钢结构材料性质介绍课件ppt

1、第二章 钢结构的材料 钢材的性能1.强度2.塑性性能3.焊接性能4.冷热加工性能5.韧性钢材的分类 1.碳素结构钢（carbon structural steels） Q235钢 (A3钢) 2.低合金高强度结构钢（high strength low alloy structural steels） Q345钢 (16Mn钢) Q390钢 (15MnV钢) Q420钢 (15MnVN钢)相关国家标准 碳素结构钢 GB700-88 低合金高强度结构钢 GB1591-94两个基本概念塑性破坏(ductile fracture) 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

2、落线。只有当构件中的应力达到抗拉强度后才会发生破坏，破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗。 由于塑性破坏前总有较大的塑性变形发生，且变形持续时间较长，容易被发现和抢修加固，因此不至发生严重后果。 钢材塑性破坏前的较大塑性变形能力，可以实现构件和结构中的内力重分布，钢结构的塑性设计就是建立在这种足够的塑性变形能力上 脆性破坏(brittle fracture) 破坏前塑性变形很小,或根本没有塑性变形，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。 由于破坏前没有任何预兆，破坏速度又极快，无法察觉和补救，而且一旦发生常引发整个结构的破坏，后果非常严重。 因此在钢结构的设计、施工和使用过程

3、中，要特别注意防止这种破坏的发生。第一节 钢材的主要机械性能均匀拉伸、冷弯、冲击等单独作用显示出的各种机械性能一、钢材在单向均匀拉力作用下的性能1.弹性阶段 2.弹塑性阶段 3.屈服阶段 4.强化阶段 5.颈缩阶段单向静力拉伸试验几个参数 E 弹性模量 (Modulus of elasticity) 2.06105N/mm2 fp 比例极限(proportional limit) fy 屈服强度 (yield strength) fu 抗拉强度 (tensile strength ) 伸长率 (elongation )5%100001三相基本性能指标 fy fu 5冷弯作用显示出的各种机械性能

4、二、钢材的冷弯性能（cold-bending behavior） 衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时对产生裂纹的抵抗能力的一相指标 同时也是复杂应力作用下发展塑性变形能力 当a60的Q235合格标准是：d取a（型钢）、1.5a（钢板）并冷弯180度时，无裂纹和分层发生。Q345 （ 16Mn钢 ）： a16 d取2a16 a 50 d取3aQ390 （ 15MnV钢）： a16 d取2a16 a 50 d取3a在冲击作用下显示出的各种机械性能三、钢材的冲击韧性（notch toughness ） 钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收机械性能的一种能力 衡量钢材抵抗可能因低温应力集中，冲击荷载作用

5、等而致脆性脆性断裂断裂能力的一项机械性能。 用冲击荷载使试件断裂时所吸收的功（消耗的冲击功）Ak除以横截面积所得值来表示。单位为J/2而且同温度有关，当温度低于某一负值时，冲击韧性急剧降低。不同钢材应分别保证20、0 、- 20、 - 40一定的冲击功1.0.5 在钢结构设计文件中，应注明建筑结构的设计使用年限、钢材牌号、连接材料的型号（或钢号）和对钢材所要求的力学性能、化学成分及其他的附加保证项目。此外，还应注明所要求的焊缝形式、焊缝质量等级、端面刨平顶紧部位及对施工的要求。第二节 决定和影响钢材性能的因素 化学成分 生产过程 加工过程 使用过程化学成分化学成分 钢钢Fe+C+有利元素有利元

6、素+有害元素；有害元素； 有利元素有利元素Mn、Si、V等等合金元素合金元素(低合低合金钢金钢)； 有害元素有害元素S、P、O、N、H等；等； S热脆； P冷脆； O类似S; N类似P; H氢脆。碳硅锰 磷硫镍铬 铜矾铝fu+ + -+ofy+-+o-o-oooo-o硬度+ +-+o+o冲击韧性 -o-+oo+疲劳强度 -ooooooo+o可焊性-o-oo耐腐蚀性 -+-+ +o冷脆性+o-+ o-o-o-热脆性+-o+ ooooo主要化学元素对钢材性能的影响1、冶炼：平炉、氧气转炉2、浇铸：脱氧程度不同有沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢 沸腾钢：铸锭时弱脱氧剂锰铁 用于一般承重结构F 镇

7、静钢：适量的强脱氧剂硅或铝 Z 半镇静钢：少量的强脱氧剂硅或铝 b 特殊镇静钢：二次补充脱氧 提高焊接性能 TZ3、轧制：顺轧方向机械性能好生产过程生产过程热处理淬火，提高强度、降低韧性； 回火，控制降温过程；残余应力表面不均匀冷却，热轧残余应力。加工过程时效硬化钢材随时间推移屈服强度和抗拉强度提高。塑性和冲击韧性降低的现象。（人工时效）冷作硬化钢材经过冷拉、冷拔、冲孔、剪切等冷加工作用超过弹性范围，产生强度提高，塑性降低的现象钢结构设计中不利用时效和冷作硬化提高强度温度的影响150以下变化不大400600Akv(J)使用过程使用过程应力集中的影响在荷载作用下截面突变的某些部位产生局部高峰应力，其余部位的应力较低，且分布极不均匀截面槽口改变愈急剧，应力集中愈高，塑性愈差，脆性倾向大使用过程使用过程温度温度高温软化，低温冷脆；高温软化，低温冷脆；应力集中应力集中局部先破坏；局部先破坏； 初应力初应力降低实际承载力；降低实际承载力；多向应力多向应力降低延性，第四强度理论；降低延性，第四强度理论；动载动载脆性；脆性；循环荷载循环荷载疲劳脆断；疲劳脆断；钢材牌号1. Q（“屈” 的汉语拼音的首位字母）2. 以N/mm2为单位的屈服点数值3. 质量等级符号 （A、B、C、D依次质量越来越高）4. 脱氧