第二章钢结构的材料
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1、钢结构对所用钢材的要求建筑钢材的两种破坏形式建筑钢材的主要性能及其质量控制影响钢材性能的主要因素钢材的疲劳钢材的品种与选用对钢结构用材的要求建筑钢材的类别及钢材的选用2.1钢结构对所用钢材的要求钢的种类繁多，性能差别很大，适用于钢结构的仅是小部分。用作钢结构的钢必须符合下列要求： (1)较高的抗拉强度 和屈服点 是衡量结构承载能力的指标， 高则可减轻结构自重。 是衡量钢材经过较大变形后的抗拉能力，反映钢材内部组织的优劣， 高可以增加结构的安全保障。 (2)足够的变形能力 较高的塑性和韧性 塑性和韧性好，减轻结构脆性破坏的倾向，通过较大的塑性变形调整局部应力，具有较好的的抵抗重复荷载作用的能力。
2、 ufufyfyfyfuf2.1钢结构对所用钢材的要求(3)良好的工艺性能(包括冷加工、热加工和可焊性能) 易于加工成各种形式的结构，不致因加工而对结构的强度、塑性、韧性等造成较大的不利影响。 根据具体工作条件，有时还要求具有适应低温、高温、腐蚀性环境以及重复荷载作用的能力。 设计规范规定：承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服点和碳、硫、磷含量的合格保证；焊接结构尚应具有冷弯试验的合格保证；某些承受动力荷载的结构以及重要的受拉或受弯的焊接结构应具有常温或负温冲击韧性的合格保证。1、有较高的强度，屈强比满足要求，保证安全储备有较高的强度，屈强比满足要求，保证安全储备2、有足够的变形能力、有
3、足够的变形能力塑性塑性-破坏前有预兆，能内力重分布破坏前有预兆，能内力重分布韧性韧性-在动载下破坏能吸收较大能量在动载下破坏能吸收较大能量4、适应低温、有害介质侵蚀及承受疲劳荷载、适应低温、有害介质侵蚀及承受疲劳荷载5、易生产、价格便宜、易生产、价格便宜3、有良好的加工性能，适应冷热加工，有良好的可焊性、有良好的加工性能，适应冷热加工，有良好的可焊性钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2002)推荐的普通碳素推荐的普通碳素结构钢结构钢Q235钢和低合金高强度结构钢钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390及及Q420符符合要求合要求 有屈服现象的钢材或者虽然没有明显屈服现象而能发生有屈
4、服现象的钢材或者虽然没有明显屈服现象而能发生较大塑性变形的钢材，一般属于较大塑性变形的钢材，一般属于塑性材料塑性材料。没有屈服现象或。没有屈服现象或塑性变形能力很小的钢材，则属于塑性变形能力很小的钢材，则属于脆性材料脆性材料。 塑性材料塑性材料是指由于材料原始性能以及在常温、静载并一是指由于材料原始性能以及在常温、静载并一次加荷的工作条件之下能在破坏前发生较大塑性变形的材料次加荷的工作条件之下能在破坏前发生较大塑性变形的材料。然而一种钢材具有塑性变形能力的大小，不仅取决于钢材。然而一种钢材具有塑性变形能力的大小，不仅取决于钢材原始的化学成分，熔炼与轧制条件，也取决于后来所处的工原始的化学成分，
5、熔炼与轧制条件，也取决于后来所处的工作条件。即使原来塑性表现极好的钢材，改变了工作条件，作条件。即使原来塑性表现极好的钢材，改变了工作条件，如在很低的温度之下受冲击作用，也完全可能呈现脆性破坏如在很低的温度之下受冲击作用，也完全可能呈现脆性破坏。所以，严格地说，。所以，严格地说，不宜把钢材划分为塑性和脆性材料，而不宜把钢材划分为塑性和脆性材料，而应该区分材料可能发生的塑性破坏与脆性破坏。应该区分材料可能发生的塑性破坏与脆性破坏。钢材的破坏形式钢材有两种性质完全不同的破坏形式：塑性破坏和脆钢材有两种性质完全不同的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。性破坏。 塑性破坏：塑性破坏：由于变形过大，超过了材料
6、或构件可能的由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力，在构件的应力达到了钢材的抗拉强度后才应变能力，在构件的应力达到了钢材的抗拉强度后才发生。破坏前构件产生较大的塑性变形。由于较大的发生。破坏前构件产生较大的塑性变形。由于较大的塑性变形发生，且变形持续的时间较长，很容易及时塑性变形发生，且变形持续的时间较长，很容易及时发现而采取措施予以补救，不致引起严重后果。发现而采取措施予以补救，不致引起严重后果。塑性变形后出现内力重分布，使结构中原先受力不等塑性变形后出现内力重分布，使结构中原先受力不等的部分应力趋于均匀，因而提高结构的承载能力。的部分应力趋于均匀，因而提高结构的承载能力。 钢材的破坏
7、形式脆性破坏：脆性破坏：塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢材的屈服点，断裂从应力集中处开始。应力可能小于钢材的屈服点，断裂从应力集中处开始。冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地。纹，常是断裂的发源地。破坏前没有任何预兆，破坏是突然发生的。由于脆性破坏前没有任何预兆，破坏是突然发生的。由于脆性破坏前没有明显的预兆，无法及时觉察和采取补救措破坏前没有明显的预兆，无法及时觉察和采取补救措施，且个别构件的断裂常引起整个结构塌毁，后果严施，且个别构件的断裂常引起整个结构塌毁，后
8、果严重，损失较大。重，损失较大。在设计、施工和使用钢结构时，要特别注意防止出现在设计、施工和使用钢结构时，要特别注意防止出现脆性破坏。脆性破坏。钢材有两种完全不同的破坏形式：钢材有两种完全不同的破坏形式：塑性破坏塑性破坏脆性破坏脆性破坏塑性破坏的主要特征是，破坏前具有较大的塑性变形，塑性破坏的主要特征是，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。破坏常在钢材表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线。破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗。后的断口呈纤维状，色泽发暗。脆性破坏的主要特征是，破坏前塑性变形很小，或根本脆性破坏的主要特征是，破坏前塑性变形很小，或根本没有塑性变形
9、，而突然迅速断裂。破坏后的断口平直，呈有没有塑性变形，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。光泽的晶粒状或有人字纹。钢材的一次拉伸应力应变曲线钢材的一次拉伸应力应变曲线2.3.1 2.3.1 单向拉伸时的工作性能单向拉伸时的工作性能 条件：常温、静载条件下一次拉伸 1.强度性能 1)1)比例极限比例极限f fp p：图中图中OPOP段为直线，表示钢材具有完全段为直线，表示钢材具有完全弹性性质，这时应力弹性性质，这时应力 ，P P点应力称为比例极限点应力称为比例极限。 弹性极限弹性极限f fe e ：PEPE段仍具有弹性，但为非线性弹性阶段段仍具有弹性，但为非线性弹性阶段
10、，此时的模量叫做切线模量，此时的模量叫做切线模量， ，E E点的应力点的应力称为弹性极限。称为弹性极限。弹性极限和比例极限相距很近，实际上很难区分，故弹性极限和比例极限相距很近，实际上很难区分，故通常只提比例极限。通常只提比例极限。 E/ddtE2)屈服点 ：荷载增加，出现ES段，为非弹性性质，即卸荷曲线成为与OP平行的直线(图中虚线)，留下永久性的残余变形。此段上限S点的应力 称为屈服点。yfyf3)抗拉强度或极限强度 :超过屈服台阶，材料出现应变硬化，曲线上升，直至曲线最高处的B点，这点的应力 称为抗拉强度或极限强度。当应力达到B点时，试件发生颈缩现象，至D点而断裂。当以屈服点的应力 作为
11、强度限值时，抗拉强度成为材料的强度储备。 ufufyf低碳钢和低合金钢低碳钢和低合金钢 有明显的屈服点和屈服平台，即在有明显的屈服点和屈服平台，即在应力保持不变的情况下，应变继续增加。应力保持不变的情况下，应变继续增加。热处理钢材热处理钢材 它可以有较好的塑性性质但没有明显的屈服它可以有较好的塑性性质但没有明显的屈服点和屈服台阶。应力应变曲线形成一条连续曲线。对于没点和屈服台阶。应力应变曲线形成一条连续曲线。对于没有明显屈服点的钢材，有明显屈服点的钢材，规定永久变形为规定永久变形为0.2时的应力作为时的应力作为屈服点屈服点,有时用有时用0.2表示。表示。为了区别起见，把这种名义屈服点为了区别起
