鋼結(jié)構(gòu)第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料課件

1、一、鋼材的主要性能1、鋼材的破壞形式塑性破壞： 較大的塑性變形、斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗； 有先兆，計算應(yīng)力fu 脆性破壞： 塑性變形很小，甚至沒有，斷口平直并呈有光澤的晶粒狀； 沒有明顯先兆，計算應(yīng)力fy 鋼材的塑性破壞和脆性破壞對比內(nèi)容塑性破壞脆性破壞破壞應(yīng)力破壞前變形明顯不明顯斷口外形杯形平直斷口色澤暗淡有光澤斷口細(xì)部纖維狀晶粒狀破壞過程延續(xù)較長時間突然破壞機理剪應(yīng)力超過晶粒抗剪能力拉應(yīng)力超過晶?？估芰ξ：π员阌诎l(fā)現(xiàn)和補救，較輕大對策合理設(shè)計結(jié)構(gòu)強度考慮疲勞和沖擊作用，合理選擇材料種類、構(gòu)造形式、施工工藝防止鋼材脆性斷裂的措施加強施焊工藝管理，避免施焊過程產(chǎn)生裂紋、夾渣和氣泡等；焊縫不宜

2、過分集中，施焊時不宜過強約束，避免產(chǎn)生過大殘余應(yīng)力。低溫下發(fā)生低應(yīng)力的脆斷，常與殘余應(yīng)力有關(guān)；進行合理細(xì)部構(gòu)造設(shè)計，避免產(chǎn)生應(yīng)力集中。應(yīng)力集中處會產(chǎn)生同號應(yīng)力場，使鋼材變脆。盡量避免采用厚鋼板；選擇合理的鋼材，鋼材化學(xué)成分與鋼材抗脆斷能力有關(guān)，含碳多的鋼材，抗脆斷性能有所下降。此外，冷加工，加載速度等對鋼材脆斷性能都有影響。一、鋼材的主要性能2、基本性能要求和指標(biāo)強度：比例極限 fp、屈服點fy （條件屈服點f0 .2）、抗拉強度（極限強度） fu 、屈強比塑性：伸長率、面縮率冷彎性能：冷彎試驗韌性（度）：沖擊韌性（度）可焊性：施工可焊性、使用可焊性耐久性：抗腐蝕能力、抗疲勞能力低碳鋼拉伸實驗

3、曲線理想的彈-塑性體的應(yīng)力應(yīng)變曲線受壓構(gòu)件穩(wěn)定問題由于鋼材具有輕質(zhì)高強、塑性和韌性好的特點，使得鋼結(jié)構(gòu)在大跨、高層、高聳、橋梁、輕鋼等結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。對組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件來講，受拉構(gòu)件能充分發(fā)揮材料的性能；受壓構(gòu)件，由于長細(xì)比（纖細(xì)）較大，使得構(gòu)件會出現(xiàn)失穩(wěn)問題，因此穩(wěn)定問題將是鋼結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)中的重點和難點，希望同學(xué)們給予足夠的重視，下面看幾個簡單的示例，以便有些感性認(rèn)識。二、影響鋼材性能的主要因素化學(xué)成分：Fe，C，Si，Mn，S（O），P（N），其它 冶金過程：冶煉、澆鑄、軋制和熱處理時效：鋼材硬化溫度：高溫3000C 6000C 低溫 沖擊韌性的溫度轉(zhuǎn)變區(qū)應(yīng)力集中：因鋼材缺陷或制作引起

4、的幾何改變，造成各點鋼材應(yīng)力不均勻的狀況稱為應(yīng)力集中。 應(yīng)力集中系數(shù) m/ 0 應(yīng)力集中與同號應(yīng)力場 應(yīng)力集中程度與缺陷幾何的關(guān)系化學(xué)成分對鋼材（普通碳素鋼）性能的影響 三、鋼材的疲勞疲勞破壞屬于反復(fù)荷載作用下的脆性破壞；鋼材的疲勞強度與反復(fù)荷載引起的應(yīng)力種類（拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和復(fù)雜應(yīng)力等）、應(yīng)力循環(huán)形式、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、應(yīng)力集中程度和殘余應(yīng)力等有著直接關(guān)系。 應(yīng)力循環(huán)形式應(yīng)力比應(yīng)力幅應(yīng)力比反復(fù)荷載作用下，鋼材某點應(yīng)力循環(huán)幅值中絕對值最小應(yīng)力與絕對值最大應(yīng)力之比(拉為正、壓為負(fù))稱為應(yīng)力比。應(yīng)力幅反復(fù)荷載作用下，鋼材某點最大拉應(yīng)力與另一個幅值（拉為正壓為負(fù)）之差為應(yīng)力幅。疲勞強度鋼材在一定

5、次數(shù)N的反復(fù)荷載作用下發(fā)生疲勞破壞，則破壞應(yīng)力即為相應(yīng)于荷載次數(shù)N的疲勞強度。疲勞壽命相應(yīng)的上述的反復(fù)次數(shù)N則被稱為疲勞壽命。 疲勞極限循環(huán)無窮次而不破壞的應(yīng)力上限稱為疲勞極限。 各種應(yīng)力循環(huán)下的應(yīng)力比、應(yīng)力幅三、鋼材的疲勞1、常幅疲勞 應(yīng)力比： 應(yīng)力幅：疲勞強度計算公式：式中k當(dāng)為焊接結(jié)構(gòu)時k=1；當(dāng)為非焊接結(jié)構(gòu)時k=0.7 式中 容許應(yīng)力幅；C和是與構(gòu)件和連接分類的構(gòu)造有關(guān)的系數(shù)，見下表n循環(huán)次數(shù) 非常幅應(yīng)力循環(huán)（Miner法則）應(yīng)力幅 的作用次數(shù) 第 種應(yīng)力幅 應(yīng)力幅 為常量時疲勞破壞的循環(huán)次數(shù) 等效應(yīng)力三、鋼材的疲勞2、變幅疲勞和起重機梁的欠載效應(yīng)系數(shù) f變幅荷載的欠載效應(yīng)系數(shù)，對重級工作制硬鉤起重機f=1.0；重級工作制軟鉤起重機f=0.8；中級工作制起重機f=0.5。 四、建筑鋼材的規(guī)格和選用1、鋼的種類碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q195、Q215、Q235、Q255和Q275等 質(zhì)量等級：A、B、C、D，由低到高 F沸騰鋼；Z鎮(zhèn)靜鋼；b半鎮(zhèn)靜鋼 TZ特殊鎮(zhèn)靜鋼 Q235AF，b,(Z) 舊稱3號鋼 Q235BF，b,(Z) 常溫下Cv要求 Q235C（Z） 零度Cv要求 Q235D(TZ) -20Cv要求四、建筑鋼材的規(guī)格和選用1、鋼的種類低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼：Q295、Q345、Q390、Q420和Q460