文档介绍：第2章钢结构的材料
对钢结构用材的要求
钢材的主要性能及其鉴定
影响钢材性能的因素
钢材的延性破坏和非延性破坏循环加载和快速加载
建筑钢材的类别及钢材的选用
主要内容:
重点:
对钢结构用材的要求
建筑钢材的类别及钢材的选用
第2章钢结构的材料
对钢结构用材的要求
较高的强度。即抗拉强度fu和屈服点fy比较高。
足够的变形能力。即塑性和韧性性能好。
良好的加工性能。即适合冷、热加工,良好的可焊性。
适应低温、有害介质侵蚀(包括大气锈蚀)以及重复荷载作用等的性能。
容易生产,价格便宜。
《钢结构设计规范》(GB50017—2002)推荐的普通碳素结构钢Q235钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390及Q420是符合上述要求的。
选用GB50017规范还未推荐的钢材时,需有可靠依据。以确保钢结构的质量。
第2章钢结构的材料
钢材的主要性能及其鉴定
钢材的一次拉伸应力-应变曲线
单向拉伸时的工作性能
条件:常温、静载条件下一次拉伸
第2章钢结构的材料
P
这是应力-应变图中直线段的最大应力值。严格地说,比 P略高处还有弹性极限,但弹性极限与 P极其接近,所以通常略去弹性极限的点,把 P看做是弹性极限。
y
应变在P之后不再与应力成正比,而是渐渐加大,应力-应变间成曲线关系,一直到屈服点。
u
屈服平台之后,应变增长时又需有应力的增长,但相对地说·应变增加得快,呈现曲线关系直到最高点。
第2章钢结构的材料
5和10
伸长率是断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比。取圆形试件直径d的五倍或十倍为标定长度,其相应的伸长率用5和10表示,伸长率代表材料断裂前具有的塑性变形的能力。结构制造时,这种能力使材料经受剪切、冲压、弯曲及锤击所产生的局部屈服而无明显损坏。
屈服点、抗拉强度和伸长率,是钢材的三个重要力学性能指标。钢结构中所采用的钢材都应满足钢结构设计规范对这三项力学性能指标的要求。
第2章钢结构的材料
屈服点是建筑钢材的一个重要力学特性,其意义是:
,或材料抗力标准。应力达到y时的应变与P时的应变较接近,可以认为应力达到y时为弹性变形的终点。同时,达到y 后在一个较大的应变范围内应力不会继续增加,表示结构一时丧失继续承担更大荷载的能力,故此以y作为弹性计算时强度的标准。
,为发展钢结构计算理论提供基础。y之前,钢材近于理想弹性体, y之后,塑性应变范围很大而应力保持不增长,所以接近理想塑性体。因此,可以用两根直线的图形作为理想弹塑性体的应力-应变模型。钢结构设计规范对塑性设计的规定,就以材料是理想弹塑性体的假设为依据,忽略了应变硬化的有利作用。
第2章钢结构的材料
钢材的冷弯试验
冷弯性能
根据试样厚度,按规定的弯心直径将试样弯曲180度,其表面及侧无裂纹或分层则为“冷弯试验合格”。“冷弯试验合格”一方面同伸长率符合规定一样,表示材料塑性变形能力符合要求,另一方面表示钢材的冶金质量(颗粒结晶及非金属夹杂分布,甚至在一定程度上包括可焊性)符合要求,因此,冷弯性能是判别钢材塑性变形能力及冶金质量的综合指标。重要结构中需要有良好的冷热加工的工艺性能时,应有冷弯试验合格保证。
第2章钢结构的材料
冲击韧性
与抵抗冲击作用有关的钢材的性能是韧性。韧性是钢材断裂时吸收机械能能力的量度。吸收较多能量才断裂的钢材,是韧性好的钢材。钢材在一次拉伸静载作用下断裂时所吸收的能量,用单位体积吸收的能量来表示,其值等于应力-应变曲线下的面积。塑性好的钢材,其应力-应变曲线下的面积大,所以韧性值大。然而,实际工作中,不用上述方法来衡量钢材的韧性,而用冲击韧性衡量钢材抗脆断的性能,因为实际结构中脆性断裂并不发生在单向受拉的地方,而总是发生在有缺口高峰应力的地方,在缺口高峰应力的地方常呈三向受拉的应力状态。
第2章钢结构的材料
钢材的冲击试验
缺口韧性值受温度影响,温度低于某值时将急剧降低。设计处于不同环境温度的重要结构,尤其是受动载作用的结构时,要根据相应的环境温度对应提出冲击韧性的保证要求。
第2章钢结构的材料
可焊性
与可焊性是指采用一般焊接工艺就可完成合格的(无裂纹的)焊缝的性能。
钢材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影响。%~%范围内的碳素钢,可焊性最好。碳含量再高可使焊缝和热影响区变脆。
第2章钢结构的材料