文档介绍：第二章钢结构材料
第一节建筑钢结构对材料的要求
第二节钢材的主要性能测试
第三节影响钢材性能的主要因素
第四节复杂应力状态下的屈服条件
第五节钢材的疲劳
第六节建筑结构用钢的种类及选择
第一节建筑钢结构对材料的要求
建筑结构用钢来说,主要有三方面的要求。
1、较高的强度:结构承载力大,所需截面小,结构的自重轻;
2、较好的塑性及韧性:塑性好,破坏前变形明显,不易发生脆性破坏,同时可以调整局部高峰应力,内力重分布;韧性好,利于承受动力荷载,避免发生裂纹和脆性断裂;
3、良好的加工性能:不因加工对结构的强度、塑性、韧性造成较大的不良影响;
4、其他性能:具有适应低温、高温和抵抗腐蚀的性能;
《钢结构设计规范》GB50017-2003推荐承重结构用钢宜采用:炭素结构钢中的Q235钢及低合金高强结构钢中的Q345、Q390和Q420钢四种钢材。
第二节钢材的主要性能测试
一、强度
1、弹性阶段
由零到比例极限,应力应变符合虎克定律,完全卸载时变形变为零,不存在残余变形,直线斜率为弹模
曲线五个阶段
2、弹塑性阶段
应力应变非线性关系,应变包括弹性应变和塑性应变,卸载时塑性应变不能恢复,存在残余变形;钢材内部晶粒发生滑移;相应的应力为屈服点;
3、塑性阶段
应力屈服后,应力保持不变,应变继续增加;相应的应变幅度称为流幅,流幅越大,钢材的塑性越好
4、强化阶段
屈服后,恢复抵抗外载能力,曲线呈上升的非线性关系,直到抗拉强度(对应极限荷载)
5、颈缩阶段
到达极限荷载后,在试件质量较差截面发生颈缩,即截面减小,变形增大,承载能力随之下降,试件破坏。
钢材的破坏形式
塑性破坏:加载后有较大变形,有明显的颈缩现象,因此破坏前有预兆,断裂时断口呈纤维状,色泽发暗;构件断裂发生在应力达到钢材的抗拉强度fu;
脆性破坏:加载后,无明显变形,因此破坏前无预兆,断裂时断口平齐,呈有光泽的晶粒状,脆性破坏危险性大;破坏时应力常小于钢材的屈服点fy;
二、塑性
1、定义:钢材屈服后,产生残余变形(塑变)而不发生脆性断裂的性质
2、指标:伸长率δ5(δ10)和断面收缩率
3、意义:代表钢材断裂前具有的塑性变形能力;便于内力重分布,吸收能量。
思考:相同材料分别采用长试件(10d)和短试件(5d),请问两者哪个大?
三、韧性-冲击韧性
1、定义:动力性能,钢材在一定温度下塑变及断裂过程中吸收能量的能力,即抵抗冲击荷载的能力;
2、计算:断口(单位面积上)的功即为冲击韧性;
3、试件类型:夏比(V形)和梅氏(U形)
4、温度的影响:温度越低,冲击韧性越低;按常温(20)、零温(0) 、负温(-20、-40)四档区分。
冲击韧性测量实验
四、冷弯性能
1、定义:在冷加工过程中产生塑性变形(弯曲变形)时,对产生裂纹(分层)的抵抗能力。
2、两个参数:弯心直径d和弯曲角度180;
3、意义:判别钢材塑性变形能力及冶金质量(颗粒结晶及非金属杂质分布)的综合指标。
4、对象:对需进行冷加工、尤其是焊接结构焊接变形需要进行调直和调平的构件。
五、可焊性
1、定义: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。
2、分类:施工上可焊性(焊缝金属和近缝区不出现裂缝)和使用性能上的可焊性(焊接构件在施焊后的力学性能不低于母材的力学性能);
3、所含元素的影响: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。