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疲劳寿命不仅与应力幅Δσ有关PPT

  二. 钢材的铸造缺陷 冶金缺陷,如偏析、非金属夹杂、气孔、缩孔和裂纹等 热加工、冷加工和热处理三种。 将钢坯加热至塑性状态,依靠外力改变其形状,产生出各种厚度的钢板和型钢,称为热加工 在常温下对钢材进行加工称为冷加工 通过加热、保温、冷却的操作方法,使钢的组织结构发生变化,称为热处理 一. 热加工 开轧和锻压温度控制在1150~1300℃ 钢材轧制成钢板或型钢,使金属的晶粒变细,压合钢坯中的气孔、裂纹等缺陷,改善钢材的力学性能。 热轧薄板和壁厚较薄的热轧型钢,因辊轧次数较多,钢材的性能改善明显,其强度、塑性、韧性和焊接性能均优于厚板和厚壁型钢 钢材强度按板厚分组 钢中的硫化物和氧化物等非金属夹杂,经轧制之后被压成薄片 会出现分层现象。使钢板沿厚度方向受拉的性能恶化 三. 热处理 包括退火、正火、淬火和回火 退火和正火改善组织以提高钢的机械性能 其操作方法为:在炉中钢材加热保温一段时间后,随炉温冷却至500℃以下,再放至空气中冷却的工艺称为完全退火 若保温后从炉中取出在空气中冷却的工艺称为正火。正火的冷却速度比退火快,强度和硬度有所提高 低温退火,主要用来消除铸件、热轧件、锻件、焊接件和冷加工件中的残余应力 四. 其他钢 防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢,处于外露环境对耐腐蚀有特殊要求或在腐蚀性作用下的结构采用耐候钢 槽钢有普通槽钢和轻型槽钢二种。 [32a指截面高度320mm,腹板较薄的槽钢。 钢管有无缝钢管和焊接钢管两种。可用代号“D”后加“外径d×壁厚t”表示,如D180×8等。 2.6.2 钢材规格 热轧成型的钢板和型钢,以及冷加工成型的冷轧薄钢板和冷弯薄壁型钢 一. 钢板 钢板有厚钢板、薄钢板、扁钢(或带钢)之分。钢板截面的表示方法为在符号“-”后加“宽度×厚度”,如-200×20等。钢板的供应规格如下: 厚钢板:厚4.5~60mm,宽600~3000mm,长4~12m; 薄钢板:厚0.35~4mm,宽500~1500mm,长0.5~4m 扁 钢:厚 4~60mm,宽 12~ 200mm,长3~9m。 花纹钢板 §2-6 建筑用钢的种类、规格和选用 钒元素(V)是低合金钢中合金元素。可以细化钢材晶粒结构而提高钢材屈服强度和抗拉强度。钒的化合物稳定,使钢的高温硬度提高,15MnV钢是在16Mn钢基础上加入适量的钒(0.04~0.12%)熔炼成强度较高低合金钢。 硫元素(S)是一种有害元素。硫与铁化合成硫化铁(FeS)散布在纯铁体层间中,当温度在800~1200℃时熔化而使钢材出现热裂纹,且易脆断。称为热脆现象。使钢材焊接性能和热加工性能变坏,降低钢材塑性和冲击韧性。 §2-4 各种因素对钢材性能的影响 氧、氮是有害元素,容易从铁液中逸出,故含量甚少。氧的作用与硫类似,增大钢的热脆性。 氮的作用同磷类似,能显著降低钢材的塑性和冲击韧性,冷弯性能和焊接性能,特别是增大钢材的冷脆性 §2-4 各种因素对钢材性能的影响 磷元素(P)也是一种有害元素。 磷的存在可提高钢材的强度和抗锈蚀性,但严重降低钢材的塑性、冷弯性能、冲击韧性和可焊性。 在低温下,钢材易产生低温脆断,称为冷脆现象。 钢材的焊接性能受含碳量和合金元素含量的影响 含碳量超过时,焊缝及热影响区容易变脆 一般Q235A的含碳量较高,因此这一牌号通常不能用于焊接构件。而Q235B、C、D的含碳量控制在上述的适宜范围之内,适合焊接使用 在高强度低合金钢中,低合金元素大多对可焊性有不利影响,《建筑钢结构焊接技术规程》使用碳当量来衡量低合金钢的可焊性,其的计算公式如下: 2.4.2钢材的焊接性能 §2-4 各种因素对钢材性能的影响 其中C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu分别为分别为碳、锰、铬、钼、钒、镍和铜的百分含量。 钢材焊接性能的优劣除了与钢材的碳当量有直接关系之外,还与母材厚度、焊接方法、焊接工艺参数以及结构形式等条件有关。 当CE在0.38%~0.45%范围内时,钢材呈现淬硬倾向,施焊时需要控制焊接工艺、采用预热措施并使热影响区缓慢冷却,以免发生淬硬开裂; 当CE大于0.45%时,钢材的淬硬倾向更加明显,需严格控制焊接工艺和预热温度才能获得合格的焊缝。 §2-4 各种因素对钢材性能的影响 钢材的硬化有三种情况: 时效硬化、冷作硬化(或应变硬化)和应变时效硬化 在高温时溶于铁中的少量氮和碳,随着时间的增长逐渐由固溶体中析出,生成氮化物和碳化物,散存在铁素体晶粒的滑动界面上,对晶粒的塑性滑移起到遏制作用,从而使钢材的强度提高,塑性和韧性下降。这种现象称为时效硬化 在冷加工使钢材产生较大的塑性变形的情况下,卸荷后再重新加载,钢材的屈服点提高,塑性和韧性降低的现象称为冷作硬化 2.4.3钢材的硬化 §2-4 各种因素对钢材性能的影响 应力—应变曲线将沿图中EDHK进行,屈服点由D点提高到H点 塑性区和应变硬化区的范围缩小。这也是一个对钢结构的不利因素。 §2-4 各种因素对钢材性能的影响 时效过程长 在塑性变形后对钢材加热到200~300 C,使时效在几小时内完成,称为人工时效。 重要结构常需进行人工时效,然后再测定其冲击韧性,以保证钢材长期具有较好的韧性。 当截面有裂纹(内部的或表面的)、孔洞、刻槽、凹角时以及截面厚度或宽度突然改变时 构件中应力分布变得不均匀。在缺陷或截面变化处附近,应力线曲折、密集、出现高峰应力的现象称为应力集中。 当数值相等三向拉应力时,直到材料断裂也不屈服。 三向拉应力状态容易脆性破坏 2.4.4 应力集中的影响 §2-4 各种因素对钢材性能的影响 应力集中现象可能由内应力产生: 在浇注、轧制和焊接加工过程中,不同部位钢材冷却速度不同产生。 焊接残余应力: 在焊缝附近残余拉应力常达到屈服点,在焊缝交叉处经常出现双向、甚至三向残余拉应力场,使钢材局部变脆。 当外力引起的应力与内应力处于不利组合时,会引发脆性破坏。 因此,在进行钢结构设计时,应尽量使构件和连接节点的形状和构造合理,防止截面的突然改变。 钢结构焊接构造设计和施工时,尽量减少焊接残余应力。 §2-4 各种因素对钢材性能的影响 荷载可分为静力的和动力的两大类。 快速加载 动力荷载中的冲击荷载 连续交变荷载,循环荷载 吊车梁 地震 2.4.5 荷载类型的影响 一. 加载速度的影响 在冲击荷载作用下,加载速度很高,由于钢材的塑性滑移在加载瞬间跟不上应变速率,反映出屈服点提高的倾向 试验研究表明,在室温环境下,虽然钢材的屈服点和抗拉强度随应变速率增加而提高,塑性变形能力却没有下降,反而提高 §2-4 各种因素对钢材性能的影响 二. 循环荷载的影响 钢材在连续交变荷载作用下,会逐渐累积损伤、产生裂纹及裂纹逐渐扩展,直到最后破坏,这种现象称为疲劳 疲劳可分为高周疲劳和低周疲劳两类 当钢材承受拉力至产生塑性变形,卸载后,再使其受拉,其受拉的屈服强度将提高至卸载点(冷作硬化现象);而当卸载后使其受压,其受压的屈服强度将低于一次受压时所获得的值。这种经预拉后抗拉强度提高,抗压强度降低的现象称为包辛格效应 ? §2-4 各种因素对钢材性能的影响 在150℃以内,钢材的强度、弹性模量和塑性均与常温相近。 在250℃左右,抗拉强度有局部性提高,伸长率和断面收缩率均降至最低,出现蓝脆现象(钢材表面氧化膜呈蓝色)。显然钢材的热加工应避开这一温度区段。 在300℃以后,强度和弹性模量均开始显著下降,塑性显著上升。 达到600℃时,强度几乎为零,塑性急剧上升,钢材处于热塑性状态。 2.4.6 温度的影响 §2-4 各种因素对钢材性能的影响 当温度低于常温时,随着温度的降低,钢材的强度提高,而塑性和韧性降低,逐渐变脆,称为钢材的低温冷脆。 在直接承受动力作用的钢结构设计中,为了防止脆性破坏,冲击试验并进行统计分析才能得到。 我国有关标准对不同牌号和等级的钢材,规定了在不同温度下的冲击韧性指标 对Q235钢,除A级不要求外,其它各级钢均取CV=27J 对低合金高强度钢,除A级不要求外,E级钢采用CV=27J §2-4 各种因素对钢材性能的影响 影响因素:钢材的化学成分、组织构造和缺陷等;构造缺陷和焊接加工引起的应力集中、低温影响、动荷作用、冷作硬化和应变时效硬化等。 防止脆性破坏的发生: (1) 合理设计。 (2) 正确制造。 (3) 合理使用。 2.4.7 防止脆性断裂的方法 §2-4 各种因素对钢材性能的影响 §2-5 钢材的疲劳 2.5.1 疲劳破坏的特征 1. 疲劳的概念 钢材料在循环荷载作用下,当循环数达到某一定值时,钢材发生破坏的现象叫做钢材的疲劳;疲劳属于脆性破坏。 内部缺陷----应力集中----产生微裂纹----微裂纹在循环荷载下扩展----截面削弱----宏观裂纹失稳扩展----断裂 引起疲劳破坏的交变荷载有两种类型 常幅交变荷载 常幅疲劳 变幅交变荷载 变幅疲劳 转动的机械零件 常幅疲劳破坏, 吊车桥、钢桥 变幅疲劳破坏。 §2-5 钢材的疲劳 1) 低周疲劳 高周疲劳 2) 特征 a 突然性 b 疲劳破坏的断口与一般脆性断口不同,三个区域:裂纹源、裂纹扩展区和断裂区。扩展区表面较光滑,可见放射和年轮状花纹,是疲劳断裂的主要断口特征。 c 疲劳对缺陷敏感。 缺口 裂纹 组织缺陷 §2-5 钢材的疲劳 t t 平均应力: 应力比: 应力辐: 循环应力和变幅应力 §2-5 钢材的疲劳 2 影响疲劳的主要因素: 1)有无缺陷、缺陷的尺寸,有无残余应力。 2)应力水平 3)应力辐 4)应力比 对弹性材料,这一因素影响不象对弹塑性材料那样大。 时,称常幅循环 §2-5 钢材的疲劳 2.5.2 常幅疲劳 一. 非焊接结构的疲劳 疲劳强度 与主体金属 连接类型有关 与循环应力的应力比ρ 循环次数n有关。 n=2×106次,TJ17-74曾根据试验得到的简化疲劳曲线,验算以拉应力为主的疲劳计算公式如下: §2-5 钢材的疲劳 验算部位最大拉应力; 以拉应力为主的疲劳容许强度; =0时的疲劳容许强度,试验定; 构造形式有关的系数,试验定。 以应力为准则的疲劳验算方法不适用于焊接结构 §2-5 钢材的疲劳 二. 焊接结构的疲劳 焊接结构疲劳寿命主要的因素 构件和连接的构造类型和应力幅,而与应力比无关 焊接残余应力的影响 σ fy fy σmax σmin Δσ= σmax-σmin fy-Δσ t + - - (a) (b) (c) 焊缝附近的线 钢材的疲劳 当名义循环应力为拉时,焊缝附近的残余拉应力已达屈服点不再增加,实际拉应力保持fy不变;当名义循环应力减小到最小时,焊缝附近的实际应力将降至 显然,焊缝附近的真实应力比为 只要应力幅为常数,不管循环荷载下的名义应力比为何值,焊缝附近的真实应力比也为常数。焊缝部位的疲劳寿命主要与 有关。 §2-5 钢材的疲劳 Δσ n n1 Δσ1 lgΔσ lgn lgn Lg[Δσ] lgC β 1 (a) (b) 2s 应力幅与循环寿命的关系 §2-5 钢材的疲劳 可求得容许应力幅的表达式 C、β均为不同构件和连接类别的试验参数。 循环次数n 应力幅 1 2 3 4 疲劳极限 新规范给出的疲劳曲线 钢材的疲劳 三. 常幅疲劳验算 1. 对不同的构件和连接类型 归纳划分为8类 2. 对于非焊接结构, 使用螺栓连接和构件,残余拉应力很小,疲劳寿命不仅与应力幅Δσ有关,也与名义应力比ρ有关 3. 折算应力幅 采用荷载的标准值 容许应力设计法 内力计算中不乘动力系数 试验包括动力作用 §2-5 钢材的疲劳 一. 变幅疲劳的一般计算方法 根据线性累积损伤准则 等效应力幅Δσe,计算公式为: 各应力幅Δσi对应循环次数为ni,相对的疲劳寿命为Ni, 线性累积损伤准则为: 应力幅Δσi循环一次时,将引起1/Ni的损伤,ni次循环的损伤为ni/Ni;其它应力幅水平的常幅循环应力也有各自的损伤状况,当这些损伤份额之和等于1时,将发生疲劳破坏。 或 2.5.3 变幅疲劳 §2-5 钢材的疲劳 lgΔσ lgn Δσ1 Δσ2 Δσ3 Δσe n1 n2 n3 N1 N2 N3 Σni β 1 变幅疲劳的疲劳曲线 钢材的疲劳 等效常幅疲劳应力幅Δσe,循环 次后: 或 将上述代入下式 有 得 则 -以应力循环次数表示的结构预期寿命; ni-应力幅水平为Δσi的应力循环次数。 §2-5 钢材的疲劳 二. 吊车梁的疲劳 欠载效应的等效系数 最大应力幅 1 变幅疲劳工作环境 2 获得一些有代表性的车间的重级工作制 中级工作制吊车桁架的设计应力谱。 3 按2×106循环次数 4 最大应力幅Δσ1 ;常幅设计应力幅Δσ §2-5 钢材的疲劳 2.5.4 疲劳验算中一些值得注意的问题 (1) 疲劳验算仍然采用容许应力设计方法, 标准荷载 用容许应力幅作为疲劳强度 (2) 规范中提出的疲劳强度以试验为依据 规定8种以外连接构造,应进行专门的研究 高温、海水腐蚀环境、焊后经热处理、低周高应变疲劳构件或连接的疲劳 (3) 在应力循环中不出现拉应力的部位不计算疲劳 (4) 静力强度对焊接构件和连接的疲劳强度无显著影响,故可以认为,疲劳容许应力幅与钢种无关 §2-5 钢材的疲劳 §2-6 建筑用钢的种类、规格和选用 2.6.1 建筑用钢的种类 碳素结构钢和低合金高强度结构钢 优质碳素结构钢在冷拔碳素钢丝和连接用紧固件中厚度方向性能钢板、焊接结构用耐候钢、铸钢 一. 碳素结构钢 按国家标准《碳素结构钢》GB/T700生产的钢材有Q195、Q215、Q235、Q255和Q275种品牌, 板材厚度不大于16mm屈服点分别为195、215、235、255、275N/mm2 Q235含碳量在0.22%以下,强度适中,塑性、韧性均较好 除A级外,其它三个级别的含碳量均在0.20%以下 。 §2-6 建筑用钢的种类、规格和选用 二. 低合金高强度结构钢 按国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T1591生产的钢材共有Q295、Q345、Q390、Q420和Q460 板材厚度不大于16mm屈服点295、345、390、420和460N/mm2。 含碳量均不大于0.20%,合金元素的总量低于5%,故称为低合金高强度钢。 Q345、Q390和Q420均按化学成分和冲击韧性划分为A、B、C、D、E共5个质量等级,A、B级为镇静钢,C、D、E级为特种镇静钢,故可不加脱氧方法的符号。 三. 优质碳素结构钢 与碳素结构钢的区别在于钢中含杂质元素较少,磷、硫等害元素含量均不大于0.035%,其它缺陷限制也较严格 §2-6 建筑用钢的种类、规格和选用 一类为普通含锰量的钢 一类为较高含锰量的钢 两类的钢号均用两位数字表示,它表示钢中的平均含碳量的万分数,前者数字后不加Mn,后者数字后加Mn, 45号钢,表示平均含碳量为0.45%的优质碳素钢; 45Mn号钢,表示同样含碳量、但锰的含量也较高的优质碳素钢。 §2-6 建筑用钢的种类、规格和选用 * 钢结构基本原理及设计 第2章 钢结构材料 §2-1 概述 §2-2 钢材的生产 §2-3 钢材的主要性能 第2章 钢结构材料 §2-4 各种因素对钢材性能的影响 §2-5 钢材的疲劳 §2-6 建筑用钢的种类、规格和选用 1)有较高的强度,屈强比满足要求,保证安全储备 2)有足够的变形能力 塑性----破坏前有预兆,能内力重分布 韧性----在动载下破坏能吸收较大能量 §2-1 概述 4)适应低温、有害介质侵蚀及承受疲劳荷载 5)易生产、价格便宜 3)有良好的加工性能,适应冷热加工,有良好的可焊性 《钢结构设计规范》(GB50017-2002)推荐的普通碳素结构钢Q235钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390及Q420符合要求 §2-1 概述 §2-2 钢材的生产 2.2.1 钢材的冶炼 一. 炼铁 二. 炼钢 碳素钢 低合金高强度结构钢 常用的炼钢炉有三种形式:转炉、平炉和电炉。 电炉炼钢炼成的钢质量好。 耗电量大,成本高。 转炉炼钢是利用高压空气或氧气 氧气顶吹转炉冶炼的钢中有害元素和杂质少,生产周 期短,效率高、质量好、成本低。? 钢材的生产分为炼铁、炼钢和轧制 §2-2 钢材的生产 §2-2 钢材的生产 §2-2 钢材的生产 平炉炼钢,平炉的原料广泛,容积大,产量高,冶炼工艺简单,化学成分易于控制,炼出的钢质量优良。 平炉钢周期长,效率低成本高 三. 钢材的浇注和脱氧 按脱氧的方法和程度的不同,碳素结构钢可分为 沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢4类。 沸腾钢采用脱氧能力较弱锰作脱氧剂,脱氧不完全。钢中留有较多氧化铁夹杂和气孔。质量较差。 镇静钢采用锰加硅作脱氧剂,脱氧较完全,硅在还原氧化铁过程中还会产生热量,使钢液冷却缓慢,使气体充分逸出,浇注时不出现沸腾现象。质量好,成本高。 半镇静钢的脱氧程度介于上述二者之间。 特殊镇静钢是在锰硅脱氧后,再用铝补充脱氧,脱氧程度高于镇静钢。 低合金高强度结构钢一般都是镇静钢。 §2-2 钢材的生产 以“Q”代表屈服点 屈服点数值共分195、215、235、255和275(MPa)5种 质量等级按有害成分硫、磷含量由多到少的规律,分别由A、B、C、D符号表示 脱氧方法以F表示沸腾钢,b表示半镇静钢,Z表示镇静钢,TZ表示特殊镇静钢。Z和TZ在钢的牌号中予以省略 C级只能是Z,D级只能是TZ。 例如:Q235A·F表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢 Q215B,表示屈服点为215MPa的B级镇静钢 Q215B·b 表示屈服点为215MPa的B级半镇静钢 §2-2 钢材的生产 ? 一. 钢材的组织构造 碳素结构钢是在纯铁中加适量的碳来提高强度 铁素体 强度、硬度较低,而塑性、韧性良好 渗碳体 铁碳化合物 熔点高,硬度大,几乎没有塑性 与铁素体晶粒形成珠光体,在铁素体晶粒空隙中, 形成网状间层。珠光体强度很高,坚硬富有弹性 低合金结构钢是在低碳钢中加入少量的合金元素 合金元素及其化合物溶解于铁素体和珠光体中,使 强度提高,塑性、韧性和焊接性能不降低 2.2.2 钢材的组织构造和缺陷 §2-2 钢材的生产 2.2.3 钢材的加工 §2-2 钢材的生产 §2-2 钢材的生产 钢材沿轧制方向(纵向)的性能优于垂直轧制方向(横向)的性能,使各向异性增大。 钢板部件应沿其横向切取试件进行拉伸和冷弯试验。 §2-2 钢材的生产 二. 冷加工 冷轧卷板和冷轧钢板 冷弯薄壁型钢和压型钢板 高强钢丝 §2-2 钢材的生产 §2-2 钢材的生产 §2-2 钢材的生产 淬火工艺是将钢件加热到900℃以上,保温后快速在水中或油中冷却 增加了钢材强度和硬度,使塑性和韧性降低 回火工艺将淬火后的钢材加热到某一温度进行保温,而后在空气中冷却 消除残余应力,调整强度和硬度,减少脆性,增加塑性和韧性,形成较稳定的组织。 通常称淬火加高温回火的工艺为调质处理。强度较高的钢材,如Q420中的C、D、E级钢和高强度螺栓的钢材都要经过调质处理。 §2-2 钢材的生产 钢材有两种完全不同的破坏形式: 塑性破坏 脆性破坏 塑性破坏的主要特征是,破坏前具有较大的塑性变形,常在钢材表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线。破坏后的断口呈纤维状,色泽发暗。 脆性破坏的主要特征是,破坏前塑性变形很小,或根本没有塑性变形,而突然迅速断裂。破坏后的断口平直,呈有光泽的晶粒状或有人字纹。 §2-3 钢材的主要性能 2.3.1 钢材的破坏形式 §2-3 钢材的主要性能 钢材的多项性能指标通过单向拉伸试验获得 给出相应钢材的单调拉伸应力-应变曲线。由试验曲线看出,在比例极限σp以前钢材的工作是弹性的;比例极限以后,进入了弹塑性阶段;达到了屈服点fy后,塑性平台;出现强化阶段,产生颈缩而破坏。 2.3.2 钢材在单向一次拉伸下工作性能 §2-3 钢材的主要性能 一. 四个工作阶段: 1)弹性阶段: 2)弹塑性阶段: 应力由 0 ~比例极限fp 应力由 fp ~屈服点 fy 3)塑性阶段: 应力保持 fy 不变,应变由(0.1~0.2)% ~ (2~3)%; 4)强化阶段: 应力由 fy ~抗拉强度 fu 设计以钢材的屈服点 f y 作为静力强度承载力极限 §2-3 钢材的主要性能 σ ε f y 如果没有残余应力,比例极限与屈服应力合为一点,弹塑性阶段消失,为简化计算,将应力应变关系简化为如图 二. 理想弹塑性体 理想弹塑性体应力应变关系 1.强度 设计时以钢材的屈服强度为基础,抗拉强度σu是钢材破坏前所承受最大应力,此时结构因塑性变形很大而失去使用性能,σu/σy值的大小,作为钢材强度储备的参数 三. 钢材的机械性能 §2-3 钢材的主要性能 衡量钢材塑性变形能力的主要指标是伸长率δ和断面收缩率ψ。 2.塑性 原标距间长度的伸长值与原标距比值的百分率。一般以l0/d0=5为标准试件。伸长率δ5: 式中:l0——试件原标距长度; d0——试件标距长度内的直径; l1 ——试件拉断后标距间的长度。 §2-3 钢材的主要性能 断面的颈缩率: 式中:A0——试件标准断面的面积 A1——试件拉断后颈缩区的断面积 钢材单调拉伸应力-应变曲线提供了三个重要的力学性能指标:抗拉强度fu、伸长率δ和屈服点fy。 抗拉强度fu是钢材一项重要强度指标,反映钢材受拉时能承受的极限应力 伸长率δ是衡量钢材断裂前所具有的塑性变形能力的指标,其相应伸长率分别用δ5或δ10表示 屈服点fy是钢结构设计中应力允许达到的最大限值 §2-3 钢材的主要性能 一. 冷弯性能 钢材的冷弯性能由冷弯试验确定 试验时,根据钢材的牌号和不同的板厚,按国家相关标准规定的弯心直径,在试验机上把试件弯曲180° 以试件表面和侧面不出现裂纹和分层为合格 冷弯试验不仅能检验材料承受规定的弯曲变形能力大小,还能显示其内部的冶金缺陷 判断钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标 2.3.3 钢材的其它性能 §2-3 钢材的主要性能 冷弯性能试验方法 具有一定弯心直径d的冲头 对标准试件中部施加荷载使之弯曲 不出现裂纹或分层,判断钢材的冷弯性能 冷弯性能试验 §2-3 钢材的主要性能 二. 冲击韧性 单调拉伸试验比较不同钢材在正常情况下韧性好坏 冲击韧性是评定带有缺口钢材冲击荷载作用下抵抗脆性破坏能力的指标, 通常用带有夏比V型缺口的标准试件 冲击韧性值随温度的降低而降低 相当温度下的冲击韧性指标: 在寒冷地区承受动力作用重要承重结构,应根据工作温度和所用钢材牌号,提出相当温度下的冲击韧性指标要求 §2-3 钢材的主要性能 钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷裁作用下,断裂过程中吸收机械动能的一种能力,是衡量钢材抵抗冲击荷裁作用 我国以前曾采用过梅氏试件(U形缺口)作冲击韧性试验。 §2-3 钢材的主要性能 多轴应力下,材料的综合强度指标要用变形时单位体积中积聚的能量来衡量 形状改变比能理论: 三向应力下,形状改变比能等于单向拉伸下积聚的比能时,钢材由弹性转入塑性状态 2.3.4钢材在复杂应力状态下的屈服条件 时,为塑性状态; 时,为弹性状态 §2-3 钢材的主要性能 对塑性材料,同号应力状态易发生脆断,钢材在异号应力状态时容易发生塑性破坏。 正应力与剪应力表示: §2-3 钢材的主要性能 fy 单轴拉伸 双轴异号受力 双轴同号受力 ε σ 当σ1、σ2、σ3为同号应力且数值接近时, 即使它们各自都远大于fy,折算应力σzs仍小于fy 说明钢材很难进入塑性状态 破坏表现为脆性 §2-3 钢材的主要性能 在实腹梁的腹板中: 当纯剪时: 钢材的抗剪设计强度为: 平面应力状态下 §2-3 钢材的主要性能 碳 含碳量低,钢的强度不高.但塑性大.伸长率和冲击韧性高,钢质柔软,易于冷加工、切削和焊接 含碳量较高,钢的强度高,但塑性小,硬度大,性脆,不易加工 2.4.1 化学成分的影响 §2-4 各种因素对钢材性能的影响 §2-4 各种因素对钢材性能的影响 锰元素(Mn)是一种弱脱氧剂 锰提高钢材的屈服强度和抗拉强度,改善钢材的冷脆倾向,降低硫、氧对钢材的热脆影响,改善钢材热加工性能,不显著降低塑性和冲击韧性。 普通碳素钢中,锰含量在0.3~0.8%,低合金钢中,在1.2~1. 6%之间,过多会使钢材变硬变脆.降低钢材耐腐蚀和可焊性。 硅元素(Si)是一种较强的脱氧剂。 适量的硅可提高钢材强度而对其塑性、冷弯性能、冲击性能、可焊性能无明显不良影响。 在碳素钢中含量不超过0.3%,低合金钢中限制在0.6%以内。过高硅含量降低钢材的塑性、韧性、抗锈性和可焊性。 §2-4 各种因素对钢材性能的影响 * 钢结构基本原理及设计 * *

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