2第二章钢结构的论述.ppt

第二章 钢结构的材料;目 录 ;第一节 钢结构对所用材料的要求;钢结构对所用材料的要求(物美价廉);6．有时还要求钢材具有适应低温、高温等环境的能力。 7.《钢结构设计规范（GB50017)》推荐使用：碳素结构钢中的Q235钢、低合金结构钢中的Q345钢、Q390钢、Q420钢。 8. 随着研究的深入，必将有一些满足要求的其它种类钢材可供使用。若选用钢结构设计规范还未推荐的钢材时，需有可靠的依据，以确保钢结构的质量。 9.专用钢结构用材见相关规范。;第二节　钢材的主要机械性能;一、单向拉伸时的性能（单向拉伸试验）;单向拉伸试验;钢材的应力σ～应变ε曲线;伸长率? 根据试件原标距长度 l0与试件中间部分的直径d0 的比值为10或5而分为?10或?5，为试件拉断时原标距间长度伸长值与原标距比值的百分率。 式中 ： l1 —— 为试件拉断后标距间长度。 fy、fu和δ是承重钢结构对钢材要求所必须的三项基本机械性能指标。;断面收缩率是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率。 式中： A0 ——试件原来的断面面积； A1 ——试件拉断后颈缩区的断面面积； 结构或构件在受力时（尤其承受动力荷载时）材料塑性好坏往往决定了结构是否安全可靠，因此钢材塑性指标比强度指标更为重要。;二、冷弯性能;三、冲击韧性;冲击韧性与温度有关，当温度低于某一负温值时，冲击韧性值将急剧降低。因此在寒冷地区建造的直接承受动力荷载的钢结构，除应有常温冲击韧性的保证外，尚应依钢材的类别，使其具有-20℃ 或-40℃的冲击韧性保证，应Akw≥27J。 ;四、可焊性;五、钢材受压和受剪时的性能;六、其他机械性能;七、钢材性能的鉴定 ;1）国外进口钢材； 2）钢材混批； 3）板厚等于或大于40mm，且设计有Z向性能要求的厚板； 4）建筑结构安全等级为一级，大跨度钢结构中主要受力构件所采用的钢材； 5）设计有复验要求的钢材； 6）对质量有疑义的钢材。 复检时各项试验都应按有关的国家标准《金属拉伸试验方法》 (GB／n28)，《金属夏比缺口冲击试验方法》 (CB／n29)和《金属材料弯曲试验方法》 (GB／n32)的规定进行。 ;第三节 影??钢材性能的主要因素;一、化学成分的影响;Si：作为脱氧剂加入普通碳素钢。适量硅可提高钢材的强度，而对塑性、冲击韧性、冷弯性能及可焊性无显著的不良影响。一般镇静钢的含硅量为0.10%～0.30%，含量过高（达1%），会降低钢材塑性、冲击韧性、抗锈性和可焊性。应控制≤0.1~0.3% Mn：适量的锰可有效提高钢材强度，消除硫、氧对钢材的热脆影响，改善钢材热加工性能，并改善钢材的冷脆倾向，同时不显著降低钢材的塑性、冲击韧性。普通碳素钢中锰的含量约为0.3%～0.8%。含量过高（达1.0%～1.5%以上）使钢材变脆变硬，并降低钢材的抗锈性和可焊性。 S：有害元素。含量↑使强度↑塑性、韧性、性能冷弯、可焊性↓；高温时使钢材变脆－热脆现象。一般建筑用钢含硫量要求不超过0.055%，在焊接结构中应不超过0.050%。 ;P：有害元素。虽可提高强度、抗锈性，但严重降低塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性，尤其低温时发生冷脆现象，含量需严格控制，一般不超过0.050%，焊接结构中不超过0.045%。 O：有害元素。引起热脆。一般要求含量小于0.05%。 N：能使钢材强化，但显著降低钢材塑性、韧性、可焊性和冷弯性能，增加时效倾向和冷脆性。一般要求含量小于0.008%。 为改善钢材力学性能，可适量增加锰、硅含量，还可掺入一定数量的铬、镍、铜、钒、钛、铌等合金元素，炼成合金钢。钢结构常用合金钢中合金元素含量较少，称为普通低合金钢。 ;二、钢材生产过程的影响;2. 钢的脱氧 钢液中残留的氧，将使钢材晶粒粗细不匀并发生热脆。因此浇注钢锭时要在炉中或盛钢桶中加入脱氧剂以消除氧。因脱氧程度或方法不同，把钢分为：沸腾钢（F）、半镇静钢（b）、镇静钢（Z）和特殊镇静钢（TZ）。 沸腾钢脱氧程度低，氧、氮和一氧化碳气体从钢液中逸出，形成钢液的沸腾。沸腾钢的时效、韧性、可焊性较差，容易发生时效和变脆，但产量较高、成本较低；半镇静钢脱氧程度较高些，上述性能都略好；而镇静钢的脱氧程度最高，性能最好，但产量较低，成本较高。 ;3. 钢材的轧制和热处理 将钢锭加热至1200～1300℃，通过轧钢机将其轧成所需形状和尺寸的钢材，称为热轧型钢。轧钢机的压力作用可使钢锭中的小气泡和裂纹弥合，并使组织密实。钢材的压缩比（钢坯与轧成钢材厚度之比）愈大时，其强度和冲击韧性也愈高。;三、温度的影响;2.负温度范围内（0℃以下）随着温度降低，塑性和韧性降低，材料变脆，称为低温冷脆。钢材冲击韧性与温度的关系曲线反弯点