鋼結(jié)構(gòu)材料課件

鋼結(jié)構(gòu)材料

第一節(jié)鋼材在單向均勻受拉時的工作性能1、彈性階段（OA段）

OA段符合虎克定律：σ=Eε2、屈服階段（AC段）3、強(qiáng)化階段（CD段）4、頸縮階段（DE段）討論：1)、因fp與fy的值很接近，實際工程中常以為fy鋼材單向均勻受拉時彈、塑性的分界。

σ

fy時彈性階段；σ＞fy時塑性階段2)、fy為鋼材屈服點，設(shè)計中把它看作構(gòu)件應(yīng)力可達(dá)到的限值。fu為抗拉強(qiáng)度，設(shè)計中視為鋼材抗破斷能力的限值，也是鋼材機(jī)械性能的一項重要指標(biāo)。fy/fu稱為屈強(qiáng)比，表明設(shè)計強(qiáng)度的儲備能力。fy/fu越大，強(qiáng)度儲備越小。fy/fu越小，強(qiáng)度儲備越大。強(qiáng)度儲備越大，越安全，但fy/fu太小時，強(qiáng)度利用率低，不經(jīng)濟(jì)。第二節(jié)鋼結(jié)構(gòu)對材料性能的要求1、強(qiáng)度：fy，fu是兩項重要的強(qiáng)度指標(biāo)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計強(qiáng)度一般均依據(jù)fy確定。2、塑性：當(dāng)鋼材應(yīng)力超過屈服點後，能產(chǎn)生顯著的殘餘變形（塑性變形）而不立即破壞的性質(zhì)。主要指標(biāo)：伸長率δ：δ＝x100﹪斷面收縮率ψ：ψ＝x100﹪3、韌性：鋼材抵抗衝擊荷載的能力。它與塑性有關(guān)但又不完全相同，是強(qiáng)度與塑性的綜合表現(xiàn)。韌性指標(biāo)：

4、可焊性：

施工上的可焊性：指焊縫金屬產(chǎn)生裂紋的敏感性。使用性能上的可焊性：要求焊縫處的機(jī)械性能不低於母材的機(jī)械性能。5、冷彎性能

鋼材的冷彎性能是衡量鋼材在常溫下彎曲加工產(chǎn)生塑性變形時對產(chǎn)生裂紋的抵抗能力的一項指標(biāo)。冷彎試驗是鑒定鋼材品質(zhì)的一種好方法，常作為靜力拉伸試驗和衝擊試驗的補(bǔ)充試驗。綜上所述：fy，fu,δ被認(rèn)為是承重鋼結(jié)構(gòu)對鋼材要求所必需的三項基本機(jī)械性能指標(biāo)。機(jī)械性能的六項指標(biāo)：屈服點fy，抗拉強(qiáng)度fu，伸長率δ，180°冷彎，常溫及負(fù)溫衝擊韌性。第三節(jié)影響鋼材力學(xué)性能的因素1、化學(xué)成分的影響；2、冶金和軋製過程的影響；3、時效的影響；4、冷作硬化的影響；5、溫度的影響；6、應(yīng)力集中和殘餘應(yīng)力的影響；7、複雜應(yīng)力狀態(tài)的影響。1、化學(xué)成分的影響；

有益元素：Mn、Si、V、Cu…

有害元素：S、P、O、N…2、冶金和軋製過程的影響：1)、冶煉方法分類：平爐煉鋼法頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐側(cè)吹（空氣）轉(zhuǎn)爐煉鋼2)、去氧方法：沸騰鋼（F）鎮(zhèn)靜鋼（Z）半鎮(zhèn)靜鋼（b）3)、鋼材的軋製：在1200～1300℃高溫下，經(jīng)軋製細(xì)化了鋼的晶粒，焊合了小氣泡、裂紋等缺陷，使金屬組織更緻密。

軋製鋼材強(qiáng)度、塑性、韌性均較好，且薄板比厚板力學(xué)性能更好。

3、時效影響：

時效硬化指鋼材僅隨時間的增長而轉(zhuǎn)脆。4、冷作硬化的影響：鋼結(jié)構(gòu)冷加工過程引起的硬化稱為冷作硬化。如剪、沖、折、鑽…導(dǎo)致強(qiáng)度提高，塑性韌性降低。5、溫度的影響：1).升溫情況：

200～250℃時，fu提高但塑性、韌性有所降低，此時的破壞稱“藍(lán)脆”現(xiàn)象。

250～350℃

時，fy

、fu、E顯著降低，δ增大，易產(chǎn)生“徐變”現(xiàn)象。

400～600℃

時，fy

、fu、E急劇下降，600℃

時承載力幾乎完全喪失。2).降溫情況：設(shè)計時要防止脆性破壞，因而選材時應(yīng)使其轉(zhuǎn)變溫度下限T1低於結(jié)構(gòu)工作環(huán)境溫度。如：Q235鋼，計算溫度≥

－15℃。6、應(yīng)力集中和殘餘應(yīng)力的影響；7、複雜應(yīng)力狀態(tài)的影響：

在複雜受力情況下，按材力能量強(qiáng)度理論推導(dǎo)可用折算應(yīng)力σzs

來判斷其工作狀態(tài)：三向應(yīng)力：

σzs＝

當(dāng)σzs<fy時，彈性狀態(tài)。當(dāng)σzs≥fy時，塑性狀態(tài)。雙向應(yīng)力：

σzs＝

一般梁中，只有和，則σzs＝純剪時，σ＝0，則σzs＝

取σzs＝＝fy,則

＝0.58fy

表示剪應(yīng)力達(dá)到0.58fy時，鋼材將進(jìn)入塑性狀態(tài)第四節(jié)鋼材的選用一、鋼的種類和代號結(jié)構(gòu)用鋼：普通碳素鋼（低碳C≤0.25﹪)

合金鋼（低合金，合金元素<5﹪)1、碳素結(jié)構(gòu)鋼主要五種：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275

鋼號表示方法舉例：

Q235－A·FQ235－B·bQ235－CQ235－DQ—

屈服點，235—表示fy=235N/mm2A—

無衝擊要求B—20℃衝擊功＝27JC—0℃衝擊功＝27JD—-20℃衝擊功＝27JF—

沸騰，b—

半鎮(zhèn)靜2、低合金鋼：

16Mn—

含碳量0.16%,合金元素為Mn

15MnV—含碳量0.15%,合金元素為Mn、V3、專用結(jié)構(gòu)鋼：

16Mnq15MnVq二、選用鋼材的原則：結(jié)構(gòu)重要性荷載特性連接方法工作溫度

第五節(jié)鋼材的規(guī)格1、鋼板：厚鋼板：厚4.5～60mm,寬600～3000mm

薄鋼板：厚0.35～4mm,寬500～1500mm

扁鋼：厚3～60mm,寬100～200mm2、型鋼：角鋼：等邊L100×8

不等邊L140×90×8

工字鋼：Ⅰ20a、Ⅰ20b

槽鋼：[30a[25b

鋼管：Φ102×5＝Φ外徑×壁厚第六節(jié)鋼材的疲勞和疲勞強(qiáng)度1、一般概念1)、疲勞破壞的特點：

a)呈現(xiàn)脆性破壞特徵

b)破壞時，截面的應(yīng)力低於鋼材的抗拉強(qiáng)度，甚至低於

fy,破壞斷口整齊。2)、疲勞破壞：鋼材在迴圈應(yīng)力多次反復(fù)作用下裂紋生成，擴(kuò)展以致斷裂的破壞現(xiàn)象。3)、疲勞強(qiáng)度：構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下，經(jīng)過一定次數(shù)的迴圈後出現(xiàn)疲勞破壞時的最大應(yīng)力。2、影響疲勞強(qiáng)度的因素1)、與應(yīng)力迴圈的特徵有關(guān)

應(yīng)力比

或應(yīng)力幅

2)、與荷載作用性質(zhì)有關(guān)

以拉為主時，疲勞強(qiáng)度較低以壓為主時，疲勞強(qiáng)度較高Δ3)、與迴圈次數(shù)有關(guān)當(dāng)n>2×106

次時，σ已趨於穩(wěn)定，稱為疲勞強(qiáng)度的極限。4)、應(yīng)力集中和殘餘應(yīng)力凡出現(xiàn)應(yīng)力集中的地方，都會加速疲勞的破壞。p第七節(jié)結(jié)構(gòu)疲勞計算1、常幅疲勞

對應(yīng)焊接部位對應(yīng)非焊接部位

c，—係數(shù)，見表8－2(p310)ΔΔ[ΔΔΔ2、變幅疲勞：若能預(yù)測結(jié)構(gòu)在使用壽命期間各種荷載應(yīng)力幅水準(zhǔn)以及迴圈次數(shù)分佈所構(gòu)成的設(shè)計應(yīng)力譜。即：已知

,

…

及相應(yīng)迴圈次數(shù)n1,n2…nn

則按積累損傷原理把變幅疲勞折合成等效疲勞問題。3、吊車梁的疲勞驗算（沒有設(shè)計應(yīng)力譜的變幅疲勞）安按等效常幅疲勞計算

即