2 钢结构的材料.ppt

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1、第二章第二章第二章第二章钢结构的材料钢结构的材料 1.1.掌握钢结构的两种破坏形式；掌握钢结构的两种破坏形式；2.2.掌握结构用钢材的主要性能及其机械性能指掌握结构用钢材的主要性能及其机械性能指 标；标；3.3.掌握影响钢材性能的主要因素特别是导致钢材掌握影响钢材性能的主要因素特别是导致钢材变脆的主要因素；变脆的主要因素；4.4.了解结构用钢材的种类、牌号、规格；了解结构用钢材的种类、牌号、规格；5.5.了解钢材选择的依据，做到正确选择钢材；了解钢材选择的依据，做到正确选择钢材；大纲要求大纲要求:2.12.1、2.22.2钢材的种类和规格钢材的种类和规格一、钢的种类一、钢的种类 1 1、碳素结

2、构钢（、碳素结构钢（GB/T 700-88GB/T 700-88）-低碳钢牌号低碳钢牌号 Q235-Q235-质量等级（质量等级（A A、B B、C C、D D）浇注方法（浇注方法（F F、Z Z、TzTz）2.2.低合金钢低合金钢(GB/T 1591-94)(GB/T 1591-94)A A、B B、C C、D D等级等级碳素结构钢碳素结构钢分别应满足哪些性分别应满足哪些性能指标的要求？能指标的要求？GB/T 1591-94GB/T 1591-94Q295Q390Q345Q420相应的钢材品种相应的钢材品种（GB/T 1591-94)GB/T 1591-94)09Mn、09Mnb、09Mn2

3、、12Mn12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb15MnV、15MnTi、16MnNb15MnVN、14MnTiRE 低合金钢的质量等级分低合金钢的质量等级分A A、B B、C C、D D、E E，其中其中E E主要是要求主要是要求-40-400 0 C C 的冲击韧性的冲击韧性。3.3.优质碳素结构钢优质碳素结构钢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.较好的较好的塑性、韧性塑性、韧性；3.3.良好的良好的工艺性能工艺性能（冷、热加工，可焊性）；（冷、热加工，可焊性）；4.4.对环境的良

4、好适应性。对环境的良好适应性。钢结构设计规范推荐的普通碳素结构钢Q235钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390及Q420符合要求。二、钢材的选择二、钢材的选择(自学自学P23-P24）（一）选择钢材的原则一）选择钢材的原则（二）钢材选择建议（二）钢材选择建议三、钢材的规格（自学三、钢材的规格（自学P14-P15）与与Q235Q235钢（钢（fy=235fy=235255n/mm255n/mm2 2）相当的国外钢材：相当的国外钢材：（A36A36）美国，美国，43A43A、43B43B（英国），英国），St37St37（德国），德国），SM41SM41（日本），日本），Fe360Fe360（I

5、SOISO）等。等。与与Q345Q345钢、钢、Q390Q390钢和钢和Q420Q420钢相当的国外钢种为：钢相当的国外钢种为：A242A242，A440A440，A441A441（美国）；美国）；50A50AD D，55C55CE E（英国）英国）St52St52，St70St70（德国）；德国）；SM50SM50，SM53SM53，SM58SM58（日本）。日本）。1、如何选择钢材？、如何选择钢材？2、熟悉钢材的种类、熟悉钢材的种类极其规格表示。极其规格表示。A、B、C、D等级碳素结构等级碳素结构钢分别应满足哪些性能指标钢分别应满足哪些性能指标的要求？的要求？参考规范请你正确选材：参考规范

6、请你正确选材：选择题选择题1广东地区某一工厂设计一起重量广东地区某一工厂设计一起重量50t的中级工作制的中级工作制钢吊车梁，宜选用（钢吊车梁，宜选用（）钢。）钢。(A)Q235-A (B)Q235-BF (C)Q235-C (D)Q235-D选择题选择题2 北方某严寒地区北方某严寒地区(温度低于温度低于-20)一露天仓库起重一露天仓库起重量大于量大于50t的中级工作制吊车梁，其钢材应选择的中级工作制吊车梁，其钢材应选择()钢。钢。(A)Q235-A (B)Q235-B (C)Q235-C (D)16Mn选择题选择题3 承重用钢材应保证的基本力学性能内容应是：承重用钢材应保证的基本力学性能内容应

7、是：(A)抗拉强度、伸长率抗拉强度、伸长率 (B)抗拉强度、屈服强度、冷弯性抗拉强度、屈服强度、冷弯性能能 (C)抗拉强度、屈服强度、伸长率抗拉强度、屈服强度、伸长率 (D)屈服强度、伸长率、冷弯性能屈服强度、伸长率、冷弯性能选择题选择题4 对于承受静荷常温工作环境下的钢屋架，下列说法不对于承受静荷常温工作环境下的钢屋架，下列说法不正确的是正确的是()。(A)可选择可选择Q235钢钢 (B)可选可选16Mn钢钢 (C)钢材应有冲击韧性的钢材应有冲击韧性的保证保证 (D)钢材应有三项基本保证钢材应有三项基本保证选择题选择题5 以下关于钢材规格的叙述，下列哪种说法不正确以下关于钢材规格的叙述，下列

8、哪种说法不正确?(A)热轧钢板热轧钢板-203009000代表钢板厚代表钢板厚20mm，宽，宽03m，长，长9m；(B)角钢角钢L1409010代表不等边角钢，长肢宽代表不等边角钢，长肢宽140mm，短肢宽，短肢宽90mm，厚，厚10mm；(C)I25b代表工字钢，高度为代表工字钢，高度为250mm，字母，字母b表示工字钢翼缘宽表示工字钢翼缘宽度类型；度类型；(D)角钢角钢L908代表等边角钢，肢宽代表等边角钢，肢宽90mm，厚，厚8mm。2.32.3 钢材的钢材的性能性能d d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：低碳钢标准拉伸试验低碳钢标准拉伸试验1.1.阶段划分阶段

9、划分A.A.有屈服点钢材有屈服点钢材-曲线可以分为曲线可以分为五个阶段五个阶段：(1)(1)弹性阶段弹性阶段(OB)(OB)（2 2）弹塑性阶段（）弹塑性阶段（BC)BC)B B屈服上限屈服上限;C C屈服下限屈服下限(屈屈服点服点)（3 3）塑性阶段（）塑性阶段（CD)CD)（4 4）强化阶段强化阶段(DE)(DE)（5 5）颈缩阶段颈缩阶段(EF)(EF)O OBCDAEF FB.B.对无明显屈服点的钢材对无明显屈服点的钢材 该种钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变该种钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变 形小，破坏突然。形小，破坏突然。设计时取相当于设计时取相当于 残余变形为残余变形为0

10、.2%0.2%时所对应的应力时所对应的应力 作为屈服点作为屈服点条条 件屈服点件屈服点fy=f0.20.2%fup2.2.单向拉伸时钢材的单向拉伸时钢材的机械性能指标机械性能指标 （1 1）屈服点）屈服点f fy y-它是衡量钢材的它是衡量钢材的承载能力承载能力和确定钢和确定钢材材强度设计值强度设计值的重要指标。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应力应变曲线最高点对应的应力，它是衡量钢材安全储备能力的重要指标。力，它是衡量钢材安全储备能力的重要指标。f fy y/f/fu u屈强比屈强比（3 3）伸长率）伸长率它是它是衡量钢材塑性变形能力的重要指标。

11、衡量钢材塑性变形能力的重要指标。当当ll0 0/d=5/d=5时，用时，用5 5表示，表示，当当ll0 0/d=10/d=10时，用时，用1010表示。表示。屈服点、抗拉强度和伸长率是钢材的屈服点、抗拉强度和伸长率是钢材的三个重要机械三个重要机械性能（力学性能）指标性能（力学性能）指标。钢结构中所采用的钢材都应满。钢结构中所采用的钢材都应满足足规范规范对这三项指标的要求。对这三项指标的要求。二、冷弯性能二、冷弯性能 衡量钢材塑性性能和冶金质量优劣的综合指标衡量钢材塑性性能和冶金质量优劣的综合指标。按规定的弯心直径将试样弯曲按规定的弯心直径将试样弯曲180180，其表面，其表面及侧面无裂纹或分层

12、则为冷弯合格。及侧面无裂纹或分层则为冷弯合格。重要结构要求有重要结构要求有良好冷、热加工良好冷、热加工工艺性能时，工艺性能时，要求有冷弯试验合格保证。要求有冷弯试验合格保证。冷弯试验冷弯试验三、冲击韧性三、冲击韧性 衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应力作用下力作用下抗脆性破坏抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸能力的指标，用断裂时吸收的总能量来表示。收的总能量来表示。冲击韧性的试验冲击韧性的试验：(a)(a)梅氏梅氏U U型缺口型缺口 (b)(b)夏比夏比V V型缺口型缺口受温度的影响受温度的影响1 1、钢材的机械性能指标有哪些？、钢材的机械性能指标有哪些？各衡量

13、材料（结构）的那些能力各衡量材料（结构）的那些能力？四、四、多向应力作用下钢材的屈服条件多向应力作用下钢材的屈服条件zzyzxxyxyyxxzyzyzxo 复杂应力作用下，钢材复杂应力作用下，钢材由弹性状态转入塑性状态的由弹性状态转入塑性状态的条件：条件：按第四强度理论计算按第四强度理论计算折算应力折算应力redred，然后与单然后与单向应力下的屈服点相比较向应力下的屈服点相比较进行判断。进行判断。1.1.以应力分量表示以应力分量表示2.2.以主应力表示以主应力表示材料处于弹性状态材料处于弹性状态材料处于塑性状态材料处于塑性状态脆性破坏脆性破坏塑性破坏塑性破坏对于薄板，厚度方向的应力很小，为平

14、面受力状态。对于薄板，厚度方向的应力很小，为平面受力状态。厚度方向的应力可以忽略不计。则：厚度方向的应力可以忽略不计。则：一般的梁，只存在正应力和剪应力，则：一般的梁，只存在正应力和剪应力，则：3-3APMVP33YXM3-3 3-3 截面仅有剪力，弯矩、局部压力均为零，故该截面仅有剪力，弯矩、局部压力均为零，故该截面除剪应力外，正应力均为零，即为纯剪状态。截面除剪应力外，正应力均为零，即为纯剪状态。规范规范规定：钢材抗剪设计强度为抗拉设计强度的规定：钢材抗剪设计强度为抗拉设计强度的0.580.58倍。倍。为什么钢材处于同号应为什么钢材处于同号应力状态下，且应力相近时，力状态下，且应力相近时，

15、易产生脆断？易产生脆断？为什么钢材抗剪设计强度为抗为什么钢材抗剪设计强度为抗拉设计强度的拉设计强度的0.580.58倍？倍？如何判断复杂应力作用如何判断复杂应力作用下钢材的破坏类型？下钢材的破坏类型？2.4 2.4 钢材性能的影响因素钢材性能的影响因素1 1、为什么对结构钢要有碳含量的限制？是多少？、为什么对结构钢要有碳含量的限制？是多少？2 2、钢材中含有哪些基本元素？对钢材性能有何影响、钢材中含有哪些基本元素？对钢材性能有何影响?3 3、随着温度的变化，钢材的力学性能有何变化？什、随着温度的变化，钢材的力学性能有何变化？什么是蓝脆现象？么是蓝脆现象？4 4、哪些因素可使钢材变脆？防止钢材变

16、脆的措施有、哪些因素可使钢材变脆？防止钢材变脆的措施有哪些？哪些？5 5、什么情况下会产生应力集中？应力集中对材性有、什么情况下会产生应力集中？应力集中对材性有何影响？何影响？6 6、什么是冷作硬化、时效硬化、什么是冷作硬化、时效硬化?按按以下提纲自学以下提纲自学2.5 钢材的破坏形式钢材的破坏形式一、塑性破坏一、塑性破坏 破坏前有明显的破坏前有明显的塑性变形塑性变形，构件应力达到，构件应力达到钢材钢材抗拉强度抗拉强度，断口发暗呈纤维状断口发暗呈纤维状，可以采，可以采取措施补救。取措施补救。二、脆性破坏二、脆性破坏 破坏前破坏前没有明显的变形没有明显的变形征兆，破坏时的应力征兆，破坏时的应力可能可能小于小于钢材的钢材的屈服强度屈服强度，破坏破坏突然，突然，断口断口平直、发亮呈晶粒状平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。，无机会补救。脆性断裂实物脆性断裂实物韧性（塑性）断裂实物韧性（塑性）断裂实物韧性（塑性）断裂断口韧性（塑性）断裂断口脆性断裂断口脆性断裂断口(解理花样解理花样)沿晶断口沿晶断口(冰糖花样冰糖花样)什么是塑性、脆性破什么是塑性、脆性破坏？特点？坏？特点？如何避免脆性破坏？如何避免脆性破坏？