sap2000钢结构的材料

四、温度影响
N/mm2 800
600 fu
E
400 δ
200 fy
0
200
400
温度对钢材机械性能的影响
1．正温范围
δ% Ex103
80 220
210 60
200
40 190
180 20
170
160 600 T(0C)
200℃以内对 钢材性能无大 影响，该范围 内随温度升高 总的趋势是强 度、弹性模量 降低，塑性增 大。
fu fu-fy
fy
O 0.15%
22%
4.单向拉伸时钢材的机械性能指标 （1）屈服点fy--应力应变曲线开始产生塑性流动时 对应的应力，它是衡量钢材的承载能力和确定钢材 强度设计值的重要指标。
（2）抗拉强度fu--应力应变曲线最高点对应的应 力，它是钢材最大的抗拉强度。
（3）伸长率
Lo
N
N
d
L
E
u y A
B
A CD
O
E
B.对无明显屈服点的钢材
该种钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变 形小，破坏突然。
设计时取相当于 残余变形为0.2%
fu fy=f0.2
时所对应的应力
作为屈服点—
‘条
0.2%
件屈服点’
εp
3.应力应变曲线的简化 （1）钢材可以简化为理想弹塑性体
fy
ε0 ε ε
0.15% 2.5%-3%
(a)梅氏U型缺口 (b)夏比V型缺口
由试件断裂吸收的能量Cv来衡钢材的冲击韧性，
单位：J。Cv受温度的影响
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冲击韧性试验装置
小节
钢材的机械性能指标
1、屈服点fy； 2、伸长率δ； 3、抗拉强度fu； 4、冷弯试验； 5、冲击韧性Cv
(包括常温冲击韧性、 0度时冲击韧性 负温冲击韧性）。
坏前没有明显的变形和征兆，破坏时的变形 远比材料应有的变形能力小，破坏突然，断口 平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。
§2.3 钢材的主要性能
一、受拉、受压、受弯及受剪时的性能 （一）一次拉伸时的性能
1.条件：标准试件（GB228—63），常温（20℃） 下缓慢加载，一次完成。含碳量为0.1%－0.3%。
sap2000钢结构的材料
§2.1 钢结构对材料的要求
1.较高的抗拉强度fu和屈服点fy； 2.较好的塑性、韧性； 3.良好的工艺性能（冷、热加工，可焊性）； 4.对环境的良好适应性。
§2.2 钢材的破坏形式
一、塑性破坏
破坏前有明显的塑性变形，破坏过程长， 断口发暗，可以采取补救措施。 二、脆性破坏
（四）受剪时的性能
抗剪强度可由折算应力计算公式得到：
fvfy y3
(23) G7 9 130 N m2m
二、冷弯性能
d
衡量钢材塑 性性能和质 量优劣的综 合指标。
a d+2.1a
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三、冲击韧性
衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应 力作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸 收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。
7.氧（O）：有害杂质，与S相似。 8.氮（N）：有害杂质，与P相似。 9.铜（Cu）：提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有
影响。
二．冶金缺陷 常见的冶金缺陷有： 偏析：化学成分分布的不均匀程度； 非金属夹杂； 气孔； 裂纹等。
三、钢材的硬化
冷作硬化——当荷载超过材料比例极限卸载后，出现 残余变形，再次加载则比例极限（或屈服点）提高的 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。 应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更 易析出。即冷作硬化的同时可以加速时效硬化，因此 也称“人工时效”。
1)fy与fb相差很小； 2)超过 fy到屈服台阶终
止的变形约为2.5%-3%，足以满足考虑结 构的塑性变形发展的 要求。
（2）钢材在静载作用下：
强度计算以fy为依据;fu为结构的安全储备。
（3）断裂时变形约为弹性变形的200倍，在破坏前
产生明显可见的塑性 变形， 可及时补救， 故几乎不可能发生。
脆性破坏 转变过渡区段 塑性破坏 反弯点
§2.4 各种因素对钢材性能的影响
一、化学成分 普通碳素钢中Fe占99%，其他杂质元素占1%；
普通低合金钢中合金元素＜5%。 1. 碳（C）：钢材强度的主要来源，随其含量增加，强 度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。 一 般控制在0.22%以下， 在0.2％以下时，可焊性良好。
2.硫（S）：有害元素，热脆性。不得超过0.05%。 3.磷（P）：有害元素，冷脆性。抗腐蚀能力略有提高， 可焊性降低。不得超过0.045%。 4.锰（Mn）：合金元素。弱脱氧剂。与S形成MnS， 熔点1600℃，可以消除一部分S的有害作用。 5.硅（Si）：合金元素。强脱氧剂。 6.钒（V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳 化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。
标准试件：lo/d=5、10；lo-标距； d --直径
Lo
d
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2.阶段划分
A.有屈服点钢材σ--ε曲线可以分为五个阶段：
(1)弹性阶段(OB段)
OA段材料处于纯弹性，
即:
E
E
B
A CD
AB段有一定的 塑性变形, 但
u
y
A
整个OB段卸载
时，ε=0；
O
E=206×103N/
E
mm2
（2）弹塑性阶段（BC)
该段很短,表现出钢材的非弹性性质;
σB—屈服上限; σC—屈服下限(屈服点)
（3）塑性阶段（CD)
该段σ基本
保持不变（水
E
平), ε急剧
B
增大,称为屈
A CD
服台阶或流 幅段,变形模Leabharlann u y A量E=0O
E
（4）强化阶段(DE段)
随荷载的增加σ缓慢增大,但ε增加较快
（5）颈缩阶段(EF段)
极限抗拉强度fu
250℃左右抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性 增加—兰脆现象，该温度区段称为“兰脆区”。
260～320℃产生徐变现象。
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，材料强度略 有提高，但其塑性 和韧性降低，该现 象称为低稳冷脆。
ll010% 0
N
(21)
N
l0
d
当l0/d=5时，用δ5表示，当l0/d=10时，用δ10表示。
它是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。
A1
（4）断面收缩率 A 0A 110% 0 (22)
A 0
A0
（二）受压时的性能 采用短试件l0/d=3, 屈服点同单向拉伸时的屈服点。
（三）受弯时的性能 同单向拉伸时的性能，屈服点也相差不多。