第一章-钢结构的材料和计算方法课件.ppt

1、钢材的生产钢材的生产 钢材的生产钢材的生产氧化物 生铁 含碳量在2.06以下的铁碳合金称为碳素钢。 高炉 一氧化碳、碳 炼钢炉：转炉、平炉和电炉 转炉：使用高压空气或氧气将碳和杂质氧化 脱氧剂的不同：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢 新的冶炼技术：连续铸造法生产钢坯(连铸法)国内大钢厂已很少生产沸腾钢 钢材的生产大致可分为炼铁、炼钢和轧制三道工序。钢材的主要性能钢材的主要性能 第一节第一节 钢材的主要性能钢材的主要性能钢材的主要性能钢材的主要性能破坏前具有较大的塑性变形，常在钢材表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线。只有当构件中的应力达到抗拉强度后才会发生破坏，破坏后的断口呈纤维状，色泽

2、发暗。 一般发生在一般发生在静力荷载静力荷载作用时。作用时。破坏前塑性变形很小，或根本没有塑性变形，而突然迅速断裂。破坏后的断口平直，呈有光泽的晶粒状或有人字纹。钢材承受动力荷载动力荷载情况下，常会发生低应力脆性破坏。脆性破坏往往是导致钢结构破坏的主要原因之一。 p 强度强度p 塑性塑性p 冷弯性能冷弯性能p 冲击韧性冲击韧性钢材的主要性能钢材的主要性能单向静力拉伸试验：用规定形状和尺寸的标单向静力拉伸试验：用规定形状和尺寸的标准件，在常温下以规定的加载速度施加荷载，准件，在常温下以规定的加载速度施加荷载，试验结果用试验结果用应力应力应变曲线应变曲线表示。表示。1、强度、强度O应力应变CDAB

3、fyfufp比例极限比例极限屈服点屈服点抗拉强度抗拉强度钢材的主要性能钢材的主要性能四个阶段四个阶段: :钢材一次单向拉伸时应力钢材一次单向拉伸时应力-应变曲线应变曲线弹性阶段弹性阶段(OA)(OA)屈服阶段屈服阶段(AB)(AB)强化阶段强化阶段(BC)(BC)破坏阶段破坏阶段(CD)(CD)0.2%应变0.2应力钢材名义屈服极限值钢材名义屈服极限值钢材的主要性能钢材的主要性能有些钢材没有明显的屈服台阶，一般取卸载后有有些钢材没有明显的屈服台阶，一般取卸载后有 0.2% 残余应变所对应的应力为名义屈服极限值残余应变所对应的应力为名义屈服极限值0.2 。MO钢材的主要性能钢材的主要性能钢材的颈

4、缩现象钢材的颈缩现象l0d0l1钢材的主要性能钢材的主要性能比例极限比例极限fp；屈服点屈服点fy ：强度设计标准值，设计依据；抗拉强度抗拉强度fu：钢材的最大承载能力，强度储备。p钢材受均匀压缩或受弯也有类似受拉时的工作特性，但是其抗剪要比抗拉强度低很多。钢材的主要性能钢材的主要性能2、塑性、塑性钢材产生塑变时而不发生脆性断裂的能力，有助于内力重分布，提高结构可靠度。伸长率伸长率是试件拉断后，标距长度的伸长量是试件拉断后，标距长度的伸长量L L与原标距长度与原标距长度 L L0 0 的比值。的比值。钢材拉伸时塑性变形在标距内的分布是不钢材拉伸时塑性变形在标距内的分布是不均匀的，颈缩处的伸长较

5、大。均匀的，颈缩处的伸长较大。钢材拉伸试件取钢材拉伸试件取 L L0 0 = 5d = 5d0 0 或或 10d10d0 0，则其，则其相应的伸长率相应的伸长率5 5大于大于1010。钢材的主要性能钢材的主要性能3、冷弯性能、冷弯性能钢材塑性和冷加工性能的指标，对产生裂纹的敏感性，是判别钢材塑性及冶金质量的综合指标。冷弯试验：用标准规定的弯头压弯试件到规定的角度（180或90）时，检查弯曲处有无裂纹、断裂及起层等现象。钢材的主要性能钢材的主要性能冲击韧性冲击韧性k，钢材在一定温度下塑变及断裂过程中吸收能量的能力，用于表征钢材承受动力荷载的能力（动力指标），按常温（20o）、零温（0o） 、负温

6、（-20o、-40o）区分 。韧性是强度和塑性的综合表现。韧性是强度和塑性的综合表现。两种测量方法：梅氏试验法和夏比法夏比法(恰贝法)3、冲击韧性、冲击韧性钢材的主要性能钢材的主要性能钢材的主要性能钢材的主要性能冲击试验冲击试验可焊性在给定的构造形式和焊接工艺条件下获可焊性在给定的构造形式和焊接工艺条件下获得符合质量要求的焊缝连接的性能。不产生裂纹，得符合质量要求的焊缝连接的性能。不产生裂纹，焊缝影响区材性满足有关要求。焊缝影响区材性满足有关要求。焊接结构的失事，往往是由于钢材的焊接性能不良，焊接结构的失事，往往是由于钢材的焊接性能不良，在低温和受动载时发生脆性裂断。对于重要的承受动在低温和受

7、动载时发生脆性裂断。对于重要的承受动力荷载的焊接结构，应对所用钢材进行焊接性能的鉴力荷载的焊接结构，应对所用钢材进行焊接性能的鉴定。定。钢的焊接性能与钢的含碳量、塑性及冲击韧性有钢的焊接性能与钢的含碳量、塑性及冲击韧性有密切关系，可以间接的用钢材的密切关系，可以间接的用钢材的来鉴定。来鉴定。冲击韧性合格的钢材，其焊接质量也容易得到保证。冲击韧性合格的钢材，其焊接质量也容易得到保证。钢材的主要性能钢材的主要性能钢材的主要性能钢材的主要性能 第二节第二节 影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素一、化学成份的影响一、化学成份的影响 基

8、本成份为基本成份为Fe，碳钢中含量占，碳钢中含量占99，C、Si、Mn为杂质元为杂质元素，素，S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。为冶炼过程中不易除尽的有害元素。 C：含含C使强度使强度塑性、韧性、可焊性塑性、韧性、可焊性，应控制在，应控制在0.22%，焊接结构应控制在，焊接结构应控制在0.20%。 Si：含含Si适量使强度适量使强度 其它影响不大，有益，应控制其它影响不大，有益，应控制0.10.3% Mn：含含Mn适量使强度适量使强度 降低降低S、O的热脆影响，改善的热脆影响，改善热加工性能，对其它性能影响不大，热加工性能，对其它性能影响不大，有益有益。 S：含量含量使强度使强度塑

9、性、韧性、性能冷弯、可焊性塑性、韧性、性能冷弯、可焊性；高温时使钢材变脆高温时使钢材变脆热脆现象热脆现象。 P：低温时使钢材变脆低温时使钢材变脆冷脆现象冷脆现象；其它同；其它同S O、N：O同同S；N同同P，控制含量，控制含量0.008%影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素二、二、冶金与轧制的影响冶金与轧制的影响 冶金的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用冶金的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用Mn为脱氧剂，为脱氧剂，时间快，价格低，质量差；镇静钢用时间快，价格低，质量差；镇静钢用Si为脱氧剂，时为脱氧剂，时间慢，价格高，质量好。间慢，价格高，质量好。 反复的轧制可以改善钢材的塑性，同时可以

10、使钢材中反复的轧制可以改善钢材的塑性，同时可以使钢材中的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性能提高。能提高。三、三、冷作硬化与时效硬化冷作硬化与时效硬化 由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性下降，增加脆性的现象称之为下降，增加脆性的现象称之为硬化现象硬化现象。 冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为塑性变形从

11、而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化冷作硬化。 钢材中的钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形，随着时间的增长和温度的变化，而形成碳化物和氮化物，使钢材变脆的成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化老化”现象称之现象称之为为时效硬化时效硬化。影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素四、复杂应力与应力集中的影响四、复杂应力与应力集中的影响 钢材在多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一钢材在多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一向的限制，而使钢材强度增加，塑性、韧性下降，异向的限制，而使钢材强度增加，塑性、韧性下降，异号应力场时则相反。号应力场时则相反。 钢构件由于截面的改变以及

12、孔洞、凹槽、裂纹等原因钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而使构件内产生应力集中，应力集中实际为：局部应而使构件内产生应力集中，应力集中实际为：局部应力增大并多为同号应力场。力增大并多为同号应力场。影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素1、复杂应力、复杂应力 能量强度理论（第四强度理论）能量强度理论（第四强度理论）223 eq影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素五、残余应力的影响五、残余应力的影响 钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部自相平衡的内力构件内部自相平衡的内力, ,残余应力虽对构件残余应力虽对构件

13、的强度无影响，但对构件的变形（刚度）、的强度无影响，但对构件的变形（刚度）、疲劳以及稳定承载力产生不利影响疲劳以及稳定承载力产生不利影响。六、温度的影响 温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。n 正温影响正温影响 总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧性提高，这一现象称之为性提高，这一现象称之为热塑现象热塑现象，温度达，温度达600o左右时，左右时，钢材的强度几乎降至为零，而塑性、韧性极大，易于进钢材的强度几乎降至为零，而塑性、韧性极大，易于进行热加工，此温度称之为行热加工，此温度称之为热煅

14、温度热煅温度。 需要说明：钢材在需要说明：钢材在300o左右时，强度提高，塑性、韧性左右时，强度提高，塑性、韧性下降，钢材表面呈蓝色，这一反覆现象称之为下降，钢材表面呈蓝色，这一反覆现象称之为蓝脆现象蓝脆现象。钢材在钢材在300o以上时应采取以上时应采取隔热措施隔热措施。n 负温影响负温影响 随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆性增大，称之为性增大，称之为低温冷脆低温冷脆，当温度降至某一特定温度时，当温度降至某一特定温度时钢材的脆性急剧增大，称此温度点为钢材的脆性急剧增大，称此温度点为转脆温度转脆温度。影响钢材力学性能的主要因素影响钢

15、材力学性能的主要因素 第三节第三节 钢材的疲劳钢材的疲劳钢材的疲劳钢材的疲劳规范规定：规范规定：钢材的疲劳钢材的疲劳钢材的疲劳钢材的疲劳loglogmbnsmbn2loglogmbn/1)10(msbn/12)10(/1)(nc（1）（2）（3） /1)(nc minmax minmax70. 0 焊焊 接接 部部 位位非焊接部位非焊接部位cn )(或或110102211101 NnNnNnNniiicNii )(对每一级应力幅有：对每一级应力幅有：cnii )( 则则1)()()(10102211 cncncn cnei )( /1/1)()( iiiiencnn（3）)()(eiiinn第

16、四节第四节 钢材的钢号及选用钢材的钢号及选用表示：屈服点为表示：屈服点为235 MPa A级沸腾碳素结构级沸腾碳素结构钢。钢。质量等级质量等级 A A 不要求做冲击试验不要求做冲击试验 B B 要求做常温冲击试验要求做常温冲击试验 C C 要求做要求做00冲击试验冲击试验 D D 要求做要求做2020冲击试验冲击试验低合金钢的运用低合金钢的运用3 3、铸钢、铸钢承重结构选用承重结构选用Q235Q235钢的方法：钢的方法：第五节第五节 轧成钢材的规格及用途轧成钢材的规格及用途压型钢板截面压型钢板截面第六节第六节 钢结构的计算方法钢结构的计算方法22SRSRZZmmm)()()()0()0( tP

17、mmZPZPZPPZZZZZfKSQKQGKGRKSSSR （119）fniQidcdQGd )(210 1、承载能力极限状态、承载能力极限状态21 niQiKcKQGKKSfKKKSfNyyi 321 KfSNyi ANNWMIMyM ItVSV本章的主要内容本章的主要内容 钢材的破坏形式钢材的破坏形式 钢材的抗拉性能、塑性、冲击韧性、冷弯性钢材的抗拉性能、塑性、冲击韧性、冷弯性能及评定指标能及评定指标 钢材锈蚀的危害和防腐措施钢材锈蚀的危害和防腐措施 影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素 复杂应力和应力集中对钢材力学性能的影响复杂应力和应力集中对钢材力学性能的影响 钢结构的常幅耐疲计算钢结构的常幅耐疲计算 钢材的钢号、规格钢材的钢号、规格 钢结构的两种极限状态钢结构的两种极限状态 两种计算方法的特点和区别两种计算方法的特点和区别 练习及思考练习及思考1、课本 P33：2、影响钢材力学性能的主要因素。3、如何验算疲劳强度？什么情况下可以不必验算钢材的疲劳？4、钢结构常用钢材的钢号和轧成钢材的规格。练习及思考练习及思考