[學(xué)習(xí)]鋼結(jié)構(gòu)ppt課件第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料

1、第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,本章重點(diǎn)1. 鋼材的主要性能及影響因素2. 規(guī)范中推薦使用的鋼號及鋼材的選用原則3. 常用的型鋼型式、規(guī)格及用途,目 錄,第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)對所用材料的要求第二節(jié) 鋼材的主要機(jī)械性能第三節(jié) 影響鋼材性能的主要因素第四節(jié) 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)第五節(jié) 鋼材的類別及鋼材的選擇第六節(jié) 國外鋼材品種和鋼號簡介,第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)對所用材料的要求,國民經(jīng)濟(jì)各部門幾乎都需要鋼材，但由

2、于各自用途的不同，所需鋼材性能各異。如有的機(jī)器零件需要鋼材有較高的強(qiáng)度、耐磨性和中等的韌性；有的石油化工設(shè)備需要鋼材具有耐高溫性能；機(jī)械加工的切削工具，需要鋼材有很高的強(qiáng)度和硬度等等。因此，雖然碳素鋼有一百多種，合金鋼有三百多種，符合鋼結(jié)構(gòu)性能要求的鋼材只有碳素鋼及合金鋼中的少數(shù)幾種。用作鋼結(jié)構(gòu)的鋼材必須具有下列性能：,鋼結(jié)構(gòu)對所用材料的要求(物美價(jià)廉),1. 較高的強(qiáng)度。即抗拉強(qiáng)度fu和屈服點(diǎn)fy高。用到fy作為強(qiáng)度承載力極限狀態(tài)的

3、標(biāo)志，fy高可減輕結(jié)構(gòu)自重。fy/fu太小浪費(fèi)，太大安全儲備小。通常在0.6～0.7。2. 足夠的變形能力。即塑性、韌性、耐久性好.可防止脆性破壞,抗動(dòng)力荷載好,耐疲勞.3. 良好的加工性能。冷、熱加工和可焊性好。4. 耐腐性好。5. 價(jià)格便宜。,6．有時(shí)還要求鋼材具有適應(yīng)低溫、高溫等環(huán)境的能力。7.《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017)》推薦使用：碳素結(jié)構(gòu)鋼中的Q235鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼中的Q345鋼、Q390鋼、Q420鋼。8

4、. 隨著研究的深入，必將有一些滿足要求的其它種類鋼材可供使用。若選用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范還未推薦的鋼材時(shí)，需有可靠的依據(jù)，以確保鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。9.專用鋼結(jié)構(gòu)用材見相關(guān)規(guī)范。,第二節(jié)　鋼材的主要機(jī)械性能,鋼材的機(jī)械性能（力學(xué)性能）通常是指鋼廠生產(chǎn)供應(yīng)的鋼材在標(biāo)準(zhǔn)條件下拉伸、冷彎和沖擊等單獨(dú)作用下顯示出的各種機(jī)械性能。它們由相應(yīng)實(shí)驗(yàn)得到，試驗(yàn)采用的試件的制作和試驗(yàn)方法都必須按照各相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行。 一、單向拉伸時(shí)的性能（強(qiáng)度、塑性）二、

5、冷彎性能三、沖擊韌性四、可焊性五、鋼材受壓和受剪時(shí)的性能 六、其他機(jī)械性能七、鋼材性能的鑒定,一、單向拉伸時(shí)的性能（單向拉伸試驗(yàn)）,強(qiáng)度強(qiáng)度體現(xiàn)了材料的承載能力，主要指標(biāo)有屈服點(diǎn)fy 和抗拉強(qiáng)度fu ，通過靜力拉伸試驗(yàn)得到。     屈服點(diǎn) 為設(shè)計(jì)時(shí)鋼材可達(dá)到的最大應(yīng)力。    抗拉強(qiáng)度 fu是鋼材破壞前能夠承受的最大應(yīng)力。鋼材達(dá)到 fu 時(shí)，已產(chǎn)生很大塑性變形而失去使

6、用性能，但fu 高則可以增加結(jié)構(gòu)的安全保障，故fu/fy 的值可看作鋼材強(qiáng)度儲備系數(shù)。塑性鋼材的塑性為當(dāng)應(yīng)力超過屈服點(diǎn)后，能產(chǎn)生顯著的殘余變形（塑性變形）而不立即斷裂的性質(zhì)。塑性好壞可用伸長率? 和斷面收縮率?表示。通過靜力拉伸試驗(yàn)得到。,單向拉伸試驗(yàn),鋼材的應(yīng)力σ～應(yīng)變ε曲線 如圖所示 >>（1）彈性階段 σ與ε呈線性關(guān)系（2）彈塑性階段 σ與ε呈非線性關(guān)系（3）塑性階段,也稱屈服階段 取fy作為強(qiáng)度極限承載力的

7、標(biāo)志 （4）強(qiáng)化階段 fu為鋼材的抗拉強(qiáng)度,為材料的強(qiáng)度儲備（5）頸縮破壞階段（6）可把鋼材視為理想彈塑性體,鋼材的應(yīng)力σ～應(yīng)變ε曲線,伸長率? 根據(jù)試件原標(biāo)距長度 l0與試件中間部分的直徑d0 的比值為10或5而分為?10或?5，為試件拉斷時(shí)原標(biāo)距間長度伸長值與原標(biāo)距比值的百分率。 式中 ： l1 —— 為試件拉斷后標(biāo)距間長度。 fy、fu和δ是承重鋼結(jié)構(gòu)對鋼材要求所必須的三項(xiàng)基本機(jī)械性能指標(biāo)。,斷面收

8、縮率是指試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積縮小值與原斷面面積比值的百分率。 式中： A0 ——試件原來的斷面面積； A1 ——試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積； 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在受力時(shí)（尤其承受動(dòng)力荷載時(shí)）材料塑性好壞往往決定了結(jié)構(gòu)是否安全可靠，因此鋼材塑性指標(biāo)比強(qiáng)度指標(biāo)更為重要。,二、冷彎性能,冷彎性能是指鋼材在冷加工（常溫下加工）產(chǎn)生塑性變形時(shí)，對產(chǎn)生裂縫的抵抗能力。冷彎性能用試驗(yàn)方法來檢驗(yàn)鋼材承受規(guī)定彎曲程度的彎

9、曲變形性能，檢查試件彎曲部分的外面、里面和側(cè)面是否有裂紋、裂斷和分層。 試件彎成180°的角度，若試件外表面不出現(xiàn)裂紋和分層，即為合格。綜合反映鋼材的塑性性能和冶金質(zhì)量。 重要結(jié)構(gòu)中需要有良好的冷熱加工性能時(shí)，應(yīng)有冷彎合格保證。,三、沖擊韌性,鋼材的韌性是鋼材在塑性變形和斷裂的過程中吸收能量的能力，也是表示鋼材抵抗沖擊荷載的能力，它是強(qiáng)度與塑性的綜合表現(xiàn)。,指標(biāo)：采用有V形缺口的標(biāo)準(zhǔn)試件，在要求溫度時(shí)在沖擊試驗(yàn)機(jī)上用擊斷

10、試樣所需的沖擊功Akw表示,單位為J。   式中：          ak——沖擊韌性值；          Ak——沖擊功；         An——試件缺口處的凈截面積。

11、,沖擊韌性與溫度有關(guān)，當(dāng)溫度低于某一負(fù)溫值時(shí)，沖擊韌性值將急劇降低。因此在寒冷地區(qū)建造的直接承受動(dòng)力荷載的鋼結(jié)構(gòu)，除應(yīng)有常溫沖擊韌性的保證外，尚應(yīng)依鋼材的類別，使其具有-20℃ 或-40℃的沖擊韌性保證，應(yīng)Akw≥27J。,四、可焊性,鋼材的可焊性是指在一定工藝和結(jié)構(gòu)條件下，鋼材經(jīng)過焊接能夠獲得良好的焊接接頭的性能。 可焊性分為施工上的可焊性和使用性能上的可焊性。 施工上的可焊性指對產(chǎn)生裂紋的敏感性，使用性能上的可焊性是指焊接構(gòu)件在

12、焊接后的力學(xué)性能是否低于母材。,五、鋼材受壓和受剪時(shí)的性能,鋼材在單向受壓（短試件）時(shí)，受力性能基本上與單向受拉相同。受剪的情況也相似，但屈服點(diǎn)τy及抗剪強(qiáng)度τu均于fy和fu；剪變模量G也低于彈性模量E。,六、其他機(jī)械性能,耐久性耐久性需要考慮的有：耐腐蝕性、“時(shí)效”現(xiàn)象、疲勞現(xiàn)象等。    時(shí)效：隨著時(shí)間的增長，鋼材的力學(xué)性能有所改變。    疲勞：多次反復(fù)荷載作用下，鋼材低

13、于屈服點(diǎn)fy 發(fā)生的破壞。Z向伸縮率當(dāng)鋼材較厚時(shí)，或承受沿厚度方向的拉力時(shí)，要求鋼材具有板厚方向的收縮率要求，以防厚度方向的分層、撕裂。,七、鋼材性能的鑒定,由前可知，反映鋼材質(zhì)量的主要力學(xué)指標(biāo)有：屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長率、冷彎性能及沖擊韌性。此外，鋼材的工藝性能和化學(xué)成分也是反映鋼材性能的重要內(nèi)容。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(CB50205—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

14、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。對屬于下列情況之一的鋼材，應(yīng)進(jìn)行抽樣復(fù)驗(yàn)，其復(fù)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合現(xiàn)行國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和要求。,1）國外進(jìn)口鋼材；2）鋼材混批；3）板厚等于或大于40mm，且設(shè)計(jì)有Z向性能要求的厚板；4）建筑結(jié)構(gòu)安全等級為一級，大跨度鋼結(jié)構(gòu)中主要受力構(gòu)件所采用的鋼材；5）設(shè)計(jì)有復(fù)驗(yàn)要求的鋼材；6）對質(zhì)量有疑義的鋼材。復(fù)檢時(shí)各項(xiàng)試驗(yàn)都應(yīng)按有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)《金屬

15、拉伸試驗(yàn)方法》 (GB／n28)，《金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法》 (CB／n29)和《金屬材料彎曲試驗(yàn)方法》 (GB／n32)的規(guī)定進(jìn)行。,第三節(jié) 影響鋼材性能的主要因素,一、化學(xué)成分的影響二、鋼材生產(chǎn)過程的影響三、溫度的影響四、冷加工硬化和時(shí)效硬化五、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的影響六、應(yīng)力集中的影響,一、化學(xué)成分的影響,鋼的基本元素為鐵（Fe），普通碳素鋼中占99%，此外還有碳（C）、硅（Si）、錳（Mn）等雜質(zhì)元素，及硫（S）、磷

16、（P）、氧（O）、氮（N）等有害元素，這些總含量約1%，但對鋼材力學(xué)性能卻有很大影響。 C：除鐵以外最主要的元素。碳含量增加，使鋼材強(qiáng)度提高，塑性、韌性，特別是低溫沖擊韌性下降，同時(shí)耐腐蝕性、疲勞強(qiáng)度和冷彎性能也顯著下降，惡化鋼材可焊性，增加低溫脆斷的危險(xiǎn)性。一般建筑用鋼要求含碳量在0.22%以下，焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)限制在0.20%以下。,Si：作為脫氧劑加入普通碳素鋼。適量硅可提高鋼材的強(qiáng)度，而對塑性、沖擊韌性、冷彎性能及可焊性無顯著的不

17、良影響。一般鎮(zhèn)靜鋼的含硅量為0.10%～0.30%，含量過高（達(dá)1%），會降低鋼材塑性、沖擊韌性、抗銹性和可焊性。應(yīng)控制≤0.1~0.3%Mn：適量的錳可有效提高鋼材強(qiáng)度，消除硫、氧對鋼材的熱脆影響，改善鋼材熱加工性能，并改善鋼材的冷脆傾向，同時(shí)不顯著降低鋼材的塑性、沖擊韌性。普通碳素鋼中錳的含量約為0.3%～0.8%。含量過高（達(dá)1.0%～1.5%以上）使鋼材變脆變硬，并降低鋼材的抗銹性和可焊性。 S：有害元素。含量↑使強(qiáng)度↑塑性

18、、韌性、性能冷彎、可焊性↓；高溫時(shí)使鋼材變脆－熱脆現(xiàn)象。一般建筑用鋼含硫量要求不超過0.055%，在焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)不超過0.050%。,P：有害元素。雖可提高強(qiáng)度、抗銹性，但嚴(yán)重降低塑性、沖擊韌性、冷彎性能和可焊性，尤其低溫時(shí)發(fā)生冷脆現(xiàn)象，含量需嚴(yán)格控制，一般不超過0.050%，焊接結(jié)構(gòu)中不超過0.045%。O：有害元素。引起熱脆。一般要求含量小于0.05%。 N：能使鋼材強(qiáng)化，但顯著降低鋼材塑性、韌性、可焊性和冷彎性能，增加時(shí)效傾向

19、和冷脆性。一般要求含量小于0.008%。為改善鋼材力學(xué)性能，可適量增加錳、硅含量，還可摻入一定數(shù)量的鉻、鎳、銅、釩、鈦、鈮等合金元素，煉成合金鋼。鋼結(jié)構(gòu)常用合金鋼中合金元素含量較少，稱為普通低合金鋼。,二、鋼材生產(chǎn)過程的影響,1. 冶煉爐種的影響結(jié)構(gòu)用鋼我國主要有三種冶煉方法：堿性平爐煉鋼法、頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法、堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。 平爐鋼和頂吹轉(zhuǎn)爐鋼的力學(xué)性能指標(biāo)較接近，而堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐鋼的沖擊韌性、可焊性、時(shí)效性、冷脆性、抗銹

20、性能等都較差，故這種煉鋼法已逐步淘汰。,2. 鋼的脫氧 鋼液中殘留的氧，將使鋼材晶粒粗細(xì)不勻并發(fā)生熱脆。因此澆注鋼錠時(shí)要在爐中或盛鋼桶中加入脫氧劑以消除氧。因脫氧程度或方法不同，把鋼分為：沸騰鋼（F）、半鎮(zhèn)靜鋼（b）、鎮(zhèn)靜鋼（Z）和特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）。沸騰鋼脫氧程度低，氧、氮和一氧化碳?xì)怏w從鋼液中逸出，形成鋼液的沸騰。沸騰鋼的時(shí)效、韌性、可焊性較差，容易發(fā)生時(shí)效和變脆，但產(chǎn)量較高、成本較低；半鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度較高些，上述性能都略好；而

21、鎮(zhèn)靜鋼的脫氧程度最高，性能最好，但產(chǎn)量較低，成本較高。,3. 鋼材的軋制和熱處理將鋼錠加熱至1200～1300℃，通過軋鋼機(jī)將其軋成所需形狀和尺寸的鋼材，稱為熱軋型鋼。軋鋼機(jī)的壓力作用可使鋼錠中的小氣泡和裂紋彌合，并使組織密實(shí)。鋼材的壓縮比（鋼坯與軋成鋼材厚度之比）愈大時(shí)，其強(qiáng)度和沖擊韌性也愈高。,三、溫度的影響,1.正溫度范圍內(nèi)（0℃以上）t300℃時(shí)：鋼材的強(qiáng)度和E開始顯著下降，而δ顯著增大t>400℃時(shí)：鋼材的強(qiáng)度和E

22、都急劇降低t>600℃時(shí)：其承載能力幾乎喪失,2.負(fù)溫度范圍內(nèi)（0℃以下）隨著溫度降低，塑性和韌性降低，材料變脆，稱為低溫冷脆。鋼材沖擊韌性與溫度的關(guān)系曲線反彎點(diǎn)所對應(yīng)的溫度t0稱為脆性轉(zhuǎn)變溫度。,四、冷加工硬化和時(shí)效硬化,1.應(yīng)變硬化 ： 鋼材在常溫下加工稱為冷加工。冷軋、冷彎、沖孔、機(jī)械剪切等冷加工使鋼材產(chǎn)生很大的塑性變形，從而使fy提高，但同時(shí)降低了鋼材的塑性和韌性，這種現(xiàn)象稱為冷加工硬化。（冷加工包括：剪、沖、輥、壓

23、、折、鉆、刨、鏟、撐、敲等。） 2.時(shí)效硬化： 鋼材經(jīng)過一定時(shí)間后強(qiáng)度提高但塑性降低，這種現(xiàn)象稱為時(shí)效硬化。不同種類鋼材的時(shí)效硬化過程可從幾小時(shí)到數(shù)十年。,3.人工時(shí)效 ：使鋼材產(chǎn)生10%的塑性變形，再加熱到200～300℃，然后冷卻到室溫進(jìn)行試驗(yàn)。這樣可使時(shí)效在幾小時(shí)內(nèi)完成。4.設(shè)計(jì)要求： 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般不利用冷加工硬化造成的強(qiáng)度提高，而且對直接承受動(dòng)力荷載的鋼結(jié)構(gòu)還應(yīng)設(shè)法消除冷加工硬化的影響，如將局部硬化部分用刨邊或擴(kuò)鉆予以

24、消除。,五、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的影響,鋼材在單向應(yīng)力作用下，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn) fy時(shí)，鋼材屈服而進(jìn)入塑性狀態(tài)。當(dāng)鋼材處于復(fù)雜應(yīng)力作用下（平面應(yīng)力或立體應(yīng)力），按能量強(qiáng)度理論（第四強(qiáng)度理論），以折算應(yīng)力σcr是否大于 fy來判斷鋼材是否由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)。 若 為彈性狀態(tài)； 若 為塑性狀態(tài)； 純剪情況下 ， 即

25、 時(shí)為彈性狀態(tài)。,六、應(yīng)力集中的影響,鋼構(gòu)件在缺陷或截面變化處附近將產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，其余部位應(yīng)力較低，稱為應(yīng)力集中。在應(yīng)力高峰區(qū)域存在著同號的雙向或三向應(yīng)力。這種同號的雙向或三向應(yīng)力場有使鋼材變脆的趨勢。應(yīng)力集中系數(shù)越大，變脆的傾向亦愈嚴(yán)重。·在負(fù)溫下或動(dòng)力荷載作用下，應(yīng)力集中往往是引起脆性斷裂的根源，設(shè)計(jì)中應(yīng)設(shè)法避免或減小應(yīng)力集中，并選用質(zhì)量優(yōu)良的鋼材。,第四節(jié) 鋼材的延性破壞和非延性破壞、循環(huán)

26、加載和快速加載的效應(yīng),一、鋼材的延性破壞和非延性破壞二、循環(huán)荷載效應(yīng)三、快速加載效應(yīng),,一、鋼材的延性破壞和非延性破壞,1.延性破壞（塑性破壞）：鋼材在產(chǎn)生很大的變形以后發(fā)生的斷裂破壞稱為塑性破壞，也稱為延性破壞。變形大，變形持續(xù)時(shí)間長，易及時(shí)發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救。特點(diǎn)：斷口呈纖維狀，色澤灰暗。2.非延性破壞（脆性破壞）： 鋼材在變形很小的情況下突然發(fā)生斷裂破壞稱為脆性破壞。變形很小且突然發(fā)生，不易發(fā)現(xiàn)和采取補(bǔ)救措施，因而危險(xiǎn)性

27、很大。特點(diǎn)：斷口平直，呈有光澤的晶粒狀。,二、循環(huán)荷載效應(yīng),（一）、鋼材疲勞的基本概念（二）、疲勞計(jì)算（三）、疲勞計(jì)算應(yīng)注意問題,（一）、鋼材疲勞的基本概念,鋼材的疲勞或疲勞破壞:鋼材在反復(fù)荷載作用下，在應(yīng)力低于鋼材抗拉強(qiáng)度甚至低于屈服點(diǎn)時(shí)突然斷裂，稱為鋼材的疲勞或疲勞破壞。鋼結(jié)構(gòu)中總存在有微觀裂紋或類似的缺陷，導(dǎo)致應(yīng)力集中。在多次反復(fù)荷載作用下，微觀裂紋不斷開展，應(yīng)力集中現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。當(dāng)荷載反復(fù)循環(huán)達(dá)一定次數(shù)n（疲勞壽命）時(shí)

28、，裂紋擴(kuò)展使得凈截面承載力不足以承受外力作用時(shí)，構(gòu)件突然斷裂，發(fā)生疲勞破壞。疲勞破壞一般經(jīng)歷裂紋形成、裂紋緩慢擴(kuò)展和最后迅速斷裂三個(gè)階段。,（二）、疲勞計(jì)算,反復(fù)荷載作用產(chǎn)生的應(yīng)力重復(fù)一周叫做一個(gè)循環(huán)。Δσ=σmax-σmin稱為應(yīng)力幅，表示應(yīng)力變化的幅度。 試驗(yàn)表明，焊接結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞破壞并不是名義最大應(yīng)力σmax作用的結(jié)果，而是焊縫部位足夠大小的應(yīng)力幅反復(fù)作用的結(jié)果。非焊接結(jié)構(gòu)的的疲勞壽命不僅與應(yīng)力幅有關(guān)，還與其他因素有關(guān)。規(guī)范把

29、疲勞計(jì)算公式中的應(yīng)力幅調(diào)整為折算應(yīng)力幅，以反映其實(shí)際工作情況。疲勞計(jì)算的公式是以試驗(yàn)為依據(jù)的，分為常幅疲勞計(jì)算和變幅疲勞計(jì)算疲勞兩種情況進(jìn)行計(jì)算。,1. 常幅疲勞計(jì)算 （P37~39）,Δσ≤[Δσ] C、β——參數(shù)，根據(jù)中的構(gòu)件和連接類別按表采用。 Δσ——對焊接部位σ=σmax-σmin；對非焊接部位 σ=σmax-0.7σmin。由上式可見，容許應(yīng)力幅與鋼材的強(qiáng)度無關(guān)，這表明不同鋼材具有相同的抗疲勞性能。,,2. 變

30、幅疲勞計(jì)算,可近似地按照線性疲勞累積損傷原則，將隨機(jī)變化的應(yīng)力幅折算為等效應(yīng)力幅Δσe，按下式進(jìn)行疲勞計(jì)算：吊車梁：根據(jù)實(shí)測結(jié)果，推算出設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期50年內(nèi)各種吊車梁的應(yīng)力循環(huán)總次數(shù)n(等效于滿荷載時(shí)n=2x10次) ，相應(yīng)的欠載效應(yīng)的等效系數(shù)αf值如表2—3所示，重級工作制吊車梁的疲勞驗(yàn)算公式為,（三）、疲勞計(jì)算應(yīng)注意問題,1.直接承受動(dòng)力荷載的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和連接，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n≥10時(shí)，應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算。 2.疲勞計(jì)算采用的是容

31、許應(yīng)力幅法，計(jì)算公式是以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)的，實(shí)驗(yàn)中已包含了動(dòng)力的影響，故荷載應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值且不乘動(dòng)力系數(shù)，應(yīng)力幅按彈性工作計(jì)算。3.在完全壓應(yīng)力（不出現(xiàn)拉應(yīng)力）循環(huán)中，由于壓應(yīng)力不會使裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，故規(guī)范規(guī)定此種情況可不進(jìn)行疲勞計(jì)算。,三、快速加載效應(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、fu偏高?？焖偌雍傻牟焕?yīng)在于影響能量吸收的能力，圖2-15給出三條不同加荷速率下的斷裂能量-溫度

32、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。,按應(yīng)變速率ε=dε/dt把加荷速率分為三級，即緩慢加荷 ε=10-5s-1中速加荷 ε=10-3s-1動(dòng)力加荷 ε=10s-1,第五節(jié) 鋼材的類別及鋼材的選擇,一、鋼材的品種二、鋼

33、材的命名規(guī)則三、鋼材的選擇四、常用型鋼的規(guī)格五、我國目前建筑鋼材存在的主要問題,一、鋼材的品種,鋼結(jié)構(gòu)中采用的鋼材，僅有普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和普通低合金鋼中的幾種。 普通碳素鋼   甲或A類：按力學(xué)性能供應(yīng)，保證強(qiáng)度、塑性，硫、磷含量符合相同鋼號乙類鋼的規(guī)定。   乙或B類：按化學(xué)成分供應(yīng)。   特或C類：同時(shí)按力學(xué)性能和化學(xué)性能供應(yīng)。   結(jié)構(gòu)用鋼主要為

34、甲類；乙類無力學(xué)性能的保證，不能用；特類鋼價(jià)格較高，應(yīng)少用。      普通碳素鋼有1~7共七個(gè)鋼號。鋼號越高，其含碳量越高，強(qiáng)度越高，塑性越低。其中3號鋼在結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用。 普通低合金鋼        在普通碳素鋼中添加少量合金元素，以提高其強(qiáng)度、耐腐蝕性、沖擊韌性等。,二、鋼材的命名規(guī)則 （鋼號）,普通碳素鋼命名規(guī)則  

35、60;  X└┘N（ ），     X　 ：表示類別，甲、乙、特或A、B、C；   └┘  ：表示爐種，平爐省略，頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐用“頂”或符號“Y”表示；     N　 ：表示鋼號，用數(shù)字1，2，...... 7，表示；    ( )　 ：表示澆鑄方法，沸騰鋼用“沸”或“F”表示，鎮(zhèn)靜鋼省略符號，半鎮(zhèn)靜

36、鋼用“半”或“b”表示。      如：“乙頂3沸”，或用符號表示為“B Y 3 F”，其意義為：乙類頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐3號沸騰鋼。,普通低合金鋼命名規(guī)則    16 錳，或用符號表示為16 Mn，其意義為：16 表示含碳量0.16%，Mn表示合金元素為Mn，錳的平均含量少于1.5%。      工程中鋼材的標(biāo)號用屈服強(qiáng)度來表示

37、。    “QXXX—└┘· [ ]”，例如Q235 ? A·F、 Q235 ? B·b、Q345 ? E·Z。 其中 Q ：屈服強(qiáng)度的第一個(gè)拼音字母。    XXX ：屈服強(qiáng)度值，單位為N/mm2，結(jié)構(gòu)用鋼常有235、345、390。,└┘：質(zhì)量等級，有A、B、C、D、E五等。其中A無沖擊功規(guī)

38、定；B有20?C時(shí)的沖擊功要求；C有0?C時(shí)的沖擊功要求；D有－20?C時(shí)的 沖擊功要求；E 有－40?C時(shí)的沖擊功要求，低合金鋼才有E等。    [ ] ：脫氧方法，可分為F、b、Z和TZ，F(xiàn)表示沸騰鋼，b表示半鎮(zhèn)靜鋼，Z表示鎮(zhèn)靜鋼，TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼，其中Z和TZ可不寫。  高強(qiáng)度螺栓用鋼材的抗拉強(qiáng)度及屈強(qiáng)比表示。如高強(qiáng)螺栓10.9級表示抗拉強(qiáng)度為1000N/mm2，屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的

39、比值為0.9。,1. 碳素結(jié)構(gòu)鋼 屈服點(diǎn)的字母、屈服強(qiáng)度數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號四個(gè)部分按順序組成。2. 低合金結(jié)構(gòu)鋼 方法與碳素結(jié)構(gòu)鋼相似,但質(zhì)量等級分為A、B、C、D、E五級。3. 專用結(jié)構(gòu)鋼 ①表示:相應(yīng)鋼號后再加上專業(yè)用途代號（壓力容器、橋梁、船舶和鍋爐用鋼材的專業(yè)用途代號分別為R、q、C和g）來表示。②耐候鋼 在鋼材冶煉時(shí)加入少量的合金元素如Cu、Cr、Ni、Mo、Nb、Ti、Zr、V等，提高鋼材的耐腐蝕

40、性能。也稱為耐大氣腐蝕鋼。③連接用鋼 鋼結(jié)構(gòu)連接中的鉚釘、高強(qiáng)度螺栓、焊條用鋼絲等，也采用滿足各自連接件要求的專門用鋼。,三、鋼材的選擇,鋼材的選擇既要確定所用鋼材的鋼號，又要提出應(yīng)有的機(jī)械性能和化學(xué)成分保證項(xiàng)目，是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)。選材的基本原則是既保證安全可靠，又經(jīng)濟(jì)合理。鋼材的質(zhì)量等級愈高，其價(jià)格也愈高。因此應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，來選擇適宜的鋼材。 選用鋼材時(shí)需要考慮的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)的類型及重要性 荷載的性質(zhì)

41、連接方法 結(jié)構(gòu)的工作溫度 構(gòu)件的受力性質(zhì),四、常用型鋼的規(guī)格（P44,1. 熱軋鋼板（圖2-19） 標(biāo)注符號：－(鋼板截面代號)寬度×厚度×長度2. 熱軋型鋼角鋼： （角鋼代號）邊寬×厚度（等邊角鋼）或長邊寬×短邊寬×厚度（不等邊角鋼）槽鋼： [ 和Q[（槽鋼符號）和截面高度表示工字鋼： Ⅰ（工字鋼符號）和截面高度表示H型鋼： 寬翼緣H型鋼、窄翼緣H型鋼和H型鋼樁

42、鋼管： φ外徑×壁厚 3. 薄壁型鋼（圖2-20 ）薄壁型鋼通常是用1.5～6mm厚的薄鋼板冷加工而成，其截面形式和尺寸可按工程要求合理設(shè)計(jì)。,圖2-19,圖2-20,五、我國目前建筑鋼材存在的主要問題,1．厚板可焊性差2．高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼在冷彎薄壁型鋼中的應(yīng)用尚未解決好，不能滿足輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的需要。主要應(yīng)解決其沖壓性差的問題。3．我國現(xiàn)只能生產(chǎn)鍍鋅鋼板，不能生產(chǎn)抗腐蝕性能更好的鍍鋁鋅鋼板，需引進(jìn)生產(chǎn)線或?qū)＠麃斫鉀Q

43、。 4．型材品種規(guī)格還不能滿足建筑需要。要開發(fā)生產(chǎn)薄壁熱軋H型鋼等。5．建筑用高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼品種太少,應(yīng)用比重較低。生產(chǎn)耐火鋼。,第六節(jié) 國外鋼材品種和鋼號簡介,各國的鋼號基本上是以強(qiáng)度等級來劃分，表示方式為：字首符號　鋼材的強(qiáng)度值　鋼材質(zhì)量等級,字首符號：,美國采用A(Alloy)；日本采用SS（一般結(jié)構(gòu)用軋制鋼材，第一個(gè)S為Steel的第一個(gè)字母）、SM（焊接結(jié)構(gòu)用軋制鋼材）、SMA（焊接結(jié)構(gòu)用耐候性軋制鋼材）等；

44、德國采用St（德文鋼Stahl）；意大利采用Fe；法國采用A、E等；獨(dú)聯(lián)體各國采用C（俄文鋼的第一個(gè)字母）；英國無字首符號。,鋼材的強(qiáng)度值:,單位一般為N/mm2 ，但美國為Ksi（千磅／英寸2）。強(qiáng)度值有的采用fu，有的采用fy 。ISO國際標(biāo)準(zhǔn)、歐共體各國、日本等采用fu，美國、獨(dú)聯(lián)體各國等采用fy。,鋼材質(zhì)量等級:,分為A、B、C、D、E等。 各國鋼材標(biāo)準(zhǔn)不同，很難明確地找出與我國鋼材品種之間的相應(yīng)關(guān)系，正確做法是檢查它們

45、提供的質(zhì)保書(化學(xué)成分和機(jī)械性能)，以確定該鋼種與我國哪個(gè)鋼種是可代替的。以強(qiáng)度為依據(jù)的各國鋼材與我國鋼材相應(yīng)關(guān)系列于下表 。,課堂討論,1.為什么能把鋼材簡化為理想的彈塑性材料？ 2.塑性和韌性的定義，兩者有何區(qū)別，冷彎性能和冷作硬化對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義是什么？ 3.為什么承受動(dòng)力荷載的重要結(jié)構(gòu)要通過刨邊、擴(kuò)孔等方法清除其冷加工的邊緣部分？,1．答：從鋼材拉伸時(shí)的應(yīng)力－應(yīng)變曲線可以看到，鋼材有較明顯的彈性、屈服階段，但當(dāng)應(yīng)力達(dá)屈服點(diǎn)后

46、，鋼材應(yīng)變可達(dá)2％～3％，這樣大的變形，雖然沒有破壞，但結(jié)構(gòu)或構(gòu)件已不適于再繼續(xù)承受荷載，所以忽略彈塑性階段，而將鋼材簡化為理想的彈塑性材料。,2．答：塑性是指當(dāng)應(yīng)力超過屈服點(diǎn)后，能產(chǎn)生顯著的殘余變形而不立即斷裂的性質(zhì)；韌性是指塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。韌性同塑性有關(guān)，但不完全相同，是強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)。冷彎性能是指鋼材在冷加工產(chǎn)生塑性變形時(shí)，對發(fā)生裂縫的抵抗能力，可檢驗(yàn)鋼材的冷加工工藝和檢查鋼材的內(nèi)部缺陷。鋼材冷加工過程中