钢结构基础第二章钢结构的讲义.ppt

第2章 钢结构的材料;2.1 对钢结构用材的要求;2.2 钢材的主要性能及其鉴定;1.比例极限?P 这是应力-应变图中直线段的最大应力值。严格地说，比? P略高处还有弹性极限，但弹性极限与? P极其接近，所以通常略去弹性极限的点，把? P看做是弹性极限。 2.屈服点?y 应变?在?P之后不再与应力成正比，而是渐渐加大，应力-应变间成曲线关系，一直到屈服点。 3.抗拉强度?u 屈服平台之后，应变增长时又需有应力的增长，但相对地说·应变增加得快，呈现曲线关系直到最高点。;4.伸长率?5和?10 伸长率是断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比。取圆形试件直径d的五倍或十倍为标定长度，其相应的伸长率用?5和?10表示，伸长率代表材料断裂前具有的塑性变形的能力。结构制造时，这种能力使材料经受剪切、冲压、弯曲及锤击所产生的局部屈服而无明显损坏。 屈服点、抗拉强度和伸长率，是钢材的三个重要力学性能指标。钢结构中所采用的钢材都应满足钢结构设计规范对这三项力学性能指标的要求。;屈服点是建筑钢材的一个重要力学特性，其意义是： 1．作为结构计算中材料强度标准，或材料抗力标准。应力达到?y时的应变与?P时的应变较接近，可以认为应力达到?y时为弹性变形的终点。同时，达到?y 后在一个较大的应变范围内应力不会继续增加，表示结构一时丧失继续承担更大荷载的能力，故此以?y作为弹性计算时强度的标准。 2．形成理想弹塑性体的模型，为发展钢结构计算理论提供基础。 ?y之前，钢材近于理想弹性体， ?y之后，塑性应变范围很大而应力保持不增长，所以接近理想塑性体。因此，可以用两根直线的图形作为理想弹塑性体的应力-应变模型。钢结构设计规范对塑性设计的规定，就以材料是理想弹塑性体的假设为依据，忽略了应变硬化的有利作用。;图2.2 钢材的冷弯试验;2.2.3 冲击韧性 ;图2.4 钢材的冲击试验;2.2.4 可焊性 ;2.2.5 钢材性能的鉴定 ;2.3 影响钢材性能的因素;碳（C） 碳是碳素结构钢中仅次于铁的主要元素，是影响钢材强度的主要因素，随着含碳量的增加，钢材强度提高，而塑性和韧性、尤其是低温冲击韧性下降，同时可焊性、抗腐蚀性、冷弯性能明显降低。因此结构用钢的含碳量一般不应超过0.22%，对焊接结构应低于0.2%。 锰（Mn）锰是一种弱脱氧剂，适量的锰含量可以有效地提高钢材的强度，又能消除硫、氧对钢材的热脆影响，而不显著降低钢材的塑性和韧性。锰在碳素结构钢中的含量为0.3%-0.8%，在低合金钢中一般为1.0%-1.7%。;硅（Si） 硅是一种强脱氧剂，适量的硅可提高钢材的强度，而对塑性、韧性、冷弯性能和可焊性无明显不良影响，但硅含量过大时，会降低钢材的塑性、韧性、抗锈蚀性和可焊性。 钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti) 钒、铌、钛都能使钢材晶粒细化。我国的低合金钢都含有这三种元素，作为锰以外的合金元素，既可提高钢材强度，又保持良好的塑性、韧性。;铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni) 铝是强脱氧剂，用铝进行补充脱氧，不仅进一步减少钢中的有害氧化物，而且能细化晶粒。铬和镍是提高钢材强度的合金元素，用于Q390钢和Q420钢。 硫（S） 硫是一种有害元素，降低钢材的塑性、韧性、可焊性、抗锈蚀性等，在高温时使钢材变脆，即热脆。因此，钢材中硫的含量不得超过0.05%，在焊接结构中不超过0.045%。;磷(P) 磷既是有害元素也是能利用的合金元素。磷是碳素钢中的杂质，它在低温下使钢变脆，这种现象称为冷脆。在高温时磷也能使钢减少塑性。但磷能提高钢的强度和抗锈蚀能力。 氧(O)、氮(N) 氧和氮也是有害杂质，在金属熔化的状态下可以从空气中进入。氧能使钢热脆，其作用比硫剧烈，氮能使钢冷脆，与磷相似。;2.3.2 成材过程的影响 ;2.3.2 成材过程的影响 ;2.3.2 成材过程的影响 ;2.3.2 成材过程的影响 ;2.3.3 影响钢材性能的其它因素 ; 此外，还有性质类似的时效硬化与应变时效。时效硬化指钢材仅随时间的增长而转脆，应变时效指应变硬化又加时效硬化由于这些是使钢材转脆的性质，所以有些重要结构要求对钢材进行人工时效，然后测定其冲击韧性，以保证结构具有长期的抗脆性破坏能力。;2.温度的影响 钢材对温度相当敏感，温度升高与降低都使钢材性能发生变化。相比之下，低温性能更重要。 正温范围总的趋势是随着温度的升高，钢材强度降低，变形增大。约在200o