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

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度。即抗拉強度fu和屈服點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)，價格便宜。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB500172002)推薦的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235鋼和低合金高強

2、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，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 單向拉伸時的工作性能單向拉伸時的工作性能 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，把 P看做是彈性極限。2.屈服點y 應(yīng)變在P之后不再與應(yīng)力成正比，而

3、是漸漸加大，應(yīng)力-應(yīng)變間成曲線關(guān)系，一直到屈服點。3.抗拉強度u 屈服平臺之后，應(yīng)變增長時又需有應(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。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，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、抗拉強度和伸長率，是鋼材的三個重要力學(xué)性能指標(biāo)。鋼結(jié)構(gòu)中所采用的鋼材都應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對這三項力學(xué)性能指標(biāo)的要求。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料屈服點是建筑

4、鋼材的一個重要力學(xué)特性，其意義是屈服點是建筑鋼材的一個重要力學(xué)特性，其意義是：1作為結(jié)構(gòu)計算中材料強度標(biāo)準(zhǔn)，或材料抗力標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)力達(dá)到y(tǒng)時的應(yīng)變與P時的應(yīng)變較接近，可以認(rèn)為應(yīng)力達(dá)到y(tǒng)時為彈性變形的終點。同時，達(dá)到y(tǒng) 后在一個較大的應(yīng)變范圍內(nèi)應(yīng)力不會繼續(xù)增加，表示結(jié)構(gòu)一時喪失繼續(xù)承擔(dān)更大荷載的能力，故此以y作為彈性計算時強度的標(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)計規(guī)范對塑性設(shè)計的規(guī)定，就以材料是理想彈塑性體的假設(shè)

5、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 鋼材的冷彎試驗鋼材的冷彎試驗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“冷彎試驗合格”。 “冷彎試驗合格”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)。重要結(jié)構(gòu)中需要有良好的冷熱加工的工藝性能時，應(yīng)有冷彎試驗合格保證。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

6、關(guān)的鋼材的性能是韌性。韌性是鋼材斷裂時吸收機械能能力的量度。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，因為實際結(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 鋼材的沖擊試驗鋼材的沖擊試驗 缺口韌性值受溫度影響，溫度低于某值時將急劇降低。設(shè)計處于不同環(huán)境溫

7、度的重要結(jié)構(gòu)，尤其是受動載作用的結(jié)構(gòu)時，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定 與根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范 (GB50205-2001)的規(guī)定，對進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)工程實施現(xiàn)場的主要材料需進(jìn)行進(jìn)場驗收，即檢查鋼材的質(zhì)量合格證明文件、中文標(biāo)識及檢驗報告，確認(rèn)鋼材的品種

8、、規(guī)格、性能是否符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求。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，是影響鋼材強度的主要因素，隨著含碳量的增加，鋼材強度提高

9、，而塑性和韌性、尤其是低溫沖擊韌性下降，同時可焊性、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%。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料硅（硅（Si） 硅是一種強脫氧劑，適量的硅可提高鋼材的強度，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，會降低鋼材的塑性、韌性、抗銹蝕性和可焊性。釩釩(V)、鈮、鈮(Nb)、鈦、鈦(Ti) 釩、鈮

10、、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) 鋁是強脫氧劑，用鋁進(jìn)行補充脫氧，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度的合金元素，用于Q390鋼和Q420鋼。硫（硫（S） 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

11、鋼變脆，這種現(xiàn)象稱為冷脆。在高溫時磷也能使鋼減少塑性。但磷能提高鋼的強度和抗銹蝕能力。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、

12、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不可避免地產(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，其強度比厚板略高、澆鑄時的非

13、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)計時應(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度的同時能夠保持良好的塑性和韌性。正火屬于最簡單的熱處理：把鋼材加熱至850900 oC并保持一段時間后在空氣中自然冷卻，即為正火。如果鋼材在終止軋制時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，保溫一段時間，然后放入水

14、或油中快速冷卻。強度很高的鋼材，包括高強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、機械剪切等加工使鋼材產(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)壓力機模壓成型或在彎板機上彎曲成型的。由于這個原因，薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中允許利用因局部冷加工而提高的強度。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 此外，還有性質(zhì)類似的時效硬

15、化與應(yīng)變時效。時效硬化指鋼材僅隨時間的增長而轉(zhuǎn)脆，應(yīng)變時效指應(yīng)變硬化又加時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 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之間則強度(fy與fu)急劇下降；到600oC時強度很低不能承擔(dān)荷載。此外，250oC附近有蘭脆現(xiàn)象，約260-320oC時有徐

16、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緩慢的速度繼續(xù)變形的現(xiàn)象。設(shè)計時以規(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)計中

17、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，如有裂紋(內(nèi)部的或表面的)、孔洞、刻槽、凹角時以及截面的厚度或?qū)挾韧蝗桓淖儠r，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。這是因為材料的某一點在x方向伸長的同時，在y方向(橫向)將要收縮，當(dāng)板厚較大時還將引起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，材料不易屈服。當(dāng)為數(shù)值相等三向拉應(yīng)力時，直到材料

18、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

19、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

20、焊縫，也可能貫穿于母材及焊縫。 出現(xiàn)疲勞斷裂時，截面上的應(yīng)力低于材料的抗拉強度，甚至低于屈服強度。同時，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)變化一周叫做一個循環(huán)。完全對稱循環(huán)( -1) 靜荷

21、載作用( +1) 脈沖循環(huán)( 0) 一般應(yīng)力循環(huán)(-1 105時應(yīng)進(jìn)行疲勞驗算。 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，所以疲勞驗算按可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行。荷載計算中不乘以吊車動力系數(shù)，常幅疲勞按下式進(jìn)行驗算。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和抗拉強度提高，而鋼廠在做鋼材拉伸試驗時

22、往往加荷比較快，致使所得fy、fu偏高?？焖偌雍傻牟焕?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。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)計承受動力荷載時，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

23、.5 建筑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。最后還有一個表示脫氧方法的符號如 F ,Z或 b 。從 Q195 到 Q275 ，是按強度由低到高排列的；鋼材強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了含碳

24、量的由低到高。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 低合金高強度結(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度明顯提高，故稱低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。Q345 、 Q39O 和 Q420 是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(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）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 沖擊功 AKv34J（縱

25、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鋼絲組成的平行鋼絲束、鋼絞線和鋼絲繩。高強鋼絲是由優(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。 鋼絲強度的主要指標(biāo)是抗拉強度，其值在 1570-1700N / mm2范圍內(nèi)，而屈服強度通常不作要求。高強鋼絲的伸長率較小，最低為 4 % ，但高強鋼絲（和鋼索）卻有一個不同于一

26、般結(jié)構(gòu)鋼材的特點 松弛，即在保持長度不變的情況下所承拉力隨時間延長而略有降低。 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

27、擇 選擇鋼材的目的是要做到結(jié)構(gòu)安全可靠，同時用材經(jīng)濟合理。為此，在選擇鋼材時應(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 鋼的保證項目中，碳含量、冷彎試驗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力作用的結(jié)構(gòu)中。當(dāng)用于焊接結(jié)構(gòu)時，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，還需要選定鋼材的脫氧方法。 連

28、接所用鋼材，如焊條、自動或半自動焊的焊絲及螺栓的鋼材應(yīng)與主體金屬的強度相適應(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。型鋼尺寸不夠合適或構(gòu)件很大時則用鋼板制作。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“-厚 x 寬 x 長（單位為毫米）”前面附加鋼板橫斷面的方法表示，如：-12 x 800 x 2100等。第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 2 熱軋型鋼熱軋型鋼 角角鋼有等邊和不等邊兩種。等邊角鋼，以