⑤质在种着 第2章钢结构的材料 主要内容: >对钢结构用材的要求 钢材的主要性能及其鉴定 影响钢材性能的因素 钢结构设计原 >钢材的延性破坏和非延性破坏循环加载和快速加载 理 >建筑钢材的类别及钢材的选用 重点: 对钢结构用材的要求 >建筑钢材的类别及钢材的选用 第2章钢结构的材料
· 钢 结 构 设 计 原 理· -1- 第2章 钢结构的材料 第2章 钢结构的材料 ➢ 对钢结构用材的要求 ➢ 钢材的主要性能及其鉴定 ➢ 影响钢材性能的因素 ➢ 钢材的延性破坏和非延性破坏循环加载和快速加载 ➢ 建筑钢材的类别及钢材的选用 主要内容： 重点： ➢ 对钢结构用材的要求 ➢ 建筑钢材的类别及钢材的选用
⑤《里种着 2.1对钢结构用材的要求 较高的强度。即抗拉强度f和屈服点f比较高 足够的变形能力。即塑性和韧性性能好 良好的加工性能。即适合冷、热加工,良好的可焊性 适应低温、有害介质侵蚀(包括大气锈蚀)以及重复荷载 作用等的性能。 钢结构设计原 容易生产,价格便宜。 理 《钢结构设计规范》(GB5007-200)推荐的普通碳素结 构钢Q235钢和低合金高强度结构钢945、0390Q420是 符合上述要求的 选用GB07:范还未推荐的钢材时,需有可靠依据。以 确保钢结构的质量。 第2章钢结构的材料
· 钢 结 构 设 计 原 理· -2- 第2章 钢结构的材料 2.1 对钢结构用材的要求 ➢ 较高的强度。即抗拉强度fu和屈服点fy比较高。 ➢ 足够的变形能力。即塑性和韧性性能好。 ➢ 良好的加工性能。即适合冷、热加工，良好的可焊性。 ➢ 适应低温、有害介质侵蚀(包括大气锈蚀)以及重复荷载 作用等的性能。 ➢ 容易生产，价格便宜。 《钢结构设计规范》(GB50017—2002)推荐的普通碳素结 构钢Q235钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390及Q420是 符合上述要求的。 选用GB50017规范还未推荐的钢材时，需有可靠依据。以 确保钢结构的质量
⑤《里种着 2.2钢材的主要性能及其鉴定 2.2.1单向拉伸时的工作性能 条件:常温、静载条件下一次拉伸 Io(N/mm 450 普通低合金钢 设 计 350 低碳钢 原 I弹性阶段 A‘BC/ arctan 理 Ⅱ.弹塑性阶段 150 Ⅲ.塑性阶段 丿Ⅳ.应变硬化阶 50 段 arcane 0 8(%) 681012141618 士量 图21钢材的一次拉伸应力一应变曲线 第2章钢结构的材料
· 钢 结 构 设 计 原 理· -3- 第2章 钢结构的材料 2.2 钢材的主要性能及其鉴定 图2.1 钢材的一次拉伸应力－应变曲线 2.2.1 单向拉伸时的工作性能 条件：常温、静载条件下一次拉伸
⑤《里种着 中1比例极限P 这是应力应变图中直线段的最大应力值。严格地说,比 σ略高处还有弹性极限,但弹性极限与σ极其接近, 所以通常略去弹性极限的点,把G看做是弹性极限 2屈服点σ 钢结构设计原 应变 在 之 P 后 不 再 与 应 力 成 正比 而是 应力 一-应变间成曲线关系,一直到屈服点 3抗拉强度σ 屈服平台之后,应变增长时又需有应力的增长,但相对 地说:应变增加得快,呈现曲线关系直到最高点 第2章钢结构的材料
· 钢 结 构 设 计 原 理· -4- 第2章 钢结构的材料 1.比例极限P 这是应力-应变图中直线段的最大应力值。严格地说，比 P略高处还有弹性极限，但弹性极限与 P极其接近， 所以通常略去弹性极限的点，把 P看做是弹性极限。 2.屈服点y 应变在P之后不再与应力成正比，而是渐渐加大，应力 -应变间成曲线关系，一直到屈服点。 3.抗拉强度u 屈服平台之后，应变增长时又需有应力的增长，但相对 地说·应变增加得快，呈现曲线关系直到最高点
⑤《里种着 4伸长率6和80 伸长率是断裂前试件的永久变形与原标定长度的百 分比。取圆形试件直径d的五倍或十倍为标定长度,其 相应的伸长率用δ和δ0表示,伸长率代表材料断裂前具 有的塑性变形的能力。结 i构 制造时,这种能力使材料 钢结构设计原 受剪切、冲压、弯曲及锤击所产生的局部屈服而无明显薑 损坏。 屈服点、抗拉强度和伸长率,是钢材的三个重要力 学性能指标。钢结构中所采用的钢材都应满足钢结构设 计规范对这三项力学性能指标的要求。 第2章钢结构的材料
· 钢 结 构 设 计 原 理· -5- 第2章 钢结构的材料 4.伸长率5和10 伸长率是断裂前试件的永久变形与原标定长度的百 分比。取圆形试件直径d的五倍或十倍为标定长度，其 相应的伸长率用5和10表示，伸长率代表材料断裂前具 有的塑性变形的能力。结构制造时，这种能力使材料经 受剪切、冲压、弯曲及锤击所产生的局部屈服而无明显 损坏。 屈服点、抗拉强度和伸长率，是钢材的三个重要力 学性能指标。钢结构中所采用的钢材都应满足钢结构设 计规范对这三项力学性能指标的要求
⑥多《里种去 屈服点是建筑钢材的一个重要力学特性,其意 义是: 1作为结构计算中材料强度标准,或材料抗力标准。 应力达到σ时的应变与G时的应变较接近,可以认萄 设 为应力达到o时为弹性变形的终点。同时,达到a, 理 后在一个较大的应变范围内应力不会继续增加,表 示结构一时丧失继续承担更大荷载的能力,故此以 0作为弹性计算时强度的标准 第2章钢结构的材料
· 钢 结 构 设 计 原 理· -6- 第2章 钢结构的材料 ➢ 屈服点是建筑钢材的一个重要力学特性，其意 义是： 1 作为结构计算中材料强度标准，或材料抗力标准。 应力达到y时的应变与P时的应变较接近，可以认 为应力达到y时为弹性变形的终点。同时，达到y 后在一个较大的应变范围内应力不会继续增加，表 示结构一时丧失继续承担更大荷载的能力，故此以 y作为弹性计算时强度的标准
⑤《里种着 2形成理想弹塑性体的模型,为发展钢结构计算理 论提供基础。σ之前,钢材近于理想弹性体,o 之后,塑性应变范围很大而应力保持不增长,所以 设 接近理想塑性体。因此,可以用两根直线的图形作孟 理 为理想弹塑性体的应力-应变模型。钢结构设计规 范对塑性设计的规定,就以材料是理想弹塑性体的 假设为依据,忽略了应变硬化的有利作用。 第2章钢结构的材料
· 钢 结 构 设 计 原 理· -7- 第2章 钢结构的材料 2 形成理想弹塑性体的模型，为发展钢结构计算理 论提供基础。 y之前，钢材近于理想弹性体， y 之后，塑性应变范围很大而应力保持不增长，所以 接近理想塑性体。因此，可以用两根直线的图形作 为理想弹塑性体的应力-应变模型。钢结构设计规 范对塑性设计的规定，就以材料是理想弹塑性体的 假设为依据，忽略了应变硬化的有利作用
⑤质在种着 2.2.2冷弯性能 根据试样厚度,按规定的弯心 直径将试样弯曲180度,其表面及 侧无裂纹或分层则为“冷弯试验 格 “冷弯试验合格”一方 面同伸长率符合规定一样,表示材 料塑性变形能力符合要求,另一方 P 钢结构设计原 面表示钢材的冶金质量(颗粒结晶及 理 非金属夹杂分布,甚至在一定程度 上包括可焊性)符合要求,因此,冷 弯性能是判别钢材塑性变形能力及 冶金质量的综合指标。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 图2.2钢材的冷弯试验 第2章钢结构的材料
· 钢 结 构 设 计 原 理· -8- 第2章 钢结构的材料 图2.2 钢材的冷弯试验 2.2.2 冷弯性能 根据试样厚度，按规定的弯心 直径将试样弯曲180度，其表面及 侧无裂纹或分层则为“冷弯试验合 格”。 “冷弯试验合格”一方 面同伸长率符合规定一样，表示材 料塑性变形能力符合要求，另一方 面表示钢材的冶金质量(颗粒结晶及 非金属夹杂分布，甚至在一定程度 上包括可焊性)符合要求，因此，冷 弯性能是判别钢材塑性变形能力及 冶金质量的综合指标。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
⑤《里种着 2.2.3冲击韧性 与抵抗冲击作用有关的钢材的性能是韧性。韧性是钢 材断裂时吸收机械能能力的量度。吸收较多能量才断裂的 钢材,是韧性好的钢材。钢材在一次拉伸静载作用下断裂 时所吸收的能量,用单位体积吸收的能量来表示。甘生 设 于应力应变曲线下的面积。塑性好的钢材,其应力-应变许 曲线下的面积大,所以韧性值大。然而,实际工作中,不量 用上述方法来衡量钢材的韧性,而用冲击韧性衡量钢材抗 脆断的性能,因为实际结构中脆性断裂并不发生在单向受 拉的地方,而总是发生在有缺口高峰应力的地方,在缺口 高峰应力的地方常呈三向受拉的应力状态 第2章钢结构的材料
· 钢 结 构 设 计 原 理· -9- 第2章 钢结构的材料 2.2.3 冲击韧性 与抵抗冲击作用有关的钢材的性能是韧性。韧性是钢 材断裂时吸收机械能能力的量度。吸收较多能量才断裂的 钢材，是韧性好的钢材。钢材在一次拉伸静载作用下断裂 时所吸收的能量，用单位体积吸收的能量来表示，其值等 于应力-应变曲线下的面积。塑性好的钢材，其应力-应变 曲线下的面积大，所以韧性值大。然而，实际工作中，不 用上述方法来衡量钢材的韧性，而用冲击韧性衡量钢材抗 脆断的性能，因为实际结构中脆性断裂并不发生在单向受 拉的地方，而总是发生在有缺口高峰应力的地方，在缺口 高峰应力的地方常呈三向受拉的应力状态
⑤《里种着 缺口韧性值受温度影响,温度低于某值时将急剧降低 设计处于不同环境温度的重要结构,尤其是受动载作用的 结构时,要根据相应的环境温度对应提出冲击韧性的保证 要求。 摆锤冲击 R=lmm 钢结构设计原 10mm 275mm 27.5mm 理 R=0.25mm 40mm 2mr (c) 图24钢材的冲击试验 第2章钢结构的材料 10
· 钢 结 构 设 计 原 理· -10- 第2章 钢结构的材料 图2.4 钢材的冲击试验 缺口韧性值受温度影响，温度低于某值时将急剧降低。 设计处于不同环境温度的重要结构，尤其是受动载作用的 结构时，要根据相应的环境温度对应提出冲击韧性的保证 要求