第二章钢结构材料
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3 第二章钢结构材料
0.58 fy
fvy
(2 6)
22
2.2 钢结构对材料性能的要求
1.较高的抗拉强度fu和屈服点fy 2.较好的塑性：主要采用伸长率表达
3.良好的冲击韧性
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。
第二章钢结构材料
作为屈服点
—‘条件屈服点’
0.2%
εp
第二章钢结构材料
8
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%
1)fy与fp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。
第二章钢结构材料
9
（2）钢材在静载作用下：
2.以主应力表示
zs
1 2
(
1
2
)2
( 2
3 )2
( 3 1)2
fy
(2 2)
f zs
y
材料处于弹性状态
f zs
y
材料处于塑性状态
第二章钢结构材料
19
需折算应力的典型情况
图示简支梁1-1截面腹板与翼缘交界A点的应力
PP 1 A
1
XA
x y
Y
V
M
1-1
M
zs
2 x
2 y
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。
fu fu-fy
fy
第二章钢结构材O 料0.15%
22%
10
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）当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变形 能时，钢材即由弹性转入塑性。
第二章钢结构材料
17
Z
o X
z
zx
zy yz
xz
y
x
xy yx
Y
单元体受复杂应力
（应力分量）
1 3
2
2 1
3
单元体受主应力
第二章钢结构材料
18
1.以应力分量表示
zs x2 y2 z2 ( x y y z z x ) 3 ( xy2 yz2 zx2 ) fy (2 1)
标准试件：lo/d=5、10；lo-标距； d --直径
Lo
d
第二章钢结构材料
3
单击图片播放
第二章钢结构材料
4
2.阶段划分
A.有屈服点钢材σ--ε曲线可以分为五个阶段：
(1)弹性阶段(OB段)
OA段材料处于纯弹性，
即:
E
B
A CD
AB段有一定的 非弹性变形, 但
u
y
A
整个OB段卸载
时，ε=0；
O
E=206×103N/第二章钢结构材料 mm2
E F
E
5
（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)
（3）塑性阶段（CD)
该段σ基本
保持不变（水
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
第二章钢结构材料
（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。
第二章钢结构材料
11
（3）伸长率
Lo
N
N
d
L
l l0 100%
N
(2 1)
N
l0
d
当l0/d=5时，用δ5表示，当l0/d=10时，用δ10表示。
它是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。
A1Leabharlann Baidu
（4）断面收缩率 A0 A1 100% (2 2)
27
5.良好的可焊性
主要取决于钢材的成分，尤其是碳和其它杂质 的含量，可通过试验评定。
第二章钢结构材料
28
2.3 影响钢材性能的主要因素
钢材受拉产生塑性变形，反向受压加载时屈 服强度降低。
第二章钢结构材料
三、低周疲劳 钢材反复应力高于屈服强度，次数不多的情况下
出现突然断裂，如地震作用下破坏-残余应变积累破坏。
第二章钢结构材料
2.1.4 复杂应力作用下钢材的性能
假定：
１）材料由弹性转入塑性的强度指标用变形时单位体 积中积聚的能量来表达；
23
(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
第二章钢结构材料
24
单击图片播放
冲击韧性试验装置
第二章钢结构材料
25
4.合格的冷弯性能
d
衡量钢材塑 性性能和质 量优劣的综 合指标。
第二章钢结构材料
a
d+2.1a
26
单击图片播放
第二章钢结构材料
A0
A0
第二章钢结构材料
12
（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
y3
第二章钢结构材料
(2 3)
G 79 1
13
2.1.2 钢材的破坏形式 一、塑性破坏
E
E
F
6
（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
B
F
A CD
u y A
O 第二章钢结构材料
E
7
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% 时所对应的应力
fu fy=f0.2
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。
第二章钢结构材料
2.1.3 反复荷载作用下钢材的性能 一、高周疲劳破坏
应力低于屈服强度，达到一定次数后突然 破坏，简称疲劳破坏。2.4专门介绍。 二、包幸格效应
第二章
第二章钢结构材料
1
本章提要
1.钢材的工作性能
2.钢结构对材料性能的要求 3.影响钢材性能的主要因素
4.钢材疲劳的概念和计算方法
5.结构用钢材的种类和规格
第二章钢结构材料
2
2.1 钢材的工作性能
2.1.1 静力单向拉伸时的性能 1.工作条件 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%。
x
y
3 xy2
fy
第二章钢结构材料
20
一般的梁，只存在正应力和剪应力，则：
q 2
A
x
X
A
2 Y
V
2-2
M
zs
x2
3
2 xy
fy
第二章钢结构材料
21
3-3 截面仅有剪力，弯矩、局部压力均为零，故该 截面除剪应力外，正应力均为零，即为纯剪状态。
PP
3
X
A
3
Y
V
3-3 M
M
zs
3
fy fy
0.58 fy
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2.2 钢结构对材料性能的要求
1.较高的抗拉强度fu和屈服点fy 2.较好的塑性：主要采用伸长率表达
3.良好的冲击韧性
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。
第二章钢结构材料
作为屈服点
—‘条件屈服点’
0.2%
εp
第二章钢结构材料
8
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%
1)fy与fp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。
第二章钢结构材料
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（2）钢材在静载作用下：
2.以主应力表示
zs
1 2
(
1
2
)2
( 2
3 )2
( 3 1)2
fy
(2 2)
f zs
y
材料处于弹性状态
f zs
y
材料处于塑性状态
第二章钢结构材料
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需折算应力的典型情况
图示简支梁1-1截面腹板与翼缘交界A点的应力
PP 1 A
1
XA
x y
Y
V
M
1-1
M
zs
2 x
2 y
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。
fu fu-fy
fy
第二章钢结构材O 料0.15%
22%
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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）当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变形 能时，钢材即由弹性转入塑性。
第二章钢结构材料
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Z
o X
z
zx
zy yz
xz
y
x
xy yx
Y
单元体受复杂应力
（应力分量）
1 3
2
2 1
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单元体受主应力
第二章钢结构材料
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1.以应力分量表示
zs x2 y2 z2 ( x y y z z x ) 3 ( xy2 yz2 zx2 ) fy (2 1)
标准试件：lo/d=5、10；lo-标距； d --直径
Lo
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第二章钢结构材料
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第二章钢结构材料
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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：
(1)弹性阶段(OB段)
OA段材料处于纯弹性，
即:
E
B
A CD
AB段有一定的 非弹性变形, 但
u
y
A
整个OB段卸载
时，ε=0；
O
E=206×103N/第二章钢结构材料 mm2
E F
E
5
（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)
（3）塑性阶段（CD)
该段σ基本
保持不变（水
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
第二章钢结构材料
（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。
第二章钢结构材料
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（3）伸长率
Lo
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N
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N
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当l0/d=5时，用δ5表示，当l0/d=10时，用δ10表示。
它是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。
A1Leabharlann Baidu
（4）断面收缩率 A0 A1 100% (2 2)
27
5.良好的可焊性
主要取决于钢材的成分，尤其是碳和其它杂质 的含量，可通过试验评定。
第二章钢结构材料
28
2.3 影响钢材性能的主要因素
钢材受拉产生塑性变形，反向受压加载时屈 服强度降低。
第二章钢结构材料
三、低周疲劳 钢材反复应力高于屈服强度，次数不多的情况下
出现突然断裂，如地震作用下破坏-残余应变积累破坏。
第二章钢结构材料
2.1.4 复杂应力作用下钢材的性能
假定：
１）材料由弹性转入塑性的强度指标用变形时单位体 积中积聚的能量来表达；
23
(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
第二章钢结构材料
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冲击韧性试验装置
第二章钢结构材料
25
4.合格的冷弯性能
d
衡量钢材塑 性性能和质 量优劣的综 合指标。
第二章钢结构材料
a
d+2.1a
26
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第二章钢结构材料
A0
A0
第二章钢结构材料
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（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
y3
第二章钢结构材料
(2 3)
G 79 1
13
2.1.2 钢材的破坏形式 一、塑性破坏
E
E
F
6
（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
B
F
A CD
u y A
O 第二章钢结构材料
E
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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% 时所对应的应力
fu fy=f0.2
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。
第二章钢结构材料
2.1.3 反复荷载作用下钢材的性能 一、高周疲劳破坏
应力低于屈服强度，达到一定次数后突然 破坏，简称疲劳破坏。2.4专门介绍。 二、包幸格效应
第二章
第二章钢结构材料
1
本章提要
1.钢材的工作性能
2.钢结构对材料性能的要求 3.影响钢材性能的主要因素
4.钢材疲劳的概念和计算方法
5.结构用钢材的种类和规格
第二章钢结构材料
2
2.1 钢材的工作性能
2.1.1 静力单向拉伸时的性能 1.工作条件 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%。
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3 xy2
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第二章钢结构材料
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一般的梁，只存在正应力和剪应力，则：
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2-2
M
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3-3 截面仅有剪力，弯矩、局部压力均为零，故该 截面除剪应力外，正应力均为零，即为纯剪状态。
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