学生-学习单元1.2钢结构材料选用

成都航空职业技术学院

《钢结构配件设计与制作和安装》教、学、做一体化教案

学习单元1.2钢结构材料选用

学生: 班级:

2011年 7月

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学号：

。

钢结构的材料的选用 钢结构主要部件

钢结构主要构件包括柱、梁、桁架、支撑、连接件。

钢结构部件主要连接型式

钢结构构件的连接型式：焊接、铆接、螺栓连接、螺栓连接和焊接组合连接。

焊接：构造简单，制造方便，易于自动化操作，不削弱构件截面，省钢，经济。缺点是

产生焊接应力和焊接变形。

铆接：韧性和塑性好，传力均匀可靠，易于检查质量，缺点是费工，不经济，现已很少

用。

螺栓连接：拆装方便，操作简单，不需要特殊设备，常用于安装节点的连接和装拆式结

构中。

高强螺栓连接：受力性能好，耐疲劳好，施工简便，可拆卸，易于掌握操作方法，将逐

步取代铆接。

钢结构构件主要截面类型

钢板、角钢、槽钢、工字钢、H型钢、T型钢、圆钢、方管、圆管、十字型、箱形、三角形、多边型及其组合。

钢结构使用的钢材 钢材的性能

力学性能 ——满足结构的功能要求（强度、刚度、疲劳等）

工艺性能 ——满足加工过程的要求 钢材的力学性能

强度——抗拉强度、屈服强度； 塑性——延伸率、断面收缩率 韧性——冲击吸收功

钢材拉伸试件应力——应变曲线图

A：比例极限；B：弹性极限；C：屈服点（上、下屈服点）；D：抗拉强度；

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在比例极限（弹性极限）之前，应力与应变之间呈线性关系（虎克定律）， ——OB 为材料为弹性变形阶段超过弹性极限后，应力与应变不再呈现线性关系，材料进入弹塑性区域， 变形增加较快曲线呈锯齿形波动，出现应力不增加而变形继续发展，材料进入塑形变形阶段，在应力应变曲线中，出现上下波动阶段，其中波动的最高点为上屈服点，最低点为下屈服点（材料屈服强度）； 塑形变形之后，材料内部晶粒重新进行排列，强度提高，进入应变硬化阶段，出现达到最高点D——抗拉强度，随后试件出现颈缩，试件断裂。

钢结构设计的准则是以构件最大应力达到材料屈服点作为极限状态，而把钢材的极限强度视为局部应力高峰的安全储备，这样能同时满足构件的强度与刚度要求，因而对承重结构的选材，要求同时保证抗拉强度和屈服点的强度指标。

低碳钢和低合金钢都有明显的屈服平台，对应的应变范围约从ε=0.15%至ε=2.5%，充分显示了良好的塑性变形能力，但在钢材的力学性能指标中，采用试件的伸长率表示塑性性能，

塑性是材料在断裂前产生塑性变形的能力。常用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示材

料塑性好坏的指标。

1．断后伸长率

断后伸长率是指拉断后标距的伸长量l1-l0与原始标距l0的比值，即

??距。

l1?l0?100%l0

式中，l1—试样拉断后标距的长度；l0—试样的原始标

同一材料长试样1和短试样2测得的断后伸长率是不相等的，测得的结果分别用δ10和δ5表示，且δ5>δ10，长试样测得断后伸长率可以不加下标。

2．断面收缩率

断面收缩率ψ是指试样拉断处横截面积的减小量S0-S1与原始横截面积S0的比值，即

??S0?S1?100%S0

式中，S1—试样拉断后断裂处的最小横截面积。

很显然，伸长率δ和断面收缩率ψ越大，说明材料的塑性变形量越大，也就是材料的塑性越好。在零件设计时，塑性指标不是计算出来的，但任何零件都要求材料具有一定的塑性。主要是由于机械零件在使用过程中虽然不允许发生塑性变形，但在偶然过载时，塑性好的材料发生一定的塑性变形而不致于突然断裂；再者，材料塑性变形可以减弱应力集中、消减应力峰值，零件在使用时更显安全。对于进行压力加工（锻造、轧制、冷冲压等）的型材或零件，材料必须具有良好的塑性。

1

长试样指标距长度是直径的10倍的试样。 2 短试样指标距长度是直径的5倍的试样。

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钢材的韧性即荷载作用下钢材吸收机械能和抵抗断裂的能力，反映钢材在动力荷载下的性能。现在国内外通用以V型缺口的夏比试件在冲击试验中所耗的冲击功值衡量该材料的冲击韧性（我国过去采用U型缺口的梅氏试件），冲击功以焦耳（J）为单位，应不低于27J。冲击试验中击断试件所耗的功愈大，冲击韧性愈高，材料韧性愈好，不易脆断。钢材的冲击韧性值受温度影响很大，如图所示，存在一个由可能塑性破坏到可能脆性破坏的转变温度区（T1～T2），T1称为临界温度，T0称为转变温度。在T0以上，只有当缺口根部产生一定数量的塑性变形后才会产生脆性裂纹；在T0以下，即使塑性变形很不明显，甚至没有塑性变形也会产生脆性裂纹，脆性裂纹一旦形成，只需很少能量就可使之迅速扩展，至材料完全断裂。为了避免钢结构的低温脆断，结构使用温度需高于钢材的转变温度。各种钢材的转变温度都不同，应由试验确定。在提供有不同负温下的冲击韧性时，通过选材已避免了脆断的风险。

钢材的工艺性能 加工性能

把钢材加工成所需的结构构件，需历经一系列的工序，包括有各种机加工（铣、刨、制孔），切割，冷、热矫正以及焊接等，钢材的工艺性能应满足这些工序的需要，不能在加工过程中出现钢材开裂或材质受损的现象。低碳钢和低合金钢所具备的良好的塑性在很大程度上满足了加工需要。

冷弯性能

钢材的冷弯性能是通过试件180°弯曲试验来判断的一种综合性能。钢材按原有厚度经表面加工成板状，常温下弯曲180°后，如外表面和侧面不开裂，也不起层，则认为合格；弯曲时，按钢材牌号和板厚允许有不同的弯心直径d（可在0.5～3板厚范围内变动）。冷弯性能反映钢材经一定角度冷弯后抵抗产生裂纹的能力，是钢材塑性能力及冶金质量的综合指

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