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钢结构材料讲述
第二章 钢结构材料
第一节 钢结构对钢材性能的要求
第二节 结构钢材的主要力学性能
第三节 影响结构钢材力学性能的主要因素
第四节 复杂应力作用下钢材的屈服条件
第五节 钢材的破坏形式
第六节 钢的种类和钢材的规格
第七节 结构钢的连接材料
本章目录
基本要求
1.了解钢材的破坏形式和主要性能。
2.了解影响钢材性能的主要因素。
3.了解钢材疲劳破坏及计算方法。
4.了解钢材的种类及选用原则要求。
第一节 钢结构对钢材性能的要求
1. 概述2. 钢结构对材料的基本要求
了解钢结构对材料性能的基本要求
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基本要求
一、概述
含碳量小于2%的铁碳合金称作钢,含碳量大于2%时称作铁。钢材种类繁多,性能差别很大,适用于钢结构只是其中一小部分。
(1)较高的强度;
(2)足够的变形能力;
(3)良好的加工性能(冷、热加工,可焊性);
(4)对环境的良好适应性。
二、 钢结构对钢材性能的要求
(1)较高的抗拉强度 和屈服点 是衡量结构承载能力的指标, 高则可减轻结构自重。 是衡量钢材经过较大变形后的抗拉能力,反映钢材内部组织的优劣, 高可以增加结构的安全保障。
(2)足够的变形能力 较高的塑性和韧性 塑性和韧性好,减轻结构脆性破坏的倾向,通过较大的塑性变形调整局部应力,具有较好的抵抗重复荷载作用的能力。
(3)良好的工艺性能(包括冷加工、热加工和可焊性能) 易于加工成各种形式的结构,不致因加工而对结构的强度、塑性、韧性等造成较大的不利影响。
根据具体工作条件,有时还要求具有适应低温、高温和腐蚀性环境的能力。
设计规范规定: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;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应具有常温或负温冲击韧性的合格保证。
第二节 结构钢材的主要力学性能
1. 受拉、受压及受剪时的性能2. 冷弯性能
3. 冲击韧性
掌握钢材的主要力学性能要求及含义
本节目录
基本要求
一、强度
1、钢材在单向一次拉伸下的工作性能
试验条件:标准试件(GB/T228),常温(20±5℃)下缓慢加载,一次完成。含碳量为0.1%-0.3%。
标准试件:Lo/d=5或10;Lo--标距;d --直径
2、有明显屈服点钢材的σ-ε曲线
2、有明显屈服点钢材的σ-ε曲线
可划分为以下五个阶段:
(1)弹性阶段(OA段)
OA段材料处于纯弹性,即:
弹性模量:E=2.06×105MPa
其中,A点应力 f p称为比例极限。
σ~ε线性关系,变形小,卸载后变形恢复。
(2)弹塑性阶段(AB段)
该段很短,表现出钢材的非弹性性质,即卸荷留下永久的残余变形。
弹性变形
变形
塑性变形—不可恢复的残余变形
弹性模量E由2.06×105 0
(3)塑性阶段(BC段)
该段σ基本保持不变(水平),ε急剧增大,称为屈服台阶。变形模量E = 0。
(4)强化阶段(CD段)
随荷载的增加σ缓慢增大,但ε增加较快。曲线最高点处G点的应力 fu称为抗拉强度或极限强度。
3、对无明显屈服点的钢材
高强度钢材在拉伸过程中没有明显的屈服台阶,塑性变形小,设计中不宜利用它的塑性。
设计时取相当于残余变形为0.2%时所对应的应力作为屈服点—称为条件屈服点或名义屈服点
fu (抗拉强度) :衡量经巨量变形后的抗拉能力;
fy(屈服点) :衡量结构承载能力的指标;
均为钢材的静力强度指标。
注意:fy 是材料的标准强度,非设计强度,
设计强度为: f = f y/ γ R
式中:γ R :材料抗力分项系数
通过分析,得出2点结论
① 由于残余应力的存在, fp≈0.8 fy ,以 fy 作弹性、塑性工作的分界点,将σ~ε曲线简化为两段直线组成的理想弹性—塑性体,如此就可用弹性理论进行强度计算。
② 以 fy 作弹性设计时的强度指标
依据:a. 以 fy作弹性、塑性工作的分界点,屈服后,ε=(2~3)%,易察觉;若ε过大,产生的变形过大,不允许。
b. 从 fy ~ fu ,塑性工作区很大,有足够的变形保证截面上的应力不超过 fu , fy ~ fu 作为强度储备
fy / fu :屈强比
受压、受剪、受弯时的σ~ε关系如何???
受压、受剪、受弯时的σ~ε关系基本同受拉,
受压、受弯的强度指标取受拉时的数值,
受剪的强度指标 fyv(或τy)=0.58 fy (后面讲原因)
钢材屈服点 fy 的高低和钢材
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