2-第二章-结构钢材及其性能精品PPT课件
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由于试件破坏时的颈缩部分长度在长试件和短试件中相同，故同一 钢材试验所得的δ5 （短试件的伸长率）比δ10（长试件的伸长率）大。
钢材单调拉伸应力－应变曲线可提供的重要力学性能指标：
屈服点 fy、抗拉强度 fu、伸长率 δ和弹性模量E
✓ 屈服点 fy 是钢结构设计中应力允许达到的最大限值； ✓ 抗拉强度 fu 反映钢材受拉时能承受的极限应力； ✓ 伸长率 δ是衡量钢材断裂前所具有的塑性变形能力的指标，其相应伸长 率分别用 δ5 或 δ10 表示； ✓ 弹性模量E是变形计算和超静定结构内力分析时必需的钢材性能指标。
§2-2 结构钢材的力学性能
一、单向应力状态下的静力力学性能指标 1、屈服点 fy
钢材的强度承载力是以屈服点为极限的，屈服点 fy 称为钢材的抗拉 （抗压和抗弯）强度标准值，强度设计值 f = fy / γR. ✓ 选择屈服点作为结构钢材静力强度承载力极限的依据有哪些？ • 屈服点是钢材开始塑性工作的特征点； • 从屈服到钢材破坏，整个塑性工作区域比弹性工作区域约大200倍，且 抗拉强度和屈服点之比（强屈比）fu / fy =1.3~1.8, 是钢结构的极大后备强 度，使钢结构不会发生真正的塑性破坏，安全可靠。
第2章 结构钢材及其性能
§2-1 结构钢材一次拉伸时的力学性能 §2-2 结构钢材的力学性能指标 §2-3 结构钢材的脆性破坏 §2-4 钢材种类和规格
§2-1 结构钢材一次拉伸时的力学性能
一、我国目前建筑钢结构中的常用钢材： 1、碳素结构钢 — Q235钢； 2、低合金高强度结构钢— Q345、Q390和Q420钢； 二、结构钢材的标准静力拉伸试验方法
冷弯试验
试验时，按材料的原有厚度经表面加工成板条状。根据试件的厚度a，
按规定的弯心直径d，在压力机上通过冷弯冲头加压，将试件弯曲180°，检 查试件弯曲处的外表和侧面，以不开裂、不起层为合格。
弯心直径d的规定：
Q235钢
d=1.5a；
Q345钢、Q390钢和Q420钢，d=2a；
二、多轴应力状态下钢材的屈服条件 多轴应力状态下，对于接近理想弹性—塑性体的结构钢材，最适合采
应力应变呈上升的非线性关系，当应力达到最高点时，试件某一截面发生颈 缩现象，承载能力下降，最终试件发生断裂破坏。弹性应变恢复，残余的塑性应 变可达20%~30%。
三、 σ—ε关系曲线（续）
1、A点为比例极限 fp，通常 以比例极限作为弹性阶段的 终点；钢材的弹性模量记为E， E=tanα=σ/ε。
用材料力学中的能量强度理论来确定钢材在多轴应力状态下的屈服条件。
能量强度理论 1、材料由弹性状态转入塑性状态时，材料的综合强度指标采用变形时单 位体积中积聚的能量来表达； 2、当复杂应力状态下的变形能等于单轴受力时的变形能时，钢材即由弹 性状态转入塑性状态，但材料的体积不变。
1、 eq
2 1
2 2
一、单向应力状态下的静力力学性能指标
2、抗拉强度 fu 抗拉强度 fu 是衡量钢材抵抗拉断的性能指标，直接反映钢材内部组织
的优劣，是钢结构的强度储备。
注：1、为保证钢材具有足够的安全储备，要求强屈比（ fu / fy ）不低于1.2~1.3； 2、屈强比越大，强度储备越小，结构不够安全。
3、伸长率δ 伸长率是衡量钢材塑性性能的指标。它反映钢材产生巨大变形时，抵
2、C点为下屈服点，较为稳 定，记为钢材的屈服强度 fy。 3、B点为钢材的抗拉强度 fu。
钢材的应变可达2%~3%,结构或构 件不适于继续承受荷载。
《规范》以钢材的屈服点 f y 作为强度承载力极限。
四、理想弹塑性体 五、塑性破坏
钢材的塑性破坏特征：破坏前出现极易被人们察觉的变形，破坏后 保留很大的残余变形，破坏延续时间较长，非突发性。
抗断裂的能力。 4、弹性模量E
弹性模量是变形计算和超静定结构内力分析时必需的钢材性能指标。 常取 E=2.06105N/mm2。
3、伸长率δ （续） 原标距间长度的伸长值与原标距比值的百分率。
l1 l0 100%
l0
式中：l0——试件原标距长度； l1 ——试件拉断后标距间的长度。 d0——试件标距长度内的直径；
2 3
(1 2 2 3 31)
fy
2、 eq
1 2
(1
2
)
2
( 2
3 )2 ( 3 1)2
fy
3、 eq
2 x
2 y
2 z
( x y
Hale Waihona Puke Baiduy z
z
x
)
3(
2 xy
2 yz
2 zx
)
fy
说明：钢材处于三向应力状态时，以折算应力达到屈服点作为强度极限状 态，即折算应力σeq ≥ fy 时，钢材进入塑性阶段。
可完全恢复，应力应变符合胡克定律。 2、弹塑性阶段（AC阶段）
应力应变成非线性关系。应力增加时，增加的应变包括弹性应变和塑性应 变两部分。此阶段卸荷，弹性应变立即恢复，塑性应变不能恢复。 3、塑性阶段（CF阶段）
应力应变关系成水平线段，通常称为屈服平台（亦即塑性流动阶段），钢 材表现出完全塑性，此阶段终了的应变可达2%~3%。 4、强化阶段（FB阶段）
按照GB228-87的规定将钢材加工制成标准试件，在20℃的室温条 件下，在拉伸试验机上进行一次 静力拉伸试验，将试件拉断，得到 应力应变σ—ε关系曲线， 此曲线可 显示结构钢材一次拉伸时的工作性能， 进而获得钢材的力学性能。
三、 σ—ε关系曲线
1、弹性阶段（OA阶段） 此阶段钢材的变形很小，卸荷后变形
一、单向应力状态下的静力力学性能指标
5、冷弯180° 冷弯180°试验是严格表示钢材塑性变形能力的综合指标，直接反映材
质的优劣。 6、Z向收缩率
钢板厚度较大时，非金属夹杂缺陷越多，焊缝越厚，焊接应力和变形 越大。Z向钢是在某一级结构钢（称为母级钢）的基础上，经过特殊冶炼、 处理的钢材，含硫量为一般钢材的1/5以下，截面收缩率在15%以上。我国 生产的Z向钢板的标志是在母级钢钢号后面加上Z向钢板等级标志Z15、Z25 和Z30，Z字后面的数字为截面收缩率的指标（%）。
eq
1 2
(
1
2
)2
( 2
3 )2
( 3
1)2
fy
1、当σ1、σ2、σ3为同号应力且数值接近时，根据折算应力σeq 和 fy 的关
钢材单调拉伸应力－应变曲线可提供的重要力学性能指标：
屈服点 fy、抗拉强度 fu、伸长率 δ和弹性模量E
✓ 屈服点 fy 是钢结构设计中应力允许达到的最大限值； ✓ 抗拉强度 fu 反映钢材受拉时能承受的极限应力； ✓ 伸长率 δ是衡量钢材断裂前所具有的塑性变形能力的指标，其相应伸长 率分别用 δ5 或 δ10 表示； ✓ 弹性模量E是变形计算和超静定结构内力分析时必需的钢材性能指标。
§2-2 结构钢材的力学性能
一、单向应力状态下的静力力学性能指标 1、屈服点 fy
钢材的强度承载力是以屈服点为极限的，屈服点 fy 称为钢材的抗拉 （抗压和抗弯）强度标准值，强度设计值 f = fy / γR. ✓ 选择屈服点作为结构钢材静力强度承载力极限的依据有哪些？ • 屈服点是钢材开始塑性工作的特征点； • 从屈服到钢材破坏，整个塑性工作区域比弹性工作区域约大200倍，且 抗拉强度和屈服点之比（强屈比）fu / fy =1.3~1.8, 是钢结构的极大后备强 度，使钢结构不会发生真正的塑性破坏，安全可靠。
第2章 结构钢材及其性能
§2-1 结构钢材一次拉伸时的力学性能 §2-2 结构钢材的力学性能指标 §2-3 结构钢材的脆性破坏 §2-4 钢材种类和规格
§2-1 结构钢材一次拉伸时的力学性能
一、我国目前建筑钢结构中的常用钢材： 1、碳素结构钢 — Q235钢； 2、低合金高强度结构钢— Q345、Q390和Q420钢； 二、结构钢材的标准静力拉伸试验方法
冷弯试验
试验时，按材料的原有厚度经表面加工成板条状。根据试件的厚度a，
按规定的弯心直径d，在压力机上通过冷弯冲头加压，将试件弯曲180°，检 查试件弯曲处的外表和侧面，以不开裂、不起层为合格。
弯心直径d的规定：
Q235钢
d=1.5a；
Q345钢、Q390钢和Q420钢，d=2a；
二、多轴应力状态下钢材的屈服条件 多轴应力状态下，对于接近理想弹性—塑性体的结构钢材，最适合采
应力应变呈上升的非线性关系，当应力达到最高点时，试件某一截面发生颈 缩现象，承载能力下降，最终试件发生断裂破坏。弹性应变恢复，残余的塑性应 变可达20%~30%。
三、 σ—ε关系曲线（续）
1、A点为比例极限 fp，通常 以比例极限作为弹性阶段的 终点；钢材的弹性模量记为E， E=tanα=σ/ε。
用材料力学中的能量强度理论来确定钢材在多轴应力状态下的屈服条件。
能量强度理论 1、材料由弹性状态转入塑性状态时，材料的综合强度指标采用变形时单 位体积中积聚的能量来表达； 2、当复杂应力状态下的变形能等于单轴受力时的变形能时，钢材即由弹 性状态转入塑性状态，但材料的体积不变。
1、 eq
2 1
2 2
一、单向应力状态下的静力力学性能指标
2、抗拉强度 fu 抗拉强度 fu 是衡量钢材抵抗拉断的性能指标，直接反映钢材内部组织
的优劣，是钢结构的强度储备。
注：1、为保证钢材具有足够的安全储备，要求强屈比（ fu / fy ）不低于1.2~1.3； 2、屈强比越大，强度储备越小，结构不够安全。
3、伸长率δ 伸长率是衡量钢材塑性性能的指标。它反映钢材产生巨大变形时，抵
2、C点为下屈服点，较为稳 定，记为钢材的屈服强度 fy。 3、B点为钢材的抗拉强度 fu。
钢材的应变可达2%~3%,结构或构 件不适于继续承受荷载。
《规范》以钢材的屈服点 f y 作为强度承载力极限。
四、理想弹塑性体 五、塑性破坏
钢材的塑性破坏特征：破坏前出现极易被人们察觉的变形，破坏后 保留很大的残余变形，破坏延续时间较长，非突发性。
抗断裂的能力。 4、弹性模量E
弹性模量是变形计算和超静定结构内力分析时必需的钢材性能指标。 常取 E=2.06105N/mm2。
3、伸长率δ （续） 原标距间长度的伸长值与原标距比值的百分率。
l1 l0 100%
l0
式中：l0——试件原标距长度； l1 ——试件拉断后标距间的长度。 d0——试件标距长度内的直径；
2 3
(1 2 2 3 31)
fy
2、 eq
1 2
(1
2
)
2
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3、 eq
2 x
2 y
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( x y
Hale Waihona Puke Baiduy z
z
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2 yz
2 zx
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fy
说明：钢材处于三向应力状态时，以折算应力达到屈服点作为强度极限状 态，即折算应力σeq ≥ fy 时，钢材进入塑性阶段。
可完全恢复，应力应变符合胡克定律。 2、弹塑性阶段（AC阶段）
应力应变成非线性关系。应力增加时，增加的应变包括弹性应变和塑性应 变两部分。此阶段卸荷，弹性应变立即恢复，塑性应变不能恢复。 3、塑性阶段（CF阶段）
应力应变关系成水平线段，通常称为屈服平台（亦即塑性流动阶段），钢 材表现出完全塑性，此阶段终了的应变可达2%~3%。 4、强化阶段（FB阶段）
按照GB228-87的规定将钢材加工制成标准试件，在20℃的室温条 件下，在拉伸试验机上进行一次 静力拉伸试验，将试件拉断，得到 应力应变σ—ε关系曲线， 此曲线可 显示结构钢材一次拉伸时的工作性能， 进而获得钢材的力学性能。
三、 σ—ε关系曲线
1、弹性阶段（OA阶段） 此阶段钢材的变形很小，卸荷后变形
一、单向应力状态下的静力力学性能指标
5、冷弯180° 冷弯180°试验是严格表示钢材塑性变形能力的综合指标，直接反映材
质的优劣。 6、Z向收缩率
钢板厚度较大时，非金属夹杂缺陷越多，焊缝越厚，焊接应力和变形 越大。Z向钢是在某一级结构钢（称为母级钢）的基础上，经过特殊冶炼、 处理的钢材，含硫量为一般钢材的1/5以下，截面收缩率在15%以上。我国 生产的Z向钢板的标志是在母级钢钢号后面加上Z向钢板等级标志Z15、Z25 和Z30，Z字后面的数字为截面收缩率的指标（%）。
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)2
( 2
3 )2
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1、当σ1、σ2、σ3为同号应力且数值接近时，根据折算应力σeq 和 fy 的关