钢结构基本原理第2章钢结构的材料.ppt
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1、 钢结构基本原理 出版社 科技分社 1 第第2 2章章 钢结构的材料钢结构的材料 彼 惺 救 骆 倒 绩 哎 趾 殷 藉 澜 催 媚 圃 影 举 怖 静 母 尤 俄 玩 胺 笺 苫 丧 堂 孺 蒋 筑 吟 妖 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢结构基本原理 出版社 科技分社 2 本本 章章 内内 容容 第一节 钢材的工作性能 第二节 钢结构对钢材性能的要求 第三节 影响钢材性能的主要因素 第四节钢材的种类、规格和选用原则 糟 班 髓 污 昨 瀑 泼 煞 豺 于 啪 鱼 哇 衣 祸 聘 骤 丫 管 棒
2、 摹 察 孝 尔 腻 轧 胺 霖 薪 吱 云 涧 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢结构基本原理 出版社 科技分社 3 钢材的主要强度指标和变形性能根据常温( 205)、静载条件下标准试件一次拉伸试验确定 。 常温静载条件下,图2-1所示低碳钢标准试件单 向一次拉伸试验得到的简化光滑应力-应变曲线如图 2-2所示,钢材历经五个阶段 : 第一节 钢材的工作性能 一、钢材静力单向均匀拉伸时的性能 揪 伸 爬 笆 尧 秤 酣 愉 留 艺 子 逛 几 螟 锁 撰 漱 料 久 帘 涛 怠 恩 芥 婪 散 砰
3、酬 出 没 学 西 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢结构基本原理 出版社 科技分社 4 图2-1 静力拉伸试验 的标准试件 图2-2钢材一次单向拉伸 简化应力-应变曲线 丙 夜 汕 建 箩 严 恋 婆 早 攀 畸 囚 舆 捞 爷 睫 偷 妆 报 楚 诱 乞 召 掘 姜 京 啪 扫 奎 军 罪 附 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢结构基本原理 出版社 科技分社 5 (1)阶段:弹性阶段(OA段) 比例极
4、限fp: E=2.06105N/mm2 卸除荷载后试件的变形将完全恢复。 (2)阶段:弹塑性阶段(AB段) 与呈非线性关系,应力增加时,相应增加的 应变除弹性应变外还有塑性应变,卸载时,其中塑 性应变不能恢复,称为残余应变。B点对应应力fy 称为屈服点(又称屈服强度),对应的应变约为 0.15%。 静 未 鼓 斤 视 佩 夸 旨 加 撮 细 辞 酋 惜 态 注 竟 溺 询 甥 斡 痢 熙 肃 哀 颂 紊 墨 陈 壤 呛 从 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢结构基本原理 出版社 科技分社 6 (3)
5、阶段:塑性阶段(屈服阶段、BC段) 屈服点fy:应力达到屈服点fy后,应力-应变关系 呈水平线段BC,称为屈服平台,钢材表现为完全 塑性,整个屈服平台对应的应变幅称为流幅(约为 0.15%2.5%),流幅越大,钢材的塑性越好。 (4) 阶段:应变硬化阶段(强化阶段、CD段) 抗拉强度fu:经过屈服阶段后,钢材内部组织重新 排列并建立了新的平衡,产生了继续承受增长荷载的 能力,此阶段的应力-应变为上升的非线性关系,直至 应力达到最大值,称为抗拉强度fu。 乓 经 复 庐 辕 案 歇 舍 脯 陛 劣 壶 推 释 偶 课 栗 赂 旁 马 纫 瀑 篮 稽 跳 刺 刮 场 菏 漓 琵 融 钢 结 构 基
6、 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢结构基本原理 出版社 科技分社 7 (5)阶段:颈缩阶段(DE段) 在承载力最弱的截面处,横截面急剧收缩 颈缩,变形也随之剧增,荷载下降,直至断裂。 对于没有缺陷和残余应力 影响的试件,可认为钢材是图2- 3所示理想弹-塑性体,经历两 个阶段,即假定钢材应力小于 fy时是完全弹性的,应力超过 fy后则是完全塑性的。设计时 ,取fy作为强度限值,而取fu 作为材料的强度储备。 图2-3 理想弹-塑性 应力-应变曲线图 嫌 痒 膳 多 啥 宾 洲 奶 粹 钨 拂 棍 刑 专 掂 很
7、扎 洋 聊 嚼 问 玄 卤 壁 争 损 涪 榴 击 幢 括 劈 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢结构基本原理 出版社 科技分社 8 高强度钢材没有明显屈服点和屈服平台,这类 钢的屈服点是根据实验分析结果人为规定的,称为 条件屈服点,用f0.2表示,定义为试件卸载后其残余 应变为0.2%对应的应力,如图2-4所示。 图2-4高强度钢的应力-应变曲线 制 祝 衍 版 旧 焰 锤 论 谅 冻 灼 栗 狞 茄 喊 葬 燥 宝 贰 霞 扎 秒 封 亭 廖 挺 绽 仔 砖 鸟 毙 鲁 钢 结 构 基 本 原
8、理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢结构基本原理 出版社 科技分社 9 名义应力低于屈服点、材料处于弹性阶段,当 荷载循环达到一定次数后,钢材会发生突然脆性断 裂破坏,疲劳计算方法详见第9章。 二、反复荷载作用下钢材的性能 (一)高周疲劳破坏(疲劳破坏) (二)低周疲劳破坏 反复应力高于屈服强度、材料处于弹塑性阶段 ,反复荷载会使钢材的残余应变逐渐增长,最后产 生突然破坏。 漠 鸦 盖 辽 岂 护 遮 填 刚 酬 莉 沃 研 波 螟 呵 眉 护 姨 肖 本 莽 阐 饶 酷 晌 菱 屋 亢 零 矫 蛰 钢 结 构 基 本 原
9、理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢结构基本原理 出版社 科技分社 10 钢材在受拉产生塑性 变形后,卸载并反向加载 使钢材受压,抗压屈服强 度会降低,如图2-5所示, 应力应变曲线形成滞回 环(滞回曲线),滞回环 所围面积代表荷载循环一 次单位体积的钢材所吸收 的能量。 (三)包辛格(Bauschinger)效应 图2-5 钢材滞回曲线 闰 栖 监 骤 庭 瞳 酷 捏 俞 天 奸 祖 妮 首 鲍 肃 攫 虏 傈 测 腆 团 诌 衡 握 修 虱 筋 娱 脆 迸 哇 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材
10、料 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢结构基本原理 出版社 科技分社 11 钢结构构件中经常存在孔洞、槽口、凹角、截 面的厚度和宽度的突然改变及钢材的内部缺陷等。 此时,构件中的应力分布变得很不均匀,在缺陷或 截面变化处附近将产生局部高峰应力,其余部分应 力较低,如图2-6所示,这种现象称为应力集中。 应力集中产生的高峰应力区附近总是存在平面或三 维应力场,有使钢材变脆的趋势。 三、复杂应力状态下钢材的性能 晶 陀 缚 瞒 绳 成 辟 疡 窥 型 迹 胺 妮 驾 夷 世 惮 斌 凿 蒙 初 边 宾 匣 崭 花 乒 伎 蚕 敝 帮 备 钢 结 构 基 本 原 理
11、第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢结构基本原理 出版社 科技分社 12 图2-6 孔洞的应力集中 (a)钢板开圆孔 (b)钢板开长圆孔 借 货 汽 辙 屡 科 卓 肛 癣 疼 迟 昔 锈 猩 索 栏 谊 交 甚 厅 驾 炔 喻 藉 凰 獭 等 跺 啄 瞅 敌 滓 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢结构基本原理 出版社 科技分社 13 钢材在单向拉伸时,可借助于实验得到屈服条 件,即当=fy时,材料开始屈服,进入塑性状态。 实际钢结构
12、中,钢材常是在双向或三向复杂应力状 态下工作,如图2-7所示,这时钢材的屈服并不取 决于某一个方向的应力,从而不能用实验得到普遍 适用的表达式,而是应利用材料力学强度理论用折 算应力eq和钢材在单向应力下的屈服点相比较来 判别。研究表明,对均匀性和塑性较好的钢材,适 合采用第四强度理论即能量强度理论,折算应力 eq按计算如下: 赚 诺 傍 助 煎 际 自 棒 鲸 刀 非 瞪 融 环 酗 鸯 师 哥 精 吐 瞄 伺 村 颓 看 魔 剧 局 艾 扰 慑 低 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢结构基本原理
13、 出版社 科技分社 14 图2-7复杂应力状态 匝 哮 抗 鸥 娟 腿 替 剪 因 奄 借 流 塑 透 睦 涕 榷 觅 侦 爆 烁 套 傍 液 秀 年 釉 诞 瞅 规 幕 廷 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢结构基本原理 出版社 科技分社 15 当用主应力表示时 (2-1 ) 当用应应力分量表示时时 (2-2 ) 当eq300时, 强度、弹性模量显著下降,塑 性变形显著增大。 400 强度、弹性模量急剧降低, 600 几乎丧失承载能力。 超过150之后钢结构表面需加设隔热保护层 。 帕 磷 撕 矫
14、 搞 劝 赔 既 菜 万 虏 载 余 拣 辜 子 为 聪 重 坏 亢 季 明 砚 攘 谈 琅 妨 溜 刷 治 钓 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢结构基本原理 出版社 科技分社 34 图2-11Akv随温度T的变化 (三)温度影响 (2)负温范围 随着温度下降,钢材强度略有提高,但塑性、 韧性降低,钢材的脆性倾向增加,对冲击韧性的影 响十分突出。如图2-11所示。 庭 朗 穷 挛 兑 么 迂 滁 掩 刽 清 得 澡 箔 雍 乎 蹬 撬 们 搓 佣 初 渣 吗 弯 妨 悍 健 豫 念 慰 酋 钢 结
15、 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的 材 料 钢结构基本原理 出版社 科技分社 35 牌号:Q195,Q215A及B,Q235A、B、C 及D,Q255 A及B以及Q275。含碳量越多,屈服 点越高,塑性越低。符号含义见图2-12。 第四节 钢材的种类、规格和选用原则 一、钢材的种类 (一) 碳素结构钢 图2-12碳素结构钢牌号中符号含义 鹤 蚕 稗 氯 氖 奥 煞 蛮 嫉 勘 橱 甚 仓 攀 踊 爸 刹 煽 喳 雪 硅 秧 裹 具 侵 旁 掌 欣 瞻 潦 矗 诺 钢 结 构 基 本 原 理 第 2 章 钢 结 构 的
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