鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第二章鋼結(jié)構(gòu)材料

1、第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 對鋼結(jié)構(gòu)用材的要求 鋼材的主要性能及其鑒定 影響鋼材性能的因素 鋼材的延性破壞和非延性破壞循環(huán)加載和快速加載 建筑鋼材的類別及鋼材的選用 對鋼結(jié)構(gòu)用材的要求 建筑鋼材的類別及鋼材的選用 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.1 2.1 對鋼結(jié)構(gòu)用材的要求對鋼結(jié)構(gòu)用材的要求 較高的強(qiáng)度。即抗拉強(qiáng)度fu和屈服點(diǎn)fy比較高。 足夠的變形能力。即塑性和韌性性能好。 良好的加工性能。即適合冷、熱加工，良好的可焊性。 適應(yīng)低溫、有害介質(zhì)侵蝕(包括大氣銹蝕)以及重復(fù)荷載 作用等的性能。 容易生產(chǎn)，價(jià)格便宜。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB500172002)推薦的普

2、通碳素結(jié) 構(gòu)鋼Q235鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q345、Q390及 Q420是符合上述要求的。 選用GB50017規(guī)范還未推薦的鋼材時(shí)，需有可靠依據(jù)。以 確保鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.2 2.2 鋼材的主要性能及其鑒定鋼材的主要性能及其鑒定 圖圖2.1 鋼材的一次拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線鋼材的一次拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線 2.2.1 2.2.1 單向拉伸時(shí)的工作性能單向拉伸時(shí)的工作性能 條件：常溫、靜載條件下一次拉伸 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 1.比例極限P 這是應(yīng)力-應(yīng)變圖中直線段的最大應(yīng)力值。嚴(yán)格地說 ，比 P略高處還有彈性極限，但彈性極限與 P極其接 近，所以通常略去彈性極限的點(diǎn)，把 P看做是

3、彈性極限 。 2.屈服點(diǎn)y 應(yīng)變在P之后不再與應(yīng)力成正比，而是漸漸加大 ，應(yīng)力-應(yīng)變間成曲線關(guān)系，一直到屈服點(diǎn)。 3.抗拉強(qiáng)度u 屈服平臺之后，應(yīng)變增長時(shí)又需有應(yīng)力的增長，但 相對地說應(yīng)變增加得快，呈現(xiàn)曲線關(guān)系直到最高點(diǎn)。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 4.伸長率5和10 伸長率是斷裂前試件的永久變形與原標(biāo)定長度的百 分比。取圓形試件直徑d的五倍或十倍為標(biāo)定長度，其 相應(yīng)的伸長率用5和10表示，伸長率代表材料斷裂前具 有的塑性變形的能力。結(jié)構(gòu)制造時(shí)，這種能力使材料經(jīng) 受剪切、沖壓、彎曲及錘擊所產(chǎn)生的局部屈服而無明顯 損壞。 屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度和伸長率，是鋼材的三個(gè)重要力 學(xué)性能指標(biāo)。鋼結(jié)構(gòu)中所采用的鋼材

4、都應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)規(guī)范對這三項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)的要求。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 屈服點(diǎn)是建筑鋼材的一個(gè)重要力學(xué)特性，其意義是屈服點(diǎn)是建筑鋼材的一個(gè)重要力學(xué)特性，其意義是： 1作為結(jié)構(gòu)計(jì)算中材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，或材料抗力標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng) 力達(dá)到y(tǒng)時(shí)的應(yīng)變與P時(shí)的應(yīng)變較接近，可以認(rèn)為應(yīng)力 達(dá)到y(tǒng)時(shí)為彈性變形的終點(diǎn)。同時(shí)，達(dá)到y(tǒng) 后在一個(gè)較 大的應(yīng)變范圍內(nèi)應(yīng)力不會(huì)繼續(xù)增加，表示結(jié)構(gòu)一時(shí)喪失 繼續(xù)承擔(dān)更大荷載的能力，故此以y作為彈性計(jì)算時(shí)強(qiáng) 度的標(biāo)準(zhǔn)。 2形成理想彈塑性體的模型，為發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算理論提 供基礎(chǔ)。 y之前，鋼材近于理想彈性體， y之后，塑 性應(yīng)變范圍很大而應(yīng)力保持不增長，所以接近理想塑性 體。因此，可以用

5、兩根直線的圖形作為理想彈塑性體的 應(yīng)力-應(yīng)變模型。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對塑性設(shè)計(jì)的規(guī)定， 就以材料是理想彈塑性體的假設(shè)為依據(jù)，忽略了應(yīng)變硬 化的有利作用。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 圖圖2.2 鋼材的冷彎試驗(yàn)鋼材的冷彎試驗(yàn) 2.2.2 2.2.2 冷彎性能冷彎性能 根據(jù)試樣厚度，按規(guī)定的彎心 直徑將試樣彎曲180度，其表面及 側(cè)無裂紋或分層則為“冷彎試驗(yàn)合 格”。 “冷彎試驗(yàn)合格”一方 面同伸長率符合規(guī)定一樣，表示材 料塑性變形能力符合要求，另一方 面表示鋼材的冶金質(zhì)量(顆粒結(jié)晶及 非金屬夾雜分布，甚至在一定程度 上包括可焊性)符合要求，因此，冷 彎性能是判別鋼材塑性變形能力及 冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。重要

6、結(jié)構(gòu)中 需要有良好的冷熱加工的工藝性能 時(shí)，應(yīng)有冷彎試驗(yàn)合格保證。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.2.3 2.2.3 沖擊韌性沖擊韌性 與抵抗沖擊作用有關(guān)的鋼材的性能是韌性。韌性是鋼 材斷裂時(shí)吸收機(jī)械能能力的量度。吸收較多能量才斷裂的 鋼材，是韌性好的鋼材。鋼材在一次拉伸靜載作用下斷裂 時(shí)所吸收的能量，用單位體積吸收的能量來表示，其值等 于應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積。塑性好的鋼材，其應(yīng)力-應(yīng)變 曲線下的面積大，所以韌性值大。然而，實(shí)際工作中，不 用上述方法來衡量鋼材的韌性，而用沖擊韌性衡量鋼材抗 脆斷的性能，因?yàn)閷?shí)際結(jié)構(gòu)中脆性斷裂并不發(fā)生在單向受 拉的地方，而總是發(fā)生在有缺口高峰應(yīng)力的地方，在缺口 高

7、峰應(yīng)力的地方常呈三向受拉的應(yīng)力狀態(tài)。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 圖圖2.4 鋼材的沖擊試驗(yàn)鋼材的沖擊試驗(yàn) 缺口韌性值受溫度影響，溫度低于某值時(shí)將急劇降低 。設(shè)計(jì)處于不同環(huán)境溫度的重要結(jié)構(gòu)，尤其是受動(dòng)載作用 的結(jié)構(gòu)時(shí)，要根據(jù)相應(yīng)的環(huán)境溫度對應(yīng)提出沖擊韌性的保 證要求。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.2.4 2.2.4 可焊性可焊性 與可焊性是指采用一般焊接工藝就可完成合格的(無裂 紋的)焊縫的性能。 鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響。碳含 量在0.120.20范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好。碳含量 再高可使焊縫和熱影響區(qū)變脆。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.2.5 2.2.5 鋼材性能的鑒定鋼材性能的鑒

8、定 與根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范 (GB50205- 2001)的規(guī)定，對進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)施現(xiàn)場的主要材料需進(jìn) 行進(jìn)場驗(yàn)收，即檢查鋼材的質(zhì)量合格證明文件、中文標(biāo)識 及檢驗(yàn)報(bào)告，確認(rèn)鋼材的品種、規(guī)格、性能是否符合現(xiàn)行 國家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.3 2.3 影響鋼材性能的因素影響鋼材性能的因素 鋼是含碳量小于2的鐵碳合金，碳大于2時(shí)則為鑄 鐵。制造鋼結(jié)構(gòu)所用的材料有碳素結(jié)構(gòu)鋼中的低碳鋼及 低合金結(jié)構(gòu)鋼。 碳素結(jié)構(gòu)鋼由鈍鐵、碳及雜質(zhì)元素組成，其中純鐵約 占99，碳及雜質(zhì)元素約占1。低合金結(jié)構(gòu)鋼中，除上 述元素外還加入合金元素，后者總量通常不超過3。碳 及其他元素雖然所占比重

9、不大，但對鋼材性能卻有重要 影響。 2.3.1 2.3.1 化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 碳（碳（C） 碳是碳素結(jié)構(gòu)鋼中僅次于鐵的主要元素，是影 響鋼材強(qiáng)度的主要因素，隨著含碳量的增加，鋼材強(qiáng)度 提高，而塑性和韌性、尤其是低溫沖擊韌性下降，同時(shí) 可焊性、抗腐蝕性、冷彎性能明顯降低。因此結(jié)構(gòu)用鋼 的含碳量一般不應(yīng)超過0.22%，對焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)低于 0.2%。 錳（錳（Mn）錳是一種弱脫氧劑，適量的錳含量可以有效 地提高鋼材的強(qiáng)度，又能消除硫、氧對鋼材的熱脆影響 ，而不顯著降低鋼材的塑性和韌性。錳在碳素結(jié)構(gòu)鋼中 的含量為0.3%-0.8%，在低合金鋼中一般為1.0%-1.7%

10、。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 硅（硅（Si） 硅是一種強(qiáng)脫氧劑，適量的硅可提高鋼材的強(qiáng)度， 而對塑性、韌性、冷彎性能和可焊性無明顯不良影響， 但硅含量過大時(shí)，會(huì)降低鋼材的塑性、韌性、抗銹蝕性 和可焊性。 釩釩(V)、鈮、鈮(Nb)、鈦、鈦(Ti) 釩、鈮、鈦都能使鋼材晶粒細(xì)化。我國的低合金鋼 都含有這三種元素，作為錳以外的合金元素，既可提高 鋼材強(qiáng)度，又保持良好的塑性、韌性。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 鋁鋁(Al)、鉻、鉻(Cr)、鎳、鎳(Ni) 鋁是強(qiáng)脫氧劑，用鋁進(jìn)行補(bǔ)充脫氧，不僅進(jìn)一步減 少鋼中的有害氧化物，而且能細(xì)化晶粒。鉻和鎳是提高 鋼材強(qiáng)度的合金元素，用于Q390鋼和Q420鋼。 硫（硫（S

11、） 硫是一種有害元素，降低鋼材的塑性、韌性、可焊 性、抗銹蝕性等，在高溫時(shí)使鋼材變脆，即熱脆。因此 ，鋼材中硫的含量不得超過0.05%，在焊接結(jié)構(gòu)中不超 過0.045%。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 磷磷(P) 磷既是有害元素也是能利用的合金元素。磷是碳素 鋼中的雜質(zhì)，它在低溫下使鋼變脆，這種現(xiàn)象稱為冷脆 。在高溫時(shí)磷也能使鋼減少塑性。但磷能提高鋼的強(qiáng)度 和抗銹蝕能力。 氧氧(O)、氮、氮(N) 氧和氮也是有害雜質(zhì)，在金屬熔化的狀態(tài)下可以從 空氣中進(jìn)入。氧能使鋼熱脆，其作用比硫劇烈，氮能使 鋼冷脆，與磷相似。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.3.2 2.3.2 成材過程的影響成材過程的影響 1冶煉 鋼材的

12、冶煉方法主要有平爐煉鋼、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼 、堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼及電爐煉鋼。在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，主要 使用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的鋼材。目前氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐鋼的質(zhì) 量，由于生產(chǎn)技術(shù)的提高，已不低于平爐鋼的質(zhì)量。 冶煉這一冶金過程形成鋼的化學(xué)成分與含量、鋼的金 相組織結(jié)構(gòu)，不可避免地存在冶金缺陷，從而確定不同的 鋼種、鋼號及其相應(yīng)的力學(xué)性能。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.3.2 2.3.2 成材過程的影響成材過程的影響 2澆鑄 把熔煉好的鋼水澆鑄成鋼錠或鋼坯有兩種方法，一種 是澆入鑄模做成鋼錠，另一種是澆入連續(xù)澆鑄機(jī)做成鋼坯 。鑄錠過程中因脫氧程度不同，最終成為鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜 鋼與沸騰鋼。 鋼在冶煉及澆鑄過程中會(huì)不

13、可避免地產(chǎn)生冶金缺陷 。常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔及裂紋等等 。這些缺陷都將影響鋼的力學(xué)性能。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.3.2 2.3.2 成材過程的影響成材過程的影響 3軋制 鋼材的軋制能使金屬的晶粒變細(xì)，也能使氣泡、裂紋 等焊合，因而改善了鋼材的力學(xué)性能。薄板因輥軋次數(shù)多 ，其強(qiáng)度比厚板略高、澆鑄時(shí)的非金屬夾雜物在軋制后能 造成鋼材的分層，所以分層是鋼材(尤其是厚板)的一種缺 。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免拉力垂直于板面的情況，以防止層間 撕裂。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.3.2 2.3.2 成材過程的影響成材過程的影響 4熱處理 熱處理的目的在于取得高強(qiáng)度的同時(shí)能夠保持良好 的塑性和韌

14、性。正火屬于最簡單的熱處理：把鋼材加熱至 850900 oC并保持一段時(shí)間后在空氣中自然冷卻，即為正 火。如果鋼材在終止軋制時(shí)溫度正好控制在上述溫度范圍 ，可得到正火的效果，稱為控軋。回火是將鋼材重新加熱 至650 oC并保溫一段時(shí)間，然后在空氣中自然冷卻。淬火 加回火也稱調(diào)質(zhì)處理，淬火是把鋼材加熱至900 oC以上， 保溫一段時(shí)間，然后放入水或油中快速冷卻。強(qiáng)度很高的 鋼材，包括高強(qiáng)度螺栓的材料都要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.3.3 2.3.3 影響鋼材性能的其它因素影響鋼材性能的其它因素 1.冷加工硬化(應(yīng)變硬化) 在常溫下加工叫冷加工。冷拉、冷彎、沖孔、機(jī)械剪 切等加工使鋼

15、材產(chǎn)生很大塑性變形，由于減小了塑性和韌 性性能，普通鋼結(jié)構(gòu)中不利用硬化現(xiàn)象所提高的強(qiáng)度。重 要結(jié)構(gòu)還把鋼板因剪切而硬化的邊緣部分刨去。 用作冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的冷彎型鋼，是由鋼板或鋼帶 經(jīng)冷軋成型的，也有的是經(jīng)壓力機(jī)模壓成型或在彎板機(jī)上 彎曲成型的。由于這個(gè)原因，薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中允許利 用因局部冷加工而提高的強(qiáng)度。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 此外，還有性質(zhì)類似的 時(shí)效硬化與應(yīng)變時(shí)效。時(shí)效 硬化指鋼材僅隨時(shí)間的增長 而轉(zhuǎn)脆，應(yīng)變時(shí)效指應(yīng)變硬 化又加時(shí)效硬化由于這些是 使鋼材轉(zhuǎn)脆的性質(zhì)，所以有 些重要結(jié)構(gòu)要求對鋼材進(jìn)行 人工時(shí)效，然后測定其沖擊 韌性，以保證結(jié)構(gòu)具有長期 的抗脆性破壞能力。 圖圖2.5

16、 鋼材的硬化鋼材的硬化 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.溫度的影響 鋼材對溫度相當(dāng)敏感，溫度升高與降低都使鋼材性能 發(fā)生變化。相比之下，低溫性能更重要。 正溫范圍總的趨勢是隨著溫度的升高，鋼材強(qiáng)度降低 ，變形增大。約在200oC以內(nèi)鋼材性能沒有很大變化，430- 540oC之間則強(qiáng)度(fy與fu)急劇下降；到600oC時(shí)強(qiáng)度很低不 能承擔(dān)荷載。此外，250oC附近有蘭脆現(xiàn)象，約260-320oC 時(shí)有徐變現(xiàn)象。 蘭脆現(xiàn)象指溫度在250oC左右的區(qū)間內(nèi)，fu有局部性提 高，fy也有回升現(xiàn)象，同時(shí)塑性有所降低，材料有轉(zhuǎn)脆傾 向。在蘭脆區(qū)進(jìn)行熱加工，可能引起裂紋。徐變現(xiàn)象指在 應(yīng)力持續(xù)不變的情況下鋼材以很

17、緩慢的速度繼續(xù)變形的現(xiàn) 象。設(shè)計(jì)時(shí)以規(guī)定150oC為適宜，超過之后結(jié)構(gòu)表面即需 加設(shè)隔熱保護(hù)層。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 圖圖2.6 高溫對鋼材性能的影響高溫對鋼材性能的影響 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 負(fù)溫范圍負(fù)溫范圍 fy與與fu都增高都增高 但塑性變形能力減小，因而但塑性變形能力減小，因而 材料轉(zhuǎn)脆材料轉(zhuǎn)脆，對沖擊韌性的影對沖擊韌性的影 響十分突出。響十分突出。材料由韌性破 壞轉(zhuǎn)到脆性破壞叫該種鋼材 的轉(zhuǎn)變溫度，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中 要求避免完全脆性破壞，所 以結(jié)構(gòu)所處溫度應(yīng)大于脆性 轉(zhuǎn)變溫度。 圖圖2.7 Cv值隨溫度值隨溫度T的變化的變化 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 3.應(yīng)力集中 當(dāng)截面完整性遭到破壞，如

18、有裂紋(內(nèi)部的或表面的) 、孔洞、刻槽、凹角時(shí)以及截面的厚度或?qū)挾韧蝗桓淖儠r(shí) ，構(gòu)件中的應(yīng)力分布將變得很不均勻。在缺陷或截面變化 處附近，應(yīng)力線曲折、密集、出現(xiàn)高峰應(yīng)力的現(xiàn)象稱為應(yīng) 力集中。 孔邊應(yīng)力高峰處將產(chǎn)生雙向或三向的應(yīng)力。這是因?yàn)椴?料的某一點(diǎn)在x方向伸長的同時(shí)，在y方向(橫向)將要收縮 ，當(dāng)板厚較大時(shí)還將引起z方向收縮。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 由力學(xué)知識知道，三向 同號應(yīng)力且各應(yīng)力數(shù)值接近 時(shí)，材料不易屈服。當(dāng)為數(shù) 值相等三向拉應(yīng)力時(shí)，直到 材料斷裂也不屈服。沒有塑 性變形的斷裂是脆性斷裂。 所以，三向應(yīng)力的應(yīng)力狀態(tài)， 使材料沿力作用方向塑性變 形的發(fā)展受到很大約束，材 料容易脆性破

19、壞。因此，對 于厚鋼材應(yīng)該要求更高的韌 性。 圖圖2.8 孔洞、缺口處的應(yīng)力集中孔洞、缺口處的應(yīng)力集中 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.42.4鋼材的延性破壞和非延性破鋼材的延性破壞和非延性破 壞循環(huán)加載和快速加載的效應(yīng)壞循環(huán)加載和快速加載的效應(yīng) 有屈服現(xiàn)象的鋼材或者雖然沒有明顯屈服現(xiàn)象而能發(fā)生 較大塑性變形的鋼材，一般屬于塑性材料。沒有屈服現(xiàn)象或 塑性變形能力很小的鋼材，則屬于脆性材料脆性材料。 塑性材料塑性材料是指由于材料原始性能以及在常溫、靜載并一 次加荷的工作條件之下能在破壞前發(fā)生較大塑性變形的材料 。然而一種鋼材具有塑性變形能力的大小，不僅取決于鋼材 原始的化學(xué)成分，熔煉與軋制條件，也取決

20、于后來所處的工 作條件。即使原來塑性表現(xiàn)極好的鋼材，改變了工作條件， 如在很低的溫度之下受沖擊作用，也完全可能呈現(xiàn)脆性破壞 。所以，嚴(yán)格地說，不宜把鋼材劃分為塑性和脆性材料，而不宜把鋼材劃分為塑性和脆性材料，而 應(yīng)該區(qū)分材料可能發(fā)生的塑性破壞與脆性破壞。應(yīng)該區(qū)分材料可能發(fā)生的塑性破壞與脆性破壞。 2.4.1 2.4.1 延性破壞和非延性破壞延性破壞和非延性破壞 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 1疲勞斷裂的概念 疲勞斷裂是微觀裂縫在連續(xù)重復(fù)荷載作用下不斷擴(kuò)展直 至斷裂的脆性破壞。斷口可能貫穿于母材，可能貫穿于連接 焊縫，也可能貫穿于母材及焊縫。 出現(xiàn)疲勞斷裂時(shí)，截面上的應(yīng)力低于材料的抗拉強(qiáng)度， 甚至低于屈

21、服強(qiáng)度。同時(shí)，疲勞破壞屬于脆性破壞，塑性變 形極小，因此是一種沒有明顯變形的突然破壞，危險(xiǎn)性較大 。 2.4.2 2.4.2 循環(huán)荷載的效應(yīng)循環(huán)荷載的效應(yīng) 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 疲勞破壞的構(gòu)件斷口 上面一部分呈現(xiàn)半橢圓形 光滑區(qū)，其余部分則為粗 糙區(qū)（如圖 2-9 )。 2.4.2 2.4.2 循環(huán)荷載的效應(yīng)循環(huán)荷載的效應(yīng) 圖圖2.9 斷口示意斷口示意 1光滑區(qū)；光滑區(qū)；2粗糙區(qū)粗糙區(qū) 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 應(yīng)力循環(huán)特性常用應(yīng)力比值來表示，以拉應(yīng)力 為正值。連續(xù)重復(fù)荷載之下應(yīng)力往復(fù)變化一周 叫做一個(gè)循環(huán)。 完全對稱循環(huán)( -1) 靜荷載作用( +1) 脈沖循環(huán)( 0) 一般應(yīng)力循環(huán)(-1 10

22、5時(shí)應(yīng)進(jìn)行疲勞驗(yàn)算。 永久荷載所產(chǎn)生的應(yīng)力為不變值，沒有應(yīng)力幅。應(yīng)力 幅只由重復(fù)作用的可變荷載產(chǎn)生，所以疲勞驗(yàn)算按可變 荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行。荷載計(jì)算中不乘以吊車動(dòng)力系數(shù)，常 幅疲勞按下式進(jìn)行驗(yàn)算。 式中 對焊接結(jié)構(gòu)為應(yīng)力幅 max-min； 對非焊接部位為計(jì)算 應(yīng)力幅 max-min ，應(yīng)力以拉為 正，壓為負(fù)； 常幅疲勞的 容許應(yīng)力幅。 式中C，系數(shù)。焊接結(jié)構(gòu) 中根據(jù)各種不同的構(gòu)造細(xì)部使 疲勞強(qiáng)度不同程度地降低，詳 見第 8 章。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.4.3 2.4.3 快速加荷效應(yīng)快速加荷效應(yīng) 快速加荷使鋼材的屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度提高，而鋼廠在 做鋼材拉伸試驗(yàn)時(shí)往往加荷比較快，致使所得fy、f

23、u偏高。 快速加荷的不利效應(yīng)在于影響能量吸收的能力，圖 2-11 給出三條不同加荷速率下的斷裂能量一溫度關(guān)系曲線。從 圖可以看出，隨著加荷速率的減小，曲線向溫度較低的方 向移動(dòng)。有些結(jié)構(gòu)的鋼材在工作溫度下沖擊韌性值很低， 但仍然保持完好，就可以由加荷速率很慢來說明。對于同 一沖擊韌性的材料，當(dāng)設(shè)計(jì)承受動(dòng)力荷載時(shí)，允許最低的 使用溫度要比承受靜力荷載高的多。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.4.3 2.4.3 快速加荷效應(yīng)快速加荷效應(yīng) 圖圖2.11 斷裂吸收能量隨溫度的變化斷裂吸收能量隨溫度的變化圖圖2.12 加荷速度對斷裂韌性的影響加荷速度對斷裂韌性的影響 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.5 2.5 建筑

24、鋼材的類別及鋼材的選用建筑鋼材的類別及鋼材的選用 2.5.1 2.5.1 建筑鋼材的類別建筑鋼材的類別 1 碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號（簡稱鋼號）有 Q195 、Q235A 、 B 、 C 及 D , Q275 。其中的 Q 是屈服強(qiáng)度中屈字漢語拼 音的字首，后接的阿拉伯字表示以 N / mm2為單位屈服強(qiáng) 度的大小， A 、 B 、 C 或 D 等表示按質(zhì)量劃分的級別。 最后還有一個(gè)表示脫氧方法的符號如 F ,Z或 b 。從 Q195 到 Q275 ，是按強(qiáng)度由低到高排列的；鋼材強(qiáng)度主要由 其中碳元素含量的多少來決定，但與其他一些元素的含 量也有關(guān)系。所以，鋼號的由低到高在較大程度上代表

25、了含碳量的由低到高。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在鋼的冶煉過程中添加少量幾 種合金元素使鋼的強(qiáng)度明顯提高，故稱低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu) 鋼。Q345 、 Q39O 和 Q420 是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定采用的 鋼種。其符號的含義和碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號的含義相同。這三 種鋼都包括 A 、 B 、 C 、 D 、 E 五種質(zhì)量等級，和碳素 結(jié)構(gòu)鋼一樣，不同質(zhì)量等級是按對沖擊韌性（夏比 V 型缺 口試驗(yàn)）的要求區(qū)分的。 A 級無沖擊功要求； B 級要求提 供 20 沖擊功 AKv 34J（縱向） ; C 級要求提供0 沖擊 功 AKV 34J（縱向） ; D 級要求提供一 20

26、 沖擊功 AKv34J（縱向） ; E 級要求提供一 40 沖擊功 AKv 27J （縱向）。不同質(zhì)量等級對碳、硫、磷、鋁等含量的要求 也有區(qū)別。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的 A 、 B 級屬于鎮(zhèn)靜鋼， C 、 D 、 E 級屬于特殊鎮(zhèn)靜鋼。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 3 高強(qiáng)鋼絲和鋼索材料 懸索結(jié)構(gòu)和斜張拉結(jié)構(gòu)的鋼索、桅桿結(jié)構(gòu)的鋼絲繩等 通常都采用由高強(qiáng)鋼絲組成的平行鋼絲束、鋼絞線和鋼絲 繩。高強(qiáng)鋼絲是由優(yōu)質(zhì)碳素鋼經(jīng)過多次冷拔而成，分為光 面鋼絲和鍍鋅鋼絲兩種類型。 鋼絲強(qiáng)度的主要指標(biāo)是抗拉強(qiáng)度，其值在 1570-1700N / mm2范圍內(nèi)，而屈服強(qiáng)度通常不作要求。高強(qiáng)鋼絲的伸 長率較小，最低為 4

27、% ，但高強(qiáng)鋼絲（和鋼索）卻有一個(gè) 不同于一般結(jié)構(gòu)鋼材的特點(diǎn) 松弛，即在保持長度不變 的情況下所承拉力隨時(shí)間延長而略有降低。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 平行鋼絲束由 7 根、 19 根、 37 根或 61 根鋼絲組成 ，其截面見圖示。鋼絲束內(nèi)各鋼絲受力均勻，彈性模量接 近一般受力鋼材。用來組成鋼絲束的鋼絲除圓形截面外， 還有梯形和異形截面的鋼絲。 鋼絞線亦稱單股鋼絲繩，由多根鋼絲捻成。 鋼絲繩多由 7 股鋼絞線捻成，以一股鋼絞線為核心， 外層的 6 股鋼絞線沿同一方向纏繞。 圖圖2.13 平行鋼絲束的截面平行鋼絲束的截面 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 圖圖2.14 鋼絲繩的捻法及截面鋼絲繩的捻法及截面 第

28、2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.5.2 2.5.2 鋼材的選擇鋼材的選擇 選擇鋼材的目的是要做到結(jié)構(gòu)安全可靠，同時(shí)用材經(jīng) 濟(jì)合理。為此，在選擇鋼材時(shí)應(yīng)考慮下列各因素： 1. 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性； 2.荷載性質(zhì)（靜載或動(dòng)載） ; 3. 連接方法（焊接、鉚接或螺栓連接） ; 4.工作條件（溫度及腐蝕介質(zhì)）。 對于重要結(jié)構(gòu)、直接承受動(dòng)載的結(jié)構(gòu)、處于低溫條 件下的結(jié)構(gòu)及焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用質(zhì)量較高的鋼材。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 Q235A 鋼的保證項(xiàng)目中，碳含量、冷彎試驗(yàn)合格和 沖擊韌性值并未作為必要的保證條件，所以只宜用于不 直接承受動(dòng)力作用的結(jié)構(gòu)中。當(dāng)用于焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，其質(zhì) 量證明書中應(yīng)注明碳含量不超過 0.2%。 當(dāng)選用 Q235A 、 B 級鋼時(shí)，還需要選定鋼材的脫氧 方法。 連接所用鋼材，如焊條、自動(dòng)或半自動(dòng)焊的焊絲及 螺栓的鋼材應(yīng)與主體金屬的強(qiáng)度相適應(yīng)。 第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.5.3 2.5.3 型鋼的規(guī)格型鋼的規(guī)格 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般宜直接選用型鋼，這樣可減少制造 工作量，降低造價(jià)。型鋼尺寸不夠合適或構(gòu)件很大時(shí)則 用鋼板制作。型鋼有熱軋及冷成型兩種。 1 熱軋鋼板熱軋鋼板 熱軋鋼板分厚板及薄板兩種，厚板的厚度為 4.5- 60mm(廣泛用來組成焊接構(gòu)件和連接鋼板)，薄板厚度為 0.35-4mm(冷彎薄壁型鋼的原料)。在圖紙中鋼板用“-