钢结构基本原理课件第二章.ppt

2 钢结构的材料 本章内容: (1) 钢结构对材料的基本要求 (2) 钢材的破坏形式 (3) 钢材的主要机械性能 (4) 影响钢材性能的主要因素 (5) 钢的种类和钢材规格 2.4.3 钢材的硬化 时效硬化、冷作硬化  由于某种因素的影响使钢材强度提高，塑性、韧性下降，增加脆性的现象称为硬化。 冷加工时（常温进行弯折冲剪等），钢材发生很大塑性变形，强度↑，塑性和韧性↓，使钢材变硬的现象冷作(应变)硬化。 钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化”的现象称为时效硬化。 温度区 称为钢材的脆性转变温度区，在此区内曲线的反弯点 (最陡点)所对应的温度称为转变温度。如果把低于 完全脆性破坏的最高温度 作为钢材的脆断设计温度即可保证钢结构低温工作的安全。 确定钢材种类及其质量等级。 钢材的选用原则 1、结构的重要性 安全等级不同，所选钢材的质量等级也应不同， 重要的结构构件选用质量好的钢材。 2、荷载特征 荷载为静力或动力荷载，应选用各项性能不同的钢材。 2.7.2 钢材的选择 * * 本章重点：钢材的主要机械性能、各种因素对 钢材性能的影响 本章难点：影响钢材性能的主要因素 2.1 钢结构对材料的要求 1、具有较高的抗拉强度fu和屈服点fy(结构的承载力大，所需的截面小，结构的自重轻) 2、具有较好的塑性、韧性（塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载） 3、良好的工艺性能(包括可焊性、冷加工、热加工性能) 对钢材的基本要求： 2.1 钢结构对材料的要求 规范规定（钢种牌号约400多种）： 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服点和碳、硫、磷含量的合格保证；焊接结构尚应具有冷弯试验的合格保证；对某些承受动力荷载的结构以及重要的受拉或受弯的焊接结构尚应具有常温或负温冲击韧性的合格保证. 《钢结构设计规范》GB50017-2003推荐承重结构用钢宜采用：碳素结构钢中的Q235钢及低合金结构钢中的Q345、Q390和Q420钢四种钢材。 2.2 钢材的破坏形式 1、塑性破坏：断口呈纤维状，色泽发暗。破 坏前有明显的变形，破坏历时 时间长，可以采取补救措施。 2、脆性破坏：破坏前没有任何预兆，破坏是 突然发生的，断口平直并呈有 光泽的晶粒状。 钢材的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。 在设计、施工和使用钢结构时，注意防止脆性破坏。 钢材的主要性能是机械性能，可通过某些试验（拉伸、冷弯、冲击）确定。· 2.3 钢材的主要性能 2.3.1 受拉、受压及受剪时的性能 fy fu 单轴拉伸经历5个阶段： 弹 性 阶 段（OE） 弹塑性阶段（ES） 屈 服 阶 段（SC） 强 化 阶 段（CB） 颈 缩 阶 段（BD） 图2.1 碳素结构钢的应力-应变关系 fp 1. 强度性能 设计时，为简化，将钢材视为理想的弹塑性材料 ----屈服前为弹性 屈服后为塑性 fy fu—抗拉强度 最大承载强度，强度储备。 fy—屈服强度 作为强度计算限值,强度标准值,设计依据. 图2.2 理想弹-塑性体的应力-应变曲线 高强度钢的条件屈服点： 卸荷后试件中残余应变为0.2%所对应的应力(f0.2) δ—伸长率（塑性性能） 2. 塑性性能 断裂前的变形能力 冷加工保证条件 反映质量缺陷 δ5 或δ10 塑性：在静力荷载作用下，钢材吸收变形能的能力。 图2.3 高强度钢的应力-应变曲线 2.3.2 冷弯性能 在一定的d/a下弯折180度，外表面不出现裂纹和分层 图2.4 钢材冷弯试验示意图 冷弯性能是检验钢材弯曲变形能力或塑性性能，还是显示钢材内部缺陷状况的一项指标；是鉴定钢材在弯曲状态下塑性应变能力和钢材质量的综合指标。 2.3.3 冲击韧性 韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量来量度（Cv） 摆锤 h1 h2 冲击韧性：在动力荷载作用下，材料吸收能量的能力。 韧性是钢材强度和塑性的综合指标。 图2.5 冲击韧性试验 1、化学成分 2、冶金缺陷 3、钢材硬化 4、温度影响