钢结构的材料讲述.ppt

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钢结构的材料讲述

钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第2章 钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure §2.1 钢结构对材料的要求 (1) 较高的强度 (2) 足够的变形能力——良好塑性和韧性 (3) 良好的加工性能——适应冷、热加工,可焊性好 (4) 对环境的良好适应性——耐腐蚀、耐火、耐疲劳 钢结构的材料关系到钢结构的计算理论,同时对钢结构的制造、安装、使用、造价、安全等均有直接联系。本章简要介绍钢材的生产过程和组织构成,重点介绍钢材的主要性能以及各种因素对钢材性能的影响;钢材的种类、规格及选择原则。 §2.1 钢结构对材料的要求 §2.2 钢材的生产 第二章 钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure §2.2 钢材的生产 钢材的生产大致分为冶炼、浇注、轧制和(热处理)四道工序。 电炉钢是利用电热原理,在电弧炉内冶炼。(质量好,但耗电量大,成本高,一般只用来冶炼特种用途的钢材。) 炼钢炉有三种形式:转炉、平炉和电炉。 转炉钢是利用高压空气或氧气使炉内生铁熔液的碳和其它杂物氧化,在高温下使铁液变为钢液。(生产周期短,效率高,质量好,成本低,已经成为国内外发展最快的炼钢方法。) 平炉钢是利用煤气和其它燃料供应热能,把废钢、生铁熔液或铸铁块和不同的合金元素等冶炼成各种用途的钢。(生产周期长,效率低,成本高,现已逐步被转炉钢所取代。) (1)炼 钢 §2.2 钢材的生产 浇注是指把熔炼好的钢液做成钢锭或钢坯。 用连续铸造法生产钢坯的工艺和设备,由于机械化、自动化程度高的优势,已经逐渐取代了笨重而复杂的铸锭工艺和设备。 钢液中残留的氧,将使钢材晶粒粗细不均匀并发生热脆,降低钢材的力学性能。 按照钢液在炼钢炉中进行脱氧的方法和程度不同,碳素结构钢可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。 (2) 浇 注 (3)脱 氧 §2.2 钢材的生产 §2.2 钢材的生产 (4)加工(热加工、冷加工和热处理 ) 热处理 指通过加热、保温、冷却的操作方法,使钢材的组织结构发生变化,以获得所需性能的加工工艺。(退火、正火、淬火和回火) 热加工 指将钢坯加热至塑性状态,依靠外力改变其形状,生产出各种厚度的钢板和型钢。(热加工的开轧和锻压温度控制在1150-1300℃ ) 冷加工 指在常温下对钢材进行加工。(冷作硬化现象) §2.2 钢材的生产 §2.2 钢材的生产 §2.2 钢材的生产 §2.3 钢材的主要性能 钢材的破坏形式 单向拉伸时的工作性能 钢材的其它性能 在复杂应力作用下钢材的性能 §2.2 钢材的主要性能 2.3.1 单向拉伸时的工作性能 (1)试验条件 (a)试件的尺寸要符合国家标准,表面光滑,没有孔洞、刻槽等缺陷。试件的标定长度取其直径的5或10倍。  (b)荷载要分级逐次增加,直到试件破坏。  (c)试验温度要控制在室温20℃左右。 §2.2 钢材的主要性能 (2)钢材的应力-应变关系 A. 有屈服点钢材s---e曲线可以分为四个阶段: (a)弹性阶段(OE段) 单调拉伸应力-应变曲线 OA段:纯弹性阶段  s=Ee A点对应的应力: sp(比例极限) AE段:应力和应变呈非线性, 但整个OE段卸载后变形消失, e=0 E点对应的应力: se (弹性极限) §2.2 钢材的主要性能 (b)弹塑性阶段:EC段 σ与ε不呈比例,除弹性变形外还有塑性变形,fy称为屈服强度,又叫屈服点(yield point,材料力学中用σs表示)。 (c)屈服阶段(CF) 塑性变形:卸载后试件不能完全恢复原来的长度。不能恢复的这一部分变形称为塑性变形。 屈服点fy(屈服强度):屈服阶段曲线波动部分的最低值。 流幅:从屈服阶段的开始到曲线再度上升的应变幅度称为流幅。 特点:应力-应变曲线呈锯齿形波动,出现应力不增加而应变仍然在继续发展。 §2.2 钢材的主要性能 (d)强化阶段(FB段) 钢材内部晶粒重新排列,恢复承载能力,随荷载的增加σ缓慢增大,但ε增加较快,最终应力达到最高点B——抗拉强度(极限强度)fu 试件所能承受的最大拉应力 (e)颈缩阶段(BD段) 截面出现了横向收缩,截面面积开始显著缩小,塑性变形迅速增大,应力不断降低,变形却延续发展,直至D点试件断裂。 §2.2 钢材的主要性能 B.对无明显屈服点的钢材

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