第二课：钢结构探讨.pptVIP

钢结构基本原理;高层建筑结构概述;二、钢结构材料;fy;A: fp ≈200MPa, ep ≈0.1% C: fy≈235MPa, ey≈0.15%?2.5% B: fu ≈370-460MPa, eu ≈21% ; 钢材是理想的弹塑性材料 钢材的屈强比fy/fp 是结构的安全储备 钢材的塑性：伸长率d与收缩率y, 原尺寸与拉断后尺寸相对比 ;2、单轴反复应力下的工作性能;3、复杂应力下的工作性能;4、抗冲击性能和冷弯性能;钢材的冷弯性能：钢材常温下冷加工产生塑性变形时对发生裂缝的抵抗能力; 韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量来量度（Cv）;焊接 ? 焊接热影响区和焊接热影响效应 ? 焊接应力、塑性韧性等力学指标退化 可焊性好：焊缝处及热影响区力学性能不低于母材、 无焊接裂缝、安全可靠 可焊性取决于钢材化学成分含量： 低碳钢：碳0.27%、锰0.7%、硅0.4%、硫磷0.05% 低合金钢：碳当量 EC%=C+Mn+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 可焊性试验：施工中试验、使用中试验、冲击韧性、裂纹;干腐蚀：金属和非金属元素直接结合 湿腐蚀：水分多的环境下与非金属元素结合形成腐蚀物 提高抗腐蚀性能： 涂料 ? 底层处理(抛丸除锈等) + 底漆 + 面漆 耐侯钢材 ? Cu-P-Ti-Re: 09CuPCrNi,16CuCr, 12MnCuCr Cu-P-Ni-Cr: SMA400AW, AP, SMA490AW;延性破坏： 塑性破坏，应力?fy?fu，径缩变形断裂，变形时间长 剪应力超过晶粒抗剪能力 脆性破坏： 脆性断裂，应力fy，无明显变形、无预兆，端口平直 拉应力超过晶粒抗拉能力。 强度理论 ? 应力fy破坏 ？不适用于脆性断裂 断裂力学理论 ！ I型裂纹：张开型 II型裂纹：滑移型 III型裂纹：撕开型; 系数 裂纹宽度一半 应力 应力强度因子： 临界应力s0：裂纹失稳扩展时应力 断裂韧性KIC： ;影响脆性断裂的因素：裂纹尺寸、作用应力、材料韧性 提高抗脆断措施： 焊接施工管理，避免焊接裂纹、杂质 避免焊缝集中、采取措施避免或消除焊接残余应力 优化细部构造措施、避免应力集中 选择合理钢材，低温动力下工作时选用高等级钢 应力腐蚀断裂： ;疲劳破坏： 反复荷载下低应力状态突然破坏 ? 反复荷载下的脆性破坏 疲劳破坏过程：裂纹形成?裂纹缓慢扩展?裂纹失稳扩展 (焊缝)内部缺陷 应力集中 影响因素：应力循环形式和次数、应力集中、残余应力、缺陷 应力比：r=smin/smax 绝对值较小 绝对值较大 拉(+)压(-) 应力幅：由于存在残余应力，r不能代表实际应力变化情况 Ds=smax-smin 最大拉应力 最小拉应力或压应力 拉(+)压(-) 疲劳强度曲线：;匀质材料疲劳强度与应力比的关系： 应力幅与应力循环次数关系：;损伤累积破坏： 损伤：荷载+环境+温度+化学?缺陷 塑性损伤、疲劳损伤、材质变化、蠕变损伤 损伤不断积累导致的破坏?损伤累积破坏 损伤变量D：无损伤0、破坏1，D=(0,1) 单调递增、不可逆;化学成分的影响 Fe-99%, C、Si、Mn、V1.5%，Cr、Ni、Cu、Ti、Nb S、P、O、N0.1% C↑: 屈服点和抗拉强度↑，塑性/韧性/可焊性/耐腐蚀性/疲劳/冷弯↓ 适量Si (0.1%-0.3%): 强度↑，过量降低塑性/韧性/可焊性/抗锈性 适量Mn(0.3%-0.8%)：强度↑,消除热冷脆,过量降低塑性/韧性/可焊性/抗锈性 S?硫化铁: 降低塑性/韧性/疲劳/可焊性/抗锈性，产生热脆，0.045% P：强度/抗锈蚀性↑, 严重降低塑性/韧性/冷弯，产生冷脆，0.04