2楊建-第二章鋼結(jié)構(gòu)材料.ppt

1、第二章鋼結(jié)構(gòu)材料對(duì)2.1建筑用鋼材的性能要求高強(qiáng)度：極限拉伸強(qiáng)度fu和屈服強(qiáng)度fy的一盞茶變形能力：塑性、韌性良好的加工性能：冷加工、熱加工、焊接性、2.2鋼材的主要性能及其鑒定，1、單向拉伸時(shí)的工作性能條件：標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)片l0/d=5，10； l0尺度； d直徑、d、塑性階段： e零，失去負(fù)荷能力。 應(yīng)變硬化階段：又有恢復(fù)負(fù)荷的能力，但很快就會(huì)被切斷。 彈性階段： e為常數(shù)彈塑性階段： e為變量，對(duì)于無明顯屈服極限的鋼材，該鋼材在拉伸過程中沒有屈服階段，塑性形變小，破壞突然地。 修正設(shè)定時(shí)殘馀應(yīng)變相當(dāng)于0.2%時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為屈服極限“條件屈服極限”，應(yīng)力應(yīng)變曲線的簡(jiǎn)化，1)fy和fe的差小2

2、)超過fy到屈服步驟結(jié)束為止的變形約為2.5%-3%，滿足考慮到結(jié)構(gòu)塑性形變發(fā)展的要求是一盞茶。 (1)鋼材可簡(jiǎn)化為理想的彈性膠體態(tài)；(2)鋼材在靜負(fù)荷作用下：強(qiáng)度修正計(jì)算為fy的fu是結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備。 (3)斷裂時(shí)的變形約為彈性變形的200倍，發(fā)生斷裂前明顯的塑性形變，能夠及時(shí)修復(fù)，因此幾乎不發(fā)生。0.15%、22%、fu、fy、fu-fy、單向拉伸時(shí)鋼材的機(jī)械性能指標(biāo)，(1)屈服極限fy應(yīng)力應(yīng)變曲線開始產(chǎn)生塑性流動(dòng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，是測(cè)定鋼材的負(fù)荷能力，決定鋼材強(qiáng)度設(shè)定值的關(guān)鍵，即結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的截面fy時(shí)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件繼續(xù)載荷(2)對(duì)應(yīng)于極限拉伸強(qiáng)度fu-應(yīng)力應(yīng)變曲線最高點(diǎn)的應(yīng)力，是鋼材的最大極

3、限拉伸強(qiáng)度。 直接反映鋼材內(nèi)部組織的優(yōu)劣，fu越高強(qiáng)度儲(chǔ)備越高。 fu/fy強(qiáng)彎曲比，鋼材塑性設(shè)定修正的重要條件。 (3)伸長率、(4)斷面收縮率是測(cè)定鋼材塑性應(yīng)變能力的重要指標(biāo)。 l0/d=5時(shí)用5表示，l0/d=10時(shí)用10表示。A0、a1、2的冷彎性能、用冷反復(fù)彎曲試驗(yàn)表現(xiàn)的性能，鋼材的塑性形變能力和鋼材的冶金質(zhì)量兩方面都能看到。 測(cè)定沖擊韌性、鋼材的動(dòng)力(沖擊)負(fù)荷、復(fù)雜應(yīng)力對(duì)脆性破壞抵抗力的指標(biāo)用斷裂時(shí)所吸收的總能量(彈性和非彈性勢(shì)能)來表示。 (a )梅氏u型切口(b )夏比v型切口、(1)梅式u型切口： ak值(2)夏比v型切口： Cv單位： j； Cv受溫度的影響，4焊接性、鋼

4、材在一定的焊接方法、焊接材料、焊接工藝殘奧表以及一定的結(jié)構(gòu)形式等條件下，要得到合格焊接并不容易。 與c含量和合金元素體有關(guān)。 鋼材性能的鑒定，應(yīng)在進(jìn)行鋼材各種性能的鑒定試驗(yàn)時(shí)達(dá)到相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。 鋼材機(jī)械性能指標(biāo)，1，屈服極限fy； 2 .伸長率3 .極限拉伸強(qiáng)度fu； 4 .冷反復(fù)彎曲試驗(yàn)5 .沖擊韌性Cv (包括常溫沖擊韌性、0度時(shí)沖擊韌性負(fù)溫度沖擊韌性)。 小節(jié)1，化學(xué)成分在普通碳鋼中Fe占99%，其他雜質(zhì)元素體占1%； 普通低合金鋼中合金元素體為5%。 (1)碳(c ) :鋼材強(qiáng)度的主要來源，強(qiáng)度隨著其含量增加而增加，塑性降低，焊接性降低，耐腐蝕性降低。 一般抑制在0.22%以下，0.2

5、以下時(shí)焊接性良好。 2.3影響鋼材性能的因素，(2)硫(s ) :有害元素體、熱脆性。 不得超過0.05%。 (3)磷(p ) :有害元素體、冷脆性。 耐腐蝕性稍微提高，焊接性降低。 不得超過0.045%。 (4)錳(Mn ) :合金元素體。 弱除氧劑。 s與MnS，融點(diǎn)1600可形成以去除s中的一些有害作用。 (5)硅(Si ) :合金元素體。 強(qiáng)除氧劑。 (6)釩(v ) :合金元素體。 使晶粒微細(xì)化，提高強(qiáng)度，其碳化物具有高溫穩(wěn)定性，適用于負(fù)荷大的焊接結(jié)構(gòu)。 (7)氧(o ) :有害雜質(zhì)，與s類似。 (8)氮(n ) :有害雜質(zhì)，與p相似。(9)銅(Cu ) :提高耐銹性，提高強(qiáng)度，影響

6、焊接性。 2、成材過程的影響、熔化期：平爐、轉(zhuǎn)爐鑄造：鋼水包初軋成材(傳統(tǒng)手工藝)鋼水連鑄機(jī)板坯成材(新技術(shù))軋制：改善鋼材內(nèi)部組織架構(gòu)，鋼材因軋輥軋制次數(shù)而強(qiáng)度也不同。 熱處理：提高強(qiáng)度。 (1)鋼材的冷加工硬化、冷加工硬化常溫下的加工稱為冷加工。 負(fù)荷超過材料的比例極限卸載時(shí)，會(huì)出現(xiàn)殘留的變形，重裝時(shí)會(huì)出現(xiàn)比例極限(或屈服極限)上升的現(xiàn)象，也稱為“應(yīng)變硬化”。 隨著時(shí)間的推移，碳和氮的化合物從結(jié)晶中析出，使材料硬化的現(xiàn)象。 應(yīng)變時(shí)效鋼材產(chǎn)生塑性形變時(shí)，碳、氮化合物更容易析出。 也就是說，由于冷硬化和云同步可以加速時(shí)效硬化，因此也被稱為“人工時(shí)效”。 3、其他要素、(2)溫度影響、a正溫度范

7、圍、200以內(nèi)對(duì)鋼材性能沒有大的影響，在該范圍內(nèi)伴隨溫度上升的整體傾向是強(qiáng)度、彈性模數(shù)降低、塑性增大。 發(fā)生了，800，600，400，200，0，N/mm2，e，fu，fy，200，400，260320漸變現(xiàn)象。 600左右的彈性模數(shù)有變成零的傾向，負(fù)荷能力幾乎完全喪失。 溫度低于常溫時(shí)，鋼材的脆性傾向隨溫度降低而增加，材料強(qiáng)度略有提高，但其塑性和韌性降低，這種現(xiàn)象被稱為低穩(wěn)定冷脆。b負(fù)溫范圍、(3)應(yīng)力集中、a .應(yīng)力集中的概念構(gòu)件表面不均勻，有缺口，厚度突變時(shí)，應(yīng)力不均勻，力線彎曲，缺陷有峰值應(yīng)力集中。 b .應(yīng)力集中的影響，c .減少應(yīng)力集中現(xiàn)象的措施，由于鋼材具有良好的塑性性能，承受

8、靜力荷載在常溫下工作時(shí)，只要滿足規(guī)范規(guī)定的設(shè)定修正要求，就可以不考慮應(yīng)力集中的影響。2.4鋼材的韌性斷裂和非韌性斷裂、循環(huán)負(fù)荷和快速負(fù)荷的效果、1、韌性斷裂和非韌性斷裂(塑性破壞和脆性破壞)塑性破壞前有明顯的塑性形變，破壞過程長，破壞口暗，可以采取糾正措施。 在脆性破壞損壞前沒有明顯的變形和征兆，破壞時(shí)的變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料應(yīng)具有的變形能力，破壞突然地，切口平坦，發(fā)光是結(jié)晶粒狀，沒有修復(fù)的機(jī)會(huì)。 將構(gòu)造和構(gòu)件修訂為延性構(gòu)造是我們修訂設(shè)定的目的。 但是，并非所有的塑料材料都會(huì)塑性破壞。 2個(gè)鋼部件材質(zhì)相同，長度相同：直徑d0=10mm d0=10mm (切口部位)被破壞的情況、伸長率多的破壞時(shí)、無明

9、顯變形的屈服時(shí)： fy=251N/mm2 fy=274N/mm2撕裂時(shí)： fu=431 2、循環(huán)荷載效應(yīng)(也稱重復(fù)荷載)，土木工程中承受重復(fù)荷載作用的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，電動(dòng)葫蘆起重機(jī)南朝梁：電動(dòng)葫蘆起重機(jī)橋梁：車輛容器：內(nèi)部液體海洋平臺(tái)：海水建筑物：地震作用以上這些個(gè)的重復(fù)荷載都是可變荷載，這些個(gè)的重復(fù)荷載作用容易使構(gòu)件鋼材發(fā)生疲勞破壞。 循環(huán)載荷結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受的隨時(shí)變化的載荷。 循環(huán)負(fù)荷(連續(xù)反復(fù)負(fù)荷)經(jīng)過有限循環(huán)使鋼材破壞的現(xiàn)象稱為疲勞。 疲勞破壞的反應(yīng)歷程、疲勞破壞是損傷積累的結(jié)果。 缺陷微裂紋宏命令裂紋。 疲勞破壞的特點(diǎn)是脆性破壞，截面平均應(yīng)力小于屈服極限。 斷裂時(shí)沒有明顯變形的裂縫的起點(diǎn)位

10、于組件的表面。 (1)疲勞破壞，(2)疲勞強(qiáng)度計(jì)算，由于現(xiàn)階段鋼材發(fā)生疲勞破壞還處于研究階段，在概率極限狀態(tài)下計(jì)算疲勞強(qiáng)度還不成熟，故采用許用應(yīng)力計(jì)算方法。式中：-對(duì)于補(bǔ)正部位的應(yīng)力幅焊接部位：=max-min，對(duì)于其他部位：=max-0.7min (補(bǔ)正應(yīng)力幅)。 max、min-計(jì)算每個(gè)部位應(yīng)力循環(huán)的最大抗拉應(yīng)力和最小抗拉應(yīng)力或壓縮應(yīng)力(取負(fù)值)。 說明：1)修正時(shí)的負(fù)荷是可變荷載，負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)值2 )由于來自試驗(yàn)，考慮動(dòng)力效果，不考慮動(dòng)力系數(shù)地修正3 )彈性地修正斷面應(yīng)力。 然后按一下。 并非所有受動(dòng)力負(fù)荷重復(fù)作用的組件和連接都受到疲勞管理。 規(guī)范規(guī)定：直接承受動(dòng)力負(fù)荷重復(fù)作用的部件在應(yīng)力

11、變化循環(huán)數(shù)為n5104次時(shí)，對(duì)應(yīng)力循環(huán)中產(chǎn)生抗拉應(yīng)力的部位進(jìn)行疲勞管理。 一、建筑鋼材的種類1、碳結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 700-88)-低碳鋼品牌Q235-保證質(zhì)量等級(jí)(a、b、c、d )澆注方法(f、b、z、) c-fu、fy、冷彎、0oC時(shí)的Cv、p、s、c含量。 保證d-fu、fy、冷彎曲、-20oC時(shí)的Cv、p、s、c含量。2.5建筑鋼材的分類和鋼材的選擇，2 .低合金鋼(GB/T 1591-94 )，低合金鋼質(zhì)量等級(jí)a、b、c、d、e，其中e主要求-400 C的沖擊韌性。 二、鋼材的選擇，(一)鋼材的選擇原則，1結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性，2載荷時(shí)(靜力載荷、動(dòng)力載荷)靜力載荷可以選擇經(jīng)濟(jì)性好的Q235鋼材。 請(qǐng)根據(jù)動(dòng)力負(fù)荷選擇綜合性能好的鋼材。 3連接方法(焊接連接、螺栓連接)焊接結(jié)構(gòu)對(duì)材質(zhì)要求嚴(yán)格，必須嚴(yán)格控制c、s、p的極限含量，非焊接結(jié)構(gòu)對(duì)c的要求可略有降低。 4結(jié)構(gòu)所處的工作條件(環(huán)境溫度、腐蝕等)低溫下工作的結(jié)構(gòu)選擇低溫脆性破壞性能好的