鋼結(jié)構(gòu)第二章.ppt

1、第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.1鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求及破壞形式 一.用作鋼結(jié)構(gòu)的鋼必須符合下列要求: 1.較高的抗拉強度和屈服點 2.較高的塑性和韌性 3.良好的工藝性能(包括冷加工、熱加工和可焊性能) 二.鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范具體規(guī)定:承重結(jié)構(gòu)的鋼材應具有抗拉強度,伸長率,屈服點和碳,硫,磷含量的合格證;焊接結(jié)構(gòu)尚應具有冷彎試驗的合格保證;對某些承受動力荷載的結(jié)構(gòu)以及重要的受拉或受彎的焊接結(jié)構(gòu)尚應具有常溫或負溫沖擊韌性的合格保證. 三.鋼材的破壞形式 1.塑性破壞:由于變形過大,超過了材料或構(gòu)件可能的應變能力而產(chǎn)生的, 而且僅在構(gòu)件的應力達到了鋼材的抗拉強度后才發(fā)生. 2.脆性破壞:破壞前變形很小,甚至

2、沒有塑性變形,計算應力可能小于鋼材的屈服點,斷裂從應力集中處開始。,2.2 鋼材的主要性能及影響因素 一.鋼材的主要性能: 1.受拉,受壓及受剪時的性能 (1)強度性能,(2)塑性性能 試件被拉伸時的絕對變形值與試件原標距之比的百分數(shù),稱為伸長率. (3)鋼材物理性能指標 鋼材的單向受壓(粗而短的試件)時,受力性能基本上和單向受拉時相同.受剪情況也相似,但屈服點及抗剪強度均為受拉時低;剪變模量G也低于彈性模量E. 2.冷彎性能 冷彎性能由冷彎試驗來確定.試驗時按照規(guī)定的彎心直徑在試驗機上用沖頭加壓,使試件彎成180度,如試件外表面不出現(xiàn)裂紋和分層,即為合格. 3.沖擊韌性 沖擊韌性由沖擊韌性試

3、驗來確定.韌性是鋼材抵抗沖擊荷載的能力,它用材料在斷裂時所吸收的總能量(包括彈性和非彈性能)來量度, 4.可焊性,二.影響鋼材主要性能的因素 1.化學成分 (1)Fe在碳素結(jié)構(gòu)鋼中約占99% (2)C在碳素結(jié)構(gòu)鋼中的含量僅次于Fe,它直接影響鋼材的強度,韌性,塑性和 可焊性等.C含量增加,鋼的強度提高,而塑性,任性和疲勞強度下降,同時惡化鋼的可焊性和抗腐蝕性.一般不應超過0.22%,在焊接結(jié)構(gòu)中還應低于0.2%. (3)S和P是鋼中的有害成分,它們降低鋼材的塑性,韌性,可焊性和疲勞強度. S使鋼熱脆,P使鋼冷脆.一般S的含量不超過0.045%,P的含量不超過 0.045%. (4)Si和Mn是

4、鋼中的有益元素,它們都是煉鋼的脫氧劑.在碳素結(jié)構(gòu)鋼中Si的含量不大于0.3%,Mn的含量為0.3%0.8%. (5)O、N是鋼中的有害雜質(zhì).O使鋼熱脆,P使鋼冷脆. 2.冶金缺陷 (1)偏析:鋼中化學成分不一致和不均勻性 (2)非金屬雜質(zhì):鋼中含有硫化物和氧化物等雜質(zhì) (3)裂縫 (4)分層,3.鋼材硬化 (1)冷作硬化:冷拉、冷彎、沖孔、機械剪切等冷加工使鋼材產(chǎn)生很大塑性變形，從而提高了鋼材的屈服點，同時降低了鋼材的塑性和韌性。 (2)時效硬化:在高溫時融化于鋼中的氮和碳,隨著時間的增長逐漸從純鐵中析出,形成自由碳化物和氮化物,對純鐵的塑性變形起遏制作用,從而使鋼材的強度提高,塑性、韌性下降

5、. 4.溫度影響 鋼材性能隨溫度變動而有所變化.總的趨勢是:溫度升高,鋼材強度降低,應變增大;反之,溫度降低,鋼材強度會略有增加,塑性和韌性卻會降低而變脆.如圖2.6,5.應力集中 在鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中有時存在著孔洞、槽口、凹角、截面突變以及鋼材內(nèi)部缺陷等。此時，構(gòu)件中的應力分布將不再保持均勻，而是在某些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應力，在另外一些區(qū)域則應力降低，形成所謂應力集中現(xiàn)象。如圖2.8. 6.反復荷載作用 鋼材在反復荷載作用下,結(jié)構(gòu)的抗力及性能都會發(fā)生疲勞破壞.在直接連續(xù)反復的動力荷載作用下,根據(jù)試驗,鋼材的強度將降低,即低于一次靜力荷載作用下的拉伸試驗的極限強度.這種現(xiàn)象稱為鋼的疲勞.疲勞破壞表現(xiàn)

6、為突然發(fā)生的脆性斷裂.,2.3鋼的種類和鋼材規(guī)格,一.鋼的種類: 1.按用途分為:結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼 2.按脫氧方法:沸騰鋼(代號為F)、半鎮(zhèn)靜鋼(代號為b)、鎮(zhèn)靜鋼(代號為Z)、 鎮(zhèn)靜鋼(代號為TZ) 3.按成型方法:軋制鋼(熱軋、冷軋)、鍛鋼和鑄鋼 4.在建筑工程中分: (1)碳素結(jié)構(gòu)鋼:按質(zhì)量可以分為A、B、C、D四級，A級鋼只保證抗拉強度、屈服點、伸長率，必要時尚可附加冷彎試驗的要求，化學成分對碳錳可以不作為交貨條件。B、C、D級鋼均保證抗拉強度、屈服點、伸長率、冷彎和沖擊韌性等力學性能.化學成分對碳、硫、磷的極限含量比舊標準要求更加嚴格. 鋼的牌號由代表屈服點的字母Q、屈服點數(shù)值

7、、質(zhì)量等級符號、脫氧方法 符號等四個部分按順序組成.根據(jù)鋼的厚度(直徑) 16mm時的屈服點數(shù)值分別為:Q195、Q215、Q235、Q255、Q275,鋼的牌號根據(jù)需要可分為: Q215-A(B) 、Q235A(B、C、D) 、Q255A(B、C)等.,(2)低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼: 采用與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同的牌號表示方法,仍然根據(jù)鋼材厚度(直徑)時的屈服點大小,分為Q295、Q345、Q390、Q420、Q460.鋼的牌號仍有質(zhì)量登記符號,除與碳素結(jié)構(gòu)鋼A、B、C、D四個等級相同外增加一個等級E,主要是要求-40度的沖擊韌性.鋼的牌號如:Q345-B、Q390-C等等. (3)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 二.

8、鋼材的選擇: 鋼材的選擇在鋼結(jié)構(gòu)設計中是首要的一環(huán),選擇的目的的保證安全可靠和做到經(jīng)濟合理. 1.選擇鋼材時考慮的因素: (1)結(jié)構(gòu)的重要性 (2)荷載的情況 (3)連接方法 (4)結(jié)構(gòu)所處的溫度和環(huán)境 (5)鋼材的厚度,2.選擇鋼材的方法: (1)靜載或間接動載:Q235-A (2)重級工作制吊車梁、桁架:Q235-B（200C）; Q235-C(0T-200) ;Q235-D(T-200) (3)焊接結(jié)構(gòu):Q235、Q345 (4)動力荷載:Q345 (5)一般結(jié)構(gòu):Q235-AF 三.型鋼規(guī)格: 1.熱軋鋼板: (1)厚板:厚度4.560mm (2)薄板:厚度0.354mm (3)扁鋼:厚度460mm,寬度30200mm 鋼板的表示方法:-厚寬長 2.熱軋型鋼: (1)角鋼: 等邊 : L邊寬厚度 不等邊:L長邊寬短邊寬厚度 (2)槽鋼:熱軋普通30a(b、c) 普通低合金25Q (3)工字鋼:工32a(b、c),工32Q (4)鋼管:外徑壁厚 (5)H型鋼:高度寬度厚度,3.薄壁型鋼: 一般采用Q235或Q345