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土木工程材料学习课件第6章 建筑金属材料(桥梁、地下建筑改).ppt
第6章 基 本 要 求 主要内容 建筑钢材的特点、分类及应用 建筑钢材的拉伸性能、冲击韧性及冷弯性能 基 本 要 求 建筑钢材的冷加工及时效强化 常用建筑钢材的标准及选用 重点 建筑钢材的拉伸性能、冲击韧性及冷弯性能 常用建筑钢材的标准及选用 §6.1 概 述 定义 冶炼及分类 特点 应用 意义 指用于工程建设的各种钢材,包括: 型钢 钢板 钢丝 钢筋 炼钢的原理——将熔融的生铁进行氧化,使碳的含量降低到一定限度,同时把其它杂质的含量也降低到容许的范围内。 即:含碳量在2%以下,有害杂质含量较少的Fe—C合金称为钢 主要炼钢方法:空气转炉炼钢法 氧气转炉炼钢法 平炉炼钢法 电炉炼钢法 依据脱氧程度:沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢 普通钢 P≯0.045%,S≯0.055% 优质钢 P≯0.035-0.04%, S≯0.04% 高级优质钢 P≯0.025%,S≯0.025% 优点 比强度高 塑性好、韧性好 能承受冲击和振动荷载 加工性好 良好的焊接和铆接性能 建筑钢材可用作主要的结构材料、也可以用作连接材料、围护材料和饰面材料等。 大跨度结构 多层及高层结构 受动荷载作用的工业厂房 钢材的品种多,性质差别大,为了掌握钢材的合理使用,应对钢材的生产、组成、性质和用途等知识有一定的了解。 本章的重点是钢材的技术性质(主要是抗拉性能)、技术标准和选用。 §6.2 建筑钢材的主要技术性能 拉伸性能 低碳钢的应力-应变图 强度 塑性 冲击韧性 冷弯性能 工程中的钢结构和钢筋混凝土结构中的钢材的基本性能有: 机械性能 拉伸性能 冲击韧性 疲劳强度 硬度 工艺性能 冷弯性能 焊接性能 拉伸性能是建筑钢材的主要性能 钢材受拉后的技术性能指标可以用低碳钢的应力—应变图来反映。 屈服强度 抗拉强度 伸长率 低碳钢的应力应变图见 图7.3.1 定义 屈服强度是指钢材开始丧失随变形的抵抗能力,并开始产生大量变形的能力。 意义 是弹性变形转变为塑性的转折点 当外力超过屈服点时,产生不可恢复的变形,钢材内部的应力自动分配至低应力部位 所以说,屈服点是确定钢结构容许应力值的依据 公式 定义 σb 是指钢材能承受的最大拉应力. 意义 当外力大于抗拉强度时,钢材完全丧失对变形的抵抗能力而断裂 因此,在结构设计中不能应用 定义 σs/σb反映了钢材的可利用率和安全性的大小 意义 屈强比对钢材的可利用率和安全性来说是重要的。(表6.2.1, 图6.2.3) 合理屈强比: 碳素钢 0.58—0.63 低碳合金结构钢 0.65—0.75 指钢材在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。 断面收缩率 指标和公式 说明 伸长率是表示钢材塑性变形能力的重要指标 钢结构一般在弹性范围内工作 但在应力集中处,应力可能超过屈服点,有一定的塑性变形 因此可以保持应力重新分布,从而避免结构破坏 冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力 Ak—试件破坏时的冲击功 A—试件槽口处截面积 αk 与温度有关 (图6.2.5) 温度较低时,发生脆性断裂的现象 发生脆性断裂时的温度为脆性断裂温度 温度较低时,冷脆性大 钢材的疲劳曲线 疲劳破坏的原因 硬 度 硬度——是金属材料抵抗硬物压入表面的能力,亦即材料表面抵抗塑性变形的能力。 强度~硬度:材料的强度越高,硬度值越大。 硬度指标 布氏硬度 洛氏硬度 肖氏硬度 指钢材在常温下承受弯曲变形的能力 如果钢材承受弯曲变形的程度大,那么钢材的冷弯性好 冷弯是通过弯曲处的塑性变形来实现的,因此它也是反映钢材在静荷载下塑性的一个指标。 在冷弯试验中,钢材试件的塑性变形则是局部不均匀变形.冷弯试验常常能反映钢材内部组织的均匀程度,存在内应力和夹杂物等缺陷 因此可以用冷弯性来检查钢材的质量,如焊接质量 将热轧钢筋用拉伸设备在常温下拉长,使之产生一定的塑性变形称之为冷拉 钢材用拉伸设备拉伸后能提高强度 §6.3 建筑钢材的冷加工与时效 冷加工与时效的定义 冷加工与时效强化原理 冷加工与时效强化的意义 冷加工 指在常温下对钢材进行冷拉、冷拔和冷轧处理 冷加工强化 钢材经冷加工后强度和硬度提高,塑性和韧性降低的现象 时效 经冷拉钢材随时间延长强度提高,塑性、韧性下降的现象叫做时效 可分为两类:分为自然时效和人工时效 时效 自然时效处理 经冷拉的钢材在常温下存放15-20天 其强度和硬度提高,塑性和韧性降低的现象 人工时效处理 经冷拉的钢材在加热至100-200℃,并保持一段时间
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