第二章-钢结构材料-§21-结构钢材的破坏形式.pptx
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1、A点所对应的应力为比例极限,而E点所对应的应力为弹性极限。Q235钢的比例极限,对应的应变 。2.2钢结构对钢材性能的要求1较高的强度 钢材的强度指标主要有屈服强度(屈服点)fy和抗拉强度fu,可通过钢材的静力单向拉伸试验获得。标准试件(GB22863)l0/d=5或10,常温(20)下缓慢加载,一次完成。标准拉伸曲线可以分为四个阶段:(1)弹性阶段(OE段):材料处于纯弹性,卸载后无残余应变;(4)颈缩阶段(BD段)极限强度后,试件出现局部截面横向收缩,塑性变形迅速增大,即颈缩现象。此时,只要荷载不断降低,变形能继续发展,直至D点试件断裂。2.2钢结构对钢材性能的要求(2)屈服阶段(ECF段
2、)应力波动的最低值称为屈服点或屈服强度,屈服阶段从开始(E点)到曲线再度上升(F点)的变形范围较大,相应的应变幅度称为流幅。Q235钢的屈服点 ,对应的应变 ,流幅0.152.5。(3)强化阶段(FB段)应变的增加快于应力的增加,塑性特性明显。B点的应力为抗拉强度或极限强度。第二章 钢结构材料 2.2钢结构对钢材性能的要求从拉伸曲线可以得到:v钢材的屈服强度fy与比例极限fp和弹性极限fe很接近,在屈服强度之前,钢材应变很小,而在屈服强度以后,钢材产生很大的塑性变形,常使结构出现了使用上不允许的残余变形。因此认为:屈服强度是设计时钢材可以达到的最大应力,钢材可看作为理想的弹塑性。v抗拉强度fu
3、是钢材破坏前能够承受的最大应力,屈强比(fy/fu)是衡量钢材强度储备的一个系数,屈强比愈低钢材的安全储备愈大,但屈强比过小时,钢材强度的利用率太低,不够经济;屈强比过大时,安全储备太小而不够安全。v屈服强度和抗拉强度是承重结构所用钢材应具有的基本保证项目,对一般非承重结构构件所用钢材只要保证抗拉强度即可。第二章 钢结构材料 2.2钢结构对钢材性能的要求应力-应变关系可根据不同要求选用计算模型。v理想弹塑性型最为简单,一般结构破坏时钢材的应变(1)尚未进入强化段。v弹性强化模型为二折线,屈服后的应力一应变关系简化为很平缓的斜直线,可取E|=0.01Es,优点是应力和应变关系的惟一性。v三折线或
4、曲线的弹一塑性强化模型较为复杂些,但可较准确地描述钢筋的大变形性能。第二章 钢结构材料 2.2钢结构对钢材性能的要求对高强度钢材,如碳素钢丝、钢绞线和热处理钢材拉伸曲线上没有明显的屈服台阶。取对应于残余应变为0.2时的应力f0.2作为屈服点fy,根据试验结果得 f0.2=(0.80.9)fb 第二章 钢结构材料 2.2钢结构对钢材性能的要求硬钢的应力应变关系一般采用RambergOsgood模型。参数n=730,取决于钢材的种类。黄成若根据钢筋的试验结果建议的计算式第二章 钢结构材料 2.2钢结构对钢材性能的要求2.良好的塑性 塑性是指钢材在应力超过屈服点后,能产生显著的残余变形(塑性变形)而
5、不立即断裂的性质。一般用伸长率来衡量,它由钢材的静力单向拉伸试验得到。值愈大,钢材的塑性愈好。试件l0/d=5和=10时测得的伸长率分别以5和10表示,d为试件直径。当试件为板材时,和 ,F0为试件横截面面积。第二章 钢结构材料 2.2钢结构对钢材性能的要求 塑性好则结构破坏前变形比较明显,从而可避免发生脆性破坏。塑性好还能调整局部高峰应力,使应力重分布,趋于平缓,并能提高构件的延性和结构的抗震能力。承重结构用的钢材,不论在静力荷载或动力荷载作用下,以及在加工制作过程中,除了应具有较高的强度外,尚应要求具有足够的伸长率,对非承重结构构件所用钢材也要保证其伸长率。第二章 钢结构材料 2.2钢结构
6、对钢材性能的要求3.韧性好 韧性是指钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力,是衡量钢材抵抗动力荷载能力的指标,它是强度和塑性的综合表现,是判断钢材在动力荷载作用下是否出现脆性破坏的重要指标之一。韧性的好坏用冲击韧性值表示,它是对带有夏比V型缺口(Charpy)试件进行冲击试验测得的试件断裂时的冲击功。第二章 钢结构材料 2.2钢结构对钢材性能的要求 韧性好表示在动荷载作用下破坏时能吸收比较多的能量,从而提高结构抵抗动力荷载的能力,降低脆性破坏的危险程度。对需要验算疲劳的结构所用钢材应具有在不同试验温度下的冲击韧性的合格保证。对其它重要的受拉或受弯的焊接构件中,厚度大于16mm的钢材应具有常温
7、冲击韧性的合格保证。第二章 钢结构材料 2.2钢结构对钢材性能的要求4.合格的冷弯性能 冷弯性能是指钢材在常温下冷加工发生塑性变形时,对产生裂纹的抵抗能力。用冷弯试验来检验,如果试件弯曲180,无裂纹、断裂或分层,即认为试件冷弯性能合格。冷弯试验不仅能直接检验钢材的弯曲变形能力或塑性变形,还能暴露出钢材的内部缺陷。冷弯性能是衡量钢材力学性能的综合指标。结构构件在制作、安装过程中要进行冷加工,尤其是焊接结构焊后变形的调直等工序都需要钢材有合格的冷弯性能。而非焊接的重要结构(如吊车梁、大跨度重型桁架等)以及需要弯曲成型的构件等,亦都要求具有冷弯性能合格的保证。钢材的强度、塑性、冲击韧性和冷弯性能称
8、为钢材的力学性能或机械性能。第二章 钢结构材料 2.2钢结构对钢材性能的要求5.可焊性好 可焊性是指在一定的焊接工艺和结构条件下,钢材经过焊接后能够获得良好的焊接接头的性能。可分为施工上的可焊性的和使用上的可焊性。施工上的可焊性好是指在一定的焊接工艺下,焊缝金属及其附近金属均不产生裂纹;使用上的可焊性好是指焊接构件在施焊后的力学性能不低于母材的力学性能。钢材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影响。普通碳素钢当其含碳量在0.27以下,含锰量在0.7以下,含硅量在0.4以下,硫、磷含量各在0.05以下时,可焊性是好的。对低合金钢,用碳当量CE衡量其可焊性。碳当量CE越高可焊性越差。2.3 影响钢材性
9、能的主要因素 钢材的性能受许多因素的影响,其中有些因素会促使钢材产生脆性破坏,应格外重视。1.化学成分 钢材是由各种化学成分组成的,其基本元素为铁(Fe),碳素结构钢中铁占99%,碳和其他元素仅占1%,但对钢材的性能有着决定性的影响。普通低合金钢中还含有低于5%的合金元素。碳(C)。碳是碳素结构钢中仅次于铁的主要元素,是钢材强度的主要来源,随着含碳量的增加,钢材强度提高,而塑性和韧性、尤其是低温冲击韧性下降,同时可焊性、抗腐蚀性、冷弯性能明显降低。因此结构用钢的含碳量一般不应超过0.22%,对焊接结构应低于0.2%。硫(S)。硫是一种有害元素,降低钢材的塑性、韧性、可焊性、抗锈蚀性等,在高温时
10、使钢材变脆,即热脆。因此,钢材中硫的含量不得超过0.05%,在焊接结构中不超过0.045%。第二章 钢结构材料 2.3 影响钢材性能的主要因素 磷(P)。磷也是一种有害元素,虽磷的存在使钢材的强度和抗锈蚀性提高,但严重降低钢材的塑性、韧性、可焊性、冷弯性能等,特别是在低温时使钢材变脆,即冷脆。钢材中磷的含量一般不得超过0.045%。磷在钢材中的强化作用十分显著,有些国家生产高磷钢,含磷量最高可达0.08%0.12%,由此引起的不利影响通过降低含碳量来弥补。氧(O)和氮(N)。氧和氮都是钢材的有害杂质,氧的作用与硫类似,使钢材产生热脆,一般要求其含量小于0.05%;而氮的作用与磷类似,使钢材产生
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