材料力学性能、影响因素资料

思考题1.理解个“钢结构”概念。2.桁架、框架、拱、索受力特点。3.举例身边的钢结构。4.钢材缺点。5.如何学好本门课程。6.钢结构设计施工图与施工详图区别与联系办公楼钢结构设计总说明一、工程概况1.本工程为办公楼，采用四层填充墙钢框架结构，钢筋混凝土楼面、屋面，钢筋混凝土独立基础，钢筋混凝土楼梯，总高14.40m。2.设计标高±0.000相当于绝对标高27.50m。二、工程地质条件1.本工程场地土类型为中软场地土，建筑场地类别为Ⅲ类，在8度地震作用下地层土质不发生液化。2.场区历年最高地下水位为26.2m。3．拟建场地地基土的标准冻结深度为0.8m。三、设计条件1.本工程设计正常使用年限为50年。2.本工程建筑类别为丙类，结构安全等级为二级。3.本工程抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为8度，设计基本加速度为0.2g，设计地震分组为第一组。4.本工程环境类别：地上为一类，地下为二b类。5.本工程基础设计等级为丙级，基础持力层为粘质粉土～粉质粘土层，地基承载力为fak=160kPa。四、材料1.混凝土基础、地梁、地圈梁为C30，基础垫层为C10，砌体中的构造柱、圈梁、腰带及现浇过梁为C20。2.钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值≮1.25，且钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值≯1.30。钢筋的强度标准值应具有不小于95％的保证率3.钢结构：框架构件为Q235B；屋面构件、支撑、墙架、地脚螺栓等为Q235B。4.部分墙梁采用热镀锌带钢压制而成的檩条，镀层标准为A级，镀锌量为250～275g／㎡。5.抗震钢结构钢材的屈强比不应小于1.20，应有明显的屈服台阶，伸长率应大于20％，应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。6.焊条：刚架、框架电弧焊采用E50系列焊条，其余均采用E43系列焊条。五、结构楼面设计荷载标准值及结构构件主筋保护层厚度值六、钢结构1.钢结构加工制作前应编制工艺和施工组织设计，建立健全质量保证体系。2.框架结构施工过程中使用的计量器具必须经计量法定单位验证合格，并在有效期内制作、安装与验收统一用尺3.钢构件上的预留孔洞应按设计图纸的尺寸、位置，在工厂制作并按设计要求进行补强。在工地发现遗漏时时．未经设计许可，不得以任何方法制孔。应制定补孔工艺措施并经设计单位同意方可施工，不允许在受力状态的构件上加焊零件4.刚架、梁柱上的加劲板、支撑板等采用手工电弧焊在加工车间完成，施焊工艺及板上剖口尺寸应符合有关规定5.梁的板件拼接，对于焊接钢梁，焊缝的焊接强度不小于母材强度。拼接位置，下翼缘应距支座1／3跨度内，上翼缘和腹板的拼接应与下翼缘拉接位置相互错开，且不小于200㎜。对热轧型钢梁的拼接应距支座1／3跨度内6.板材拼接焊缝为一级坡口全熔透焊缝。7.图中未注明的角焊缝均为6mm，长度均为满焊，未注明的圆弧半径均为35mm。8.柱脚锚栓埋设位移偏差不大于2mm，标高控制必须满足螺栓在混凝土内握裹长度及螺杆螺扣露出的长度。9.钢构件除锈后应立即涂漆，溶剂基无机富锌底漆，中面漆应采用保护性能好，同时还应与防火涂料同时选择10.框架的高强度连接面应严格进行金属表面除锈处理，除锈等级质量要求达到国家标准。11.涂装后的漆膜外观应均匀、平整、丰满而有光泽，不允许咬底、裂纹、剥落、针孔等缺陷。涂层厚度用磁厚仪测定，总厚度应达到设计规定的要求。12.建筑防火分类及耐火等级为二类、二级。13.耐火极限：刚架钢柱2.0h，刚架钢梁l.5h，部分墙梁0.5h，屋面板0.5h，吊顶0.5h。14.防火保护材料应绝缘性好，具有一定的抗冲击能力，能牢固附在构件上，又不腐蚀钢材，且经消防局认可的薄型、超薄型防火涂料、厚型或不燃性板材，具体厚度按照计算决定。第二章建筑钢材第一节建筑结构用钢的基本要求1.较高的强度2.较好的塑性及韧性3.良好的加工性能4.良好的可焊性5.较好的抗锈蚀能力现行《钢结构设计规范》（GB50017）推荐承重结构的钢材宜采用碳素结构钢中的Q235，及低合金高强度结构钢中的Q345、Q390及Q420钢。第二节建筑钢材的主要力学性能一、强度和塑性——单轴拉伸试验屈服强度(yieldstrength)fy抗拉强度(tensilestrength)fu伸长率(elongation)d弹性模量EE为常量，低碳钢有明显屈服点，fy作为破坏标志，fu/fy为强度储备，伸长率d表示塑性变形能力。图2-1单轴应力ffpfyfu指标:0fy图2-2为了简化计算，将图2-1所示应力-应变关系简化为图2-2。实际设计中对—曲线的简化fy,完全弹性fy,完全塑性fu作为安全储备伸长率d根据试件标距长度l0与直径d0的比值分为d10或d5，为试件拉断时原标距间长度伸长值与原标距比值的百分率。断面收缩率是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率。反映三向拉应力状态下最大塑性变形能力。对于GJ钢尤其重要二、冷弯(coldbending)试验—冷弯角a加工性能，塑性变性能力，材质均匀性指标：根据试件厚度按规定的弯曲直径将试件弯曲1800，如表面无裂纹或分层则合格.看动画三、冲击韧性韧性：钢材在塑性变形和断裂的过程中吸收能量的能力，也是表示钢材抵抗冲击荷载或振动荷载的能力，它是强度与塑性的综合表现。钢材韧性通过冲击试验，测定冲击功来表示。设计规范对钢材的冲击韧性有常温和负温要求的规定。常温(20℃)和低温(0℃，-20℃，-40℃)试验.用带缺口（V型或U型）的标准试件进行冲击试验，试件破坏时截面单位面积吸收的能量，称冲击韧性。冲击韧性越好，表明钢材越不易脆断。(a)(b)冲击韧性试件P②焊接接头和焊缝的冲击韧性及近缝区塑性不低于母材性能。(使用性能上的可焊性)根据板厚、钢材分类、受力状态、钢材碳当量，钢结构工程焊接难度分为：易A、一般B、较难C、难D四个难度等级P11-12四、可焊性（1）可焊性好：施焊后能获得良好的焊接接头性能。（2）评定可焊性好的标志①在一定的焊接工艺条件下，焊缝和近缝区均不产生裂纹(施工上的可焊性)五、钢材的耐火、耐候性（1）耐火性能：在一定高温下，保持结构在一定时间内不致垮塌，以保证人员和重要物资安全撤离火灾现场。耐火性能指标：在6000C高温时的屈服点应具有高于常温时屈服点的2/3（2）耐候性能添加合金元素表面镀锌或铝锌+彩色聚酯类涂料第三节建筑钢材的两种破坏形式塑性破坏：破坏前有显著的变形，吸收很大的能量，延续时间长，有明显的塑性变形，断裂时断口呈纤维状，色泽发暗。脆性破坏：破坏前无明显变形，破坏突然发生，断裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。脆性破坏危险性大。疲劳破坏：材料有缺陷，在反复荷载作用下，裂纹发展，在远低于材料强度极限，突然脆性断裂。第四节影响钢材性能的主要因素1、化学成份2、冶金及轧制3、冷作硬化与时效硬化4、复杂应力与应力集中5、残余应力6、温度1、化学成份的影响C、Si、Mn为杂质元素，S、P、N、O为有害元素。•C：含C↑使强度↑塑性、韧性、可焊性↓，应控制在≤0.22%，焊接结构应控制在≤0.20%。•Si：含Si适量使强度↑其它影响不大，有益•Mn：含Si适量使强度↑降低S、O的热脆影响，改善热加工性能，对其它性能影响不大，有益。•S：含量↑使强度↑塑性、韧性、性能冷弯、可焊性↓；高温时使钢材变脆－热脆现象。•P：低温时使钢材变脆－冷脆现象；其它同S•O、N：O同S；N同P，控制含量≤0.008%2、冶金与轧制的影响•冶金的影响：沸腾钢（已淘汰）；镇静钢•反复的轧制：改善塑性，使气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，金属晶体组织密实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，力学性能提高。3、冷作硬化与时效硬化•使钢材强度提高，塑性、韧性下降，增加脆性的现象称为硬化现象。•冷加工时，钢材发生塑性变形，使钢材变硬的现象称冷作硬化。•随着时间的增长和温度的变化，钢材变脆的“老化”现象称时效硬化。4、复杂应力与应力集中的影响•在多向同号应力作用下，变形受到限制，使钢材强度增加，塑性、韧性下降异号应力时则相反。•截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因，使构件内产生应力集中：局部应力增大并多为同号应力场。5、残余应力的影响•钢材在轧制、焊接、切割等过程中产生在构件内部自相平衡的内力，残余应力对构件的强度无影响，但对构件的变形（刚度）、疲劳以及稳定承载力产生不利影响6、温度的影响正温影响•总体影响规律：温度上升，强度降低，塑性、韧性提高；600o左右，强度几乎降为零，而塑性、韧性极大，易于热加工。•钢材在250o左右，强度提高，塑性、韧性下降，钢材表面氧化膜呈蓝色，此现象称为蓝脆。负温影响•随温度的降低，强度提高，塑性、韧性降低，脆性增大，称为低温冷脆。7、重复荷载作用的影响钢材在连续重复荷载的作用下，虽然应力低于抗拉强度，甚至低于屈服点，也可能发生破坏，这种现象称为钢材的疲劳。脆性破坏疲劳验算：《钢结构》P18思考题P60思考题与习题1-2预习钢材的种类、选用及设计方法