DOC《第十五章 钢结构》

第十五章 钢结构

第一节 钢结构的材料

一、钢的种类 钢结构所用的钢材主要为碳素钢和低合金钢二类.

钢结构所用钢种如下: 碳素钢:普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、锅炉用碳素钢 低合金钢:低合金高强度结构钢、焊接结构用耐候钢、高耐候性结构钢、桥梁用结构钢、锅炉用低合金钢

二、钢材的力学性能

(一)强度 1,钢材均匀受拉的工作特性 (1)弹性阶段――OAE段OA段为线弹性工作阶段,fp为比例极限;

AE段为非线弹性工作阶段,fe为弹性极限. (2)弹塑性阶段--EC段 σ与ε不呈比例,除弹性变形外还有靼性变形,fy为屈服强度,又叫屈服点、流限. (3)屈服阶段――CF段 钢材(试件)完全屈服,σ不增加(保持fy)而ε骤增. (4)强化阶段――FB段 钢材内部组织滑动后,重新排列和建立了新的平衡,弹性未完全恢复故塑性特性明显. (5)颈缩阶段――BD段 应力超过fu后,试件出现 颈缩 而断裂,人为抗拉强度,又叫极限强度、抗拉极限. 2.重要的工作特性: (1)强度指标fp、fe、fy很接近,且在屈服前应变很小,对Q235εp≈0.1%(εy≈0.15%),可以把三点看作为一点,并以屈服点fy作为代表. (2)应力小于fy时,钢材处于弹性阶段工作,而当应力达到人后,钢材因屈服而产生很大变形,在构件设计中一般将人作为确定钢材设计强度的依据. (3)应力大于fy但小于fu,材料尚未最后破坏,当应力大于fu则造成破坏.比值fu/fy可以看作是衡量钢材强度储备的一个系数. (4)钢材在屈服点前的性质接近理想的弹性体,而屈服点后的流幅现象又接近理想的塑性体,并且流幅的范围又是足够大(对Q235ε=0.15%~2.5%),故可认为钢材是最理想的弹性―塑性体. 注:(1)以上工作特性是由单向均匀受拉静力试验结果得出.对于受力情况复杂的实际构件仅供参考. (2)强度指标是重要依据之一,但单凭这一指标不足以完全判定结构是否安全可靠.

(二) 塑性 塑性:一般指钢材受力屈服后,能产生显著的残余变形(塑性变形)而不立即断裂的性质. 塑性指标: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 δ=(l1-l0)/ l0 *100%Ψ=(A0-A1)/ A0 *100% 式中 lo――试件拉伸前标距长度;

11--试件拉断后原标距间长度;

Ao--试件截面面积;

Al--拉断后颈缩区的截面面积. δ是标距l0范围内的平均值(包括颈缩区和非颈缩区),不完全代表颈缩区的钢材的最大塑性变形能力,但容易测量. Ψ是衡量钢材塑性的一个比较真实和稳定的指标,表示复杂应力的颈缩区的最大塑性变形量,但测量误差大. 注:(1)由于实际结构承受的复杂应力、冲击或振动应力、局部应力高峰等,要求钢材具有良好的塑性才能进行 塑性内力重分配 和避免脆性断裂. (2)钢材塑性好坏对于承受活动荷载特别是动力荷载的结构是决定结构是否安全的主要因素之一.在这种意义下可以说钢材塑性指标比强度指标更为重要.

(三)韧性 韧性:钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力. 韧性指标:冲击韧性 ak=AK/A N.m/cm2 式中: Ax――试验机的冲击功N.m;

A――缺口处净截面面积cm2. 注: (1)韧性是反映强度与塑性的综合表现的指标. (2)韧性的显著特点在于它表示钢材抵抗冲击荷载的能力. (3)为了使韧性指标更有实用价值,除了以冲击试验代替静力试验外,试件做成有缺口的(应力集中严重). (4)目前国际上有三类缺口型式:V形、钥孔形和U形.我国国家标准规定v形. (5)钢材的韧性与温度有关. (6)钢材的韧性与轧制方向有关.