建筑材料-钢材-钢材基本性能.ppt

谢谢大家！ 请各位专家批评指正！ * * 钢材作为现代土木工程建筑的主要用材之一，应为钢材的大量使用，建筑结构突破了大跨度、超高层等大尺度限制，一桥架南北天堑变通途不在成为神话，由此成就现代化的巨型土木工程建筑结构，如上海环球金融中心为代表的摩天大楼、港珠澳去大桥为代表的超大跨桥梁结构、以及鸟巢等未达标的大跨度空间结构等。由于钢材在土木工程结构中的大量使用，其发挥着越来越大的作用，对其性能在各种环境条件下的研究越来越重要。代表性的经典案例：泰坦尼克号沉没事故！ * 钢材力学性能认识不到位造成的悲剧案例： * * * * * * * * * * * * 第二章 建筑钢材 土木工程材料 学习目标 通过本章的学习：（1）掌握钢材力学性能的几个指标参数：抗拉、冷弯、冲击韧性、耐疲劳和硬度等； （2）理解抗拉变形过程中的几个阶段和对应的应力指标； （3）由抗拉曲线得到钢材弹塑性评价的几个指标参数； （4）了解影响钢材性能的化学成分因素。 本章内容 2.1 建筑钢材基本知识 2.1.1 建筑钢材概述 2.1.2 钢的冶炼加工及其对钢 材质量的影响 2.1.3 钢的分类 2.1.4 钢材的加工 2.2 建筑钢材的主要技术性能 2.2.1 力学性能 2.2.2 工艺性能 2.3 建筑钢材的技术标准及应用 2.3.1 碳素结构钢 2.3.2 优质碳素结构钢 2.3.3 低合金高强度结构钢 2.4 常用建筑钢材 超柔性 大跨度 高耸细长 复杂大悬空 原因之一： 船体钢板材料缺陷，造船工程师只考虑到要增加钢的强度．没有想到要增加其韧性。在“泰坦尼克号”沉没地点的水温中，发现了钢材的冷脆性，即在-40℃~0℃的温度下，钢材的力学行为由韧性变成脆性，从而导致灾难性的脆性断裂。 原因之二：连接船体各部分的固定铆钉，是用掺有矿渣的劣质金属制成的。其中的矿渣含量竟然超过了标准钢材的2倍。根据冶金学理论，这种过量的不纯物质使得铆钉在剧烈的撞击过程中很容易发生断裂。 经典案例：凄美悲壮的浪漫故事-“泰坦尼克号”沉没事故 2.2 建筑钢材的主要技术性能 2.2.1 建筑钢材的力学性能 标准试件 按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件，消除断部尺度效应影响。 l0 A0 d0 l 非标准试件 不经过加工，直接在线材上切取的试件。 头部 头部 工作段 2.2.1.1 抗拉性能 2.2.1.1 抗拉性能（低碳钢） 一条曲线的故事：应力-应变拉伸曲线。 拉伸性能是建筑钢材最重要的性能。从低碳钢的应力-应变关系中可看出，低碳钢从受拉到拉断，经历了四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。 通过对钢材进行抗拉试验所测得的弹性模量、屈服强度、抗拉强度和伸长率是钢材的四个重要技术性质指标。 式中： ε——材料的应变; σ——材料的应力; E——材料的弹性模量 应力与应变 2.2 建筑钢材的主要技术性能 2.2.1 建筑钢材的力学性能 1.应力：物体由于外因（受力、湿度、温度场变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力。 2.应变：用以描述一点处变形的程度的 力学量 F F A ΔL L0 L1 注： 1）这种应力计算公式代表的是荷载作用界面平均应力，对于复杂界面或者孔洞存在应力集中和分布不均情况需计算局部应力分布； 2）应变的这种计算同样是测试范围L0的平均应变，可以直接从应力应变曲线得到，对于均值连续几何形态统一规则适用性较好，否则需要用用引伸计等手段测试局部应变。 2.2.1.1 抗拉性能（低碳钢） 1）弹性阶段OA 一条通过原点 的直线，应力与应变成正比。 弹性 弹性模量 E值的大小反映了钢材抵抗 弹性变形的能力。 A点对应 的应力。 α O A 低碳钢受拉的应力－应变图 E1 ＞ E2 图形的特点： 试件的特点： 计算的指标： A B C D 弹性极限 2.2.1.1 抗拉性能（低碳钢） 2）屈服阶段AB 一条波动的曲 线，应力增加很小，而应变增加 很大。 所能承受的拉 力增加很小，而塑性变形迅速 增加，似乎钢材不能承受外力 —— 屈服强度（也叫屈服点） 点对 应的应力 图形的特点： 试件的特点： 计算