第二章++钢结构的材料---1(1).ppt

1、厦门大学 建筑与土木工程学院2.1 2.1 钢结构对结构用钢的基本要求钢结构对结构用钢的基本要求2.2 2.2 钢材的破坏形式钢材的破坏形式2.3 2.3 钢材的主要力学性能钢材的主要力学性能2.4 2.4 影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素 2.5 2.5 钢材的种类、规格及选用原则钢材的种类、规格及选用原则主要内容主要内容厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院较高的强度较高的强度 轻质高强轻质高强足够的变形能力足够的变形能力 优良的塑性韧性优良的塑性韧性良好的加工性能良好的加工性能 适应冷、热加工，可焊性好适应冷、热加工，可焊性好胜任恶劣环境的耐久性胜任恶劣环境的

2、耐久性适应低温、适应腐蚀适应低温、适应腐蚀 介质、适应重复荷载介质、适应重复荷载2.1 钢结构用材的基本要求钢结构用材的基本要求厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院 塑性破坏塑性破坏 加载后有较大变形，因此破坏前有预兆，断裂加载后有较大变形，因此破坏前有预兆，断裂时断口呈纤维状，色泽发暗时断口呈纤维状，色泽发暗。脆性破坏脆性破坏 几乎没有任何征兆的突然破坏。断裂时断口平几乎没有任何征兆的突然破坏。断裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。齐，呈有光泽的晶粒状。2.2 2.2 钢材的破坏形式钢材的破坏形式应极力避免钢结构发生危险的脆性破坏应极力避免钢结构发生危险的脆性破坏冶炼、加工、使

3、用、环境、设计等多种因素会影响钢结构发冶炼、加工、使用、环境、设计等多种因素会影响钢结构发生脆性破坏。生脆性破坏。厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院2.3.1 2.3.1 钢材在单向一次拉伸下的工作性能钢材在单向一次拉伸下的工作性能2.3.2 2.3.2 钢材的冷弯性能钢材的冷弯性能2.3.3 2.3.3 钢材的动力性能钢材的动力性能2.3.4 2.3.4 钢材的可焊性和耐久性钢材的可焊性和耐久性2.3.5 2.3.5 钢材在复杂应力作用下的工作性能钢材在复杂应力作用下的工作性能2.3.6 2.3.6 钢材的疲劳性能钢材的疲劳性能2.3 2.3 钢材的主要性能钢材的主要性能

4、厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院1.钢材一次拉伸钢材一次拉伸（常温、静载常温、静载）2.3.1 2.3.1 钢材在单向一次拉伸下的工作性能钢材在单向一次拉伸下的工作性能视频厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院2.钢材一次拉伸的应力钢材一次拉伸的应力应变曲线应变曲线一般可将钢材视为理想弹一般可将钢材视为理想弹-塑性材料：塑性材料：残余应力的存在，比例极限 fp 和弹性极限fe 很难区分；应力达到fy 时的时的应变（应变（0.15）和）和fp时的时的应变（应变（0.1）很接近；认为）很接近；认为fy是是弹性工弹性工作终点，在作终点，在fy 以前是理想弹性体；

5、以前是理想弹性体；应力达到达到fy后，有一个较大的塑性应变范围（后，有一个较大的塑性应变范围（0.152.5），应力不再增加，），应力不再增加，接近理想塑性体接近理想塑性体厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院 对于没有明显屈服点的钢材，其屈服条件是根据试验分析结果而人为规定永久变形为0.2时对应的应力作为屈服点，用0.2表示，称为名义屈服点或条件屈服点。厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院3.钢材的强度指标钢材的强度指标钢材的强度指标钢材的强度指标 屈服强度屈服强度 f fy y 衡量结构承载能力和确定强度设计衡量结构承载能力和确定强度设计值的重要指标值的重

6、要指标（1 1）作为弹性工作和塑性工作的分界点；作为弹性工作和塑性工作的分界点；（2 2）钢材屈服后塑性变形很大，使结构不能继续使用；同时变）钢材屈服后塑性变形很大，使结构不能继续使用；同时变形极易被人们发现，可及时采取措施，避免突然破坏。形极易被人们发现，可及时采取措施，避免突然破坏。抗拉强度抗拉强度 f fu u 钢材破坏前所能承受的最大应力，钢材破坏前所能承受的最大应力，衡量钢材巨量变形后的抗拉能力衡量钢材巨量变形后的抗拉能力（1 1）直接反映钢材内部组织的优劣）直接反映钢材内部组织的优劣 ；（2 2）钢结构极大的强度储备，为结构提供了安全保障。）钢结构极大的强度储备，为结构提供了安全保

7、障。强屈比强屈比 f fu u/f fy y 可可看作是衡量钢材强度储备的一个系数，强看作是衡量钢材强度储备的一个系数，强屈比越大，钢材的安全储备越大。屈比越大，钢材的安全储备越大。厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院4.4.钢材的塑性指标钢材的塑性指标 塑性钢材在外力作用下产生永久变形时抵抗断裂的能力 良好的塑性使结构破坏前出现明显的变形，减少突然破坏的良好的塑性使结构破坏前出现明显的变形，减少突然破坏的危险性。同时，调整局部高峰应力，使应力平缓危险性。同时，调整局部高峰应力，使应力平缓。伸长律伸长律 截面收缩率截面收缩率 屈强比（屈强比（fyfy/fu)/fu)越小，反映

8、塑性变形的能力越强。越小，反映塑性变形的能力越强。屈服点屈服点fyfy、抗拉强度、抗拉强度fufu、伸长率、伸长率、是钢材最基本、最重要的、是钢材最基本、最重要的三个力学性能指标，须满足钢结构设计规范对它们的要求。三个力学性能指标，须满足钢结构设计规范对它们的要求。冷弯性能冷弯性能衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时对裂纹衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时对裂纹的抵抗能力的一项指标的抵抗能力的一项指标。2.3.2 钢材的冷弯性能钢材的冷弯性能动画厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院2.3.2 钢材的冷弯性能钢材的冷弯性能（1）检验弯曲能力或塑性性能，检验钢材能否进行冷加

9、工；（2）暴露钢材内部的冶金缺陷，直接反映材质优劣，在一定程度上也是鉴定焊接性能的一个指标；故冷弯性能是钢材塑性指标之一，也是衡量钢材质量的一个综合指标。重要结构中需要有良好的冷热加工的工艺性能时，应有冷弯试验合格保证。试样弯曲试样弯曲180180度，表面度，表面及侧面无裂纹或分层，及侧面无裂纹或分层，则为合格则为合格厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院韧性韧性韧性韧性衡量钢材承受动力荷载作用时抵抗脆性破坏的性能，也是衡量钢材承受动力荷载作用时抵抗脆性破坏的性能，也是衡量钢材承受动力荷载作用时抵抗脆性破坏的性能，也是衡量钢材承受动力荷载作用时抵抗脆性破坏的性能，也是材料在材料

10、在材料在材料在塑性变形和塑性变形和塑性变形和塑性变形和断裂时吸收断裂时吸收断裂时吸收断裂时吸收能量的能力。它是强度与塑性的能量的能力。它是强度与塑性的能量的能力。它是强度与塑性的能量的能力。它是强度与塑性的综合指标。综合指标。综合指标。综合指标。2.3.3 钢材的动力性能钢材的动力性能厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院动画厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院试件断口处单位面积上的功即为冲击韧性值试件断口处单位面积上的功即为冲击韧性值冲击韧性值冲击韧性值 受温度影响，特别当温度低于某值时，受温度影响，特别当温度低于某值时，急剧下降。急剧下降。分为常温（分为常

11、温（20o），），负温负温 （0o、-20o、-40o）“低温工作环境低温工作环境”“动力荷载动力荷载”，不仅要有，不仅要有 常温常温（20o）保证，还要有负温保证，还要有负温 保证。保证。厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院冲击韧性是钢材在冲击荷载或多向应力下具有可靠性能的保冲击韧性是钢材在冲击荷载或多向应力下具有可靠性能的保证，可间接反应钢材抵抗低温、应力集中、多向拉应力、冲证，可间接反应钢材抵抗低温、应力集中、多向拉应力、冲击荷载和反复荷载等因素导致脆性断裂的能力。击荷载和反复荷载等因素导致脆性断裂的能力。2.3.4

12、厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院2.3.5 2.3.5 钢材在复杂应力作用下的工作性能钢材在复杂应力作用下的工作性能厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院第四强度理论第四强度理论当 时为弹性状态；当 时为塑性状态2.3.5 2.3.5 钢材在多轴应力作用下的工作性能钢材在多轴应力作用下的工作性能厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院v三向均为拉应力时，直到破坏也没有明显塑性变形，属脆性破坏v三向均为压应力且数值相近时，材料既不进入塑性，也不断裂v当有异号应力，且同号应力相差较大时，较易进

13、入塑性状态v钢材的抗剪强度设计值取为0.58f 厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院2.3.6 钢材的疲劳性能厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院v 应力循环次数应力循环次数疲劳寿命疲劳

14、寿命N连续重复荷载作用下应力由最大到最小的循环次数连续重复荷载作用下应力由最大到最小的循环次数v 疲劳极限疲劳极限 应力循环无限次，不发生疲劳破坏应力循环无限次，不发生疲劳破坏v依据国际有关标准建议，规定依据国际有关标准建议，规定=5106次为疲劳极限对应的次为疲劳极限对应的循环次数循环次数 v钢结构设计规范钢结构设计规范：N=N=5104次，应进行疲劳计算次，应进行疲劳计算 厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院v影响疲劳的主要因素影响疲劳的主要因素：应力集中应力集中 材质缺陷：偏析、夹杂、裂纹、分层、材质缺陷：偏析、夹杂、裂纹、分层、焊缝中的裂纹、夹渣、气孔等焊缝中的裂纹、夹渣、气孔等 构件截面变化：孔洞、刻槽构件截面变化：孔洞、刻槽 应力幅应力幅 应力比应力比 应力幅越大，应力幅越大，N越小越小 ，疲劳强度最低，疲劳强度最低 应力循环次数应力循环次数 厦门大学厦门大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院