新疆大学：《钢结构基本原理》课程授课教案（课件讲稿）第二章 钢结构的材料

第二章钢结构的材料 。第一节钢材的主要机械性能 ÷第二节影响钢材性能的因素 。第三节复杂应力下的性能 第四节钢材的疲劳和疲劳计算 。第五节钢材的种类及选用 。第六节 钢材的规格

第二章 钢结构的材料  第一节 钢材的主要机械性能  第二节 影响钢材性能的因素  第三节 复杂应力下的性能  第四节 钢材的疲劳和疲劳计算  第五节 钢材的种类及选用  第六节 钢材的规格

第一节钢材的主要机械性能 一、强度 钢材均匀受拉应力应变图 1、钢材工作的五个阶段 10 抗拉强度 fu (1)弹性阶段 fy Cp (2)弹塑性阶段 屈服强度 比例极限、弹性极限 (3)屈服阶段 (4)强化阶段 (5)颈缩阶段

第一节 钢材的主要机械性能 一、强度 钢材均匀受拉应力应变图 1、钢材工作的五个阶段 （1）弹性阶段 （2）弹塑性阶段 （3）屈服阶段 （4）强化阶段 （5）颈缩阶段

2、钢材的拉伸试验所得屈服点，抗拉强度和伸 长率是钢材机械性能的三项重要指标。 3、钢材属于理想的弹-塑性材料 4、钢材的两种破坏形式 (1)塑性破坏一构件产生很大的变形和明显 的“颈缩”现象，端口呈纤维状，色泽发暗，破 坏前有明显的预兆，破坏常可以预防和避免。 (2)脆性破坏一构件变形很小，断口平直和 呈有光泽的晶粒状，破坏前没有明显的预兆， 破坏是突然发生的

2、钢材的拉伸试验所得屈服点，抗拉强度和伸 长率是钢材机械性能的三项重要指标。 3、钢材属于理想的弹-塑性材料 4、钢材的两种破坏形式 （1）塑性破坏——构件产生很大的变形和明显 的“颈缩”现象，端口呈纤维状，色泽发暗，破 坏前有明显的预兆，破坏常可以预防和避免。 （2）脆性破坏——构件变形很小，断口平直和 呈有光泽的晶粒状，破坏前没有明显的预兆， 破坏是突然发生的

二、塑性 衡量钢材塑性好坏的主要指标是伸长率δ和 断面收缩率平。 伸长率： 6=1-4×100% 断面收缩率：w=4-4×100% A 三、冷弯 (180°) 四、韧性 五、可焊性 六、 耐久性

二、塑性 衡量钢材塑性好坏的主要指标是伸长率δ和 断面收缩率ψ。 伸长率： 断面收缩率： 三、冷弯（ ） 四、韧性 五、可焊性 六、耐久性 0 180 1 0 0 100% l l l   ＝  0 1 1 100% A A A    

第二节影响钢材性能的因素 1、化学成份 2、冶炼浇注轧制的影响 3、残余应力的影响 4、温度的影响 5、钢材的硬化 6、应力集中

第二节 影响钢材性能的因素 1、化学成份 2、冶炼浇注轧制的影响 3、残余应力的影响 4 、温度的影响 5 、钢材的硬化 6 、应力集中

1、化学成份的影响 基本成份为Fe,炭钢中含量占99%，c、si、Mn为杂质 元素，S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。 ·C:含C↑使强度↑塑性、韧性、可焊性↓，应控制在≤0.22%， 焊接结构应控制在≤0.20%。 · Si：含S适量使强度↑其它影响不大，有益，应控制在≤0.1w0. 3/% ·Mn:含Si适量使强度↑降低S、O的热脆影响，改善热加工性 能，对其它性能影响不大，有益。 ·S:含量↑使强度↑塑性、韧性、性能冷弯、可焊性↓； 高温时使钢材变脆一热脆现象。 。P:低温时使钢材变脆一冷脆现象；其它同S ·O、N:O同S;N同P,控制含量≤0.008%

1、化学成份的影响 基本成份为Fe，炭钢中含量占99％，C、 Si 、 Mn为杂质 元素，S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。 • C：含C↑使强度↑塑性、韧性、可焊性↓，应控制在≤0.22%， 焊接结构应控制在≤0.20%。 • Si ：含Si适量使强度↑ 其它影响不大，有益，应控制在≤0.1~0. 3% • Mn ：含Si适量使强度↑ 降低S、O的热脆影响，改善热加工性 能，对其它性能影响不大，有益。 • S：含量↑使强度↑塑性、韧性、性能冷弯、可焊性↓； 高温时使钢材变脆－热脆现象。 • P：低温时使钢材变脆－冷脆现象；其它同S • O、N：O同S；N同P，控制含量≤0.008%

2、冶炼浇注轧制的影响 冶金的影响主要为脱氧方法：，沸腾钢用M为脱氧剂， 时间快，价格低，质量差；镇静钢用S为脱氧剂，时 间慢，价格高，质量好。 反复的轧制可以改青钢材的望性， 同时可以使钢材中 的气孔、裂纹、疏松等缺陷褘，使金属晶体组织密 实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性 能提嵩。 3、残余应力的影响 钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部自 相平衡的内力，残余应力虽对构件的强度无影响，但对 构件的变形（刚度）、疲劳以及稳定承载力产生不利 影响

2、冶炼浇注轧制的影响 • 冶金的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用Mn为脱氧剂， 时间快，价格低，质量差；镇静钢用Si为脱氧剂，时 间慢，价格高，质量好。 • 反复的轧制可以改善钢材的塑性，同时可以使钢材中 的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密 实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性 能提高。 3、残余应力的影响 钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部自 相平衡的内力,残余应力虽对构件的强度无影响，但对 构件的变形（刚度）、疲劳以及稳定承载力产生不利 影响

4、温度的影响 温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。 ■正温影响 钢材在温度达600°左右时，强度几乎为零，而塑性、韧 性极大，易于进行热加工，此温度称之为热煅温度。 钢材在300°左右时，强度提高，塑性、韧性下降，钢材 表面呈蓝色，这一反覆现象称之为蓝脆现象。钢材在 300°以上时应采取隔热措施。 ■负温影响 。 随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆 性增大，称之为低温冷脆，当温度降至某一特定温度时 钢材的脆性急剧增大，称此温度点为转脆温度

4、温度的影响 温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。  正温影响 • 钢材在温度达600o左右时，强度几乎为零，而塑性、韧 性极大，易于进行热加工，此温度称之为热煅温度。 • 钢材在300o左右时，强度提高，塑性、韧性下降，钢材 表面呈蓝色，这一反覆现象称之为蓝脆现象。钢材在 300o以上时应采取隔热措施。  负温影响 • 随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆 性增大，称之为低温冷脆，当温度降至某一特定温度时 钢材的脆性急剧增大，称此温度点为转脆温度

5、钢材的硬化 冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生塑 性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。 钢材中的C、N,随着时间的推移，而形成碳化物和氮 化物，使钢材变脆的“老化”现象称之为时效硬化。 使试件先产生塑性变形，然后加热至250℃并保温1小 时，再在空气中冷却，这一过程称为人工硬化 6、应力集中 当钢材的试件截面有突变（如空洞、缺口）时，在轴力 作用下截面应力分布不均匀，突变处将产生局部高峰应 力，这种截面应力分布极不均匀而且是复杂的应力状态 的现象

5、钢材的硬化 冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生塑 性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。 钢材中的C、N，随着时间的推移，而形成碳化物和氮 化物，使钢材变脆的“老化”现象称之为时效硬化。 使试件先产生塑性变形，然后加热至250℃并保温1小 时，再在空气中冷却，这一过程称为人工硬化 6、应力集中 当钢材的试件截面有突变（如空洞、缺口）时，在轴力 作用下截面应力分布不均匀，突变处将产生局部高峰应 力，这种截面应力分布极不均匀而且是复杂的应力状态 的现象

第三节复杂应力下的性能 钢材在单向拉伸时，以屈服点为界。正应力小 于屈服点为弹性工作状态，大于屈服点为塑性状 态。实际钢结构中，钢材常是在两向或三向的复杂 应力状态下工作，这时钢材的屈服并不取决于一个 方向的应力，而是由反映各方向应力综合影响的应 力，用“折算应力”来表示。折算应力根据能量强度 理论可得：

第三节 复杂应力下的性能 钢材在单向拉伸时，以屈服点为界。正应力小 于屈服点为弹性工作状态，大于屈服点为塑性状 态。实际钢结构中，钢材常是在两向或三向的复杂 应力状态下工作，这时钢材的屈服并不取决于一个 方向的应力，而是由反映各方向应力综合影响的应 力，用“折算应力”来表示。折算应力根据能量强度 理论可得：