意斷口示意1光滑區(qū)；光滑區(qū)；2粗糙區(qū)粗糙區(qū)疲勞斷裂的過(guò)程：

25、1.裂紋的形成2.裂紋的緩慢擴(kuò)展3.最后迅速斷裂第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料應(yīng)力比：應(yīng)力循環(huán)特性應(yīng)力循環(huán)特性常用應(yīng)力比值來(lái)表示，以拉應(yīng)力為正值。完全對(duì)稱(chēng)循環(huán)( -1) 靜荷載作用( +1) 脈沖循環(huán)( 0) 一般應(yīng)力循環(huán)(-10 不論哪種牌號(hào)，一律用不低于B級(jí)鋼；-20T0 當(dāng)采用Q235或Q345時(shí)不低于C級(jí)鋼； 當(dāng)采用強(qiáng)度更高的牌號(hào)時(shí)不低于D級(jí)鋼。-40T-20 當(dāng)采用Q235或Q345時(shí)不低于D級(jí)鋼； 當(dāng)采用強(qiáng)度更高的牌號(hào)時(shí)不低于E級(jí)鋼。 分析：對(duì)于負(fù)溫度區(qū)不低于-20的場(chǎng)合，Q235和 Q345鋼要求質(zhì)量等級(jí)不低于C級(jí)。（其0時(shí)的Akv分別不低于27J和34J。強(qiáng)度更高的鋼材，理應(yīng)要求更高的A

26、kv值，但鋼材的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)只要求不低于34J，為此必須對(duì)這些鋼材要求D級(jí)。l連接所用鋼材，如焊條、自動(dòng)或半自動(dòng)焊的焊絲及螺栓的鋼材應(yīng)與主體金屬的強(qiáng)度相適應(yīng)。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料圖圖2.15 熱軋型材的截面熱軋型材的截面2.5.3 2.5.3 型鋼的規(guī)格型鋼的規(guī)格 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般宜直接選用型鋼，這樣可減少制造工作量減少制造工作量，降低造價(jià)降低造價(jià)。型鋼尺寸不夠合適型鋼尺寸不夠合適或構(gòu)件很大構(gòu)件很大時(shí)則用鋼板制作。型鋼有熱軋及冷成型兩種。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料1 熱軋鋼板熱軋鋼板 熱軋鋼板分厚板及薄板兩種，厚板的厚度為 4.5-60mm(廣泛用來(lái)組成焊接構(gòu)件和連接鋼板)，薄板厚度為0.35-4mm(冷彎薄壁型鋼的原料)。在圖紙中鋼板用“ -厚厚 x 寬寬 x長(zhǎng)長(zhǎng)（單位為毫米）”前面附加鋼板橫斷面的方法表示，如：-12 x 800 x 2100等。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料角鋼角鋼有等邊和不等邊兩種。等邊角鋼，以邊寬和厚度表示，如 L100 x 10為肢寬 100 mm 、厚 10mm 的等邊角鋼。不等邊角鋼，則以?xún)蛇厡挾群秃穸缺硎?，?L100 x 80 x 10 等。 2 熱軋型鋼熱軋型鋼第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料槽鋼槽鋼槽鋼有兩種尺寸系列，即熱軋普通槽鋼熱軋普通槽鋼與熱軋熱軋輕型槽鋼輕型槽鋼。前者的