2018年二级结构工程师考试《钢结构》基础考点：钢结构使用的钢材

2018年二级结构工程师考试《钢结构》基础考点：钢结构使用的钢材

　　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

　　(1) 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;

　　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，它可直接由拉伸试件断裂后原标距长度的变化计算得到：

　　l——试件拉断后的标距长度。

　　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。

　　(2) 钢材的工艺性能

　　1). 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。

　　2). 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标，一般来说，钢材的冷弯性能指标要比钢的塑性指标更难达到，因为弯曲试验中塑性变形的生成是处于受制约的状态，完全不同于拉伸试件，因此，除了反映钢材的塑性和对冷加工的适应程度以外，还能暴露冶金缺陷(如晶粒组织、夹杂物分布及夹层等)，在一定程度上还可以反映钢材的可焊性。冷弯性能是评价钢材工艺性能和力学性能以及钢材质量的一项综合指标，弯曲试验是鉴定钢材质量的一项有效措施。

　　3). 可焊性

　　可焊性是指钢材对焊接工艺的适应能力，包括有两方面的要求：一是通过一定的焊接工艺能保证焊接接头具有良好的力学性能;二是施工过程中，选择适宜的焊接材料和焊接工艺参数后，有可能避免焊缝金属和钢材热影响区产生热(冷)裂纹的敏感性。钢材的可焊性评定可分化学成分判别和工艺试验法评定两种方法。化学成分判别即由碳当量的含量来判定钢材的可焊性，即把钢材化学成分中对焊接有显著影响的各种元素，全部折算成碳的含量。碳元素既是形成钢材强度的主要元素，也是影响可焊性的首要元素，含碳量超过一定含量的钢材甚至是不可施焊的。碳当量愈高，可焊性愈差。

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