第2章-钢结构的材料-ppt课件

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,2,章 钢结构的材料,2.1,钢材的主要性能,2.1.1,钢材的破坏形式,塑性破坏,脆性破坏,第2章 钢结构的材料2.1 钢材的主要性能,2.1.2,单向受拉时的性能,条件：,标准试件，常温（,20,）下缓慢加载，直到拉断破坏，一次完成。,标准试件,l,0,/,d,=5,，,10,；,l,0,标距；,d,直径,2.1.2 单向受拉时的性能条件：,第2章-钢结构的材料-ppt课件,弹性阶段：,E,为常量,弹塑性阶段：,E,为变量,塑性阶段：,E,为零，失去承载的能力。,应变硬化阶段：又恢复承载的能力，但很快被拉断。,弹性阶段：E为常量弹塑性阶段：E为变量塑性阶段：E,一次拉伸试验中重要指标：,屈服强度,f,y,：,材料强度标准值，当结构或构件截面,f,y,时，认为结构或构件丧失了继续承载的能力。,f,y,=,0.2,（名义屈服点）。,抗拉强度,f,u,：,构件的最大承载力，直接反映钢材的内部组织的优劣，,f,u,愈高，强度储备愈高。,f,u,/,f,y,强屈比，钢材塑性设计的一个重要条件。,伸长率,5,，,10,：,=,衡量钢材塑性的主要指标。,一次拉伸试验中重要指标：屈服强度fy：材料强度标准值，当结构,2.1.3,冷弯性能,在冷弯试验中表现的性能，既能看出钢材塑性变形的能力，又可看出钢材的冶金质量。,2.1.3 冷弯性能 在冷弯试验中,第2章-钢结构的材料-ppt课件,2.1.4,冲击韧性,钢材抵抗冲击作用的能力。,用冲击韧性值,a,k,表示：,a,k,值大，韧性好。,a,k,值的测定：通过试验：,（,1,）梅式,U,型缺口：,a,k,值,（,2,）夏比,V,型缺口：,C,V,2.1.4 冲击韧性钢材抵抗冲击作用的能力。,第2章-钢结构的材料-ppt课件,2.2,影响钢材性能的因素,2.2.1,化学成分：,C,（碳）：形成钢材强度的主要成分。,Mn,（锰）：弱脱氧剂。,Si,（硅）：强脱氧剂,V(,钒）、,Nb,（铌）、,Ti,（钛）：合金元素,Al,（铝）、,Cr,（铬）、,Ni,（镍）：,Al,是强脱氧剂，用于补充脱氧。,Cr,、,Ni,为合金元素。,2.2 影响钢材性能的因素2.2.1 化学成分：,有害元素：,S,（硫）：热脆,P,（磷）：冷脆,O,（氧）、,N,（氮）,有害元素：S（硫）：热脆,2.2.2,冶金过程,冶炼：平炉、转炉,浇铸：钢水,钢锭,初轧,成材（传统工艺）,钢水,连铸机,钢坯,成材（新工艺）,轧制：改善内部组织结构,热处理：显著提高强度,2.2.2 冶金过程冶炼：平炉、转炉,2.2.3,钢材硬化,冷加工硬化：强度提高，塑性、韧性降低。,自然时效、人工时效,应变时效,2.2.3 钢材硬化冷加工硬化：强度提高，塑性、韧性降低。,2.2.4,温度,正温,在,200,以内钢材性能没有很大变化，,430,540,强度急剧下降。,负温,钢材强度有一定提高，但塑性和韧性,降低，称为低温冷脆,2.2.4 温度正温 在200以内钢材性能没有很大变化,2.2.5,应力集中,钢结构构件中经常存在孔洞、槽口、凹角、截面突变以及裂纹等缺陷，此时，构件中的应力分布将变得很不均匀，在缺陷和截面改变处产生局部高峰应力，形成所谓应力集中现象。,2.2.5 应力集中 钢结构构件中经常存在,二个钢构件，材质相同，长度相同：,直径,d,0,=10mm,d,0,=10mm(,刻槽处）,破坏时，拉长较多；破坏时，无明显变形；,屈服时：,f,y,=251N/mm,2,f,y,=274N/mm,2,拉断时：,f,u,=431 N/mm,2,f,u,=431 N/mm,2,可见：改变了工作条件，即使塑性材料也可能发生脆性破坏，在设计中应避免这种情况出现。,二个钢构件，材质相同，长度相同：直径d0=10mm,2.2.6,反复荷载作用,土木工程中，承受重复荷载作用的结构或构件有：,吊车梁：吊车,桥梁：车辆,容器：内部液体,海洋平台：海水,建筑物：地震作用,以上这些重复荷载都是可变荷载，这些重复荷载的作用使构件的钢材易发生疲劳断裂。,2.2.6 反复荷载作用土木工程中，承受重复荷载作用的结构,2.3,钢材的疲劳,概念：,微观裂缝,在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的,脆性破坏,。,特点：截面应力很小，小于抗拉强度，甚至是屈服强度；断裂时无明显的变形；裂缝起始点在构件表面处。,发生的原因：在连续重复荷载作用下，在钢材表面的缺陷处，产生应力集中现象，形成二向或三向拉应力场。在应力高峰处，裂缝逐渐开展，使截面的有效面积逐渐减少而应力集中更加严重，塑性变形受到限制，直到断裂时，变形都很小。,影响的因素：钢材的质量（,C,、,S,、,P,含量）、构件的几何尺寸（不能有突变）和冶金缺陷等有关；重复荷载作用下构件截面的应力变化幅度（,=,max,-,min,),有关；重复荷载的循环次数,n,有关。,2.3 钢材的疲劳概念：微观裂缝在连续重复荷载作用下不断扩展,并不是所有的承受动力荷载重复作用的构件和连接都进行疲劳验算。,规范规定：直接承受动力荷载重复作用的构件，当应力变化的循环次数,n,510,4,次时，对应力循环中出现拉应力的部位进行疲劳验算。,疲劳计算的方法按“容许应力法”计算，即：,计算时应注意：,1,、荷载为可变荷载，且为标准值；,2,、动力荷载不乘以动力系数；,3,、按弹性方法计算截面应力,。,并不是所有的承受动力荷载重复作用的构件和连接都进行疲劳验算。,2.4,建筑钢材的规格和选用,2.4.1,钢结构对材料的要求,较高的强度：抗拉强度,f,u,和屈服强度,f,y,足够的变形能力：塑性和韧性,良好的加工性能：冷加工、热加工、可焊性,。,2.4 建筑钢材的规格和选用2.4.1 钢结构对材料的要求,2.4.2,钢的种类,1,、碳素结构钢：,Q235,2,、低合金高强度结构钢：,Q345,、,Q390,、,Q420,3,、高强钢丝及钢索：主要用于抗拉构件中，如：斜拉结构、悬索结构、桅杆结构等。,高强钢丝分光面钢丝和镀锌钢丝，由碳素结构钢多次冷拔而成，其主要指标为抗拉强度,f,u,，且有“松弛”现象。多根钢丝可组成“平行钢丝束”和“钢绞线”；多根钢绞线可组成“钢绞线束”和“钢丝绳”。,2.4.2 钢的种类1、碳素结构钢：Q235,2.3.4,钢材的选择,结构的重要性,荷载的特征,(,静载或动载）,连接的方法（焊接或螺栓）,结构的工作环境（腐蚀程度、构件的工作温度）,钢材厚度,2.3.4 钢材的选择结构的重要性,2.4.4,钢材的规格：,热轧钢板：薄板、厚板,热轧型钢：角钢、槽钢、工字钢、钢管、,H,型钢、,T,型钢,冷弯薄壁型钢：,2.4.4 钢材的规格：热轧钢板：薄板、厚板,