文档介绍：2011结构工程师辅导:钢结构考点(1)
第十五章钢结构
第一节钢结构的材料
一、钢的种类
钢结构所用的钢材主要为碳素钢和低合金钢二类。钢结构所用钢种如下:
碳素钢:普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、锅炉用碳素钢
低合金钢:低合金高强度结构钢、焊接结构用耐候钢、高耐候性结构钢、桥梁用结构钢、锅炉用低合金钢
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二、钢材的力学性能
(一)强度
1,钢材均匀受拉的工作特性
(1)弹性阶段——OAE段
OA段为线弹性工作阶段,fp为比例极限;AE段为非线弹性工作阶段,fe为弹性极限。
(2)弹塑性阶段--EC段
σ与ε不呈比例,除弹性变形外还有塑性变形,fy为屈服强度,又叫屈服点、流限。
(3)屈服阶段——CF段
钢材(试件)完全屈服,σ不增加(保持fy)而ε骤增。
(4)强化阶段——FB段
钢材内部组织滑动后,重新排列和建立了新的平衡,弹性未完全恢复故塑性特性明显。
(5)颈缩阶段——BD段
应力超过fu后,试件出现“颈缩”而断裂,人为抗拉强度,又叫极限强度、抗拉极限。
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(1)强度指标fp、fe、fy很接近,且在屈服前应变很小,对Q235εp≈%(εy≈%),可以把三点看作为一点,并以屈服点fy作为代表。
(2)应力小于fy时,钢材处于弹性阶段工作,而当应力达到fy后,钢材因屈服而产生很大变形,在构件设计中一般将fy作为确定钢材设计强度的依据。
(3)应力大于fy但小于fu,材料尚未最后破坏,当应力大于fu则造成破坏。比值fu/fy可以看作是衡量钢材强度储备的一个系数。
(4)钢材在屈服点前的性质接近理想的弹性体,而屈服点后的流幅现象又接近理想的塑性体,并且流幅的范围又是足够大(对Q235ε=%~%),故可认为钢材是最理想的弹性—塑性体。
注:(1)以上工作特性是由单向均匀受拉静力试验结果得出。对于受力情况复杂的实际构件仅供参考。
(2)强度指标是重要依据之一,但单凭这一指标不足以完全判定结构是否安全可靠。
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(四)冷弯性能
冷弯性能:钢材在冷加工产生塑性变形时,对产生裂缝的抵抗能力。
冷弯性能指标:冷弯试验通过冷弯冲头加压(d=1a:2a)当试件弯曲至某一规定角度。时(一般a=1800)(如图15-1-7),检查弯曲部分的外面、里面、侧面,如无裂纹、裂断、分层等即合格。
冷弯试验一方面是检验钢材能否适应构件制作中的冷加工工艺过程,另一方面通过试验还能暴露出钢材的内部缺陷(颗粒组织、结晶情况和非金属夹杂物分布等缺陷),鉴定钢材的塑性和可焊性。
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(五)沿板厚方向性能
在焊接承重结构中,对沿厚度方向受拉的接头,必须防止钢材的层状撕裂。对于板厚大于40mm的钢板需进行沿板厚方向性能试验。
试件应取沿板厚方向,检查断面收缩率Ψ是否满足正方向性能等级要求,其含硫量比一般结构用钢的含硫量严格,%。
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(六)可焊性
可焊性:在一定材料,工艺和结构条件下,钢材经过焊接后能够获得良好的焊接接头的性能。
可焊性又分为施工上的可焊性和使用性能上的可焊性。施工上的可焊性,指(焊接接头的)焊缝金属产生裂纹的敏感性,以及由于焊接加热的影响,近缝区钢材的硬化和产生裂纹的敏感性,可焊性好就不产生裂纹。使用性能上的可焊性,指焊接接头和焊缝的缺口冲击韧性和热影响区的延伸性(塑性),要求焊接结构在施焊后的力学性能不低于母材的力学性能。
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(七)耐久性
耐腐蚀性:通过油漆等表面防护措施提高钢材的耐腐蚀能力。
耐老化性:随着时间的增长,钢材出现所谓“时效”现象,即“老化”现象。
耐长期高温性:在长期高温条件下工作的钢材,其破坏强度比静力拉伸试验的强度低得多,应另行测定“持久强度”。
耐疲劳性:钢结构或构件在长期连续的交变荷载或重复荷载作用下,虽应力低于人也往往会发生破坏,叫“疲劳破坏”。
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四、钢材的品种、牌号和选用
(一)钢材的品种和牌号
钢材的品种繁多,性能各异,在钢结构中采用的钢材主要有二个种类,一是碳素结构钢(或称普通碳素钢),二是低合金钢。
我国碳素结构钢有五种牌号,Q235是钢结构常用的钢材品种。其中Q是屈服点的意思,235代表钢材屈服强度(单位为N/mm2)。
Q235按质量等级、脱氧方法不同,分别表示如下:
AB(F, b, Z). C(Z). D(TZ