第二章 钢结构的材料讲述.ppt

大纲要求: 1.了解钢结构的两种破坏形式； 1.较高的抗拉强度fu和屈服点fy； 2.较好的塑性、韧性； 3.良好的工艺性能（冷、热加工，可焊性）； 4.对环境的良好适应性。 一、塑性破坏 破坏前有明显的塑性变形，破坏过程长，断口发暗，可以采取补救措施。 二、脆性破坏 坏前没有明显的变形和征兆，破坏时的变形远比材料应有的变形能力小，破坏突然，断口平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。 一、受拉、受压、受弯及受剪时的性能 （一）一次拉伸时的性能 1.条件：标准试件（GB228—63），常温（20℃） 下缓慢加载，一次完成。含碳量为0.1%－0.3%。 标准试件：lo/d=5、10；lo-标距； d --直径 （4）强化阶段(DE段) B.对无明显屈服点的钢材 3.应力应变曲线的简化 1)fy与fb相差很小； 2)超过 fy到屈服台阶终止的变形约为2.5%--3%，足以满足考虑结构的塑性变形发展的要求。 （2）钢材在静载作用下： 强度计算以fy为依据;fu为结构的安全储备。 4.单向拉伸时钢材的机械性能指标 （1）屈服点fy--应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力，它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。 同单向拉伸时的性能，屈服点也相差不多。 二、冷弯性能 三、冲击韧性 衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应力作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。 (a)梅氏U型缺口 (b)夏比V型缺口 由试件断裂吸收的能量Cv来衡钢材的冲击韧性， 单位：J。Cv受温度的影响 冲击韧性试验装置 钢材的机械性能指标 1、屈服点fy； 2、伸长率δ； 3、抗拉强度fu； 4、冷弯试验； 5、冲击韧性Cv (包括常温冲击韧性、 0度时冲击韧性 负温冲击韧性）。 一、化学成分 普通碳素钢中Fe占99%，其他杂质元素占1%； 普通低合金钢中合金元素＜5%。 1. 碳（C）：钢材强度的主要来源，随其含量增加，强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。 一般控制在0.22%以下， 在0.2％以下时，可焊性良好。 2.硫（S）：有害元素，热脆性。不得超过0.05%。 3.磷（P）：有害元素，冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。不得超过0.045%。 4.锰（Mn）：合金元素。弱脱氧剂。与S形成MnS，熔点1600℃，可以消除一部分S的有害作用。 5.硅（Si）：合金元素。强脱氧剂。 6.钒（V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。 7.氧（O）：有害杂质，与S相似。 8.氮（N）：有害杂质，与P相似。 9.铜（Cu）：提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有影响。 三、钢材的硬化 冷作硬化——当荷载超过材料比例极限卸载后，出现残余变形，再次加载则比例极限（或屈服点）提高的现象，也称“应变硬化”。 时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使材料硬化的现象。 应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同时可以加速时效硬化，因此也称“人工时效”。 四、温度影响 250℃左右抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性增加—兰脆现象，该温度区段称为“兰脆区”。 260～320℃产生徐变现象。 600℃左右弹性模量趋于零 ，承载能力几乎完全丧失。 当温度低于常温时，钢材的脆性倾向随温度降低而增加，材料强度略有提高，但其塑性和韧性降低，该现象称为低稳冷脆。 五、应力集中 1.应力集中的概念 构件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变时，应力不均匀，力线变曲折，缺陷处有高峰应力—应力集中。 3.减小应力集中现象的措施 六、反复荷载作用（疲劳问题） 八、焊接残余应力 讨论： 2.钢材的疲劳 5.影响钢材疲劳的主要因素 B. 对于非焊接结构和轧制钢材 （3）应力循环次数N（疲劳寿命） 由试验结果，以及上述分析可知钢材的疲劳强度主要与构件和连接分类（内部缺陷、应力集中、残余应力）、应力循环次数和应力幅有关。 二、疲劳强度计算 （二）变幅疲劳和吊车欠载效应系数 1、不出现拉应力的部位可不计算疲劳。但对出现拉应力的部位，例如σmax=140N/mm2,σmin=-10N/mm2和σmax=10N/mm2,σmin=-140N/mm2 两种应力循环的应力幅都是150N/mm2 ，疲劳强度相同，显然不合理。 2、螺栓受拉时螺纹处的应力集中很大，疲劳强度很低，常有疲劳破坏的实例，但