第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料

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1、第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料主要內(nèi)容：重點：鋼材的基本性能及影響因素1鋼材的主要性能指標(biāo)2鋼材的疲勞破壞3鋼材的類別及選用4鋼材的基本性能及其影響因素，鋼材的性能指標(biāo)，疲勞破壞的概念和疲勞驗算方法在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程和橋梁鋼結(jié)構(gòu)工程中，規(guī)范推薦的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼是Q235，低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼是Q345、Q390和Q420。鋼材在單向均勻受拉時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系2.1彈性階段(OE段)屈服階段(ESC段)強化階段(CB段)頸縮階段(BD段)鋼結(jié)構(gòu)用鋼的幾項重要性能指標(biāo)2.21.強度和變形指標(biāo)：彈性階段，比例極限：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

2、曲線中直線段的最大應(yīng)力值。屈服階段，屈服強度：屈服平臺的最低應(yīng)力值，作為材料強度的依據(jù)。強化和頸縮階段，抗拉強度：曲線最高點對應(yīng)的應(yīng)力值。鋼結(jié)構(gòu)用鋼的幾項重要性能指標(biāo)2.22.塑性性能指標(biāo)：鋼材的塑性性能可用伸長率和斷面收縮率衡量。（2-1）試件被拉斷時的絕對變形值與試件原標(biāo)距之比的百分?jǐn)?shù)。試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積縮小值與原斷面面積比值的百分比。伸長率斷面收縮率（2-2）鋼結(jié)構(gòu)用鋼的幾項重要性能指標(biāo)2.23.物理性能指標(biāo)：彈性模量E（N/mm2）剪變模量G（N/mm2）線膨脹系數(shù)α（以每℃計）質(zhì)量密度ρ

3、（kg/m3）206×10379×10312×10-67850鋼材和鋼鑄件的物理性能指標(biāo)表2-14.鋼材的韌性：鋼材在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力，它是鋼材強度和塑性的綜合性能，是判斷鋼材是否出現(xiàn)脆性破壞最主要的指標(biāo)。韌性指標(biāo)一般由沖擊試驗獲得，稱為沖擊韌性指標(biāo)，用表示。韌性鋼結(jié)構(gòu)用鋼的幾項重要性能指標(biāo)2.24.鋼材的韌性：沖擊試驗的試件一般采用帶V形缺口的Charpy試件，尺寸為10mm×10mm×55mm。在一種專門的夏比試驗機上進行。當(dāng)擺錘在一定高度落下試件被沖斷后，擺錘所做的沖擊功與試件缺口處

4、凈截面面積之比為沖擊韌性，單位為J（焦耳）。沖擊試驗沖擊韌性值越大，說明試件所代表的鋼材斷裂前吸收的能量越大，韌性越好，強度和塑性綜合性能越優(yōu)越。我國鋼材標(biāo)準(zhǔn)中將試驗分為四檔，即+20℃時的，0℃時的，-20℃時的，-40℃時的。鋼結(jié)構(gòu)用鋼的幾項重要性能指標(biāo)2.25.鋼材的冷彎性能：試驗時按照規(guī)定的彎心直徑在試驗機上用沖頭緩慢加壓，使試件彎成180度，如果試件外面、里面和側(cè)面均不出現(xiàn)裂紋或分層，即為合格。冷彎試驗冷彎性能是判別鋼材塑性變形能力及冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。冷彎試驗是鑒定鋼材質(zhì)量（主要是塑性和可焊性）

5、的一種良好方法，常作為靜力拉伸試驗和沖擊試驗的補充試驗。鋼結(jié)構(gòu)用鋼的幾項重要性能指標(biāo)2.26.鋼材的可焊性：焊縫及其附近金屬的焊接安全可靠，不發(fā)生或者少發(fā)生焊接裂縫，其塑性和力學(xué)性能都不低于母材?？珊感缘吞间摰秃辖痄摦?dāng)含碳量控制在0.12%-0.20%，含錳量小于0.7%，含硅量小于0.4%，含硫量和含磷量小于0.045%時，具有較好的可焊性。用碳當(dāng)量CE衡量（2-3）鋼結(jié)構(gòu)用鋼的幾項重要性能指標(biāo)2.26.鋼材的可焊性：焊縫及其附近金屬的焊接安全可靠，不發(fā)生或者少發(fā)生焊接裂縫，其塑性和力學(xué)性能都不低于母材。

6、可焊性低碳鋼低合金鋼當(dāng)含碳量控制在0.12%-0.20%，含錳量小于0.7%，含硅量小于0.4%，含硫量和含磷量小于0.045%時，具有較好的可焊性。用碳當(dāng)量CE衡量（2-3）當(dāng)鋼材的碳當(dāng)量小于0.38%時其可焊性是好的，Q345鋼屬于這種情況。鋼結(jié)構(gòu)用鋼的幾項重要性能指標(biāo)2.27.鋼材沿厚度方向的性能：由較厚鋼板組成的焊接承重結(jié)構(gòu)，在焊接過程中或者在厚度方向受拉作用時，常常會產(chǎn)生與厚度方向垂直（稱為Z方向）的裂紋，出現(xiàn)層狀撕裂。為了避免這種情況發(fā)生，采用“厚度方向性能鋼板”是必要的?，F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《厚度方向

7、性能鋼板》（GB/T5313）把它分為Z15、Z25、Z35三個級別，這種鋼板被嚴(yán)格控制含硫量和斷面收縮率，三個級別鋼板的含硫量分別不大于0.01%，0.007%和0.005%；單個試件的斷面收縮率分別不小于10%，15%和25%，同時三個試件斷面收縮率的平均值也分別不小于15%。25%和35%。鋼材在單軸反復(fù)應(yīng)力作用下的工作性能2.3鋼材在單軸反復(fù)應(yīng)力作用下的工作特性，可用應(yīng)力-應(yīng)變試驗曲線表示。當(dāng)構(gòu)件反復(fù)應(yīng)力，即材料處于彈性階段時，在反復(fù)應(yīng)力作用下鋼材的材性無變化，也不存在殘余變形。當(dāng)鋼材的反復(fù)應(yīng)力，即

8、材料處于彈塑性階段時，重復(fù)應(yīng)力和反復(fù)應(yīng)力引起塑性變形的增長。鋼材在單軸反復(fù)應(yīng)力作用下的工作性能2.3鋼材在多次重復(fù)的循環(huán)應(yīng)變作用下滯回環(huán)豐滿而穩(wěn)定。這是鋼材一種極好的性能，為鋼結(jié)構(gòu)在地震作用下耗能能力提供了保障。鋼材在復(fù)雜應(yīng)力作用下的工作性能2.4對于接近理想彈塑性材料的鋼材，按照能量理論(或第四強度理論)，在三向應(yīng)力作用下，有：（2-4）由（2-4）式可見，當(dāng)、、為同號應(yīng)力且數(shù)值接近時，即使他們都大于，折算應(yīng)力