钢结构第二章第1讲(1)

su sy sA
B
A CD
O
E
F
e
s Ee
B.对无明显屈服点的钢材
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% εp
e
无屈服点钢材的应力-应变曲线
突然发生的， 危险性大，应 尽量避免。
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
影响钢材力学性能的主要因素
I:\dayin\拉伸试验.flv I:\dayin\冷弯试验.flv
I:\dayin\摆锤式一次冲击试 验.flv
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
可焊性
好的可焊性是指焊接安全、可靠、不发生焊接裂缝，焊接接 头和焊缝的冲击韧性以及热影响区的塑性和力学性能都不低于 母材。
ε0
ε
ε
0.15% 2.5%
简化的应力－应变曲线
冷弯性能
钢材在冷加工（常温下加工） 产生塑性变形时，对发生裂缝 的抵抗能力。
鉴别指标：通过冷弯冲头加压。 当试件弯曲至180°时，检察试件 弯曲部分的外面、里面和侧面， 如果没有裂纹、断裂或分层，即 认为试件冷弯性能合格。
冷弯性能是判别钢材塑性变形能 力和冶金质量的综合指标。
单向拉伸时钢材的力学性能指标
（1）屈服强度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。
（2）抗拉强度fu 应力应变曲线最高点对应的应力，它
是钢材破坏前所能承受的最大应力。
屈强比大好还是小好？
（3）钢材的塑性 当应力超过屈服点后，钢材能产生显著 的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。塑性好坏可
冲击韧性：
带缺口的钢材试件，在冲击试验机上被摆锤击断时所能吸收的
机械能。
Mesnager 试件 Charpy 试件
夏比冲击韧性记为Cv
规范以夏比试件为准
Q235钢 CV=27 J 为合格 , Q345、Q390 、Q420钢 CV=34 J 为合格。
冲击能
CV Pl(cos - cos)
P—摆锤重力 l — 摆长
用伸长率 和断面收缩率表示，通过静力拉伸试验得到。
（4）伸长率δ 试件断裂前的永久变形与原标定长度的百比。
l1 - l0 100%
N
Lo
N
l0
d
l0— 原标距长
N
L
N
l1 —拉断后标距长度
d0 —试件直径
d
试件有两种标距：l0/ d0=5 和 l0/ d0=10 相应的伸长率用δ5
和δ10表示。
(a)弹性阶段(OB段)
s
OA段：纯弹性阶段
E
s=Ee
Aቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ对应的应力：
sp （比例极限）
su
AB段：有一定的非线性
sy
sA
B
A CD
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）
拉伸应力-应变曲线
（b）屈服阶段[弹塑性阶段 塑性变形阶段（塑性流动）] （BCD)
裂。常温及静态荷载作用 色泽发 形持续时间，
下，一般为塑性破坏。破 暗。 便于发现和补
坏时构件有明显的颈缩现
救。
象。
脆性破坏
在破坏前无明显变形，平 平直和 均屈应服力点也）小 ，（没一有般任都何小预于兆。呈有光 局部高峰值应力可能使材 泽的晶 料局部拉断形成裂纹；冲 粒。
击振动荷载；低温状态等
可导致脆性破坏。
e
s Ee
变幅度称为流幅。
第二章 钢结构的材料
（c）自强（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
（d）破坏（颈缩）阶段(EF段 s
)
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。
第二章 钢结构的材料
1、钢结构对材料的要求
●较高的强度——轻质高强（fy, fu的概念） ●足够的变形能力——优良的塑性和韧性） ●良好的加工性能——适应冷热加工、可焊性好 ●胜任恶劣环境的耐久性——适应低温、高温、
化学介质腐蚀、重复荷载等
钢材的主要机械性能
●拉伸性能
●冷弯性能 ●冲击性能 ●可焊性能
实际工程中以伸长率 代表材料断裂前具有的塑性变形能力。
（5）断面收缩率 是指试件拉断后，颈缩区的断面面积
缩小值与原断面面积比值的百分比。


A 0
-
A 1
100%
A0
A1
式中： A0 ——试件原来的断面面积
A0
A1 ——试件拉断后颈缩区的断面面积
断面收缩率越大，钢材的塑性越好。由于在测量试件的断
影响钢材可焊性的因素
钢材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影响。碳含量在 0.12%～0.20%范围内的碳素钢，可焊性最好（如Q235）。碳 含量再高可使焊缝和热影响区变脆。
钢材的破坏形式
特征
断口
后果
构件应力超过屈服点，并 常为杯 在破坏前有很
塑性破坏 且达到抗拉极限强度后， 形，呈 明显的变形，
（延性破坏）构件产生明显的变形并断 纤维状， 并有较长的变
面面积时容易产生较大的误差，因而钢材塑性指标仍然采用 伸长率作为保证要求。
应力应变曲线的简化
曲线简化的依据：
fy
1）钢材在屈服点之前的性质
接近理想的弹性体。
2）屈服点之后的流幅现象又
接近理想的塑性体，并且流幅
的范围（e≈0.15％-2.5％）
已足够用来考虑结构或构件的 塑性变形的发展。 钢材是符合理想中的弹性-塑性材料
低碳钢在常温下的拉伸试验 （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。
Lo
d
标准试件
钢材的应力-应变关系
A. 有屈服点钢材s-e曲线一般可以分为四个阶段：
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。
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）： s u
屈服阶段曲线波动部分
sy
sA
的最低值。
B
A CD
流幅：从屈服阶段的开
O
始到曲线再度上升的应