建筑钢结--构.pptx
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1、第一节 我国钢结构概况从建国以来分三阶段:5060年代(初盛时期):借助苏联的经济和技术支援,有百十个项目,都是重型工业厂房;60年代中后期70年代(低潮期):冷弯薄壁型钢结构、轻钢屋盖;80年代以后至今(发展时期):向高、大、重方向发展。一、钢结构的特点1、钢结构材料的质量轻、强度高2、材质均匀,和力学计算的假定比较符合3、钢结构制造简便,施工周期短4、塑性和韧性好5、钢材耐腐蚀性差6、钢材耐热但不耐火钢拉杆和压杆性能比较第二节 钢结构的特点及应用C30混凝土 密度:2450kg/m3 强度:14.3N/mm2 Q235钢 密度:7850kg/m3 强度:235N/mm2二、钢结构的应用1、
2、大跨度钢结构2、重型厂房钢结构3、受动力荷载影响的结构4、可拆卸的结构5、高耸结构和高层建筑6、容器和其他构筑物7、轻型钢结构第三节 钢结构的发展1、发展低合金高强度钢材和型钢品种2、结构和构件设计计算方法的深入研究3、结构形式的革新4、结构优化设计连接钢材性能及规格基本构件第四节 课程主要内容、特点和学习方法结构体系设计形式计算构造轴拉构件受弯构件压弯构件轴压构件拉弯构件稳定验算承载力刚度钢结构结构基本设计原则 焊接螺栓连接第一节 结构钢材的破坏形式第二节 钢结构对钢材性能的要求第三节 影响钢材性能的因素第四节 结构钢材的种类及选用第二章 钢结构的材料1、塑性破坏:破坏前有明显的变形,破坏历
3、时时 间长,可以采取补救措施。第一节 钢材的破坏形式2、脆性破坏:破坏前没有明显的变形,破坏发生 突然,没有机会补救。脆性破坏的原因?注意:应尽量发挥材料的塑性 避免一切脆性破坏的可能性 (一)、强度1、单向均匀拉伸试验试验条件:标准试件在常温(20)下缓慢加载,一次完成第二节 钢材的机械性能钢材在单向均匀受拉时工作性能表现为四个阶段:A 弹性阶段:应力最高点对应比例极限 弹性模量 应力B 弹塑性阶段:应力介于 和 之间 弹塑性模量 是变数C 塑性阶段:应力达到屈服强度D 强化颈缩阶段:应力最高点对应抗拉极限(二)钢材的工作性能可以看作理想弹性塑性体1.计算简便2.与 相差不大3.虽然 ,但
4、对应 的应变非常大(不满足正 常使用极限状态)4.以 作为设计强度的依据,具有较大的强度储备,若出现偶然因素,使人们有机会补救l 屈强比 :Q235钢为0.57,Q345钢为0.672、简化计算,采用理想弹塑性模型1、作为钢结构设计的最大应力3、作为钢材实际破坏强度(三)注意二、塑性当应力超过屈服点后,能产生显著的残余变形(塑性变形)而不立即断裂的性质 断面收缩率:指试件拉断后,颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率 衡量塑性性能的指标:伸长率三、冲击韧性冲击韧性:在动力荷载作用下,材料吸收能量的能力衡量冲击韧性的指标:冲击功韧性是钢材强度和塑性的综合指标 梅氏U型缺口试件:冲击试验的
5、标准试件型式:夏比V型缺口试件:我国采用夏比V型缺口试件冲击韧性受温度的影响四、冷弯性能:指钢材在冷加工(常温下加工)产生塑性变形时,对产生裂缝的抵抗能力 鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标五、可焊性可焊性指采用一般焊接工艺就可完成合格的焊缝的性能可焊性受化学成分C的影响比较大碳当量:衡量低合金钢的可焊性的计算0.45焊接性能难另:钢材物理性能指标l弹性模量l质量密度l剪变模量l线膨胀系数l泊松比一、化学成分第三节 影响钢材性能的主要因素普通碳素钢中Fe占99%,其他杂质元素占1%普通低合金钢中有5%的合金元素碳(C):钢材强度的主要来源,但是随其含量增加,强度增 加,塑性
6、降低,可焊性降低,抗腐蚀性降低。一般 控制在0.120.2%,在0.2以下时,可焊性良好硫(S):热脆性,不得超过0.05%磷(P):冷脆性。抗腐蚀能力略有提高,可焊性降低。不得超过0.045%二、冶金缺陷常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹等。偏析化学成分分布的不均匀程度。三、加荷速度 1材性试验要求缓慢加载 2要考虑动荷载对结构的不利影响加荷速度高,钢材屈服点提高,呈脆性。因此,四、钢材硬化冷作硬化当加载超过材料比例极限卸载后,出现残余变形,再次加载则屈服点提高,塑性和韧性降低的现象,也称“应变硬化”时效硬化随时间的增长,碳和氮的化合物从晶体中析出,使材料硬化的现象。五、温度的影响
7、1.正温范围 100以内 对钢材性能无影响;100以上 随温度升高,总的趋势是强度、弹性模量降低,塑性增大;250左右 抗拉强度略有提高,塑性和韧性降低,脆性增 加蓝脆现象。该温度区段称为“蓝脆区”;250350 在应力不变的情况下,钢材以很缓慢的速度继续 变形徐变现象。600左右 弹性模量趋于零,承载能力几乎完全丧失。2.负温范围 当温度低于常温时,钢材的脆 性倾向随温度降低而增加。T1 T2 之间温度转变脆性区,冲击功急剧下降。而且不同的钢材其脆性转变区温度不同,必须通过试验确定。使用温度必须高于T1 ,但不一定高于T2六、复杂应力作用下钢材的屈服条件假定:1.材料由弹性转入塑性的强度指标
8、用变形时单位体积 中积聚的能量来表达;2.当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变形能 时,钢材即由弹性转入塑性。弹性状态塑性状态平面应力状态梁的应力状态三向主应力表示为:三个主应力同号且差值很小时,很难进入塑性,呈现脆性破坏纯剪应力状态所以:规范中钢材的抗剪强度设计值 取七、应力集中的影响构造缺陷:构件表面不平整,有刻槽、缺口,厚度突变等应力集中:由于构造缺陷,应力不均匀,力线变曲折,缺陷处 有高峰应力。应力集中的危害:塑性降低,脆性增加 构造设计时应避免截面突变和尖锐角的情况八、厚度的影响随着厚度的增加,钢材的抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度均下降九、重复荷载的影响 钢材在反复荷载作用下,结构的
9、抗力及性能会发生重要变化疲劳(fatigue):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,以至断裂的现象强度低于极限强度fu甚至低于屈服强度fy,脆性断裂1、较高的强度2、足够的变形能力,塑性、韧性好具有3、良好的加工性能(包括冷加工、热加工和可焊性)一、钢结构对材料的要求:第四节 结构钢材的种类和钢材规格二、结构用钢的种类1.化学成分普通碳素钢 Q235普通低合金钢 Q345、Q390、Q420平炉 成本高,质量好(6小时100t左右)氧气顶吹转炉 成本低,质量也可(15分钟150t)2.炉种3.脱氧程度沸腾钢(F)脱氧较差镇静钢(Z)脱氧充分半镇静钢(b)脱氧程度介
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