DOC《第二章 钢结构的材料》

第二章 钢结构的材料 §2.

1 建筑钢材的两种主要破坏形式 塑性破坏――破坏前有明显的变形,破坏历时时间长,断口发暗,可以采取补救措施. 脆性破坏――破坏前没有明显的变形和征兆,破坏时产生的变形远比材料应有的变形能力小,破坏发生突然,断口平齐、发亮,无机会补救. 1972年廊坊因一个杆脆断屋架倒塌 1979年吉林煤气罐大爆炸(12月中旬) 1995年南朝鲜大桥倒塌 1999年四川綦江大桥倒塌 原因:钢材内部缺陷、焊接缺陷、构造不合理、使用不当等. 原则:在制作和使用过程中,应充分考虑各方面因素,尽量发挥材料的塑性, 避免一切脆性破坏的可能性. §2.2 建筑钢材单轴应力作用下的工作性能 一次拉伸 条件:标准试件(GB228―63),常温(20℃)下缓慢加载,一次完成.含碳量为1%~3%. 标准试件=5,10;

――标距;

d――直径. 标准拉伸曲线可以分为四个阶段: 1.弹性段():材料处于纯弹性,,

卸载时,=0;

2.弹塑性段():呈非线性;

3.塑性段(波动段,下屈服点稳定):水平段;

4.强化段 从拉伸曲线可以得到以下指标: 1)屈服点 fy――应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力(取屈服阶段波动部分的应力最低值),它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标. 2)抗拉强度 fu ――应力应变曲线最高点对应的应力,它是钢材破坏前所能承受的最大应力. 3)钢材的塑性――当应力超过屈服点后,钢材能产生显著的残余变形(塑性变形)而不立即断裂的性质. 塑性好坏可用断面收缩率(和伸长率(表示,通过静力拉伸试验得到. 伸长率――试件断裂前的永久变形与原标定长度的百比. l0― 原标距长;

l1 ―拉断后标距长度;

d0 ―试件直径. 试件有两种标距:l0/ d0=5 和l0/ d0=10 相应的伸长率用δ5和δ10表示. 断面收缩率(――是指试件拉断后,颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分比. A0 ――试件原来的断面面积;

A1 ――试件拉断后颈缩区的断面面积. 断面收缩率(越大,钢材的塑性越好.由于在测量试件的断面面积时容易产生较大的误差,因而钢材塑性指标仍然采用伸长率作为保证要求. 4)理想弹塑性模型 通过对曲线的分析,假定钢材为理想的弹性塑性体. 因为: 1. 计算简便;

2. 与相差不大 3. 虽然>>,但对应的应变非常大(第二极限状态不满足);

4. 以作为设计强度的依据,具有较大的强度储备,出现偶然因素,使人们有机会补救. ――屈强比.Q235为0.57,Q345为0.67 冷弯性能 冷弯性能是描述钢材在冷加工(常温下加工)产生塑性变形时,对发生裂缝的抵抗能力. 冷弯试验――常温下弯曲180((按原有厚度),检查外表面,不能有裂纹、起层(或分层).这是衡量材料塑性及均匀程度的更加严格的要求. 冷弯试验结果要求(GB/T700) 牌号 样式方向 冷弯试验(B=2a1800) 钢板厚度(直径)/mm 60~100 >=100~200 弯心直径d Q215 纵0.5a 1.5a 2a 横a2a 2.5a Q235 纵a2a 2.5a 横1.5a 2.5a a Q255 - 2a 3a 3.5a Q275 - 3a 3a 4.5a 注:B为式样宽度,a为钢材厚度(直径) 三.冲击韧性 冲击韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力,通过弯曲冲击韧性试验确定,是钢材在受动力荷载时的韧性指标. 梅氏(Mesnager)试件与恰贝(Charpy)试件 冲击韧性与试件刻槽(缺口)有关,常用缺口形式为恰贝V型,恰贝钥孔型和梅氏U型,我国国家标准规定:冲击试验缺口采用恰贝V型. 试验装置及原理 符号及单位:, 冲击韧性还与试验的温度有关.低温下,冲击韧性急剧下降,故应测其负温冲击韧性.我国钢材标准中将试验分为四档,即+20℃, 0℃,-20℃和-40℃时的冲击韧性. GB/T700-88给出了钢材常温及负温冲击韧性指标. 如Q235(A3) +20℃:≥27J 0℃:≥27J -20℃:≥27J 5. Z向收缩率 钢板沿厚度方向的受力性能(主要为延性性能)称为 Z 向性能Z向收缩率试验――试件采用圆柱体,可由整个板厚加工而成.试件直径 d0 = 10mm( 板厚>25mm 时) ,长度 l0≥1.5 d0,并沿钢板轧制方向的任一端中部截取.试件拉断后,其断口处横截面面积 A1比原横截面面积A0的缩减百分比值 ψz,称为厚度方向(Z向)的断面收缩率. 钢材的性能可以排列为: