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(qiáng)度fu和屈服點(diǎn)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(duì)環(huán)境的良好適應(yīng)性。2.1 鋼結(jié)構(gòu)對(duì)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(zhǎng)，斷口發(fā)暗，可以采取補(bǔ)救措施。 二、脆性破壞 壞前沒有明顯的變形和征兆，破壞時(shí)的變形遠(yuǎn)比材料應(yīng)有的變形能力小，破壞突然，斷口平直、發(fā)亮呈晶粒狀，無機(jī)會(huì)補(bǔ)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(shí)的性能（一）一次拉伸時(shí)的性能 1.條件：標(biāo)準(zhǔn)試件（GB22863），常溫（20） 下緩慢加載，一次完成。含碳量為0.1%0.3%。 標(biāo)準(zhǔn)試件：lo/d=5

2、、10；lo-標(biāo)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(diǎn)鋼材-曲線可以分為五個(gè)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(gè)OB段卸載時(shí)，=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(diǎn))（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(tái)階或流 幅段,變形模 量 E = 0OBCDAE7整理課件（4）強(qiáng)化階段(DE段)極限抗拉強(qiáng)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(duì)無明顯屈服點(diǎn)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(shè)計(jì)時(shí)取相當(dāng)于 殘余變形為0.2% 時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力 作為屈服點(diǎn)條 件屈服點(diǎn)fy=f0.20.2%fup9整理課件3.應(yīng)力應(yīng)變曲線的簡(jiǎn)化1)fy與fb相差很?。?)超過 fy到屈服臺(tái)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(jiǎn)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(qiáng)度計(jì)算以fy為依據(jù);fu為結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備。（3）斷裂時(shí)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(shí)補(bǔ)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(shí)鋼材的機(jī)械性能指標(biāo) （1）屈服點(diǎn)fy-應(yīng)力應(yīng)變曲線開始產(chǎn)生塑性流動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，它是衡量鋼材的承載能力和確定鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的重要指標(biāo)。（2）抗拉強(qiáng)度fu-應(yīng)力應(yīng)變曲線最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，它是鋼材最大的抗拉強(qiáng)度。12整理課件（3）伸長(zhǎng)率（4）斷面收縮率它是衡量鋼材塑性應(yīng)變能力的重要指標(biāo)。當(dāng)l0/d=5時(shí)，用5表示，當(dāng)l0/d=10時(shí)，用10表示。A0A113整理課件同單向拉伸時(shí)的性能，屈服點(diǎn)也相差不多。（二）受壓時(shí)的性能 采用短試件l0/d=3, 屈服點(diǎn)同單向拉伸時(shí)的屈服點(diǎn)。（三）受彎時(shí)的性能（四

5、）受剪時(shí)的性能抗剪強(qiáng)度可由折算應(yīng)力計(jì)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?jī)?yōu)劣的綜合指標(biāo)。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(dòng)力（沖擊）荷載、復(fù)雜應(yīng)力作用下抗脆性破壞能力的指標(biāo)，用斷裂時(shí)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(yàn)裝置單擊圖片播放19整理課件鋼材的機(jī)械性能指標(biāo)1、屈服點(diǎn)fy；2、伸長(zhǎng)率；3、抗拉強(qiáng)度fu；4、冷彎試驗(yàn)；5、沖擊韌性Cv (包括常溫沖擊韌性、 0度時(shí)沖擊韌性 負(fù)

6、溫沖擊韌性）。小 節(jié)20整理課件 一、化學(xué)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(qiáng)度的主要來源，隨其含量增加，強(qiáng)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(shí)，可焊性良好。 2.4 各種因素對(duì)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?？垢g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(diǎn)1600，可以消除一部分S的有害作用。 5.硅（Si）：合金元素。強(qiáng)脫氧劑

7、。 6.釩（V）：合金元素。細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)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(qiáng)度，對(duì)可焊性有影響。二冶金缺陷常見的冶金缺陷有：偏析：化學(xué)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(dāng)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(diǎn)）提高的現(xiàn)象，也稱“應(yīng)變硬化”。 時(shí)效硬化隨時(shí)間的增長(zhǎng)，碳和氮的化合物從晶體中析出，使材料硬化的現(xiàn)象。 應(yīng)變時(shí)效鋼材產(chǎn)生塑性變形時(shí)，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同時(shí)可

8、以加速時(shí)效硬化，因此也稱“人工時(shí)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(duì)鋼材性能無大影響，該范圍內(nèi)隨溫度升高總的趨勢(shì)是強(qiáng)度、彈性模量降低，塑性增大。8006004002000N/mm2Efufy200400600溫度對(duì)鋼材機(jī)械性能的影響20406080%220210200190180170160Ex103T(0C)26整理課件 250左右抗拉強(qiáng)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(dāng)溫度低于常溫時(shí)，鋼材的脆性傾向隨溫度降低而增加，材料強(qiáng)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(fù)溫范圍脆性破壞轉(zhuǎn)變過渡區(qū)段塑性破壞反彎點(diǎn)試驗(yàn)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(yīng)力集中1.應(yīng)力集中的概念 構(gòu)件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突變時(shí)，應(yīng)力不均勻，力線變曲折，缺陷處有高峰應(yīng)力應(yīng)力集中。29整理課件2.應(yīng)力集中的影響30整理課件3.減小應(yīng)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(dāng)承受靜力荷載且在常溫下工作時(shí)，只要符合規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)要求，可以不考慮應(yīng)力集中的影響。31整理課件六、反復(fù)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(yīng)力33整理課件）材料由彈性轉(zhuǎn)入塑

10、性的強(qiáng)度指標(biāo)用變形時(shí)單位體積中積聚的能量來表達(dá)；2.5 復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件假定：）當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時(shí)的變形能時(shí)，鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。34整理課件oZXY單元體受復(fù)雜應(yīng)力（應(yīng)力分量）單元體受主應(yīng)力35整理課件1.以應(yīng)力分量表示2.以主應(yīng)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(jiǎn)支梁1-1截面腹板與翼緣交界A點(diǎn)的應(yīng)力1-1A對(duì)于薄板，厚度方向的應(yīng)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(yīng)力和剪應(yīng)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(yīng)力外，正應(yīng)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(shí)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(yīng)力循環(huán)（2）應(yīng)力循環(huán)特征應(yīng)力比-構(gòu)件截面應(yīng)力隨時(shí)間的變化。（3）應(yīng)力幅 在循環(huán)荷載作用下，應(yīng)力從最大到最小重復(fù)一次為一次循環(huán)，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之差為應(yīng)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(fù)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(jī)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(yīng)力小于屈服點(diǎn)。

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(yīng)力小）疲勞強(qiáng)度最高；第8類為角焊縫應(yīng)力集中最嚴(yán)重疲勞強(qiáng)度最低。 詳見鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范“疲勞計(jì)算的構(gòu)件和連接分類（附錄E）”。43整理課件 應(yīng)力幅對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有很大影響，而與名義最大應(yīng)力max和應(yīng)力比無關(guān)。44整理課件（3）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N（疲勞壽命）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N5104，不需要進(jìn)行疲勞計(jì)算。 應(yīng)力幅越低，作用循環(huán)次數(shù)越多，疲勞壽命越高； 應(yīng)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(yàn)結(jié)果，以及上述分析可知鋼材的疲

13、勞強(qiáng)度主要與構(gòu)件和連接分類（內(nèi)部缺陷、應(yīng)力集中、殘余應(yīng)力）、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和應(yīng)力幅有關(guān)。 焊接部位的疲勞強(qiáng)度與鋼材的靜力強(qiáng)度(屈服點(diǎn)fy)基本無關(guān)。 對(duì)于只有壓應(yīng)力的應(yīng)力循環(huán)作用，由于鋼材內(nèi)部缺陷不易開展，則不會(huì)發(fā)生疲勞破壞，不必進(jìn)行疲勞計(jì)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(hào) Q235-質(zhì)量等級(jí)（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(shí)Cv，P，S，C含量； C-保證 fu,fy,冷彎,0oC時(shí)Cv，P，S，C含量; D-保證fu,fy,冷彎,-20oC時(shí)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(yīng)分別符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)碳素結(jié)構(gòu)鋼GB/T700和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼GB/T1591的規(guī)定。當(dāng)采用其他牌號(hào)的鋼材時(shí)，尚符合相應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求。 2、承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保證，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)尚具有含碳量的合格保證。49整理課件 3、對(duì)于需要驗(yàn)算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證；當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于0但高于20時(shí)，Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0沖擊韌

15、性合格的保證； 對(duì)于Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有20沖擊韌性的合格保證。 當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于20時(shí)，對(duì)Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有20沖擊韌性的合格保證； 對(duì)Q390和Q420鋼應(yīng)具有40沖擊韌性的合格保證。 50整理課件 4、對(duì)于需要驗(yàn)算疲勞的非焊接結(jié)構(gòu)的鋼材亦應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證，當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于20時(shí)，對(duì)Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0沖擊韌性合格的保證；對(duì)Q390鋼和Q420鋼應(yīng)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(yīng)具有常溫沖擊韌性合格的保證。 6、當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)為防止鋼材的層狀撕裂而采用 Z 向鋼時(shí)，其材質(zhì)應(yīng)符合現(xiàn)行

16、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)厚度方向性能鋼板GB/T5313的規(guī)定。 51整理課件8、對(duì)于外露環(huán)境，且對(duì)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(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(píng)定。該標(biāo)準(zhǔn)將沿厚度方向的斷面收縮率分為三個(gè)等級(jí)，即Z15，Z25，Z35，分別對(duì)應(yīng)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(zhǎng)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(zhǎng)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：