页数：30页文件大小：231.4 KB来源： 钢结构设计原理ppt课件
本课件围绕钢结构材料展开：先以单向拉伸试验说明比例极限、屈服点与抗拉强度等强度指标，以及塑性、冷弯性能与冲击韧性，再区分塑性破坏与脆性破坏并分析疲劳破坏成因，最后梳理化学成分、生产工艺、温度与应力集中对性能的影响及碳素结构钢、低合金高强度结构钢的分类选用与规格。
2.1.1 钢材的强度：强度是钢材的一项主要机械性能，可通过单向拉伸实验确定。
图2.1 钢材的应力-应变关系
2.1.1 钢材的强度
2.1.1 钢材的强度（续）
2.1.2 钢材的塑性：钢材的塑性一般是钢材破坏前产生塑性变形的能力。衡量钢材塑性好坏的主要指标是伸长率δ和截面收缩率ψ。
图2.2 拉伸试件
2.1.3 钢材的冷弯性能：冷弯性能是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时，抵抗产生裂纹能力的一项指标，由冷弯试验确定。它还是显示钢材内部缺陷状况的一项指标，是鉴定钢材在弯曲状态下塑性应变能力和钢材质量的综合指标。
图2.3 钢材冷弯试验示意图
2.1.4 钢材的冲击韧性：冲击韧性也称作缺口韧性，是衡量钢材在冲击荷载作用下抵抗脆性断裂能力的一项力学指标，通常采用在材料试验机上对标准试件进行冲击荷载试验来测定。它用材料在断裂时所吸收的总能量来量度（Ak）。韧性是钢材强度和塑性的综合指标。
图2.4 钢材冲击韧性
2.2 钢材的破坏形态
| 破坏形态 | 破坏特征 | 断口特征 |
|---|---|---|
| 塑性破坏 | 构件应力超过屈服点fy并达到抗拉极限强度fu后，产生明显塑性变形而断裂；破坏前有明显变形且变形持续时间较长，便于发现和补救 | 断口常为杯形，呈纤维状，色泽发暗 |
| 脆性破坏 | 破坏前无明显变形，平均应力低于抗拉强度fu甚至低于屈服强度fy；破坏突然、无明显预兆，危险性极大，应尽量避免 | 断口平直，呈有光泽的晶粒状 |
2.2.1 钢材的脆性破坏
2.2.2 钢材的疲劳破坏
2.3.1 化学成分
2.3.1 化学成分：主要化学成分对性能的影响
| 元素 | 对性能的影响 | 含量控制 |
|---|---|---|
| 碳 C | 含量增加，钢材强度提高，而塑性、韧性和疲劳强度降低，同时焊接性能和抗腐蚀性恶化 | 碳素结构钢中不应超过0.22%，焊接结构中还应低于0.2% |
| 硅 Si | 作为合金元素提高强度，为有益成分 | 碳素结构钢中应控制≤0.3%，低合金高强度钢中可达0.55% |
| 锰 Mn | 含量适量使强度提高，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 | 碳素结构钢中为0.3%～0.8%，低合金高强度钢中可达1.0%～1.6% |
2.3.1 化学成分：有害成分
| 元素 | 对性能的影响 | 含量限值 |
|---|---|---|
| 硫 S | 降低塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，高温时使钢材变脆，称为热脆（有害成分） | 不超过0.055% |
| 磷 P | 降低塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，低温时使钢材变脆，称为冷脆；可提高强度和抗锈蚀性（有害成分） | 不超过0.050% |
| 氧 O | 降低塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，高温时发生热脆（有害成分） | — |
| 氮 N | 降低塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，低温时发生冷脆（有害成分） | — |
2.3.2 生产工艺影响
2.3.3 钢材硬化
2.3.4 温度影响
注：本页源文件在温度阈值处存在缺字（如"时，钢材性能变化不大""时强度几乎等于零"前的具体温度值缺失），此处按上下文保留已知表述，具体温度数值建议对照原课件插图核对。
2.3.5 应力集中影响：当构件截面发生急剧变化，出现几何不连续现象（如钢结构构件中存在的孔洞、槽口、凹角、裂缝、厚度变化、形状变化、内部缺陷等），使构件截面上的一些区域产生局部高峰应力，此谓应力集中现象。
2.4 钢材的分类：建筑用钢主要为
2.4 钢材的分类：1、碳素结构钢：现行国家标准《碳素结构钢》（GB700-2006），牌号：Q195、Q215、Q235、Q275，质量等级分为A、B、C、D四级。
| 质量等级 | 冲击功要求 | 冷弯试验 |
|---|---|---|
| A级 | 无冲击功规定 | 只在需方有要求时才进行 |
| B级 | 20℃时冲击功不小于27J | 要求提供冷弯试验合格证书 |
| C级 | 0℃时冲击功不小于27J | 要求提供冷弯试验合格证书 |
| D级 | -20℃时冲击功不小于27J | 要求提供冷弯试验合格证书 |
1、碳素结构钢：钢的牌号由四部分组成。
2、低合金高强度结构钢：现行国家标准《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591-2008），牌号：Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690八种。
3、优质碳素结构钢：含碳量小于0.8的碳素钢，现行国家标准《优质碳素结构钢技术条件》（GB 699-1999），分为三类。
| 类别 | 含碳量范围 |
|---|---|
| 低碳钢 | C≤0.25% |
| 中碳钢 | C为0.25%～0.6% |
| 高碳钢 | C>0.6% |
4、优质碳素结构钢：含碳量小于0.8的碳素钢，现行国家标准《优质碳素结构钢技术条件》（GB 699-1999），分为三类：低碳钢（C≤0.25%）、中碳钢（C为0.25%～0.6%）、高碳钢（C>0.6%）。
5、优质钢丝绳
注：本页源文件编号与上一页重复（均标注为优质碳素结构钢一类），此处按原文保留，建议对照原课件核对编号。
6、建筑结构用钢板（GJ钢）：现行国家标准《建筑结构用钢板》（GB/T 19879—2005）。GJ钢与碳素结构钢、低合金高强度结构钢的主要差异有：规定了屈强比和屈服强度的波动范围；规定了碳当量CE和焊接裂纹敏感性指数Pcm；降低了P、S的含量，提高了冲击功值；降低了强度的厚度效应等。
7、耐候耐火钢：耐候钢（即耐大气腐蚀钢）是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列，由普碳钢添加少量铜、镍等耐腐蚀元素而成，具有耐锈、使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗、省工节能等特点。
耐火钢在600℃时的屈服强度达到常温规格值的三分之二。
2.5 钢材的选用——确定钢材种类及其质量等级，钢材的选用原则如下。
2.5 钢材的选用（续）
2.6 钢材的规格：钢结构采用的型材有热轧成型（钢板、型钢、圆钢、钢管）与冷弯成型（薄壁型钢、焊接钢管）。
2、热轧型钢（续）
2.6 钢材的规格（续）
本章小结：本章全面介绍了钢结构材料的力学性能与力学指标、钢材的破坏形态、钢材性能的各种影响因素、钢材的分类、钢材规格和建筑用钢材的选用原则等内容。重点需掌握钢材的力学性能指标、破坏形态分类和性能影响因素等内容，熟悉我国型钢的规格和建筑用钢材的选用原则等内容。在学习过程中，应查阅相关文献，了解国外钢材与我国钢材的差异。
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