16 钢结构材料与计算方法.pptVIP

16　钢结构的材料与计算方法;　　（3） 掌握钢材机械性能和化学成分； 　　（4） 掌握钢材的选用方法； 　　（5） 掌握钢结构的设计方法。 ;本 章 内 容;16.1 钢结构的特点、应用范围与发展;　　（5） 可焊性 　　（6） 耐腐蚀性差 　　（7） 耐火性差 　　（8） 钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂，这应引起设计者的特别注意。 ;　　（1） 大跨度结构 　　（2） 重型厂房结构 　　（3） 受动力荷载作用的厂房结构 　　（4） 多层、高层和超高层建筑 　　（5） 高耸结构 　　（6） 板壳结构 　　（7） 可拆卸结构;　　（1） 高强度低合金钢 　　（2）轧制新品种的型钢 　　（3）计算方法的完善  　　（4）结构形式  　　（5） 优化原理的应用  　　;16.2 钢材的机械性能与化学成分;　　当应力超过fp后，应变比应力增加得快，到达b??后，应变急剧增加，而应力基本不变，此阶段称为屈服阶段，应力－应变曲线呈水平段，钢筋产生相当大的塑性变形，c点对应的应力fy称为屈服强度。 　　没有明显屈服点和塑性平台的钢材，则以卸荷后残余变形为0.2%时所对应的应力为屈服点，称为名义屈服点f0.2。 　　屈服阶段后，钢材内部组织经重新调整进入强化阶段，直至曲线最高点即抗拉强度fu，出现颈缩，此时变形剧增，应力下降，最后试件断裂。 　　;　　抗拉强度是钢材破坏前所能承受的最大应力，但是巨大的塑性变形，使之无实用意义，只作为强度贮备。 　　fy/fu叫做屈强比，其值愈大，说明钢材被充分利用；愈小则安全储备愈大。 ;（2） 塑性 　　钢材的塑性是指应力超过屈服点后，能产生显著的塑性变形，而不立即断裂的性质，可用试件静力拉伸时的伸长率来衡量。 　　伸长率为图16.2所示试件拉断后，原标距的伸长值与原标距比值的百分数，即 ;（3） 冷弯性能 　　冷弯性能是指钢材在冷加工时（即常温下加工），对产生裂缝的抵抗能力。 　　冷弯试验方法是在材料试验机上，通过冷弯冲头加压，将厚度为a、宽度为b的板材按规定的弯心直径d弯曲180°，以弯曲处无裂纹、不起层为合格。同时又可检查钢材的内部缺陷（颗粒组织、结晶情况、杂质分布等），鉴定钢材的可焊性，因此冷弯性能是衡量钢材质量的综合性指标（图16.3）。 ;（4） 冲击韧性 　　钢材的韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，也是钢材在动力荷载作用下，抵抗脆性破坏的能力。 　　冲击韧性指标由冲击试验获得，叫做冲击值。在冲击试验时，采用截面为10mm×10mm，长度为55mm，中间开有小槽的长方形试件（图16.5），放在摆锤式冲击试验机上冲断（图16.4），可从试验机刻度盘上读出冲击功Ak(单位J)。 　　钢结构用钢机械性能指标规定见表16.1和表16.2 ;图16.1　低碳钢单向拉伸应力－应变图 ;图16.2　静力拉伸标准试件 ;图16.3　冷弯试验示意图 ;图16.4　冲击韧性试验及试件缺口形式 ;图16.5　冲击试件取样方法 ;表16.1　Q235钢的机械性能 ;表16.2　Q345及Q390钢的机械性能 ;　　钢材的化学成分直接影响钢的组织构造和机械性能。 　　钢的基本元素是铁（Fe），它在碳素结构钢中含量约占99%，其余是碳（C）、锰（Mn）、硅（Si）以及冶炼中不易除净的有害元素硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）等。 　　在低合金结构钢中，适当增加锰、硅含量，可改善钢材的机械性能。若增加少量的钒、钛、铌、铜等元素，则对某些性能的改善更显著。 　　钢结构所用各类钢材的化学成分见表16.3和表16.4 ;表16.3　Q235钢的化学成分（熔炼分析）（%） ;表16.4　Q345和Q390钢的化学成分（熔炼分析）（%） ;16.3 其他因素对钢材性能的影响;　　钢材随时间的增长，其强度提高而塑性、韧性下降的现象叫时效硬化。 　　所谓人工时效是使钢材先发生10%左右的塑性变形，再加热至250℃保持1h，然后在空气中冷却，则时效可在几小时内完成。 　　钢材在弹塑性或塑性阶段卸荷后再重新加荷，其屈服点将提高，弹性工作范围加大，而塑性和韧性却降低，这种现象叫做冷作硬化。 ;　　钢在250℃左右时，抗拉强度有所提高而塑性、韧性下降，这种现象叫蓝脆（因表面氧化膜呈蓝色）。应避免在蓝脆温度范围内进行热加工，否则易出现裂纹。 　　当温度从常温下降时，强度略有提高，但塑性和韧性则降低而变脆，当温度下降到某一区间时，冲击韧性急剧下降，破坏特征明显地转变为脆性破坏，这就是低温冷脆。 ;16.3.4 复杂应力作用下的工作　;　　由于截面几何形状的突变，造成应力线密集曲折，从而在孔洞边缘、缺口尖端出现局部高峰应力，而其他部位应力降低，形成所谓的应力