大学本科《钢结构设计原理》课件 第2章钢结构材料1.ppt

大纲要求: 1.了解钢结构的两种破坏形式； 一、受拉、受压、受弯及受剪时的性能 （一）单向拉伸时的性能 1.条件：标准试件（GB228—63），常温（20℃） 下缓慢加载，一次完成。含碳量为0.1%－0.3%。 标准试件：lo/d=5、10；lo-标距； d --直径 （4）强化阶段(DE段) B.对无明显屈服点的钢材 3.应力应变曲线的简化 1)钢材在屈服点以前按理想的弹性体工作，屈服点以后按理想的塑性体工作。 2)超过 fy到屈服台阶终止的变形约为2.5%--3%，足以满足考虑结构的塑性变形发展的要求。 （2）钢材在静载作用下： 强度计算以fy为依据;fu为结构的安全储备。 4.单向拉伸时钢材的机械性能指标 （1）屈服点fy--应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力，它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。 同单向拉伸时的性能，屈服点也相差不多。 二、冷弯性能 三、冲击韧性 衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应力作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。 (a)梅氏U型缺口 (b)夏比V型缺口 由试件断裂吸收的能量Cv来衡钢材的冲击韧性， 单位：J。Cv受温度的影响 冲击韧性试验装置 钢材的机械性能指标 1、屈服点fy； 2、伸长率δ； 3、抗拉强度fu； 4、冷弯试验； 5、冲击韧性Cv (包括常温冲击韧性、 0度时冲击韧性 负温冲击韧性）。 §2.2 钢材的破坏形式 一、塑性破坏 破坏前有明显的塑性变形，破坏过程长，断口发暗，可以采取补救措施。 二、脆性破坏 坏前没有明显的变形和征兆，破坏时的变形远比材料应有的变形能力小，破坏突然，断口平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。 一、化学成分 普通碳素钢中Fe占99%，其他杂质元素占1%； 普通低合金钢中合金元素＜5%。 1. 碳（C）：钢材强度的主要来源，随其含量增加，强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。 一般控制在0.22%以下， 在0.2％以下时，可焊性良好。 2.硫（S）：有害元素，热脆性。不得超过0.05%。 3.磷（P）：有害元素，冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。不得超过0.045%。 4.锰（Mn）：合金元素。弱脱氧剂。与S形成MnS，熔点1600℃，可以消除一部分S的有害作用。 5.硅（Si）：合金元素。强脱氧剂。 6.钒（V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。 7.氧（O）：有害杂质，与S相似。 8.氮（N）：有害杂质，与P相似。 9.铜（Cu）：提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有影响。 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。 应变时效硬化——钢材产生了一定数量的塑性变形后，铁素体中固溶的C、N更容易析出，从而使冷作硬化的钢材又发生时效硬化。 四、温度影响 250℃左右抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性增加—兰脆现象，该温度区段称为“兰脆区”。 260～320℃产生徐变现象。 600℃左右弹性模量趋于零 ，承载能力几乎完全丧失。 当温度低于常温时，钢材的脆性倾向随温度降低而增加，材料强度略有提高，但其塑性和韧性降低，该现象称为低温冷脆。 五、应力集中 1.应力集中的概念 构件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变时，应力不均匀，力线变曲折，缺陷处有高峰应力—应力集中。 3.减小应力集中现象的措施 六、反复荷载作用（疲劳问题） 讨论： １）材料由弹性转入塑性的强度指标用变形时单位体积中积聚的能量来表达； 八、复杂应力作用下钢材的屈服条件 假定： ２）当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变形能时，钢材即由弹性转入塑性。 o Z X Y 单元体受复杂应力 （应力分量） 单元体受主应力 1.以应力分量表示 2.以主应力表示 材料处于弹性状态 材料处于塑性状态 （1）三向受压时(静水压力) ————不破坏; （2）三向受拉时 ——一定破坏; 由于三向受拉限制了材料的塑性发展，材料要发 生脆性破坏。 能量理论所得的公式只适用于塑性材料，因此形 式上的不破坏与实际的脆性破坏是不矛盾的， 只是实际的脆性破坏不再符合能量理论的基本假定。 * 2.掌握结构用钢材的主要性能及其机械性能指 标； 3.掌握影响钢材性能的