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1、结构设计原理结构设计原理结构设计原理结构设计原理 第三章第三章第三章第三章 结构材料结构材料结构材料结构材料 结构材料结构材料结构材料结构材料 按其变形能力来分按其变形能力来分 1.塑性材料（破坏时有较大的塑性变塑性材料（破坏时有较大的塑性变 形）：钢材形）：钢材 2.脆性材料（破坏前无明显的塑性变脆性材料（破坏前无明显的塑性变 形）：混凝土、砖、砌块等形）：混凝土、砖、砌块等 3.1 3.1 钢材钢材钢材钢材 内容介绍内容介绍内容介绍内容介绍 钢材的力学性能钢材的力学性能钢材的力学性能钢材的力学性能 钢材的分类钢材的分类钢材的分类钢材的分类 钢材的化学成分对钢材性能的影响钢材的化学成分对钢材
2、性能的影响钢材的化学成分对钢材性能的影响钢材的化学成分对钢材性能的影响 钢材的牌号钢材的牌号钢材的牌号钢材的牌号 钢材的规格钢材的规格钢材的规格钢材的规格 钢材的选用钢材的选用钢材的选用钢材的选用 钢材及其连接强度标准值和设计值钢材及其连接强度标准值和设计值钢材及其连接强度标准值和设计值钢材及其连接强度标准值和设计值 钢材的本构模型钢材的本构模型钢材的本构模型钢材的本构模型 1. 钢材的力学性能钢材的力学性能 （1）钢材的拉伸应力）钢材的拉伸应力-应变曲线及其强度取值的依据应变曲线及其强度取值的依据 A比例极限比例极限 B屈服上限屈服上限 B屈服下限屈服下限 应力强化的起点应力强化的起点 极限
3、强度极限强度 有明显流幅的钢材有明显流幅的钢材 无明显流幅的钢材无明显流幅的钢材 2 . 0 （2 2）钢材的伸长率和冷弯性能）钢材的伸长率和冷弯性能）钢材的伸长率和冷弯性能）钢材的伸长率和冷弯性能 %100 0 01 = = l ll 0 l 1 l 伸长率伸长率伸长率伸长率 %5 称为塑性材料称为塑性材料称为塑性材料称为塑性材料 %5 称为脆性材料称为脆性材料称为脆性材料称为脆性材料 5 10 的的的的含义及大小关系？含义及大小关系？含义及大小关系？含义及大小关系？ 冷弯是将直径为冷弯是将直径为冷弯是将直径为冷弯是将直径为d d的钢筋绕直径为的钢筋绕直径为的钢筋绕直径为的钢筋绕直径为D D
4、的弯芯弯的弯芯弯的弯芯弯的弯芯弯 曲到规定的角度后无裂纹或起层现象，则表曲到规定的角度后无裂纹或起层现象，则表曲到规定的角度后无裂纹或起层现象，则表曲到规定的角度后无裂纹或起层现象，则表 示冷弯合格。示冷弯合格。示冷弯合格。示冷弯合格。 冷弯性能冷弯性能冷弯性能冷弯性能 冷弯示意图冷弯示意图冷弯示意图冷弯示意图 （3 3）冲击韧性）冲击韧性）冲击韧性）冲击韧性 钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收机械能的一种能钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收机械能的一种能钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收机械能的一种能钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收机械能的一种能 力，是衡量钢材抵抗可能因低温、应力集中、冲击力，是衡量钢材
5、抵抗可能因低温、应力集中、冲击力，是衡量钢材抵抗可能因低温、应力集中、冲击力，是衡量钢材抵抗可能因低温、应力集中、冲击 荷载作用等而致脆性断裂能力的一项机械性能。荷载作用等而致脆性断裂能力的一项机械性能。荷载作用等而致脆性断裂能力的一项机械性能。荷载作用等而致脆性断裂能力的一项机械性能。 冲击实验示意图冲击实验示意图冲击实验示意图冲击实验示意图 钢材的力学性能钢材的力学性能钢材的力学性能钢材的力学性能 钢材设计强度钢材设计强度钢材设计强度钢材设计强度 钢材的伸长率和冷弯性能钢材的伸长率和冷弯性能钢材的伸长率和冷弯性能钢材的伸长率和冷弯性能 冲击韧性冲击韧性冲击韧性冲击韧性 小小小小结结结结 2
6、. 2. 钢材的分类钢材的分类钢材的分类钢材的分类 按化学成分分按化学成分分按化学成分分按化学成分分 ? 碳素钢碳素钢碳素钢碳素钢 o o 低碳钢低碳钢低碳钢低碳钢 0.25%0.25% o o 中碳钢中碳钢中碳钢中碳钢 0.250.6%0.250.6% o o 高碳钢高碳钢高碳钢高碳钢 0.61.4%0.61.4% ?低合金钢低合金钢低合金钢低合金钢 按冶炼炉种分：按冶炼炉种分：按冶炼炉种分：按冶炼炉种分：平炉钢、顶吹氧气转炉钢平炉钢、顶吹氧气转炉钢平炉钢、顶吹氧气转炉钢平炉钢、顶吹氧气转炉钢 按脱氧程度分：按脱氧程度分：按脱氧程度分：按脱氧程度分：沸腾钢、镇静钢、半镇静沸腾钢、镇静钢、半镇
7、静沸腾钢、镇静钢、半镇静沸腾钢、镇静钢、半镇静 钢和特殊镇静钢钢和特殊镇静钢钢和特殊镇静钢钢和特殊镇静钢 3. 3. 钢材的化学成分对钢材性能的影响钢材的化学成分对钢材性能的影响钢材的化学成分对钢材性能的影响钢材的化学成分对钢材性能的影响 元素元素元素元素作用作用作用作用强度强度强度强度塑性塑性塑性塑性 冲击冲击冲击冲击 韧性韧性韧性韧性 冷弯冷弯冷弯冷弯 性能性能性能性能 热脆热脆热脆热脆冷脆冷脆冷脆冷脆 适量适量适量适量 改善改善改善改善 过量过量过量过量 降低降低降低降低 减少氧、硫的减少氧、硫的减少氧、硫的减少氧、硫的 有害影响有害影响有害影响有害影响 变脆变脆变脆变脆 降低降低降低降
8、低含量含量 含量含量0.035%0.05%0.035%0.05% 磷磷磷磷 冷脆（低温韧性降低并产生脆性破坏）冷脆（低温韧性降低并产生脆性破坏）冷脆（低温韧性降低并产生脆性破坏）冷脆（低温韧性降低并产生脆性破坏）0.035%0.045% 0.035%0.045% 过量过量过量过量 适量适量适量适量 降低，且恶化降低，且恶化降低，且恶化降低，且恶化 抗锈蚀能力和抗锈蚀能力和抗锈蚀能力和抗锈蚀能力和 焊接性焊接性焊接性焊接性 0.3%0.3%（Q235Q235）或）或）或）或 0.6%0.6%（16Mn16Mn、 15MnV15MnV） 低低低低低低低低碳碳碳碳 含量对钢材的强度、塑性、韧性含量对
9、钢材的强度、塑性、韧性含量对钢材的强度、塑性、韧性含量对钢材的强度、塑性、韧性 和焊接性有决定性影响和焊接性有决定性影响和焊接性有决定性影响和焊接性有决定性影响0.22%20 20 ，取，取，取，取 =20=20 II.II.跨度等于或大于跨度等于或大于跨度等于或大于跨度等于或大于60m60m桁架的受压弦干和桁架的受压弦干和桁架的受压弦干和桁架的受压弦干和 端部受压腹杆：端部受压腹杆：端部受压腹杆：端部受压腹杆：0.950.95 III.III. 无垫板的单面施焊对接焊缝：无垫板的单面施焊对接焊缝：无垫板的单面施焊对接焊缝：无垫板的单面施焊对接焊缝：0.850.85 IV.IV. 施焊条件较差
10、的高空安装焊缝和铆钉连施焊条件较差的高空安装焊缝和铆钉连施焊条件较差的高空安装焊缝和铆钉连施焊条件较差的高空安装焊缝和铆钉连 接：接：接：接：0.90.9 V.V.沉头或半沉头铆钉连接：沉头或半沉头铆钉连接：沉头或半沉头铆钉连接：沉头或半沉头铆钉连接：0.80.8 8. 8. 钢材的本构模型钢材的本构模型钢材的本构模型钢材的本构模型 （a a）双直线双直线双直线双直线 = = hssyy ysss s f E , , 理想弹塑性模型的应力应变曲线理想弹塑性模型的应力应变曲线理想弹塑性模型的应力应变曲线理想弹塑性模型的应力应变曲线 y y s f Etg = = = y f s f s hs,
11、y 结构设计时，结构钢和结构设计时，结构钢和结构设计时，结构钢和结构设计时，结构钢和 普通低碳或低合金钢筋普通低碳或低合金钢筋普通低碳或低合金钢筋普通低碳或低合金钢筋 均采用这一模型均采用这一模型均采用这一模型均采用这一模型 （b b）三折线三折线三折线三折线 ()() + + = = usshshsssy hssyy ysss s Ef f E , , , , 弹塑性加硬化模型的应力应变曲线弹塑性加硬化模型的应力应变曲线弹塑性加硬化模型的应力应变曲线弹塑性加硬化模型的应力应变曲线 y y s f Etg = = = y f s f s hs, y 钢材的流幅较短时可采钢材的流幅较短时可采钢材
12、的流幅较短时可采钢材的流幅较短时可采 用这一模型用这一模型用这一模型用这一模型 us, hsus yus s ff Etg , , = = = us f , （c c）双斜线双斜线双斜线双斜线 ()() + + = = ussyyssy ysss s Ef E , , , 弹塑性模型的应力应变曲线弹塑性模型的应力应变曲线弹塑性模型的应力应变曲线弹塑性模型的应力应变曲线 y y s f Etg = = = y f s f s y 适用于低合金钢、铝合适用于低合金钢、铝合适用于低合金钢、铝合适用于低合金钢、铝合 金、高强度钢筋和钢丝金、高强度钢筋和钢丝金、高强度钢筋和钢丝金、高强度钢筋和钢丝 us
13、, yus yus s ff Etg = = = , , us f , 3.1 3.1 钢材小结钢材小结钢材小结钢材小结 1. 1. 钢材的力学性能钢材的力学性能钢材的力学性能钢材的力学性能 2. 2. 钢材的分类钢材的分类钢材的分类钢材的分类 3. 3. 钢材的化学成分对钢材性能的影响钢材的化学成分对钢材性能的影响钢材的化学成分对钢材性能的影响钢材的化学成分对钢材性能的影响 4. 4. 钢材的牌号钢材的牌号钢材的牌号钢材的牌号 5. 5. 钢材的规格钢材的规格钢材的规格钢材的规格 6. 6. 钢材的选用钢材的选用钢材的选用钢材的选用 7.7.钢材及其连接强度标准值和设计值钢材及其连接强度标准值和设计值钢材及其连接强度标准值和设计值钢材及其连接强度标准值和设计值 8.8.钢材的本构模型钢材的本构模型钢材的本构模型钢材的本构模型