钢结构基础第2章2

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1、1第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料p目的目的:如何选择钢材如何选择钢材钢材的性能钢材的性能脆断脆断2第一节第一节 钢结构对所用材料的要求钢结构对所用材料的要求 一、钢材的破坏形式一、钢材的破坏形式p塑性破坏塑性破坏(plasticity failure)(plasticity failure) 钢材在产生钢材在产生很大的变形很大的变形以后发生的断裂破坏以后发生的断裂破坏也称为也称为延性破坏延性破坏p脆性破坏脆性破坏(brittle failure)(brittle failure)钢材在钢材在变形很小变形很小的情况下突然发生断裂破坏的情况下突然发生断裂破坏也称也称非延性破坏非延性破坏 3

2、4二、钢结构对所用材料的要求二、钢结构对所用材料的要求 物美价廉物美价廉p强度强度fy、fu高。高。强度强度高可减轻结构自重高可减轻结构自重p塑性、韧性、耐久性好。可防止脆性破坏，抗塑性、韧性、耐久性好。可防止脆性破坏，抗动力荷载好，耐疲劳动力荷载好，耐疲劳p良好的加工性能，冷、热加工和可焊性好良好的加工性能，冷、热加工和可焊性好p耐腐性好耐腐性好p价格便宜价格便宜p有时还要求钢材具有适应低温、高温等环境的有时还要求钢材具有适应低温、高温等环境的能力能力5p钢结构设计规范（钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-2003) )推荐推荐使用：使用：碳素结构钢中的碳素结构钢中的Q2

3、35Q235钢钢低合金结构钢中的低合金结构钢中的Q345Q345钢、钢、Q390Q390钢、钢、Q420Q420钢钢p随着研究的深入，必将有一些满足要求的随着研究的深入，必将有一些满足要求的其它种类钢材可供使用。若选用钢结构设其它种类钢材可供使用。若选用钢结构设计规范还未推荐的钢材时，需有可靠的依计规范还未推荐的钢材时，需有可靠的依据，以确保钢结构的质量。据，以确保钢结构的质量。p专用钢结构用材见相关规范专用钢结构用材见相关规范。6第二节钢材的主要机械性能第二节钢材的主要机械性能p钢材的机械性能（力学性能）通常是指钢材的机械性能（力学性能）通常是指钢厂生产供应的钢材钢厂生产供应的钢材在在标准条

4、件标准条件下下拉伸、冷弯和冲击拉伸、冷弯和冲击等等单独作用单独作用下显示出的各种机械性能。下显示出的各种机械性能。p它们由相应实验得到，试验采用的它们由相应实验得到，试验采用的试件的制作试件的制作和和试试验方法验方法都必须按照各相关国家标准规定进行。都必须按照各相关国家标准规定进行。7一、单向拉伸时的性能一、单向拉伸时的性能 标准试件标准试件在在室温室温（10100 0C C35350 0C) C) 、以满足、以满足静力静力加载加载的加载速度一次加载所得钢材的应力的加载速度一次加载所得钢材的应力 应变曲线。应变曲线。89101112131415161718192021第三节第三节 影响钢材性能

5、的主要因素影响钢材性能的主要因素一、化学成分的影响一、化学成分的影响 碳碳(C )(C )、锰（、锰（MnMn）、钒（）、钒（V V）是有利元素，但）是有利元素，但也要注意对含量的限制。也要注意对含量的限制。 硫（硫（S S）、磷（）、磷（P P）、氧（）、氧（O O）、氮（）、氮（N N）会）会降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳性能。应降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳性能。应严格限制含量。严格限制含量。2223242526弱脱氧剂（锰铁），弱脱氧剂（锰铁），CO强脱氧剂（硅、锰）强脱氧剂（硅、锰）27282930313233343536373839404142434445464748495

6、0515253545556575859606162636465第六节第六节 国外钢材品种和钢号简介国外钢材品种和钢号简介 各国的钢号基本上是以强度等级来划分，表示方式为：各国的钢号基本上是以强度等级来划分，表示方式为： 字首符号钢材的强度值钢材质量等级字首符号钢材的强度值钢材质量等级 字首符号：字首符号：美国采用美国采用A(Alloy)A(Alloy)；日本采用；日本采用SSSS（一般结（一般结构用轧制钢材，第一个构用轧制钢材，第一个S S为为SteelSteel的第一个字母）、的第一个字母）、SMSM（焊接结构用轧制钢材）、（焊接结构用轧制钢材）、SMASMA（焊接结构用耐候性轧（焊接结构用

7、耐候性轧制钢材）等；德国采用制钢材）等；德国采用St St（德文钢（德文钢StahlStahl）；意大利采用）；意大利采用FeFe；法国采用；法国采用A A、E E等；独联体各国采用等；独联体各国采用C C（俄文钢的第（俄文钢的第一个字母）；英国无字首符号。一个字母）；英国无字首符号。 钢材的强度值钢材的强度值: :单位一般为单位一般为N/mm N/mm 2 2 ，但美国为，但美国为KsiKsi( (千千磅英寸磅英寸2 2 ) )。强度值有的采用。强度值有的采用f fu u，有的采用，有的采用f fy y 。ISOISO国际国际标准、欧共体各国、日本等采用标准、欧共体各国、日本等采用f fu

8、u，美国、独联体各国，美国、独联体各国等采用等采用f fy y。 钢材质量等级钢材质量等级: :分为分为A A、B B、C C、D D、E E等。等。 66各国钢材品种与我国钢材品种对应表各国钢材品种与我国钢材品种对应表中国中国 美美 国国日日 本本英英 国国法法 国国德德 国国俄罗斯俄罗斯 235A36 SS400 SM400 SMA400 40E24St37C235Q345 A572-50SM490YA SM490YBSM520 50DE36St44C345Q390 A572-60 SM57050FA50St50C390Q420 A572-65 A60A60St60St60C440C440

9、 各国钢材标准不同，各国钢材标准不同，很难明确地找出与我国钢材品很难明确地找出与我国钢材品种之间的相应关系种之间的相应关系，正确做法是检查它们提供的质保，正确做法是检查它们提供的质保书书( (化学成分和机械性能化学成分和机械性能) )，以确定该钢种与我国哪个钢，以确定该钢种与我国哪个钢种是可代替的。以强度为依据的各国钢材与我国钢材种是可代替的。以强度为依据的各国钢材与我国钢材相应关系列于下表相应关系列于下表 。 6768( (3) 3) 塑性阶段塑性阶段也称屈服阶段，也称屈服阶段， = fy后钢材暂时不后钢材暂时不能承受更大的荷载，且伴随产生很大的变形，因能承受更大的荷载，且伴随产生很大的变形

10、，因此钢结构设计取此钢结构设计取fy作为强度极限承载力的标志。作为强度极限承载力的标志。(4) 4) 强化阶段强化阶段 试件能承受的最大拉应力试件能承受的最大拉应力 fu为钢材的抗拉强为钢材的抗拉强度。取度。取fy作为强度极限承载力的标志，作为强度极限承载力的标志， fu就成为材料的就成为材料的强度储备。强度储备。(5)(5)颈缩破坏阶段颈缩破坏阶段 (6) (6) 可把钢材视为理想弹塑性体。可把钢材视为理想弹塑性体。(7) (7) 伸长率伸长率 =(l1-l0)/ l0*100% ,反映反映钢材的钢材的塑性变形能力塑性变形能力。69 三、冲击韧性三、冲击韧性 冲击韧性值用击断试样所需冲击韧性

11、值用击断试样所需的的冲击功冲击功A AKVKV表示表示, ,单位为单位为J J。 冲击韧性与温度有关，当冲击韧性与温度有关，当温度低于某一负温值时，冲击韧性值将急剧降低。因此在温度低于某一负温值时，冲击韧性值将急剧降低。因此在寒冷地区建造的直接承受动力荷载的钢结构，除应有常温寒冷地区建造的直接承受动力荷载的钢结构，除应有常温冲击韧性的保证外，尚应依钢材的类别，使其具有冲击韧性的保证外，尚应依钢材的类别，使其具有-20-20 C C 或或-40-40 C C的冲击韧性保证，应的冲击韧性保证，应A AKVKV 27J 27J（焦耳）。（焦耳）。70 四、钢材受压和受剪时的性能四、钢材受压和受剪时的