第二章钢结构材料 第一节钢材在单向均匀受拉时的工作性能 1、弹性阶段(OA段) OA段符合虎克定律:=EE 2、屈服阶段(AC段)。 I,弹性阶段 A'BCALEEs Ⅱ,弹塑性阶段 3、强化阶段(CD段)o F Ⅲ,塑性阶段 Ⅳ.应变硬化阶段 4、颈缩阶段(DE段)g2 b(% e(%)
第二章 钢结构材料 第一节 钢材在单向均匀受拉时的工作性能 1、弹性阶段（OA段） OA段符合虎克定律：σ= Eε 2、屈服阶段（AC段） 3、强化阶段（CD段） 4、颈缩阶段（DE段）
讨论: f 1)、因f与f的值很接近,实际工程中 常以为钢材单向均匀受拉时弹、塑 性的分界 σ≤fy时弹性阶段;σ>fy时塑性阶段 2)、为钢材屈服点,设计中把它看作 图1-2理想的弹性-塑性 构件应力可达到的限值。fu为抗拉强度,体的应力应变曲线 设计中视为钢材抗破断能力的限值,也是钢材机械性能的一项 重要指标。 fy/fu称为屈强比,表明设计强度的储备能力。ffu越大,强度 储备越小。f/u越小,强度储备越大。强度储备越大,越安全, 但fy/f太小时,强度利用率低,不经济
讨论： 1)、因fp与fy的值很接近，实际工程中 常以为fy钢材单向均匀受拉时弹、塑 性的分界。 σ fy时 弹性阶段； σ＞fy时 塑性阶段 2)、fy为钢材屈服点，设计中把它看作 构件应力可达到的限值。fu为抗拉强度， 设计中视为钢材抗破断能力的限值，也是钢材机械性能的一项 重要指标。 fy/fu称为屈强比，表明设计强度的储备能力。fy/fu越大，强度 储备越小。fy/fu越小，强度储备越大。强度储备越大，越安全， 但fy/fu太小时，强度利用率低，不经济
第二节钢结构对材料性能的要求 1、强度:fy,fu是两项重要的强度指标。 钢结构设计强度一般均依据付y确定。 2、塑性:当钢材应力超过屈服点后,能产生显著 的残余变形(塑性变形)而不立即破坏的性质 主要指标: 伸长率6:0=41-l X100% 断面收缩率:=2×100%
第二节 钢结构对材料性能的要求 1、强度：fy，fu是两项重要的强度指标。 钢结构设计强度一般均依据fy确定。 2、塑性：当钢材应力超过屈服点后，能产生显著 的残余变形（塑性变形）而不立即破坏的性质。 主要指标： 伸长率δ： δ ＝ x100﹪ 断面收缩率ψ ：ψ ＝ x100 ﹪ 1 0 0 l l l − o 1 o A A A −
3、韧性:钢材抵抗冲击荷载的能力。 它与塑性有关但又不完全相同,是强度与塑性的综合 表现。 摆锤冲击 R =1 mm m na 韧性指标: 10m 27.5mm 27.5mm 4、可焊性: 图2-4冲击试验 施工上的可焊性:指焊缝金属产生裂纹的敏感 性。使用性能上的可焊性:要求焊缝处的机械性 能不低于母材的机械性能
3、韧性：钢材抵抗冲击荷载的能力。 它与塑性有关但又不完全相同，是强度与塑性的综合 表现。 韧性指标： 4、可焊性： 施工上的可焊性：指焊缝金属产生裂纹的敏感 性。使用性能上的可焊性：要求焊缝处的机械性 能不低于母材的机械性能。 n k k A W =
5、冷弯性能 钢材的冷弯性能是衡量钢材在常温下 弯曲加工产生塑性变形时对产生裂纹 的抵抗能力的一项指标 冷弯试验是鉴定钢材质量的 种好方法,常作为静力 拉伸试验和冲击试验的 补充试验。 图2-3冷弯试验 综上所述:6y,fu,b被认为是承重钢结构对钢 材要求所必需的三项基本机械性能指标。 机械性能的六项指标:屈服点fy,抗拉强度fu 国伸长率6,180°冷弯,常温及负温冲击韧性
5、冷弯性能 钢材的冷弯性能是衡量钢材在常温下 弯曲加工产生塑性变形时对产生裂纹 的抵抗能力的一项指标。 冷弯试验是鉴定钢材质量的 一种好方法，常作为静力 拉伸试验和冲击试验的 补充试验。 综上所述： fy，fu,δ 被认为是承重钢结构对钢 材要求所必需的三项基本机械性能指标。 机械性能的六项指标：屈服点fy，抗拉强度fu， 伸长率 δ ，180°冷弯，常温及负温冲击韧性
第三节影响钢材力学性能的因素 1、化学成分的影响; 2、冶金和轧制过程的影响 3、时效的影响; 4、冷作硬化的影响; 5、温度的影响; 6、应力集中和残余应力的影响; 7、复杂应力状态的影响
第三节 影响钢材力学性能的因素 1、化学成分的影响； 2、冶金和轧制过程的影响； 3、时效的影响； 4、冷作硬化的影响； 5、温度的影响； 6、应力集中和残余应力的影响； 7、复杂应力状态的影响
、化学成分的影响; 有益元素:Mn、Si、V、Cu 有害元素:S、P、O、N 2、冶金和轧制过程的影响: 1)、冶炼方法分类:平炉炼钢法 顶吹氧气转炉 侧吹(空气)转炉炼钢 2)、脱氧方法:沸腾钢(F) 镇静钢(Z) 半镇静钢(b) 3)、钢材的轧制: 在1200~1300℃高温下,经轧制细化了钢的晶粒,焊 合了小气泡、裂纹等缺陷,使金属组织更致密。 轧制钢铟材强度、塑性、韧性均较好,且薄板比厚板力学 性能更好
1、化学成分的影响； 有益元素：Mn、Si、V、Cu… 有害元素：S、P、O、N… 2、冶金和轧制过程的影响： 1)、冶炼方法分类：平炉炼钢法 顶吹氧气转炉 侧吹（空气）转炉炼钢 2)、脱氧方法： 沸腾钢（F） 镇静钢（Z） 半镇静钢（b） 3)、钢材的轧制： 在1200～1300 ℃高温下，经轧制细化了钢的晶粒，焊 合了小气泡、裂纹等缺陷，使金属组织更致密。 轧制钢材强度、塑性、韧性均较好，且薄板比厚板力学 性能更好
3、时效影响: 时效硬化指钢材仅随时间的增长而转脆 4、冷作硬化的影响: 钢结构冷加工过程引起的硬化称为冷作硬化 如剪、冲、折、钻..导致强度提高,塑性韧性降低。 应变时效后y的提高 时效硬化后O的提画0a 应变硬化后y的提高 特的 变d/奥 曲 应变时效后的变形能力总 同一变硬化后的变形能本通 盐变 图2-5钢材的硬化
3、时效影响： 时效硬化指钢材仅随时间的增长而转脆。 4、冷作硬化的影响： 钢结构冷加工过程引起的硬化称为冷作硬化。 如剪、冲、折、钻…导致强度提高，塑性韧性降低
5、温度的影响: 1)升温情况: 200~250℃时,和u提高但塑性、韧性有所降低,此时的 破坏称“蓝脆”现象 250~350℃时,f、和u、E显著降低,δ增大,易产生 “徐变”现象。 400~600℃时,f、和u、E急剧下降,600℃时承载力 几乎完全丧失。 2)降温情况: 设计时要防止脆性破坏, 因而选材时应使其转变温度 提名瞰长增 脆性破坏两种破塑性破坏 坏兼有 下限T1低于结构工作环境温度 如:Q235钢,计算温度≥-15℃。 T(温度) 图2-7C值随温度T的变化
5、温度的影响： 1).升温情况： 200～250℃时 ， fu提高但塑性、韧性有所降低，此时的 破坏称“蓝脆”现象。 250～350 ℃ 时，fy 、fu、E显著降低，δ 增大，易产生 “徐变”现象。 400～600 ℃ 时， fy 、fu、E急剧下降，600 ℃ 时承载力 几乎完全丧失。 2).降温情况： 设计时要防止脆性破坏， 因而选材时应使其转变温度 下限T1低于结构工作环境温度。 如：Q235钢，计算温度≥ －15 ℃
6、应力集中和残余应力的影响 7、复杂应力状态的影响: 在复杂受力情况下,按材力能量强度理论推导可用折算应力σzs来判 断其工作状态:三向应力: 0zs=2+o+a2-(oo,+oo:+oo)+3z2+2+z2 当Ozs<fy时,弹性状态。 当0zs≥fy时,塑性状态。 双向应力 O ZS=o: +o,-0o, +3t i 般梁中,只有a:和, 则Ozs +3 纯剪时,O=0,则0zs=3r 取0zs=√3r fy,则T=0.58fy 表示剪应力达到0.58fy时, 钢材将进入塑性状态 图1-17复杂应力状态
6、应力集中和残余应力的影响； 7、复杂应力状态的影响： 在复杂受力情况下，按材力能量强度理论推导可用折算应力σzs 来判 断其工作状态：三向应力： σzs＝ 当σzs< fy时，弹性状态。 当σzs≥ fy时，塑性状态。 双向应力： σzs＝ 一般梁中，只有 和 ， 则σzs＝ 纯剪时，σ＝0，则σzs＝ 取σzs＝ ＝fy,则 ＝0.58 fy 表示剪应力达到 0.58fy时， 钢材将进入塑性状态 2 2 2 2 2 2 ( ) 3( ) x y z x y y z z x xy yz zx + + − + + + + + 2 2 2 3 x y x y xy + − + x 2 2 3 x + 3 3
