南京鋼結(jié)構(gòu)課件

1、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 Structure1 1、鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求、鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求（1 1） 較高的抗拉強(qiáng)度較高的抗拉強(qiáng)度f(wàn) fu u和屈服點(diǎn)和屈服點(diǎn)f fy y（2 2） 塑性、沖擊韌性好塑性、沖擊韌性好（3 3） 冷加工性能好冷加工性能好（4 4） 可焊性好可焊性好（5 5） 耐久性好耐久性好第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure鋼結(jié)構(gòu)設(shè)

2、計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure2 2、鋼材的生產(chǎn)、鋼材的生產(chǎn)鋼材的生產(chǎn)大致分為鋼材的生產(chǎn)大致分為煉鐵煉鐵、煉鋼煉鋼和和軋制軋制三道工序。三道工序。電爐鋼電爐鋼是利用電熱原理，在電弧爐內(nèi)冶煉。（質(zhì)量好，但耗電是利用電熱原理，在電弧爐內(nèi)冶煉。（質(zhì)量好，但耗電量大，成本高，一般只用來(lái)冶煉特種用途的鋼材。）量大，成本高，一般只用來(lái)冶煉特種用途的鋼材。） 煉鋼爐有三種形式：煉鋼爐有三種形式：轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐、平爐平爐和和電爐電爐。轉(zhuǎn)爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼是利用高壓空氣或氧氣使?fàn)t內(nèi)生鐵熔液的碳和其它雜物是利用高壓空氣或氧氣使?fàn)t內(nèi)生鐵熔液的碳和其它雜物氧化，在高溫

3、下使鐵液變?yōu)殇撘貉趸?，在高溫下使鐵液變?yōu)殇撘骸＃ㄉa(chǎn)周期短，效率高，質(zhì)量好，成。（生產(chǎn)周期短，效率高，質(zhì)量好，成本低，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外發(fā)展最快的煉鋼方法。）本低，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外發(fā)展最快的煉鋼方法。）平爐鋼平爐鋼是利用煤氣和其它燃料供應(yīng)熱能，把廢鋼、生鐵熔液或是利用煤氣和其它燃料供應(yīng)熱能，把廢鋼、生鐵熔液或鑄鐵塊和不同的合金元素等冶煉成各種用途的鋼。（生產(chǎn)周期長(zhǎng)，效率鑄鐵塊和不同的合金元素等冶煉成各種用途的鋼。（生產(chǎn)周期長(zhǎng)，效率低，成本高，現(xiàn)已逐步被轉(zhuǎn)爐鋼所取代。）低，成本高，現(xiàn)已逐步被轉(zhuǎn)爐鋼所取代。） （1 1）煉）煉 鋼鋼第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Materi

4、al of Steel Structure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 澆注是指把熔煉好的鋼液做成鋼錠或鋼坯。澆注是指把熔煉好的鋼液做成鋼錠或鋼坯。 用用連續(xù)鑄造法連續(xù)鑄造法生產(chǎn)鋼坯的工藝和設(shè)備，由于機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)鋼坯的工藝和設(shè)備，由于機(jī)械化、自動(dòng)化程度高的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)逐漸取代了笨重而復(fù)雜的程度高的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)逐漸取代了笨重而復(fù)雜的鑄錠鑄錠工藝和設(shè)備。工藝和設(shè)備。 鋼液中殘留的氧，將使鋼材晶粒粗細(xì)不均勻并發(fā)生熱脆，降鋼液中殘留的氧，將使鋼材晶粒粗細(xì)不均勻并發(fā)生熱脆，降低鋼材的力學(xué)性能。低鋼材的力學(xué)性能。 按照鋼液在煉鋼爐

5、中進(jìn)行脫氧的方法和程度不同，碳素結(jié)構(gòu)鋼按照鋼液在煉鋼爐中進(jìn)行脫氧的方法和程度不同，碳素結(jié)構(gòu)鋼可分為可分為沸騰鋼沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼和和特殊鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼。 （2 2） 澆澆 注注（3 3）脫）脫 氧氧第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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在在錳和硅錳和硅脫氧后，再用脫氧后，再用鋁鋁補(bǔ)充脫氧，其脫氧程度高于鎮(zhèn)靜鋼。補(bǔ)充脫氧，其脫氧程度高于鎮(zhèn)靜鋼。 沸沸 騰騰 鋼鋼采用的脫氧劑為脫氧能力較弱的采用的脫氧

6、劑為脫氧能力較弱的錳錳，因此脫氧不完全，且澆，因此脫氧不完全，且澆注時(shí)會(huì)有氣體逸出，出現(xiàn)鋼液的沸騰現(xiàn)象，由于沸騰鋼在鑄模中注時(shí)會(huì)有氣體逸出，出現(xiàn)鋼液的沸騰現(xiàn)象，由于沸騰鋼在鑄模中冷卻很快，氣體逸出不完全，凝固后的鋼材中留有較多的雜質(zhì)和冷卻很快，氣體逸出不完全，凝固后的鋼材中留有較多的雜質(zhì)和氣體，鋼的質(zhì)量較差。氣體，鋼的質(zhì)量較差。鎮(zhèn)鎮(zhèn) 靜靜 鋼鋼采用采用錳加硅錳加硅做脫氧劑，脫氧較完全，由于硅在還原的過(guò)程中做脫氧劑，脫氧較完全，由于硅在還原的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，使鋼液冷卻緩慢，讓氣體充分逸出，鋼的質(zhì)量好，會(huì)產(chǎn)生熱量，使鋼液冷卻緩慢，讓氣體充分逸出，鋼的質(zhì)量好，但成本高。但成本高。 半半 鎮(zhèn)鎮(zhèn) 靜靜

7、 鋼鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度和鋼材質(zhì)量介于上述二者之間。脫氧程度和鋼材質(zhì)量介于上述二者之間。 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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（4 4）加工（）加工（熱加工熱加工、冷加工冷加工和和熱處理熱處理 ） 熱處理熱處理 指通過(guò)加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼材的組指通過(guò)加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼材的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的加工工藝。（退火、織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的加工工藝。（退火、正火、淬火

8、和回火）正火、淬火和回火） 熱加工熱加工 指將鋼坯加熱至塑性狀態(tài)，依靠外力改變其形狀，指將鋼坯加熱至塑性狀態(tài)，依靠外力改變其形狀，生產(chǎn)出各種厚度的鋼板和型鋼。（熱加工的開(kāi)軋和鍛生產(chǎn)出各種厚度的鋼板和型鋼。（熱加工的開(kāi)軋和鍛壓溫度控制在壓溫度控制在1150-1300 1150-1300 ） 冷加工冷加工 指在常溫下對(duì)鋼材進(jìn)行加工。（指在常溫下對(duì)鋼材進(jìn)行加工。（冷作硬化現(xiàn)象冷作硬化現(xiàn)象） 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 Structu

9、re3 3、鋼材的主要性能、鋼材的主要性能3.1 3.1 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)屈構(gòu)件應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)，并且達(dá)到服點(diǎn)，并且達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度后，抗拉極限強(qiáng)度后，構(gòu)件產(chǎn)生明顯的構(gòu)件產(chǎn)生明顯的變形并斷裂。變形并斷裂。常為杯形，呈纖常為杯形，呈纖維狀，色澤發(fā)暗。維狀，色澤發(fā)暗。在破壞前有很明在破壞前有很明顯的變形，并有顯的變形，并有較長(zhǎng)的變形持續(xù)較長(zhǎng)的變形持續(xù)時(shí)間，便于發(fā)現(xiàn)時(shí)間，便于發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救。和補(bǔ)救。 脆性破壞脆性破壞在破壞前無(wú)明顯在破壞前無(wú)明顯變形，平均應(yīng)力變形，平均應(yīng)力也?。ㄒ话愣夹∫残。ㄒ话愣夹∮谇c(diǎn)），

10、沒(méi)于屈服點(diǎn)），沒(méi)有任何預(yù)兆。有任何預(yù)兆。平直和呈有光澤平直和呈有光澤的晶粒。的晶粒。突然發(fā)生的，危突然發(fā)生的，危險(xiǎn)性大，應(yīng)盡量險(xiǎn)性大，應(yīng)盡量避免。避免。第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 Structure3.2 3.2 單向拉伸時(shí)的工作性能單向拉伸時(shí)的工作性能 （1 1）試驗(yàn)條件）試驗(yàn)條件 （a 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）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

11、等缺陷。試件的標(biāo)定長(zhǎng)度取其直徑的5 5或或1010倍。倍。（b b）荷載要分級(jí)逐次增加，直到試件破壞。）荷載要分級(jí)逐次增加，直到試件破壞。（c c）試驗(yàn)溫度要控制在室溫）試驗(yàn)溫度要控制在室溫2020左右。左右。 Lod d 標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)準(zhǔn)試件第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 （2 2）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曲線可以分為四個(gè)階段：曲線可以分為四個(gè)

12、階段： ( (a) )彈性階段彈性階段( (OB段段) )usesOAsesEBCDAEys 單調(diào)拉伸應(yīng)力單調(diào)拉伸應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線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：有一定的塑性：有一定的塑性變形變形, , 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）第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Desig

13、n Principles of Steel Structure（b）屈服階段屈服階段（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)（屈服強(qiáng)度）：屈服階段曲線波動(dòng)部分屈服階段曲線波動(dòng)部分的最低值。的最低值。 流幅流幅：從屈服階段的開(kāi)：從屈服階段的開(kāi)始到曲線再度上升的應(yīng)始到曲線再度上升的應(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?，?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)變曲線呈鋸齒形波動(dòng)，應(yīng)

14、變曲線呈鋸齒形波動(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第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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（c c）強(qiáng)化階段）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）頸縮階段）頸縮階段(EF(EF段段)

15、)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第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 StructureB.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

16、所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力所對(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)變曲線應(yīng)變曲線沒(méi)有明顯屈服點(diǎn)的沒(méi)有明顯屈服點(diǎn)的鋼鋼材在拉伸過(guò)程中沒(méi)有材在拉伸過(guò)程中沒(méi)有屈服階段，塑性變形屈服階段，塑性變形小，破壞突然。小，破壞突然。 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 Structure3.3 3.3 單向拉伸時(shí)鋼材的機(jī)械性能指標(biāo)單向拉伸時(shí)鋼

17、材的機(jī)械性能指標(biāo) （1 1）屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)f fy y應(yīng)力應(yīng)變曲線開(kāi)始產(chǎn)生塑性流動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變曲線開(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），它是衡量鋼材的力（取屈服階段波動(dòng)部分的應(yīng)力最低值），它是衡量鋼材的承載能力和確定鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的重要指標(biāo)。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)變曲線最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，它應(yīng)力應(yīng)變曲線最高點(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

18、不立即斷裂的性質(zhì)。塑性好壞可的殘余變形（塑性變形）而不立即斷裂的性質(zhì)。塑性好壞可用用斷面收縮率斷面收縮率 和伸長(zhǎng)率和伸長(zhǎng)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。 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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（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

19、 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。伸長(zhǎng)率表示。伸長(zhǎng)率實(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。第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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（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

20、分比。縮小值與原斷面面積比值的百分比。 %100110-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)的斷面面試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積積 斷面收縮率斷面收縮率 越大，鋼材的塑性越好。由于在測(cè)量試件的斷面面積時(shí)容易越大，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)仍然采用伸長(zhǎng)率作為保證要求。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。A0A1第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Prin

21、ciples of Steel Structure3.4 3.4 應(yīng)力應(yīng)變曲線的簡(jiǎn)化應(yīng)力應(yīng)變曲線的簡(jiǎn)化曲線簡(jiǎn)化的依據(jù)：曲線簡(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 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)變曲線簡(jiǎn)化的應(yīng)力應(yīng)變曲線鋼材是符合理想中的彈性鋼材是符合理想中的彈性- -塑性材料塑性材

22、料 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 Structure3.5 3.5 鋼材的其它性能鋼材的其它性能 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)。1.1.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

23、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。 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 Structure2.2.沖擊韌性沖擊韌性韌性韌性 鋼材在塑性變形和斷裂過(guò)程中鋼材在塑性變形和斷裂過(guò)程中吸收能量的能力。用斷裂時(shí)吸收的總吸收能量的能力。用斷裂時(shí)吸收的總能量（彈性和非彈性能）來(lái)表示。韌能量

24、（彈性和非彈性能）來(lái)表示。韌性指標(biāo)用沖擊韌性值表示，沖擊韌性性指標(biāo)用沖擊韌性值表示，沖擊韌性也叫沖擊功，用符號(hào)也叫沖擊功，用符號(hào)W Wkvkv或或C Cv v表示，單表示，單位為位為J J。 沖擊韌性試驗(yàn)沖擊韌性試驗(yàn) 一般采用試件長(zhǎng)一般采用試件長(zhǎng)55mm55mm，截面，截面101010mm10mm2 2，中間一小，中間一小槽。在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試槽。在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，沖斷試件后，讀出擺錘消耗的驗(yàn)，沖斷試件后，讀出擺錘消耗的功。功。 沖擊韌性試驗(yàn)沖擊韌性試驗(yàn)第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure鋼結(jié)構(gòu)設(shè)

25、計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure沖擊試驗(yàn)試件的缺口形式?jīng)_擊試驗(yàn)試件的缺口形式?jīng)_擊韌性與試件刻槽（缺口）有關(guān)，常用缺口形式為夏氏沖擊韌性與試件刻槽（缺口）有關(guān)，常用缺口形式為夏氏V V型，夏氏型，夏氏鑰孔型和梅氏鑰孔型和梅氏U U型，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：沖擊試驗(yàn)缺口采用夏氏型，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：沖擊試驗(yàn)缺口采用夏氏V V型。型。 沖擊試驗(yàn)試件的缺口形式?jīng)_擊試驗(yàn)試件的缺口形式?jīng)_擊韌性還與試驗(yàn)的沖擊韌性還與試驗(yàn)的溫度有關(guān)。我國(guó)鋼材溫度有關(guān)。我國(guó)鋼材標(biāo)準(zhǔn)中將試驗(yàn)分為四標(biāo)準(zhǔn)中將試驗(yàn)分為四檔，即檔，即+20, 0+20, 0，- -2020和和-

26、40-40時(shí)的沖擊時(shí)的沖擊韌性。溫度越低，沖韌性。溫度越低，沖擊韌性越低。擊韌性越低。第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 Structure3.3.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，焊接接頭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)性能都不低于母材。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。 影響鋼材可焊性的因素影響鋼材可焊性的因素 鋼材的可

27、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，可焊性最好（如范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好（如Q235BQ235B）。對(duì)于高強(qiáng)度低合金鋼中，低合）。對(duì)于高強(qiáng)度低合金鋼中，低合金元素大多對(duì)可焊性有不利影響，我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)金元素大多對(duì)可焊性有不利影響，我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ81-2002JGJ81-2002建筑鋼結(jié)構(gòu)建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程焊接技術(shù)規(guī)程推薦使用碳當(dāng)量來(lái)衡量低合金鋼的可焊性。當(dāng)碳當(dāng)量小于推薦使用碳當(dāng)量來(lái)衡量低合金鋼的可焊性。當(dāng)碳當(dāng)量小于0.38%0.38%，鋼材的可焊性好，鋼材的可焊性好( (如

28、如Q345)Q345)，可不采取措施直接施焊。，可不采取措施直接施焊。 15ui5or6nECNVMCMCC（2.3）第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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鋼材的機(jī)械性能指標(biāo)鋼材的機(jī)械性能指標(biāo)1 1、抗拉強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度 fu2 2、屈服點(diǎn)、屈服點(diǎn) fy3 3、伸長(zhǎng)率、伸長(zhǎng)率5 5、冷彎性能、冷彎性能( (冷彎冷彎1801800 0) )6 6、沖擊韌性、沖擊韌性( (常溫或低常溫或低溫下的溫下的Akv) 小小 節(jié)節(jié)第二

29、章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 Structure3.6 3.6 在復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件在復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件第四能量強(qiáng)度理論第四能量強(qiáng)度理論 材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強(qiáng)度指標(biāo)用變形時(shí)材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強(qiáng)度指標(biāo)用變形時(shí)單位體積中積聚的能量來(lái)表達(dá)單位體積中積聚的能量來(lái)表達(dá)推導(dǎo)推導(dǎo) 當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時(shí)的變形能時(shí)，當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時(shí)的變形能時(shí)，鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。os

30、xszsyyzyxxyxzzyzxZXY單元體受復(fù)雜應(yīng)力單元體受復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的分量狀態(tài)下的分量s1s1s2s2s3s3單元體受單元體受主應(yīng)力主應(yīng)力鋼材單元體上的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)鋼材單元體上的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 在三向應(yīng)力作用下，鋼材由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)的條件，在三向應(yīng)力作用下，鋼材由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)的條件，可以用折算應(yīng)力和鋼材在單向應(yīng)力時(shí)的屈服點(diǎn)相比較來(lái)判斷?？梢杂谜鬯銘?yīng)力和鋼材

31、在單向應(yīng)力時(shí)的屈服點(diǎn)相比較來(lái)判斷。2222223zxyzxyxzzyyxzyxeqssssssssss-用主應(yīng)力用主應(yīng)力 、 、 表示時(shí)，有表示時(shí)，有: :1s2s3syeqf-)(133221232221ssssssssss)()()(21213232221sssssss-eq或或當(dāng)當(dāng)時(shí)鋼材處于彈性階段，時(shí)鋼材處于彈性階段，時(shí)鋼材處于塑性階段。時(shí)鋼材處于塑性階段。yeqfsyeqfs第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 Structu

32、re 當(dāng)鋼材厚度較薄時(shí)，厚度方向的應(yīng)力很小，?？珊雎圆挥?jì)，這當(dāng)鋼材厚度較薄時(shí)，厚度方向的應(yīng)力很小，?？珊雎圆挥?jì)，這時(shí)三向應(yīng)力狀態(tài)可以簡(jiǎn)化為平面應(yīng)力狀態(tài)時(shí)三向應(yīng)力狀態(tài)可以簡(jiǎn)化為平面應(yīng)力狀態(tài)： yxyyxyxeqf-2223sssss一般梁中只存在正應(yīng)力一般梁中只存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力和剪應(yīng)力，則上式可寫(xiě)為：，則上式可寫(xiě)為：yeqf223ss純剪時(shí)純剪時(shí)=0=0 則有：則有：yeqfs332yyff58. 031 即鋼材的剪切屈服點(diǎn)是拉伸屈即鋼材的剪切屈服點(diǎn)是拉伸屈服點(diǎn)服點(diǎn)f fy y的的0.58 0.58 倍倍第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Ste

33、el Structure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不同受力狀態(tài)對(duì)鋼材材性的影響不同受力狀態(tài)對(duì)鋼材材性的影響（a a）單向拉伸單向拉伸（b b）雙向拉伸雙向拉伸（c c）雙向異號(hào)應(yīng)力雙向異號(hào)應(yīng)力分析結(jié)果：分析結(jié)果： （1 1）相對(duì)于單向拉伸而言，鋼材在鋼）相對(duì)于單向拉伸而言，鋼材在鋼材在雙向拉力作用下屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度材在雙向拉力作用下屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度提高，但是塑性下降。提高，但是塑性下降。 雙向應(yīng)力作用下對(duì)雙向應(yīng)力作用下對(duì)鋼材材性的影響鋼材材性的影響0yfbyfcyf(a)(b)(c)（3 3）主應(yīng)力異號(hào)時(shí)，易屈服，破壞

34、呈）主應(yīng)力異號(hào)時(shí)，易屈服，破壞呈塑性，差別越大越明顯。塑性，差別越大越明顯。 （2 2）主應(yīng)力同號(hào)時(shí)，不易屈服，塑性）主應(yīng)力同號(hào)時(shí)，不易屈服，塑性下降，越接近越明顯。下降，越接近越明顯。第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 Structure4. 4. 各種因素對(duì)鋼材的影響各種因素對(duì)鋼材的影響4.1 4.1 化學(xué)成份的影響化學(xué)成份的影響鋼材的化學(xué)成分直接影響鋼的組織構(gòu)造，從而影響鋼材的鋼材的化學(xué)成分直接影響鋼的組織構(gòu)造，從而影響鋼材的力

35、學(xué)性能。鐵（力學(xué)性能。鐵（FeFe）是鋼材的基本元素，普通碳素鋼中占）是鋼材的基本元素，普通碳素鋼中占99%99%，此外還有碳（，此外還有碳（C C）、硅（）、硅（SiSi）、錳（）、錳（MnMn）等有益元素，）等有益元素，及硫（及硫（S S）、磷（）、磷（P P）、氧（）、氧（O O）、氮（）、氮（N N）等有害元素，這）等有害元素，這些總含量不大，約些總含量不大，約1%1%，但對(duì)鋼材力學(xué)性能卻有很大影響。，但對(duì)鋼材力學(xué)性能卻有很大影響。低合金鋼中有低合金鋼中有5%5%的合金元素，如銅的合金元素，如銅(Cu)(Cu)、釩、釩(V)(V)、鈦、鈦(Ti)(Ti)、鈮、鈮(Nb(Nb) )、鉻、

36、鉻(Cr)(Cr)等。等。 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 Structure1.1. 碳（碳（C C）：形成鋼材強(qiáng)度的主要成分，隨其含量增加，強(qiáng)形成鋼材強(qiáng)度的主要成分，隨其含量增加，強(qiáng)度增加，塑性和韌性降低，可焊性和抗腐蝕性降低。度增加，塑性和韌性降低，可焊性和抗腐蝕性降低。 碳素鋼按碳含量區(qū)分，小于碳素鋼按碳含量區(qū)分，小于0.250.25的為低碳鋼，介于的為低碳鋼，介于0.250.25和和0.60.6之間的為中碳鋼，大于之間的

37、為中碳鋼，大于0.60.6的為高碳鋼。的為高碳鋼。鋼結(jié)構(gòu)用鋼中，碳含量一般控制在鋼結(jié)構(gòu)用鋼中，碳含量一般控制在0.22%0.22%以下，當(dāng)其含量以下，當(dāng)其含量在在0.20.2以下時(shí)，可焊性良好。以下時(shí)，可焊性良好。 2. 2. 硫（硫（S S）：鋼材中的有害元素，具有熱脆性（溫度達(dá)到鋼材中的有害元素，具有熱脆性（溫度達(dá)到800-1000800-1000時(shí)，硫化鐵會(huì)熔化使鋼材變脆，從而引發(fā)熱裂時(shí)，硫化鐵會(huì)熔化使鋼材變脆，從而引發(fā)熱裂紋）。規(guī)范規(guī)定結(jié)構(gòu)用鋼中硫的含量不得超過(guò)紋）。規(guī)范規(guī)定結(jié)構(gòu)用鋼中硫的含量不得超過(guò)0.05%0.05%。3. 3. 氧（氧（O O）：有害雜質(zhì)，與：有害雜質(zhì)，與S S相

38、似。相似。 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 Structure4.4.磷（磷（P P）：磷在一定程度上可提高鋼的強(qiáng)度和抗銹蝕的能力。鋼磷在一定程度上可提高鋼的強(qiáng)度和抗銹蝕的能力。鋼材中的有害元素，具有冷脆性（溫度較低時(shí)促使鋼材變脆）。因此，材中的有害元素，具有冷脆性（溫度較低時(shí)促使鋼材變脆）。因此，磷的含量也要嚴(yán)格控制，規(guī)范中規(guī)定不得超過(guò)磷的含量也要嚴(yán)格控制，規(guī)范中規(guī)定不得超過(guò)0.045%0.045%。5.5.氮（氮（N N）：有

39、害雜質(zhì)，：有害雜質(zhì)，與與P P相似相似。6.6.錳（錳（MnMn）：有益元素。在普通碳素鋼中，是一種弱脫氧劑，可提有益元素。在普通碳素鋼中，是一種弱脫氧劑，可提高鋼材強(qiáng)度，與高鋼材強(qiáng)度，與S S形成形成MnSMnS，熔點(diǎn)，熔點(diǎn)16001600，可以消除硫?qū)︿摬牡臒岽啵梢韵驅(qū)︿摬牡臒岽嘤绊?。影響?7.7.硅（硅（SiSi）：有益元素。在普通碳素鋼中，是一種強(qiáng)脫氧劑，常與有益元素。在普通碳素鋼中，是一種強(qiáng)脫氧劑，常與錳共同除氧，生成鎮(zhèn)靜鋼。錳共同除氧，生成鎮(zhèn)靜鋼。 8.8.釩（釩（V V）：合金元素。細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，其碳化物具有高溫：合金元素。細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，其碳化物具有高溫穩(wěn)定性

40、，適用于受荷較大的焊接結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定性，適用于受荷較大的焊接結(jié)構(gòu)。9.9.銅（銅（CuCu）：提高抗銹蝕性，提高強(qiáng)度，對(duì)可焊性有影響。：提高抗銹蝕性，提高強(qiáng)度，對(duì)可焊性有影響。第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 Structure4.2 4.2 冶金缺陷的影響冶金缺陷的影響 1.1.偏析偏析 金屬結(jié)晶后化學(xué)成分分布不均勻的現(xiàn)象。主要金屬結(jié)晶后化學(xué)成分分布不均勻的現(xiàn)象。主要是硫、磷偏析，其后果是偏析區(qū)鋼材的塑性、韌性、可焊是硫、磷偏析，其后

41、果是偏析區(qū)鋼材的塑性、韌性、可焊性變壞。性變壞。3.3.裂紋裂紋 鋼材中存在的微觀裂紋。鋼材中存在的微觀裂紋。 2.2.非金屬夾雜非金屬夾雜 指鋼材中的非金屬化合物，如硫化物、指鋼材中的非金屬化合物，如硫化物、氧化物，他們使鋼材性能變脆。氧化物，他們使鋼材性能變脆。4.4.氣泡氣泡 澆鑄時(shí)由澆鑄時(shí)由FeOFeO和和C C作用所生成的作用所生成的COCO氣體不能充分逸氣體不能充分逸出而滯留在鋼錠那形成的微小空洞。出而滯留在鋼錠那形成的微小空洞。5.5.分層分層 澆鑄時(shí)的非金屬夾雜在軋制后可能造成鋼材的分層。澆鑄時(shí)的非金屬夾雜在軋制后可能造成鋼材的分層。第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Ch

42、apter 2 Material of Steel Structure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 Structure4.3 4.3 鋼材的硬化鋼材的硬化冷作硬化冷作硬化在冷加工或一次加載使鋼材產(chǎn)生較大的塑性變形的情況下，在冷加工或一次加載使鋼材產(chǎn)生較大的塑性變形的情況下，卸載后再重新加載，鋼材的屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象卸載后再重新加載，鋼材的屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象 。時(shí)效硬化時(shí)效硬化隨著時(shí)間的增加，純鐵體中有一些數(shù)量極少的碳和氮的固熔隨著時(shí)間的增加，純鐵體中有一些數(shù)量極少的碳和氮的固熔物質(zhì)析出，使鋼材的屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度提

43、高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象物質(zhì)析出，使鋼材的屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度提高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象 。 在交變荷載、重復(fù)荷載和溫度變化等情況下，會(huì)加速時(shí)效硬在交變荷載、重復(fù)荷載和溫度變化等情況下，會(huì)加速時(shí)效硬化的發(fā)展?；陌l(fā)展。 應(yīng)變時(shí)效硬化應(yīng)變時(shí)效硬化鋼材產(chǎn)生一定數(shù)量的塑性變形后，鐵素體晶體中的鋼材產(chǎn)生一定數(shù)量的塑性變形后，鐵素體晶體中的固溶碳和氮更容易析出，從而使已經(jīng)冷作硬化的鋼材又發(fā)生時(shí)效硬固溶碳和氮更容易析出，從而使已經(jīng)冷作硬化的鋼材又發(fā)生時(shí)效硬化現(xiàn)象。化現(xiàn)象。 在高溫作用下會(huì)快速發(fā)展在高溫作用下會(huì)快速發(fā)展（人工時(shí)效）（人工時(shí)效） 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Mate

44、rial of Steel Structure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 硬化對(duì)鋼材性能的影響硬化對(duì)鋼材性能的影響a)時(shí)效硬化及冷作硬化時(shí)效硬化及冷作硬化b) 應(yīng)變時(shí)效硬化應(yīng)變時(shí)效硬化第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 Structure4.4 4.4 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?cè)阡摻Y(jié)構(gòu)構(gòu)件中不可

45、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)力集中應(yīng)力集中現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 應(yīng)力集中現(xiàn)象應(yīng)力集中現(xiàn)象第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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)變曲線應(yīng)變曲線 應(yīng)力集中對(duì)

46、應(yīng)力集中對(duì)-曲線曲線關(guān)系的影響關(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)度愈高，但塑性愈差，破壞但塑性愈差，破壞的脆性?xún)A向愈大。的脆性?xún)A向愈大。1020300.425100%(N/mm2)10測(cè)距10010100600700500400300200100第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 Structure4.5 4.5 荷載類(lèi)型的影響荷載類(lèi)型的

47、影響荷載可分為靜力和動(dòng)力兩大類(lèi)荷載可分為靜力和動(dòng)力兩大類(lèi)1.1.加荷速度的影響加荷速度的影響 這是加載過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。加荷速度過(guò)快，構(gòu)件來(lái)不及變這是加載過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。加荷速度過(guò)快，構(gòu)件來(lái)不及變形，得到的屈服點(diǎn)也高，且呈脆性。特別在低溫時(shí)對(duì)鋼材性能的形，得到的屈服點(diǎn)也高，且呈脆性。特別在低溫時(shí)對(duì)鋼材性能的影響要比常溫下大得多。影響要比常溫下大得多。 因此，試驗(yàn)時(shí)需規(guī)定加載速度；靜力加載試驗(yàn)一般應(yīng)加載因此，試驗(yàn)時(shí)需規(guī)定加載速度；靜力加載試驗(yàn)一般應(yīng)加載5 5分分鐘后再讀數(shù)據(jù)。鐘后再讀數(shù)據(jù)。2.2.循環(huán)荷載的影響循環(huán)荷載的影響 鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會(huì)逐漸累積損傷，產(chǎn)生裂紋及鋼材在連續(xù)交變荷

48、載作用下，會(huì)逐漸累積損傷，產(chǎn)生裂紋及裂紋逐漸擴(kuò)展，直到最后破壞裂紋逐漸擴(kuò)展，直到最后破壞（疲勞破壞）（疲勞破壞）。第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 Structure4.6 4.6 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)，鋼材材以?xún)?nèi)，鋼材材質(zhì)變化很小，鋼結(jié)構(gòu)可用于溫度質(zhì)變化很小，鋼結(jié)構(gòu)可用于溫度不高于不高于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)左右的區(qū)間

49、內(nèi)出現(xiàn)出現(xiàn)藍(lán)脆現(xiàn)象藍(lán)脆現(xiàn)象，fu 有局部性提高，有局部性提高，同時(shí)塑性降至最低，材料有轉(zhuǎn)脆同時(shí)塑性降至最低，材料有轉(zhuǎn)脆傾向。傾向。（3 3）當(dāng)溫度達(dá)到）當(dāng)溫度達(dá)到600600時(shí)，鋼材時(shí)，鋼材進(jìn)入熱塑性狀態(tài)，強(qiáng)度下降嚴(yán)重，進(jìn)入熱塑性狀態(tài)，強(qiáng)度下降嚴(yán)重，將喪失承載能力。將喪失承載能力。 溫度對(duì)鋼材力學(xué)性能的影響溫度對(duì)鋼材力學(xué)性能的影響)/(2mmNs(%)fufyE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，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)為鋼材的逐漸變脆，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。鋼材的沖擊韌性對(duì)溫度的降低十

50、分敏感。分敏感。 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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沖擊韌性和溫度關(guān)系示意圖沖擊韌性和溫度關(guān)系示意圖脆性破壞脆性破壞兩種破兩種破壞均有壞均有塑性破壞塑性破壞轉(zhuǎn)變溫轉(zhuǎn)變溫度區(qū)度區(qū)沖擊斷裂功沖擊斷裂功試驗(yàn)溫度試驗(yàn)溫度T1T0T2（1 1）沖擊功曲線的反彎點(diǎn)）沖擊功曲線的反彎點(diǎn)T T0 0稱(chēng)為稱(chēng)為轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度。界限溫度。界限溫度T T1 1和和T T2 2分別為分別為脆性轉(zhuǎn)變溫度脆性轉(zhuǎn)變溫度和和全塑性轉(zhuǎn)變溫度全塑性轉(zhuǎn)

51、變溫度。（2 2）鋼材由塑性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)椋╀摬挠伤苄云茐霓D(zhuǎn)變?yōu)榇嘈云茐氖窃跍囟葏^(qū)間脆性破壞是在溫度區(qū)間T T1 1 T T2 2內(nèi)完成的，此溫度區(qū)間稱(chēng)為內(nèi)完成的，此溫度區(qū)間稱(chēng)為鋼材的鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)。（3 3）在脆性轉(zhuǎn)變溫度以下，鋼材表現(xiàn)為）在脆性轉(zhuǎn)變溫度以下，鋼材表現(xiàn)為完全的脆性破壞；而在全塑性轉(zhuǎn)變溫度以完全的脆性破壞；而在全塑性轉(zhuǎn)變溫度以上，鋼材則表現(xiàn)為完全的塑性破壞。上，鋼材則表現(xiàn)為完全的塑性破壞。（4 4）不同牌號(hào)和等級(jí)的鋼材具有不同的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)和轉(zhuǎn)變溫度，均應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。）不同牌號(hào)和等級(jí)的鋼材具有不同的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)和轉(zhuǎn)變溫度，均應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了

52、防止脆性破壞，選用鋼材時(shí)應(yīng)使其工作溫度大于在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了防止脆性破壞，選用鋼材時(shí)應(yīng)使其工作溫度大于T T1 1, ,接近接近T T0 0。第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 Structure4.7 4.7 防止脆性斷裂的方法防止脆性斷裂的方法外因外因 鋼材在構(gòu)造和加工工程中引起的鋼材在構(gòu)造和加工工程中引起的應(yīng)力集中應(yīng)力集中、低溫影響低溫影響、動(dòng)力荷動(dòng)力荷 載的作用載的作用、冷作硬化冷作硬化和和應(yīng)變時(shí)效硬化應(yīng)變時(shí)效硬化等等 內(nèi)因

53、內(nèi)因 鋼材的鋼材的化學(xué)成分化學(xué)成分、組織構(gòu)造組織構(gòu)造和和缺陷缺陷等等(1(1）合理的選用鋼材）合理的選用鋼材; ; (2(2）對(duì)于低溫工作和受動(dòng)力荷載的鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)使所選鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度）對(duì)于低溫工作和受動(dòng)力荷載的鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)使所選鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度低于結(jié)構(gòu)的工作溫度低于結(jié)構(gòu)的工作溫度; ;(3) (3) 盡量使用較薄的型鋼和板材，使其具有良好的沖擊韌性盡量使用較薄的型鋼和板材，使其具有良好的沖擊韌性; ;(4(4）設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要合理，避免構(gòu)件截面的突然改變，使之能均勻、）設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要合理，避免構(gòu)件截面的突然改變，使之能均勻、連續(xù)的傳遞應(yīng)力，從而減小構(gòu)件的應(yīng)力集中。連續(xù)的傳遞應(yīng)力，從而

54、減小構(gòu)件的應(yīng)力集中。影響鋼材出現(xiàn)脆性破壞的因素影響鋼材出現(xiàn)脆性破壞的因素合合 理理 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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正正 確確 制制 造造(1) (1) 嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行制作，不得隨意進(jìn)行鋼材代換，不得隨嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行制作，不得隨意進(jìn)行鋼材代換，不得隨意將螺栓連接該為焊接連接，不得隨意加大焊縫厚度。意將螺栓連接該為焊接連接，不得隨意加大焊縫厚度。(2) (2) 為了避免冷作硬化現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)采

55、用鉆孔或沖孔后再擴(kuò)鉆的為了避免冷作硬化現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)采用鉆孔或沖孔后再擴(kuò)鉆的方法，以及對(duì)剪切邊進(jìn)行刨邊。方法，以及對(duì)剪切邊進(jìn)行刨邊。(3) (3) 為了減少焊接殘余應(yīng)力導(dǎo)致的應(yīng)力集中，應(yīng)該制定合理的焊接為了減少焊接殘余應(yīng)力導(dǎo)致的應(yīng)力集中，應(yīng)該制定合理的焊接工藝和技術(shù)措施，并由考試合格的焊工施焊，必要時(shí)可采用熱處工藝和技術(shù)措施，并由考試合格的焊工施焊，必要時(shí)可采用熱處理方法消除主要構(gòu)件中的焊接殘余應(yīng)力。理方法消除主要構(gòu)件中的焊接殘余應(yīng)力。(4) (4) 焊接中不得在構(gòu)件上任意打火起弧，影響焊接的質(zhì)量，應(yīng)按照焊接中不得在構(gòu)件上任意打火起弧，影響焊接的質(zhì)量，應(yīng)按照規(guī)范的要求進(jìn)行。規(guī)范的要求進(jìn)行。 第

56、二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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合合 理理 使使 用用(1) (1) 不得隨意改變結(jié)構(gòu)使用用途或超負(fù)荷使用結(jié)構(gòu)。不得隨意改變結(jié)構(gòu)使用用途或超負(fù)荷使用結(jié)構(gòu)。(2) (2) 原設(shè)計(jì)在室溫工作的結(jié)構(gòu)，在冬季停產(chǎn)時(shí)要注意保暖。原設(shè)計(jì)在室溫工作的結(jié)構(gòu)，在冬季停產(chǎn)時(shí)要注意保暖。(3) (3) 不要在主要結(jié)構(gòu)上任意焊接或附加零件懸掛物。不要在主要結(jié)構(gòu)上任意焊接或附加零件懸掛物。(4) (4) 避免因生產(chǎn)和運(yùn)輸不當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)造成的撞擊

57、或機(jī)械損傷。避免因生產(chǎn)和運(yùn)輸不當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)造成的撞擊或機(jī)械損傷。(5) (5) 平時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)注意檢察和維護(hù)。平時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)注意檢察和維護(hù)。 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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. 鋼材的疲勞鋼材的疲勞5.1 5.1 疲勞破壞的特征疲勞破壞的特征定義定義：鋼材在循環(huán)荷載作用下，應(yīng)力雖然低于極限強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)度，鋼材在循環(huán)荷載作用下，應(yīng)力雖然低于極限強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)度，但仍然會(huì)發(fā)生斷裂破壞，這種破壞形式就稱(chēng)為

58、疲勞破壞。但仍然會(huì)發(fā)生斷裂破壞，這種破壞形式就稱(chēng)為疲勞破壞。破壞過(guò)程破壞過(guò)程：裂紋的形成裂紋的形成-裂紋的擴(kuò)展裂紋的擴(kuò)展-最后的迅速斷裂而破壞最后的迅速斷裂而破壞破壞特點(diǎn)破壞特點(diǎn)：（1 1）疲勞破壞時(shí)的應(yīng)力小于鋼材的屈服強(qiáng)度，鋼材的塑性還沒(méi)有展開(kāi)，屬）疲勞破壞時(shí)的應(yīng)力小于鋼材的屈服強(qiáng)度，鋼材的塑性還沒(méi)有展開(kāi)，屬于脆性破壞。于脆性破壞。（3 3）疲勞對(duì)缺陷十分敏感。）疲勞對(duì)缺陷十分敏感。 （2 2）疲勞破壞的斷口與一般脆性破壞的斷口不同。一般脆性破壞后的斷口）疲勞破壞的斷口與一般脆性破壞的斷口不同。一般脆性破壞后的斷口平直，呈有光澤的晶粒狀或人字紋。而疲勞破壞的主要斷口特征是放射和年平直，呈有光

59、澤的晶粒狀或人字紋。而疲勞破壞的主要斷口特征是放射和年輪狀花紋。輪狀花紋。第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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引起疲勞破壞交變荷載的兩種類(lèi)型引起疲勞破壞交變荷載的兩種類(lèi)型 常幅交變荷載常幅交變荷載-常幅應(yīng)力常幅應(yīng)力-常幅疲勞常幅疲勞變幅交變荷載變幅交變荷載-變幅應(yīng)力變幅應(yīng)力-變幅疲勞變幅疲勞 應(yīng)力比（應(yīng)力比（ ） 循環(huán)應(yīng)力中絕對(duì)值最小的峰值應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力中絕對(duì)值最小的峰值應(yīng)力s sminmin與絕對(duì)值最大的峰值應(yīng)力與絕

60、對(duì)值最大的峰值應(yīng)力s smaxmax之比。之比。 = = s sminmin / /s smaxmax( (拉應(yīng)力取正號(hào)而壓應(yīng)力取負(fù)號(hào)拉應(yīng)力取正號(hào)而壓應(yīng)力取負(fù)號(hào)) ) 應(yīng)力幅（應(yīng)力幅（DsDs） DsDs= =s smaxmax- -s sminmin，此處，此處s smaxmax為最大拉應(yīng)力，取正值，為最大拉應(yīng)力，取正值，s sminmin為最小拉應(yīng)為最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力。（力或壓應(yīng)力。（拉應(yīng)力取正號(hào)而壓應(yīng)力取負(fù)號(hào)）拉應(yīng)力取正號(hào)而壓應(yīng)力取負(fù)號(hào)） 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（n n，疲勞壽命），疲勞壽命） 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞時(shí)所經(jīng)歷的應(yīng)力變化次數(shù)。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞時(shí)所經(jīng)歷的應(yīng)力變化次數(shù)。第二章第二章 鋼