ap2000鋼結(jié)構(gòu)的材料

1、鋼結(jié)構(gòu)的材料1整理課件1.較高的抗拉強度fu和屈服點fy；2.較好的塑性、韌性；3.良好的工藝性能（冷、熱加工，可焊性）；4.對環(huán)境的良好適應性。2.1 鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求2整理課件一、塑性破壞 破壞前有明顯的塑性變形，破壞過程長，斷口發(fā)暗，可以采取補救措施。 二、脆性破壞 壞前沒有明顯的變形和征兆，破壞時的變形遠比材料應有的變形能力小，破壞突然，斷口平直、發(fā)亮呈晶粒狀，無機會補救。2.2 鋼材的破壞形式3整理課件一、受拉、受壓、受彎及受剪時的性能（一）一次拉伸時的性能 1.條件：標準試件（GB22863），常溫（20） 下緩慢加載，一次完成。含碳量為0.1%0.3%。 標準試件：lo/d=5

2、、10；lo-標距； d -直徑2.3 鋼材的主要性能d4整理課件單擊圖片播放5整理課件2.階段劃分A.有屈服點鋼材-曲線可以分為五個階段： (1)彈性階段(OB段)OA段材料處于純彈性，即:AB段有一定的塑性變形, 但整個OB段卸載時，=0；E=206103N/mm2OBCDAE6整理課件（2）彈塑性階段（BC) 該段很短,表現(xiàn)出鋼材的非彈性性質(zhì); B屈服上限; C屈服下限(屈服點)（3）塑性階段（CD) 該段基本 保持不變（水 平), 急劇 增大,稱為屈 服臺階或流 幅段,變形模 量 E = 0OBCDAE7整理課件（4）強化階段(DE段)極限抗拉強度fu（5）頸縮階段(EF段)隨荷載的增

3、加緩慢增大,但增加較快OBCDAE8整理課件B.對無明顯屈服點的鋼材 該種鋼材在拉伸過程中沒有屈服階段，塑性變 形小，破壞突然。 設計時取相當于 殘余變形為0.2% 時所對應的應力 作為屈服點條 件屈服點fy=f0.20.2%fup9整理課件3.應力應變曲線的簡化1)fy與fb相差很??；2)超過 fy到屈服臺階終止的變形約為2.5%-3%，足以滿足考慮結(jié)構(gòu)的塑性變形發(fā)展的要求。 （1）鋼材可以簡化為理想彈塑性體2.5%-3%fy 00.15%10整理課件 （2）鋼材在靜載作用下： 強度計算以fy為依據(jù);fu為結(jié)構(gòu)的安全儲備。（3）斷裂時變形約為彈性變形的200倍，在破壞前 產(chǎn)生明顯可見的塑性

4、變形， 可及時補救， 故幾乎不可能發(fā)生。O0.15%22%fufyfu-fy11整理課件4.單向拉伸時鋼材的機械性能指標 （1）屈服點fy-應力應變曲線開始產(chǎn)生塑性流動時對應的應力，它是衡量鋼材的承載能力和確定鋼材強度設計值的重要指標。（2）抗拉強度fu-應力應變曲線最高點對應的應力，它是鋼材最大的抗拉強度。12整理課件（3）伸長率（4）斷面收縮率它是衡量鋼材塑性應變能力的重要指標。當l0/d=5時，用5表示，當l0/d=10時，用10表示。A0A113整理課件同單向拉伸時的性能，屈服點也相差不多。（二）受壓時的性能 采用短試件l0/d=3, 屈服點同單向拉伸時的屈服點。（三）受彎時的性能（四

5、）受剪時的性能抗剪強度可由折算應力計算公式得到：14整理課件二、冷彎性能 衡量鋼材塑性性能和質(zhì)量優(yōu)劣的綜合指標。add+2.1a15整理課件單擊圖片播放16整理課件三、沖擊韌性 衡量鋼材在動力（沖擊）荷載、復雜應力作用下抗脆性破壞能力的指標，用斷裂時吸收的總能量（彈性和非彈性能）來表示。17整理課件(a)梅氏U型缺口 (b)夏比V型缺口 由試件斷裂吸收的能量Cv來衡鋼材的沖擊韌性， 單位：J。Cv受溫度的影響18整理課件沖擊韌性試驗裝置單擊圖片播放19整理課件鋼材的機械性能指標1、屈服點fy；2、伸長率；3、抗拉強度fu；4、冷彎試驗；5、沖擊韌性Cv (包括常溫沖擊韌性、 0度時沖擊韌性 負

6、溫沖擊韌性）。小 節(jié)20整理課件 一、化學成分 普通碳素鋼中Fe占99%，其他雜質(zhì)元素占1%； 普通低合金鋼中合金元素5%。 1. 碳（C）：鋼材強度的主要來源，隨其含量增加，強度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蝕性降低。 一般控制在0.22%以下， 在0.2以下時，可焊性良好。 2.4 各種因素對鋼材性能的影響21整理課件 2.硫（S）：有害元素，熱脆性。不得超過0.05%。 3.磷（P）：有害元素，冷脆性。抗腐蝕能力略有提高，可焊性降低。不得超過0.045%。 4.錳（Mn）：合金元素。弱脫氧劑。與S形成MnS，熔點1600，可以消除一部分S的有害作用。 5.硅（Si）：合金元素。強脫氧劑

7、。 6.釩（V）：合金元素。細化晶粒，提高強度，其碳化物具有高溫穩(wěn)定性，適用于受荷較大的焊接結(jié)構(gòu)。22整理課件7.氧（O）：有害雜質(zhì)，與S相似。8.氮（N）：有害雜質(zhì)，與P相似。9.銅（Cu）：提高抗銹蝕性，提高強度，對可焊性有影響。二冶金缺陷常見的冶金缺陷有：偏析：化學成分分布的不均勻程度；非金屬夾雜；氣孔；裂紋等。23整理課件三、鋼材的硬化 冷作硬化當荷載超過材料比例極限卸載后，出現(xiàn)殘余變形，再次加載則比例極限（或屈服點）提高的現(xiàn)象，也稱“應變硬化”。 時效硬化隨時間的增長，碳和氮的化合物從晶體中析出，使材料硬化的現(xiàn)象。 應變時效鋼材產(chǎn)生塑性變形時，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同時可

8、以加速時效硬化，因此也稱“人工時效”。24整理課件25整理課件四、溫度影響 1正溫范圍 200以內(nèi)對鋼材性能無大影響，該范圍內(nèi)隨溫度升高總的趨勢是強度、彈性模量降低，塑性增大。8006004002000N/mm2Efufy200400600溫度對鋼材機械性能的影響20406080%220210200190180170160Ex103T(0C)26整理課件 250左右抗拉強度略有提高，塑性降低，脆性增加蘭脆現(xiàn)象，該溫度區(qū)段稱為“蘭脆區(qū)”。 260320產(chǎn)生徐變現(xiàn)象。 600左右彈性模量趨于零 ，承載能力幾乎完全喪失。27整理課件 當溫度低于常溫時，鋼材的脆性傾向隨溫度降低而增加，材料強度略有提高

9、，但其塑性和韌性降低，該現(xiàn)象稱為低穩(wěn)冷脆。2負溫范圍脆性破壞轉(zhuǎn)變過渡區(qū)段塑性破壞反彎點試驗溫度T0C沖擊斷裂功CvT1T2T0沖擊韌性與溫度的關(guān)系曲線28整理課件五、應力集中1.應力集中的概念 構(gòu)件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突變時，應力不均勻，力線變曲折，缺陷處有高峰應力應力集中。29整理課件2.應力集中的影響30整理課件3.減小應力集中現(xiàn)象的措施 1:2.5 由于鋼材具有良好的塑性性能，當承受靜力荷載且在常溫下工作時，只要符合規(guī)范規(guī)定的設計要求，可以不考慮應力集中的影響。31整理課件六、反復荷載作用（疲勞問題）七、板厚、直徑的影響32整理課件八、焊接殘余應力33整理課件）材料由彈性轉(zhuǎn)入塑

10、性的強度指標用變形時單位體積中積聚的能量來表達；2.5 復雜應力作用下鋼材的屈服條件假定：）當復雜應力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時的變形能時，鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。34整理課件oZXY單元體受復雜應力（應力分量）單元體受主應力35整理課件1.以應力分量表示2.以主應力表示材料處于彈性狀態(tài)材料處于塑性狀態(tài)36整理課件圖示簡支梁1-1截面腹板與翼緣交界A點的應力1-1A對于薄板，厚度方向的應力很小，為平面受力狀態(tài)。PPMM11AXVY37整理課件一般的梁，只存在正應力和剪應力，則：2-2AVM22AYXq38整理課件 3-3APMVP33YXM3-3 截面僅有剪力，彎矩、局部壓力均為零，故該截面除剪

11、應力外，正應力均為零，即為純剪狀態(tài)。39整理課件一、概念1、循環(huán)荷載結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受的隨時間變化的荷載。PP11A1-1A2.6 鋼材的疲勞單擊圖片播放40整理課件（1）應力循環(huán)（2）應力循環(huán)特征應力比-構(gòu)件截面應力隨時間的變化。（3）應力幅 在循環(huán)荷載作用下，應力從最大到最小重復一次為一次循環(huán)，最大應力與最小應力之差為應力幅:為常量常幅循環(huán)：為變量變幅循環(huán)：+-t41整理課件2.鋼材的疲勞 在循環(huán)荷載（連續(xù)反復荷載）作用下，經(jīng)過有限次循環(huán)，鋼材發(fā)生破壞的現(xiàn)象，稱之為疲勞。3.疲勞破壞的機理 疲勞破壞是積累損傷的結(jié)果。缺陷微觀裂紋宏觀裂紋。4.疲勞破壞的特征屬于脆性破壞，截面平均應力小于屈服點。

12、42整理課件5.影響鋼材疲勞的主要因素（1）構(gòu)件和連接的分類 規(guī)范將構(gòu)件和連接的種類分為 8類，第1類為軋制的型鋼（殘余應力小）疲勞強度最高；第8類為角焊縫應力集中最嚴重疲勞強度最低。 詳見鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范“疲勞計算的構(gòu)件和連接分類（附錄E）”。43整理課件 應力幅對焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強度有很大影響，而與名義最大應力max和應力比無關(guān)。44整理課件（3）應力循環(huán)次數(shù)N（疲勞壽命）應力循環(huán)次數(shù)N5104，不需要進行疲勞計算。 應力幅越低，作用循環(huán)次數(shù)越多，疲勞壽命越高； 應力幅相同，作用的循環(huán)次數(shù)越多，疲勞壽命越高。0NX105N1N2fy12345645整理課件 由試驗結(jié)果，以及上述分析可知鋼材的疲

13、勞強度主要與構(gòu)件和連接分類（內(nèi)部缺陷、應力集中、殘余應力）、應力循環(huán)次數(shù)和應力幅有關(guān)。 焊接部位的疲勞強度與鋼材的靜力強度(屈服點fy)基本無關(guān)。 對于只有壓應力的應力循環(huán)作用，由于鋼材內(nèi)部缺陷不易開展，則不會發(fā)生疲勞破壞，不必進行疲勞計算。46整理課件一、鋼的種類 1、碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T 700-88）-低碳鋼牌號 Q235-質(zhì)量等級（A、B、C、D） 澆注方法（F、Z、Tz） A-保證fu、fy、，P、S含量 B-保證fu,fy,冷彎，常溫時Cv，P，S，C含量； C-保證 fu,fy,冷彎,0oC時Cv，P，S，C含量; D-保證fu,fy,冷彎,-20oC時Cv，P，S，C含量;2.

14、7 鋼材的種類和規(guī)格47整理課件二、鋼材的選擇（一）選擇鋼材的原則1結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性；48整理課件（二）鋼材選擇建議1、承重結(jié)構(gòu)的鋼材宜采用Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼，其質(zhì)量應分別符合國家標準碳素結(jié)構(gòu)鋼GB/T700和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼GB/T1591的規(guī)定。當采用其他牌號的鋼材時，尚符合相應有關(guān)標準的規(guī)定和要求。 2、承重結(jié)構(gòu)的鋼材應具有抗拉強度、伸長率、屈服強度和硫、磷含量的合格保證，對焊接結(jié)構(gòu)尚具有含碳量的合格保證。49整理課件 3、對于需要驗算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)，應具有常溫沖擊韌性的合格保證；當結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于0但高于20時，Q235鋼和Q345鋼應具有0沖擊韌

15、性合格的保證； 對于Q390鋼和Q420鋼應具有20沖擊韌性的合格保證。 當結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于20時，對Q235鋼和Q345鋼應具有20沖擊韌性的合格保證； 對Q390和Q420鋼應具有40沖擊韌性的合格保證。 50整理課件 4、對于需要驗算疲勞的非焊接結(jié)構(gòu)的鋼材亦應具有常溫沖擊韌性的合格保證，當結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于20時，對Q235鋼和Q345鋼應具有0沖擊韌性合格的保證；對Q390鋼和Q420鋼應具有20沖擊韌性的合格保證。5、重要的受拉或受彎的焊接構(gòu)件中，厚度大于等于16mm的鋼材應具有常溫沖擊韌性合格的保證。 6、當焊接結(jié)構(gòu)為防止鋼材的層狀撕裂而采用 Z 向鋼時，其材質(zhì)應符合現(xiàn)行

16、國家標準厚度方向性能鋼板GB/T5313的規(guī)定。 51整理課件8、對于外露環(huán)境，且對大氣腐蝕有特殊要求的或在腐蝕性氣態(tài)和固態(tài)介質(zhì)作用下的承重結(jié)構(gòu)，宜采用耐候鋼，其質(zhì)量要求應符合現(xiàn)行國家標準焊接耐候鋼GB/T4172的規(guī)定。 7、鋼板的抗撕裂性能采用厚度方向的斷面收縮率z來評定。該標準將沿厚度方向的斷面收縮率分為三個等級，即Z15，Z25，Z35，分別對應其允許值。52整理課件三、鋼材的規(guī)格 熱軋成型的鋼板和型鋼，冷彎（或冷壓）成型的薄壁型鋼。（一）熱軋鋼板（表示方法 寬厚度長度 ）分為:厚板（厚度4.5-60mm)薄板（厚度0.35-4mm)扁鋼： 厚度4-60mm， 寬度20-200mm。53整理課件(二）熱軋型鋼1.工字鋼2.槽鋼工字鋼根據(jù)截面高度h及厚度分類a(或b、c)槽鋼根據(jù)截面高度h及厚度分類a(或b、c)54整理課件3.角鋼肢寬度肢厚度 等肢角鋼長肢寬度短肢寬度肢厚度 不等肢角鋼55整理課件4.H型鋼分為：寬翼緣HW、中翼緣HM、窄翼緣HNbht1t2表示方法： H高度寬度腹板厚度翼緣厚度如：