第2章 钢结构的报告.ppt

焊缝附近主体金属的应力由： 实际应力循环均形成在拉应力范围 （2）应力幅（Δσ）和应力循环特征（应力比ρ） A. 对于焊接结构： 应力幅对焊接结构的疲劳强度有很大影响，而与名义最大应力σmax和应力比ρ无关。 B. 对于非焊接结构和轧制钢材 在循环次数N一定的情况下，根据试验资料可以绘出N次循环的疲劳图(σmax和σmin关系曲线)。 当ρ=0和ρ=-1时的疲劳强度分别为σ0 和σ-1，连接BC并延长至A、D。 非焊接结构的疲劳图 D A 由上述推导可知，对于非焊接结构和轧制钢材，疲劳强度与最大应力、应力比、循环次数和缺口效应（构造类型的应力集中情况）有关。 ABCD直线方程为： D A 非焊接结构的疲劳图 由试验结果，以及上述分析可知钢材的疲劳强度主要与构件和连接分类（内部缺陷、应力集中、残余应力）、应力循环次数和应力幅有关。 焊接部位的疲劳强度与钢材的静力强度(屈服点fy)基本无关。 对于只有压应力的应力循环作用，由于钢材内部缺陷不易开展，则不会发生疲劳破坏，不必进行疲劳计算。 应力循环次数N5×104，不需要进行疲劳计算。 二、疲劳强度计算 （一）常幅疲劳 根据试验数据可以绘出构件或连接的应力幅Δσ 与相应的致损循环次数N的关系曲线，按试验数据回 归的Δσ-N曲线为平均曲线(图a)，取对数坐标(图b)。 1.容许应力幅[Δσ] 由于现阶段对钢材发生疲劳破坏尚处于进一步研究阶段，按概率极限状态计算疲劳强度还不成熟，故采用容许应力幅的计算方法。 结构用钢需经过冶炼、浇铸、轧制和矫正等工序才能成材，多道工序对钢材的材性都有一定影响。 冶金缺陷：偏析、非金属夹杂、裂纹、分层。 二．冶金缺陷 冶炼 冶炼方法主要有平炉炼钢法和转炉炼钢法； 冶炼过程主要是控制钢材的化学成分，从而达到控制钢材性能的目的。 浇铸 浇铸就是把钢水转变为钢坯的过程。 浇铸时要对钢水进行脱氧，根据脱氧程度的不同，钢可分为: 沸腾钢 镇静钢 半镇静钢。 特殊镇静钢 沸腾钢 沸腾钢是用锰作为脱氧剂，由于锰的脱氧能力较差，不能充分脱氧。钢液中还含有较多的氧化铁，浇铸时氧化铁和碳相互作用，形成一氧化碳气体逸出，使钢液剧烈沸腾，称为沸腾钢。 沸腾钢的塑性、韧性和可焊性较差，容易发生时效和变脆，轧成的钢板和型钢中常有夹层和偏析现象。但沸腾钢生产周期短，消耗脱氧剂少，轧钢时切头很小，成品率高，所以成本较低。 镇静钢 镇静钢是用硅作为主要脱氧剂，硅的脱氧能力很强，它是锰脱氧能力的5倍。没有沸腾现象，浇铸时钢锭模内液面平静，称为镇静钢。它的晶粒较细，使组织致密，气泡少，偏析度小。 镇静钢成品率低，成本较高。 镇静钢的屈服点高于沸腾钢，镇静钢与沸腾钢相比，还具有冲击韧性较高，冷弯性能、可焊性和抗锈蚀性较好，时效敏感性较小等优点。 特殊镇静钢 特殊镇静钢是在采用锰和硅脱氧之后，再用铝或钛进行补充脱氧，不仅进一步减少钢中有害氧化物，并把氮化合成非常细小的氮化铝或氮化钛，能明显改善各种力学性能，提高钢材的可焊性。 冶炼（脱氧） 钢锭剖面 缩孔 (a)沸腾钢 (b)镇静钢 轧制 轧制是将钢锭热轧成钢板和型钢，改善了钢材的内部组织和力学性能。 轧制的钢材愈小(愈薄)，其强度愈高，塑性和冲击韧性愈好。 轧制钢材，由于其内部非金属夹杂物被压成薄片，在较厚的钢板中会出现分层(夹层)现象。 注意：薄钢板的强度比厚钢板的强度高。 轧制 轧辊 钢的轧制使晶粒细化 冶金缺陷： 0.035~0.040 0.030~0.035 0.025~0.030 0.025 0.025~0.030 0.09~0.10 0.08~0.09 0.07~0.08 0.06~0.07 0.055~0.06 0.05~0.055 0.045~0. 05 0.04~0.045 0.035~0.04 0.03~0. 035 0.025~0.03 0.025 钢锭中硫的偏析 (a)镇静钢锭 (b)沸腾钢锭 型钢硫的偏析 1.偏析：钢中化学成分分布不均匀，主要的偏析是硫、磷，将使偏析区钢材的塑性、韧性及可焊性变坏。 2、非金属夹杂：钢材中存在非金属化合物（硫化物、氧化物），使钢材性能变脆。 3、裂纹、分层：浇注时的非金属夹杂物在轧制中可能造成钢材的分层，影响钢材的冷弯性能。 三、钢材的硬化 冷作硬化——当荷载超过材料比例极限卸载后，出现残余变形，再次加载则比例极限（或屈服点）提高的现象，也称“应变硬化”。 时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使材料硬化的现象。 应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬