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1、华中科技大学钢结构设计原理第2章钢结构材料Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望大纲要求大纲要求: : 1.了解钢结构的两种破坏形式； 2.掌握结构用钢材的主要性能及其机械性能指 标；3.掌握影响钢材性能的主要因素特别是导致钢材变脆的主要因素；4.了解结构用钢材的种类、牌号、规格；5.了解钢材选择的依据，做到正确选择钢材；6.掌握钢材疲劳的概念和疲劳计算方法。 一一 基本要求：基本要求：1.1.较高的抗拉强度较高的抗拉强度fu u和屈服点和屈服点fy y；2.2.较好的较好
2、的塑性、韧性塑性、韧性；3.3.良好的良好的工艺性能工艺性能（冷、热加工，可焊性）；（冷、热加工，可焊性）；4.4.对环境的良好适应性。对环境的良好适应性。2.12.1 钢结构对材料的要求钢结构对材料的要求二 钢材的组织构造和铸造缺陷铁素体+渗碳体珠光体缺陷：偏析,夹杂,气孔,缩孔,裂纹,晶粒带不均等如图为冷却速度不同造成的不同结晶带1表面细晶粒层2柱状晶粒区3心部等轴晶粒区2.2 钢材的破坏形式一、塑性破坏一、塑性破坏 破坏前有明显的破坏前有明显的塑性变形塑性变形，破坏过程长，破坏过程长，断口发暗，可以采取补救措施。断口发暗，可以采取补救措施。 二、脆性破坏二、脆性破坏 坏前没有明显的变形和
3、征兆，破坏时的变形坏前没有明显的变形和征兆，破坏时的变形远比材料应有的变形能力小，远比材料应有的变形能力小，破坏破坏突然，断口平突然，断口平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。直、发亮呈晶粒状，无机会补救。一、受拉、受压、受弯及受剪时的性能一、受拉、受压、受弯及受剪时的性能（一）一次拉伸时的性能（一）一次拉伸时的性能 1.1.条条件件：标标准准试试件件（GB22863GB22863），常常温温（2020） 下缓慢加载，一次完成。含碳量为下缓慢加载，一次完成。含碳量为0.1%0.1%0.3%0.3%。 标准试件：标准试件：lo o/d=5/d=5、1010；lo o- -标距；标距； d -d - -
4、直径直径2.3 钢材的主要性能d d2.2.阶段划分阶段划分A.A.有屈服点钢材有屈服点钢材-曲线可以分为五个阶段：曲线可以分为五个阶段： (1) (1)弹性阶段弹性阶段(OB(OB段段) )OAOA段材料处于纯弹段材料处于纯弹性性,A,A对应比例极限对应比例极限ABAB段有一定的段有一定的塑性变形塑性变形, , 但但整个整个OBOB段卸载段卸载时，时，=0=0；E=20610E=206103 3N/mmN/mm2 2OBCDAE（2 2）弹塑性阶段（）弹塑性阶段（BC)BC) 该段很短该段很短, ,表现出钢材的非弹性性质表现出钢材的非弹性性质; ; B B屈服上限屈服上限; ; C C屈服下
5、限屈服下限( (屈服点强度屈服点强度) )（3 3）塑性阶段（）塑性阶段（CD)CD) 该段该段基本基本 保持不变（水保持不变（水 平平), ), 急剧急剧 增大增大, ,称为屈称为屈 服台阶或流服台阶或流 幅段幅段, ,变形模变形模 量量 E = 0E = 0OBCDAE（4 4）强化阶段）强化阶段(DE(DE段段) )极限抗拉强度极限抗拉强度f fu u（5 5）颈缩阶段）颈缩阶段(EF(EF段段) )随荷载的增加随荷载的增加缓慢增大缓慢增大, ,但但增加较快增加较快OBCDAEB.B.对无明显屈服点的钢材对无明显屈服点的钢材 该种钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，该种钢材在拉伸过程中没有屈服
6、阶段，塑性变形小，破坏突然。塑性变形小，破坏突然。 设计时取相当于设计时取相当于 残余变形为残余变形为0.2%0.2% 时所对应的应力时所对应的应力 作为屈服点作为屈服点条件屈服点条件屈服点3.3.应力应变曲线的简化应力应变曲线的简化1)f1)fy y与比例极限与比例极限f fp p相差很相差很小；小；2)2)超过超过 f fy y到屈服台阶终到屈服台阶终止的变形约为止的变形约为2.5%-3%2.5%-3%，足以满足考虑结构的，足以满足考虑结构的塑性变形发展的要求。塑性变形发展的要求。 （1 1）钢材可以简化为）钢材可以简化为理想弹塑性体理想弹塑性体2.5%-3%fy 00.15% （2 2）
7、钢材在静载作用下：）钢材在静载作用下： 强度计算以强度计算以f fy y为依据为依据;f;fu u为结构的安全储备。为结构的安全储备。（3 3）断裂时变形约为弹性变形的）断裂时变形约为弹性变形的200200倍，在破坏前倍，在破坏前 产生明显可见的塑性产生明显可见的塑性 变形，变形， 可及时补救，可及时补救， 故几乎不可能发生。故几乎不可能发生。O0.15%22%fufyf fu u-f-fy y4.4.单向拉伸时钢材的机械性能指标单向拉伸时钢材的机械性能指标 （1 1）屈服点屈服点f fy y-应力应变曲线开始产生塑性流动时应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力，它是衡量钢材的对应的应力，它
8、是衡量钢材的承载能力承载能力和确定钢材和确定钢材强度设计值强度设计值的重要指标。的重要指标。（2 2）抗拉强度抗拉强度f fu u-应力应变曲线最高点对应的应应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材最大的抗拉强度。力，它是钢材最大的抗拉强度。（3 3）伸长率）伸长率（4 4）断面收缩率）断面收缩率它是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。它是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。当当l0 0/d=5/d=5时，用时，用5 5表示，当表示，当l0 0/d=10/d=10时，用时，用1010表示。表示。A0A1同单向拉伸时的性能，屈服点也相差不多。同单向拉伸时的性能，屈服点也相差不多。（二）受压时的性能 采用短
9、试件采用短试件l0 0/d=3, /d=3, 屈服点同单向拉伸时的屈服点。屈服点同单向拉伸时的屈服点。（三）受弯时的性能（四）受剪时的性能抗剪强度可由折算应力计算公式得到：抗剪强度可由折算应力计算公式得到：二、冷弯性能二、冷弯性能 衡量钢材塑性性能和质量优劣及可焊性的综合指标。add+2.1a三、冲击韧性三、冲击韧性 衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应力作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸力作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。(a)(a)梅氏梅氏U U型缺口型缺口 (b)(b)夏比夏比
10、V V型缺型缺口口（单位：（单位：mmmm） 由试件断裂吸收的能量由试件断裂吸收的能量CvCv来衡钢材的冲击韧性，来衡钢材的冲击韧性， 单位：单位：J(N*m)J(N*m)。CvCv受温度的影响受温度的影响冲击韧性试验装置钢材的机械性能指标钢材的机械性能指标1、屈服点fy；2、伸长率；3、抗拉强度fu；4、冷弯试验；5、冲击韧性Cv (包括常温冲击韧性、 0度时冲击韧性 负温冲击韧性）。小 结 一、一、化学成分化学成分的影响 普通碳素钢中普通碳素钢中FeFe占占99%99%，其他杂质元素占其他杂质元素占1%1%； 普通低合金钢中合金元素普通低合金钢中合金元素5%5%。 1 1. 碳（C C）：
11、钢材强度的主要来源，：钢材强度的主要来源，随其含量增加，随其含量增加，强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。 一般控制在一般控制在0.22%0.22%以下，以下， 在在0.20.2以下时，可焊性良好。以下时，可焊性良好。 2.4 各种因素对钢材性能的影响 2.2.硫（硫（S S）：有害元素，热脆性。不得超过：有害元素，热脆性。不得超过0.05%0.05%。 3.3.磷磷（P P）：有有害害元元素素，冷冷脆脆性性。抗抗腐腐蚀蚀能能力力略略有有提提高高，塑韧性可焊性降低。不得超过塑韧性可焊性降低。不得超过0.045%0.045%。 4.4.锰锰（
12、MnMn）：合合金金元元素素, ,弱弱脱脱氧氧硫硫剂剂。与与S S形形成成MnSMnS，熔熔点点16001600，可以消除一部分，可以消除一部分S,OS,O的有害作用的有害作用。 5. 5.硅（硅（SiSi）：合金元素。强脱氧剂：合金元素。强脱氧剂, ,生热慢冷镇静钢生热慢冷镇静钢 6.6.钒钒（V V）：合合金金元元素素。细细化化晶晶粒粒，提提高高强强度度，其其碳碳化化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。7.7.氧（氧（O O）：有害杂质，与：有害杂质，与S相似。相似。8.8.氮（氮（N N）：有害杂质，与：有害杂质，与P相似。相似。9.9
13、.铜铬镍铜铬镍：形成保护层提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有影响。：形成保护层提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有影响。10 10 氢氢：有害，氢脆（薄弱处富集产生内压力裂纹，形成氢白点）：有害，氢脆（薄弱处富集产生内压力裂纹，形成氢白点）二冶炼及轧制二冶炼及轧制的影响冶炼中产生的冶金缺陷有：冶炼中产生的冶金缺陷有：偏析（化学成分分布不均程度）非金属夹杂偏析（化学成分分布不均程度）非金属夹杂, ,气孔气孔, ,裂纹等。裂纹等。轧制影响轧制影响: 1 厚厚钢钢板板4.5mm 薄薄钢钢板板0.254mm泡泡纹纹焊焊合合晶晶细细，故故设设计计强度按厚度分级；强度按厚度分级；2 出出现现分分层层：夹夹杂
14、杂被被压压成成薄薄片片（对对粗粗轧轧的的厚厚板板,无无法法焊焊合合）使得沿轧向好于垂轧向好于厚度向。使得沿轧向好于垂轧向好于厚度向。P21图图冶炼影响冶炼影响:按脱氧脱硫程度分为镇静钢，半镇静钢按脱氧脱硫程度分为镇静钢，半镇静钢,沸腾钢沸腾钢三、钢材硬化及热处理三、钢材硬化及热处理的影响 冷冷作作硬硬化化当当荷荷载载超超过过材材料料比比例例极极限限卸卸载载后后，出出现现残残余余变变形形，再再次次加加载载则则比比例例极极限限（或或屈屈服服点点）提提高高的的现现象象，也也称称“应应变变硬硬化化”。 时时效效硬硬化化随随时时间间的的增增长长，碳碳和和氮氮的的化化合合物物从从晶晶体体中中析析出出，使使
15、材料硬化的现象材料硬化的现象。 应应变变时时效效钢钢材材产产生生塑塑性性变变形形时时，碳碳、氮氮化化合合物物更更易易析析出出。即冷作硬化的同时可以加速时效硬化即冷作硬化的同时可以加速时效硬化. . 人人工工时时效效1010塑塑变变，加加热热至至250250度度，保保温温1 1小小时时后后再再作作试试验验，来判断硬化性能来判断硬化性能: :即能否用于易脆性破坏处。即能否用于易脆性破坏处。 热处理热处理：退火：退火, ,正火正火, ,淬火淬火, ,回火回火p21p21四、温度影响四、温度影响 1 1正温范围正温范围 200200以内对钢以内对钢材性能无大影响，材性能无大影响，该范围内随温度该范围内
16、随温度升高总的趋势是升高总的趋势是强度、弹性模量强度、弹性模量降低，塑性增大。降低，塑性增大。8006004002000N/mm2Efufy200400600温度对钢材机械性能的影响温度对钢材机械性能的影响20406080%220210200190180170160E Ex10x103 3T(0C) 250250左左右右抗抗拉拉强强度度略略有有提提高高，塑塑性性降降低低，脆脆性性增增加加兰兰脆脆现现象象，该该温温度度区区段段称称为为“兰脆区兰脆区”。 260 260320320产生徐变现象。产生徐变现象。 600600左左右右弹弹性性模模量量趋趋于于零零 ，承承载载能能力几乎完全丧失。力几乎完
17、全丧失。 当温度低于常当温度低于常温时，钢材的脆性温时，钢材的脆性倾向随温度降低而倾向随温度降低而增加，增加，材料强度略材料强度略有提高，但其塑性有提高，但其塑性和韧性降低，该现和韧性降低，该现象称为低稳冷脆。象称为低稳冷脆。2 2负温范围负温范围脆性破坏脆性破坏转变过渡区段转变过渡区段塑性破坏塑性破坏反弯点反弯点试验温度试验温度T T0 0C C冲击断裂功冲击断裂功C Cv vT1T2T0冲击韧性与温度的关系曲线冲击韧性与温度的关系曲线五、五、应力集中应力集中的影响1.1.应力集中的概念应力集中的概念 构构件件表表面面不不平平整整，有有刻刻槽槽、缺缺口口，厚厚度度突突变变时时，应应力力不不均
18、均匀匀，力力线线变变曲曲折折，缺缺陷陷处处有有高高峰峰应应力力易导致脆性破坏的现象称为易导致脆性破坏的现象称为应力集中应力集中。2.2.应力集中的影响应力集中的影响3.3.减小应力集中现象的措施减小应力集中现象的措施 1:2.5 由于钢材具有良好的塑性性能，当承受静力荷由于钢材具有良好的塑性性能，当承受静力荷载且在常温下工作时，只要符合规范规定的设计要载且在常温下工作时，只要符合规范规定的设计要求，可以不考虑应力集中的影响。求，可以不考虑应力集中的影响。六、焊接残余应力六、焊接残余应力的影响残余应力影响残余应力影响: 对对强度强度强度强度无影响无影响,对对刚度刚度刚度刚度下降下降,对对压杆压杆
19、压杆压杆弱轴弱轴有影响有影响, 对低温加速冷脆对低温加速冷脆对低温加速冷脆对低温加速冷脆,对疲劳残拉坏残压好对疲劳残拉坏残压好对疲劳残拉坏残压好对疲劳残拉坏残压好2.5 复杂应力作用下钢材的屈服条件假定：）材料由弹性转入塑性的强度指标用变形时单位体积中积聚的能量来表达；）当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变形能时，钢材即由弹性转入塑性。oZXY单元体受复杂应力单元体受复杂应力（应力分量（应力分量）单元体受主应力单元体受主应力1.1.以应力分量表示以应力分量表示2.2.以主应力表示以主应力表示材料处于弹性状态材料处于弹性状态材料处于塑性状态材料处于塑性状态讨论：讨论： （1 1）三向受压时）
20、三向受压时( (静水压力静水压力) ) 理论上理论上不破坏不破坏; ;（2 2）三向受拉时）三向受拉时 一定破坏一定破坏; ; 由于三向受拉限制了材料的塑性发展，材由于三向受拉限制了材料的塑性发展，材料要发生脆性破坏。料要发生脆性破坏。 能量理论所得的公式只适用于塑性明显的能量理论所得的公式只适用于塑性明显的材料，因此形式上的不破坏与实际的脆性破坏是材料，因此形式上的不破坏与实际的脆性破坏是不矛盾不矛盾, ,只是实际的脆性破坏不再符合能量理论只是实际的脆性破坏不再符合能量理论的基本假定。的基本假定。图示简支梁1-1截面腹板与翼缘交界A点的应力1-1A对于薄板，厚度方向的应力很小，为平面受力状态
21、。对于薄板，厚度方向的应力很小，为平面受力状态。PPMM11AXVY一般均布荷载梁只存在正应力和剪应力，则：一般均布荷载梁只存在正应力和剪应力，则：2-2AVM22AYXq 3-3APMVP44YXM3-3 3-3 截面弯矩最大；截面弯矩最大；4 44 4截面仅有剪力，弯矩、局截面仅有剪力，弯矩、局部压力均为零，故该截面除剪应力外，正应力均为部压力均为零，故该截面除剪应力外，正应力均为零，即为纯剪状态。零，即为纯剪状态。一一、概念、概念1 1、循环荷载循环荷载结构或构件承受的随时间变化的荷载。结构或构件承受的随时间变化的荷载。PP11A1-1A2.6 钢材的疲劳（1 1）应力循环）应力循环（2
22、 2）应力循环特征）应力循环特征应力比-构件截面应力构件截面应力随时间的变化。随时间的变化。（3 3）应力幅）应力幅- 在循环荷载作用下，应力从最大到最小重复一次为一次循环，最大应力与最小应力之差为应力幅:为常量常幅循环：为变量变幅循环：+ +- -t t(b)(b)脉冲循环脉冲循环(a)(a)完全对称循环完全对称循环(c)(c)不完全对称循环不完全对称循环(d)(d)不完全对称循环不完全对称循环2.2.钢材的疲劳钢材的疲劳 在连续交变荷载作用下，钢材内部结构及应力的在连续交变荷载作用下，钢材内部结构及应力的 非均匀性导致裂纹扩展非均匀性导致裂纹扩展,使钢材在尚未达到极限强度使钢材在尚未达到极
23、限强度 甚至低于屈服点时，发生突然的脆性破坏的现象甚至低于屈服点时，发生突然的脆性破坏的现象。3.3.疲劳破坏的机理疲劳破坏的机理 疲劳破坏是积累损伤的结果。疲劳破坏是积累损伤的结果。缺陷缺陷微观裂纹微观裂纹宏观裂纹宏观裂纹。4.4.疲劳破坏的特征疲劳破坏的特征属于属于脆性脆性破坏，截面平均应力小于屈服点。破坏，截面平均应力小于屈服点。5.5.影响钢材疲劳的主要因素影响钢材疲劳的主要因素（1 1）构件和连接的分类）构件和连接的分类 规范将构件和连接的种类分为规范将构件和连接的种类分为 8 8类类，第第1 1类类为轧为轧制的型钢（残余应力小）疲劳强度最高；制的型钢（残余应力小）疲劳强度最高；第第
24、8 8类类为角为角焊缝应力集中最严重（应力集中系数最大）疲劳强焊缝应力集中最严重（应力集中系数最大）疲劳强度最低。详见钢结构设计规范度最低。详见钢结构设计规范“疲劳计算的构件和疲劳计算的构件和连接分类（附录连接分类（附录E E）”。焊缝附近主体金焊缝附近主体金属的真实应力比：属的真实应力比：真实应力比真实应力比与名义应力比不同，应与名义应力比不同，应力幅是关键：力幅是关键：（2 2）应力幅（应力幅（）和应力循环特征（应力比）和应力循环特征（应力比）A. 对于焊接结构：对于焊接结构： 结论：对焊接结构来讲对焊接结构来讲，应力幅应力幅对焊接结构的疲劳强度对焊接结构的疲劳强度有有很大影响很大影响，而
25、与名义最大应力，而与名义最大应力maxmax和名义应力和名义应力比比无关。无关。B. 对于非焊接结构和轧制钢材对于非焊接结构和轧制钢材 在循环次数在循环次数N N一定的情况下，根据试验资料可以一定的情况下，根据试验资料可以绘出绘出N N次循环的次循环的疲劳图疲劳图( (maxmax和和minmin关系曲线关系曲线) )。而当。而当应力比不同时，疲劳图的形态不同。因此应力比不同时，疲劳图的形态不同。因此对于非焊接结构和轧制钢材，对于非焊接结构和轧制钢材，疲劳强度与最大应力、疲劳强度与最大应力、应力比、循环次数和缺口效应应力比、循环次数和缺口效应（构造类型的应力集（构造类型的应力集中情况）有关。但
26、为了与焊接结构在形式上统一，中情况）有关。但为了与焊接结构在形式上统一，仍然用仍然用“应力幅应力幅”的形式表达：即：折算应力幅。的形式表达：即：折算应力幅。（3 3）应力循环次数）应力循环次数N（疲劳寿命）（疲劳寿命）应力循环次数应力循环次数N5105104 4，不需要进行疲劳计算。不需要进行疲劳计算。 应力幅越低，作用循环次数越多，应力幅越低，作用循环次数越多，疲劳寿命越高；疲劳寿命越高； 应力幅相同，作用的循环次数越应力幅相同，作用的循环次数越多，疲劳寿命越高。多，疲劳寿命越高。0NX105N1N2f fy123456 由试验结果，以及上述分析可知钢材的疲劳强度主要与构件由试验结果，以及上
27、述分析可知钢材的疲劳强度主要与构件和连接分类（内部缺陷、应力集中、残余应力）、应力循环次和连接分类（内部缺陷、应力集中、残余应力）、应力循环次数和应力幅有关。数和应力幅有关。 焊接部位的疲劳强度与钢材的静力强度焊接部位的疲劳强度与钢材的静力强度(屈服点屈服点fy)基本无关。基本无关。 对于对于只有压应力只有压应力的应力循环作用，由于钢材内部缺陷不易开的应力循环作用，由于钢材内部缺陷不易开展，则不会发生疲劳破坏，不必进行疲劳计算。展，则不会发生疲劳破坏，不必进行疲劳计算。其他不必验算疲劳的情况还有： 高温，地震荷载，非直接动载高温，地震荷载，非直接动载二、疲劳强度计算（一）常幅疲劳 根据试验数据
28、可以绘出构件或连接的应力幅根据试验数据可以绘出构件或连接的应力幅与相应的致损循环次数与相应的致损循环次数N的关系曲线，按试验数据回的关系曲线，按试验数据回归的归的-N-N曲线为平均曲线曲线为平均曲线( (图图a)a)，取对数坐标，取对数坐标( (图图b)b)。1.1.容许应力幅容许应力幅 由于现阶段对钢材发生疲劳破坏尚处于进一步研由于现阶段对钢材发生疲劳破坏尚处于进一步研究阶段，按概率极限状态计算疲劳强度还不成熟，故究阶段，按概率极限状态计算疲劳强度还不成熟，故采用容许应力幅的计算方法。采用容许应力幅的计算方法。-N-N曲线曲线(a)0N式中：式中：-直线对纵坐标的斜率；直线对纵坐标的斜率；
29、b b1 1-直线在横轴坐标上的截距；直线在横轴坐标上的截距； N-循环次数。循环次数。(b)0N=5104N=5X106.b b1 1 考虑试验数据的离散性，取平均值减去考虑试验数据的离散性，取平均值减去2 2倍倍lgNlgN的的标准差标准差 s s 作为疲劳强度下限，当作为疲劳强度下限，当lglg为正态分布为正态分布时，可满足保证率为时，可满足保证率为97.7%97.7%。下限值的直线方程为：下限值的直线方程为：可以推出容许应力幅：可以推出容许应力幅：式中：式中：系数系数、c c-根据钢结构根据钢结构设计规范设计规范“疲劳计算的构件和疲劳计算的构件和连接分类连接分类”查表得到。查表得到。2
30、S2S 2S2S(b)0N=5104N=5X106.b b1 12.2.疲劳强度计算疲劳强度计算式中：式中：-计算部位的应力幅；计算部位的应力幅； 对于焊接部位对于焊接部位: : =maxmax-minmin； 对于其他部位：对于其他部位：=maxmax-0.7-0.7minmin( (计算应力幅）。计算应力幅）。 maxmax、minmin-计算部位每次应力循环中的最大拉应力和计算部位每次应力循环中的最大拉应力和 最小拉应力或压应力（取负值）。最小拉应力或压应力（取负值）。说明：说明： 1 1）计算时用荷载的标准值；）计算时用荷载的标准值； 2 2）由于来源于试验，已考虑动力效应，计算）由于
31、来源于试验，已考虑动力效应，计算 时不再考虑动力系数；时不再考虑动力系数；（二）吊车欠载效应系数（二）吊车欠载效应系数(简化变幅为常幅简化变幅为常幅)maxmin0t欠载效应系数欠载效应系数。重级工作制硬钩吊车。重级工作制硬钩吊车1.01.0；重；重级工作制软钩吊车级工作制软钩吊车0.80.8；中级工作制吊车；中级工作制吊车0.50.5。 -循环次数循环次数 N=2X10 N=2X106 6 的容许应力幅。的容许应力幅。式中：式中：对于对于吊车梁，吊车梁，按下式计算其疲劳强度：按下式计算其疲劳强度：一、钢的种类一、钢的种类 1 1、碳素结构钢（、碳素结构钢（GB/T 700-88GB/T 70
32、0-88）-低碳钢牌号低碳钢牌号 Q235- Q235-质量等级（质量等级（A A、B B、C C、D D特）特） 浇注方法（浇注方法（F F、Z Z、b,Tzb,Tz） A- A-保证保证f fu u、f fy y、，P P、S S含量含量 B- B-保证保证f fu u,f,fy y,冷弯，常温时冷弯，常温时C Cv v，P P，S S，C C含量；含量； C-C-保证保证 f fu u,f,fy y,冷弯冷弯,0,0o oC C时时C Cv v，P P，S S，C C含量含量; ; D- D-保证保证f fu u,f,fy y,冷弯冷弯,-20,-20o oC C时时C Cv v，P P
33、，S S，C C含量含量; ;2.7 钢材的种类和规格2.2.低合金钢低合金钢(GB/T 1591-94)(GB/T 1591-94)GB/T 1591-94GB/T 1591-94Q295Q390Q345Q420相应的钢材品种相应的钢材品种（GB/T 1591-94)GB/T 1591-94)09Mn、09Mnb、09Mn2、12Mn12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb15MnV、15MnTi、16MnNb15MnVN、14MnTiRE 低合金钢的质量等级分低合金钢的质量等级分A A、B B、C(CC(C及及C C以上为特以上为特级级) )、D D、E E，其中，其中E
34、 E主要是要求主要是要求-40-400 0 C C 的冲击韧性。的冲击韧性。3.3.标注法：标注法：按按Q235-B.F例；屈服强度类别，级别例；屈服强度类别，级别(钢号钢号)， 浇注法浇注法二、钢材的选择二、钢材的选择（一）选择钢材的原则一）选择钢材的原则1 1结构或构件的重要性；结构或构件的重要性；2 2荷载情况（静力荷载，动力荷载）；荷载情况（静力荷载，动力荷载）； 静力荷载作用下可选择经济性较好的静力荷载作用下可选择经济性较好的Q235Q235钢材。钢材。 动力荷载作用下应选择综合性能较好钢材。动力荷载作用下应选择综合性能较好钢材。3 3连接方法（焊接连接、螺栓连接）；连接方法（焊接连
35、接、螺栓连接）； 焊接结构对材质的要求严格，应严格控制焊接结构对材质的要求严格，应严格控制C C、S S、P P的极限含的极限含量；非焊接结构对量；非焊接结构对C C的要求可降低一些。的要求可降低一些。4 4结构所处的工作条件（环境温度，腐蚀等）；结构所处的工作条件（环境温度，腐蚀等）； 低温下工作的结构应选择低温脆断性能好的镇定钢低温下工作的结构应选择低温脆断性能好的镇定钢5.5.钢材的厚度。钢材的厚度。6.6. 厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材。厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材。7.7.6 6 主结构尽量使用单一钢种以便于工程管理主结构尽量使用单一钢种以便于工程管理 （二）钢材选择
36、建议（二）钢材选择建议1 1、承重结构的钢材宜采用、承重结构的钢材宜采用Q235Q235钢、钢、Q345Q345钢、钢、Q390Q390钢钢和和Q420Q420钢，其质量应分别符合国家标准碳素结构钢钢，其质量应分别符合国家标准碳素结构钢GB/T700GB/T700和低合金高强度结构钢和低合金高强度结构钢GB/T1591GB/T1591的规的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚符合相应有关标准定。当采用其他牌号的钢材时，尚符合相应有关标准的规定和要求。的规定和要求。 2 2、承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服、承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚
37、具有含强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚具有含碳量的合格保证。碳量的合格保证。 3 3、对于需要验算疲劳的焊接结构，应具有常温冲击韧对于需要验算疲劳的焊接结构，应具有常温冲击韧性的合格保证；性的合格保证；当结构工作温度等于或低于当结构工作温度等于或低于00但高于但高于2020时，时，Q235Q235钢和钢和Q345Q345钢应具有钢应具有00冲击韧性合格的冲击韧性合格的保证；保证；对于对于Q390Q390钢和钢和Q420Q420钢应具有钢应具有2020冲击韧性的冲击韧性的合格保证。合格保证。当结构工作温度等于或低于当结构工作温度等于或低于2020时，对时，对Q235Q235钢和钢和Q34
38、5Q345钢应具有钢应具有2020冲击韧性的合格保证；冲击韧性的合格保证；对对Q390Q390和和Q420Q420钢应具有钢应具有4040冲击韧性的合格保证冲击韧性的合格保证。 4 4、对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有、对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低，当结构工作温度等于或低于于2020时，对时，对Q235Q235钢和钢和Q345Q345钢应具有钢应具有00冲击韧性合冲击韧性合格的保证；格的保证；对对Q390Q390钢和钢和Q420Q420钢应具有钢应具有2020冲击韧性冲击韧性的合格保证。的合格保证。5、
39、重要的受拉或受弯的焊接构件中，厚度大于等于16mm的钢材应具有常温冲击韧性合格的保证，对于低合金钢用碳当量来保证可焊性。 7 7、对于外露环境，且对大气腐蚀有特殊要求的或在、对于外露环境，且对大气腐蚀有特殊要求的或在腐蚀性气态和固态介质作用下的承重结构，宜采用耐腐蚀性气态和固态介质作用下的承重结构，宜采用耐候钢，其质量要求应符合现行国家标准焊接耐候钢候钢，其质量要求应符合现行国家标准焊接耐候钢GB/T4172GB/T4172的规定。的规定。 6、钢板的抗撕裂性能采用厚度方向的断面收缩率钢板的抗撕裂性能采用厚度方向的断面收缩率z z来评定。该标准将沿厚度方向的断面收缩率分为三个来评定。该标准将沿
40、厚度方向的断面收缩率分为三个等级，即等级，即Z15Z15，Z25Z25，Z35Z35，分别对应其允许值。，分别对应其允许值。三、钢材的规格三、钢材的规格 热轧成型的热轧成型的钢板钢板和和型钢型钢，冷弯（或冷压）成型，冷弯（或冷压）成型的的薄壁型钢薄壁型钢。（一）热轧钢板（一）热轧钢板（表示方法（表示方法 宽宽厚度厚度长度长度 ）分为分为: :厚板厚板（厚度（厚度4.5-60mm)4.5-60mm)薄板薄板（厚度（厚度0.25-4mm)0.25-4mm)扁钢扁钢： 厚度厚度4-60mm4-60mm， 宽度宽度20-200mm20-200mm。( (二）热轧型钢二）热轧型钢1.1.工字钢工字钢2.
41、2.槽钢槽钢工字钢根据截面高度工字钢根据截面高度h h及厚度分类及厚度分类a(a(或或b b、c)c)槽钢根据截面高度槽钢根据截面高度h h及及厚度分类厚度分类a(a(或或b b、c)c)3.3.角钢角钢肢宽度肢宽度肢厚度肢厚度 等肢角钢等肢角钢长肢宽度长肢宽度短肢宽度短肢宽度肢厚度肢厚度 不等肢角钢不等肢角钢4.4.H型钢型钢分为：分为：宽翼缘宽翼缘HW、中翼缘、中翼缘HM、窄翼缘、窄翼缘HNbht1t2表示方法：表示方法： H高度高度宽度宽度腹板厚度腹板厚度翼缘厚度翼缘厚度如：如： Hh hb bt t1 1t t2 25.5.钢管钢管tD表示方法：表示方法：外径外径壁厚壁厚分为无缝管和焊
42、接管分为无缝管和焊接管（三）冷弯薄壁型钢（三）冷弯薄壁型钢壁厚壁厚1.55mm压型钢板壁厚压型钢板壁厚0.41.5mm与与Q235Q235钢（钢（fy=235fy=235255n/mm2255n/mm2）相当的国外钢材：）相当的国外钢材： （A36A36）美国，）美国，43A43A、43B43B（英国），（英国）， St37 St37（德国），（德国）， SM41 SM41（日本），（日本）， Fe360 Fe360（ISOISO）等。）等。与与Q345Q345钢、钢、Q390Q390钢和钢和Q420Q420钢相当的国外钢种为：钢相当的国外钢种为： A242 A242，A440A440，A441A441（美国）；（美国）； 50A 50AD D，55C55CE E（英国）（英国） St52 St52，St70St70（德国）；（德国）； SM50 SM50，SM53SM53，SM58SM58（日本）。（日本）。
