二-钢结构的材料PPT课件.ppt

厦门大学 建筑与土木工程学院1.2.1 2.1 钢结钢结构构对结对结构用构用钢钢的基本要求的基本要求2.2 2.2 钢钢材的破坏形式材的破坏形式2.3 2.3 钢钢材的主要力学性能材的主要力学性能2.4 2.4 影响影响钢钢材性能的主要因素材性能的主要因素 2.5 2.5 钢钢材的种材的种类类、规规格及格及选选用原用原则则主要内容主要内容厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院2.较较高的高的强强度度 轻质轻质高高强强足足够够的的变变形能力形能力 优优良的塑性良的塑性韧韧性性良好的加工性能良好的加工性能 适适应应冷、冷、热热加工，可加工，可焊焊性好性好胜胜任任恶恶劣劣环环境的耐久性境的耐久性适适应应低温、适低温、适应应腐腐蚀蚀 介介质质、适、适应应重复荷重复荷载载2.1 钢结钢结构用材的基本要求构用材的基本要求厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院3.塑性破坏塑性破坏 加加载载后有后有较较大大变变形，因此破坏前有形，因此破坏前有预预兆，断裂兆，断裂时时断口呈断口呈纤维纤维状，色状，色泽发泽发暗暗。脆性破坏脆性破坏 几乎没有任何征兆的突然破坏。断裂几乎没有任何征兆的突然破坏。断裂时时断口平断口平齐齐，呈有光，呈有光泽泽的晶粒状。的晶粒状。2.2 2.2 钢钢材的破坏形式材的破坏形式应应极力避免极力避免钢结钢结构构发发生危生危险险的脆性破坏的脆性破坏冶冶炼炼、加工、使用、加工、使用、环环境、境、设计设计等多种因素会影响等多种因素会影响钢结钢结构构发发生脆性破坏。生脆性破坏。厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院4.2.3.1 2.3.1 钢钢材在材在单单向一次拉伸下的工作性能向一次拉伸下的工作性能2.3.2 2.3.2 钢钢材的冷弯性能材的冷弯性能2.3.3 2.3.3 钢钢材的材的动动力性能力性能2.3.4 2.3.4 钢钢材的可材的可焊焊性和耐久性性和耐久性2.3.5 2.3.5 钢钢材在复材在复杂应杂应力作用下的工作性能力作用下的工作性能2.3.6 2.3.6 钢钢材的疲材的疲劳劳性能性能2.3 2.3 钢钢材的主要性能材的主要性能厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院5.1.钢钢材一次拉伸材一次拉伸（常温、静（常温、静载载）2.3.1 2.3.1 钢钢材在材在单单向一次拉伸下的工作性能向一次拉伸下的工作性能视频厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院6.2.钢钢材一次拉伸的材一次拉伸的应应力力应变应变曲曲线线一般可将一般可将钢钢材材视为视为理想理想弹弹-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 时时的的应变应变（0.15）和）和fp时时的的应变应变（0.1）很接近；）很接近；认为认为fy是是弹弹性工性工作作终终点，在点，在fy 以前是理想以前是理想弹弹性体；性体；应力达到达到fy后，有一个后，有一个较较大的塑性大的塑性应变应变范范围围（0.152.5），），应应力不再增加，力不再增加，接近理想塑性体接近理想塑性体厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院7.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。厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院8.3.钢钢钢钢材的材的材的材的强强强强度指度指度指度指标标标标 屈服屈服强强度度 f fy y 衡量衡量结结构承构承载载能力和确定能力和确定强强度度设计设计值值的重要指的重要指标标（1 1）作作为弹为弹性工作和塑性工作的分界点；性工作和塑性工作的分界点；（2 2）钢钢材屈服后塑性材屈服后塑性变变形很大，使形很大，使结结构不能构不能继续继续使用；同使用；同时变时变形极易被人形极易被人们发现们发现，可及，可及时时采取措施，避免突然破坏。采取措施，避免突然破坏。抗拉抗拉强强度度 f fu u 钢钢材破坏前所能承受的最大材破坏前所能承受的最大应应力，衡力，衡量量钢钢材巨量材巨量变变形后的抗拉能力形后的抗拉能力（1 1）直接反映）直接反映钢钢材内部材内部组织组织的的优优劣劣 ；（2 2）钢结钢结构极大的构极大的强强度度储备储备，为结为结构提供了安全保障。构提供了安全保障。强强屈比屈比 f fu u/f fy y 可看作是衡量可看作是衡量钢钢材材强强度度储备储备的一个系数，的一个系数，强强屈屈比越大，比越大，钢钢材的安全材的安全储备储备越大。越大。厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院9.4.4.钢钢材的塑性指材的塑性指标标 塑性钢材在外力作用下产生永久变形时抵抗断裂的能力 良好的塑性使良好的塑性使结结构破坏前出构破坏前出现现明明显显的的变变形，减少突然破坏的形，减少突然破坏的危危险险性。同性。同时时，调调整局部高峰整局部高峰应应力，使力，使应应力平力平缓缓。伸伸长长律律 截面收截面收缩缩率率 屈屈强强比（比（fyfy/fu)/fu)越小，反映塑性越小，反映塑性变变形的能力越形的能力越强强。屈服点屈服点fyfy、抗拉、抗拉强强度度fufu、伸、伸长长率率、是、是钢钢材最基本、最重要的材最基本、最重要的三个力学性能指三个力学性能指标标，须满须满足足钢结钢结构构设计规设计规范范对对它它们们的要求。的要求。10.冷弯性能冷弯性能衡量衡量钢钢材在常温下弯曲加工材在常温下弯曲加工产产生塑性生塑性变变形形时对时对裂裂纹纹的抵抗能力的一的抵抗能力的一项项指指标标。2.3.2 钢钢材的冷弯性能材的冷弯性能动画厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院11.2.3.2 钢钢材的冷弯性能材的冷弯性能（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。试样试样弯曲弯曲180180度，表面度，表面及及侧侧面无裂面无裂纹纹或分或分层层，则为则为合格合格厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院12.韧韧韧韧性性性性衡量衡量衡量衡量钢钢钢钢材承受材承受材承受材承受动动动动力荷力荷力荷力荷载载载载作用作用作用作用时时时时抵抗脆性破坏的性能，也是抵抗脆性破坏的性能，也是抵抗脆性破坏的性能，也是抵抗脆性破坏的性能，也是材料在材料在材料在材料在塑性塑性塑性塑性变变变变形和形和形和形和断裂断裂断裂断裂时时时时吸收吸收吸收吸收能量的能力。它是能量的能力。它是能量的能力。它是能量的能力。它是强强强强度与塑性的度与塑性的度与塑性的度与塑性的综综综综合指合指合指合指标标标标。2.3.3 钢钢材的材的动动力性能力性能厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院13.动画厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院14.试试件断口件断口处单处单位面位面积积上的功即上的功即为为冲冲击韧击韧性性值值冲冲击韧击韧性性值值 受温度影响，特受温度影响，特别别当温度低于某当温度低于某值时值时，急急剧剧下降。下降。分分为为常温（常温（20o），），负负温温 （0o、-20o、-40o）“低温工作低温工作环环境境”“动动力荷力荷载载”，不，不仅仅要有要有 常温（常温（20o）保保证证，还还要有要有负负温温 保保证证。厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院15.厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院冲冲击韧击韧性是性是钢钢材在冲材在冲击击荷荷载载或多向或多向应应力下具有可靠性能的保力下具有可靠性能的保证证，可，可间间接反接反应钢应钢材抵抗低温、材抵抗低温、应应力集中、多向拉力集中、多向拉应应力、冲力、冲击击荷荷载载和反复荷和反复荷载载等因素等因素导导致脆性断裂的能力。致脆性断裂的能力。16.2.3.4厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院17.厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院18.2.3.5 2.3.5 钢钢材在复材在复杂应杂应力作用下的工作性能力作用下的工作性能厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院19.第四第四强强度理度理论论当 时为弹性状态；当 时为塑性状态2.3.5 2.3.5 钢钢材在多材在多轴应轴应力作用下的工作性能力作用下的工作性能厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院20.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，较易进入塑性状态v钢材的抗剪强度设计值取为0.58f 厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院21.2.3.6 钢材的疲劳性能厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院22.厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院23.厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院24.厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院25.厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院26.厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院27.厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院28.厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院29.v 应应力循力循环环次数次数疲疲劳劳寿命寿命N连续连续重复荷重复荷载载作用下作用下应应力由最大到最小的循力由最大到最小的循环环次数次数v 疲疲劳劳极限极限 应应力循力循环环无限次，不无限次，不发发生疲生疲劳劳破坏破坏v依据国依据国际际有关有关标标准建准建议议，规规定定=5106次次为为疲疲劳劳极限极限对应对应的的循循环环次数次数 v钢结钢结构构设计规设计规范范：N=N=5104次，次，应进应进行疲行疲劳计劳计算算 厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院30.厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院31.v影响疲影响疲劳劳的主要因素的主要因素：应应力集中力集中 材材质质缺陷：偏析、缺陷：偏析、夹杂夹杂、裂、裂纹纹、分、分层层、焊缝焊缝中的裂中的裂纹纹、夹夹渣、气孔等渣、气孔等 构件截面构件截面变变化：孔洞、刻槽化：孔洞、刻槽 应应力幅力幅 应应力比力比 应应力幅越大，力幅越大，N越小越小 ，疲，疲劳劳强强度最低度最低 应应力循力循环环次数次数 厦厦门门大学大学 建筑与土木工程学院建筑与土木工程学院32.