第六章 钢结构 Steel Structure资料

变形并断裂。
和补救。
脆性破坏
在破坏前无明显 变形，平均应力 也小（一般都小 于屈服点），没 有任何预兆。
平直和呈有光泽 的晶粒。
突然发生的，危 险性大，应尽量 避免。
一、 钢结构的材料
Material of Steel Structure
3.2 单向拉伸时的工作性能
（1）试验条件
（a）试件的尺寸要符合国家标准，表面光滑，没有孔洞、刻槽 等缺陷。试件的标定长度取其直径的5或10倍。 （b）荷载要分级逐次增加，直到试件破坏。 （c）试验温度要控制在室温20℃左右。
（c）强化阶段(DE段)
随荷载的增加σ缓慢增大,但ε增加较快
抗拉强度（极限强度）fu 试件所能承受的最大拉应力
Байду номын сангаас
s
（d）颈缩阶段(EF段)
截面出现了横向收 缩，截面面积开始 显著缩小，塑性变 形迅速增大，应力 不断降低，变形却 延续发展，直至F点 试件断裂。
su sy sA
B
A CD
O
E
F
e
s Ee
氧化，在高温下使铁液变为钢液。（生产周期短，效率高，质量好，成 本低，已经成为国内外发展最快的炼钢方法。）
平炉钢是利用煤气和其它燃料供应热能，把废钢、生铁熔液或 铸铁块和不同的合金元素等冶炼成各种用途的钢。（生产周期长，效率 低，成本高，现已逐步被转炉钢所取代。）
电炉钢是利用电热原理，在电弧炉内冶炼。（质量好，但耗电 量大，成本高，一般只用来冶炼特种用途的钢材。）
εp
e
无屈服点钢材的应力-应变曲线
一、 钢结构的材料
Material of Steel Structure
3.3 单向拉伸时钢材的机械性能指标
（1）屈服点fy 应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应
力（取屈服阶段波动部分的应力最低值），它是衡量钢材的 承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。
一、钢结构的材料
Material of Steel Structure
（2） 浇 注
浇注是指把熔炼好的钢液做成钢锭或钢坯。 用连续铸造法生产钢坯的工艺和设备，由于机械化、自动化 程度高的优势，已经逐渐取代了笨重而复杂的铸锭工艺和设备。
（3）脱 氧
钢液中残留的氧，将使钢材晶粒粗细不均匀并发生热脆，降 低钢材的力学性能。
Lo
d
标准试件
一、 钢结构的材料
（2）钢材的应力-应变关系
Material of Steel Structure
A. 有屈服点钢材s---e曲线可以分为四个阶段：
(a)弹性阶段(OB段)
s
OA段：纯弹性阶段
E
s=Ee A点对应的应力： sp （比例极限）
B
A CD
AB段：有一定的塑性 s u s y s A
塑性变形：卸载后试件
s
不能完全恢复原来的长
度。不能恢复的这一部
E
分变形称为塑性变形。
屈服点（屈服强度）：
屈服阶段曲线波动部分 的最低值。
su
sy
sA
流幅：从屈服阶段的开
B
A CD
始到曲线再度上升的应
O
变幅度称为流幅。
e
s Ee
一、 钢结构的材料
Material of Steel Structure
1、钢结构对材料的要求 （1） 较高的抗拉强度fu和屈服点fy
（2） 塑性、冲击韧性好 （3） 冷加工性能好 （4） 可焊性好 （5） 耐久性好
一、钢结构的材料
Material of Steel Structure
2、钢材的生产
钢材的生产大致分为炼铁、炼钢和轧制三道工序。
（1）炼 钢
炼钢炉有三种形式：转炉、平炉和电炉。 转炉钢是利用高压空气或氧气使炉内生铁熔液的碳和其它杂物
（4）加工（热加工、冷加工和热处理 ） 热加工
指将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状， 生产出各种厚度的钢板和型钢。（热加工的开轧和锻 压温度控制在1150-1300℃ ）
冷加工
指在常温下对钢材进行加工。（冷作硬化现象）
热处理
指通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢材的组 织结构发生变化，以获得所需性能的加工工艺。（退火、 正火、淬火和回火）
第六章 钢结构
Steel Structure
Part1
钢结构材料及选用原则
钢结构的特点
1、强度高、重量轻 2、材质均匀，塑性、韧性好 3、良好的加工性能和焊接性能 4、密封性能好 5、可重复性使用性 6、耐热性较好，耐火性差 7、耐腐蚀性差 8、低温冷脆倾向
一、钢结构材料
Material of Steel Structure
变形, 但整个
OB段卸载时, e=0
O
e
s Ee
B点对应的应力：
se （弹性极限）
单调拉伸应力-应变曲线
一、钢结构的材料
Material of Steel Structure
（b）屈服阶段（BCD)
特点：应力与应变不再成正比关系，应变增加很快，应力-应变曲线呈锯齿形波动， 出现应力不增加而应变仍然在继续发展。
镇静钢
采用锰加硅做脱氧剂，脱氧较完全，由于硅在还原的过程中 会产生热量，使钢液冷却缓慢，让气体充分逸出，钢的质量好， 但成本高。
半镇静钢
脱氧程度和钢材质量介于上述二者之间。
特殊镇静钢
在锰和硅脱氧后，再用铝补充脱氧，其脱氧程度高于镇静钢。
一 钢结构的材料
Material of Steel Structure
按照钢液在炼钢炉中进行脱氧的方法和程度不同，碳素结构钢 可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。
一、 钢结构的材料
Material of Steel Structure
沸腾钢
采用的脱氧剂为脱氧能力较弱的锰，因此脱氧不完全，且浇 注时会有气体逸出，出现钢液的沸腾现象，由于沸腾钢在铸模中 冷却很快，气体逸出不完全，凝固后的钢材中留有较多的杂质和 气体，钢的质量较差。
一、 钢结构的材料
Material of Steel Structure
3、钢材的主要性能
3.1 钢材的破坏形式
特 征断 口后 果
塑性破坏
（延性破坏）
构件应力超过屈 常为杯形，呈纤 在破坏前有很明
服点，并且达到 维状，色泽发暗。显的变形，并有
抗拉极限强度后，
较长的变形持续
构件产生明显的
时间，便于发现
B.对无明显屈服点的钢材
一、 钢结构的材料
Material of Steel Structure
设计时以卸载后试件中残余应变为0.2％所对应的应力 作为屈服点 ——“条件屈服点”或“名义屈服点”
没有明显屈服点的钢 材在拉伸过程中没有 屈服阶段，塑性变形 小，破坏突然。
s
fu fy=f0.2
0.2%