建筑鋼材的性能

2/4/20231第13章

建筑鋼材的性能13.1建筑結(jié)構(gòu)鋼的品種和規(guī)格13.2建筑鋼材的力學性能13.3鋼結(jié)構(gòu)選材要求13.4鋼材及其連接的強度取值2/4/2023213.1建筑結(jié)構(gòu)鋼的品種和規(guī)格建筑結(jié)構(gòu)鋼的種類碳素結(jié)構(gòu)鋼低碳鋼：碳含量<0.25%中碳鋼：碳含量0.25%~0.6%高碳鋼：碳含量0.6%~1.4%13.1.1建筑結(jié)構(gòu)鋼的種類和牌號建筑結(jié)構(gòu)用鋼多采用低碳鋼高強度螺栓采用中碳鋼建筑結(jié)構(gòu)鋼不采用高碳鋼2/4/20233低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼錳系合金鋼硅錳系合金鋼硅釩系合金鋼硅鈦系合金鋼2/4/20234鋼材牌號碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號：Q195、Q215、Q235、Q255,Q275等級：A、B、C、D四級低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼牌號：Q295——12Mn、09MnVQ345——16Mn、12MnVQ390——15MnV、15MnTiQ420，Q460等級：A、B、C、D、E五級2/4/20235鑄造碳鋼ZG200-400ZG230-450ZG270-500ZG310-570螺栓用鋼碳鋼或合金鋼制造抗拉強度（t/cm2）.屈強比

普通螺栓：4.6級、4.8級、5.6級、8.8級高強度螺栓：8.8級、10.9級鑄鋼代號ZG、屈服點強度fy-抗拉強度fu2/4/2023613.1.2鋼材品種和規(guī)格熱軋鋼板規(guī)格厚鋼板：厚度4.5~60mm薄鋼板：厚度0.35~4mm扁鋼：厚度4~60mm，寬度30~200mm表示方法符號“—”后加“厚寬長”或“長寬厚”例如：—128002100—120040082/4/20237熱軋型鋼工字鋼普通工字鋼以截面高度的cm數(shù)編號（20號以上分a、b、c）：I30a，I30b，I30c輕型工字鋼（腹翼均較薄）H型鋼寬翼緣：HK（B=H）窄翼緣：HZ（B=0.33H~0.5H）2/4/20238角鋼等邊角鋼：以邊寬和厚度表示不等邊角鋼：以長邊寬、短邊寬和厚度表示

如：?1008?100808槽鋼普通槽鋼，輕型槽鋼以高度的cm數(shù)表示，?30a鋼管無縫鋼管+焊接鋼管外徑厚度如：20062/4/20239冷加工薄壁鋼板冷彎薄壁型鋼Q235或Q345薄鋼板經(jīng)模壓或彎曲而成厚度1.5~5mm彩色鋼板防銹涂層彩色壓型鋼板夾芯彩色鋼板2/4/202310活動板房2/4/20231113.2建筑鋼材的力學性能單向拉伸力學性能抗拉強度屈服強度fy強度極限fu屈強比fy/fu13.2.1鋼材的靜態(tài)力學性能2/4/202312塑性伸長率（延伸率）斷面收縮率物理性質(zhì)指標材料模量：彈性模量E、剪變模量G材料性能：質(zhì)量密度線膨脹系數(shù)附表322/4/202313復雜應力下的屈服條件采用理論：第四強度理論屈服條件三向應力狀態(tài)二向應力狀態(tài)一般受彎梁純剪應力2/4/202314一、冷彎性能冷彎性能的概念鋼材在冷加工產(chǎn)生塑性變形時，對發(fā)生裂縫的抵抗能力冷彎試驗試驗機上按照規(guī)定的彎心直徑d，通過冷沖頭加壓試件彎曲至180°13.2.2冷彎性能和沖擊韌性2/4/202315冷彎試驗結(jié)果放大鏡檢查若表面不出現(xiàn)裂紋和分層=合格若表面出現(xiàn)裂紋或分層=不合格它是鑒定鋼材塑性應變能力和質(zhì)量的綜合指標2/4/202316沖擊韌性沖擊韌性指標夏比V型缺口，沖擊功

Akv

與溫度有關(guān)2/4/202317

常溫塑性性能好低溫脆變性：鋼材很明顯沖擊韌性指標的要求Q235鋼：20C、0C、-20C，Akv

27JQ345、Q390鋼：

20C，Akv

34J0C，Akv

34J-20C，Akv

34J-40C，Akv

27J鋼材質(zhì)量等級劃分的依據(jù)2/4/202318一、可焊接性可焊性的概念在一定工藝條件下，鋼材經(jīng)受住焊接時產(chǎn)生的高溫熱循環(huán)作用焊縫金屬和鄰近焊縫區(qū)鋼材不產(chǎn)生裂紋，焊接后焊縫的主要力學性能不低于母材的力學性能可焊性的含義鋼材本身具有可焊接的條件接頭強度、剛度與母材相等或相近13.2.3鋼材的可焊性和其他性能2/4/202319二、鋼材的其他性能耐腐蝕性一般鋼材耐腐蝕性差，需噴涂或電鍍保護耐候鋼，耐大氣腐蝕能力強耐火性耐火性能差（耐火極限30min以內(nèi)）需要包裹或噴涂防護Z向性能厚鋼板（t40mm）金屬夾雜引起分層，厚度方向即Z向受拉性能大大降低。為避免Z向受力時出現(xiàn)撕裂，厚度方向的收縮率不能太小=Z向性能。斷面收縮率>15%國產(chǎn)厚鋼板Z向性能2/4/20232013.2.4影響鋼材性能的主要因素化學成分主要元素鐵Fe：鋼的基本元素，純鐵軟、強度低碳C：形成鋼材強度的主要成分結(jié)構(gòu)鋼碳含量不宜過高：低碳鋼有益元素錳Mn，硅Si：脫氧劑，合金元素釩V，鈮Ni，鈦Ti：合金元素鋁，鉻，鎳：鋁強脫氧劑，鉻、鎳合金元素2/4/202321有害元素磷P：強度、硬度、耐磨性，塑性、韌性和可焊性硫S：熱脆，可焊、耐疲勞、韌性、抗磨氧O：韌性、可焊性氮N：使鋼冷脆，也可作為合金元素存在各種化學成分的含量要求見：表13-2碳素結(jié)構(gòu)鋼化學成分表13-3低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號化學成分2/4/202322冶金工藝工藝過程煉鋼澆注軋制煉鋼爐爐種平爐鋼：工藝成熟、質(zhì)量好，成本較高轉(zhuǎn)爐鋼：氧氣轉(zhuǎn)爐鋼周期短，成本低，質(zhì)量不亞于平爐鋼，廣泛采用電爐鋼：成本高，不作為建材使用2/4/202323澆注與脫氧方式澆注

熔煉后的鋼水出爐后，先放在盛鋼液的罐內(nèi)，再注入鋼錠模，冷卻形成鋼錠脫氧方式澆注成錠過程中，因鋼液中殘留氧會使鋼材晶粒粗細不均勻而容易發(fā)生熱脆，故必須加入脫氧劑以消除氧

沸騰鋼F鎮(zhèn)靜鋼Z

半鎮(zhèn)靜鋼b特殊鎮(zhèn)靜鋼TzZ、Tz可以省略。2/4/202324Q235A、B級可以是F、b或ZQ235C級只能是ZQ235D級只能是TzQ345A、B級只有ZQ345C、D、E級只有Tz質(zhì)量等級和脫氧方式2/4/202325鋼材軋制軋制過程：高溫下，軋鋼機將鋼錠軋制成鋼坯再通過不同形狀和尺寸的軋鋼機最后形成型材或板材軋制影響晶粒變得細小致密氣泡、裂紋等缺陷焊合軋制的薄型材、薄鋼板強度較高、塑性韌性較好薄材性能優(yōu)于厚材性能鋼材性能參數(shù)需要根據(jù)厚度分組詳見表13-5和表13-62/4/202326冶金缺陷缺陷類型

（1）偏析：化學成分不一致、不均勻（2）非金屬夾雜：含硫化物、氧化物（3）氣孔：澆注鋼錠時由Fe和C生成的CO

氣體不能充分逸出而形成（4）裂紋：冷脆、熱脆和不均勻收縮形成（5）分層：澆注時的非金屬夾雜物軋制后形成鋼材的分層對鋼材性能影響：負面影響2/4/202327鋼材硬化時效硬化（老化）應變硬化時效應變硬化溫度影響影響曲線強度曲線剛度曲線塑性曲線2/4/202328高溫強度失效案例韌性與溫度的關(guān)系低溫冷脆脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)T1T2T0轉(zhuǎn)變溫度2/4/202329應力集中靜力荷載下常溫構(gòu)件不考慮動力荷載下或負溫下工作的構(gòu)件，問題突出。應有減小應力集中措施反復荷載作用疲勞破壞低應力破壞脆性破壞疲勞裂紋鋼結(jié)構(gòu)中控制應力幅！2/4/20233013.3鋼結(jié)構(gòu)選材要求鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求較高的抗拉強度fu和屈服點fyfy高可使自重，造價fu高可增加結(jié)構(gòu)的安全保障13.3.1鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求2/4/202331較高的塑性和韌性不至于發(fā)生脆性破壞調(diào)整局部應力抗重復荷載作用良好的工藝性能冷加工、熱加工性能可焊性其他——適應環(huán)境的能力高、低溫腐蝕介質(zhì)2/4/202332選材考慮因素結(jié)構(gòu)的重要性荷載情況（靜、動）連接方法溫度和環(huán)境鋼材厚度2/4/202333承重結(jié)構(gòu)鋼材保證內(nèi)容抗拉強度、屈服點、延伸率硫、磷的極限含量冷彎合格保證焊接承重結(jié)構(gòu)的鋼材重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)的鋼材13.3.2鋼材的選擇2/4/202334沖擊韌性合格保證需要驗算疲勞的以及主要的受拉或受彎的焊接結(jié)構(gòu)的鋼材，應具有常溫沖擊韌性的合格保證當結(jié)構(gòu)工作溫度0C但-20C時，Q235鋼和Q345鋼應具有0C沖擊韌性的合格保證；對Q390鋼和Q420鋼應具有-20C沖擊韌性的合格保證2/4/202335當結(jié)構(gòu)工作溫度-20C，Q235鋼和Q345鋼應具有-20C沖擊韌性的合格保證；對Q390鋼和Q420鋼應具有-40C沖擊韌性的合格保證選材建議參考表13-42/4/202336強度取值方法標準值平均值基礎上減小冶金出廠標準：不低于95%保證率取值見表13-5和表13-6強度設計值強度標準值除以材料抗力分項系數(shù)13.4鋼材及其連接

的強度取值2/4/202337結(jié)構(gòu)鋼材強度設計值抗拉、抗壓、抗彎強度設計值

屈服強度標準值除以抗力分項系數(shù)

Q235鋼1.087，Q345、Q390和Q420鋼1.111端面承壓強度設計值

極限強度除以抗力分項系數(shù)系數(shù)Q235、Q345鋼1.15，Q390、Q420鋼1.175抗剪強度設計值

取抗拉（壓）強度的0.58倍按5N/mm2

修約2/4/202338鋼鑄件強度設計值抗拉、抗壓、抗彎強度設計值計算結(jié)果修約到5MPa端面承壓強度設計值抗剪強度設計值2/4/202339焊縫強度對接焊縫

抗壓強度、抗剪強度設計值，取母材強度抗拉強度，1、2級焊縫取母材強度

3級焊縫取0.85倍母材強度角焊縫

抗拉