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      鋼結構材料的基本常識
      發布時間:2014-07-15
          現在我們都多數的建筑采用的都是鋼結構材料的,這是因為我們看到了鋼結構材料的優點,現在我們就來了解了解有關于鋼結構的知識。
          鋼結構的定義:主要受力構件采用型鋼、鋼板加工制造而成的結構稱為鋼結構。
          鋼結構的優缺點:
          優點:強度高;可靠性好;容易施工。
          缺點:鋼材容易被腐蝕;耐火性差;成本較高。
          鋼結構的應用:鋼結構一般適用于工業建筑及高層建筑結構中。
          鋼結構材料
          一、鋼材的主要力學性能
          1、鋼材單向均勻受拉時的力學性能鋼材在均勻受拉時的工作性能用單向均勻靜力拉伸試驗的荷載—變形曲線或應力-應變曲線來表示。
          2、鋼結構對材料性能的要求鋼結構對材料性能的要求是多方面的,使用時必須全面的衡量,慎重地選擇合適的材料。
          鋼材材性主要有:強度;塑性;韌性;可焊性;冷彎性能;耐久性;Z向伸縮率
         (1)鋼材的強度:強度體現了材料的承載能力,主要指標有屈服點fy 和抗拉強度fu ,通過靜力拉伸試驗得到。屈服點:為設計時鋼材可達到的最大應力。
          抗拉強度 fu是鋼材破壞前能夠承受的最大應力。鋼材達到 fu 時,已產生很大塑性變形而失去使用性能,但fu 高則可以增加結構的安全保障,故fu/fy 的值可看作鋼材強度儲備系數。
         (2)鋼材的塑性:鋼材的塑性為當應力超過屈服點后,能產生顯著的殘余變形(塑性變形)而不立即斷裂的性質。塑性好壞可用伸長率d 和斷面收縮率y表示。通過靜力拉伸試驗得到。
          伸長率d 根據試件原標距長度 l0與試件中間部分的直徑d0 的比值為10或5而分為d10或d5,為試件拉斷時原標距間長度伸長值與原標距比值的百分率。斷面收縮率是指試件拉斷后,頸縮區的斷面面積縮小值與原斷面面積比值的百分率。
          結構或構件在受力時(尤其承受動力荷載時)材料塑性好壞往往決定了結構是否安全可靠,因此鋼材塑性指標比強度指標更為重要。
         (3)鋼材的韌性:鋼材的韌性是鋼材在塑性變形和斷裂的過程中吸收能量的能力,也是表示鋼材抵抗沖擊荷載的能力,它是強度與塑性的綜合表現。鋼材韌性通過沖擊試驗,測定沖擊功來表示。
          鋼結構設計規范對鋼材的沖擊韌性ak有常溫和負溫要求的規定。選用鋼材時,根據結構的使用情況和要求提出相應溫度的沖擊韌性指標要求。
         (4)鋼材的可焊性:鋼材的可焊性是指在一定工藝和結構條件下,鋼材經過焊接能夠獲得良好的焊接接頭的性能?珊感苑譃槭┕ど系目珊感院褪褂眯阅苌系目珊感。施工上的可焊性指對產生裂紋的敏感性,使用性能上的可焊性是指焊接構件在焊接后的力學性能是否低于母材。
         (5)鋼材的冷彎性能:冷彎性能是指鋼材在冷加工(常溫下加工)產生塑性變形時,對產生裂縫的抵抗能力。冷彎性能用試驗方法來檢驗鋼材承受規定彎曲程度的彎曲變形性能,檢查試件彎曲部分的外面、里面和側面是否有裂紋、裂斷和分層。
         (6)鋼材的耐久性:耐久性需要考慮的有:耐腐蝕性、“時效”現象、疲勞現象等。時效:隨著時間的增長,鋼材的力學性能有所改變。疲勞:多次反復荷載作用下,低于屈服點fy 發生的破壞。
         (7)鋼材的Z向伸縮率:鋼材的Z向伸縮率是指鋼材沿厚度方向的收縮率。當鋼材較厚時,或承受沿厚度方向的拉力時,要求鋼材具有板厚方向的收縮率要求,以防厚度方向的分層、撕裂。
          二、各種因素對鋼材主要性能的影響
          影響鋼材力學性能的因素有:化學成分;冶金和軋制過程;時效;冷作硬化;溫度;應力集中和殘余應力;復雜應力狀態
          1、化學成分的影響:鋼的基本元素為鐵(Fe),普通碳素鋼中占99%,此外還有碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)等雜質元素,及硫(S)、磷(P)、氧(O)、氮(N)等有害元素,這些總含量約1%,但對鋼材力學性能卻有很大影響。
         (1)碳含量對鋼材性能的影響:除鐵以外最主要的元素。碳含量增加,使鋼材強度提高,塑性、韌性,特別是低溫沖擊韌性下降,同時耐腐蝕性、疲勞強度和冷彎性能也顯著下降,惡化鋼材可焊性,增加低溫脆斷的危險性。一般建筑用鋼要求含碳量在0.22%以下,焊接結構中應限制在0.20%以下。
         (2)硅、錳:作為脫氧劑加入普通碳素鋼。適量硅、錳可提高鋼材的強度,而對塑性、沖擊韌性、冷彎性能及可焊性無顯著的不良影響。但其含量過高,會降低鋼材塑性、沖擊韌性、抗銹性和可焊性。
         (3)硫、磷:有害元素。引起鋼材熱脆,降低鋼材的塑性、沖擊韌性、疲勞強度和抗銹性等,含量需嚴格控制。
         (4)氧:有害元素,引起熱脆。
         (5)氮:能使鋼材強化,但顯著降低鋼材塑性、韌性、可焊性和冷彎性能,增加時效傾向和冷脆性。一般要求含量小于0.008%。
          為改善鋼材力學性能,可適量增加錳、硅含量,還可摻入一定數量的鉻、鎳、銅、釩、鈦、鈮等合金元素,煉成合金鋼。鋼結構常用合金鋼中合金元素含量較少,稱為普通低合金鋼。
          2、冶金和軋制過程的影響
         (1)按爐種分:結構用鋼我國主要有三種冶煉方法:堿性平爐煉鋼法、頂吹氧氣轉爐煉鋼法、堿性側吹轉爐煉鋼法。平爐鋼和頂吹轉爐鋼的力學性能指標較接近,而堿性側吹轉爐鋼的沖擊韌性、可焊性、時效性、冷脆性、抗銹性能等都較差,故這種煉鋼法已逐步淘汰。
        (2)按脫氧程度分:沸騰鋼、鎮靜鋼和半鎮靜鋼。
         沸騰鋼脫氧程度低,氧、氮和一氧化碳氣體從鋼液中逸出,形成鋼液的沸騰。沸騰鋼的時效、韌性、可焊性較差,容易發生時效和變脆,但產量較高、成本較低;半鎮靜鋼脫氧程度較高些,上述性能都略好;而鎮靜鋼的脫氧程度最高,性能最好,但產量較低,成本較高。

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