《钢结构材料》PPT课件

1 第 二 章 钢 结 构 材 料张 丽 梅 钢 结 构 对 材 料 的 要 求 ： 较 高 的 强 度 塑 性 好 冲 击 韧 性 好 冷 加 工 性 能 好 可 焊 性 好 耐 久 性 好力学性能 主要内容单向均匀受拉时的工作性能单轴反复拉伸时的工作性能复杂应力下的工作性能钢材抗冲击性能和冷弯性能钢材可焊性、抗腐蚀性、延性 Q235标准试件l0d 0 0 0.150.1 2.5ffff A EC F 22/%B Duyep Q235钢单向受拉应力应变曲线钢材单向受拉时的工作性能 钢 材 的 荷 载 变 形 曲 线常 温静 载 拉 伸 曲 线 反 映 了 钢 材 的力 学 特 性 ， 描 述 如 下 ：(1)弹 性 阶 段 ： OAE段 OA直 线 的 斜 率 称 为 弹 性模 量 E， fp称 为 比 例 极 限 ，fe称 为 弹 性 极 限 。(2)弹 塑 性 阶 段 ： EC段 与 不 呈 比 例 ， 除 弹 性变 形 外 还 有 塑 性 变 形 ， f y称 为 屈 服 强 度 ， 又 叫 屈 服点 （ Yield Point， 材 料 力学 中 用 s表 示 ） 。 0 0.150.1 2.5ffff A EC F 22/%B Duyep单向受拉应力应变曲线 (3)屈 服 阶 段 ： CF段 钢 材 完 全 屈 服 ， 不 增 加（ 保 持 fy） ， 而 骤 增 。(4)强 化 阶 段 ： FB段 经 过 屈 服 阶 段 后 ， 钢 材 内部 组 织 重 新 排 列 ， 抵 抗 外 力的 能 力 增 强 。(5)颈 缩 阶 段 ： BD段 应 力 超 过 f u后 ， 试 件 出 现“ 颈 缩 ” 而 断 裂 ， fu称 为 抗拉 强 度 (Tensile Strength， 材料 力 学 中 用 b表 示 ） 。 0 0.150.1 2.5fff f A EC F 22/%B Duyep单向受拉应力应变曲线 根 据 上 述 特 性 ， 可 确 定 钢 材 的 强 度 指 标 和 塑 性 指 标 。 弹 性 阶 段比 例 极 限 2/200 mmNfp %1.0p屈 服 点 2/235 mmNfy %15.0y屈 服 阶 段流 幅 %5.2%15.0强 化 和 颈 缩 阶 段极 限 强 度 2/460370 mmNfu %26%21u弹 性 模 量 25 /1006.2 mmNE 钢材的工作特性 钢 材 的 弹 性 阶 段 以 屈 服 点 fy为 上 限钢 材 是 理 想 弹 塑 性 材 料钢 材 破 坏 前 塑 性 变 形 很 大钢 材 抗 拉 强 度 是 钢 材 破 坏 前 的 最 大 应 力 。 屈 强 比 越 小 ， 钢 材 的 安 全 储 备 越 高 。 钢材的塑性塑 性 应 力 超 过 屈 服 点 后 ， 能 产 生 显 著残 余 变 形 而 不 立 即 断 裂 的 性 质 。伸 长 率 和 收 缩 率 是 衡 量 钢 材 塑 性 的 两 个 指标 。 伸 长 率 ： %1000 01 l ll 拉 伸 试 件5 10 取 试 件 直 径 的 5倍 或 10倍 为 标 矩 长 度来 测 量 其 伸 长 率伸 长 率 易 于 准 确 测 量 ， 是 衡 量 钢 材 塑 性 的 一 个必 要 指 标 。 试 件 颈 缩 区 应 力 状 态 图截 面 收 缩 率 ： %1000 01 A AA截 面 收 缩 率 不 易 准 确 测 量 ，是 衡 量 钢 材 塑 性 的 一 个 参 考指 标 。 钢材厚度方向的性能试验厚 钢 板 的 层 状 撕 裂Z15、 Z25、 Z35三 个 指标 来 衡 量 三 个 级 别 厚 度方 向 钢 板 的 含 硫 量 及 断面 收 缩 率 。 钢材单轴反复应力下工作性能钢材的时效现象钢材的疲劳 Q235钢 在 2/366 mmN 017476.0017524.0循 环 次 数 684N时 的 应 力 应 变 滞 回曲 线 。 钢材在复杂应力下工作性能三 向 应 力 作 用 下 ， 钢 材 由弹 性 状 态 转 变 为 塑 性 状 态(屈 服 )的 条 件 ： yzs f yzs f 钢 材 弹 性 阶 段钢 材 塑 性 阶 段 钢材在复杂应力下工作性能 )(3)( 222222 zxyzxyxzzyyxzyxzs 钢材在复杂应力下工作性能平 面 应 力 作 用 下 ， 222 3 xyyxyxzs 0z 0 zxyz 一 般 的 梁 单 元 中 ： 0y x xy22 3 zs 纯 剪 时 ： 0 yzs f 33 2 yy ff 58.031 剪 应 力 达 到 屈 服 点 的 0.58倍 时 ， 钢 材进 入 塑 性 状 态 。 所 以 钢 材 的 抗 剪 屈 服 点 为抗 拉 屈 服 点 的 0.58倍 。 三 种 不 同 应 力 条 件 下 的 应 力 应 变 曲 线 钢 材 在 双 向 拉 力 作 用 下 ， 屈 服 点 和抗 拉 强 度 提 高 ， 伸 长 率 下 降 ； 双 向 拉力 愈 接 近 ， 伸 长 率 下 降 越 多 。 钢 材 在 异 号 双 向 应 力 作 用 下 ，屈 服 点 和 抗 拉 强 度 降 低 ， 伸 长 率增 大 。 钢 材 在 三 向 受 拉 作 用 下 ， 钢 材比 双 向 受 拉 进 一 步 下 降 ， 趋 向 于零 ， 表 现 为 脆 性 破 坏 。 三 根 应 力 应 变 曲 线 (a)单 向 受 拉(b)双 向 受 拉(c)一 向 受 拉 ， 一 向 受 压 钢材抗冲击性能钢 材 韧 性 k nkk AA 冲击性能试验设备 常 用 缺 口 形 式 ： 夏 氏 V形 、 夏 氏 钥 匙 形 、梅 氏 U形 。我 国 规 定 ： 冲 击 试 验 缺 口 采 用 夏 氏 V形 。 冲 击 韧 性 与 温 度 有 关 ， 温 度 愈 低 ，冲 击 韧 性 愈 低 。我 国 钢 材 韧 性 试 验 分 成 四 档 ， 分 别 为 ：+20 、 0 、 -20 、 -40 。 钢材冷弯性能冷 弯 性 能 指 钢 材 冷 加 工 (即 在 常 温 下 加 工 )产 生 塑 性变 形 时 ， 对 发 生 裂 缝 的 抵 抗 能 力 。 钢材可焊性衡 量 普 通 碳 素 钢 可 焊 性 良 好 的 标 准 ：碳 含 量 在 0.27%以 下固 定 杂 质 含 锰 量 在 0.7%以 下含 硅 量 在 0.4%以 下硫 磷 含 量 各 在 0.05%以 下低 合 金 钢 可 焊 性 视 其 碳 当 量 而 定 。 钢材抗腐蚀性抗 腐 蚀 性 差干 腐 蚀 湿 腐 蚀抗 腐 蚀 措 施涂 料 耐 候 钢铜 、 硫 、 磷金属与非金属直接结合水和非金属物质结合 钢材的破坏形式塑 性 破 坏 （ 延 性 破 坏 ） 构 件 应 力 超 过 屈 服 点 并 达 到 抗 拉 极 限 后 ，构 件 产 生 明 显 变 形 并 断 裂 。 断 裂 前 变 形 明 显 ， 断 口 杯 形 ， 可 及 时 发现 补 救 。 脆 性 破 坏 （ 脆 性 断 裂 ）构 件 破 坏 前 无 明 显 预 兆 ， 突 然 断 裂断 口 平 直 、 呈 有 光 泽 的 晶 粒 状断 裂 前 ， 平 均 应 力 较 小 钢材的脆性断裂裂 纹 基 本 形 式(1) 张 开 型(2) 滑 移 型(3) 撕 开 型 防止钢材脆性断裂的措施(1)加 强 施 焊 工 艺 管 理 ， 避 免 焊 接 过 程 中 产 生裂 缝 、 夹 渣 、 气 泡 等 。(2)焊 缝 不 宜 过 分 集 中 ， 约 束 不 应 过 强 ， 避 免产 生 过 大 残 余 应 力 。(3)合 理 细 部 设 计 ， 避 免 应 力 集 中 。(4)选 择 合 理 钢 材 。 钢材的疲劳破坏钢 材 在 连 续 反 复 荷 载 作 用 下 的 破 坏 称 为 疲 劳 破 坏 。此 时 ， 应 力 低 于 极 限 强 度 ， 甚 至 低 于 屈 服 点 。破 坏 过 程 分 为 三 个 阶 段 ： 裂 纹 形 成 ， 裂 纹 缓慢 扩 展 ， 迅 速 断 裂 破 坏 。与 钢 材 疲 劳 有 关 的 因 素 ： 反 复 荷 载 引 起 的 应力 种 类 、 应 力 循 环 形 式 、 应 力 循 环 次 数 、 应力 集 中 程 度 、 残 余 应 力 。 疲劳荷载 疲劳强度与应力循环的关系钢 材 在 曲 线 渐 进 处 反 复 无 穷 多 次 仍 不 破 坏 ，这 就 是 所 谓 的 疲 劳 强 度 极 限 。 损伤累积破坏土 木 工 程 结 构 在 施 工 和 使 用 期 间 ， 总 会 受 到 各种 不 利 因 素 或 灾 害 的 作 用 ， 使 结 构 某 一 部 分 发生 损 伤 。 如 果 该 结 构 继 续 使 用 ， 结 构 损 伤 不 断累 积 而 导 致 破 坏 ， 称 为 损 伤 累 积 破 坏 。 影响钢材性能的一般因素化 学 成 分 影 响钢 材 生 产 过 程 影 响时 效 影 响冷 作 硬 化 影 响温 度 影 响应 力 集 中 影 响 化学成分影响FeV 主 要 成 分钢材CSiMn有 益 元 素合 金 元 素有 害 元 素P SNO CSi强度塑性韧性可焊性Mn抗锈性V S疲劳强度P冷弯性能O N 钢材生产过程影响冶 炼 浇 铸 轧 制 碱性平炉炼钢法顶吹氧气转炉炼钢法碱性侧吹转炉炼钢法 沸腾钢 半沸腾钢 镇静钢 特殊镇静钢 钢板 型钢 钢材冶炼过程 顶吹氧气转炉炼钢法碱性平炉炼钢法侧吹转炉炼钢法 钢材浇铸过程 钢材轧制过程 时效影响 纯 铁 体 中 留 有 一 些 数 量 极 少的 碳 和 氮 的 固 熔 物 质 ， 随 着 时间 增 加 ， 这 些 固 熔 物 质 逐 渐 从纯 铁 体 中 析 出 ， 形 成 自 由 的 碳化 物 和 氮 化 物 颗 粒 ， 散 布 在 晶粒 的 滑 移 面 上 ， 起 着 阻 碍 滑 移的 强 化 作 用 ， 约 束 纯 铁 体 发 展塑 性 变 形 ， 称 为 时 效 现 象 。 冷作硬化影响 在 重 复 荷 载 作 用 下 ， 钢材 弹 性 极 限 有 所 高 的 现 象 称为 硬 化 。 温度影响蓝脆现象低温冷脆现象 应力集中影响 结 构 由 于 内 部 孔 洞 、 槽 口 、 凹 角 、 裂 缝及 厚 度 变 化 、 形 状 变 化 、 内 部 缺 陷 等 产 生 的应 力 不 均 匀 现 象 。 这 些 区 域 可 能 提 前 出 现 塑性 变 形 。 钢结构用钢的分类钢 材 的 品 种 和 牌 号碳素结构钢（普通碳素钢） 优质碳素结构钢低合金结构钢123耐候耐火钢优质钢丝绳45 碳 素 结 构 钢Q195Q215Q235Q255Q275我 国 现 行 标 准GB 700-88 Q235屈 服 强 度 强 度 大 小单 位 ： N/mm 2 Q235 ABCD 质 量 等 级F、b、(Z)(Z) (TZ) 脱 氧 方 法按 照 质 量 等 级 和 脱 氧 方 法 等 可 以 表 示 为 ： Q235A屈 服 强 度 为 235N/mm2, A级 镇 静 钢Q235AF屈 服 强 度 为 235N/mm2, A级 沸 腾 钢Q235Bb屈 服 强 度 为 235N/mm2, B级 半 镇 静 钢Q235D屈 服 强 度 为 235N/mm2, D级 特 殊 镇 静 钢Q235C屈 服 强 度 为 235N/mm2, C级 镇 静 钢 低 合 金 钢Q295Q345Q390Q420Q460我 国 现 行 标 准GB/T 1591-94 Q345 ABCDQ390Q420 E Q345B屈 服 强 度 为 345N/mm2, B级 镇 静 钢Q390D屈 服 强 度 为 390N/mm2, D级 特 殊 沸 镇 静 钢Q345C屈 服 强 度 为 345N/mm2, C级 特 殊 镇 静 钢Q390A屈 服 强 度 为 390N/mm2, A级 镇 静 钢Q420E屈 服 强 度 为 420N/mm2, E级 特 殊 镇 静 钢 优 质 钢 丝 绳a) 右 交 互 捻 b) 左 交 互 捻c) 右 同 向 捻 d) 左 同 向 捻 银 川 艾 倚 河 斜 拉 桥 美 国 跨 海 大 桥 平 行 钢 索 杭 州 湾 跨 海 大 桥 钢 绞 索 中 国 航 海 博 物 馆 耐 候 钢铜 、 铬 、 镍 、 铌 、 钼 、 钛 、 锆 、 钒耐 火 钢钼 、 铬 、 铌耐 火 耐 候 钢 国外钢材品种和牌号简介XXX XX X 钢 材 质 量 等 级钢 材 最 低 抗 拉 强 度字 首 符 号美 国 A， 日 本 SS、 SM、 SN、 SMA，德 国 St， 法 国 A、 E， 前 苏 联 C， 英 国 无 字 首A、 B、 C、 D、 E ISO国 际 标 准英 国 标 准欧 洲 标 准美 国 标 准日 本 标 准俄 罗 斯 标 准 钢材选用原则原 则 ： 既 能 使 结 构 安 全 可 靠 和 满 足 使 用 要 求 ，又 要 最 大 可 能 节 约 钢 材 和 降 低 造 价 。结 构 类 型 及 重 要 性 结 构 工 作 温 度荷 载 性 质连 接 方 法 结 构 受 力 性 质结 构 形 式 钢 材 厚 度 钢材规格Description of the contents热轧冷弯钢 板圆 钢型 钢 钢 管 薄 壁型 钢焊 接钢 管 钢板薄 钢 板 ， 厚 度 0.354mm厚 钢 板 ， 厚 度 4.560mm， 其 中 4.520mm为 中 厚 度特 厚 板 ， 厚 度 大 于 60mm扁 钢 ， 厚 度 460mm， 其 中 4.520mm为 中 厚 度 型钢 冷弯薄壁型钢 THE END!