鋼結(jié)構(gòu)第二章第1講PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1鋼結(jié)構(gòu)第二章第鋼結(jié)構(gòu)第二章第1講講第1頁(yè)/共29頁(yè) （1）試驗(yàn)條件 （a）試件的尺寸要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，表面光滑，沒(méi)有孔洞、刻槽等缺陷。試件的標(biāo)定長(zhǎng)度取其直徑的5或10倍。（b）荷載要分級(jí)逐次增加，直到試件破壞。（c）試驗(yàn)溫度要控制在室溫20左右。 Lod d 標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)準(zhǔn)試件低碳鋼在常溫下的拉伸試低碳鋼在常溫下的拉伸試驗(yàn)驗(yàn)第2頁(yè)/共29頁(yè)鋼材的應(yīng)力鋼材的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系 A. A. 有屈服點(diǎn)鋼材有屈服點(diǎn)鋼材s-es-e曲線(xiàn)一般可以分為四個(gè)階段：曲線(xiàn)一般可以分為四個(gè)階段： ( (a) )彈性階段彈性階段( (OB段段) )usesOAsesEBCDAEys 拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力- -

2、應(yīng)變曲線(xiàn)應(yīng)變曲線(xiàn)OAOA段段：純彈性階段：純彈性階段s s=E=Ee eA A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力：點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力：s sp p （比例極限）（比例極限）ABAB段段：有一定的非線(xiàn)性：有一定的非線(xiàn)性變形變形, , 但整個(gè)但整個(gè)OBOB段卸載時(shí)段卸載時(shí), , e e=0=0B B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力：點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力：s se （彈性極限彈性極限）第3頁(yè)/共29頁(yè)（b）屈服階段屈服階段彈塑性階段 塑性變形階段（塑性流動(dòng)） （BCD)塑性變形塑性變形：卸載后試件：卸載后試件不能完全恢復(fù)原來(lái)的長(zhǎng)不能完全恢復(fù)原來(lái)的長(zhǎng)度。不能恢復(fù)的這一部度。不能恢復(fù)的這一部分變形稱(chēng)為塑性變形。分變形稱(chēng)為塑性變形。 屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）屈服點(diǎn)（

3、屈服強(qiáng)度）：屈服階段曲線(xiàn)波動(dòng)部分屈服階段曲線(xiàn)波動(dòng)部分的的最低值最低值。 流幅流幅：從屈服階段的開(kāi)：從屈服階段的開(kāi)始到曲線(xiàn)再度上升的應(yīng)始到曲線(xiàn)再度上升的應(yīng)變幅度稱(chēng)為流幅。變幅度稱(chēng)為流幅。 特點(diǎn)特點(diǎn)：應(yīng)力與應(yīng)變不再成正比關(guān)系，應(yīng)變?cè)黾雍芸欤瑧?yīng)力：應(yīng)力與應(yīng)變不再成正比關(guān)系，應(yīng)變?cè)黾雍芸?，?yīng)力- -應(yīng)變曲線(xiàn)呈鋸齒形波動(dòng)，應(yīng)變曲線(xiàn)呈鋸齒形波動(dòng)，出現(xiàn)應(yīng)力不增加而應(yīng)變?nèi)匀辉诶^續(xù)發(fā)展。出現(xiàn)應(yīng)力不增加而應(yīng)變?nèi)匀辉诶^續(xù)發(fā)展。usesOAsesEBCDAEys第4頁(yè)/共29頁(yè)第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料（c c）自強(qiáng)（強(qiáng)化）階段）自強(qiáng)（強(qiáng)化）階段(DE(DE段段) )隨荷載的增加隨荷載的增加緩慢增大緩慢增

4、大, ,但但增加較快增加較快抗拉強(qiáng)度（極限強(qiáng)度）抗拉強(qiáng)度（極限強(qiáng)度）fu 試件所能承受的最大拉應(yīng)力試件所能承受的最大拉應(yīng)力（d d）破壞（頸縮）階段）破壞（頸縮）階段(EF(EF段段) )usesOAsesEBCDAEys截面出現(xiàn)了橫向收截面出現(xiàn)了橫向收縮，截面面積開(kāi)始縮，截面面積開(kāi)始顯著縮小，塑性變顯著縮小，塑性變形迅速增大，應(yīng)力形迅速增大，應(yīng)力不斷降低，變形卻不斷降低，變形卻延續(xù)發(fā)展，直至延續(xù)發(fā)展，直至F F點(diǎn)點(diǎn)試件斷裂。試件斷裂。 F F第5頁(yè)/共29頁(yè)B.B.對(duì)無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼材對(duì)無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼材 設(shè)計(jì)時(shí)以卸載后試件中殘余應(yīng)變?yōu)樵O(shè)計(jì)時(shí)以卸載后試件中殘余應(yīng)變?yōu)?.20.2所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力所

5、對(duì)應(yīng)的應(yīng)力 作為屈服點(diǎn)作為屈服點(diǎn)“條件屈服點(diǎn)條件屈服點(diǎn)”或或“名義屈服點(diǎn)名義屈服點(diǎn)”sefy=f0.20.2%fup 無(wú)屈服點(diǎn)鋼材的應(yīng)力無(wú)屈服點(diǎn)鋼材的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線(xiàn)應(yīng)變曲線(xiàn)沒(méi)有明顯屈服點(diǎn)的沒(méi)有明顯屈服點(diǎn)的鋼材在拉伸過(guò)程中鋼材在拉伸過(guò)程中沒(méi)有屈服階段，塑沒(méi)有屈服階段，塑性變形小，破壞突性變形小，破壞突然。然。 第6頁(yè)/共29頁(yè)單向拉伸時(shí)鋼材的力學(xué)性能指標(biāo)單向拉伸時(shí)鋼材的力學(xué)性能指標(biāo) （1 1）屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度f(wàn) fy y應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)開(kāi)始產(chǎn)生塑性流動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)開(kāi)始產(chǎn)生塑性流動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力（取屈服階段波動(dòng)部分的應(yīng)力最低值），它是應(yīng)力（取屈服階段波動(dòng)部分的應(yīng)力最低值），它是衡量鋼材衡量鋼

6、材的承載能力和確定鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的的承載能力和確定鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的重要指標(biāo)。（2 2）抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度f(wàn) fu u應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，它應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，它是鋼材破壞前所能承受的最大應(yīng)力。是鋼材破壞前所能承受的最大應(yīng)力。（3 3）鋼材的塑性鋼材的塑性當(dāng)應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)后，鋼材能產(chǎn)生顯著當(dāng)應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)后，鋼材能產(chǎn)生顯著的殘余變形（塑性變形）而不立即斷裂的性質(zhì)。塑性好壞的殘余變形（塑性變形）而不立即斷裂的性質(zhì)。塑性好壞可用可用伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率 和和斷面收縮率斷面收縮率 表示，通過(guò)靜力拉伸試驗(yàn)得到表示，通過(guò)靜力拉伸試驗(yàn)得到。 屈強(qiáng)比大好還是小好？屈強(qiáng)比大好還是小好？第7頁(yè)/共29頁(yè)

7、（4 4）伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率試件試件斷裂前斷裂前的永久變形與原標(biāo)定長(zhǎng)度的百比的永久變形與原標(biāo)定長(zhǎng)度的百比。LodNNNLdN%100001-llll0 原標(biāo)距長(zhǎng)原標(biāo)距長(zhǎng)l1 拉斷后標(biāo)距長(zhǎng)度拉斷后標(biāo)距長(zhǎng)度d0 試件直徑試件直徑試件有兩種標(biāo)距：試件有兩種標(biāo)距：l0/ d0=5 和和 l0/ d0=10 相應(yīng)的伸長(zhǎng)率用相應(yīng)的伸長(zhǎng)率用5和和10表示。表示。實(shí)際工程中以伸長(zhǎng)率實(shí)際工程中以伸長(zhǎng)率 代表材料斷裂前具有的塑性變形能力。代表材料斷裂前具有的塑性變形能力。第8頁(yè)/共29頁(yè)（5 5）斷面收縮率斷面收縮率 是指試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積是指試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積縮小值與原斷面面積比值的百分比。縮小值

8、與原斷面面積比值的百分比。 %100010-AAA式中：式中： A0 試件原來(lái)的斷面面積試件原來(lái)的斷面面積 A1 試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積 斷面收縮率斷面收縮率 越大，鋼材的塑性越好。由于在測(cè)量試件的斷越大，鋼材的塑性越好。由于在測(cè)量試件的斷面面積時(shí)容易產(chǎn)生較大的誤差，因而鋼材塑性指標(biāo)仍然采用面面積時(shí)容易產(chǎn)生較大的誤差，因而鋼材塑性指標(biāo)仍然采用伸長(zhǎng)率作為保證要求。伸長(zhǎng)率作為保證要求。A0A1第9頁(yè)/共29頁(yè)應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)的簡(jiǎn)化應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)的簡(jiǎn)化曲線(xiàn)簡(jiǎn)化的依據(jù)：曲線(xiàn)簡(jiǎn)化的依據(jù)：1 1）鋼材在屈服點(diǎn)之前的性質(zhì)）鋼材在屈服點(diǎn)之前的性質(zhì)接近理想的彈性體。接近理想的彈性體。2

9、2）屈服點(diǎn)之后的流幅現(xiàn)象又）屈服點(diǎn)之后的流幅現(xiàn)象又接近理想的塑性體，并且流幅接近理想的塑性體，并且流幅的范圍（的范圍（e e0.150.15-2.5-2.5）已足夠用來(lái)考慮結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的已足夠用來(lái)考慮結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的塑性變形的發(fā)展。塑性變形的發(fā)展。2.5% fy 00.15% 簡(jiǎn)化的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)簡(jiǎn)化的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)鋼材是符合理想中的彈性鋼材是符合理想中的彈性- -塑性材塑性材料料 第10頁(yè)/共29頁(yè) 冷彎性能是判別鋼材塑性變形能冷彎性能是判別鋼材塑性變形能力和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。力和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。冷彎性能冷彎性能鋼材在冷加工（常溫下加工）鋼材在冷加工（常溫下加工）產(chǎn)生塑性變形時(shí)，對(duì)發(fā)生裂縫產(chǎn)生塑

10、性變形時(shí)，對(duì)發(fā)生裂縫的抵抗能力。的抵抗能力。 鑒別指標(biāo)鑒別指標(biāo)：通過(guò)冷彎沖頭加壓。：通過(guò)冷彎沖頭加壓。當(dāng)試件彎曲至當(dāng)試件彎曲至180180時(shí)，檢察試件時(shí)，檢察試件彎曲部分的外面、里面和側(cè)面，彎曲部分的外面、里面和側(cè)面，如果沒(méi)有裂紋、斷裂或分層，即如果沒(méi)有裂紋、斷裂或分層，即認(rèn)為試件冷彎性能合格。認(rèn)為試件冷彎性能合格。 第11頁(yè)/共29頁(yè))cos(cos - PlCV沖擊能P擺錘重力擺錘重力 l 擺長(zhǎng)擺長(zhǎng)第12頁(yè)/共29頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel StructureI I:dayin:dayin擺錘式一次沖擊試驗(yàn)擺錘式一次沖擊試驗(yàn).flv

11、.flv I I:dayin:dayin拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn).flv.flv I I:dayin:dayin冷彎試驗(yàn)冷彎試驗(yàn).flv.flv 第13頁(yè)/共29頁(yè)可焊性可焊性 好的可焊性是指焊接安全、可靠、不發(fā)生焊接裂縫，焊接好的可焊性是指焊接安全、可靠、不發(fā)生焊接裂縫，焊接接頭和焊縫的沖擊韌性以及熱影響區(qū)的塑性和力學(xué)性能都不接頭和焊縫的沖擊韌性以及熱影響區(qū)的塑性和力學(xué)性能都不低于母材。低于母材。 影響鋼材可焊性的因素影響鋼材可焊性的因素 鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響。碳含量在鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響。碳含量在0.12%0.12%0.20%0.20%范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性

12、最好（如范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好（如Q235Q235）。）。碳含量再高可使焊縫和熱影響區(qū)變脆。碳含量再高可使焊縫和熱影響區(qū)變脆。第14頁(yè)/共29頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure鋼材的破壞形式鋼材的破壞形式 特特 征征斷斷 口口 后后 果果 塑性破壞塑性破壞（延性破壞）（延性破壞）構(gòu)件應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)，并且達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度后，構(gòu)件產(chǎn)生明顯的變形并斷裂。常溫及靜態(tài)荷載作用下，一般為塑性破壞。破壞時(shí)構(gòu)件有明顯的頸縮現(xiàn)象。常為杯形，呈纖維狀，色澤發(fā)暗。在破壞前有很明顯的變形，并有較長(zhǎng)的變形持續(xù)時(shí)間，便于發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救。 脆性破壞脆性破

13、壞在破壞前無(wú)明顯變形，平均應(yīng)力也小（一般都小于屈服點(diǎn)），沒(méi)有任何預(yù)兆。局部高峰值應(yīng)力可能使材料局部拉斷形成裂紋；沖擊振動(dòng)荷載；低溫狀態(tài)等可導(dǎo)致脆性破壞。平直和呈有光澤的晶粒。突然發(fā)生的，危險(xiǎn)性大，應(yīng)盡量避免。第15頁(yè)/共29頁(yè)Fe，C，S，P，N，O，Mn，Si，Cu，Ni，Cr，NbFe：碳素鋼約99%，合金鋼約95%。C：影響鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性及可焊性。一般控制在0.22% 以下，在0.2%以下時(shí)，可焊性良好。S：是鋼材中的有害元素。在高溫下使鋼材變脆，即熱脆現(xiàn)象。 塑性、韌性、可焊性、疲勞強(qiáng)度，含量不得超過(guò)0.045%。P：是鋼材中的有害元素。在低溫時(shí)使鋼材變脆，即冷脆現(xiàn)象。塑性、韌

14、性、可焊性、疲勞強(qiáng)度，含量不得超過(guò)0.045%。O和N：鋼材中的有害雜質(zhì)。O使鋼熱脆，N使鋼冷脆。影響鋼材力學(xué)性能的主要因素影響鋼材力學(xué)性能的主要因素第16頁(yè)/共29頁(yè)Si：作為脫氧劑加在低碳鋼鋼液中，制成質(zhì)量較高的鎮(zhèn)靜鋼。強(qiáng)度 、塑性和韌性無(wú)甚影響（含量不高時(shí)）。碳素結(jié)構(gòu)鋼 0.3%；低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 0.55%。Cu，Ni，Cr，Nb：加入Cu和Ni可制成耐候鋼，加入Ni和Cr可制成不銹 鋼，在鋼中添加微量的Cr、Nb等合金元素制成耐火鋼。1. 1. 偏析：化學(xué)成分不一致，不均勻。 硫、磷偏析嚴(yán)重 影響鋼材性能。2. 2. 非金屬夾雜 ：硫化物和氧化物。3. 3. 氣孔 ：一氧化碳?xì)怏w不

15、能充分逸出而形成。4. 4. 分層：非金屬雜質(zhì)造成的，會(huì)降低鋼材的冷彎性能。第17頁(yè)/共29頁(yè)3.3.應(yīng)力集中的影響應(yīng)力集中的影響 在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中不可避免的存在著孔洞、槽口、凹角、裂縫、厚度變化、形狀變化和內(nèi)部缺陷等，此時(shí)截面中的應(yīng)力分布不再保持均勻，而是在一些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，形成所謂應(yīng)力集中現(xiàn)象。 應(yīng)力集中現(xiàn)象應(yīng)力集中現(xiàn)象第18頁(yè)/共29頁(yè)不同槽口試件靜力拉伸試驗(yàn)的應(yīng)力不同槽口試件靜力拉伸試驗(yàn)的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)應(yīng)變曲線(xiàn) 應(yīng)力集中對(duì)應(yīng)力集中對(duì)-曲線(xiàn)關(guān)系的影響曲線(xiàn)關(guān)系的影響 可以看出截面槽可以看出截面槽口改變愈急劇，應(yīng)口改變愈急劇，應(yīng)力集中現(xiàn)象愈厲害力集中現(xiàn)象愈厲害，其抗拉強(qiáng)度愈高，其抗拉強(qiáng)度

16、愈高，但塑性愈差，破，但塑性愈差，破壞的脆性?xún)A向愈大壞的脆性?xún)A向愈大。1020300.425100%(N/mm2)10測(cè)距10010100600700500400300200100第19頁(yè)/共29頁(yè)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下鋼材的屈服強(qiáng)度復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下鋼材的屈服強(qiáng)度osxszsyyzyxxyxzzyzxZXY單元體受復(fù)雜應(yīng)力單元體受復(fù)雜應(yīng)力（應(yīng)力分量（應(yīng)力分量）s1s1s2s2s3s3單元體主應(yīng)力狀態(tài)單元體主應(yīng)力狀態(tài)第20頁(yè)/共29頁(yè)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服條件（由第四強(qiáng)度理論確定）1、平面應(yīng)力狀態(tài)2、三向應(yīng)力狀態(tài)（Mises yield condition)3、平面純剪應(yīng)力狀態(tài)yxyyxyxeqf-2223

17、sssssyzxyzxyxzzyyxzyxeqf-）222222(3)(ssssssssssyyyeqfff58. 0332syzxyzxyxzzyyxeqf-）或222222( 3)()()(21 sssssss第21頁(yè)/共29頁(yè)第22頁(yè)/共29頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure時(shí)效硬化時(shí)效硬化定義定義：鋼材的性質(zhì)隨著時(shí)間的推移逐漸變脆的現(xiàn)象。原因原因：鋼材中的CN等物質(zhì)的溶解度隨溫度的降低而減小，當(dāng)C逐漸以固溶體的形式析出時(shí)，形成滲碳體Fe3C和氧化物，加強(qiáng)了晶界的間層，使鋼材變硬變脆。影響因素影響因素：溫度和重復(fù)荷載。

18、冷作硬化冷作硬化：先前加荷載使鋼材的彈性范圍升高、塑性降低的現(xiàn)象。冷拉鋼絲4.鋼材硬化第23頁(yè)/共29頁(yè)sefyfp0sefyfp0sefyfp0第24頁(yè)/共29頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure5.5.溫度的影響溫度的影響正溫范圍：正溫范圍：（1 1）溫度在）溫度在150150以?xún)?nèi)，鋼材材質(zhì)變化很小，鋼結(jié)構(gòu)可用于溫度不高于以?xún)?nèi)，鋼材材質(zhì)變化很小，鋼結(jié)構(gòu)可用于溫度不高于150150的場(chǎng)合。的場(chǎng)合。（2 2）溫度在）溫度在250250左右的區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)左右的區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)藍(lán)脆現(xiàn)象藍(lán)脆現(xiàn)象，fu 有局部性提高，同時(shí)有局部性提高，同時(shí)塑

19、性降至最低，材料有轉(zhuǎn)脆傾向。塑性降至最低，材料有轉(zhuǎn)脆傾向。（3 3）當(dāng)溫度達(dá)到）當(dāng)溫度達(dá)到600600時(shí)，鋼材進(jìn)入熱塑性狀態(tài)，強(qiáng)度下降嚴(yán)重，將喪時(shí)，鋼材進(jìn)入熱塑性狀態(tài)，強(qiáng)度下降嚴(yán)重，將喪失承載能力。失承載能力。負(fù)溫范圍：負(fù)溫范圍：隨著溫度的降低，鋼材的強(qiáng)度提高，而塑性和韌性降低，逐漸隨著溫度的降低，鋼材的強(qiáng)度提高，而塑性和韌性降低，逐漸變脆，稱(chēng)為鋼材的變脆，稱(chēng)為鋼材的低溫冷脆低溫冷脆。鋼材的沖擊韌性對(duì)溫度的降低十分敏感。鋼材的沖擊韌性對(duì)溫度的降低十分敏感。 8006004002000N/mm2Efufy20040060020406080%220210200190180170160E Ex10 x103 3T(0C)第25頁(yè)/共29頁(yè)沖擊韌性和