第二章钢结构的材料

第二章 钢结构的材料
§2.1 建筑钢材的两种主要破坏形式
塑性破坏——破坏前有明显的变形，破坏历时时间长，断口发暗，可以采取补救
措施。

脆性破坏——破坏前没有明显的变形和征兆，破坏时产生的变形远比材料应有的
变形能力小，破坏发生突然，断口平齐、发亮，无机会补救。

1972年廊坊因一个杆脆断屋架倒塌 1979年吉林煤气罐大爆炸（12月中旬） 1995年南朝鲜大桥倒塌 1999年四川綦江大桥倒塌
原因：钢材内部缺陷、焊接缺陷、构造不合理、使用不当等。

原则：在制作和使用过程中，应充分考虑各方面因素，尽量发挥材料的塑性，
避免一切脆性破坏的可能性。

§2.2 建筑钢材单轴应力作用下的工作性能
一．一次拉伸
条件：标准试件（GB228—63），常温（20℃）下缓慢加载，一次完成。

含碳量为1%～3%。

标准试件d l /0=5，10；0l ——标距；d ——直径。

P 2．弹塑性段（y p f f −→−）
：呈非线性； 3．塑性段（y f 波动段，下屈服点稳定）：水平段； 4．强化段
从拉伸曲线可以得到以下指标：
1）屈服点 f y ——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 f u ——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。

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。

塑性好坏可用断面收缩率ψ和伸长率δ表示，通过静力拉伸试验得到。

伸长率δ——试件断裂前的永久变形与原标定长度的百比。

%l l l δ1000
1⨯-=
l 0
— 原标距长；l 1
—拉断后标距长度；d 0
—试件直径。

试件有两种标距：l 0
/ d 0
=5 和 l 0
/ d 0
=10 相应的伸长率用δ5
和δ10
表示。

断面收缩率ψ——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。

01
100%A A A ψ-=
⨯ A 0 ——试件原来的断面面积；A 1 ——试件拉断后颈缩区的断面面积。

断面收缩率ψ越大，钢材的塑性越好。

由于在测量试件的断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。

4）理想弹塑性模型
1050
0,εεε>∴-=
l l l
通过对曲线的分析，假定钢材为理想的弹性塑性体。

因为： 1. 计算简便； 2. y f 与P f 相差不大
3. 虽然u f ＞＞y f ，但对应u f 的应变非常大（第二极限状态不满足）；
4. 以y f 作为设计强度的依据，具有较大的强度储备，出现偶然因素，使人们有机会补救。

u y /f f ——屈强比。

Q235为0.57，Q345为0.67
二．冷弯性能
冷弯性能是描述钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力。

冷弯试验——常温下弯曲180°(按原有厚度)，检查外表面，不能有裂纹、起
0.15%0.25%
ε
y
f σ
层（或分层）。

这是衡量材料塑性及均匀程度的更加严格的要求。

注：B为式样宽度，a为钢材厚度（直径）
三．冲击韧性
冲击韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，通过弯曲冲击韧性试验确定，是钢材在受动力荷载时的韧性指标。

1.梅氏（Mesnager）试件与恰贝（Charpy）试件
冲击韧性与试件刻槽（缺口）有关，常用缺口形式为恰贝V型，恰贝钥孔型和梅氏U型，我国国家标准规定：冲击试验缺口采用恰贝V型。

(a)
摆锤
(b)
2. 试验装置及原理
h mg E ∆=∆
3. 符号及单位：kv A ，J
4. 冲击韧性还与试验的温度有关。

低温下，冲击韧性急剧下降，故应测其负温冲击韧性。

我国钢材标准中将试验分为四档，即+20℃, 0℃，-20℃和-40℃时的冲击韧性。

GB/T700－88给出了钢材常温及负温冲击韧性指标。

如Q235(A3) ＋20℃：kv A ≥27J
0℃：kv A ≥27J
－20℃：kv A ≥27J 5. Z 向收缩率
钢板沿厚度方向的受力性能（主要为延性性能）称为 Z 向性能Z 向收缩率
试验——试件采用圆柱体，可由整个板厚加工而成。

试件直径 d 0 = 10mm( 板厚＞25mm 时) ，长度 l 0≥1.5 d 0，并沿钢板轧制方向的任一端中部截取。

试件拉断后，其断口处横截面面积 A 1比原横截面面积A 0的缩减百分比值 ψz ，称为厚度方向（Z 向）的断面收缩率。

钢材的性能可以排列为：
，负温冲击韧性，常温冲击韧性，冷弯，， 180y u f f。