02建筑钢材(钢结构).ppt

钢结构对材料的要求 用作钢结构的钢必须符合下列要求 1.较高的抗拉强度fu和屈服点fy ①fy是衡量结构承载能力的指标，fy高则可减轻结构自重，节约钢材和降低造价。 ②fu是衡量钢材经过较大变形后的抗拉能力，它直接反映钢材内部组织的优劣，fu高可以增加结构的安全保障。 2.较高的塑性和韧性 ① 减轻脆性破坏的倾向 ② 具有较好的抵抗重复荷载的能力 3.良好的工艺性能 (冷加工、热加工、可焊性能) ① 易于加工成各种形式的结构 ② 不致因加工使结构的强度、塑性、韧性降低太多。 [结论]：钢结构设计规范规定： ① 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。 ② 焊接结构尚应具有冷弯试验的合格保证。 ③ 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。 建筑钢材的两种破坏形式(脆性破坏、塑性破坏) 钢材的性能 定义：钢材在各种作用下所表现出来的各种特性，如强度、塑性、韧性、冷弯性能等统称为钢材的力学性能。相应的衡量指标称为钢材力学性能指标。(是钢结构设计的重要依据) 1．弹性阶段： ① 没有残余的永久变形 ② 应力应变关系符合虎克定律 σ＝εE 式中：E──在数值上为OA段直线的斜率， 称为钢材的弹性模量。E=2.06×105N/mm2 ③ fp为比例极限 2．弹塑性阶段 ① 钢材的变形包括弹性变形和塑性变形 ② B点的应力称为钢材的屈服点(或屈服应力、屈服极限) 3．屈服阶段(BC) ① 荷载不增加，应力不增加，应变却持续增加→形成BC ② BC 为水平段，称为屈服台阶(屈服平台) ③ 钢材处于完全塑性状态。BC↑，塑性越好。 4.强化阶段(CD) D点→fu ，称为钢材的抗拉强度 ① 钢材抗破断能力的极限 ② 是衡量钢材强度的一项重要指标 5.颈缩阶段(DE) 应力达到fu时，在试件某一薄弱截面处，横截面急剧变细收缩，形成颈缩现象。 6.理想弹塑性材料σ─ε图 通常假定： ① 屈服点以前的材料为完全弹性。 ② 屈服点以后的材料为完全塑性。 从而把钢材视为理想弹－塑性材料。 二 钢材的塑性性能 ①伸长率是衡量钢材塑性性质的主要指标 δ↑，塑性↑。(即：钢材被拉断前产生永久塑性变形的能力愈强) ②当试件标距长度与试件的直径d之比为10时，以δ10表示。 l 0/d＝10 →δ10 当l 0/d＝5 →δ5 2．断面收缩率 试件被拉断后，其断口处横截面面积的缩小值与原截面面积比值的百分数称为钢材的断面收缩率，用ψ表示。 三钢材的冷弯性能 冷弯性能是由冷弯试验来确定。试验时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件变成α＝180o；如试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。 ①冷弯性能是考查钢材在复杂应力状态下发展塑性变形的能力和钢材质量的综合指标。 ② 冷弯试验直接检验钢材的： A．弯曲变形能力及塑性性能。 B．钢材能否适应加工制作中的冷作工艺。 C．暴露钢材内部的冶金缺陷(非金属掺杂情况、分层、气泡等) 四钢材的韧性 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度量。 ① 韧性是钢材强度和塑性的综合指标。 ② 冲击韧性的大小与钢材的轧制方向有关 纵向切取的AKV值＞横向切取的AKV值 (∵纵向(顺着轧制方向)由于钢材经受碾 压次数多，内部结晶构造细密，性能好) ③ 冲击韧性与试验温度有关。 试验温度↓ ，冲击韧性AKV值↓ 五可焊性 ① 可焊性衡量指标-Ceq;Pcm ② 可焊性良好的钢材，用普通的焊接方法焊接后，焊缝金属及其附近热影响区的金属不产生裂纹，并且其机械性能不低于木材的机械性能。 二、 影响钢材性能的主要因素 一、化学成分 钢的主要化学成分 铁(Fe) ：90％ 碳和其它元素：仅占1％，但对钢材的力学性能却有决定性影响。 1．碳C：随含碳量↑，钢的强度↑，塑性和韧性↓，可焊性↓，抗锈性能↓。 2．有益元素 硅Si 铝Al → 强脱氧剂 → 镇静钢(脱氧剂) 锰Mn → 弱脱氧剂 → 沸腾钢 3．有害元素 硫S S↑ → 热脆(FeS) ∴S的含量＜0.045％ 磷P P↑