钢结构基础第2章.ppt

第2章 钢结构的材料 1．疲劳断裂的概念 疲劳断裂是微观裂缝在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。断口可能贯穿于母材，可能贯穿于连接焊缝，也可能贯穿于母材及焊缝。 2.4.2 循环荷载的效应 出现疲劳断裂时，截面上的应力低于材料的抗拉强度，甚至低于屈服强度。 疲劳破坏属于脆性破坏，塑性变形极小，因此是一种没有明显变形的突然破坏，危险性较大。 第2章 钢结构的材料 疲劳破坏的构件断口上面一部分呈现半椭圆形光滑区，其余部分则为粗糙区（如图 2-9 ）。 2.4.2 循环荷载的效应 图2.9 断口示意 1－光滑区；2－粗糙区 疲劳断裂的过程： 1.裂纹的形成 2.裂纹的缓慢扩展 3.最后迅速断裂 第2章 钢结构的材料 应力比：应力循环特性常用应力比值来表示，以拉应力为正值。 完全对称循环( ? ＝-1) 静荷载作用(? ＝+1) 脉冲循环(? ＝0) 一般应力循环(-1?+1) 为应力幅，表示应力变化的幅度，总为正值。 1 应力循环特性 连续重复荷载之下应力往复变化一周叫做一个循环。 第2章 钢结构的材料 图2.10 △? - n 曲线 2 ． △? - n 曲线 根据试验数据可以画出构件或连接的应力幅 △? 。与相应的致损循环次数 n 的关系曲线（图a ）。这种曲线是疲劳验算的基础。致损循环次数也叫做疲劳寿命。 对数转换 目前国内外都常用双对数坐标轴的方法使曲线改为直线以便于分析（图b ）。在双对数坐标图中，疲劳方程就是直线式（图中实直线） 第2章 钢结构的材料 3．疲劳验算及容许应力幅 直接受到重复荷载作用的构件，如吊车梁、桥梁、输送栈桥和某些工作平台梁等以及它们的连接，当应力循环次数n≥5x104应进行疲劳验算。 验算方法：容许应力法 永久荷载所产生的应力为不变值，没有应力幅。应力幅只由重复作用的可变荷载产生，所以疲劳验算按可变荷载标准值进行。荷载计算中不乘以吊车动力系数。 式中 △?——对焊接结构为应力幅 △?＝?max-?min； 对非焊接部位为计算应力幅 △?＝?max-0.7?min ，应力以拉为正，压为负； [△?] —— 常幅疲劳的容许应力幅。 式中C，?——系数。焊接结构中根据各种不同的构造细部使疲劳强度不同程度地降低，详见第 8 章。 常幅疲劳验算公式： 第2章 钢结构的材料 2.4.3 快速加荷效应 快速加荷使钢材的屈服点和抗拉强度提高。 一般钢厂在做钢材拉伸试验时往往加荷比较快，致使所得fy、fu偏高。 快速加荷的不利效应在于影响能量吸收的能力。 同一种材料，承受动力荷载时，允许最低的使用温度要比承受静力荷载高得多。 加荷速度对断裂韧性的影响 断裂吸收能量随温度的变化 第2章 钢结构的材料 2.5 结构钢材的类别及钢材的选用 2.5.1 结构钢材的类别、牌号和等级 结构钢材类别： 热轧钢材 铸钢 冷成型钢材 高强钢丝和钢索材料 第2章 钢结构的材料 2.5 结构钢材的类别及钢材的选用 2.5.1 结构钢材的类别、牌号和等级 1.热轧钢材 结构钢分类： 碳素结构钢 低合金高强度结构钢 高性能建筑结构用钢 《钢结构设计规范》(GB50017-2003)推荐的碳素结构钢Q235钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390及Q420。 新版规范GB50017-201X将增加Q460、Q345GJ。 GJ表示高性能建筑结构用钢，简称高建钢。 第2章 钢结构的材料 a ．碳素结构钢 碳素结构钢的牌号（简称钢号）有 Q195 、 Q215A及 B 、Q235A 、 B 、 C 及 D 、 Q255A及 B 、 Q275 。 Q 是屈服强度中“屈”字汉语拼音的字首； 阿拉伯字表示以 N / mm2为单位屈服强度的大小； A 、 B 、 C 或 D 等表示按质量划分的级别； F ，Z或 b表示脱氧方法的符号。 2.5.1 结构钢材的类别、牌号和等级 1 ．热轧钢材 从 Q195 到 Q275 ，是按强度由低到高排列；钢号的由低到高在较大程度上代表了含碳量的由低到高。 其中 A 、 B 级属于F ，Z或 b钢。 C级属于镇静钢， D 级属于特殊镇静钢。 第2章 钢结构的材料 b ．低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢是在钢的冶炼过程中添加少量几种合金元素使钢的强度明显提高，故称低合金高强度结构钢。 Q345 、 Q390 、Q420和 Q460 是钢结构设计规范规定采用的钢种。 2.5.1 结构钢材的类别、牌号和等级 1 ．热轧钢材 按对冲击韧性（夏比 V 型缺口