钢结构设计原理钢结构的材料.pptVIP

碳素钢的焊接性能含碳量对碳素钢的焊接性能影响显著当含碳量0.12％～0.20％时，碳素钢的焊接性能最好；含碳量超过上述范围时，焊缝及热影响区容易变脆。Q235A的含碳量较高，且含碳量不作为交货条件，因此这一牌号通常不能用于焊接构件；而Q235B、C、D的含碳量控制在上述的适宜范围之内，是适合焊接使用的普通碳素钢牌号。§2.4.2钢材的焊接性能第30页，共80页，星期日，2025年，2月5日高强度低合金钢的焊接性能低合金元素大多对可焊性有不利影响使用碳当量来衡量低合金钢的可焊性，其的计算公式如下：CE≤0.38％时，钢材的可焊性很好，可以不用采取措施直接施焊；CE＝0.38％～0.45％时，钢材呈现淬硬倾向，施焊时需要控制焊接工艺、采用预热措施并使热影响区缓慢冷却，以免发生淬硬开裂；CE0.45％时，钢材的淬硬倾向更加明显，需严格控制焊接工艺和预热温度才能获得合格的焊缝。第31页，共80页，星期日，2025年，2月5日影响钢材焊接性能的因素碳当量母材厚度焊接方法焊接工艺参数结构形式第32页，共80页，星期日，2025年，2月5日时效硬化氮和碳随时间的增长逐渐由固溶体中析出，生成氮化物和碳化物，散存在铁素体晶粒的滑动界面上，对晶粒的塑性滑移起到遏制作用，从而使钢材的强度提高，塑性和韧性下降。这种现象称为时效硬化（也称老化）。产生时效硬化的过程一般较长，但在振动荷载、反复荷载及温度变化等情况下，会加速发展。§2.4.3钢材的硬化第33页，共80页，星期日，2025年，2月5日冷作硬化（或应变硬化）冷加工使钢材产生较大的塑性变形，卸荷后再重新加载，钢材屈服点提高，塑性和韧性降低的现象，称为冷作硬化。冷作时效(应变时效)硬化在钢材产生一定数量的塑性变形后，铁素体晶体中的固溶氮和碳将更容易析出，从而使已经冷作硬化的钢材又发生时效硬化现象，称为应变时效硬化。第34页，共80页，星期日，2025年，2月5日冷作硬化的产生及避免方法对于比较重要的钢结构，要尽量避免局部冷作硬化现象的发生。如钢材的剪切和冲孔，在剪断的边缘和冲出的孔壁处产生严重的冷作硬化，甚至出现微细的裂纹，促使钢材局部变脆。避免方法：可将剪切处刨边；冲孔用较小的冲头，冲完后再行扩钻或完全改为钻孔。第35页，共80页，星期日，2025年，2月5日§2.4.4应力集中的影响第36页，共80页，星期日，2025年，2月5日第37页，共80页，星期日，2025年，2月5日应力集中的特点在孔洞、槽口、截面突然改变以及钢材内部缺陷的位置，应力分布不再保持均匀，产生应力集中。对于厚板甚至会产生三向拉应力状态。通常出现同号力场，钢材强度有所提高，但塑性降低，容易发生变脆破坏。应力集中的严重程度用应力集中系数衡量，缺口边缘沿受力方向的最大应力σmax和按净截面的平均应力σ0＝N/An的比值称为应力集中系数，即k=σmax/σ0。因此，设计时应尽量使构件和连接节点的形状和构造合理，防止截面的突然改变。在进行焊接构造设计和施工时，应尽量减少焊接残余应力。第38页，共80页，星期日，2025年，2月5日§2.4.5荷载类型的影响加载速度的影响冲击荷载作用时，加载速度很高，由于钢材的塑性滑移在加载瞬间跟不上应变速率，因而反映出屈服点提高的倾向。试验研究表明，在20℃左右的室温环境下，钢材的屈服点和抗拉强度随应变速率的增加而提高，同时还能保持良好的塑性变形能力。应变速率在温度较低时对钢材性能的影响要比常温下大得多。第39页，共80页，星期日，2025年，2月5日循环荷载的影响疲劳：钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐累积损伤、产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直到最后破坏，此现象称为疲劳。高周疲劳的断裂寿命较长，断裂前的应力循环次数n≥5×104，断裂应力水平较低，σ＜fy，因此也称低应力疲劳或疲劳，一般常见的疲劳多属于这类。低周疲劳的断裂寿命较短，破坏前的循环次数n=102~5×104，断裂应力水平较高，σ≥fy，伴有塑性应变发生，因此也称为应变疲劳或高应力疲劳。包辛格效应：钢材承受拉力至产生塑性变形，卸载后，再使其受拉，其受拉的屈服强度将提高至卸载点（冷作硬化现象）；而当卸载后使其受压，其受压的屈服强度将低于一次受压时所获得的值。这种经预拉后抗拉屈服强度提高，抗压屈服强度降低的现象称为包辛格效应。第40页，共80页，星期日，2025年，2月5日第41页，共80页，星期日，2025年，2月5日§2.4.6温度的影响高温的影响在150℃以内，钢材强度、弹性模量和塑性均变化不大，耐热。在250℃左右，抗拉强度有局部性提高，伸长率和断面收缩率均降至