重大社2024《钢结构基础》教学课件第2章.pptx

第2章钢结构的材料

学习目标Hereyourtitle（1）了解钢结构对材料的基本要求。（2）掌握钢材的主要性能，以及影响钢材性能和脆性破坏的主要因素。（3）了解钢材的两种破坏形式。（4）了解钢结构疲劳的基本概念、影响疲劳强度的主要因素、疲劳的计算方法。（5）掌握建筑用钢材的种类、规格和表示方法。（6）了解钢结构材料的选用原则。

钢结构材料概述2.1

2.1钢结构材料概述建筑钢结构承受着各种荷载，且工作环境和情况各不相同。总体来说，对钢结构所用钢材性能有以下要求：1.较高的屈服强度和抗拉强度屈服强度是衡量钢材承载能力的指标。屈服强度高可以减小构件的截面，从而减轻结构自重、节约钢材、降低造价。抗拉强度是衡量钢材极限抗拉能力的指标，它直接反映了钢材内部组织的优劣。抗拉强度高可以增加钢材的安全保障。2.良好的塑性和韧性钢材塑性好，能在结构破坏前产生明显的塑形变形，不易发生脆性破坏，同时还能调整局部应力高峰，使应力重分布且趋于均匀；韧性好的钢材具有较强的抵抗脆性破坏的能力，有利于承受动力荷载。

2.1钢结构材料概述3.良好的加工和可焊性能钢结构使用的钢材具有良好的加工和可焊性能是指钢材在经过多道工序（冷加工、热加工、焊接等）后，其材料性能（强度、塑性、韧性等）不会发生明显的改变，否则会对结构产生不利影响。4.专用的特种性能专用的特种性能主要是指钢材的耐候性、耐火性、Z向性能（钢板沿厚度方向的受力性能，即抗层状撕裂性能）。在露天工作环境或有害介质作用下，对钢结构有较高的防腐要求，对重要钢结构建筑物还有较高的防火要求。若钢材自身具有耐候性、耐火性，则有利于钢结构的应用。对厚度较大的钢板（如高层建筑钢结构中的钢板）有Z向性能要求，即沿厚度方向具有抗层状撕裂的能力。

钢材的主要性能2.2

2.2钢材的主要性能2.2.1钢材的力学性能和工艺性能1.强度钢材的主要强度指标和变形性能是根据静载单向拉伸试验确定的。将标准试件（见图2-1，l0/d=5或10）在常温（20℃±5℃）下缓慢匀速加载，一次完成，可得到钢材的应力-应变（σ-ε）曲线，由此曲线可获得许多钢材性能的信息。

2.2钢材的主要性能2.2.1钢材的力学性能和工艺性能低碳钢（碳含量不大于0.25%）单向拉伸试验的σ-ε曲线如图2-2所示。

拓展阅读低碳钢（mildsteel）为碳含量低于0.25%的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，故又称软钢。它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，大多不经热处理用于工程结构件，有的经渗碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。低碳钢退火组织为铁素体和少量珠光体，其强度和硬度较低，塑性和韧性较好。因此，其冷成形性良好，可采用卷边、折弯、冲压等方法进行冷成形。这种钢还具有良好的焊接性。含碳量从0.10%至0.30%低碳钢易于接受各种加工如锻造，焊接和切削，常用于制造链条、铆钉、螺栓、轴等。低碳钢退火组织为铁素体和少量珠光体，其强度和硬度较低，塑性和韧性较好。因此，其冷成形性良好可采用卷边、折弯、冲压等方法进行冷成形。这种钢材具有良好的焊接性。碳含量很低的低碳钢硬度很低，切削加工性不佳，正火处理可以改善其切削加工性。低碳钢有较大的时效倾向，既有淬火时效倾向，还有形变时效倾向。当钢从高温较快冷却时，铁素体中碳、氮处于过饱和状态，它在常温也能缓慢地形成铁的碳氮物，因而钢的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低，这种现象称为淬火时效。低碳钢即使不淬火而空冷也会产生时效。低碳钢经形变产生大量位错，铁素体中的碳、氮原子与位错发生弹性交互作用，碳、氮原子聚集在位错线周围。这种碳、氮原子与位错线的结合体称岁柯氏气团（柯垂耳气团）。它会使钢的强度和硬度提高而塑性和韧性降低，这种现象称为形变时效。形变时效比淬火时效对低碳钢的塑性和韧性有更大的危害性，在低碳钢的拉伸曲线上有明显的上、下两个屈服点。自上屈服点出现直到屈服延伸结束，在试样表面出现由于不均匀变形而形成的表面皱褶带，称为吕德斯带。不少冲压件往往因此而报废。其防止方法有两种。一种高预形变法，预形变的钢放置一段时间后冲压时也会产生吕德斯带，因此预形变的钢在冲压之前放置时间不宜过长。另一种是钢中加入铝或钛，使其与氮形成稳定的化合物，防止形成柯氏气团引起的形变时效。低碳钢

低碳钢拉伸试验

2.2钢材的主要性能2.2.1钢材的力学性能和工艺性能低碳钢的σ-ε曲线有明显屈服点。该曲线可以分为4个阶段：（1）弹性段（OB段）。OB段为一直线，材料处于弹性状态，此阶段的变形称为弹性变形