第二章鋼結(jié)構(gòu)材料

1、2.1 2.1 鋼材的主要力學性能鋼材的主要力學性能 2.2 2.2 影響鋼材性能的因素影響鋼材性能的因素 2.3 2.3 復雜應力下的屈服條件復雜應力下的屈服條件2.4 2.4 鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞和疲勞計算鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞和疲勞計算 2.5 2.5 鋼材的種類、選用和型鋼規(guī)格鋼材的種類、選用和型鋼規(guī)格本章內(nèi)容本章內(nèi)容：鋼材的種類很多，其化學成分不同，性能各異。鋼材的性能主要有：力學性能、加工性能和抗侵蝕等性能。因此，必須了解鋼材的強度、塑性、冷彎、韌性、可焊性以及影響鋼材性能變化的各種因素，才能根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)所受的荷載、工作環(huán)境，選擇符合要求的鋼材。2.1 2.1 鋼材的主要力學性能鋼材的主要力學

2、性能2.1.1 鋼材的強度指標和塑性指標（1）單向均勻受拉的工作特性 在常溫靜載情況下，Q235鋼材標準試件（圖2.1）受單向拉伸試驗時的應力應變曲線如圖2.2。圖2.1 標準試件l0d000.150.12.5ffffAECF22/%BDuyep圖2.2 Q235鋼單向受拉應力應變曲線 拉伸曲線反映了鋼材的力學特性，描述如下：1)彈性階段：OAE段 OA直線的斜率稱為彈性模量E，fp稱為比例極限，fe稱為彈性極限。2)彈塑性階段：EC段 與不呈比例，除彈性變形外還有塑性變形，fy稱為屈服強度，又叫屈服點（yield point，材料力學中用s表示）。工作特性工作特性00.150.12.5fff

3、fAECF22/%BDuyep單向受拉應力應變曲線3)屈服階段：CF段 鋼材完全屈服，不增加（保持fy），而驟增。4)強化階段：FB段 經(jīng)過屈服階段后，鋼材內(nèi)部組織重新排列，抵抗外力的能力增強。5)頸縮階段：BD段 應力超過fu后，試件出現(xiàn)“頸縮”而斷裂， fu稱為抗拉強度(tensile strength，材料力學中用b表示）。工作特性工作特性00.150.12.5ffffAECF22/%BDuyep單向受拉應力應變曲線 根據(jù)上述特性，可確定鋼材的強度指標和塑性指標。(2)強度指標 由于fy、fp、fe很接近，應變很小，0.1%(y0.15%)可以把三點看作為一點，并以屈服點fy作為代表。

4、鋼結(jié)構(gòu)設計中，把鋼材的屈服點fy作為鋼材的強度標準值fkfy。 常用結(jié)構(gòu)鋼材的強度設計值f（design value）可查材料手冊（見附表1.1）。彈性設計時，構(gòu)件的應力不能大于f值。 抗拉強度fu在實際構(gòu)件中是不允許達到的，鋼材的抗拉強度fu值高，可以增加結(jié)構(gòu)的安全保障。 另外，Q235鋼材在屈服前接近理想的彈性體，而屈服后的流變現(xiàn)象接近理想的塑性體，且流變的范圍很大（0.15%2.5%）。因此，可認為鋼材是理想的彈-塑性體（圖2.3）。即假定鋼材應力小于fy時是完全彈性的，應力超過fy后則是完全塑性的。利用鋼材理想彈塑性假定，可以簡化鋼構(gòu)件的彈塑性分析計算。強度指標強度指標0fASy圖2.

5、3 理想彈塑性的應力應變曲線 高強度鋼材沒有明顯的屈服臺階，這類鋼的屈服點是根據(jù)實驗分析結(jié)果人為規(guī)定的，稱為條件屈服（用f0.2表示，定義為試件卸載后其殘余應變?yōu)?%時所對應的應力）。這類鋼材在設計中不宜利用塑性。 0 0 . 2fES0 . 2圖2.4 高強度鋼的應力應變曲線強度指標強度指標 鋼材在單向受壓時（短試件） ，抗壓強度與單向受拉時相同。鋼材受扭轉(zhuǎn)時的應力應變曲線也與受拉時相似，但剪切屈服點和抗剪強度低于fy和fu；剪變模量G也低于彈性模量E。鋼材和鑄鋼件的彈性模量、剪變模量、線膨脹系數(shù)和質(zhì)量密度列于表2.1。 強度指標強度指標斷面收縮率：式中l(wèi)0試件拉伸前標距長度; l1試件拉斷

6、后原標距間長度; A0試件截面面積; A1拉斷后頸縮區(qū)的截面面積。鋼材的伸長率愈大，鋼材塑性愈好(3)塑性指標延伸率：%100001lll%100010AAA2.1.2 2.1.2 冷彎性能冷彎性能 冷彎性能是指鋼材在冷加工產(chǎn)生塑性變形（deformed）時，對產(chǎn)生裂縫的抵抗能力。如圖2.3所示將試件彎曲成規(guī)定的角度后,檢查試件彎曲部分的表面有無裂縫、裂斷、分層等，沒有即為合格。 冷彎試驗是鑒定鋼材質(zhì)量的一種良好方法，常作為靜力拉伸試驗和沖擊試驗的一種補充試驗，是一項衡量鋼材力學性能的綜合指標。aadd + 2 .1 a圖2.5 冷彎1800試件 2.1.3 2.1.3 沖擊韌性沖擊韌性 沖擊

7、韌性是衡量鋼材強度、塑性及材質(zhì)的一項綜合指標。鋼材的韌性與軋制方法、環(huán)境溫度有關。沖擊韌性由沖擊試驗測定。 沖擊韌性： (Nm/cm2) 式中：AK試驗機的沖擊功（Nm)； A缺口處凈截面面積(cm2)。AAkk1551U形 缺 口R=0.25R=1245210101-1圖2.6 沖擊韌性試驗2.1.4 2.1.4 可焊性可焊性 焊接后焊縫金屬及其附近的熱影響區(qū)金屬不產(chǎn)生裂紋，并且焊縫的力學性能不低于母材的力學性能。2.1.5 2.1.5 耐久性耐久性 耐腐蝕性：鋼材耐腐蝕性較差，必須采取防護措施，新建結(jié)構(gòu)需要油漆，已建成的結(jié)構(gòu)需定期維護。 耐老化性：隨著時間的增長，鋼材的力學性能有所改變，出

8、現(xiàn)“時效”現(xiàn)象，即“老化”?！皶r效” 使鋼材變脆。 耐長期高溫性：在長期高溫條件下工作的鋼材，其破壞強度比常溫拉伸試驗的強度低得多，應另行測定“強度”。 耐疲勞性：鋼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在長期連續(xù)的交變荷載或重復荷載作用下，應力雖低于fy也會發(fā)生破壞，稱為“疲勞破壞”。2.1.6 2.1.6 鋼構(gòu)件的兩種破壞形式鋼構(gòu)件的兩種破壞形式1)塑性破壞構(gòu)件破壞前有明顯的變形或破壞前兆。塑性破壞容易被發(fā)現(xiàn)而采取補救措施,可避免造成嚴重后果.2)脆性破壞破壞前構(gòu)件變形很小,平均應力一般都小于屈服點fy,破壞始于應力集中處,如缺口、裂紋、凹角和多向受拉區(qū)域. 破壞前沒有任何預兆,無法及時被發(fā)現(xiàn)和采取補救措施,危及生命

9、財產(chǎn)安全,后果嚴重。因此，設計時應盡量避免構(gòu)件出現(xiàn)脆性破壞。BACK 2.2.1 2.2.1 化學成分的影響化學成分的影響主要化學成分鐵（Fe，在碳素結(jié)構(gòu)鋼中約占99%） 少量元素碳（C）、硅（Si）、錳（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、鈦（Ti）、釩 （V）碳碳是決定鋼材性能的最重要元素。建筑用鋼一般多用碳素結(jié)構(gòu)鋼，屬于低碳鋼，含碳量小于0.25%；工程所用低合金鋼，其含碳量小于0.52%。2.2 2.2 影響鋼材性能的因素影響鋼材性能的因素 硅 硅是作為脫氧劑存在鋼中，是鋼中的有益元素。硅含量較低（小于1.0%）時，能提高鋼材的強度，而對塑性和韌性無明顯影響。 錳 錳是煉鋼

10、時用來脫氧去硫而存在于鋼中的，是鋼中的有益元素。錳具有很強的脫氧去硫能力，能消除或減輕氧、硫所引起的熱脆性，能提高鋼材的強度和硬度。磷 磷是鋼中很有害的元素。隨著磷含量的增加，鋼材的強度、屈強比、硬度均提高，而塑性和韌性顯著降低。特別是溫度愈低，對塑性和韌性的影響愈大，加大鋼材的冷脆性。影響因素影響因素硫 硫是鋼中很有害的元素。硫的存在會加大鋼材的熱脆性，降低鋼材的各種機械性能，也使鋼材的可焊性、沖擊韌性、耐疲勞性和抗腐蝕性等均降低。氧氧是鋼中的有害元素。隨著氧含量的增加，鋼材的強度有所提高，但塑性特別是韌性顯著降低，可焊性變差。氧的存在會造成鋼材的熱脆性。氮 氮對鋼材性能的影響與碳、磷相似，

11、隨著氮含量的增加，可使鋼材的強度提高，塑性特別是韌性顯著降低，可焊性變差，冷脆性加劇。氮在鋁、鈮、釩等元素的配合下可以減少其不利影響，改善鋼材性能，可作為低合金鋼的合金元素使用。影響因素影響因素鈦 鈦是強脫氧劑。鈦能顯著提高強度，改善韌性、可焊 性，但稍降低塑性。鈦是常用的微量合金元素。釩 釩是弱脫氧劑。釩加入鋼中可減弱碳和氮的不利影響，有效地提高強度，但有時也會增加焊接淬硬傾向，釩也是常用的微量合金元素。影響因素影響因素2.2.2 2.2.2 冶煉、澆鑄、軋制的影響冶煉、澆鑄、軋制的影響(1)冶煉 我國目前鋼結(jié)構(gòu)用鋼主要是平爐和氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉而成，兩種冶煉方法煉制的鋼質(zhì)量大體相當。影響因素影響

12、因素(2)脫氧方法 用錳、硅、鋁作為脫氧劑進行脫氧（deoxidize）.它們之間的脫氧能力比為錳:硅:鋁=1:5:90。按脫氧程度或方法不同而分為沸騰鋼(F)、鎮(zhèn)定鋼(Z)、半鎮(zhèn)定鋼(b)和特殊鎮(zhèn)定鋼(TZ)。沸騰鋼 組織不夠致密，成分不太均勻，硫、磷等雜質(zhì)偏析較嚴重，故質(zhì)量較差。但因其成本低、產(chǎn)量高，故被廣泛用于一般工程。鎮(zhèn)靜鋼 成本較高，但其組織致密，成分均勻，含硫量較少，性能穩(wěn)定，故質(zhì)量好。適用于預應力混凝土等重要結(jié)構(gòu)工程。半鎮(zhèn)靜鋼 質(zhì)量較好。特殊鎮(zhèn)靜鋼 質(zhì)量最好，適用于特別重要的結(jié)構(gòu)工程。影響因素影響因素（3）軋制 軋制（rolling）鋼材是把鋼錠加熱到1200-1300高溫時進行

13、，這時鋼具有較好的熱塑性，利用軋鋼機壓力的作用，可使鋼錠中的小氣泡、裂紋和質(zhì)地較疏松部分壓合密實，消除組織缺陷和細化鋼的晶粒。因此，軋制鋼比鑄鋼質(zhì)量好。壓縮比越大，鋼材的力學性能越好。此外，由于軋輥的壓延作用，鋼材順軋輥軋制方向的性能比橫向的性能好。影響因素影響因素2.2.3 2.2.3 殘余應力的影響殘余應力的影響 熱軋型鋼中的殘余應力（remaining stress）是因不均勻冷卻而產(chǎn)生的。型鋼冷卻時其邊緣、尖角及薄細部位因與空氣接觸多而冷卻快，先冷卻部位常形成強勁的約束（constraint），阻止后冷卻部位的自由收縮，從而使后冷卻部位受拉，形成自相平衡的復雜的殘余應力分布。此后鋼材的

14、調(diào)直和加工（剪切、氣割、焊接等）還將改變這種分布。構(gòu)件承受荷載時，荷載引起的應力將與殘余應力疊加（superposition），使構(gòu)件有些部位提前達到屈服并發(fā)展塑性變形，使截面的彈性區(qū)域減少。因此殘余應力將降低構(gòu)件的剛度（stiffness）和穩(wěn)定性，而對構(gòu)件的強度不產(chǎn)生影響。影響因素影響因素 2.2.4 2.2.4 溫度的影響溫度的影響(1)溫度升高 當溫度升高，鋼材的強度和彈性模量的總趨勢是降低，但在150以下時變化不大。當溫度在250時，鋼材的抗拉強度有較大的提高，但塑性、韌性變差，此時的破壞為脆性破壞，稱為“藍脆”。當溫度超過300時，其強度和彈性模量開始顯著下降，而塑性開始顯著增大，

15、鋼材產(chǎn)生徐變。達到600時，強度幾乎為零。影響因素影響因素(2)溫度降低 溫度下降到負溫時，鋼材的強度雖有提高，但塑性和韌性降低、脆性增加，出現(xiàn)脆性轉(zhuǎn)變溫度。以韌性指標為例（右圖），反彎點對應的溫度T0即為脆性轉(zhuǎn)變溫度。選用鋼材時應使結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境溫度高于脆性轉(zhuǎn)變溫度的下限值T1，且在環(huán)境溫度下具有足夠的沖擊韌性值。脆 性 破 壞兩 種 破 壞 兼 有塑 性 破 壞（ 轉(zhuǎn) 變 溫 度 區(qū) ）T1T0T2T(oC)Akv(J)影響因素影響因素2.2.5 2.2.5 鋼材硬化的影響鋼材硬化的影響(1)冷作硬化 鋼材在常溫下冷加工（拉、拔、彎、沖切、剪切等）的過程。當加載到強化區(qū)間卸載后，鋼材的塑性

16、變形不能恢復，再次加時，鋼材的屈服強度提高，彈性范圍增加，但塑性和伸長率降低。這一性質(zhì)稱為冷作硬化（stiffening）。(2)時效硬化 鋼材隨存放時間延長，會出現(xiàn)屈服強度提高，彈性范圍增加，伸長率降低，這一性質(zhì)稱為時效effectiveness for a given period of time）硬化。這是因為隨著時間的推移，鋼材化學成分中的氮和碳逐漸析出，形成了自由的氮化物和碳化物，他們能起到阻止純鐵體晶粒間的滑移，約束塑性發(fā)展，從而提高鋼材的強度，降低塑性。人工加載讓鋼試件先產(chǎn)生10%左右的塑性變形，然后加熱至250，并保溫一小時后自然冷卻（cooling），這一方法能加速時效進程，

17、稱為人工時效。2.2.6 2.2.6 應力集中的影響應力集中的影響 在構(gòu)件截面發(fā)生變化的區(qū)域，截面應力分布并不均勻，突變處將產(chǎn)生局部高峰應力，這種因截面尺寸顯著變化而引起應力局部增大的現(xiàn)象稱應力集中（stress concentration）。分析表明：應力集中產(chǎn)生的高峰應力區(qū)附近總是存在平面或三維應力場，使鋼材性能變脆而引發(fā)脆性破壞。 鋼結(jié)構(gòu)中應力集中現(xiàn)象不可避免，但只要在設計和施工時注意采取合理的構(gòu)件形狀和構(gòu)造措施，使截面的變化平緩過渡，就能降低應力集中的影響。另外，在常溫下承受靜力荷載作用的鋼結(jié)構(gòu)，由于建筑鋼材的塑性較好，當應力在局部達到屈服應力后，鋼材的塑性變形使應力重分布，應力分布不

18、均勻現(xiàn)象也會趨于平緩。因此，只要符合設計與施工規(guī)范的有關規(guī)定，計算時可不考慮應力集中的影響。BACK2.3 2.3 復雜應力下的屈服條件復雜應力下的屈服條件 鋼材在單向拉伸時，以屈服點為臨界點，應力小于屈服點為彈性工作狀態(tài)，大于屈服點為塑性狀態(tài)。實際鋼結(jié)構(gòu)中，鋼材常是在兩向或三向的復雜應力狀態(tài)下工作，這時鋼材的屈服并不取決于某一個方向的應力，而是由反映各方向應力綜合影響的相當應力（也稱折算應力）來表示。當eq fy時，鋼材處于彈性階段；當eq fy時，鋼材處于塑性階段。 根據(jù)強度理論，三維應力場的相當應力（equivalent stress）計算表達式為：222eq12233112(2.4 )

19、a222222eqxyzxyxzy zxyxzyz() 3()或（ 2.4b） 由相當應力計算公式可知，鋼材處于同號應力場時，若三個主應力均為拉應力，且應力值都接近單向拉伸時的屈服極限fy，而相當應力卻始終小于屈服點，鋼材拉斷了也不會有明顯的塑性變形。因此，在構(gòu)件中如果出現(xiàn)多向拉應力作用的區(qū)域，總是發(fā)生脆性破壞。只有兩向應力作用時，如：z=xz=yz=0受純剪時： xyyzxzzyx, 02xyyx2y2xeq3 xyyzxzzyx, 0 xyyzxzzyx, 0 xyyzxzzyx, 0 xyyzxzzyx, 0 xyyzxzzyx, 0 2eq3 yyv58. 03fff yeqf vf

20、設 時的 則BACK2.4 2.4 鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞和疲勞計算鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞和疲勞計算2.4.1 2.4.1 疲勞破壞疲勞破壞 試驗表明，鋼構(gòu)件在連續(xù)反復荷載作用下，盡管應力低于抗拉強度，甚至低于屈服點，但經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)后，也會發(fā)生斷裂破壞。這種經(jīng)歷長期反復荷載作用而發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象，稱為疲勞破壞。疲勞破壞前構(gòu)件沒有明顯的變形特征，屬于脆性破壞。 破壞原因:鋼構(gòu)件上難免有微觀裂紋（crack），如非金屬雜質(zhì)、扎制或加工時造成的微小裂紋等。在荷載作用下，受拉區(qū)的微裂紋尖端因應力集中而出現(xiàn)高應力區(qū)，并伴隨雙向或三向拉應力場，使鋼材的塑性發(fā)展受到限制。在工作初期，由于應力較小，這些微小裂紋不

21、會立刻引起構(gòu)件斷裂。但在長期反復荷載作用下，裂紋尖端的拉應力使裂紋有逐步擴展的趨勢并緩慢地擴展，與此同時，構(gòu)件的有效截面也逐步減小。經(jīng)過一定的循環(huán)（circle）次數(shù)后，一旦裂紋擴展到構(gòu)件截面不能承受荷載時，構(gòu)件出現(xiàn)突然斷裂。 2.4.2 2.4.2 鋼材的疲勞強度極限鋼材的疲勞強度極限 反復荷載在構(gòu)件內(nèi)引起的應力隨時間變化的曲線稱為循環(huán)應力譜（圖2.6）。用=min/max來表示（拉應力為正，壓應力為負）。例如，=-1表示完全對稱（symmetry）循環(huán)，=0表示脈沖（pulse）循環(huán)。值可以介于-1和+1之間。ma xt0mi nma xt0mi n（a）完全對稱循環(huán) =-1 （b）脈動應

22、力循環(huán) =0 圖2.6 循環(huán)應力譜 應力變化的幅度稱為應力幅，用=max-min表示。在應力循環(huán)過程中，如果應力幅保持為常量，稱為常幅循環(huán)應力，否則稱變幅應力循環(huán)。常幅疲勞試驗可以測定鋼材的疲勞強度極限。試驗用一組（10根）相同材料的光滑小試件，每次將一根試件安裝在疲勞試驗機上，第一根試件可施加較大的彎矩，使試件受純彎曲，上緣受拉，下緣受壓；no圖2.7 鋼材的疲勞強度極限當電機帶動試件旋轉(zhuǎn)時，試件表面各點的應力交替出現(xiàn)拉、壓變化，轉(zhuǎn)動一圈完成一次循環(huán)，由施加的彎矩可以算出應力幅；當經(jīng)過某一循環(huán)次數(shù)n，試件破壞，得到n曲線上的一個點（圖2.7）。疲勞極限疲勞極限 依次對其余試件進行實驗，并逐步

23、減小彎矩，也即減小應力幅 ，試件破壞時的循環(huán)次數(shù)將不斷增加，每一根試件得到n曲線上的一個點。當應力幅小于一定值時，即使有無限次循環(huán)，試件也不會產(chǎn)生疲勞破壞。按照有關國際標準建議，將n5106所對應的應力幅稱為材料的疲勞極限。疲勞極限疲勞極限2.4.3 2.4.3 鋼結(jié)構(gòu)的疲勞計算鋼結(jié)構(gòu)的疲勞計算 鋼結(jié)構(gòu)的疲勞計算是針對具體構(gòu)件或連接部位，特別是連接部位，應力集中和焊接殘余應力對疲勞強度影響很大，因此構(gòu)件或連接的疲勞強度都低于材料的疲勞強度。我國鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范（GB5000172003）規(guī)定，當構(gòu)件的工作應力循環(huán)次數(shù)n5104時，應進行疲勞計算。 另外，不同構(gòu)件或連接形式其疲勞性能各不相同，因此

24、也不能用一個標準來衡量。鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范（GB5000172003）將不同構(gòu)造和受力特點的鋼構(gòu)件和連接，按其疲勞性能的高低歸并為八個疲勞計算類別（見附錄6）。其中一類疲勞性能最好，八類最差。疲勞計算表達式如下：1) 常幅疲勞計算 計算公式： 式中應力幅。對焊接部位，=max-min；對非焊接部位， =max-0.7min 。max計算部位每次應力循環(huán)中的最大拉應力（取正值）；min計算部位每次應力循環(huán)中的最大壓應力（取負值）；常幅疲勞的容許應力幅（N/mm2）,按下式計算： = (c/n) 1/ 式中: n應力循環(huán)次；c,系數(shù),根據(jù)疲勞計算分類按表2.3取值。疲勞計算疲勞計算2)變幅疲勞計算 實

25、際工程構(gòu)件的工作應力幅多為變化的，或稱隨機荷載，如吊車起吊荷載每次可能都不一樣，且多數(shù)工作荷載小于設計荷載。對于重級工作制吊車梁和重級、中級工作制吊車桁架，按照線性疲勞累積損傷原則，將隨機變化的應力幅折算成等效常應力幅按下式計算： 式中： 欠載效應的等效系數(shù),查表2.4 循環(huán)次數(shù)n 2106的容許應力幅,可查表2.5。6102f疲勞計算疲勞計算f6102進行疲勞計算時需注意以下兩點：1）目前疲勞計算仍采用容許應力法，荷載采用標準值，不考慮分項系數(shù)和動力系數(shù)，并按彈性工作計算。2）鋼構(gòu)件或連接的疲勞破壞是由于循環(huán)應力反復作用下疲勞裂紋的生成和擴展而導致斷裂。因而疲勞允許應力幅主要取決于應力循環(huán)次

26、數(shù)，以及構(gòu)件或連接的具體構(gòu)造細節(jié)和應力集中程度，鋼材強度等級對疲勞破壞應力幅或疲勞壽命的影響并不顯著，計算時可認為疲勞容許應力幅與鋼材種類無關。疲勞計算疲勞計算BACK2.5 2.5 鋼材的種類、選用和型鋼規(guī)格鋼材的種類、選用和型鋼規(guī)格2.5.1 2.5.1 鋼材的種類鋼材的種類常用鋼材碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼低合金高強度橋梁用鋼耐候鋼（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼 按國家現(xiàn)行標準碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB700-1988)規(guī)定，碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號（brand）由代表屈服點的字母Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級（A、B、C、D）、脫氧方法符號（F、b、Z、TZ，分別表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼）四個部分順序組成。 目前生產(chǎn)的碳

27、素結(jié)構(gòu)鋼有：Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五種，含碳量越多，屈服點越高，塑性越低。 Q235的含碳量低于0.22，屬于低碳鋼，其強度適中，塑性、韌性和可焊性較好，是建筑鋼結(jié)構(gòu)常用的鋼材品種之一。碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號舉例：Q235A.FQ ：鋼材屈服點代號235:屈服點數(shù)值（N/mm2）A:質(zhì)量等級代號(A、B、C、D)F:脫氧程度代號(F、b、Z、TZ，其中Z、TZ可以省略)(2) 低合金高強度鋼 低合金高強度鋼是在碳素鋼中加入少量幾種合金元素，其總量雖低于5%，但鋼的強度明顯提高，故稱為低合金高強度鋼。其牌號按屈服點由小到大排列，有Q295、Q345、Q390、Q420和Q460

28、等五種，牌號意義和碳素結(jié)構(gòu)鋼相同。不同的是，低合金高強度鋼的質(zhì)量等級分為A、B、C、D、E五級，A級對沖擊韌性無要求；B、C、D級對應溫度200C、00C、200C的沖擊功34J；E級要求400C的沖擊功27J。(3) 耐大氣腐蝕用鋼（耐候鋼） 在鋼的冶煉過程中，加入少量特定的合金元素，一般指銅（Cu）、磷（p）、鉻（Cr）、鎳（Ni）等，使之在金屬基體表面形成保護層，提高鋼材耐大氣腐蝕性能，這類鋼統(tǒng)稱為耐大氣腐蝕用鋼或耐候鋼。我國目前生產(chǎn)的耐候鋼分為高耐候結(jié)構(gòu)鋼和焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼兩類。鋼材的種類鋼材的種類1）高耐候結(jié)構(gòu)鋼 其耐候性能比焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼好，故稱為高耐候結(jié)構(gòu)鋼。按其化學成分分為：

29、銅磷鋼和銅磷鉻鎳鋼兩種。其牌號表示方法是由分別代表“屈服點”的拼音字母Q、屈服點的數(shù)值和“高耐候”拼音字母GNH順序組成，含Cr、Ni的高耐候鋼在牌號后加代號“L”。例如，Q345GNHL表示屈服點為345（N/mm2）、含有鉻鎳的高耐候鋼。若將高耐候結(jié)構(gòu)用于焊接結(jié)構(gòu)，其鋼板厚度應不大于16mm。2）焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼 這類鋼能保持良好的焊接特性，適用厚度達100mm。其表示方法是由分別代表“屈服點”拼音字母Q、屈服點的數(shù)值和“耐候”的拼音字母NH以及質(zhì)量等級（C、D、E）順序組成。耐候鋼的的化學成分、力學性能等參數(shù)可查閱國標（GB/T 41712000）和焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼（GB/T4172）。

30、鋼材的種類鋼材的種類(4)橋梁用結(jié)構(gòu)鋼 由于橋梁所受荷載性質(zhì)特殊，橋梁用鋼的力學性能、焊接性能等技術要求一般都嚴于房屋建筑用鋼，其牌號表達方式與其他鋼材一樣，由屈服點拼音字母Q、屈服點數(shù)值、橋梁鋼拼音字母q和質(zhì)量等級（C、D、E）四部分順序組成，如Q235qC。橋梁鋼的化學成分、力學性能等參數(shù)可查閱國家標準橋梁用結(jié)構(gòu)鋼。（5）厚度方向性能鋼板由于扎制工藝的原因，厚鋼板沿厚度方向（Z向）的力學性能最差。當結(jié)構(gòu)局部構(gòu)造形成有板厚方向的拉力作用時，很容易沿平行于鋼板表面層間內(nèi)出現(xiàn)層狀撕裂。因此，對于重要焊接構(gòu)件的鋼板，還要求厚度方向有良好的抗層間撕裂性能。鋼材的種類鋼材的種類 鋼板的抗層間撕裂性能采

31、用厚度方向拉伸試驗時的斷面收縮率來評定。并以此分為Z15、Z25、Z35三個級別，分別代表鋼板的厚度方向斷面收縮率Yz不小于15 %、25 %和35 %。 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)是首先提出鋼板厚度方向性能要求的建筑結(jié)構(gòu)，已頒布行業(yè)標準高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板（YB4104-2000）。其中，對厚度方向性能有要求的鋼板，牌號由代表屈服點拼音字母Q、屈服點數(shù)值、高層建筑拼音字母GJ、質(zhì)量等級（C、D、E）和后綴字母Z組成，如Q235GJZ。2.5.2 2.5.2 鋼材的選用鋼材的選用 基本原則：即要保證結(jié)構(gòu)的安全可靠，又要做到用料經(jīng)濟合理。選擇鋼材時考慮的因素：1)結(jié)構(gòu)的重要性； 2)荷載的性質(zhì)；3)連接方法；

32、4)結(jié)構(gòu)的工作溫度鋼結(jié)構(gòu)用鋼：承重結(jié)構(gòu)宜用Q235、Q345、Q390、Q420 。品質(zhì)保證： 承重結(jié)構(gòu)鋼材 ，應具有抗拉強度、伸長率、屈服強度（通稱三項保證）和硫、磷含量的合格保證； 焊接結(jié)構(gòu)鋼材，除滿足上項外，還應有碳含量合格保證，冷彎、沖擊韌性等要求； 有疲勞驗算和抗震要求的結(jié)構(gòu)鋼材 ，要求有沖擊韌性的合格保證。 優(yōu)先選用型鋼。 ( a )( b )( d )( c )( e )( g )( f )圖2.8 型鋼截面形式2.5.3 2.5.3 型鋼及規(guī)格型鋼及規(guī)格型鋼包括：熱軋型鋼、冷彎薄壁型鋼、鋼索。(1) 熱軋型鋼1）鋼板鋼板（plate）有厚鋼板、薄鋼板和扁鋼。厚鋼板：厚度為4.5

33、60mm，寬度為600300mm，長度為412m；用于制作焊接組合截面構(gòu)件，如焊接工字形截面梁翼緣板、腹板等。薄鋼板：厚度為0.354mm，寬度為5001500mm，長度為0.54m；用于制作冷彎薄壁型鋼。扁鋼：厚度為360mm，寬度為10200mm，長度為39m。用于焊接組合截面構(gòu)件的翼緣板、連接板、桁架節(jié)點板和制作零部件等。鋼板的表示方法為“-寬度厚度長度”，如：“-40012800”。單位為mm。2) 角鋼 角鋼（angle steel）分等邊角鋼和不等邊角鋼。不等邊角鋼的表示方法為，“長邊寬短邊寬厚度”，如“100808”，等邊角鋼表示為“邊寬厚度”，如1008。單位為。 3) 鋼管 鋼管分無縫鋼管（seamless steel tube）和焊接鋼管（welded steel pipe）兩種，表示方法為“外徑壁厚”，如1804。單位為。4) 槽鋼 槽鋼（channel steel）有普通槽鋼和輕型槽鋼，用截面符號“”和截面高度（cm）表示，高度在20以上的槽鋼，還用字母a、b、c表示不同的腹板厚度。如30a，稱“30號”槽鋼。號數(shù)相同的輕型槽鋼與普通槽鋼相比，其翼緣寬而薄，腹板也較薄。型鋼及規(guī)格型鋼及規(guī)格角鋼角鋼槽鋼槽鋼鋼管鋼管型鋼及規(guī)格型鋼及規(guī)格5）工字鋼 有普通工字鋼和輕型工字鋼。用截面符號“I”和截面高度（cm）表示，高度在20以上的普通工字鋼