sap2000钢结构的材料

(a)梅氏U型缺口 (b)夏比V型缺口
由试件断裂吸收的能量 Cv来衡钢材的冲击韧性，
单位：J。Cv受温度的影响
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冲击韧性试验装置
小节
钢材的机械性能指标
1、屈服点 fy； 2、伸长率δ； 3、抗拉强度 fu； 4、冷弯试验； 5、冲击韧性 Cv
(包括常温冲击韧性、 0度时冲击韧性 负温冲击韧性）。
7.氧（O）：有害杂质，与 S相似。 8.氮（N）：有害杂质，与 P相似。 9.铜（Cu）：提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有
影响。
二．冶金缺陷 常见的冶金缺陷有： 偏析：化学成分分布的不均匀程度； 非金属夹杂； 气孔； 裂纹等。
三、钢材的硬化
冷作硬化 ——当荷载超过材料比例极限卸载后，出现 残余变形，再次加载则比例极限（或屈服点）提高的 现象，也称“ 应变硬化”。 时效硬化 ——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体 中析出，使 材料硬化的现象 。 应变时效 ——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更 易析出。即冷作硬化的同时可以加速时效硬化，因此 也称“人工时效”。
N
N
d
L
? ? l ? l0 ? 100%
N
(2 ? 1)
N
l0
d
当l0/d=5时，用δ 5表示，当 l0/d=10 时，用δ 10表示。
它是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。
A1
（4）断面收缩率 ? ? A0 ? A1 ? 100% (2 ? 2)
A0
A0
（二）受压时的性能 采用短试件 l0/d=3, 屈服点同单向拉伸时的屈服点。
（三）受弯时的性能 同单向拉伸时的性能，屈服点也相差不多。
（四）受剪时的性能
抗剪强度可由折算应力计算公式得到：
fv?
f y
y
3
(2 ? 3)
G ? 79? 103 N mm2
二、冷弯性能
d
衡量钢材塑 性性能和质 量优劣的综 合指标。
a d+2.1a
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三、冲击韧性
衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应 力作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸 收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。
四、温度影响
N/mm 2 800
600 fu
E
400 δ
200 fy
0
200
400
温度对钢材机械性能的影响
1．正温范围
δ% Ex103
80 220
210 60
200
40
190
180 20
170
160 600 T(0C)
200℃以内对 钢材性能无大 影响，该范围 内随温度升高 总的趋势是强 度、弹性模量 降低，塑性增 大。
(1)弹性阶段 (OB 段)
OA段材料处于纯弹性，?
即:
E
? ? E?
B
A CD
AB段有一定的 塑性变形, 但
?u ?y
?A
整个OB段卸载
时，ε=0；
O
E=206 ×103N/
?
? ? E?
mm2
（2）弹塑性阶段（ BC)
该段很短,表现出钢材的非弹性性质 ;
σB—屈服上限 ; σC—屈服下限 (屈服点)
§2.3 钢材的主要性能
一、受拉、受压、受弯及受剪时的性能 （一）一次拉伸时的性能
1.条件： 标准试件（ GB228—63），常温（ 20℃） 下缓慢加载，一次完成。含碳量为 0.1%－0.3%。
标准试件： lo/d=5、10；lo-标距； d --直径
Lo
d
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2.阶段划分 A.有屈服点钢材σ --ε曲线可以分为 五个阶段：
250℃左右抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性 增加—兰脆现象，该温度区段称为“ 兰脆区”。
260～320℃产生徐变现象。
?
fu
fu-fy
fy
O 0.15%
22%
?
4.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，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，它是钢材最大的抗拉强度。
（3）伸长率
Lo
? ? E?
B.对无明显屈服点的钢材
该种钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变 形小，破坏突然。
?
设计时取相当于 残余变形为 0.2%
fu fy=f0.2
时所对应的应力
作为屈服点 —
பைடு நூலகம்‘条
0.2%
?
件屈服点'
εp
3.应力应变曲线的简化 （1）钢材可以简化为 理想弹塑性体
fy
ε0 ε ε
0.15% 2.5%-3%
§2.4 各种因素对钢材性能的影响
一、化学成分 普通碳素钢中 Fe占99%，其他杂质元素占 1%；
普通低合金钢中合金元素＜ 5%。 1. 碳（C）：钢材强度的主要来源， 随其含量增加，强 度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低 。 一 般控制在0.22%以下， 在0.2％以下时，可焊性良好。
2.硫（S）：有害元素，热脆性。不得超过 0.05%。 3.磷（P）：有害元素，冷脆性。抗腐蚀能力略有提高， 可焊性降低。不得超过 0.045%。 4.锰（ Mn）：合金元素。弱脱氧剂。与 S形成 MnS ， 熔点1600℃，可以消除一部分 S的有害作用。 5.硅（Si）：合金元素。强脱氧剂。 6.钒（ V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳 化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。
（3）塑性阶段（ CD) ?
该段σ基本
保持不变（水
E
平), ε急剧
B
增大,称为屈
A CD
服台阶或流 幅段,变形模
?u ?y ?A
量E=0
O
?
? ? E?
（4）强化阶段 (DE段) 随荷载的增加σ缓慢增大 ,但ε增加较快
（5）颈缩阶段 (EF段)
极限抗拉强度 fu ?
E
?u ?y ?A
B
A CD
O
?
1)fy与fb相差很小； 2)超过 fy到屈服台阶终
止的变形约为 2.5%-3%，足以满足考虑结 构的塑性变形发展的 要求。
（2）钢材在静载作用下：
强度计算以 fy为依据;fu为结构的安全储备。
（3）断裂时变形约为弹性变形的 200倍，在破坏前
产生明显可见的塑性 变形， 可及时补救， 故几乎不可能发生。
§2.1 钢结构对材料的要求
1.较高的抗拉强度fu和屈服点fy； 2.较好的塑性、韧性； 3.良好的工艺性能（冷、热加工，可焊性）； 4.对环境的良好适应性。
§2.2 钢材的破坏形式
一、塑性破坏 破坏前有明显的塑性变形，破坏过程长，
断口发暗，可以采取补救措施。 二、脆性破坏
坏前没有明显的变形和征兆，破坏时的变形 远比材料应有的变形能力小，破坏突然，断口 平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。