鋼結(jié)構(gòu)制作與焊接工藝-建筑鋼材的性能課件

1、主講人：程明龍鋼結(jié)構(gòu)制作與焊接工藝建筑鋼材的性能主講人：程明龍鋼結(jié)構(gòu)制作與焊接工藝建筑鋼材的性能1、鋼與鐵的區(qū)別生鐵和鋼的主要成分都是鐵，二者的主要區(qū)別是含碳量不同，生鐵一般含碳2-4.3%，鋼含碳0.03-2% 。生鐵 ：含碳量高，雜質(zhì)多，硬而脆 ，可鑄不可鍛鋼：含碳量低，雜質(zhì)少，硬而韌、有彈性 ，可鑄可鍛煉鋼是在高溫下，通過氧化劑把鐵中所含過多的碳和其它有害雜質(zhì)(如硫、磷等)氧化除去，使它們達(dá)到鋼含量的規(guī)定范圍。1、鋼與鐵的區(qū)別生鐵和鋼的主要成分都是鐵，二者的主要區(qū)別是含（1）單向均勻受拉的工作特性在常溫靜載情況下，Q235鋼材標(biāo)準(zhǔn)試件受單向拉伸試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線。標(biāo)準(zhǔn)試件Q235鋼單向

2、受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線2、鋼材的強(qiáng)度（1）單向均勻受拉的工作特性標(biāo)準(zhǔn)試件Q235鋼單向受拉應(yīng)力拉伸曲線反映了鋼材的力學(xué)特性，描述如下：1)彈性階段：OAE段 OA直線的斜率稱為彈性模量E，fp稱為比例極限，fe稱為彈性極限。2)彈塑性階段：EC段 與不呈比例，除彈性變形外還有塑性變形，fy稱為屈服強(qiáng)度，又叫屈服點(diǎn)（yield point，材料力學(xué)中用s表示）。單向受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線拉伸曲線反映了鋼材的力學(xué)特性，描述如下：單向受拉應(yīng)力應(yīng)變曲3)屈服階段：CF段 鋼材完全屈服，不增加（保持fy），而驟增。4)強(qiáng)化階段：FB段 經(jīng)過屈服階段后，鋼材內(nèi)部組織重新排列，抵抗外力的能力增強(qiáng)。5)頸縮階段：BD段

3、應(yīng)力超過fu后，試件出現(xiàn)“頸縮”而斷裂， fu稱為抗拉強(qiáng)度(tensile strength，材料力學(xué)中用b表示）。單向受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線3)屈服階段：CF段單向受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線(2)強(qiáng)度指標(biāo) 由于fy、fp、fe很接近，應(yīng)變很小，0.1%(y0.15%)可以把三點(diǎn)看作為一點(diǎn)，并以屈服點(diǎn)fy作為代表。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，把鋼材的屈服點(diǎn)fy作為鋼材的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fkfy。 常用結(jié)構(gòu)鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f（design value）可查材料手冊(cè)（見附表1.1）。彈性設(shè)計(jì)時(shí)，構(gòu)件的應(yīng)力不能大于f值。 抗拉強(qiáng)度fu在實(shí)際構(gòu)件中是不允許達(dá)到的，鋼材的抗拉強(qiáng)度fu值高，可以增加結(jié)構(gòu)的安全保障。(2)強(qiáng)度指標(biāo) 由于fy

4、、fp、fe很接近，應(yīng)變很小 另外，Q235鋼材在屈服前接近理想的彈性體，而屈服后的流變現(xiàn)象接近理想的塑性體，且流變的范圍很大（0.15%2.5%）。因此，可認(rèn)為鋼材是理想的彈-塑性體。即假定鋼材應(yīng)力小于fy時(shí)是完全彈性的，應(yīng)力超過fy后則是完全塑性的。利用鋼材理想彈塑性假定，可以簡化鋼構(gòu)件的彈塑性分析計(jì)算。理想彈塑性的應(yīng)力應(yīng)變曲線 另外，Q235鋼材在屈服前接近理想的彈性體，而屈服后的高強(qiáng)度鋼材沒有明顯的屈服臺(tái)階，這類鋼的屈服點(diǎn)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果人為規(guī)定的，稱為條件屈服（用f0.2表示，定義為試件卸載后其殘余應(yīng)變?yōu)?%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力）。這類鋼材在設(shè)計(jì)中不宜利用塑性。 高強(qiáng)度鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線高

5、強(qiáng)度鋼材沒有明顯的屈服臺(tái)階，這類鋼的屈服點(diǎn)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)斷面收縮率：式中l(wèi)0試件拉伸前標(biāo)距長度; l1試件拉斷后原標(biāo)距間長度; A0試件截面面積; A1拉斷后頸縮區(qū)的截面面積。鋼材的伸長率愈大，鋼材塑性愈好3、鋼材的塑性指標(biāo)延伸率：斷面收縮率：式中l(wèi)0試件拉伸前標(biāo)距長度;3、鋼材的塑性指冷彎性能是指鋼材在冷加工產(chǎn)生塑性變形（deformed）時(shí)，對(duì)產(chǎn)生裂縫的抵抗能力。如圖所示將試件彎曲成規(guī)定的角度后,檢查試件彎曲部分的表面有無裂縫、裂斷、分層等，沒有即為合格。 冷彎試驗(yàn)是鑒定鋼材質(zhì)量的一種良好方法，常作為靜力拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)的一種補(bǔ)充試驗(yàn)，是一項(xiàng)衡量鋼材力學(xué)性能的綜合指標(biāo)。冷彎1800試件

6、 4、鋼材的冷彎性能冷彎性能是指鋼材在冷加工產(chǎn)生塑性變形（deformed）時(shí)， 沖擊韌性是衡量鋼材強(qiáng)度、塑性及材質(zhì)的一項(xiàng)綜合指標(biāo)。鋼材的韌性與軋制方法、環(huán)境溫度有關(guān)。沖擊韌性由沖擊試驗(yàn)測定。 沖擊韌性： (Nm/cm2) 式中：AK試驗(yàn)機(jī)的沖擊功（Nm)； A缺口處凈截面面積(cm2)。5、鋼材的沖擊性能 沖擊韌性是衡量鋼材強(qiáng)度、塑性及材質(zhì)的一項(xiàng)綜合指標(biāo)。鋼材焊接后焊縫金屬及其附近的熱影響區(qū)金屬不產(chǎn)生裂紋，并且焊縫的力學(xué)性能不低于母材的力學(xué)性能。6、鋼材的可焊性焊接后焊縫金屬及其附近的熱影響區(qū)金屬不產(chǎn)生裂紋，并且焊縫的力 耐腐蝕性：鋼材耐腐蝕性較差，必須采取防護(hù)措施，新建結(jié)構(gòu)需要油漆，已建成的結(jié)構(gòu)需定期維護(hù)。 耐老化性：隨著時(shí)間的增長，鋼材的力學(xué)性能有所改變，出現(xiàn)“時(shí)效”現(xiàn)象，即“老化”?！皶r(shí)效” 使鋼材變脆。 耐長期高溫性：在長期高溫條件下工作的鋼材，其破壞強(qiáng)度比常溫拉伸試驗(yàn)的強(qiáng)度低得多，應(yīng)另行測定“強(qiáng)度