钢结构的材料.ppt
钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure本章主要内容本章主要内容（1 1）对钢结构用材的要求对钢结构用材的要求（2 2）钢材的塑性破坏和脆性破坏钢材的塑性破坏和脆性破坏（3 3）钢材的主要性能钢材的主要性能（4 4）影响钢材性能的因素影响钢材性能的因素（5 5）钢材的疲劳钢材的疲劳第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure（6 6）钢材的种类和规格钢材的种类和规格钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure1 1、钢结构对材料的要求、钢结构对材料的要求（1 1）较高的抗拉强度较高的抗拉强度f fu u和屈服点和屈服点f fy y（2 2）塑性、冲击韧性好塑性、冲击韧性好（3 3）冷加工性能好冷加工性能好（4 4）可焊性好可焊性好（5 5）耐久性好耐久性好第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure2 2、钢材的塑性破坏和脆性破坏、钢材的塑性破坏和脆性破坏2.1 2.1 塑性破坏试验：塑性破坏试验：试件采用标准圆棒试件，当试试件采用标准圆棒试件，当试件在拉力试验机上均匀地加荷直到拉断时其破坏呈现塑件在拉力试验机上均匀地加荷直到拉断时其破坏呈现塑性特性性特性。钢材有两种破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。钢材有两种破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。LodNNNLdN第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure实验现象：实验现象：标准试件当应力达到屈服点标准试件当应力达到屈服点fyfy以后，试件将产生很明显的以后，试件将产生很明显的塑性变形；当应力超过抗拉强度塑性变形；当应力超过抗拉强度fufu时，试件将在出现很大的变时，试件将在出现很大的变形情况下颈缩而破坏。加荷的延续时间长，破坏后断口呈纤维形情况下颈缩而破坏。加荷的延续时间长，破坏后断口呈纤维状，色泽发暗，有时还能看到滑移的痕迹，断口与作用力的方状，色泽发暗，有时还能看到滑移的痕迹，断口与作用力的方向约成向约成4545度，此种破坏的塑性特征明显，故称为度，此种破坏的塑性特征明显，故称为塑性破坏。塑性破坏。由于塑性破坏前有明显的变形且延续的时间长，容易发现由于塑性破坏前有明显的变形且延续的时间长，容易发现而采用措施予以补救，因而不至于引起严重后果。而采用措施予以补救，因而不至于引起严重后果。第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure2 2、钢材的塑性破坏和脆性破坏、钢材的塑性破坏和脆性破坏2.2 2.2 脆性破坏试验：脆性破坏试验：试件采用比标准试件加粗但在试件采用比标准试件加粗但在中部有小槽，其净截面面积仍与标准试件截面面积相同中部有小槽，其净截面面积仍与标准试件截面面积相同的试件，当试件在拉力试验机上均匀地加荷直到拉断时，的试件，当试件在拉力试验机上均匀地加荷直到拉断时，其破坏呈现脆性特征。其破坏呈现脆性特征。钢材有两种破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。钢材有两种破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure实验现象：实验现象：带小槽的试件在断裂破坏前塑性变形很小，且几乎无任何带小槽的试件在断裂破坏前塑性变形很小，且几乎无任何迹象而突然断裂，其断口平齐，呈有光泽的晶粒状。此种破坏迹象而突然断裂，其断口平齐，呈有光泽的晶粒状。此种破坏的脆性特征明显，故称脆性破坏。的脆性特征明显，故称脆性破坏。危害：危害：由于脆性破坏时突然发生的，无任何预兆，无法及时察觉由于脆性破坏时突然发生的，无任何预兆，无法及时察觉和采取措施补救，而且一旦发生还有导致整个结构倒塌的可能，和采取措施补救，而且一旦发生还有导致整个结构倒塌的可能，因此比塑性破坏危险得多。如因此比塑性破坏危险得多。如19721972年廊坊因一个杆脆断导致屋年廊坊因一个杆脆断导致屋架倒塌，架倒塌，19991999年四川綦江大桥倒塌等。因此，在钢结构的设计、年四川綦江大桥倒塌等。因此，在钢结构的设计、施工和使用过程中，充分考虑各方面因素，避免以其且发生脆施工和使用过程中，充分考虑各方面因素，避免以其且发生脆性破坏的可能性。性破坏的可能性。变脆的因素：变脆的因素：除了上面提到的以外，其他如钢材处于低温（；例除了上面提到的以外，其他如钢材处于低温（；例如如-20-20）条件下工作，对钢材进行冷加工、焊接、重复荷）条件下工作，对钢材进行冷加工、焊接、重复荷载作用，处于复杂应力状态等，均可使钢材变脆而变成脆性破载作用，处于复杂应力状态等，均可使钢材变脆而变成脆性破坏。坏。第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure2 2、钢材的塑性破坏和脆性破坏、钢材的塑性破坏和脆性破坏钢材的破坏形式钢材的破坏形式特特 征征断断 口口后后 果果 塑性破坏塑性破坏（延性破坏）（延性破坏）构件应力超过屈构件应力超过屈服点，并且达到服点，并且达到抗拉极限强度后，抗拉极限强度后，构件产生明显的构件产生明显的变形并断裂。变形并断裂。常为杯形，呈纤常为杯形，呈纤维状，色泽发暗。维状，色泽发暗。在破坏前有很明在破坏前有很明显的变形，并有显的变形，并有较长的变形持续较长的变形持续时间，便于发现时间，便于发现和补救。和补救。脆性破坏脆性破坏在破坏前无明显在破坏前无明显变形，平均应力变形，平均应力也小（一般都小也小（一般都小于屈服点），没于屈服点），没有任何预兆。有任何预兆。平直和呈有光泽平直和呈有光泽的晶粒。的晶粒。突然发生的，危突然发生的，危险性大，应尽量险性大，应尽量避免。避免。第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure3.1 3.1 单向拉伸时的工作性能单向拉伸时的工作性能 （1 1）试验条件）试验条件 （a a）试件的尺寸要符合国家标准，表面光滑，没有孔洞、刻槽）试件的尺寸要符合国家标准，表面光滑，没有孔洞、刻槽等缺陷。试件的标定长度取其直径的等缺陷。试件的标定长度取其直径的5 5或或1010倍。倍。（b b）荷载要分级逐次增加，直到试件破坏。）荷载要分级逐次增加，直到试件破坏。（c c）试验温度要控制在室温）试验温度要控制在室温2020左右。左右。Lod d 标准试件标准试件3 3、钢材的主要性能、钢材的主要性能第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure （2 2）钢材的应力）钢材的应力-应变关系应变关系 A.A.有屈服点钢材有屈服点钢材s-es-e曲线可以分为四个阶段：曲线可以分为四个阶段：(a)弹性阶段弹性阶段(OB段段)usesOAsesEBCDAEys 单调拉伸应力单调拉伸应力-应变曲线应变曲线OAOA段段：纯弹性阶段：纯弹性阶段s s=E=Ee eA A点对应的应力：点对应的应力：s sp p（比例极限）（比例极限）ABAB段段：有一定的塑性：有一定的塑性变形变形,但整个但整个OBOB段卸载时段卸载时,e e=0=0B B点对应的应力：点对应的应力：s se（弹性极限弹性极限）第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure（b）屈服阶段屈服阶段（BCD)塑性变形塑性变形：卸载后试件：卸载后试件不能完全恢复原来的长不能完全恢复原来的长度。不能恢复的这一部度。不能恢复的这一部分变形称为塑性变形。分变形称为塑性变形。屈服点（屈服强度）屈服点（屈服强度）：屈服阶段曲线波动部分屈服阶段曲线波动部分的最低值。的最低值。流幅流幅：从屈服阶段的开：从屈服阶段的开始到曲线再度上升的应始到曲线再度上升的应变幅度称为流幅。变幅度称为流幅。特点特点：应力与应变不再成正比关系，应变增加很快，应力：应力与应变不再成正比关系，应变增加很快，应力-应变曲线呈锯齿形波动，应变曲线呈锯齿形波动，出现应力不增加而应变仍然在继续发展。出现应力不增加而应变仍然在继续发展。usesOAsesEBCDAEys第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure（c c）强化阶段）强化阶段(DE(DE段段)随荷载的增加随荷载的增加缓慢增大缓慢增大,但但增加较快增加较快抗拉强度（极限强度）抗拉强度（极限强度）fu 试件所能承受的最大拉应力试件所能承受的最大拉应力（d d）颈缩阶段）颈缩阶段(EF(EF段段)usesOAsesEBCDAEys截面出现了横向收截面出现了横向收缩，截面面积开始缩，截面面积开始显著缩小，塑性变显著缩小，塑性变形迅速增大，应力形迅速增大，应力不断降低，变形却不断降低，变形却延续发展，直至延续发展，直至F F点点试件断裂。试件断裂。F F第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure（3 3）单向拉伸时钢材的机械性能指标）单向拉伸时钢材的机械性能指标 （1 1）屈服点屈服点f fy y应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力（取屈服阶段波动部分的应力最低值），它是衡量钢材的力（取屈服阶段波动部分的应力最低值），它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。（2 2）抗拉强度抗拉强度f fu u应力应变曲线最高点对应的应力，它应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材破坏前所能承受的最大应力。是钢材破坏前所能承受的最大应力。（3 3）钢材的塑性钢材的塑性当应力超过屈服点后，钢材能产生显著当应力超过屈服点后，钢材能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。塑性好坏可的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。塑性好坏可用用断面收缩率断面收缩率 和伸长率和伸长率 表示，通过静力拉伸试验得到。表示，通过静力拉伸试验得到。第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure（4 4）伸长率伸长率试件试件断裂前断裂前的永久变形与原标定长
