第12章（课件）- 《建筑结构》同步教学（大连理工版）

第12章 钢结构的材料 【学习目标】 通过本章的学习，熟悉钢材的主要性能指标，掌握影响钢材性能的主要因素；了解钢结构所用材料、品种和规格，初步学会根据具体情况选用钢材。 【学习重点】 钢材的主要性能和影响钢材性能的主要因素。 12.1 钢结构对材料的要求 ● 钢材种类繁多，规格、用途也不相同，对建筑结构用钢来说，主要有三方面的要求。 1.较高的强度 即抗拉强度fu和屈服点fy比较高。 2.足够的变形能力 即塑性和韧性好。 3.良好的加工性能 即适合冷、热加工，同时具有良好的可焊性。 ● 据以上要求,《钢结构设计规范》推荐承重结构用钢宜采用：普通碳素结构钢Q235钢及低合金高强度结构钢中Q345、Q390、Q420和Q450五种钢材。 12.2 钢材的主要性能 图12-1 钢材的单向一次拉伸应力-应变曲线 12.2.1 钢材在单向一次拉伸时的工作性能 1.强度 （1）比例极限fp （2） 屈服点fy ① fy作为弹性计算时强度的标准。 ②把钢材视为理想的弹塑性体，其应力-应变模型表现为双直线， 图12-2 理想弹塑性体的应力-应变模型 对于没有明显屈服点的钢材，规定永久变形为ε=0.2%所对应的应力作为钢材强度的标准，通常称为名义屈服点，用σ0.2表示。 图12-3 钢材的名义屈服点 （3）抗拉强度fu 最高点应力为抗拉强度fu。 2.伸长率 伸长率是指试件被拉断后原标距的伸长值与原标距之比的百分数，即 δ值越大，钢材的塑性越好。试件l0/d0=5和l0/d0=10时测得的伸长率分别以δ5和δ10表示，δ5>δ10，d0为试件直径。 钢材的三个重要力学性能指标： 屈服点、抗拉强度和伸长率。 12.2.2 冷弯性能 根据钢材的牌号和试样的不同厚度，按规定的弯心直径将试样弯曲180°，其表面及侧面无裂纹或分层则为“冷弯试验合格”。冷弯性能是判别钢材塑性变形能力及冶金质量的综合指标。 图12-4 冷弯试验 12.2.3 冲击韧性 韧性是钢材断裂时吸收机械能能力的度量。 夏比试验法 图2-4 冲击试验 冲击韧性也叫冲击功，用Akv或Cv表示。 按常温（20°±5°）、零温（0°） 、负温（-20°、-40°）区分 。 12.2.4 可焊性 可焊性——表征钢材焊接后具备良好焊接接头性能的能力——不产生裂纹，焊缝影响区材性满足有关要求。 12.3 影响钢材性能的因素 12.3.1 化学成分的影响 钢是含碳量小于2%的铁碳合金，碳大于2%时为铸铁。制造钢结构所用的材料有碳素结构钢中的低碳钢及低合金结构钢。 基本成份为Fe，碳钢中含量占99％，碳及杂质元素约占1%。 1.碳（C）：含C↑使强度↑塑性、韧性、冷弯性能、可焊性↓，应控制在≤0.22%，焊接结构应控制在≤0.20%。 2.硫（S）：含量↑使强度↑塑性、韧性、疲劳强度、冷弯、可焊性↓；高温时使钢材变脆－热脆现象。 3.磷（P）：使强度、抗锈蚀能力↑塑性、韧性、冷弯性能、可焊性↓，低温时使钢材变脆－冷脆现象。 4.氧（O）、氮（N）：O同S；N同P。 5.锰（Mn）：一种弱脱氧化剂，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。 6.硅（Si）：是一种强脱氧化剂，含Si适量使强度↑，塑性、韧性、性能冷弯、可焊性影响不大，有益。 12.3.2 冶金缺陷 常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔及分层等。 偏析是指钢中化学成分分布不均匀，特别是硫、磷偏析严重，恶化钢材的性能。 非金属夹杂是指钢中含有硫化物、氧化物等杂质。 气孔是浇注钢锭时，由于氧化铁与碳作用所生成的一氧化碳不能充分逸出而滞留在钢锭内形成的微小孔洞。 非金属夹杂物在轧制后能造成钢材的分层，分层使钢材沿厚度受拉的性能大大降低。 12.3.3 钢材的硬化 1.冷作硬化 2.时效硬化