哈工大钢结构设计原理一2钢结构的材料.ppt

影响钢材焊接性能的因素 碳当量 母材厚度 焊接方法 焊接工艺参数 结构形式 时效硬化 氮和碳随时间的增长逐渐由固溶体中析出，生成氮化物和碳化物，散存在铁素体晶粒的滑动界面上，对晶粒的塑性滑移起到遏制作用，从而使钢材的强度提高，塑性和韧性下降。这种现象称为时效硬化（也称老化）。 产生时效硬化的过程一般较长，但在振动荷载、反复荷载及温度变化等情况下，会加速发展。 §2.4.3 钢材的硬化 冷作硬化（或应变硬化） 冷加工使钢材产生较大的塑性变形，卸荷后再重新加载，钢材屈服点提高，塑性和韧性降低的现象，称为冷作硬化。 冷作时效(应变时效)硬化 在钢材产生一定数量的塑性变形后，铁素体晶体中的固溶氮和碳将更容易析出，从而使已经冷作硬化的钢材又发生时效硬化现象，称为应变时效硬化 。 冷作硬化的产生及避免方法 对于比较重要的钢结构，要尽量避免局部冷作硬化现象的发生。 如钢材的剪切和冲孔，在剪断的边缘和冲出的孔壁处产生严重的冷作硬化，甚至出现微细的裂纹，促使钢材局部变脆。 避免方法：可将剪切处刨边；冲孔用较小的冲头，冲完后再行扩钻或完全改为钻孔。 §2.4.4 应力集中的影响 应力集中的特点 在孔洞、槽口、截面突然改变以及钢材内部缺陷的位置，应力分布不再保持均匀，产生应力集中。 对于厚板甚至会产生三向拉应力状态。 通常出现同号力场，钢材强度有所提高，但塑性降低，容易发生变脆破坏。 应力集中的严重程度用应力集中系数衡量，缺口边缘沿受力方向的最大应力σmax和按净截面的平均应力σ0＝N/An的比值称为应力集中系数，即k=σmax/σ0。 因此，设计时应尽量使构件和连接节点的形状和构造合理，防止截面的突然改变。在进行焊接构造设计和施工时，应尽量减少焊接残余应力。 §2.4.5 荷载类型的影响 加载速度的影响 冲击荷载作用时，加载速度很高，由于钢材的塑性滑移在加载瞬间跟不上应变速率，因而反映出屈服点提高的倾向。 试验研究表明，在20℃左右的室温环境下，钢材的屈服点和抗拉强度随应变速率的增加而提高，同时还能保持良好的塑性变形能力。 应变速率在温度较低时对钢材性能的影响要比常温下大得多。 循环荷载的影响 疲劳：钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐累积损伤、产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直到最后破坏，此现象称为疲劳。 高周疲劳的断裂寿命较长，断裂前的应力循环次数n≥5×104，断裂应力水平较低，σ＜fy，因此也称低应力疲劳或疲劳，一般常见的疲劳多属于这类。 低周疲劳的断裂寿命较短，破坏前的循环次数n=102~5×104，断裂应力水平较高，σ≥fy，伴有塑性应变发生，因此也称为应变疲劳或高应力疲劳。 包辛格效应：钢材承受拉力至产生塑性变形，卸载后，再使其受拉，其受拉的屈服强度将提高至卸载点（冷作硬化现象）；而当卸载后使其受压，其受压的屈服强度将低于一次受压时所获得的值。这种经预拉后抗拉屈服强度提高，抗压屈服强度降低的现象称为包辛格效应。 §2.4.6 温度的影响 高温的影响 在150℃以内，钢材强度、弹性模量和塑性均变化不大，耐热。 在250℃左右，抗拉强度有局部性提高，伸长率和断面收缩率均降至最低，出现了所谓的蓝脆现象（钢材表面氧化膜呈蓝色）。热加工应避开这一温度区段。 在300℃以后，强度和弹性模量均开始显著下降，塑性显著上升，达到600℃时，强度几乎为零，塑性急剧上升，处于热塑性状态。 钢材的绝热、防火措施 当结构可能受到炽热熔化金属的侵害时，应采用砖或耐热材料做成的隔热层加以保护； 当结构表面长期受辐射热达150℃以上或在短时间内可能受到火焰作用时，应采取有效的防护措施（如加隔热层或水套等）。 按国家防火规范，根据建筑物的防火等级对不同构件所要求的耐火极限进行设计，选择合适的防火保护层（包括防火涂料等的种类、涂层或防火层的厚度及质量要求等）。 低温的影响 温度越低，钢材的冲击韧性越差，端面晶粒区所占面积越大，越表现为脆性破坏。 反弯点为脆性转变温度。 在直接承受动力作用的钢结构设计中，应使钢材的脆性转变温度低于工作温度，从而选择具有不同冲击韧性指标的钢材。 对Q235钢，除A级不要求外，其它各级钢均取CV=27J；对低合金高强度钢，除A级不要求外，E级钢采用CV=27J，其它各级钢均取CV=34J。 §2.4.7 防止脆性断裂的方法 合理设计 正确选用钢材。 不宜采用比实际需要强度更高的材料； 低温下受动力荷载时，应使所选钢材的脆性转变温度低于结构的工作温度。 应尽量使用较薄的型钢和板材。 构造力求合理。 避免构件截面的突然改变，减少应力集中。 采取构造措施以防断裂的失稳扩展。 连接应尽量采用螺栓连接。 采用焊接连接