2第二章钢结构的材料解析.pptVIP

第二章 钢结构的材料 本章重点 1. 钢材的主要性能及影响因素 2. 规范中推荐使用的钢号及钢材的选用原则 3. 常用的型钢型式、规格及用途 目 录 第一节 钢结构对所用材料的要求 第二节 钢材的主要机械性能 第三节 影响钢材性能的主要因素 第四节 钢材的延性破坏和非延性破坏、循环加载和快速加载的效应 第五节 钢材的类别及钢材的选择 第六节 国外钢材品种和钢号简介 第一节 钢结构对所用材料的要求 国民经济各部门几乎都需要钢材，但由于各自用途的不同，所需钢材性能各异。如有的机器零件需要钢材有较高的强度、耐磨性和中等的韧性；有的石油化工设备需要钢材具有耐高温性能；机械加工的切削工具，需要钢材有很高的强度和硬度等等。因此，虽然碳素钢有一百多种，合金钢有三百多种，符合钢结构性能要求的钢材只有碳素钢及合金钢中的少数几种。 用作钢结构的钢材必须具有下列性能： 钢结构对所用材料的要求(物美价廉) 1. 较高的强度。即抗拉强度fu和屈服点fy高。用到fy作为强度承载力极限状态的标志，fy高可减轻结构自重。fy/fu太小浪费，太大安全储备小。通常在0.6～0.7。 2. 足够的变形能力。即塑性、韧性、耐久性好.可防止脆性破坏,抗动力荷载好,耐疲劳. 3. 良好的加工性能。冷、热加工和可焊性好。 4. 耐腐性好。 5. 价格便宜。 6．有时还要求钢材具有适应低温、高温等环境的能力。 7.《钢结构设计规范（GB50017)》推荐使用：碳素结构钢中的Q235钢、低合金结构钢中的Q345钢、Q390钢、Q420钢。 8. 随着研究的深入，必将有一些满足要求的其它种类钢材可供使用。若选用钢结构设计规范还未推荐的钢材时，需有可靠的依据，以确保钢结构的质量。 9.专用钢结构用材见相关规范。 第二节　钢材的主要机械性能 钢材的机械性能（力学性能）通常是指钢厂生产供应的钢材在标准条件下拉伸、冷弯和冲击等单独作用下显示出的各种机械性能。它们由相应实验得到，试验采用的试件的制作和试验方法都必须按照各相关国家标准规定进行。 一、单向拉伸时的性能（强度、塑性） 二、冷弯性能 三、冲击韧性 四、可焊性 五、钢材受压和受剪时的性能 六、其他机械性能 七、钢材性能的鉴定 一、单向拉伸时的性能（单向拉伸试验） 强度 强度体现了材料的承载能力，主要指标有屈服点fy 和抗拉强度fu ，通过静力拉伸试验得到。 ??? 屈服点 为设计时钢材可达到的最大应力。 ?? 抗拉强度 fu是钢材破坏前能够承受的最大应力。钢材达到 fu 时，已产生很大塑性变形而失去使用性能，但fu 高则可以增加结构的安全保障，故fu/fy 的值可看作钢材强度储备系数。 塑性 钢材的塑性为当应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。塑性好坏可用伸长率? 和断面收缩率?表示。通过静力拉伸试验得到。 单向拉伸试验 钢材的应力σ～应变ε曲线 如图所示 （1）弹性阶段 σ与ε呈线性关系（2）弹塑性阶段 σ与ε呈非线性关系（3）塑性阶段,也称屈服阶段 取fy作为强度极限承载力的标志 （4）强化阶段 fu为钢材的抗拉强度,为材料的强度储备（5）颈缩破坏阶段（6）可把钢材视为理想弹塑性体 钢材的应力σ～应变ε曲线 伸长率? 根据试件原标距长度 l0与试件中间部分的直径d0 的比值为10或5而分为?10或?5，为试件拉断时原标距间长度伸长值与原标距比值的百分率。 式中 ： l1 —— 为试件拉断后标距间长度。 fy、fu和δ是承重钢结构对钢材要求所必须的三项基本机械性能指标。 断面收缩率是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率。 式中： A0 ——试件原来的断面面积； A1 ——试件拉断后颈缩区的断面面积； 结构或构件在受力时（尤其承受动力荷载时）材料塑性好坏往往决定了结构是否安全可靠，因此钢材塑性指标比强度指标更为重要。 二、冷弯性能 冷弯性能是指钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。冷弯性能用试验方法来检验钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形性能，检查试件弯曲部分的外面、里面和侧面是否有裂纹、裂断和分层。 试件弯成180°的角度，若试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。 综合反映钢材的塑性性能和冶金质量。 重要结构中需要有良好的冷热加工性能时，应有冷弯合格保证。 三、冲击韧性 钢材的韧性是钢材在塑性变形和断裂的过程中吸收能量的能力，也是表示钢材抵抗冲击荷载的能力，它是强度与塑性的综合表现。 冲击韧性与温度有关，当温度低于某一负温值时，冲击韧性值将急剧降低。因此在寒冷地区建造的直接承受动力荷载的钢结构，除应有常温冲击韧性的保证外，尚应依钢材的类别，使其具有-2