第2章钢结构材料及其性能

《第2章钢结构材料及其性能》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章钢结构材料及其性能（66页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、本科教学本科教学 第二章 钢结构材料钢 结 构北京工业大学 建筑工程学院 何永发第二章第二章 钢结构材料钢结构材料同济大学 建筑工程系 沈德洪第第2 2章章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2022-6-1第二章第二章 钢结构材料钢结构材料同济大学 建筑工程系 沈德洪2.1 2.1 钢结构对材料的要求钢结构对材料的要求（1 1） 较高的强度较高的强度(2(2） 足够的变形能力足够的变形能力良好塑性和韧性良好塑性和韧性（3 3） 良好的加工性能良好的加工性能适应冷、热加工，可焊性好适应冷、热加工，可焊性好（4 4） 对环境的良好

2、适应性对环境的良好适应性耐腐蚀、耐火、耐疲劳耐腐蚀、耐火、耐疲劳 钢结构的材料关系到钢结构的计算理论，同时对钢结构的制造、安装、使用、造价、安全等均有直接联系。本章简要介绍钢材的生产过程和组织构成，重点介绍钢材的主要性能以及各种因素对钢材性能的影响；钢材的种类、规格及选择原则。强度强度材料抵材料抵抗外力作用时不抗外力作用时不致破坏的能力。致破坏的能力。2022-6-1第二章第二章 钢结构材料钢结构材料同济大学 建筑工程系 沈德洪 Chapter 2 Material of Steel Structure2.2 2.2 钢材的生产钢材的生产钢材的生产大致分为钢材的生产大致分为炼铁炼铁、炼钢炼钢和

3、和轧制轧制三道工序。三道工序。电炉钢电炉钢是利用电热原理，在电弧炉内冶炼。（质量好，但耗电是利用电热原理，在电弧炉内冶炼。（质量好，但耗电量大，成本高，一般只用来冶炼特种用途的钢材。）量大，成本高，一般只用来冶炼特种用途的钢材。） 炼钢炉有三种形式：炼钢炉有三种形式：转炉转炉、平炉平炉和和电炉电炉。转炉钢转炉钢是利用高压空气或氧气使炉内生铁熔液的碳和其它杂物是利用高压空气或氧气使炉内生铁熔液的碳和其它杂物氧化，在高温下使铁液变为钢液氧化，在高温下使铁液变为钢液。（生产周期短，效率高，质量好，成。（生产周期短，效率高，质量好，成本低，已经成为国内外发展最快的炼钢方法。）本低，已经成为国内外发展最

4、快的炼钢方法。）平炉钢平炉钢是利用煤气和其它燃料供应热能，把废钢、生铁熔液或是利用煤气和其它燃料供应热能，把废钢、生铁熔液或铸铁块和不同的合金元素等冶炼成各种用途的钢。（生产周期长，效率铸铁块和不同的合金元素等冶炼成各种用途的钢。（生产周期长，效率低，成本高，现已逐步被转炉钢所取代。）低，成本高，现已逐步被转炉钢所取代。） （1 1）炼）炼 钢钢2022-6-1第二章第二章 钢结构材料钢结构材料同济大学 建筑工程系 沈德洪 浇注是指把熔炼好的钢液做成钢锭或钢坯。浇注是指把熔炼好的钢液做成钢锭或钢坯。 用用连续铸造法连续铸造法生产钢坯的工艺和设备，由于机械化、自动化生产钢坯的工艺和设备，由于机械

5、化、自动化程度高的优势，已经逐渐取代了笨重而复杂的程度高的优势，已经逐渐取代了笨重而复杂的铸锭铸锭工艺和设备。工艺和设备。 钢液中残留的氧，将使钢材晶粒粗细不均匀并发生热脆，降钢液中残留的氧，将使钢材晶粒粗细不均匀并发生热脆，降低钢材的力学性能。低钢材的力学性能。 按照钢液在炼钢炉中进行脱氧的方法和程度不同，碳素结构钢按照钢液在炼钢炉中进行脱氧的方法和程度不同，碳素结构钢可分为可分为沸腾钢沸腾钢、半镇静钢半镇静钢、镇静钢镇静钢和和特殊镇静钢特殊镇静钢。 （2 2） 浇浇 注注（3 3）脱）脱 氧氧2022-6-1第二章第二章 钢结构材料钢结构材料同济大学 建筑工程系 沈德洪2022-6-1第二

6、章第二章 钢结构材料钢结构材料同济大学 建筑工程系 沈德洪（4 4）加工（）加工（热加工热加工、冷加工冷加工和和热处理热处理 ） 热处理热处理 指通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢材的组指通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢材的组织结构发生变化，以获得所需性能的加工工艺。（退火、织结构发生变化，以获得所需性能的加工工艺。（退火、正火、淬火和回火）正火、淬火和回火） 热加工热加工 指将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状，指将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状，生产出各种厚度的钢板和型钢。（热加工的开轧和锻生产出各种厚度的钢板和型钢。（热加工的开轧和锻压温度控制在压温度控制在1150-1

7、300 1150-1300 ） 冷加工冷加工 指在常温下对钢材进行加工。（指在常温下对钢材进行加工。（冷作硬化现象冷作硬化现象） 2022-6-1第二章第二章 钢结构材料钢结构材料同济大学 建筑工程系 沈德洪2022-6-1第二章第二章 钢结构材料钢结构材料同济大学 建筑工程系 沈德洪剪剪 板板自动钢板切割自动钢板切割钻钻 孔孔2022-6-1第二章第二章 钢结构材料钢结构材料同济大学 建筑工程系 沈德洪2022-6-1第二章第二章 钢结构材料钢结构材料同济大学 建筑工程系 沈德洪2022-6-1第二章第二章 钢结构材料钢结构材料同济大学 建筑工程系 沈德洪2.3 2.3 钢材的主要性能钢材的

8、主要性能p 钢材的破坏形式钢材的破坏形式p 单向拉伸时的工作性能单向拉伸时的工作性能p 钢材的其它性能钢材的其它性能p 在复杂应力作用下钢材的屈服条件在复杂应力作用下钢材的屈服条件2022-6-1第二章第二章 钢结构材料钢结构材料同济大学 建筑工程系 沈德洪2.3.1 2.3.1 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

9、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。2022-6-1第二章第二章 钢结构材料钢结构材料同济大学 建筑工程系 沈德洪2.3.2 2.3.2 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

10、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。 2022-6-1第二章第二章 钢结构材料钢结构材料同济大学 建筑工程系 沈德洪 （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) )us弹性阶段弹

11、性阶段( (OB段段) )esOAsesEBCDAEys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段卸段卸载后变形消失载后变形消失, , 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）屈服阶段（屈服阶段（BCD)BCD)强化阶段强化阶段(DE(DE段段) )颈缩阶段颈缩阶段(EF(EF段段) )2022-6-1第二章第二章 钢结构材料钢结构材料同济大学