鋼材的破壞形式與主要性能課件

2鋼結(jié)構(gòu)的材料2.1鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求1、較高的屈服點和抗拉強度。2、較高的塑性和韌性。可以增強結(jié)構(gòu)在靜載和動載下的應(yīng)變能力。3、良好的工藝性能：冷加工、熱加工和可焊性。4、耐火、耐腐蝕、低溫、高溫等。衡量結(jié)構(gòu)承載能力衡量結(jié)構(gòu)經(jīng)較大變形后的抗拉能力，提供足夠安全保障2鋼結(jié)構(gòu)的材料衡量結(jié)構(gòu)承載能力衡量結(jié)構(gòu)經(jīng)較大變形后的抗拉1小結(jié)：承重結(jié)構(gòu)：抗拉強度、伸長率、屈服點和碳、硫、磷含量的合格保證。焊接結(jié)構(gòu)：同時具有冷彎試驗的合格保證。承受動力荷載的結(jié)構(gòu)及重要的受拉或受彎的焊接結(jié)構(gòu)：同時具有常溫或負(fù)溫沖擊韌性的合格保證。小結(jié)：22.2鋼材的破壞形式塑性破壞：由于變形過大，且構(gòu)件的應(yīng)力達(dá)到了鋼材的抗拉強度。有較大的塑性變形，并出現(xiàn)內(nèi)力重分布，使結(jié)構(gòu)中原先受力不等的部分應(yīng)力趨于均勻，因而提高結(jié)構(gòu)的承載能力。脆性破壞：破壞前變形很小，計算應(yīng)力小于鋼材屈服點。因破壞前無明顯預(yù)兆，易造成嚴(yán)重后果，設(shè)計、施工和使用中應(yīng)特別注意防止出現(xiàn)脆性破壞。2.2鋼材的破壞形式3影響脆性的因素：化學(xué)成分冶金缺陷（偏析、非金屬夾雜、裂紋、起層）溫度（熱脆、低溫冷脆）冷作硬化時效硬化應(yīng)力集中同號三向主應(yīng)力狀態(tài)

影響脆性的因素：4鋼材由力學(xué)性能不同分成：軟鋼：有明顯屈服臺階的鋼筋(熱軋鋼筋、冷拉鋼筋)硬鋼：無明顯屈服臺階的鋼筋(高強鋼絲、鋼絞線)2.3鋼材的主要性能2.3.1受拉、受壓及受剪性能1強度鋼材由力學(xué)性能不同分成：軟鋼：有明顯屈服臺階的鋼筋(熱軋鋼筋5鋼材的破壞形式與主要性能課件6OPESCBD低碳鋼單向均勻拉伸試驗應(yīng)力－應(yīng)變曲線P點比例極限E點彈性極限S點屈服點B點抗拉強度理想彈塑性材料的應(yīng)力－應(yīng)變曲線軟鋼：屈強比表征鋼材強度儲備大小。新《抗規(guī)》規(guī)定：3鋼結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)符合下列規(guī)定：

1)鋼材的屈服強度實測值與抗拉強度實測值的比值不應(yīng)大于0.85；

OPESCBD低碳鋼單向均勻拉伸試驗應(yīng)力－應(yīng)變曲線P點比例極7取相應(yīng)于殘余應(yīng)變=0.2%時的應(yīng)力

0.2作為名義屈服點。常取

0.2=0.85fsu。0.2%

0.2(N/mm2)o

0.2－條件屈服強度無明顯屈服平臺鋼材的應(yīng)力－應(yīng)變曲線0.2的定義：硬鋼：取相應(yīng)于殘余應(yīng)變=0.2%時的應(yīng)力0.2作為名義屈82塑性性能伸長率：代表材料在單向拉伸時塑性應(yīng)變的能力。

表示試件標(biāo)距長度與試件直徑之比為10時的伸長率。伸長率、截面收縮率截面收縮率新《抗規(guī)》規(guī)定：3鋼結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)符合下列規(guī)定：

2)鋼材應(yīng)有明顯的屈服臺階，且伸長率不應(yīng)小于20％；2塑性性能伸長率：代表材料在單向拉伸時塑性應(yīng)變的能力。9鋼材物理性能指標(biāo)彈性模量E、剪變模量G、線性膨脹系數(shù)和質(zhì)量密度。2.3.2冷彎性能鋼材在冷加工（常溫下加工）產(chǎn)生塑性變形時，對產(chǎn)生裂縫的抵抗能力。

冷彎試驗彎心直徑冷彎角度鋼材物理性能指標(biāo)彎心直徑冷彎角度102.3.3沖擊韌性表現(xiàn)鋼材的動力性能。韌性：鋼材抵抗沖擊荷載的能力，用材料在斷裂時所吸收的總能量（包括彈性和非彈性）來度量。是鋼材強度和塑性的綜合指標(biāo)。鋼材韌性通過沖擊試驗，測定沖擊功來表示。

2.3.3沖擊韌性鋼材韌性通過沖擊試驗，測定沖擊功來表11

鋼筋力學(xué)性能指標(biāo)：對于有明顯屈服臺階的軟鋼取屈服強度fy作為強度設(shè)計依據(jù)。對于無明顯屈服臺階的硬鋼取條件屈服強度

0.2作為強度設(shè)計依據(jù)。屈服強度、抗拉強度、伸長率、冷彎性能。鋼筋力學(xué)性能指標(biāo)：對于有明顯屈服臺階的軟鋼取屈服強度fy122.3.4鋼材的可焊性能在一定的焊接工藝條件下，所施焊的焊縫熔敷金屬和母材金屬均不產(chǎn)生裂紋，且焊接的接頭機械性能不低于母材的機械性能。主要影響因素：鋼板厚度鋼材化學(xué)成分節(jié)點的條件焊接材料、工藝等可焊性分為施工上的可焊性和使用性能上的可焊性。

施工上的可焊性指對產(chǎn)生裂紋的敏感性，使用性能上的可焊性是指焊接構(gòu)件在焊接后的力學(xué)性能是否低于母材。2.3.4鋼材的可焊性能在一定的焊接工藝條件下，所施焊的132.3.5鋼材的特種性能（自學(xué)）耐火性能鋼材在600度高溫時的屈服點應(yīng)高于常溫時屈服點的2/3。耐候性能可在自然條件下裸露使用。Z向性能在厚度方向具有抗層狀撕裂的性能。2.3.5鋼材的特種性能（自學(xué)）耐火性能142.4影響鋼材性能和脆性破壞的因素2.4.1化學(xué)成分碳C：強度、塑性、韌性和可焊性。一般不超過0.22％，焊接結(jié)構(gòu)中不超過0.20％。S：降低塑性、韌性、可焊性和疲勞強度，產(chǎn)生熱脆。P：降低塑性、韌性、可焊性和疲勞強度，產(chǎn)生冷脆。但能提高抗銹性。O:熱脆

N:冷脆。有害成分有益成分硅：提高強度。含量一般不大于0.3％。錳：提高強度。含量一般0.3％～0.8％。合金元素：提高強度和抗腐蝕性。2.4影響鋼材性能和脆性破壞的因素有害成分有益成分硅：152.4.2冶煉、澆鑄、軋制和熱處理的影響按脫氧程度分：沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。偏析：鋼中化學(xué)成分不一致和不均勻性。非金屬夾雜：含有硫化物與氧化物等雜質(zhì)。氣孔：一氧化碳?xì)怏w未排出。裂紋：影響塑性。冶煉冶金缺陷熱處理退火正火淬火回火軋制：改善晶粒組織。2.4.2冶煉、澆鑄、軋制和熱處理的影響按脫氧程度16冷作硬化（應(yīng)變硬化）(strainhardening)：冷加工使鋼材強度增加，塑性及韌性降低的現(xiàn)象。注：一般鋼結(jié)構(gòu)中，都不利用硬化所提高的強度。時效硬化（老化）（agehardening）：高溫時，氮和碳隨著時間增長從純鐵中析出，使鋼材強度提高，塑性及韌性下降。2.4.3鋼材硬化應(yīng)變時效：在鋼材塑性變形后加熱，加快時效硬化的速度。它是應(yīng)變硬化和時效硬化的復(fù)合作用。冷作硬化（應(yīng)變硬化）(strainhardening)：172.4.4溫度影響溫度升高，強度降低，塑性增大；溫度降低，強度略增，塑性和韌性降低。藍(lán)脆：當(dāng)溫度在250°C左右，鋼材強度略有提高，同時塑性和韌性下降，材料轉(zhuǎn)脆，鋼材表面氧化膜呈現(xiàn)藍(lán)色。徐變：溫度在250°C～350°C時，在應(yīng)力持續(xù)不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形。低溫冷脆：在負(fù)溫度范圍時，鋼材強度有所提高，但塑性及韌性降低，材料逐漸變脆。2.4.4溫度影響182.4.5應(yīng)力集中應(yīng)力集中：構(gòu)件中應(yīng)力分布在截面上不是均勻的，在某些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，在另一些區(qū)域則降低。應(yīng)力集中系數(shù)：高峰區(qū)最大應(yīng)力與凈截面平均應(yīng)力之比。產(chǎn)生應(yīng)力集中的位置：孔洞、槽口、凹角、裂縫、厚度變化、形狀變化、內(nèi)部缺陷等2.4.5應(yīng)力集中產(chǎn)生應(yīng)力集中的位置：192.4.6殘余應(yīng)力的影響殘余應(yīng)力為鋼材在冶煉、軋制、焊接、冷加工等過程中，由于不均勻的冷卻、組織構(gòu)造的變化而在鋼材內(nèi)部產(chǎn)生的不均勻的應(yīng)力。殘余應(yīng)力在構(gòu)件內(nèi)部自相平衡而與外力無關(guān)。殘余應(yīng)力的存在易使鋼材發(fā)生脆性破壞。2.4.6殘余應(yīng)力的影響殘余應(yīng)力為鋼材在冶煉、軋202.4.7重復(fù)荷載作用的影響（疲勞）疲勞：在直接的連續(xù)反復(fù)的動力荷載作用下，根據(jù)試驗，鋼材的強度將降低，即低于一次靜力荷載作用下的拉伸試驗的極限強度。疲勞破壞是脆性破壞。是累積損傷的結(jié)果。防止疲勞破壞：1、合理設(shè)計應(yīng)力傳遞均勻、連續(xù)，按滿足結(jié)構(gòu)使用功能的相關(guān)設(shè)計要求進(jìn)行設(shè)計。2、正確制造嚴(yán)格遵守設(shè)計對制造提出的技術(shù)要求。3、正確使用不隨意焊接、超負(fù)荷使用，及時檢查維護(hù)等。2.4.7重復(fù)荷載作用的影響（疲勞）212.5鋼材的疲勞疲勞：鋼材在連續(xù)反復(fù)荷載作用下，雖然應(yīng)力還低于極限強度，甚至應(yīng)力還低于屈服點，而發(fā)生的斷裂。鋼材在疲勞破壞之前，并不出現(xiàn)明顯的變形和局部收縮，它和脆性破壞一樣，是一種突然發(fā)生的斷裂。

鋼材的疲勞過程可分為裂紋的形成，裂紋緩慢擴(kuò)展和最后迅速斷裂三個階段。

疲勞強度與反復(fù)荷載引起的應(yīng)力種類（拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和復(fù)雜應(yīng)力等）、應(yīng)力循環(huán)形式、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、應(yīng)力集中程度和殘余應(yīng)力等有關(guān)。

2.5鋼材的疲勞疲勞：鋼材在連續(xù)反復(fù)荷載作用下，雖然應(yīng)力22對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞計算時有如下規(guī)定：

1）承受動力荷載重復(fù)作用的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接，當(dāng)應(yīng)力變化循環(huán)次數(shù)n等于或大于5×104次時，應(yīng)進(jìn)行疲勞計算；

2）在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位，可不計算疲勞；

3）計算疲勞時，應(yīng)采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值；

4）對于直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，計算疲勞時，動力荷載標(biāo)準(zhǔn)值不應(yīng)乘以動力系數(shù)；

5）計算吊車梁或吊車桁架及其制動結(jié)構(gòu)的疲勞時，吊車荷載應(yīng)按作用在跨間內(nèi)起重量最大的一臺吊車確定。

鋼材的破壞形式與主要性能課件23影響疲勞強度的主要因素1、微觀裂紋和應(yīng)力集中（三向同號拉應(yīng)力）2、應(yīng)力幅3、應(yīng)力比4、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)影響疲勞強度的主要因素241、進(jìn)行疲勞驗算時，計算部分的設(shè)計應(yīng)力幅應(yīng)按___。(A)標(biāo)準(zhǔn)荷載計算(B)設(shè)計荷載計算(C)考慮動力系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)荷載計算(D)考慮動力系數(shù)的設(shè)計荷載計算Answer：A課堂練習(xí)1、進(jìn)行疲勞驗算時，計算部分的設(shè)計應(yīng)力幅應(yīng)按___。An252.6復(fù)雜應(yīng)力作用的影響復(fù)雜應(yīng)力下，鋼材由彈性轉(zhuǎn)入塑性狀態(tài)的條件：當(dāng)只有剪應(yīng)力時，由此得！同號三向主應(yīng)力狀態(tài)——脆性破壞2.6復(fù)雜應(yīng)力作用的影響復(fù)雜應(yīng)力下，鋼材由彈性轉(zhuǎn)入塑性262.7鋼的種類和鋼材規(guī)格2.7.1鋼結(jié)構(gòu)用鋼的種類1、分類按用途分：結(jié)構(gòu)鋼（建筑用鋼、機械用鋼）、工具鋼和特殊鋼。按冶煉方法：轉(zhuǎn)爐鋼、平爐鋼（已淘汰）。按脫氧方法：沸騰鋼（F）、半鎮(zhèn)靜鋼（b）、鎮(zhèn)靜鋼（Z）、特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）。按成型方法：軋制鋼（熱軋、冷軋）、鍛鋼、鑄鋼。按化學(xué)成分：碳素鋼、合金鋼。建筑工程用鋼為：碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強度鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。2.7鋼的種類和鋼材規(guī)格272.7.2鋼結(jié)構(gòu)用鋼的牌號1、牌號的表示方法由字母Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號｛沸騰鋼（F）、半鎮(zhèn)靜鋼（b）、鎮(zhèn)靜鋼（Z）、特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）｝等四個部分組成。如：Q235-B2、碳素結(jié)構(gòu)鋼推薦用Q235，按質(zhì)量分為A、B、C、D四級（逐級質(zhì)量提高）。3、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼推薦用Q345、Q390、Q420，按質(zhì)量分為A、B、C、D、E五級（逐級質(zhì)量提高）。2.7.2鋼結(jié)構(gòu)用鋼的牌號282.7.3鋼材的選用選用鋼材的原則是:既能使結(jié)構(gòu)安全可靠地滿足使用上的要求，又要盡最大可能節(jié)約材料，降低造價。

1、結(jié)構(gòu)的重要性2、荷載情況：承重結(jié)構(gòu)應(yīng)保證抗拉強度、屈服點、伸長率和S、P極限含量。需驗算疲勞及受拉、受彎的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證。3、連接方法：焊接結(jié)構(gòu)還應(yīng)保證碳的極限含量；焊接承重結(jié)構(gòu)及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)應(yīng)保證冷彎試驗合格。4、結(jié)構(gòu)所處的溫度和環(huán)境5、鋼材厚度2.7.3鋼材的選用292.7.4鋼材的規(guī)格型材：熱軋鋼板和型鋼、冷彎（冷壓）薄壁型鋼。鋼板表示方法：－寬度×厚度×長度角鋼：∟長邊寬×短邊寬×厚度工字鋼：普通工字鋼、輕型工字鋼、H型鋼

用號數(shù)（截面高度的厘米數(shù)）表示，I30a（a類腹板較?。〩型鋼：寬翼緣H型鋼（HW）、中翼緣H型鋼（HM）、窄翼緣H型鋼（HN）HW高度×寬度×腹板厚度×翼緣厚度

槽鋼：[截面高度的厘米數(shù)，如[30a鋼管：?外徑×厚度薄壁型鋼：壁厚1.5～5mm。壓型鋼板。2.7.4鋼材的規(guī)格30課堂討論3、塑性和韌性的定義，兩者有何區(qū)別？冷彎性能和冷作硬化對結(jié)構(gòu)設(shè)計的意義是什么？4、承受動力荷載的重要結(jié)構(gòu)要通過刨邊、擴(kuò)孔等方法清除其冷加工的邊緣部分？1、為什么取屈服點作為結(jié)構(gòu)鋼材靜力強度承載力極限的依據(jù)？2、伸長率和截面收縮率Ψ有何區(qū)別？課堂討論3、塑性和韌性的定義，兩者有何區(qū)別？冷彎性能和冷作硬31Question1：（1）它是鋼材開始塑性工作的特征點，鋼材會暫時喪失承載能力；鋼材屈服后，塑性變形很大，不適于繼續(xù)使用。同時這種變形極易被人們察覺，可及時處理，避免發(fā)生破壞。（2）從屈服到鋼材破壞，整個塑性工作區(qū)域比彈性工作區(qū)域約大200倍，且抗拉強度和屈服點之比（強屈比）

，是鋼結(jié)構(gòu)極大的后備強度，使鋼結(jié)構(gòu)不會發(fā)生真正的塑性破壞，比較安全可靠。在高層鋼結(jié)構(gòu)中，用于八度地震區(qū)時，為了保證結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，要求鋼材的強屈比不得低于1.5。

Question1：32（1）伸長率是鋼材沿長度的均勻變形和頸縮區(qū)的集中變形的總和，所以它不能代表鋼材的最大塑性變形能力。（2）斷面收縮率Ψ是衡量鋼材塑性的一個比較真實和穩(wěn)定的指標(biāo)，但是在測量時容易產(chǎn)生較大的誤差。因而鋼材標(biāo)準(zhǔn)中往往只采用伸長率為塑性保證要求。Question2：（1）伸長率是鋼材沿長度的均勻變形和頸縮區(qū)的集中變形的33塑性是指當(dāng)應(yīng)力超過屈服點后，能產(chǎn)生顯著的殘余變形而不立即斷裂的性質(zhì)；韌性是指塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。韌性同塑性有關(guān)，但不完全相同，是強度和塑性的綜合表現(xiàn)。冷彎性能是指鋼材在冷加工產(chǎn)生塑性變形時，對發(fā)生裂縫的抵抗能力，可檢驗鋼材的冷加工工藝和檢查鋼材的內(nèi)部缺陷。鋼材冷加工過程中引起的鋼材硬化稱為冷作硬化，冷作硬化可能使材料變脆。冷加工時會引起鋼材的局部冷作硬化，從而使材料強度提高，塑性、韌性下降，使鋼材變脆。因此，對承受動力荷載的重要結(jié)構(gòu)要通過刨邊、擴(kuò)孔等方法清除其冷加工的邊緣部分，從而防止脆性破壞。Question3：Question4：塑性是指當(dāng)應(yīng)力超過屈服點后，能產(chǎn)生顯著的殘余341、在構(gòu)件發(fā)生斷裂破壞前，有明顯先兆的情況是

的典型特征。(A)脆性破壞(B)塑性破壞(C)強度破壞(D)失穩(wěn)破壞Answer:B2、鋼材的設(shè)計強度是根據(jù)

確定的。(A)比例極限(B)彈性極限(C)屈服點(D)極限強度Answer:C3、結(jié)構(gòu)工程中使用鋼材的塑性指標(biāo)，目前最主要用___表示。(A)流幅(B)沖擊韌性(C)可焊性(D)伸長率Answer:D4、鋼材經(jīng)歷了應(yīng)變硬化（應(yīng)變強化）之后-_____。(A)強度提高(B)塑性提高(C)冷彎性能提高(D)可焊性提高Answer:A

5、下列因素中___與鋼構(gòu)件發(fā)生脆性破壞無直接關(guān)系。(A)鋼材屈服點的大小(B)鋼材含碳量(C)負(fù)溫環(huán)境(D)應(yīng)力集中Answer:A

課堂練習(xí)1、在構(gòu)件發(fā)生斷裂破壞前，有明顯先兆的情況是的典型356、在鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計中，認(rèn)為鋼材屈服點是構(gòu)件可以達(dá)到的___。(A)最大應(yīng)力(B)設(shè)計應(yīng)力(C)疲勞應(yīng)力(D)穩(wěn)定臨界應(yīng)力

Answer:A

7、當(dāng)溫度從常溫下降為低溫時，鋼材的塑性和沖擊韌性___。(A)升高(B)下降(C)不變(D)升高不多

Answer:B

8、鋼材的力學(xué)性能指標(biāo)，最基本、最主要的是__時的力學(xué)性能指標(biāo)。(A)承受剪切(B)承受彎曲(C)單向拉伸(D)兩向和三向受力

Answer:C9、對于承受靜荷常溫工作環(huán)境下的鋼屋架，下列說法不正確的是__。(A)可選擇Q235鋼(B)可選擇Q345鋼(C)鋼材應(yīng)有沖擊韌性的保證(D)鋼材應(yīng)有三項基本保證Answer:C10、鋼材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服條件是由___等于單向拉伸時的屈服點決定的。(A)最大主拉應(yīng)力σ1(B)最大剪應(yīng)力τ1(C)最大主壓應(yīng)力σ3(D)折算應(yīng)力σeq

Answer:D6、在鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計中，認(rèn)為鋼材屈服點是構(gòu)件可以達(dá)到的_362鋼結(jié)構(gòu)的材料2.1鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求1、較高的屈服點和抗拉強度。2、較高的塑性和韌性。可以增強結(jié)構(gòu)在靜載和動載下的應(yīng)變能力。3、良好的工藝性能：冷加工、熱加工和可焊性。4、耐火、耐腐蝕、低溫、高溫等。衡量結(jié)構(gòu)承載能力衡量結(jié)構(gòu)經(jīng)較大變形后的抗拉能力，提供足夠安全保障2鋼結(jié)構(gòu)的材料衡量結(jié)構(gòu)承載能力衡量結(jié)構(gòu)經(jīng)較大變形后的抗拉37小結(jié)：承重結(jié)構(gòu)：抗拉強度、伸長率、屈服點和碳、硫、磷含量的合格保證。焊接結(jié)構(gòu)：同時具有冷彎試驗的合格保證。承受動力荷載的結(jié)構(gòu)及重要的受拉或受彎的焊接結(jié)構(gòu)：同時具有常溫或負(fù)溫沖擊韌性的合格保證。小結(jié)：382.2鋼材的破壞形式塑性破壞：由于變形過大，且構(gòu)件的應(yīng)力達(dá)到了鋼材的抗拉強度。有較大的塑性變形，并出現(xiàn)內(nèi)力重分布，使結(jié)構(gòu)中原先受力不等的部分應(yīng)力趨于均勻，因而提高結(jié)構(gòu)的承載能力。脆性破壞：破壞前變形很小，計算應(yīng)力小于鋼材屈服點。因破壞前無明顯預(yù)兆，易造成嚴(yán)重后果，設(shè)計、施工和使用中應(yīng)特別注意防止出現(xiàn)脆性破壞。2.2鋼材的破壞形式39影響脆性的因素：化學(xué)成分冶金缺陷（偏析、非金屬夾雜、裂紋、起層）溫度（熱脆、低溫冷脆）冷作硬化時效硬化應(yīng)力集中同號三向主應(yīng)力狀態(tài)

影響脆性的因素：40鋼材由力學(xué)性能不同分成：軟鋼：有明顯屈服臺階的鋼筋(熱軋鋼筋、冷拉鋼筋)硬鋼：無明顯屈服臺階的鋼筋(高強鋼絲、鋼絞線)2.3鋼材的主要性能2.3.1受拉、受壓及受剪性能1強度鋼材由力學(xué)性能不同分成：軟鋼：有明顯屈服臺階的鋼筋(熱軋鋼筋41鋼材的破壞形式與主要性能課件42OPESCBD低碳鋼單向均勻拉伸試驗應(yīng)力－應(yīng)變曲線P點比例極限E點彈性極限S點屈服點B點抗拉強度理想彈塑性材料的應(yīng)力－應(yīng)變曲線軟鋼：屈強比表征鋼材強度儲備大小。新《抗規(guī)》規(guī)定：3鋼結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)符合下列規(guī)定：

1)鋼材的屈服強度實測值與抗拉強度實測值的比值不應(yīng)大于0.85；

OPESCBD低碳鋼單向均勻拉伸試驗應(yīng)力－應(yīng)變曲線P點比例極43取相應(yīng)于殘余應(yīng)變=0.2%時的應(yīng)力

0.2作為名義屈服點。常取

0.2=0.85fsu。0.2%

0.2(N/mm2)o

0.2－條件屈服強度無明顯屈服平臺鋼材的應(yīng)力－應(yīng)變曲線0.2的定義：硬鋼：取相應(yīng)于殘余應(yīng)變=0.2%時的應(yīng)力0.2作為名義屈442塑性性能伸長率：代表材料在單向拉伸時塑性應(yīng)變的能力。

表示試件標(biāo)距長度與試件直徑之比為10時的伸長率。伸長率、截面收縮率截面收縮率新《抗規(guī)》規(guī)定：3鋼結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)符合下列規(guī)定：

2)鋼材應(yīng)有明顯的屈服臺階，且伸長率不應(yīng)小于20％；2塑性性能伸長率：代表材料在單向拉伸時塑性應(yīng)變的能力。45鋼材物理性能指標(biāo)彈性模量E、剪變模量G、線性膨脹系數(shù)和質(zhì)量密度。2.3.2冷彎性能鋼材在冷加工（常溫下加工）產(chǎn)生塑性變形時，對產(chǎn)生裂縫的抵抗能力。

冷彎試驗彎心直徑冷彎角度鋼材物理性能指標(biāo)彎心直徑冷彎角度462.3.3沖擊韌性表現(xiàn)鋼材的動力性能。韌性：鋼材抵抗沖擊荷載的能力，用材料在斷裂時所吸收的總能量（包括彈性和非彈性）來度量。是鋼材強度和塑性的綜合指標(biāo)。鋼材韌性通過沖擊試驗，測定沖擊功來表示。

2.3.3沖擊韌性鋼材韌性通過沖擊試驗，測定沖擊功來表47

鋼筋力學(xué)性能指標(biāo)：對于有明顯屈服臺階的軟鋼取屈服強度fy作為強度設(shè)計依據(jù)。對于無明顯屈服臺階的硬鋼取條件屈服強度

0.2作為強度設(shè)計依據(jù)。屈服強度、抗拉強度、伸長率、冷彎性能。鋼筋力學(xué)性能指標(biāo)：對于有明顯屈服臺階的軟鋼取屈服強度fy482.3.4鋼材的可焊性能在一定的焊接工藝條件下，所施焊的焊縫熔敷金屬和母材金屬均不產(chǎn)生裂紋，且焊接的接頭機械性能不低于母材的機械性能。主要影響因素：鋼板厚度鋼材化學(xué)成分節(jié)點的條件焊接材料、工藝等可焊性分為施工上的可焊性和使用性能上的可焊性。

施工上的可焊性指對產(chǎn)生裂紋的敏感性，使用性能上的可焊性是指焊接構(gòu)件在焊接后的力學(xué)性能是否低于母材。2.3.4鋼材的可焊性能在一定的焊接工藝條件下，所施焊的492.3.5鋼材的特種性能（自學(xué)）耐火性能鋼材在600度高溫時的屈服點應(yīng)高于常溫時屈服點的2/3。耐候性能可在自然條件下裸露使用。Z向性能在厚度方向具有抗層狀撕裂的性能。2.3.5鋼材的特種性能（自學(xué)）耐火性能502.4影響鋼材性能和脆性破壞的因素2.4.1化學(xué)成分碳C：強度、塑性、韌性和可焊性。一般不超過0.22％，焊接結(jié)構(gòu)中不超過0.20％。S：降低塑性、韌性、可焊性和疲勞強度，產(chǎn)生熱脆。P：降低塑性、韌性、可焊性和疲勞強度，產(chǎn)生冷脆。但能提高抗銹性。O:熱脆

N:冷脆。有害成分有益成分硅：提高強度。含量一般不大于0.3％。錳：提高強度。含量一般0.3％～0.8％。合金元素：提高強度和抗腐蝕性。2.4影響鋼材性能和脆性破壞的因素有害成分有益成分硅：512.4.2冶煉、澆鑄、軋制和熱處理的影響按脫氧程度分：沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。偏析：鋼中化學(xué)成分不一致和不均勻性。非金屬夾雜：含有硫化物與氧化物等雜質(zhì)。氣孔：一氧化碳?xì)怏w未排出。裂紋：影響塑性。冶煉冶金缺陷熱處理退火正火淬火回火軋制：改善晶粒組織。2.4.2冶煉、澆鑄、軋制和熱處理的影響按脫氧程度52冷作硬化（應(yīng)變硬化）(strainhardening)：冷加工使鋼材強度增加，塑性及韌性降低的現(xiàn)象。注：一般鋼結(jié)構(gòu)中，都不利用硬化所提高的強度。時效硬化（老化）（agehardening）：高溫時，氮和碳隨著時間增長從純鐵中析出，使鋼材強度提高，塑性及韌性下降。2.4.3鋼材硬化應(yīng)變時效：在鋼材塑性變形后加熱，加快時效硬化的速度。它是應(yīng)變硬化和時效硬化的復(fù)合作用。冷作硬化（應(yīng)變硬化）(strainhardening)：532.4.4溫度影響溫度升高，強度降低，塑性增大；溫度降低，強度略增，塑性和韌性降低。藍(lán)脆：當(dāng)溫度在250°C左右，鋼材強度略有提高，同時塑性和韌性下降，材料轉(zhuǎn)脆，鋼材表面氧化膜呈現(xiàn)藍(lán)色。徐變：溫度在250°C～350°C時，在應(yīng)力持續(xù)不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形。低溫冷脆：在負(fù)溫度范圍時，鋼材強度有所提高，但塑性及韌性降低，材料逐漸變脆。2.4.4溫度影響542.4.5應(yīng)力集中應(yīng)力集中：構(gòu)件中應(yīng)力分布在截面上不是均勻的，在某些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，在另一些區(qū)域則降低。應(yīng)力集中系數(shù)：高峰區(qū)最大應(yīng)力與凈截面平均應(yīng)力之比。產(chǎn)生應(yīng)力集中的位置：孔洞、槽口、凹角、裂縫、厚度變化、形狀變化、內(nèi)部缺陷等2.4.5應(yīng)力集中產(chǎn)生應(yīng)力集中的位置：552.4.6殘余應(yīng)力的影響殘余應(yīng)力為鋼材在冶煉、軋制、焊接、冷加工等過程中，由于不均勻的冷卻、組織構(gòu)造的變化而在鋼材內(nèi)部產(chǎn)生的不均勻的應(yīng)力。殘余應(yīng)力在構(gòu)件內(nèi)部自相平衡而與外力無關(guān)。殘余應(yīng)力的存在易使鋼材發(fā)生脆性破壞。2.4.6殘余應(yīng)力的影響殘余應(yīng)力為鋼材在冶煉、軋562.4.7重復(fù)荷載作用的影響（疲勞）疲勞：在直接的連續(xù)反復(fù)的動力荷載作用下，根據(jù)試驗，鋼材的強度將降低，即低于一次靜力荷載作用下的拉伸試驗的極限強度。疲勞破壞是脆性破壞。是累積損傷的結(jié)果。防止疲勞破壞：1、合理設(shè)計應(yīng)力傳遞均勻、連續(xù)，按滿足結(jié)構(gòu)使用功能的相關(guān)設(shè)計要求進(jìn)行設(shè)計。2、正確制造嚴(yán)格遵守設(shè)計對制造提出的技術(shù)要求。3、正確使用不隨意焊接、超負(fù)荷使用，及時檢查維護(hù)等。2.4.7重復(fù)荷載作用的影響（疲勞）572.5鋼材的疲勞疲勞：鋼材在連續(xù)反復(fù)荷載作用下，雖然應(yīng)力還低于極限強度，甚至應(yīng)力還低于屈服點，而發(fā)生的斷裂。鋼材在疲勞破壞之前，并不出現(xiàn)明顯的變形和局部收縮，它和脆性破壞一樣，是一種突然發(fā)生的斷裂。

鋼材的疲勞過程可分為裂紋的形成，裂紋緩慢擴(kuò)展和最后迅速斷裂三個階段。

疲勞強度與反復(fù)荷載引起的應(yīng)力種類（拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和復(fù)雜應(yīng)力等）、應(yīng)力循環(huán)形式、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、應(yīng)力集中程度和殘余應(yīng)力等有關(guān)。

2.5鋼材的疲勞疲勞：鋼材在連續(xù)反復(fù)荷載作用下，雖然應(yīng)力58對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞計算時有如下規(guī)定：

1）承受動力荷載重復(fù)作用的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接，當(dāng)應(yīng)力變化循環(huán)次數(shù)n等于或大于5×104次時，應(yīng)進(jìn)行疲勞計算；

2）在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位，可不計算疲勞；

3）計算疲勞時，應(yīng)采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值；

4）對于直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，計算疲勞時，動力荷載標(biāo)準(zhǔn)值不應(yīng)乘以動力系數(shù)；

5）計算吊車梁或吊車桁架及其制動結(jié)構(gòu)的疲勞時，吊車荷載應(yīng)按作用在跨間內(nèi)起重量最大的一臺吊車確定。

鋼材的破壞形式與主要性能課件59影響疲勞強度的主要因素1、微觀裂紋和應(yīng)力集中（三向同號拉應(yīng)力）2、應(yīng)力幅3、應(yīng)力比4、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)影響疲勞強度的主要因素601、進(jìn)行疲勞驗算時，計算部分的設(shè)計應(yīng)力幅應(yīng)按___。(A)標(biāo)準(zhǔn)荷載計算(B)設(shè)計荷載計算(C)考慮動力系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)荷載計算(D)考慮動力系數(shù)的設(shè)計荷載計算Answer：A課堂練習(xí)1、進(jìn)行疲勞驗算時，計算部分的設(shè)計應(yīng)力幅應(yīng)按___。An612.6復(fù)雜應(yīng)力作用的影響復(fù)雜應(yīng)力下，鋼材由彈性轉(zhuǎn)入塑性狀態(tài)的條件：當(dāng)只有剪應(yīng)力時，由此得！同號三向主應(yīng)力狀態(tài)——脆性破壞2.6復(fù)雜應(yīng)力作用的影響復(fù)雜應(yīng)力下，鋼材由彈性轉(zhuǎn)入塑性622.7鋼的種類和鋼材規(guī)格2.7.1鋼結(jié)構(gòu)用鋼的種類1、分類按用途分：結(jié)構(gòu)鋼（建筑用鋼、機械用鋼）、工具鋼和特殊鋼。按冶煉方法：轉(zhuǎn)爐鋼、平爐鋼（已淘汰）。按脫氧方法：沸騰鋼（F）、半鎮(zhèn)靜鋼（b）、鎮(zhèn)靜鋼（Z）、特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）。按成型方法：軋制鋼（熱軋、冷軋）、鍛鋼、鑄鋼。按化學(xué)成分：碳素鋼、合金鋼。建筑工程用鋼為：碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強度鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。2.7鋼的種類和鋼材規(guī)格632.7.2鋼結(jié)構(gòu)用鋼的牌號1、牌號的表示方法由字母Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號｛沸騰鋼（F）、半鎮(zhèn)靜鋼（b）、鎮(zhèn)靜鋼（Z）、特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）｝等四個部分組成。如：Q235-B2、碳素結(jié)構(gòu)鋼推薦用Q235，按質(zhì)量分為A、B、C、D四級（逐級質(zhì)量提高）。3、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼推薦用Q345、Q390、Q420，按質(zhì)量分為A、B、C、D、E五級（逐級質(zhì)量提高）。2.7.2鋼結(jié)構(gòu)用鋼的牌號642.7.3鋼材的選用選用鋼材的原則是:既能使結(jié)構(gòu)安全可靠地滿足使用上的要求，又要盡最大可能節(jié)約材料，降低造價。

1、結(jié)構(gòu)的重要性2、荷載情況：承重結(jié)構(gòu)應(yīng)保證抗拉強度、屈服點、伸長率和S、P極限含量。需驗算疲勞及受拉、受彎的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證。3、連接方法：焊接結(jié)構(gòu)還應(yīng)保證碳的極限含量；焊接承重結(jié)構(gòu)及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)應(yīng)保證冷彎試驗合格。4、結(jié)構(gòu)所處的溫度和環(huán)境5、鋼材厚度2.7.3鋼材的選用652.7.4鋼材的規(guī)格型材：熱軋鋼板和型鋼、冷彎（冷壓）薄壁型鋼。鋼板表示方法：－寬度×厚度×長度角鋼：∟長邊寬×短邊寬×厚度工字鋼：普通工字鋼、輕型工字鋼、H型鋼

用號數(shù)（截面高度的厘米數(shù)）表示，I30a（a類腹板較?。〩型鋼：寬翼緣H型鋼（HW）、中翼緣H型鋼（HM）、窄翼緣H型鋼（HN）HW高度×寬度×腹板厚度×翼緣厚度

槽鋼：[截面高度的厘米數(shù)，如[30a鋼管：?外徑×厚度薄壁型鋼：壁厚1.5～5mm。壓型鋼板。2.7.4鋼材的規(guī)格66課堂討論3、塑性和韌性的定義，兩者有何區(qū)別？冷彎性能和冷作硬化對結(jié)構(gòu)設(shè)計的意義是什么？4、承受動力荷載的重要結(jié)構(gòu)要通過刨邊、擴(kuò)孔等方法清除其冷加工的邊緣部分？1、為什么取屈服點作為結(jié)構(gòu)鋼材靜力強度承載力極限的依據(jù)？2、伸長率和截面收縮率Ψ有何區(qū)別？課堂討論3、塑性和韌性的定義，兩者有何區(qū)別？冷彎性能和冷作硬67Question1：（1）它是鋼材開始塑性工作的特征點，鋼材會暫時喪失承載能力；鋼材屈服后，塑性變形很大，不適于繼續(xù)使用。同時這種變形極易被人們察覺，可及時處理，避免發(fā)生破壞。（2）從屈服到鋼材破壞，整個塑性工作區(qū)域比彈性工作區(qū)域約大200倍，且抗拉強度和屈服點之比（強屈比）

，是鋼結(jié)構(gòu)極大的后備強度，使鋼結(jié)構(gòu)不會發(fā)生真正的塑性破壞，比較安全可靠。在高層鋼結(jié)構(gòu)中，用于八度地震區(qū)時，為了保證結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，要求鋼材的強屈比不得低于1.5。

Question1：68（1）伸長率是鋼材沿長度的均勻變形和頸縮區(qū)的集中變形的總和，所以它不能代表鋼材的最大塑性變形能力。（2）斷面收縮率Ψ是衡量鋼材塑性的一個比較真實和穩(wěn)定的指標(biāo)，但是在測量時容易產(chǎn)生較大的誤差。因而鋼材標(biāo)準(zhǔn)中往往只采用伸長率為塑性保證要求。Question2：（1）伸長率是鋼材沿長度