钢结构材料及其性能共68页文档

钢结构材料9.2。

1 钢材的机械性能钢结构在使用过程中要承受各种形式的作用，所以要求钢材必须具有能够抵抗各种作用的能力,这种能力统称为钢材的力学性能或称作钢材的机械性能。

钢材的机械性能主要指屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能及冲击韧性等。

1。

屈服强度(屈服点）：是衡量结构的承载能力和确定强度设计值的重要指标。

钢材的应力到达屈服强度后，应变急剧增长,使结构的变形也迅速增加以至不能正常使用。

所以钢材的强度设计值根据屈服强度来确定.2.抗拉强度：是钢材应力应变图中的最大应力值，是破坏前能够承受的最大应力，是衡量钢材抵抗拉断的性能指标。

屈强比是钢材强度储备的系数。

屈强比越低,安全储备越大，屈强比越高，安全储备越小.3.伸长率：是试件被拉断时的最大应变值，是衡量钢材塑性性能的主要指标。

塑性是指在外力作用下产生永久变形时抵抗断裂的能力。

屈服强度、抗拉强度和伸长率可通过钢材的拉伸试验测定。

4。

冷弯性能：是钢材经过冷弯180°后外侧表面抵抗裂纹产生的能力.以不出现裂纹为合格,也是表示钢材塑性性能的指标。

同时通过冷弯,可以检验钢材颗粒组织、结晶情况和非金属夹杂物分布等缺陷，在一定程度上也是鉴定焊接性能的一个指标。

冷弯性能用冷弯试验来检验。

5。

冲击韧性：是表示在动力荷载作用下，抵抗脆性破坏的能力。

是衡量钢材抵抗动力荷载能力的指标。

一般用冲击韧性值a K或冲击功A K表示。

根据GB/T700—2006，冲击试件改用V型缺口试件，冲击韧性指标直接用冲击功表示，单位为J（焦耳）.9。

2。

2 钢材的破坏形式钢材在各种荷载作用下会发生两种性质完全不同的破坏形式,即塑性破坏和脆性破坏。

塑性破坏是由于构件的应力达到材料的极限强度而产生的，破坏断口呈纤维状,色泽发暗，破坏前有较大的塑性变形和明显的颈缩现象，且变形持续时间长，容易及时发现并采取有效补救措施，通常不会引起严重后果.脆性破坏是在塑性变形很小或基本没有塑性变形的情况下突然发生的，破坏时构件的计算应力可能小于钢材的屈服点，断裂从应力集中处开始，破坏的断口平齐并呈有光泽的晶粒状.由于脆性破坏前没有明显的征兆,不能及时觉察和补救，破坏后果严重。

第一章钢结构的基本性能钢结构的内在特性：所用的原材料、所经受的一系列加工过程决定的。

外界作用：各类荷载和气象环境对它的性能也有不可忽视的影响。

钢结构所用钢材：塑性较好，拉力作用下，应力—应变曲线有明显的屈服点和屈服平台，然后进入强化阶段。

钢结构设计准则：屈服点作为钢材强度的极限，并把局部屈服作为承载能力的准则（薄腹梁不同）。

钢材塑性性能：在一定条件下是可以利用的：简支梁可以允许塑性在弯矩最大截面上发展；连续梁和框架的塑性设计方法，允许在结构中出现塑性铰以及继之而来的内力重分布。

这种利用塑性的设计方法已提到日程。

稳定问题：一个突出的问题。

构件及其局部有受压的可能，在设计时就应考虑如何防止失稳。

有时，局部性的失稳还不是构件承载能力的极限，则可以不加防止，并对屈曲后强度加以利用。

建筑结构钢材有较好的韧性。

动力作用的重要结构采用钢结构。

但设计这类钢结构，还必须正确选用钢材，当荷载多次重复时，还应从计算、构造和施工几个方面来考虑疲劳问题。

钢材的韧性并不是一成不变的。

材质、板厚、受力状态、温度等都会对它有所影响。

钢结构曾经有过脆性断裂的事故，脆断一直成为一个引人注目的问题。

1.1钢材的生产及其对材性的影响建筑结构所用的钢材包括两大类：热轧型钢和钢板（图1.1）；冷成型（冷弯、冷冲、冷轧）的薄壁型钢和压型钢板（图1.2）。

图1.1热轧钢材图1.2冷弯型钢钢在熔炼炉中炼成后，先浇注成钢锭，然后经过多次辊轧才形成钢材。

冶炼、脱氧、辊轧等环节都对钢材的性能有很大影响。

1.1.1钢的熔炼冶炼按需要生产的钢号进行，它决定钢材的主要化学成分。

冶炼炉种不同，所得钢材也有差异。

平炉钢和氧气转炉钢，二者质量不相上下。

早期转炉钢都用空气吹炼，所含有害杂质多，尤其是含氮较多，使钢易脆，并对时效敏感。

转炉钢用氧气吹炼，大大改善质量。

如果吹入的氧气纯度高于99.5％，则钢材的综合性能优于平炉钢：含氮量低，冲击韧性高20％～30％。

1.1.2钢的脱氧钢的熔炼是把铁水中过多的碳和有害元素硫、磷加以氧化而脱去，不可避免有少量的铁也氧化，形成氧化铁（FeO），需要进行脱氧。

第二章钢结构材料的主要性能要深入了解钢结构的特性，必须从钢结构的材料（钢材）开始，掌握钢材在各种应力状态、不同生产过程和不同使用条件下的工作性能，从而能够选择合适的钢材，不仅使结构安全可靠和满足使用要求，又能最大可能地节约钢材和降低造价。

钢结构对钢材的要求是多方面的，主要有以下几个方面：（!）有较高的强度。

要求钢材的抗拉强度和屈服点比较高。

屈服点高可以减小构件的截面，从而减轻重量，节约钢材，降低造价。

抗拉强度高，可以增加结构的安全储备。

（"）塑性好。

塑性性能好，能使结构破坏前有较明显的变形，可以避免结构发生脆性破坏。

塑性好可以调整局部高峰应力，使应力得到重分布，并提高构件的延性，从而提高结构的抗震能力。

（#）冲击韧性好。

冲击韧性好可提高结构抗动力荷载的能力，避免发生裂纹和脆性断裂。

（$）冷加工性能好。

钢材经常在常温下进行加工，冷加工性能好可保证钢材加工过程中不发生裂纹或脆断，不因加工对强度、塑性及韧性带来较大的影响。

（%）可焊性好。

钢材的可焊性好，是指在一定的工艺和构造条件下，钢材经过焊接后能够获得良好的性能。

可焊性是衡量钢材的热加工性能。

可焊性可分为施工上的可焊性和使用上的可焊性。

施工上的可焊性是指在焊缝金属及近缝区产生裂纹的敏感性，近缝区钢材硬化的敏感性。

可焊性好是指在一定的焊接工艺条件下，焊缝金属和近缝区钢材不产生裂纹。

使用性能上的可焊性是指焊缝和焊接热影响区的力学性能不低于母材的力学性能。

（&）耐久性好。

耐久性是指钢结构的使用寿命。

影响钢材使用寿命主要是钢材的耐腐蚀性较差，其次是在长期荷载、反复荷载和动力荷载作用下钢材力学性能的恶化。

上述（!）’（$）条为对钢材力学性能（机械性能）的要求，它的好坏影响钢材的可焊性。

本章着重论述钢材在各种作用下所表现出来的静、动力特性，如弹性、塑性、强度、韧性、废劳等力学性能。

钢材的力学性能指标是结构设计的主要依据。

其次，介绍钢材的破坏形式和影响钢材性能的主要因素，以及钢材的分类、选用原则和规格。