同济大学钢结构教程2

钢结构

第2章 钢材

—— 导 学学什么？ 难点和重点？

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思 考 ？1 2 3 4 5 钢材拉伸试件的应力和强度这两个概念是否同一？ 影响钢材强度和塑性指标的主要因素有哪些？ 伸长率是如何定义的？ 为什么钢结构设计规范对钢材有伸长率的要求？ 若某一批钢材牌号为Q235时，是否钢材的屈服点就是235MPa? 你知道钢材的屈服点大致分布情况如何？ 如何理解“钢材的塑性指标比钢材的强度指标更重要”? 你认为屈强比高的材料(0.9左右)和屈强低(0.6—0.7)的材 料分别用在哪些场合是合适的？ 钢材“怕冷”,“怕热”的大致范围？ 高温和低温下可否使用钢结构？ 一块平板，经过冷加工成为圆管，再用一条焊缝将其焊起来，在 焊接之前钢材经历了什么变化？在焊接之后钢材又经历了什么变 化？

6 78 9

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主要内容1 2 3 4 5 6 7 8 钢材的基本性能和指标 影响钢材性能的主要因素 复杂应力与应力集中 钢材疲劳现象 超屈服荷载作用(反复作用) 钢材的塑性破坏和脆性破坏 钢材的品种与规格 钢材的选用原则

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重点和难点1 钢材的应力应变曲线和关键指标 2 引起钢材脆性破坏的可能的原因 3 钢材的疲劳计算

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1 钢材的基本性能和指标钢材应力应变曲线

弹性阶段线弹性 非线弹性

屈服阶段 强化阶段 颈缩阶段

注意各阶段在曲线上位置、特征、应力上限、应变上限

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1 钢材的基本性能和指标强度 比例极限、屈服强度、抗拉强度、屈强比 塑性 伸长率、面缩率 韧性 静力韧性、冲击韧性 冷弯性能 冷弯实验 可焊性 施工可焊性、使用可焊性 耐久性 抗腐蚀能力、抗疲劳能力

各性能特征指标、指标来源、作用

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比例极限、屈服强度、抗拉强度、屈强比

σf f f f B D E C F A

O

ε

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伸长率、面缩率

l1 l 0 = 100% l0 A0 A1 100% A0

δ5 、δ10

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Ak (冲击功) ak An (缺口净面积)

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2 影响钢材性能的主要因素 (1) 化学成分占钢材99%的铁Fe除外，还有 C、Si、Mn、 V、 S(O)、P(N) 等

(2) 生产过程冶炼、浇铸、轧制

(3) 时效时效使钢材强度提高，塑性、冲击韧性降低。

(4) 冷作硬化在冷加工过程中引起钢材硬化称冷作硬化。会提高强度、降低韧 性、塑性。

(5) 温度0 0

高温：250 C蓝脆(抗拉强度提高而韧性下降)600 C时强度为零) 低温：到冷脆临界温度时，冲击韧性急剧下降。

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2 影响钢材性能的主要因素 (1) 化学成分占钢材99%的铁Fe除外，还有 C、Si、Mn、 V、 S(O)、P(N) 等

(2) 生产过程冶炼、浇铸、轧制

(3) 时效时效使钢材强度提高，塑性、冲击韧性降低。 冶炼过程控制钢材的化学成分。 (4) 冷作硬化 平炉钢 在冷加工过程中引起钢材硬化称冷作硬化。会提高强

度、降低韧 性、塑性。 顶吹氧气转炉炼钢法 碱性侧吹转炉炼钢法

(5) 温度0

高温：250 C蓝脆。(抗拉提高而韧性下降，600 C时强度为零) 低温：到冷脆临界温度时，冲击韧性急剧下降。

0

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2 影响钢材性能的主要因素 (1) 化学成分占钢材99%的铁Fe除外，还有 C、Si、Mn、 V、 S(O)、P(N) 等

(2) 生产过程冶炼、浇铸、轧制

(3) 时效时效使钢材强度提高，塑性、冲击韧性降低。

(4) 冷作硬化 浇铸过程控制脱氧程度。

在冷加工过程中引起钢材硬化称冷作硬化。会提高强度、降低韧 ①沸腾钢用锰脱氧，脱氧不彻底，成本低，以前 性、塑性。 土木工程常用，但现在提高要求了，许多结构限 用：疲劳、低温下非焊接结构，焊接结构； (5) 温度 ②镇静钢用硅脱氧，脱氧彻底，成本高，质量好； 0 0 高温：250 C蓝脆。(抗拉提高而韧性下降，600 C时强度为零) ③半镇静钢介于前两者之间； 低温：到冷脆临界温度时，冲击韧性急剧下降。 ④特殊镇静钢在锰硅脱氧后再用铝或钛补充脱氧。

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2 影响钢材性能的主要因素 (1) 化学成分占钢材99%的铁Fe除外，还有 C、Si、Mn、 V、 S(O)、P(N) 等

(2) 生产过程冶炼、浇铸、轧制

(3) 时效时效使钢材强度提高，塑性、冲击韧性降低。

(4) 冷作硬化 轧制过程：轧制可减少缺陷，使金属在冷加工过程中引起钢材硬化称冷作硬化。会提高强度、降低韧 组织更为致密。 性、塑性。 轧制方法：高温加压 厚度大于40mm需进行Z向试验。 (5) 温度 经轧制后不均匀冷却会产生残余应力。 0 0 高温：250 C蓝脆。(抗拉提高而韧性下降，600 C时强度为零) 低温：到冷脆临界温度时，冲击韧性急剧下降。

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3 复杂应力与应力集中(1)钢材在复杂应力作用下的性能材料由弹性状态转变为塑性状态时的综合强度指标，要用 单位体积内的变形能衡量。即用能量(第四)强度理论判 定。折算应力公式为：2 2 2 2 2 2 ZS x y Z x y y z x z 3 xy yz xz 2 2 1 2 x y y z z x 2

ZS

2 2 2 在平面状态下，与Z有关者均为零 ： ZS x y x y 3 xy

在一般梁中： 在纯剪时：

ZS 2 3 2 ZS 3 2 3 f y

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