第二章钢结构的材料及其性能.pptVIP

2.槽钢 第三节 复杂应力状态下钢材的屈服条件 钢材在单向拉伸时，以屈服点为临界点，应力小于屈服点为弹性工作状态，大于屈服点为塑性状态。实际钢结构中，钢材常是在两向或三向的复杂应力状态下工作，这时钢材的屈服并不取决于某一个方向的应力，而是由反映各方向应力综合影响的相当应力（也称折算应力）来表示。 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 若 图示简支梁1-1截面腹板与翼缘交界A点的应力 1-1 A 对于薄板，厚度方向的应力很小，为平面受力状态。 P P M M 1 1 A X V Y 一般的梁，只存在正应力和剪应力，则： 2-2 A V M 2 2 A Y X q 3-3 A P M V P 3 3 Y X M 截面仅有剪力，弯矩、局部压力均为零，故该截面除剪应力外，正应力均为零，即为纯剪状态。 讨论： （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。 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。应力达到抗拉强度。 二、脆性破坏 破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，破坏时的应力常小于屈服点。断口平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。 第四节 钢材的脆性断裂 1．正温范围 200℃以内对钢材性能无大影响，该范围内随温度升高总的趋势是强度、弹性模量降低，塑性增大。 800 600 400 200 0 N/mm2 E fu δ fy 200 400 600 温度对钢材机械性能的影响 20 40 60 80 δ% 220 210 200 190 180 170 160 Ex103 T(0C) 温度对钢材的影响 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。 2．负温范围 脆性破坏 转变过渡区段 塑性破坏 反弯点 试验温度T0C 冲击断裂功Cv T1 T2 T0 冲击韧性与温度的关系曲线 防止脆性断裂的方法 1.对低温地区的焊接结构要注意选用钢材的材质 首先正确选用钢材。构造应力求合理。尽量减少结构的刚度和整体性。严格按照设计要求进行制作。尽量避免冷作硬化现象。要严格执行检验制度。 2.注意焊缝的正确布置和施焊时注意焊缝的质量 3.力求避免应力集中 应力集中的影响 .应力集中的概念 在构件截面发生变化的区域，截面应力分布并不均匀，突变处将产生局部高峰应力，这种因截面尺寸显著变化而引起应力局部增大的现象—应力集中。 2.应力集中的影响 其它： 如应力集中的影响 热轧型钢中的残余应力（remaining stress）是因不均匀冷却而产生的。型钢冷却时其边缘、尖角及薄细部位因与空气接触多而冷却快，先冷却部位常形成强劲的约束（constraint），阻止后冷却部位的自由收缩，从而使后冷却部位受拉，形成自相平衡的复杂的残余应力分布。此后钢材的调直和加工（剪切、气割、焊接等）还将改变这种分布。构件承受荷载时，荷载引起的应力将与残余应力叠加（superposition），使构件有些部位提前达到屈服并发展塑性变形，使截面的弹性区域减少。因此残余应力将降低构件的刚度（stiffness）和稳定性，而对构件的强度不产生影响。 分析表明：应力集中产生的高峰应力区附近总是存在平面或三维应力场，使钢材性能变脆而引发脆性破坏。 钢结构中应力集中现象不可避免，但只要在设计和施工时注意采取合理的构件形状和构造措施，使截面的变化平缓过渡，就能降低应力集中的影响。另外，在常温下承受静力荷载作用的钢结构，由于建筑钢材的塑性较好，当应力在局部达到屈服应力后，钢材的塑性变形使应力重分布，应力分布不均匀现象也会趋于平缓。因此，只要符合设计与施工规范的有关规定，计算时可不考虑应力集中的影响。 1 疲劳破坏的特征 试验表明，钢构件在连续反复荷载作用下，尽管应力低于抗拉强度，甚至低于屈服点，但经过一定的循环次数后，也会发生断裂破坏。这种经历长期反复荷