鋼結(jié)構(gòu)課件鋼結(jié)構(gòu)用鋼材

第2章鋼結(jié)構(gòu)用鋼材2.1鋼材的基本要求和主要性能2.1.1建筑鋼材的基本要求用于建筑的鋼材，在性能方面要求具有較高的強(qiáng)度、較好的塑性及韌性，以及良好的加工性能。對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)還要求可焊性良好。在低溫下工作的結(jié)構(gòu)，要求鋼材在低溫下也能保持較好的韌性。在易受大氣侵蝕的露天環(huán)境下工作的結(jié)構(gòu)，或在有害介質(zhì)侵蝕的環(huán)境下工作的結(jié)構(gòu)，要求鋼材具有較好的抗銹能力。2.1.2鋼材的拉伸試驗(yàn)1)彈性階段圖2.1中OB段，應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系,σ=Eε；該段稱彈性階段，B點(diǎn)的應(yīng)力σp稱為比例極限，亦稱彈性極限；E為該直線段的斜率，為鋼材的彈性模量，E=2.06×105N/mm2。2)彈塑性階段圖2.1中BC段，應(yīng)力與應(yīng)變呈曲線關(guān)系，表明應(yīng)變的增長(zhǎng)比應(yīng)力快，切線模量，曲線上任一點(diǎn)的切線斜率，隨應(yīng)變?cè)黾佣档?。鋼材的變形包括卸荷后可恢?fù)的彈性變形和不可恢復(fù)的塑性變形兩部分。圖2.1鋼材的拉伸試驗(yàn)(a)有明顯屈服點(diǎn)的鋼材料材(b)沒(méi)有明顯屈服點(diǎn)的鋼材Ⅰ—彈性階段Ⅱ—彈塑性階段Ⅲ—屈服階段Ⅳ—強(qiáng)化階段Ⅴ—頸縮階段3)屈服階段4)強(qiáng)化階段5)頸縮階段2.1.3鋼材的強(qiáng)度2.1.4鋼材的塑性鋼材的伸長(zhǎng)率δ是反映鋼材塑性的指標(biāo),是以試件拉斷后，標(biāo)距長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量(l1-l0)與原標(biāo)距長(zhǎng)度l0的比值百分?jǐn)?shù)表達(dá),即橫截面的收縮率ψ是塑性性能的另一指標(biāo)，ψ是指橫截面面積縮小值(A0-A1)與原截面面積A0比值的百分率，即2.1.5鋼材的冷彎性能鋼材的冷彎性能是衡量鋼材在常溫下彎曲加工產(chǎn)生塑性變形時(shí),對(duì)產(chǎn)生裂紋的抵抗能力的一項(xiàng)指標(biāo)。圖2.2是冷彎試驗(yàn)示意圖。圖2.2鋼材冷彎試驗(yàn)示意圖2.1.6沖擊韌度鋼材的沖擊韌度是衡量鋼材在沖擊荷載作用下,抵抗脆性斷裂的能力的一項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)。我國(guó)規(guī)定鋼材的沖擊韌性按V形試件沖擊功Axv確定如圖2.3所示。對(duì)于碳素結(jié)構(gòu)鋼(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB700—1988)Q235—A級(jí)鋼不做沖擊試驗(yàn)；Q235—B、-C、D級(jí)鋼，分別要求20℃、0℃，-20℃的沖擊功AKV≥27J。圖2.3鋼材沖擊韌性試驗(yàn)示意圖2.1.7焊接性能鋼材的焊接性能是指在一定的焊接工藝條件下，獲得性能良好的焊接接頭。2.2影響鋼材性能的主要因素2.2.1化學(xué)成分的影響鋼的基本元素是鐵(Fe)，普通碳素鋼中w(Fe)=99％，其余為碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)；有害元素尚有硫(S)、磷(P)、氧(O)、氮(N)等。合金鋼中還需摻入一定數(shù)量的鉻、鎳、銅、釩、鈦、鈮等元素以改善鋼的力學(xué)性能。2.2.2冶煉、澆注和軋制過(guò)程的影響鋼因冶煉后澆注工藝過(guò)程和脫氧程度的不同而分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。用于某些特殊用途的鋼材，在軋制后還常經(jīng)過(guò)熱處理進(jìn)行調(diào)質(zhì)，以改善鋼材性能。2.2.3殘余應(yīng)力的影響熱軋型鋼在冷卻過(guò)程中，在截面尖角、邊緣及薄細(xì)部位，率先冷卻，其他部位漸次冷卻，先冷卻部位約束阻止后冷卻部位的自由收縮，產(chǎn)生復(fù)雜的熱軋殘余應(yīng)力分布。不同形狀和尺寸規(guī)格的型鋼殘余應(yīng)力分布不同。鋼材經(jīng)過(guò)氣割或焊接后，由于不均勻的加熱和冷卻，也將引起殘余應(yīng)力。鋼材中殘余應(yīng)力的特點(diǎn)是應(yīng)力自相平衡且與外荷載無(wú)關(guān)。此外殘余應(yīng)力與外荷載應(yīng)力疊加常常產(chǎn)生二向或三向應(yīng)力，將使鋼材抗沖擊斷裂能力及抗疲勞破壞能力降低。尤其是低溫下受沖擊荷載的結(jié)構(gòu)，殘余應(yīng)力存在更容易引起低工作應(yīng)力狀態(tài)下的脆性斷裂。對(duì)鋼材進(jìn)行“退火”熱處理，在一定程度上可以消除一些殘余應(yīng)力。2.2.4應(yīng)力集中的影響鋼結(jié)構(gòu)的鋼材存在孔洞、槽口、凹角裂紋、厚度變化、形狀變化及內(nèi)部缺陷等構(gòu)造缺陷，鋼材中的應(yīng)力在缺陷區(qū)域的某些部位將出現(xiàn)局部高峰應(yīng)力,而其他部位出現(xiàn)應(yīng)力降低，這種在較小區(qū)域內(nèi)應(yīng)力突然增高的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。應(yīng)力集中的高低取決于構(gòu)件截面改變的急劇程度，如槽孔尖端處的應(yīng)力集中較圓孔邊的應(yīng)力集中大得多。2.2.5溫度影響溫度在100℃以上時(shí)總的趨勢(shì)是強(qiáng)度降低，塑性增大；達(dá)250℃左右時(shí)，鋼材的抗拉強(qiáng)度f(wàn)u略有提高,塑性和沖擊韌性降低，鋼材呈脆性破壞特征，這種現(xiàn)象稱為“藍(lán)脆”，在此區(qū)域加工易產(chǎn)生裂紋。溫度在250~350℃時(shí)，鋼材強(qiáng)度開始顯著下降,鋼材將產(chǎn)生徐變現(xiàn)象；當(dāng)溫度超過(guò)400℃時(shí)，強(qiáng)度和彈性模量都急劇降低；達(dá)600℃時(shí)，其承載能力幾乎喪盡。2.2.6鋼材的冷作硬化和時(shí)效鋼材在冷加工過(guò)程中使鋼材產(chǎn)生很大的塑性變形甚至斷裂，再重新加荷時(shí)將使屈服點(diǎn)提高，但使塑性和韌性降低．這種現(xiàn)象稱為冷作硬化或應(yīng)變硬化。時(shí)效硬化是指鋼材僅隨時(shí)間增長(zhǎng)而變脆的現(xiàn)象，冷作硬化的鋼材，同時(shí)伴生著時(shí)效硬化，故稱為應(yīng)變時(shí)效硬化。2.2.7鋼材的防護(hù)1)鋼材脆性斷裂的預(yù)防2)鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)3)鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕措施2.3鋼材的種類、規(guī)格與選用2.3.1鋼材的種類鋼材的種類或稱鋼種，按用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊用途鋼等；按化學(xué)成分可分為碳素鋼和合金鋼，碳素鋼按含碳量又分為低碳鋼(w(C)≤0.25％)、中碳鋼(0.25％<w(C)≤0.6％)、高碳鋼(w(C)>0.6％)，以及熟鐵(w(C)≤0.06％)、生鐵或鑄鐵(w(C)≥2％)。1)碳素結(jié)構(gòu)鋼我國(guó)頒布的“碳素結(jié)構(gòu)鋼”(GB700—1988)，將專用于結(jié)構(gòu)的普通碳素鋼共分為Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五種。2)低合金結(jié)構(gòu)鋼我國(guó)頒布的“低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼”(GB／T1591—1994)將低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼按屈服點(diǎn)數(shù)值分為五個(gè)牌號(hào)：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。低合兄金結(jié)杯構(gòu)鋼堅(jiān)是在燭冶煉尤碳素浮結(jié)構(gòu)鐮鋼時(shí)潔加一爆種或走幾種活適量舉的合戚金元層素而河煉成項(xiàng)的鋼晶種，所可提缺高強(qiáng)羊度、撥沖擊特韌性誕、耐擱腐蝕刃性又郵不太艦降低悟塑性觀。3)類專用液結(jié)構(gòu)裂鋼特殊獨(dú)用途仔的專村用結(jié)扭構(gòu)鋼逼是在醉碳素織結(jié)構(gòu)旦鋼或聾低合綁金結(jié)南構(gòu)鋼渾的基賠礎(chǔ)上煩冶煉室而成誰(shuí)，其腿有害滴元素還含量喉低、完晶粒典細(xì)、梳組織預(yù)致密策、機(jī)戰(zhàn)械性舌能的燦附加殿保證逃項(xiàng)目列較多兄，因樓而質(zhì)挺量更臘高、否檢驗(yàn)當(dāng)更嚴(yán)腿密，籠一般這用于用橋梁誰(shuí)、船白舶、擺壓力何容器姜和鍋懂爐等晝特殊暮用途煌的鋼亮結(jié)構(gòu)狐中。鋼結(jié)刑構(gòu)連循接中陽(yáng)鉚釘敬、高自強(qiáng)度紀(jì)螺栓難、焊致條用愿鋼等搶，也朱是屬歪于專旗用結(jié)彎構(gòu)鋼裝。4)Z向鋼睬和耐剖候鋼2.名3.撿2滲鋼材知的規(guī)負(fù)格鋼結(jié)省構(gòu)采步用的既鋼材常主要榴為熱免軋成劣型的隔鋼板掏和型旁鋼，僻以及光冷變賭成型鎮(zhèn)的薄悄壁型動(dòng)鋼(明圖2資.4形)。1)敏熱軋鐮鋼板2)駝熱軋兼型鋼常用奶形式播有角攏鋼、狗工字界鋼和揮槽鋼套，如裁圖2扣.4侵(a)所示設(shè)。角鋼念：工字粗鋼：槽鋼饑：可駁分為俱普通凱和輕瘡型兩膊種。鋼管慰：3)紅冷彎耳薄壁扯型鋼4)包壓型其鋼板圖2京.4寸鋼享材的高規(guī)格（a）常用劣熱扎耀型鋼央（b）冷彎籮薄壁賽型鋼筍和壓虛型鋼擱板2.爺3.火3聯(lián)鋼材詳?shù)倪x買用和匯保證珍項(xiàng)目(1括)選俯用的巷原則1)憐結(jié)構(gòu)眠的重述要性糧。2)郊荷載逮特性枝。3)懸連接孔方式確。4)給結(jié)構(gòu)勤工作拾的溫病度環(huán)遼境。5)潤(rùn)鋼材楊厚度腔。(2秩)鋼舊結(jié)構(gòu)甲對(duì)鋼兄材的聯(lián)要求1)哲較高經(jīng)的強(qiáng)鹿度。2)烤足夠超的變類形能踐力。3)艙良好尺的加蔥工性亡能。(3蕉)鋼兇材的鳴選用自和保先證項(xiàng)緩目1)博建筑靜結(jié)構(gòu)飄鋼材裂的選五用。選用薄時(shí)應(yīng)胃考慮慌下列銹情況練并依高據(jù)工譯程實(shí)收際情咸況參鼻照表栽2.罷1選蟲用。①一閃般結(jié)疑構(gòu)多閃選用閥碳素遷結(jié)構(gòu)脖鋼Q2瀉35奮—F瞇；大跨霞度或嚷荷載冠重，柄尤其后是低施溫工現(xiàn)作環(huán)聽境，岡以及辭承受拋較大鄭動(dòng)力非荷載芬的結(jié)餃構(gòu)，艘宜采煮用強(qiáng)扭度高泉，沖似擊韌拾性好喇的低凍合金筆鋼Q3池45或Q3共90鋼。俘若動(dòng)鞋力荷副載很姜大時(shí)傳可選逃用1孤6Mn棄q或1仗5Mn水Vq鋼。待②平妥爐鋼夾和氧昨氣轉(zhuǎn)宵爐鋼祥兩者濾質(zhì)量呢相當(dāng)斤，訂吊貨和衫設(shè)計(jì)呼時(shí)不寨加區(qū)轟別，彈由鋼絮廠決每定?？澧垆摵安某鐾聫S最隙少應(yīng)艦具有fy、fu、δ5三項(xiàng)村力學(xué)逐性能醬和硫每、磷蹦含量選兩項(xiàng)黎化學(xué)擠成分尋的合浴格保鈔證；樹焊接壘結(jié)構(gòu)攔還應(yīng)蕩有碳崖含量擊的合頌格保載證。④對(duì)林于較誰(shuí)大跨幻玉度的伙桁架迷、柱娃、托以架等腿構(gòu)件幻玉，承駛受直掛接動(dòng)創(chuàng)力荷仙載的衛(wèi)橋式巖起重眾機(jī)梁付、儲(chǔ)漸罐等巨鋼材被還要渠有冷招彎試惡驗(yàn)的究合格控保證歷。⑤對(duì)誰(shuí)于重歸級(jí)工暖作制深橋式慢起重孤機(jī)和框起重歇量大練于5霉0t的中挑級(jí)工輕作制辭橋式爭(zhēng)起重末機(jī)的窗橋式書起重萄機(jī)梁或校類似獨(dú)構(gòu)件理，應(yīng)虹具有橡常溫鑒(2糕0其℃)薦沖擊谷韌性桶的合配格?？h證。2)該結(jié)構(gòu)功鋼材醬的實(shí)騙際供碑應(yīng)與謙選用憂。①普損通碳沸素鋼菊材的沙選用屬和保姨證項(xiàng)晃目如肝下：②低蕩合金難鋼的為選用沾和保胞證項(xiàng)籌目如福下述腰：(4獨(dú))鋼霸材的冶技術(shù)著標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家徒