第19章 钢结构的材料
19.4 钢材在复杂应力状态下的工作性能
➢复杂应力状态下的屈服准则：复杂应力状 态下单位体积的单元体发生畸变时的变形 能与单向拉伸时单位体积的单元体屈服时 的畸变应变能量相等，则该复杂应力状态 的单元体达到屈服；
➢复杂应力状态下单位体积单元体变形能：
19.4 钢材在复杂应力状态下的工作性能
分层，设计时应尽量避免拉力垂直于板面的情况， 以防止层间撕裂。
19.3 影响钢材性能的因素
第19章 钢结构的材料
19.3.3 冷加工和时效硬化的影响
1、冷加工硬化：冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切等 冷加工使钢材产生很大塑性变形，强度提高，但 减小了塑性和韧性。
2、时效硬化：钢材中的C、N，随着时间的增长和 温度的变化，而形成碳化物和氮化物，使钢材变 脆，又称“老化”
19.2 钢材的主要力学性能
第19章 钢结构的材料
19.2.2 钢材的冷弯性能
钢材的冷弯性能是衡量钢 材在常温下弯曲加工产生塑 性变形时对出现裂纹的抵抗 能力的一项指标。用具有弯 心直径d的冲头对标准试件中 部施加荷载使之弯曲1800， 要求弯曲部位不出现裂缝或 分层现象。钢材的冷弯性能 取决于钢材的质量和弯心直 径d对钢材厚度a的比值。
第十九章 钢结构的材料
第19章 钢结构的材料
第十九章 钢结构的材料
➢19.1 钢材的破坏形式 ➢19.2 钢材的主要力学性能 ➢19.3 影响钢材性能的因素 ➢19.4 钢材在复杂应力状态下的工作性能 ➢19.5 钢材种类、牌号及其选用
第19章 钢结构的材料
19.1 钢材的破坏形式
➢塑性破坏：加载后有较大变形，有明显的 颈缩现象，因此破坏前有预兆，断裂时断 口呈纤维状，色泽发暗；构件断裂发生在 应力达到钢材的抗拉强度fu；
剖分 T 型钢——分为三类，即：宽翼缘剖分 T 型钢 （ TW ）、中翼缘剖分 T 型钢 ( TM ）和窄翼缘剖 分 T 型钢( TN ）。剖分 T 型钢系由对应的 H 型钢 沿腹板中部对等剖分而成。表示方法与 H 型钢类同。
19.5 钢材种类、牌号及其选用
第19章 钢结构的材料
19.5.3 钢材的选用 钢材选用的原则应该是保证结构安全可靠，
工字钢——表示法如 I 30a ，指槽钢外廓高度为 30cm 且腹板厚度为最薄的一种；
H 型钢——分为三类：宽翼缘 H 型钢（ HW ）、 中翼缘 H 型钢（ HM ）和窄翼缘 H 型钢（ HN ）。 表示方法如：HW300x300 ，即为截面高度为 300mm ， 翼缘宽度为 300 mm 的宽翼缘 H 型钢。
第19章 钢结构的材料
记折算应力
（1）当 （2）当
时，钢材未屈服； 时，钢材屈服；
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19.4 钢材在复杂应力状态下的工作性能
第19章 钢结构的材料
19.5 钢材种类、牌号及其选用
19.5.1 钢材的种类
（1）碳素结构钢和优质碳素结构钢 根据国家标准对《碳素结构钢》的规定，碳
素结构钢共分为Q195、Q215、Q235、Q255和 Q275钢五种。 （2）低合金高强度结构钢
➢ 脆性破坏：加载后，无明显变形，因此破 坏前无预兆，断裂时断口平齐，呈有光泽 的晶粒状，脆性破坏危险性大；破坏时应 力常小于钢材的屈服点fy；
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19.1 钢材的破坏形式
第19章 钢结构的材料
19.2 钢材的主要力学性能
19.2.1 钢材在单项均匀手拉时的工作性能
19.2 钢材的主要力学性能
第19章 钢结构的材料
2．热轧型钢 角钢 ——有等边和不等边两种。等边角
钢，以边宽和厚度表示，如 L100 x10为肢 宽 100 mm 、厚 10mm 的等边角钢。不 等边角钢，则以两边宽度和厚度表示，如 L100 x 80 x10 等。
19.5 钢材种类、牌号及其选用
第19章 钢结构的材料
槽钢——表示法如［ 30a ，指槽钢外廓高度为 30cm 且腹板厚度为最薄的一种；
1、弹性阶段 由零到比例极限，应力应
变符合虎克定律，完全卸载 时变形变为零，不存在残余 变形变非线性关系，应变包括弹性应变和塑性应 变，卸载时塑性应变不能恢复，存在残余变形；看 钢材内部晶粒发生滑移；相应的应力为屈服点；
19.2 钢材的主要力学性能
第19章 钢结构的材料
19.3 影响钢材性能的因素
第19章 钢结构的材料
19.3.5 应力集中的影响
概念：当截面完整性遭到破坏， 如有裂纹(内部的或表面的)、 孔洞、刻槽、凹角时以及截 面的厚度或宽度突然改变时， 构件中的应力分布将变得很 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。
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图 7-2 手工电弧焊
19.2 钢材的主要力学性能 图 7-3 自 动 埋
第19章 钢结构的材料
19.3 影响钢材性能的因素
1、化学成分 2、钢材生产过程的影响 3、冷加工和时效硬化的影响 4、温度的影响 5、应力集中的影响 6、反复荷载的影响
19.3 影响钢材性能的因素
第19章 钢结构的材料
2．浇铸 特殊镇静钢 镇静钢：硅强脱氧剂；晶粒较细，强度高，塑性韧 性好，可焊性好 半镇静钢 沸腾钢：锰弱脱氧剂，CO溢出；构造和晶粒粗细不 均匀，塑性、韧性和可焊性较差
19.3 影响钢材性能的因素
第19章 钢结构的材料
3．轧制 轧制能使金属的晶粒变细，气泡、裂纹等焊合，
能改善钢材的力学性能。 薄板因辊轧次数多，其强度比厚板略高； 浇铸时的非金属夹杂物在轧制后能造成钢材的
根据国家标准《低合金高强度结构钢》的规 定，低合金高强度结构钢可分为Q295、Q345 （16Mn，16Mnq）、Q390、Q420钢等五种。
19.5 钢材种类、牌号及其选用
第19章 钢结构的材料
19.5.2 钢材的规格
1．热轧钢板 热轧钢板分厚板及薄板两种，厚板的厚度 为4.5～60mm(广泛用来组成焊接构件和 连接钢板)，薄板厚度为0.35～4mm(冷 弯薄壁型钢的原料)。在图纸中钢板用 “-厚 x 宽 x 长（单位为毫米）” ， 如：-12 x800x 2100等。
满足使用要求以及节省钢材，降低造价。 选用钢材赢考虑下列因素： ⑴ 结构的重要性 ⑵ 荷载性质 ⑶ 连接方法 ⑷ 工作环境 ⑸ 钢材的厚度
19.5 钢材种类、牌号及其选用
3、应变时效：冷作硬化加时效硬化。
19.3 影响钢材性能的因素
第19章 钢结构的材料
19.3.4 温度的影响
➢ 随着温度的升高，钢材强度降低，变形增大；随 着温度降低，强度增高但塑性和韧性降低，材料 转脆，对冲击韧性的影响十分突出。
➢ 当温度降至某一数值时，钢材的韧性突然降低， 钢材的破坏特征明显地有塑性破坏变为脆性破坏， 称为低温冷脆现象。
3、屈服阶段 应力屈服后，应力保持不变，应变继续增加；相 应的应变幅度称为流幅，流幅越大，钢材的塑性 越好。
4、强化阶段 屈服后，恢复抵抗外载能力，曲线呈上升的非线 性关系，直到抗拉强度（对应极限荷载）。
5、颈缩阶段 到达极限荷载后，在试件质量较差截面发生颈缩， 即截面减小，变形增大，承载能力随之下降，试 件破坏。
19.2 钢材的主要力学性能
第19章 钢结构的材料
19.2.3 钢材的冲击韧性
钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷载作用 下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、冲击作用而导致脆 性断裂的一项力学性能指标。钢材的冲击韧 性通常采用有特定缺口的标准试件，在试验 机上进行冲击荷载试验使构件断裂来测定。 常用标准试件的形式有梅氏U行缺口试件和 夏比V行缺口试件，我国采用后者。
19.3.1 化学成分的影响 ➢基本成份：铁（Fe) 有益元素：碳（C）、硅（Si）、锰（Mn） 有害元素：硫（S）、磷（P）、氮（N）、 氧（O）
19.3 影响钢材性能的因素
第19章 钢结构的材料
19.3.2 钢材生产过程的影响
1．冶炼 平炉炼钢 氧气顶吹转炉炼钢：投资少、建厂快、生产效率高、 原料适应性大 电炉炼钢
19.2 钢材的主要力学性能
第19章 钢结构的材料
➢钢材的冲击韧性试验
19.2 钢材的主要力学性能
第19章 钢结构的材料
19.2.4 钢材的可焊性
钢材的可焊性，是指一定的工艺和结构 条件下，钢材经过焊接后能获得良好的焊 接接头性能。可焊性可分为施工上的可焊 性和使用性能上的可焊性。
我国《公路桥规》规定结构主体采用的 钢材均是具有良好的可焊性。
力学特点：构件变化愈急剧， 高峰应力愈大，塑性下降愈 严重，脆性破坏危险愈大。
19.3 影响钢材性能的因素
第19章 钢结构的材料
19.3.6 反复荷载的影响 1） 影响钢材疲劳强度的主要因素 ⑴ 应力集中的程度 ⑵ 应力循环特征值 ⑶ 应力循环次数n 2） 疲劳容许应力的确定
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19.3 影响钢材性能的因素