2第二讲 建筑钢材的性能及选用PPT课件

d0
l0
σ
fu
B D
图2.1 标准试件
fy C
F
fe
E
fp A
ε/%
0 0.1 0.15
2.5
22
5
图2.2 Q235钢单向受拉应力－应变曲线
拉伸曲线反映了钢材的力学特性，描述如下： 陕铁院 1)弹性阶段：OAE段 建工系 OA直线的斜率称为弹性模量E，fp称为比例极限，fe称为
弹性极限。
2)弹塑性阶段：EC段
经过屈服阶段后，钢材内部组织重新排列，抵抗外力的 能力增强。
5)颈缩阶段：BD段
应力超过fu后，试件出现“颈缩”而断裂， fu称为抗拉强
度(tensile strength，材料力学中用σb表示）。
σ
fu
B
D
根据上述特
fy C
F
fe
E
fp A
性，可确定钢材
的强度指标和塑
性指标。
ε/%
0 0.1 0.15
耐老化性：随着时间的增长，钢材的力学性能有所改变， 出现“时效”现象，即“老化”。“时效” 使钢材变脆。
耐长期高温性：在长期高温条件下工作的钢材，其破坏强 度比常温拉伸试验的强度低得多，应另行测定“强度”。
耐疲劳性：钢结构或构件在长期连续的交变荷载或重复荷 载作用下，应力虽低于fy也会发生破坏，称为“疲劳破坏”。
为2%时所对应的应力）。这
类钢材在设计中不宜利用塑性。 0 0.2
ε
图2.4 高强度钢的应力－应变曲线
10
陕铁院 建工系
钢材在单向受压时（短试件），抗压强度与单向受拉时 相同。钢材受扭转时的应力－应变曲线也与受拉时相似， 但剪切屈服点和抗剪强度低于fy和fu；剪变模量G也低于弹 性模量E。钢材和铸钢件的弹性模量、剪变模量、线膨胀
陕铁院 建工系
知识点回顾
1、钢结构的基本结构形式 2、钢结构的特点 3、钢结构的应用范围
1
陕铁院 建工系
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
2
陕铁院 建工系
第二讲
建筑钢材的性能
及选用
抗拉强度fu在实际构件中是不允许达到的，钢材的抗拉强 度fu值高，可以增加结构的安全保障。
8
另外，Q235钢材在屈服
陕铁院 建工系
前接近理想的弹性体，而屈
服后的流变现象接近理想的 σ
塑性体，且流变的范围很大
（0.15%～2.5%）。因此， fy S 可认为钢材是理想的弹-塑
性体（图2.3）。即假定钢
2.5
22
7
单向受拉应力－应变曲线
陕铁院
建工系 (1)强度指标
由于fy、fp、fe很接近，应变很小，ε≈0.1%(εy≈0.15%) 可以把三点看作为一点，并以屈服点fy作为代表。
钢结构设计中，把钢材的屈服点fy作为钢材的强度标准值 fk＝fy。
常用结构钢材的强度设计值f可查材料手册（见附表1.1， P312）。弹性设计时，构件的应力不能大于f值。
σ与ε不呈比例，除弹性变形外还有塑性变形，fy称为屈服
强度，又叫屈服点（yield point，材料力学中用σs表示）。
σ
fu
B
D
fy C
F
fe
E
fp A
ε/%
0 0.1 0.15
2.5
22
6
单向受拉应力－应变曲线
3)屈服阶段：CF段
陕铁院 钢材完全屈服，σ不增加（保持fy），而ε骤增。
建工系 4)强化阶段：FB段
12
1.1.2、钢材的其它性能
陕铁院
建工系 1）冷弯性能
冷弯性能是指钢材在冷加工产生 塑性变形（deformed）时，对产 生裂缝的抵抗能力，由冷弯试验确 定如图2.5所示将试件弯曲成规定 的角度后,检查试件弯曲部分的表面 有无裂缝、裂断、分层等，没有即 为合格。
冷弯试验是鉴定钢材质量的一种 良好方法，常作为静力拉伸试验和 冲击试验的一种补充试验，是一项 衡量钢材力学性能的综合指标。
R=1
2
U形缺口 R=0.25
2
551
10
1
1-1百度文库
10
45°
图2.6 冲击韧性试验14
3)、可焊性
陕铁院 焊接后焊缝金属及其附近的热影响区金属不产生裂纹，并 建工系 且焊缝的力学性能不低于母材的力学性能。
4)、耐久性
耐腐蚀性：钢材耐腐蚀性较差，必须采取防护措施，新建 结构需要油漆，已建成的结构需定期维护。
系数α和质量密度ρ列于表2.1。
11
（2）塑性指标
陕铁院 （1）延伸率：
建工系
l1 l0 100%
l0 （2）断面收缩率：
A0 A1 10% 0
A0
式中 l0——试件拉伸前标距长度;
l1——试件拉断后原标距间长度;
A0——试件截面面积;
A1——拉断后颈缩区的截面面积。
钢材的伸长率愈大，钢材塑性愈好。
材应力小于fy时是完全弹性
的，应力超过fy后则是完全
ε
0A
塑性的。利用钢材理想弹－
塑性假定，可以简化钢构件 图2.3 理想弹－塑性的应力－应变曲线
的弹塑性分析计算。
9
陕铁院 建工系
高强度钢材没有明显的屈 σ
服台阶，这类钢的屈服点是根 据实验分析结果人为规定的，
f0.2
S
E
称为条件屈服（用f0.2表示， 定义为试件卸载后其残余应变
4
1.1.1、钢材的强度指标和塑性指标
陕铁院
建工系 单向均匀受拉时的工作特性
试验一般都是在标准条件下进行，即：试件的尺寸符合 国家标准，表面光滑，没有孔洞、刻槽等缺陷；荷载分级逐 次增加，直到试件破坏；室温为20℃左右。
在常温静载情况下，Q235钢材标准试件（图2.1）受单 向拉伸试验时的应力-应变曲线如图2.2。
➢ 1.1 钢材的主要性能分析 ➢ 1.2 钢材性能的影响因素分析 ➢ 1.3 建筑用钢的分类与选用 ➢ 1.4 钢材的检验及验收
3
陕铁院 1.1、钢材的主要性能分析
建工系
钢材的性能主要有：力学性能、加工性能和抗侵蚀等 性能。
因此，必须了解钢材的强度、塑性、冷弯、韧性、可 焊性以及影响钢材性能变化的各种因素，才能根据钢结构 所受的荷载、工作环境，选择符合要求的钢材。
15
陕铁院 建工系
5)、钢构件的两种破坏形式
1)塑性破坏——构件破坏前有明显的变形或破坏前兆，塑 性破坏容易被发现而采取补救措施,可避免造成严重后果。
a
d
aα=180°
d+2.1a
图2.5 冷弯试验
13
陕铁院 建工系
2）冲击韧性
冲击韧性是衡量钢材强度、塑性
及材质的一项综合指标。钢材的韧
性与轧制方法、环境温度有关。冲
击韧性由冲击试验测定。
冲击韧性：α k
A(Nk •m/cm2) A
式中： A—K 试验机的冲击功（N•m)； A—缺口处净截面面积(cm2)。