長春工程學(xué)院教案用紙

1、PAGE PAGE 34長春工程學(xué)院教案用紙序號(hào)22 鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的材材料本章主要內(nèi)內(nèi)容：了了解鋼結(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)鋼鋼材的要要求；掌掌握鋼材材的破壞壞形式、鋼鋼材的主主要性能能、響鋼鋼材性能能的因素素。本 章 重重 點(diǎn)：（11）鋼材材的破壞壞形式；（2）鋼材材的主要要性能；（3）影響響鋼材性性能的因因素。本 章 難難 點(diǎn)：影響響鋼材性性能的因因素。2.1 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)對(duì)材料料的要求求對(duì)鋼材的基基本要求求：(1)較高高的抗拉拉強(qiáng)度fu和屈服服點(diǎn)fy ；(2)較高高的塑性性和韌性性；(3)良好好的工藝藝性能(包括冷冷加工、熱熱加工和和焊接性性能)。此外，根據(jù)據(jù)結(jié)構(gòu)的的具體工工作條件件，有時(shí)時(shí)還要求求鋼材具具有適應(yīng)

2、應(yīng)低溫、高高溫和腐腐蝕性環(huán)環(huán)境的能能力。按以上要求求，鋼結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范具具體規(guī)定定：承重重結(jié)構(gòu)采采用的鋼鋼結(jié)材應(yīng)應(yīng)具有抗抗拉強(qiáng)度度、伸長長率、屈屈服強(qiáng)度度和硫、磷磷含量的的合格保保證，對(duì)對(duì)焊接結(jié)結(jié)構(gòu)尚應(yīng)應(yīng)具有碳碳含量的的合格保保證。焊焊接承重重結(jié)構(gòu)以以及重要要的非焊焊接承重重結(jié)構(gòu)采采用的鋼鋼材還應(yīng)應(yīng)具有冷冷彎試驗(yàn)驗(yàn)的合格格保證。對(duì)對(duì)需要驗(yàn)驗(yàn)算疲勞勞強(qiáng)度的的結(jié)構(gòu)用用鋼材，根根據(jù)具體體情況應(yīng)應(yīng)當(dāng)具有有常溫或或負(fù)溫沖沖擊韌性性的合格格保證。2.2 鋼材的的破壞形形式鋼材有兩種種性質(zhì)完完全不同同的破壞壞形式，即即塑性破破壞和脆脆性破壞壞。塑性破壞：斷口呈呈纖維狀狀，色澤澤發(fā)暗。脆性破壞：破壞前前沒有

3、任任何預(yù)兆兆，破壞壞是突然然發(fā)生的的，斷口口平直并并呈有光光澤的晶晶粒狀。教法提示鋼材的破壞壞形式，鋼鋼材的主主要性能能，鋼影影響鋼材材性能的的因素。提問：塑性性、脆性性破壞的的區(qū)別。長春工程學(xué)院教案用紙2.3 鋼材的的主要性性能鋼材的主要要性能是是機(jī)械性性能，可可通過某某些試驗(yàn)驗(yàn)（拉伸伸、冷彎彎、沖擊擊）確定定。2.3.11 強(qiáng)度度性能鋼材標(biāo)準(zhǔn)試試件在常常溫靜荷荷載情況況下，單單向均勻勻受拉試試驗(yàn)時(shí)的的荷載-變形（F-L）曲線或應(yīng)力-應(yīng)變（-）曲線，如圖2.1所示。圖2.1 碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼的的應(yīng)力-應(yīng)變曲曲線高強(qiáng)度鋼沒沒有明顯顯的屈服服點(diǎn)和屈屈服臺(tái)階階。這類類鋼的屈屈服條件件是根據(jù)據(jù)試驗(yàn)分分析

4、結(jié)果果而人為為規(guī)定的的，故稱稱為條件件屈服點(diǎn)點(diǎn)（或屈屈服強(qiáng)度度）。條條件屈服服點(diǎn)是以以卸荷后后試件中中殘余應(yīng)應(yīng)變?yōu)?0.2%所對(duì)應(yīng)應(yīng)的應(yīng)力力定義的的（有時(shí)時(shí)用f0.22表示），見見圖2.2。由由于這類類鋼材不不具有明明顯的塑塑性平臺(tái)臺(tái)，設(shè)計(jì)計(jì)中不宜宜利用它它的塑性性。圖2.2 高強(qiáng)度度鋼的應(yīng)應(yīng)力-應(yīng)應(yīng)變關(guān)系系塑性：在靜靜力荷載載作用下下，鋼材材吸收變變形能的的能力。延伸率率（塑性性性能） 2.3.22 冷彎彎性能冷彎性能是是檢驗(yàn)鋼鋼材彎曲曲變形能能力或塑塑性性能能，還是是顯示鋼鋼材內(nèi)部部缺陷狀狀況的一一項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)；是鑒鑒定鋼材材在彎曲曲狀態(tài)下下塑性應(yīng)應(yīng)變能力力和鋼材材質(zhì)量的的綜合指指標(biāo)。教法提示

5、提問：條件件屈服點(diǎn)點(diǎn)。長春工程學(xué)院教案用紙圖2.3 鋼材冷冷彎試驗(yàn)驗(yàn)示意圖圖2.3.33 沖擊擊韌性沖擊韌性：在動(dòng)力力荷載作作用下，材材料吸收收能量的的能力。韌性是鋼材材抵抗沖沖擊荷載載的能力力，它用用材料在在斷裂時(shí)時(shí)所吸收收的總能能量來量量度（CCv）。韌性是鋼材材強(qiáng)度和和塑性的的綜合指指標(biāo)。圖2.4 沖擊韌韌性試驗(yàn)驗(yàn)鋼材性能可可用五項(xiàng)項(xiàng)機(jī)械性性能指標(biāo)標(biāo)衡量：、18000C冷彎、沖沖擊韌性性ak。 ak衡量量鋼材承承受動(dòng)力力荷載作作用時(shí)抵抵抗脆性性破壞的的性能。2.4 各種因因素對(duì)鋼鋼材性能能的影響響2.4.11 化學(xué)學(xué)成分鋼中基本元元素：、。普通碳素鋼鋼中，占占99%，其余余元素占占1%，

6、低低合金鋼鋼中，除除了上述述元素外外，還有有一定合合金元素素（鎳、釩釩、鈦等等）（含含量5%）。各種元素對(duì)對(duì)鋼材機(jī)機(jī)械性能能的影響響如下。碳C ：含含量增加加，鋼材材強(qiáng)度提提高，而而塑性、韌韌性和疲疲勞強(qiáng)度度低。同同時(shí)焊接接性能和和抗腐蝕蝕性惡化化。一般般在碳素素結(jié)構(gòu)鋼鋼中不應(yīng)應(yīng)超過00.222%；在在焊接結(jié)結(jié)構(gòu)中還還應(yīng)低于于0.22%。教法提示長春工程學(xué)學(xué)院教案案用紙硅Si：碳碳素結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼中應(yīng)應(yīng)控制0.33%, 在在低合金金高強(qiáng)度度鋼中硅硅的含量量可達(dá)00.555%。錳Mn：含含Mn適適量使強(qiáng)強(qiáng)度，降低低S、OO的熱脆脆影響，改改善熱加加工性能能，對(duì)其其它性能能影響不不大，有有益。在在碳素結(jié)

7、結(jié)構(gòu)鋼中中錳的含含量為00.3%0.88% ，在在 低合金金高強(qiáng)度度鋼中錳錳的含量量可達(dá)11.0% 1.66%。硫S：降低低鋼材的的塑性、韌韌性、可可焊性和和疲勞強(qiáng)強(qiáng)度，在在高溫時(shí)時(shí)，使鋼鋼材變脆脆，稱之之為熱脆脆。含量量應(yīng)不超超過0.0455%。(有害成成分)磷P：降低低鋼材的的塑性、韌韌性、可可焊性和和疲勞強(qiáng)強(qiáng)度，在在低溫時(shí)時(shí)，使鋼鋼材變脆脆，稱之之為冷脆脆。含量量應(yīng)不超超過0.0455%?？煽梢蕴岣吒邚?qiáng)度和和抗銹蝕蝕性。(有害成成分)氧O：降低低鋼材的的塑性、韌韌性、可可焊性和和疲勞強(qiáng)強(qiáng)度，在在高溫時(shí)時(shí)，發(fā)生生熱脆。 (有害害成分)氮N：降低低鋼材的的塑性、韌韌性、可可焊性和和疲勞強(qiáng)強(qiáng)度

8、，在在低溫時(shí)時(shí)，發(fā)生生冷脆。 (有害害成分)釩和鈦：是是鋼中的的合金元元素，能能提高鋼鋼的強(qiáng)度度和抗腐腐蝕性能能，又不不顯著降降低鋼的的塑性。銅：可顯著著提高鋼鋼的抗腐腐蝕性能能，也可可以提高高鋼的強(qiáng)強(qiáng)度，但但對(duì)焊接接性能有有不利影影響。2.4.22 冶金金缺陷在冶煉、軋軋制過程程中常常常出現(xiàn)的的缺陷有有偏析、非非金屬夾夾雜、裂裂紋、夾夾層及氣氣孔等。圖2.5 鋼錠剖剖面 1、偏析：鋼中化化學(xué)成分分不一致致和不均均勻性，主主要的偏偏析是硫硫、磷，將將嚴(yán)重惡惡化鋼材材的性能能,使偏偏析區(qū)鋼鋼材的塑塑性、韌韌性及可可焊性變變壞。2、非金屬屬夾雜：鋼材中中存在非非金屬化化合物（硫硫化物、氧氧化物），

9、使使鋼材性性能變脆脆。教法提示長春工程學(xué)學(xué)院教案案用紙3、裂紋、分分層：在軋制制中可能能出現(xiàn)，影影響鋼材材的冷彎彎性能。圖2.6 鋼的軋軋制使晶晶粒細(xì)化化 (aa)鎮(zhèn)靜靜鋼錠,鋼液含含硫0.0322% (bb)沸騰騰鋼錠,鋼液含含硫0.04%圖2.7 鋼錠中中硫的偏偏析圖2.8 型鋼硫硫的偏析析2.4.33 鋼材材的硬化化冷作硬化當(dāng)加加載超過過材料比比例極限限卸載后后，出現(xiàn)現(xiàn)殘余變變形，再再次加載載則屈服服點(diǎn)提高高，塑性性和韌性性降低的的現(xiàn)象，也也稱“應(yīng)變硬硬化”。時(shí)效硬化隨時(shí)時(shí)間的增增長，碳碳和氮的的化合物物從晶體體中析出出，使材材料硬化化的現(xiàn)象象。應(yīng)變時(shí)效鋼材材產(chǎn)生塑塑性變形形時(shí)，碳碳、氮

10、化化合物更更易析出出。即冷冷作硬化化的同時(shí)時(shí)可以加加速時(shí)效效硬化，因因此也稱稱“人工時(shí)時(shí)效”。 教法提示推廣時(shí)效冷冷作硬化化的特征征。長春工程學(xué)學(xué)院教案案用紙2.4.44 溫度度影響鋼材性能隨隨溫度變變動(dòng)而變變化?？偪偟内厔輨菔牵簻販囟壬吒撸摬牟膹?qiáng)度降降低，應(yīng)應(yīng)變?cè)龃蟠螅环粗?，溫度度降低，鋼鋼材?qiáng)度度會(huì)略有有增加，塑塑性和韌韌性卻會(huì)會(huì)降低而而變脆，見見圖2.9。圖2.9 溫度對(duì)對(duì)鋼材機(jī)機(jī)械性能能的影響響溫度升高，在在200以內(nèi)鋼鋼材性能能沒有很很大變化化，43305540之間強(qiáng)強(qiáng)度急劇劇下降，600時(shí)強(qiáng)度很低不能承擔(dān)荷載。但在250左右，鋼材的強(qiáng)度反而略有提高，同時(shí)塑性和韌性均下降，材料

11、有轉(zhuǎn)脆的傾向，鋼材表面氧化膜呈現(xiàn)藍(lán)色，稱為藍(lán)脆現(xiàn)象。鋼材應(yīng)避免在藍(lán)脆溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱加工。當(dāng)溫度在260320之間時(shí)，在應(yīng)力持續(xù)不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形，此種現(xiàn)象稱為徐變現(xiàn)象。當(dāng)溫度從常常溫開始始下降，特特別是在在負(fù)溫度度范圍內(nèi)內(nèi)時(shí)，鋼鋼材強(qiáng)度度雖有些些提高，但但其塑性性和韌性性降低，材材料逐漸漸變脆，這這種性質(zhì)質(zhì)稱為低低溫冷脆脆。圖22.100是鋼材材沖擊韌韌性與溫溫度的關(guān)關(guān)系曲線線。由圖圖可見，隨隨著溫度度的降低低，Cvv值迅速速下降，材材料將由由塑性破破壞轉(zhuǎn)變變?yōu)榇嘈孕云茐模瑫r(shí)可見見這一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變是在在一個(gè)溫溫度區(qū)間間T1T2內(nèi)完成成的，此此溫度區(qū)區(qū)T1T2稱為鋼鋼材的脆

12、脆性轉(zhuǎn)變變溫度區(qū)區(qū)，在此此區(qū)間內(nèi)內(nèi)曲線的的反彎點(diǎn)點(diǎn)（最陡陡點(diǎn)）所所對(duì)應(yīng)的的溫度TT0稱為脆脆性轉(zhuǎn)變變溫度。如如果把低低于T00完全脆脆性破壞壞的最高高溫度TT1作為鋼鋼材的脆脆斷設(shè)計(jì)計(jì)溫度即即可保證證鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)低溫工工作的安安全。圖2.100 沖擊擊韌性與與溫度的的關(guān)系曲曲線教法提示讓學(xué)生思考考：“三脆”的的區(qū)別。長春工程學(xué)學(xué)院教案案用紙2.4.55 應(yīng)力集集中構(gòu)件上孔洞洞、刻槽槽、凹角角、裂紋紋以及截截面厚度度或?qū)挾榷雀淖兊鹊炔课唬谠诹ψ饔糜孟?，該該處出現(xiàn)現(xiàn)高峰應(yīng)應(yīng)力，而而其它部部位應(yīng)力力較低，截截面應(yīng)力力分布不不均勻現(xiàn)現(xiàn)象應(yīng)力集集中。應(yīng)力集中系系數(shù) 應(yīng)力集中是是造成構(gòu)構(gòu)件脆性性破壞的的主要

13、原原因之一一。應(yīng)力集中系系數(shù)越大大，變脆脆的傾向向越嚴(yán)重重。 圖2.111 孔洞洞及槽孔孔處的應(yīng)應(yīng)力集中中2.5 復(fù)雜應(yīng)應(yīng)力作用用下鋼材材的屈服服條件在單軸應(yīng)力力作用下下時(shí)鋼材材屈服，構(gòu)構(gòu)件由彈彈性工作作狀態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為塑性性工作狀狀態(tài)。在多軸應(yīng)力力作用下下鋼材的的屈服條條件不能能以某一一軸向應(yīng)應(yīng)力超過過某屈服服點(diǎn)來判判別，而而是按材材料力學(xué)學(xué)的能量量強(qiáng)度理理論計(jì)算算折算應(yīng)應(yīng)力與鋼鋼材在單單軸應(yīng)力力作用下下的比較較判斷。圖2.122 復(fù)雜雜應(yīng)力教法提示長春工程學(xué)學(xué)院教案案用紙當(dāng)用應(yīng)力分分量表示示時(shí)：當(dāng)用主應(yīng)力力表示時(shí)時(shí)：在普通梁中中，一般般只存在在正應(yīng)力力和剪應(yīng)應(yīng)力討論：（1）當(dāng)三三個(gè)主應(yīng)應(yīng)力同號(hào)號(hào)

14、且數(shù)值值接近時(shí)時(shí)，即使使很大，但但鋼材很很難屈服服，發(fā)生生脆性破破壞。（2）有異異號(hào)應(yīng)力力，且同同號(hào)兩個(gè)個(gè)應(yīng)力差差較大，即即使，但但可能大大于，發(fā)發(fā)生塑性性破壞。純剪： 2.7 鋼材的的種類和和規(guī)格2.7.11 鋼材材的種類類(1)按 用 途：結(jié)構(gòu)鋼鋼、工具具鋼、特特殊鋼(如不銹銹鋼等)。(2)按冶冶煉方法法：轉(zhuǎn)爐爐鋼、平平爐鋼。(3)按脫脫氧方法法：沸騰騰鋼、鎮(zhèn)鎮(zhèn)靜鋼、特特殊鎮(zhèn)靜靜鋼。(4)按成成型方法法：軋制制鋼、鍛鍛鋼、鑄鑄鋼。(5)按化化學(xué)成分分：碳素素鋼、合合金鋼。在建筑工程程中采用用的是：碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼、低合合金高強(qiáng)強(qiáng)度結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼、優(yōu)優(yōu)質(zhì)碳素素結(jié)構(gòu)鋼鋼。普通碳素鋼鋼（碳素素結(jié)構(gòu)鋼鋼）、

15、（低低合金結(jié)結(jié)構(gòu)鋼）：牌號(hào)有四部部分組成成：代表表屈服點(diǎn)點(diǎn)的字母母；教法提示提問：選擇擇鋼材應(yīng)應(yīng)該從哪哪幾個(gè)方方面考慮慮，引出出選擇鋼鋼材要考考慮的因因素。長春工程學(xué)學(xué)院教案案用紙屈服點(diǎn)的的數(shù)值1995、2215、2235、2255、2275、3345、3390等等；質(zhì)量等級(jí)級(jí)符號(hào)A、BB、C、DD四個(gè)等等級(jí)（普普通碳素素鋼） A、BB、C、DD、E五五個(gè)等級(jí)級(jí)（普通通低合金金鋼）脫氧方法法符號(hào)F代代表沸騰騰鋼、bb代表半半鎮(zhèn)靜鋼鋼、z代代表鎮(zhèn)靜靜鋼、TTz代表表特殊鎮(zhèn)鎮(zhèn)靜鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼：主要用于鋼鋼結(jié)構(gòu)某某些節(jié)點(diǎn)點(diǎn)或用作作連接件件。建筑結(jié)構(gòu)用用鋼板：高性能建筑筑結(jié)構(gòu)鋼鋼材(GGJ鋼)，

16、牌號(hào)號(hào)由以下下組成：Q代代表屈服服強(qiáng)度的的字母；屈服點(diǎn)的的數(shù)值；代表高性性能建筑筑結(jié)構(gòu)用用鋼的漢漢語拼音音字母GGJ；質(zhì)量等級(jí)級(jí)符號(hào)B、CC、D、EE四個(gè)等等級(jí)對(duì)于厚度方方向性能能鋼板，在在質(zhì)量等等級(jí)后面面加上厚厚度方向向性能級(jí)級(jí)別（ZZ15、ZZ25、ZZ35 ）。適用于建造造高層建建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)、大跨跨度結(jié)構(gòu)構(gòu)及其他他重要建建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)。2.7.22 鋼材材的選擇擇確定鋼材種種類及其其質(zhì)量等等級(jí)。1、結(jié)構(gòu)的的重要性性安全等級(jí)不不同，所所選鋼材材的質(zhì)量量等級(jí)也也不應(yīng)不不同，重重要的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件件選用質(zhì)質(zhì)量好的的鋼材。2、荷載特特征荷載為靜力力或動(dòng)力力荷載，應(yīng)應(yīng)選用各各項(xiàng)性能能不同的的鋼材。3、連接方

17、方法焊接應(yīng)選擇擇可焊性性好的鋼鋼材。非非焊接結(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)含含碳量可可降低要要求。4、結(jié)構(gòu)所所處的溫溫度和環(huán)環(huán)境處于負(fù)溫下下工作時(shí)時(shí)，選用用負(fù)溫沖沖擊合格格的鋼材材，結(jié)構(gòu)構(gòu)周圍有有腐蝕介介質(zhì)存在在時(shí)要選選用抗銹銹性好的的鋼材。5、鋼材的的厚度教法提示長春工程學(xué)學(xué)院教案案用紙厚度大焊接接結(jié)構(gòu)應(yīng)應(yīng)采用材材質(zhì)較好好的鋼材材。2.7.33 鋼材材規(guī)格鋼結(jié)構(gòu)采用用的型材材有：熱熱軋鋼板板、熱軋軋型鋼、冷冷彎薄壁壁型鋼。1、熱軋鋼鋼板 “” 寬度度厚度長度（mmm）2、熱軋型型板（1）熱軋軋角鋼等肢角鋼 LL肢寬肢厚不等肢角鋼鋼 L長肢肢寬短肢寬寬肢厚（2）熱軋軋工字鋼鋼普通工字鋼鋼 I號(hào)數(shù)數(shù)（代表表截面高高度厘米米數(shù)）輕型工字鋼鋼 QI號(hào)號(hào)數(shù)（代代表截面面高度厘厘米數(shù)）20號(hào)以上上的工字字鋼，按按腹板厚