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钢结构设计原理复习
绪论
钢结构的特点(前5为优点,后三为缺点)
1)强度高、重量轻 2)材质均匀,塑性、韧性好
3)良好的加工性能和焊接性能(易于工厂化生产,施工周期短,效率高、质量好)
4)密封性能好 5 )可重复性使用性 6 ) 耐热性较好,耐火性差
7)耐腐蚀性差 8)低温冷脆倾向
2、钢结构的应用
1)大跨结构 【钢材强度高、结构重量轻】 (体育馆、会展、机场、厂房)
2)工业厂房 【具有耐热性】
3)受动力荷载影响的结构 【钢材具有良好的韧性】
4)多层与高层建筑 【钢结构的综合效益指标优良】 (宾馆、办公楼、住宅等)
3、结构的可靠度:结构在规定的时间(50年),规定的条件(正常设计、正常施工、正常使用、正常维护)下,完成预定功能的概率。
4、结构的极限状态:承载能力极限状态(计算时使用荷载设计值)、正常使用极限状态(荷载取标准值)
5、涉及标准值转化为设计值的分项系数:恒荷载取1.2 活荷载取1.4
钢结构的材料
钢材的加工
热加工:指将钢坯加热至塑性状态,依靠外力改变其形状,生产出各种厚度的钢板和型钢。(热加工的开轧和锻压温度控制在1150-1300℃
冷加工 :指在常温下对钢材进行加工。(冷作硬化现象:钢材经冷加工后,会产生局部或整体硬化,即在局部或整体上提高了钢材的强度和硬度,降低了塑性和韧性的现象)
热处理:指通过加热、保温、冷却的操作方法,使钢材的组织结构发生变化,以获得所需性能的加工工艺。(退火、正火、淬火和回火)
2、钢材的两种破坏形式:
?
特 征
断 口
后 果
塑性破坏
(延性破坏)
构件应力超过屈服点,并且达到抗拉极限强度后,构件产生明显的变形并断裂。
常为杯形,呈纤维状,色泽发暗。
在破坏前有很明显的变形,并有较长的变形持续时间,便于发现和补救。
脆性破坏
在破坏前无明显变形,平均应力也小(一般都小于屈服点),没有任何预兆。
断口平直和呈有光泽的晶粒。
突然发生的,危险性大,应尽量避免。
3、钢材的六大机械性能指标
屈服点fy: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。(作为钢结构设计可以达到的最大应力)
抗拉强度fu:它是钢材破坏前所能承受的最大应力。(强度的安全储备)
伸长率δ:代表材料断裂前具有的塑性变形能力。
断面收缩率y:断面收缩率y越大,钢材的塑性越好。
冷弯性能(塑性):钢材在冷加工(常温下加工)产生塑性变形时,对发生裂缝的抵抗能力。
冲击韧性:【韧性:反映钢材抵抗冲击荷载、动力荷载的能力,是钢材在变形和断裂中吸收能量的度量。】(衡量韧性指标用冲击韧性值表示,也叫冲击功,用符号Akv表示,单位为J) {温度越低,冲击韧性越低。}
4、有害元素(S、O、P、N)的影响
硫(S):有害元素,具有热脆性(温度达到800-1000℃
氧(O):有害杂质,与S相似(热脆)。
磷(P):磷在一定程度上可提高钢的强度和抗锈蚀的能力。钢材中的有害元素,具有冷脆性(温度较低时促使钢材变脆)。因此,磷的含量也要严格控制,规范中规定不得超过0.045%。
氮(N):有害杂质,与P相似。
5、钢材的硬化
(1)冷作硬化:在冷加工或一次加载使钢材产生较大的塑性变形的情况下,卸载后再重新加载,钢材的屈服点提高,塑性和韧性降低的现象。
(2)时效硬化:随着时间的增加,纯铁体中有一些数量极少的碳和氮的固熔物质析出,使钢材的屈服点和抗拉强度提高,塑性和韧性下降的现象。【在交变荷载、重复荷载和温度变化等情况下,会加速时效硬化的发展】
(3)应变时效硬化:钢材产生一定数量的塑性变形后,铁素体晶体中的固溶碳和氮更容易析出,从而使已经冷作硬化的钢材又发生时效硬化现象。
6、温度的影响
1)高温
温度在250℃左右的区间内,fu
当温度达到600℃
2)低温
当温度低于常温时,T下降,随着温度的降低,钢材的强度提高,而塑性和韧性降低,逐渐变脆,称为钢材的低温冷脆。
3)冲击功曲线的反弯点T0称为转变温度。
在脆性转变温度以下,钢材表现为完全的脆性破坏;而在全塑性转变温度以上,钢材则表现为完全的塑性破坏。
7、高周疲劳(应力疲劳):工作应力小于fy,没有明显的塑性变形,寿命n≥5×104次。如吊车梁、桥梁、海洋平台在日常荷载下的疲劳破坏。
低周疲劳(应变疲劳):工作应力大于fy,有较大的塑性变形,寿命n=102~5×104次。如强烈地震下一般钢结构的疲劳破坏。
8、我国的建筑用钢主要为碳素结构钢、低合金高强度结构钢和建筑
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