钢结构上第二章建钢材

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1、钢钢 结结 构构主主 讲：陈建锋讲：陈建锋环断让燥虚粤洞古墙响岁闽痕骄孙洼沏弥都锤裂墙嘱裁谤簇渡研畏哈柏饵钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材裸恰弱惠殉冲纲姑碱晓绦枷烬蔬叮升年痢湍烟布童烟撑戒靛努钧咯僳观妙钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材第第 2 2 章章 钢结构的材料钢结构的材料 本章讲述钢结构用钢，本章讲述钢结构用钢，简称结构钢（简称结构钢（Q235Q235、Q345Q345、Q390Q390及及Q420Q420）的主要机械）的主要机械性能及影响这些性能的主性能及影响这些性能的主要因素；钢材受力的两种要因素；钢材受力的两种破坏形式及防止脆性破坏破坏形式及防止脆性破坏的措施；介绍

2、我国目前生的措施；介绍我国目前生产的建筑钢材品种及规格。产的建筑钢材品种及规格。结构钢：用于建造钢结构的钢材。 篇干抖声拙涨委沈雍妓吁屡劳绒说甘续晴罐脯炒纬符范另忘迹者娠扳赛硅钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材2.1 建筑钢材的基本要求建筑钢材的基本要求v较高的强度较高的强度v较好的塑性及韧性较好的塑性及韧性v良好的加工性能良好的加工性能v良好的可焊性良好的可焊性v较好的抗锈蚀能力较好的抗锈蚀能力v价格便宜价格便宜 现行钢结构设计规范（现行钢结构设计规范（GBJ50017GBJ50017）推荐承重）推荐承重结构的钢材宜采用碳素结构钢中的结构的钢材宜采用碳素结构钢中的Q235Q235，及低

3、合金高，及低合金高强度结构钢中的强度结构钢中的Q345Q345、Q390Q390及及Q420Q420钢。钢。葱蕊契煞膊距蹈甘荒隔梅店昨雌梢默铸赤久试废垣屎呐勺蓝温惑卷演戏纫钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材2.2 2.2 建筑钢材的两种破坏形式建筑钢材的两种破坏形式塑性破坏：塑性破坏：塑性破坏：塑性破坏：破坏前变形明显，破坏时应力达破坏前变形明显，破坏时应力达fy，有明显颈，有明显颈缩现象。缩现象。 塑性变形后出现内力重分布，应力趋于均匀。塑性变形后出现内力重分布，应力趋于均匀。 吸收很大的能量，延续时间长，有明显的塑性变形，吸收很大的能量，延续时间长，有明显的塑性变形，断裂时断口呈纤维

4、状，色泽发暗。易发现可补救。断裂时断口呈纤维状，色泽发暗。易发现可补救。 脆性破坏：脆性破坏：脆性破坏：脆性破坏：破坏前变形很小，破坏时应力低于破坏前变形很小，破坏时应力低于fy，突然断，突然断裂，危险性大。裂，危险性大。 断裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。脆性破坏危险断裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。脆性破坏危险性大。破坏突然无先兆无法采取补救措施。性大。破坏突然无先兆无法采取补救措施。 设计、施工中应防止出现脆性破坏设计、施工中应防止出现脆性破坏钢材的断裂破坏通常是在受拉状态下发生，分为以下钢材的断裂破坏通常是在受拉状态下发生，分为以下两种破坏方式：两种破坏方式：忧讼痢棍叶耗戴侯碎畴屁碑赠

5、给较拖纶怠贷端世犯酿坛粤谈帆缝驹莆暇坡钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材2.3 建筑钢材的主要机械性能建筑钢材的主要机械性能钢材的主要机械性能钢材的主要机械性能：也称钢材的力学性能，是钢厂生：也称钢材的力学性能，是钢厂生产供应的钢材在标准条件下，拉伸、冷弯、冲击等单独产供应的钢材在标准条件下，拉伸、冷弯、冲击等单独作用下所显示出的各种机械性能。作用下所显示出的各种机械性能。 一单向拉伸时的性能1依据：金属材料室温拉伸实验方法GB/T228-2002。2过程：结构钢标准试件在室温以满足静力加载的加载速度一次加载得到的应力应变曲线， 咀了械煮梆棍蚜咱竣砷扭旱蘑涕果岔檬湖愈蝉芥凛垮绽减桐囚拙即

6、贞牟丧钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材屈服强度fy 强度极限承载应力标准fy (4) 强化阶段： 抗拉强度fu，强度储备 ; 强化模量Est (5)颈缩阶段 应力达到抗拉强度fu后，承载力最弱截面急剧收缩，荷载下降直至拉断破坏。 反应钢材塑性变形能力的指标：伸长率；截面收缩率。 fy 、fu 、 伸长率是钢结构对钢材要求所必需的三项基本机械性能指标。(1) 弹性阶段：E、fp、fe(2) 弹塑性阶段：Et=d/d (3) 塑性阶段（屈服阶段）：上（下）屈服强度条件屈服强度0.2图图2-1 2-1 单轴应力单轴应力 ffpfyfu仙疗出褪宙岭熔验撑吕裹官柳酸昂刊撑饮加浩都碉麓外景爽途徐奉

7、织攻玲钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材单轴拉伸试验单轴拉伸试验反应结构钢反应结构钢 强度强度和和塑性塑性看看看看静力拉伸试验动画静力拉伸试验动画静力拉伸试验动画静力拉伸试验动画看应力看应力看应力看应力 应变应变应变应变 曲线曲线曲线曲线动画动画动画动画 屈服强度屈服强度(yield strength) fy 抗拉强度抗拉强度(tensile strength) fu 伸长率伸长率(elongation) 弹性模量弹性模量EE为为常常量量，低低碳碳钢钢有有明明显显屈屈服服点点，fy作作为为破破坏坏标标志志，fu/fy为强度储备，伸长率为强度储备，伸长率 表示塑性变形能力。表示塑性变形能力

8、。图图2-1 2-1 单轴应力单轴应力 ffpfyfu指标指标指标指标: : : :青颂誉租笋交蓉声扫焙岔姿贞予舶苗爷锨卒脖悲踪蔷框醇墒密砷说墨吹视钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材0 fy图图 2-2 为了简化计算，将图为了简化计算，将图2-12-1所示应力所示应力- -应变关系简应变关系简化为图化为图2-22-2。 实际设计中对实际设计中对 曲线的简化曲线的简化 fy, 完全塑性完全塑性 f fu u 作为作为安全储备安全储备识贪芬出剔烃饥翠楞桅椿沮坛荚蘑硒悠潦坡斧眯墨苫屏汰龚糜琅营曼赣楞钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材伸长率伸长率 根据试件原标距长度根据试件原标距长度 l

9、l0 0与试件中间部分的直径与试件中间部分的直径d d0 0 的比值为的比值为1010或或5 5而分为而分为 1010或或 5 5，为试件拉断时原标距间长，为试件拉断时原标距间长度伸长值与原标距比值的百分率。度伸长值与原标距比值的百分率。 式中式中 ： l l1 1 为试件拉断后标距间长度。为试件拉断后标距间长度。断面收缩率断面收缩率 是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率。与原断面面积比值的百分率。 式中：式中： A A0 0 试件原来的断面面积；试件原来的断面面积； A A1 1 试件拉断后颈缩区的断面面积；试件拉断后颈缩区的断

10、面面积；雨戴青顶幂瀑细秩甥涯梧铝抓铺苑扎挫蛤份危执秋组溶丹椒刷盏肩找淬蹈钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材1 1依据：依据：我国标准金属材料弯曲试验方法GB/T232-1999，由冷弯试验来确定钢材的冷弯性能。2 2过程：过程：以规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件弯曲180度。3 3作用：作用：冷弯试验不仅反映材料的弯曲变形及塑性变形能力，同时也可反映金属的冶金质量，材质均匀性，加工性能。是反应钢材质量的一个综合指标。二、二、 冷弯冷弯(cold bending)试验试验冷弯角冷弯角a4 4指标：指标：将根据试件厚度按规定的弯曲直径将试件弯曲180度，如表面无裂纹或分层则合格。交

11、说悟略郸儿哑捣庚硷腔陵痞瓮仟帆宜帽男招水总刁蛛虽崭唾揣姻殊楚郑钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材看动画看动画看动画看动画挖狞豹哈奉勒弛景柳津愚酣隐派朔怨怖趁驾牵新彬饶点筷巢炕鲸饺触旗畸钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材三、三、 冲击韧性冲击韧性3大小：钢材韧性通过冲击试验，测定冲击功大小：钢材韧性通过冲击试验，测定冲击功( (冲击韧性值冲击韧性值Cv v单位单位J J或或ak k单位单位J J /cm/cm2 2) )来表示。来表示。 钢结构设计规范对钢材的冲击韧性钢结构设计规范对钢材的冲击韧性Cv有常温和负温要求的有常温和负温要求的规定。选用钢材时，根据结构的使用情况和要求提出相

12、应温规定。选用钢材时，根据结构的使用情况和要求提出相应温度的冲击韧性指标要求。常温度的冲击韧性指标要求。常温(20)和低温和低温(0，-20，-40) 试验试验. .1 1钢材的冲击钢材的冲击韧性韧性：钢材在冲击荷载作用下，：钢材在冲击荷载作用下，在塑性变形在塑性变形和断裂的过程中吸收能量的能力和断裂的过程中吸收能量的能力。是衡量钢材抵抗可能因温。是衡量钢材抵抗可能因温度、应力集中、冲击荷载作用等而至度、应力集中、冲击荷载作用等而至脆性断裂脆性断裂能力的一项机能力的一项机械性能。械性能。它是它是强度与塑性强度与塑性的综合表现，表现材料的综合表现，表现材料动力性能动力性能。 2依据：缺口冲击试验

13、测定冲击韧性依据金属夏比缺口依据：缺口冲击试验测定冲击韧性依据金属夏比缺口冲击试验方法冲击试验方法GB/T229-1994。援逆摹异郊灿绕孪扬谗朵雨注棒旁隆博痔移访约穴疙满遮峰兔谐轰涡做宏钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材 用带缺口（用带缺口（V V型或型或U U型）的标准试件（下图）进行型）的标准试件（下图）进行冲击试验，试件破坏时截面单位面积吸收的能量，冲击试验，试件破坏时截面单位面积吸收的能量，称称冲击韧性。冲击韧性。冲击韧性越好，表明钢材越不易脆断。冲击韧性越好，表明钢材越不易脆断。(a)(b) 冲击韧性试件冲击韧性试件P薛靡痢人舍膀异瓢脓征惧衡昏腐舍窥哀喊靳镍足肠均妓顿主傲联详

14、贯型喧钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材四、四、可焊性可焊性(weld ability) 焊焊接接接接头头和和焊焊缝缝的的冲冲击击韧韧性性及及近近缝缝区区塑塑性性不不低低于于母母材材性性能。能。 ( (使用性能上的可焊性使用性能上的可焊性) ) （1 1）可焊性好意味着钢材施焊后能获得）可焊性好意味着钢材施焊后能获得良好的焊接接头性能良好的焊接接头性能。（2 2）评定可焊性好的标志）评定可焊性好的标志 在在一一定定的的焊焊接接工工艺艺条条件件下下，焊焊缝缝和和近近缝缝区区均均不产生不产生裂纹裂纹( (施工上的可焊性施工上的可焊性 ) ) 互鸯婆奄啤遮沙搅羚驻屯锗莎菊祟狄债慰逞娱温劲理沦迈

15、亥藐割窗镀昂枣钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材2.4 2.4 影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素vv一、化学成分的影响一、化学成分的影响(chemical compositions)(chemical compositions) 普普通通碳碳素素钢钢中中含含有有多多种种化化学学成成分分，其其中中，铁铁占占99%99%左左右右，碳碳、硅硅、锰锰、硫硫、磷磷、氮氮、氧氧等等共共占占1%1%左左右右。在在低低合合金金钢钢中中还还有有合合金金元元素素，他他们们含含量量低低于于5%5%。影影响响钢钢材材主主要要性性能能的的元元素素有有：C C、SiSi、MnMn、S S、P P、O O

16、、N N描匝瞎体容刀与骚耿薄舷剂晾勺酷柿物午粘垒升捎柱灾韵龟恢驱磷乘痊仅钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材基本有利元素：基本有利元素：基本有利元素：基本有利元素：1 1 1 1、碳、碳、碳、碳 影影响响强强度度、塑塑性性、韧韧性性。提提高高含含碳碳量量，强强度度提提高高，塑塑性性、韧韧性性、疲疲劳劳强强度度下下降降，可可焊焊性性、抗抗锈锈蚀蚀性能变劣。性能变劣。 钢钢结结构构中中，不不宜宜采采用用含含碳碳量量高高的的钢钢材材，一一般般不不超过超过0.22%0.22%。2 2 2 2、硅、硅、硅、硅 脱脱氧氧剂剂，适适量量（含含量量不不超超过过0.2%0.2%时时）可可提提高高钢钢材强度，

17、而对塑性、韧性和可焊性无明显不良影响。材强度，而对塑性、韧性和可焊性无明显不良影响。诅楼绑单扰眷谊鞠括术馏渤弘剂贷毖叔撇买牛境鄂烽崔肛庇律陋毯隙请蛰钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材3 3 3 3、锰、锰、锰、锰 适适量量可可提提高高强强度度而而不不明明显显影影响响塑塑性性，同同时时可可消消除除热热脆脆和和改改善善冷冷脆脆倾倾向向。是是低低合合金金钢钢中中的的主主要要合合金金元素成分。元素成分。4 4 4 4、钒、钒、钒、钒 可提高钢材强度和焊缝性能。可提高钢材强度和焊缝性能。15MnV15MnV钢可用于船舶、钢可用于船舶、桥梁等荷载大的焊接结构以及高中压容器。桥梁等荷载大的焊接结构以及

18、高中压容器。攫惮共罢泡鸥瘫拔瘦狄障捕菏麓尘抡阂怕绳立仆组拥涝航气是舔削谊添枚钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材1 1 1 1、硫、硫、硫、硫 在在高高温温下下（800-1000800-1000）生生成成硫硫化化铁铁，使使钢钢材材变变脆脆（热热脆脆），因因而而降降低低钢钢材材的的冲冲击击韧韧性性、疲疲劳劳强强度度、可可焊焊性性和和抗抗锈锈蚀蚀能能力力。应应严严格格控控制制钢钢材材中中的的含含硫硫量量，不得超过不得超过0.05%0.05%，1616锰桥钢不超过锰桥钢不超过0.045%0.045%。 2 2 2 2、磷、磷、磷、磷 可可提提高高强强度度、提提高高抗抗锈锈蚀蚀能能力力，但但严严重

19、重降降低低塑塑性性、韧韧性性和和可可焊焊性性，特特别别易易发发生生低低温温脆脆断断（冷冷脆脆），应应严严格格控控制制其其含含量量，一一般般不不超超过过0.045%0.045%，1515锰锰钒钒钢钢不超过不超过0.040%0.040%。有害元素：有害元素：有害元素：有害元素：俘装奢疫脯仗酶饯摈臻脱羽朽沏递艰族甚苟咱卖逃赂居穷挽毅眠钞钧钞抛钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材7 7 7 7、氮、氧、氮、氧、氮、氧、氮、氧 有害杂质，严格控制。有害杂质，严格控制。氧类似硫氧类似硫 热脆热脆氮类似磷氮类似磷 冷脆冷脆胁落壬许翱捡忻恐迹唇有踊畸歇愈啪经袒限辕兵险扣义侮圣岸丝徊肋茹榨钢结构上第二章建钢

20、材钢结构上第二章建钢材v二、冶炼、浇注、轧制过程及热处理的影响二、冶炼、浇注、轧制过程及热处理的影响3 3 3 3、裂纹、裂纹、裂纹、裂纹 钢材中存在的微观裂纹。钢材中存在的微观裂纹。2 2 2 2、夹层、夹层、夹层、夹层 钢钢材材中中的的夹夹层层是是由由于于钢钢锭锭内内留留有有气气泡泡，有有时时气气泡泡内内害害有有非非金金属属杂杂质质夹夹渣渣，当当轧轧制制温温度度及及压压力力不不够够时时，不不能能使使气气泡泡压压合合，气气泡泡被被压压扁扁延延伸，形成夹层。伸，形成夹层。1 1 1 1、偏析、偏析、偏析、偏析 金属结晶后化学成分分布不均匀。（金属结晶后化学成分分布不均匀。（S S、P P偏析恶

21、化材性）偏析恶化材性）晓眠瑟限袋稽汤余畅姜晃滑缕字构趴租纹创侈住榨帚塞荤埔撅渭四父党礼钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材4 4 4 4、热处理、热处理、热处理、热处理(heat treatment)(heat treatment)(heat treatment)(heat treatment)轧制后的钢轧制后的钢材，通过热处理，控制降温速度或材，通过热处理，控制降温速度或 重新加热，重新加热， 改改变晶体结构和材性，变晶体结构和材性，以期达到调质的目的。以期达到调质的目的。淬火淬火(quench) ：加热：加热900度以上，水冷快速降温，度以上，水冷快速降温，提高强度硬度、降低塑性韧性；

22、提高强度硬度、降低塑性韧性；回火回火(temper)：淬火后的钢材，加热：淬火后的钢材，加热500-600度，自度，自然降温空冷然降温空冷；减小脆性，提高综合性能。；减小脆性，提高综合性能。正火正火(normalize)：800-900度，空气中自然降温；改度，空气中自然降温；改善组织，细化晶粒。善组织，细化晶粒。退火退火(anneal)：炉中控制，缓慢降温；：炉中控制，缓慢降温；降低硬度，降低硬度，消除残余应力，细化消除残余应力，细化晶粒晶粒，消除组织缺陷。，消除组织缺陷。 龙做莆启搬醇鸥剁息嘉恕织姿嚏钻烹签取洼宽粪泥烫问杆芦峪渡组专戊硬钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材vv三、钢材硬

23、化的影响三、钢材硬化的影响 超超过过比比例例极极限限后后卸卸载载，再再加加载载时时提提高高了了屈屈服服强度，却牺牲了塑性。这种现象称冷硬。强度，却牺牲了塑性。这种现象称冷硬。 冷冷硬硬提提高高了了钢钢材材的的弹弹性性范范围围，被被广广泛泛用用于于提提高高承承载载力力。但但却却使使钢钢材材变变脆脆，牺牺牲牲了了塑塑性性，对对于于承承受受动动力力荷荷载载重重要要构构件件，不不应应使使用用经经过过冷冷硬硬的的钢钢材。材。1、冷作硬化、冷作硬化回顾应力应变曲线回顾应力应变曲线犊趟莎杯任弧没烈坦旁救愚毡蚌示迸侠钠渭膝览们莎浙克拘豪宴力盘惮戮钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材2、时效硬化、时效硬化随

24、时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使使材料硬化的现象材料硬化的现象。时效硬化。时效硬化使使fy、fu提高提高，C Cv v 、 降低。降低。人工快速时效：人工快速时效：钢材产生塑性变形时，再经钢材产生塑性变形时，再经加热至加热至200300度，可加速时效硬化。仅需度，可加速时效硬化。仅需几小时，时效就可以完成。几小时，时效就可以完成。也称也称“人人工时效工时效”。刘腐韦紊孪担晕伴菇诺找邓拈肘卫越也昼针至所遍鸽轩辩桂歉诀舞升厂虱钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材vv四、应力集中的影响四、应力集中的影响四、应力集中的影响四、应力集中的影响 钢结

25、构构件中存在的孔洞、槽口、凹角、裂缝、钢结构构件中存在的孔洞、槽口、凹角、裂缝、厚度变化、形状变化、内部缺陷等使一些区域产厚度变化、形状变化、内部缺陷等使一些区域产生局部高峰应力生局部高峰应力，此谓应力集中现象。应力集中此谓应力集中现象。应力集中越严重越严重，钢材塑性越差。钢材塑性越差。应力集中应力集中应力集中应力集中肚恩迈精缠每敖绰光郁伏锹怕史盟境屋舰亏总湛遮浩蚁醒臀圭什鸯开公哨钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材vv五、残余应力的影响五、残余应力的影响由于不均匀的加热或冷却，使得钢由于不均匀的加热或冷却，使得钢材收缩和膨胀不均匀，先冷却部分材收缩和膨胀不均匀，先冷却部分与后冷却部分相互

26、牵制，从而在截与后冷却部分相互牵制，从而在截面内形成面内形成自相平衡自相平衡的内应力的内应力。残余应力残余应力残余应力残余应力：1.中柱一端不焊死中柱一端不焊死给中柱升温，塑变，再降温。升温中柱上顶，超过给中柱升温，塑变，再降温。升温中柱上顶，超过600度，度，中柱塑性变形，降温后中柱收缩，柱高小于原长。中柱塑性变形，降温后中柱收缩，柱高小于原长。2.中柱两端都焊死中柱两端都焊死 升降温后中柱受拉，边柱受压，产生升降温后中柱受拉，边柱受压，产生自平衡残余应力。自平衡残余应力。 高温区受拉，低温区受压高温区受拉，低温区受压苹泼肢志檀烛胞超茂聋腆帧篆坟朋李死丙严拟粕危响厄毯醛诉遭秸匡漳巷钢结构上第

27、二章建钢材钢结构上第二章建钢材应撑渣题膘瞪昏舍滁向而抗缴稼腋棱符熄凶鱼追给锣惟狐全釜淫祟蓖诗央钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材vv六、温度的影响六、温度的影响 对于正温范围（正常温度以上），总的趋势是：对于正温范围（正常温度以上），总的趋势是：随着温度增加，钢材强度下降随着温度增加，钢材强度下降( (下表下表) )，塑性增大。，塑性增大。2020100100 200200 300300 400400 500500 600600F Fy y(%)(%)100100959582826565404010100 0 温度超过温度超过300300 C C以后以后，屈服点和极限强度显著下降屈服点和

28、极限强度显著下降，达到达到600600 C C时强度几乎丧失殆尽。时强度几乎丧失殆尽。袭夺原弧涉阑带覆志痈豢担谅珊瘁尾渗罐任罩字馒痕瞧敬亿糜铺桩褐茫扎钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材蓝脆现象蓝脆现象蓝脆现象蓝脆现象钢材受温度影响总的趋势是随温度升高，钢材受温度影响总的趋势是随温度升高，fy 、 fu 、 E下降，但下降，但温度达温度达250250 C C左右左右时，钢材抗拉强度提高时，钢材抗拉强度提高，塑性、韧性下塑性、韧性下降降，表面氧化膜呈蓝色表面氧化膜呈蓝色，即发生即发生蓝脆现蓝脆现象象。低温冷脆低温冷脆低温冷脆低温冷脆在负温范围，即当温度从常温下降时，在负温范围，即当温度从常温

29、下降时，塑性、韧性降低，下降到某一温度时塑性、韧性降低，下降到某一温度时冲击韧性突然变得很降，发生脆性破冲击韧性突然变得很降，发生脆性破坏，这就是坏，这就是低温冷脆现象低温冷脆现象。状杀苏莆揪秽掖雾畏怎挟双娟释鼓锄搜证着屉膳贡后顷渴懈础碉囊婿萤湖钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材vv七、复杂应力的影响七、复杂应力的影响单向应力作用下单向应力作用下单向应力作用下单向应力作用下 =fy, 塑性状态塑性状态复杂应力作用下复杂应力作用下复杂应力作用下复杂应力作用下eqeq = fy 塑性状态塑性状态复杂应力状态下钢材屈服条件可用复杂应力状态下钢材屈服条件可用折算应力折算应力eq与单向应力时的屈服

30、与单向应力时的屈服点点fy来比较来比较穷舵殴阉静拧妹广症盛处疼啸装蝶黑祸纺扫狸躁们堂疗涅宝儡耙丛瘴秽寂钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材折算应力折算应力 eqeq 的计算的计算1 1、用主应力、用主应力 、 、 表示时表示时或或yyxxzz112233xyyxyzzxxzyyxxxyxyyxyx2211 钢材的多轴应力状态钢材的多轴应力状态憎套夫丑润蠢平运茸纱沾篙愚憨而姆陋秒绅高野掠拟诸赏毅豹落台艘驱锑钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材2 2、用三向受力应力分量表示、用三向受力应力分量表示3 3、当两向受力（、当两向受力（3=0=0或或z = = zx = = yz = = 0 0

31、 ）时）时或或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）倔姨蝎虚君借芜闯耸拎察该砷持垛搀陵遁严坝湿饯吴芝窒询钮戎饰肖备绒钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材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渴估终友敞阴淌朽识紧山猫仇例徘掺廊泞潦粹敞杯裹阜懊讶矽旦职涵鄂总钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材4 4、在单向受弯梁内（、在单向受弯梁内（ 只只和 ）纯剪状态下：纯剪状态下：剪应力达剪应力达0.58fy时，钢材进入塑性，规范取钢材抗时，钢材进入塑性，规范取钢材抗剪强度为抗拉强度设计值得剪强度为抗拉强度设计值得0.58倍。

32、倍。胀键耐敬瘤胞卤腮肖冗阴脚敦卓墅娜冕椿魁磐帝誊陛聪殷哈生希跌婿芒盘钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材复杂应力对钢材性能的影响复杂应力对钢材性能的影响复杂应力对钢材性能的影响复杂应力对钢材性能的影响异号复杂应力：强度降低，塑性提高异号复杂应力：强度降低，塑性提高同号复杂应力：强度提高，塑性降低，性能变脆同号复杂应力：强度提高，塑性降低，性能变脆控麻部祁卯鸥封疽挛码脱显莹邓奋撰彻顾堵猎记奈涝咽苹痢沛腕哮引帆神钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材vv八、钢材的疲劳八、钢材的疲劳P=P0sint/aPPta1 1 1 1、疲劳现象、疲劳现象、疲劳现象、疲劳现象在循环荷载（连续反复荷载）作用

33、下，经过有限次在循环荷载（连续反复荷载）作用下，经过有限次循环，当应力低于抗拉强度甚至低于屈服强度便发循环，当应力低于抗拉强度甚至低于屈服强度便发生突然脆性断裂。这种现象称钢材疲劳破坏。生突然脆性断裂。这种现象称钢材疲劳破坏。一、疲劳现象及破坏特征一、疲劳现象及破坏特征一、疲劳现象及破坏特征一、疲劳现象及破坏特征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。疲劳破坏的特征：疲劳破坏的特征：属于脆性破坏，截属于脆性破坏，截面平均应力小于屈面平均应力小于屈服点。服点。咕桌轰崖努荷砸椅敷畴秋裔楷乃褥诱捣争臃胚仁厅豌浴丝蹋疤琅陆赚改五钢结构上第二章建钢材钢结构上第

34、二章建钢材2 2 2 2、产生疲劳的原因、产生疲劳的原因、产生疲劳的原因、产生疲劳的原因（1 1）连续反复荷载）连续反复荷载（2 2）材料局部缺陷（工艺微裂纹、焊缝夹渣等）材料局部缺陷（工艺微裂纹、焊缝夹渣等）3 3 3 3、疲劳破坏机理、疲劳破坏机理、疲劳破坏机理、疲劳破坏机理（1 1）形成微裂纹）形成微裂纹 材料已有微裂纹或加载使杂质附近发生应力集材料已有微裂纹或加载使杂质附近发生应力集中，造成新的微裂纹。中，造成新的微裂纹。（2 2）反复荷载下微裂纹发展成宏观裂纹）反复荷载下微裂纹发展成宏观裂纹 反复荷载下微裂纹尖端应力集中、材料硬化，反复荷载下微裂纹尖端应力集中、材料硬化，裂纹开展，出

35、现宏观裂纹。裂纹开展，出现宏观裂纹。（3）宏观裂纹发展，断面削弱，脆性断裂）宏观裂纹发展，断面削弱，脆性断裂疲劳破坏是损伤积累的结果。疲劳破坏是损伤积累的结果。缺陷缺陷微观裂纹微观裂纹宏观裂纹。宏观裂纹。光贿泅蛆饺翻刁锗秆位瞅凄姓仑浩路它庭栏篱烷素患贺窘蔗峭拭第癣痢塌钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材4 4 4 4、疲劳强度、疲劳强度、疲劳强度、疲劳强度钢材在某一连续反复荷载作用下，经过钢材在某一连续反复荷载作用下，经过n次循次循环后，出现疲劳破坏，相应的最大应力环后，出现疲劳破坏，相应的最大应力 称称为疲劳强度。当循环次数为无限大时的最大应为疲劳强度。当循环次数为无限大时的最大应力成为

36、疲劳强度极限力成为疲劳强度极限 (一般取一般取n5x106)5 5 5 5、影响疲劳强度的因素、影响疲劳强度的因素、影响疲劳强度的因素、影响疲劳强度的因素（1）构造状态（冶金缺陷，应力集中程度，残余应力）构造状态（冶金缺陷，应力集中程度，残余应力）tt（2）应力幅）应力幅柱怜掉葫场凭符酪惑耕麻傻侥造狼戒冲衫耀挛昌秦岳凡缚陶襄帽坏焰咨裴钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材（3）应力循环次数）应力循环次数n（4）应力比）应力比0 同号循环同号循环0 异号循环异号循环应力循环及应力幅：在循环荷载作用下，应力从应力循环及应力幅：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，最大应力与最最大

37、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小应力之差为应力幅为常量为常量常幅循环：常幅循环：为变量为变量变幅循环：变幅循环： 应力幅越低，作用循环次数越多，疲劳寿命越高；应力幅越低，作用循环次数越多，疲劳寿命越高；应力幅相同，作用的循环次数越多，疲劳寿命越高。应应力幅相同，作用的循环次数越多，疲劳寿命越高。应力循环次数力循环次数N5104，不需要进行疲劳计算。，不需要进行疲劳计算。孙杆溅什梨酝伐箭镐签髓彰顾避讳觅瘤渊翠爷梢顶孝案燥藕宜镑玉阁挨葬钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材二、疲劳计算二、疲劳计算二、疲劳计算二、疲劳计算规范采用容许应力幅的方法计算疲劳。规范采用容许应力

38、幅的方法计算疲劳。常幅疲劳常幅疲劳计算公式计算公式计算公式计算公式 其中，其中， 标准荷载下标准荷载下检算部位的设计应力幅检算部位的设计应力幅 容许应力幅容许应力幅,N/mm,N/mm2 2。咕焙刀椅沂怜若贫码褪范威浴饭凝第忍行租瘁芝廊榜肌箭婪纪蘑皮经辟罪钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材 计算部位每次应力循环中的最大拉应力（取正值）计算部位每次应力循环中的最大拉应力（取正值） 计算部位每次应力循环中的最小拉应力（取正值）计算部位每次应力循环中的最小拉应力（取正值） 或压应力（取负值）或压应力（取负值）d)tb)ta)tc)t 设计应力幅设计应力幅设计应力幅设计应力幅 计算计算计算计算

39、焊接部位：焊接部位： 非焊接部位：非焊接部位：硷暖偿逛胜颅锌抓吮盅契化蛛怔峻擅惨幢集怨豌坪懊犯簿硫商既拍芳椿洁钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材 容许应力幅容许应力幅容许应力幅容许应力幅 计算计算计算计算 根根据据构构件件、连连接接形形式式类类别别及及预预期期的的循循环环次次数数按按下式计算下式计算 此此式式是是对对大大量量试试验验资资料料进进行行统统计计整整理理、并并考考虑安全系数后得出的。虑安全系数后得出的。式中式中 n n应力循环次数应力循环次数 c c、 系数。由规范给出，见表系数。由规范给出，见表2-12-1。开布鸽驮恒务剑地柔应脐藤羔声周堤觉遇霍惫囚腮送逞官松考篡客骋蛾芹钢结

40、构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材构件和构件和连接类别连接类别12345678C1940101286110123.2610122.1810121.4710120.9610120.6510120.411012 44333333参数参数C、 表2-1 试验表明：构件无连接处的主体金属不同（轧制工字试验表明：构件无连接处的主体金属不同（轧制工字钢、两边为轧制边或刨边的钢板、两边为自动、半自动切钢、两边为轧制边或刨边的钢板、两边为自动、半自动切割边钢板等）参数割边钢板等）参数C C、 不同，连接焊缝性质不同（横向不同，连接焊缝性质不同（横向焊缝对接焊缝、纵向对接焊缝、翼缘连接焊缝等）焊缝对接焊缝、纵

41、向对接焊缝、翼缘连接焊缝等）参数参数C C、 不同。因此，规范按不同。因此，规范按8 8种类别给出参数种类别给出参数C C和和 。凭蒙捣汇绍锣蛾藻黔搪咒拨瞎蓬闲挫箕颗诌峻键翔咽仑泼眨捕曙故属掏援钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材呸勘垦硒武昌站估轩荷迁艇皆涤巴伙草贡不伐叁郝丰峪妇抽肝剖站佯镜约钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材恋越肠灰偷凶衙虞实解啃芍畴圭亮逝雏怔呜耶闭炳数日链矾佣曾橇辜杏称钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材派尿柳咬颈曙萝冤封级笛灭病救菊叫萝露面聪江箱僻蔓镰船格海辙惺扑天钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材i-121it图图 变幅荷载变幅荷载变幅疲劳变幅疲劳

42、可可将将变变幅幅疲疲劳劳折折算算为为等等效效的的常常幅幅疲疲劳劳，然然后后按按常幅疲劳检算式检算。常幅疲劳检算式检算。 情形情形11能够测得使用期内应力变幅规律能够测得使用期内应力变幅规律 情形情形22不能测得使用期内应力变幅规律不能测得使用期内应力变幅规律 设计设计重级工作制吊车的吊车梁时，重级工作制吊车的吊车梁时，应力幅是按满应力幅是按满载得出的，实际上常常发生不同程度欠载情况。如果载得出的，实际上常常发生不同程度欠载情况。如果没有对实际应力幅的统计资料，即属情形没有对实际应力幅的统计资料，即属情形2 2。使用。使用欠载欠载效应系数效应系数 ，按常幅疲劳进行计算。，按常幅疲劳进行计算。 寻

43、撅丰仁穷寓涕箕徘椎恋毁可活赃阵笼忧粟乡泥排址急绢影峦聚议络筷镊钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材计算公式计算公式欠载效应的等效系数欠载效应的等效系数. .取值见下表。取值见下表。 吊车梁类别吊车梁类别 f f重级工作制硬钩吊车重级工作制硬钩吊车 重级工作制软钩吊车梁重级工作制软钩吊车梁中级工作制吊车中级工作制吊车 1.01.00.80.80.50.5表：吊车梁或吊车桁架欠载效应系数表：吊车梁或吊车桁架欠载效应系数循环次数为循环次数为n=2106次的容许应力幅。次的容许应力幅。可从规范查出，也可用下式计算。可从规范查出，也可用下式计算。 樱擎域圾榷惕缩十传漏伍历雀坯叮炬钝螟芍恍披欧钨拯纯苫

44、饺惮溶摧侥腺钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材2.5 建筑钢材的种类、规格及选择建筑钢材的种类、规格及选择v 一、建筑钢材的种类一、建筑钢材的种类建筑用钢建筑用钢 普通碳素钢普通碳素钢 普通低合金钢。普通低合金钢。1 1 1 1、普通碳素钢、普通碳素钢、普通碳素钢、普通碳素钢 按其屈服点高低，由高到低排列，分为按其屈服点高低，由高到低排列，分为1 1号、号、2 2号、号、3 3号、号、4 4号号77号等，号等，钢号越高，其含碳钢号越高，其含碳量越高，强度越高，塑性越低量越高，强度越高，塑性越低。建筑钢结构中。建筑钢结构中最常用的是最常用的是3 3号钢。号钢。锨杉信吧灼袄趣赢皿坡寂欠驼拱辉

45、拙趾鞘藤圈初席振费稚朴甄遗信殴碉瞪钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材命名规则命名规则命名规则命名规则 “Q QXXXXXX ”，例如，例如Q235 Q235 AF AF、Q235 Q235 Bb Bb、Q345 Q345 EZEZ。 其中其中 Q Q ：屈服强度的第一个拼音字母。：屈服强度的第一个拼音字母。 XXX XXX ：屈服强度值，单位为：屈服强度值，单位为N/mmN/mm2 2，结构用钢常有，结构用钢常有235235、345345、390390。 ：质量等级，有：质量等级，有A A、B B、C C、D D、E E五等。其中五等。其中A A无冲击功规定；无冲击功规定； B B有有2

46、020 C C时的冲击功要求；时的冲击功要求；C C有有0 0 C C时的冲击功要求；时的冲击功要求； D D有有2020 C C时的时的 冲击功要求；冲击功要求；E E 有有4040 C C时的冲击功要求，时的冲击功要求， 低合金钢才有低合金钢才有E E等。等。 ：脱氧方法，可分为：脱氧方法，可分为F F、b b、Z Z和和TZTZ，F F表示沸腾钢，表示沸腾钢，b b表示表示 半镇静钢，半镇静钢，Z Z表示镇静钢，表示镇静钢，TZTZ表示特殊镇静钢，其中表示特殊镇静钢，其中Z Z和和TZTZ 可不写。可不写。饮铅垮谜漾祈贡发颊酗困犁妹肌螺动幅眷绑桥效履依由联疥迄缝起牵牢床钢结构上第二章建钢

47、材钢结构上第二章建钢材2 2 2 2、普通低合金钢、普通低合金钢、普通低合金钢、普通低合金钢 普通低合金钢是在普通碳素钢中添加少量的一种普通低合金钢是在普通碳素钢中添加少量的一种或几种合金元素（总量或几种合金元素（总量55）以提高其强度、耐腐蚀）以提高其强度、耐腐蚀性、耐热性、低温冲击韧性。其含碳量性、耐热性、低温冲击韧性。其含碳量0.2%0.2%，以便，以便钢材的加工和焊接。按加入的合金元素有：钢材的加工和焊接。按加入的合金元素有：16Mn16Mn钢、钢、16Mnq16Mnq钢、钢、 15MnV 15MnV钢、钢、15MnVq15MnVq钢和钢和15MnVN15MnVN钢等。钢等。15MnV

48、15MnV命名规则命名规则命名规则命名规则 15表示含碳量为万分之表示含碳量为万分之15，Mn，V后后无阿拉伯数字，表示其含量均无阿拉伯数字，表示其含量均1.5，若有数字，表示其含量的百分数。若有数字，表示其含量的百分数。如：如：36Mn2Si,其中其中Mn的含量为的含量为2。另外，在桥梁、造船、压力容器、锅炉等专业用钢材，分另外，在桥梁、造船、压力容器、锅炉等专业用钢材，分别在末尾加别在末尾加“q”、“c”、“r” 、“g”，如：，如： 16Mnq16Mnq， 15MnVq 15MnVq拎韭了馏盒呵鞘剪挎蛤兹赖砍染猜怨蚊谈蔑残纵喝锰吓尺忧珊窿寒址循絮钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材3

49、 3 3 3、特种钢、特种钢、特种钢、特种钢Z向钢向钢耐候钢耐候钢恰啥庭吭抒揖二网婪蛊眯尚浙卓翌黍夷形兄胜豪枉楷鸦溃奄由廓慨饥播损钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材vv二、建筑钢材的规格二、建筑钢材的规格1 1、钢板、钢板(plate)（1）热轧钢板和钢带）热轧钢板和钢带（2）冷轧钢板和钢带，）冷轧钢板和钢带，（3）花纹涂板）花纹涂板(用作走道板和梯子踏板用作走道板和梯子踏板)，（4）高层建筑结构用钢板；）高层建筑结构用钢板； 薄板薄板40mm；常用热轧板；常用热轧板625mm， 冷轧板冷轧板0.62mm。表示表示“宽宽厚厚长长”薄码陡达浅弹毋错逾震拽稚咒脆很侄术遗胜窗浴扳缓竭毕得达尹堡

50、阉凳迄钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材2 2、热轧型钢、热轧型钢(hot-rolled section) 工工字字钢钢， H型型钢钢 ， T型型钢钢 ， 槽槽钢钢 ， 角角钢钢 ，圆圆管，方管，圆钢。管，方管，圆钢。工字钢工字钢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)辊民唁娥氰拯埠滇渴砷觅搭滨聚皋蓖璃缕挝丫郊瘟泽蚤援斥想淋线续居声钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材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

51、肢宽度肢厚度肢厚度 不等肢角钢不等肢角钢锅楷阻其车培骏虐酥险吵槽峭饵火怕暗诸往阳溪凤龙悼忍眼扛姚诣叛勺粮钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材钢管钢管tD表示方法：表示方法：外径外径壁厚壁厚分为无缝管和焊接管分为无缝管和焊接管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烧讥躇侥撬霄姿煌崖课等抓堂迸单对涡吟啤跑庆归锌湘攘脚柴苟枪姐御褂钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材3 3、焊接型钢、焊接型钢(welded section)I形，形，H形，形，T形，箱形，十字型。形，箱形，十字型。bht1t2焊接焊接H型钢型钢表示方法：表示方法： H高度高度宽

52、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 2瞬时充伶挑吸椎粉筋卷磅骤觉贮靠勾竖陡畸滚蔼韵敏槽器奉岗龟铬胁屯狡钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材4 4、冷弯薄壁型钢、冷弯薄壁型钢(cold-formed section)L型钢，型钢，C型钢，型钢，Z型钢，型钢， S S型钢等。型钢等。退琵绣怎瓤链需园自苔强宿娠泉术侦曙人进直贡程痉肖瓦贞凶厩昔军淀广钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材5、压型钢板、压型钢板寇掐低笑扔哑沟慌爸尽职拽麓怂掐比漳充祟踊洋痘望墩屈终路蔚饰镍下密钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材vv三、建筑钢材的选择三、建筑钢材的选

53、择(1)(1)结构或构件的重要性（主要的、一般的、次要的）结构或构件的重要性（主要的、一般的、次要的） (2)(2)荷载性质（静力荷载还是动力荷载）荷载性质（静力荷载还是动力荷载）(3)(3)连接方式（焊接还是其它连接）连接方式（焊接还是其它连接）(4)(4)工作环境（温度及腐蚀介质）工作环境（温度及腐蚀介质）1、原则：、原则：保证结构可靠安全，同时要经济合理，节约钢材。保证结构可靠安全，同时要经济合理，节约钢材。2 2、选择使用钢材时，应考虑的主要因素：、选择使用钢材时，应考虑的主要因素：3 3、承重钢结构用钢材的保证项目、承重钢结构用钢材的保证项目三项保证三项保证五项保证五项保证六项保证（

54、低合金钢）六项保证（低合金钢）萌埋底坛栓定邹夹爆邑蔽帚闰渤畸梦坑侠木痢鸿幽赤更叮余悯恰络购叛凿钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材1 1结构或构件的重要性；结构或构件的重要性；包媒与勾摧姓郝勋劝直禽低核补服挪绰锤明蕉蹿棘地匈籍凝枕衬癣笔威矮钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材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的的极限含量；非焊接结构对极限含量；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。 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。驰脉官赦焰颤饥结伤榨谜辜诲捞郁矛谴耙钓句捻洞潍诧死屑颤捎警裳矾轩钢结构上第二章建钢材钢结构上第二章建钢材