2 钢结构的材料(1).ppt

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1、1,第2章钢结构的材料,钢结构的主要材料是钢材。钢材种类繁多，性能各异，价格不同。钢结构常常需要在不同的环境和条件下承受各种荷载，因此钢结构中使用的钢材应当具有良好的机械性能，包括静力、动力强度和塑性、韧性等，也应当具有良好的加工性能，包括冷、热加工和焊接性能，以保证结构的安全可靠，便于加工制作，节省钢材和降低造价。,2,另外,钢材在受力破坏时，表现为塑性破坏和脆性破坏两种特征，其产生原因除涉及钢材自身的性质外，还与一些外在的使用条件有关。脆性破坏是钢结构应该严加防止的，因此，研究和掌握钢材在各种应力状态下的工作性能、产生脆性破坏的原因和影响钢材性能的因素，从而在实际工程中合理而经济地选择钢材

2、和进行结构设计，是钢结构非常重要的内容。,3,2.1钢结构对钢材性能的要求,用作钢结构的钢材必须具有下列性能：,1.较高的强度,钢结构要求钢材的抗拉强度fu和屈服点fy比较高。屈服点是衡量结构承载能力的指标,屈服点高可以减小截面，从而减轻自重，节约钢材，降低造价。抗拉强度是衡量钢材经过较大变形后的抗拉能力，它直接反映钢材内部组织的优劣。抗拉强度高，可以增加结构的安全保障。,4,2.足够的变形能力,即钢材的塑性和韧性性能好。塑性好则结构破坏前变形比较明显从而可减少脆性破坏的危险性，并且塑性变形还能调整局部高峰应力，使之趋于平缓。韧性好表示在动荷载作用下破坏时要吸收比较多的能量，同样也降低脆性破坏

3、的危险程度。对采用塑性设计的结构和地震区的结构而言，钢材变形能力的大小具有特别重要的意义。,5,3.良好的加工性能,即钢材的适合冷、热加工，同时具有良好的可焊性。良好的加工性能不但要易于加工成各种形式的结构，而且不致因这些加工而对强度、塑性及韧性带来较大的有害影响。此外，根据结构的具体工作条件，在必要时还应该具有适应低温、有害介质侵蚀（包括大气锈蚀）以及疲劳荷载作用等的性能。在符合上述性能的条件下，同其他建筑材料一样，钢材也应该容易生产，价格便宜。,6,按以上要求，钢结构设计规范具体规定:承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服点和碳、硫、磷含量的合格保证；焊接结构尚应具有冷弯试验的合格保证

4、；对某些承受动力荷载的结构以及重要的受拉或受弯的焊接结构尚应具有常温或负温冲击韧性的合格保证。多年实践经验证明，Q235钢、Q345钢是符合要求的。根据新的实践，结合我国资源特点又推荐了Q390钢、Q420钢。,7,2.2金属的晶体结构及其对金属性能的影响,只有对钢材这种金属材料的内部组织结构有一定了解，才能在更深层次上理解和掌握钢结构的性能，因此有必要从微观到宏观，比较全面系统地介绍钢结构各种性能。金属原子结构的特点是原子最外层电子数很少，这些最外层电子很容易脱离原子核的引力，成为自由电子，同时使原子成为正离子。大量金属原子聚集在一起构成固态金属时，绝大多数原子会失去其最外层电子而成为正离子

5、；脱离原子核束缚的自由电,8,子在各正离子之间自由运动，并为整个金属原子所共有，形成“电子云”，下图示意地绘出了金属键模型。,图2-1金属键模型,9,金属晶体就是依靠各正离子和电子云之间的静电引力牢固地结合在一起的。这种共有化的电子和正离子以静电引力结合起来就形成所谓的金属键。金属键理论能较好地解释固态金属的某些特性：例如金属的可锻性。在外力作用下，各部分原子发生相对移动而改变形状时，正离子与自由电子间仍保持金属键结合而不被破坏，故显示出良好的可锻性。,10,金属材料的化学成分不同，其性能也不同。金属除化学成分外，金属的内部结构和组织状态也是决定金属材料性能的重要因素。这就促使人们致力于金属及

6、合金内部组织结构的研究，以寻求改善和发展金属材料的途径。金属在固态下通常都是晶体。要了解金属及合金的内部结构，首先应了解晶体的结构，其中包括：原子的排列方式和分布规律；各种晶体的特点及差异等。,11,1.晶体结构的基本概念,由于原子在物质内部的排列方式不同，可以把固态物质分为晶体和非晶体两大类。凡内部原子呈规则排列的物质称为晶体，如所有固态金属都是晶体；几内部原子无规则排列的物质称为非晶体。晶体结构是指晶体内部原子排列的方式及特征。只有研究金属的晶体结构，才能从本质上说明金属性能的差异及变化的实质。,12,图2-2原子排列示意图,a)原子堆垛模型b）晶格c)晶胞,13,2.三种典型的金属晶体结

7、构,金属晶体结构中最典型、最常见的晶体结构有三种类型，即体心立方结构、面心立方结构和密排六方结构。3.实际金属的晶体结构金属内所有原子排列的形式和方位都完全一致的结构，称为单晶体。具有单晶体结构的金属，其性能表现出明显的方向性，但其获得非常困难。而实际固体金属是由许多小晶体所组成的，称为多晶体。,14,多晶体金属的性能在各个方向上基本上是一致的，这是由于在多晶体中，虽然每个晶体都是各向异性的，但它们是任意分布的，晶体的性能在各个方向相互补充和抵消，再加上晶界的作用，就掩盖了每个晶粒的各向异性。实际上使用的金属，其内部结构的原子排列并非完全完整无缺的，而是在每个晶体的某些部位，由于铸造、变形等一

8、系列原因使原子排列受到破坏，从而存在着各种各样缺陷。,15,实际金属晶体的结构,16,(1)点缺陷,(2)线缺陷(3)面缺陷(4)体缺陷,17,4.铁碳合金,钢铁是现代工业中应用最广泛的金属材料，其基本组元是铁和碳两种元素，故统称为铁碳含金。普通碳钢和铸铁均属铁碳含金范畴。当加入某些元素（称为合金元素）后，更加扩大了钢铁材料的品种。目前在我国普遍使用的钢铁材料品种不下百余种，这与铁碳含金在结构上的多样性和易改变性有密切关系。铁碳合金的基本组织有两种:,（1）铁素体,（2）渗碳体,18,2.3结构钢材的主要力学性能,钢材的力学性能是钢材在各种作用（荷载）下反映的各种特性，它包括强度、塑性、韧性和

9、冷弯性能等方面，一般由试验测定。,一、强度,强度是材料受力时抵抗破坏的能力。钢结构一般都承受较大荷载，所以要求钢材具有相当的强度。说明钢材强度性能的指标有弹性模量E、比例极限fp、屈服强度fy、抗拉强度（极限强度）fu。它们是根据钢材标准试件一次拉伸试验确定的。,19,标准拉伸试件,20,低碳钢标准试件拉伸曲线-曲线,由-关系曲线可见，结构钢材一次拉伸试验时，历经五个阶段。弹性阶段(OA段)弹塑性阶段（AB段）塑性阶段（BC段）强化阶段（CD段）颈缩阶段（DE段）,21,钢材的工作性能可看成理想弹性一塑性体，即在屈服强度之前为弹性阶段，屈服强度之后为塑性阶段，屈服强度则为其承载能力的极限。,理

10、想弹性一塑性体应力应变曲线,22,钢材的塑性一般是指当应力超过屈服点后，能产生显著的塑性变形而不立即断裂的性质。衡量钢材塑性好坏的主要指标是伸长率（最大应变max）和断面收缩率,可由静力拉伸试验得到。伸长率等于试件拉断后的原标距间的伸长量和原标距比值的百分率，以百分数表示，可按下式计算：式中伸长率；l0试件原标距长度；l1试件拉断后标距的长度。,二、塑性,23,断面收缩率是试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率，按下式计算：,式中A0试件原来的断面面积，A1试件拉断后颈缩区的断面面积。截面收缩率标志着钢材在颈缩区的三向同号拉应力状态下可能产生的最大塑性变形能力，是衡量钢材在

11、该拉伸应力状态下发生永久塑性变形而不致断裂的性质的一项重要指标。值愈大，表明塑性性质愈好。,24,三、冲击韧性,冲击韧性是钢材的一种动力性能指标。它是指钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收机械能的一种能力，是衡量钢材抵抗可能因低温、应力集中、冲击荷载作用等而致脆性断裂能力的一项机械性能。,25,四、冷弯性能,冷弯性能是指钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。,钢材冷弯试验示意图,26,五、可焊性,钢材的可焊性是指在一定的焊按工艺和结构条件下，钢材经过焊接后能够获得良好的焊接接头的性能。可焊性可分为施工上的可焊性和使用上的可焊性。施工上的可焊性是指焊缝金属产生裂纹的敏感性，以

12、及由于焊接加热的影响，近缝区钢材硬化和产生裂纹的敏感性。可焊性好，是指在一定的焊接工艺条件下，焊缝金属和近缝区钢材均不产生裂纹。,27,钢材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影响。碳含量在0.120.20范围内的碳素钢，可焊性最好。碳含量再高可使焊缝和热影响区变脆。衡量低合金钢的可焊性可以用下列公式计算其碳当量。,当CE不超过0.38时，钢材的可焊性很好;当CE大于0.38但未超过0.45时，钢材淬硬倾向逐渐明显，需要采取适当的预热措施并注意控制施焊工艺。当CE大于0.45时，钢材的淬硬倾向明显，需采用较高的预热温度和严格的工艺措施来获得合格的焊缝。,28,六、钢材Z向收缩率,当钢材厚度较大时(

13、40mm)，或承受沿板厚方向的拉力作用时，容易发生层状撕裂现象,厚钢板层状撕裂现象的发生，不仅严重影响钢结构工程的质量与施工进度，如未被发现与处理，还会危及钢结构工程的安全。应附加要求板厚方向的Z向收缩率为1535。以防止钢材在焊接时或承受厚度方向的拉力时，发生分层撕裂。,29,1.层状撕裂的发生,钢板和型钢都是经过辊轧成型的，辊轧有热轧和冷轧之分，一般钢结构所用钢材为热轧成型，冷轧只用于生产小截面型钢和薄板。,30,钢板沿厚度方向的受力性能（主要为延性性能）称为Z向性能。钢板的Z向性能可通过做试样拉伸试验得到,一般以断面收缩率作为评定指标。,2.钢板的Z向性能,Z向拉伸试件,31,2.4影响

14、结构钢材力学性能的主要因素,影响钢材性能的因素主要有钢材的化学成分及其微观组织结构，钢材的冶炼、浇注、轧制等生产工艺过程,钢结构的加工、构造、尺寸、受力状态、及其所处的环境温度等。一、化学成分,钢的主要化学成分是铁（Fe，在普通碳素钢中约占99）和少量的碳（C）。此外有锰（Mn）、硅（Si）等有利元素，以及熔炼中很难除尽或混入的硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）、氢(H)等有害杂质元素。,32,二、冶金缺陷钢的熔炼和浇注工艺决定了钢的化学成分和金相组织，同时也造成了一定的缺陷，因此对钢材力学性能影响较大。常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹及分层等。钢材的轧制是在12001300高

15、温下进行的，在压力作用下，钢中的小气孔、裂纹、疏松等缺陷可以焊合，使金属晶粒变细，组织致密，所以轧制钢材比铸钢具有更高的力学性能。薄板因辊轧次数多，所以力学性能比厚板好。,33,三、钢材的硬化,钢材的硬化,34,在高温时熔化于铁中的少量氮和碳，随着时间的增长逐渐从纯铁中析出，形成自由碳化物和氮化物，对纯铁体的塑性变形起遏制作用，从而使钢材的强度提高，塑性、韧性下降。这种现象称为时效硬化。时效硬化的过程一般很长，但如在材料塑性变形后加热，可使时效硬化发展特别迅速。这种方法谓之人工时效。此外还有应变时效，是应变硬化（冷作硬化）后又加时效硬化。,2.时效硬化,35,四、温度影响,钢材性能随温度变动而

16、有所变化。总的趋势是：温度升高，钢材强度降低，应变增大；反之，温度降低，钢材强度会略有增加，塑性和韧性却会降低而变脆。,钢材对温度相当敏感，温度升高与降低都使钢材性能发生变化。相比之下，低温性能更重要。,36,五、应力集中,37,高峰区的最大应力与净截面的平均应力之比称为应力集中系数。研究表明，在应力高峰区域总是存在着同号的双向或三向应力，由能量强度理论得知，这种同号的平面或立体应力场有使钢材变脆的趋势。应力集中系数愈大，变脆的倾向亦愈严重。但由于建筑钢材塑性较好，在一定程度上能促使应力进行重分配，使应力分布严重不均的现象趋于平缓。故受静荷载作用的构件在常温下工作时，在计算中可不考虑应力集中的

17、影响。但在负温下或动力荷载作用下工作的结构，应力集中的不利影响将十分突出，往往是引起脆性破坏的根源，故在设计中应采取措施避免或减小应力集中，并选用质量优良的钢材。,38,六、热处理钢材经过适当的热处理程序，例如调质（淬火后高温回火）等，可以显著提高强度，并有良好的塑性与韧性。七、重复荷载钢材中缺陷（裂纹、孔洞）会在连续重复荷载作用下不断扩展直至脆性断裂，即疲劳破坏。,39,2.5复杂应力作用下结构钢材的屈服条件,在实际钢结构中，有些构件往往同时承受双向或三向复杂应力的作用，如实腹梁的腹板。这时候钢材的屈服并不只取决于某一方向的应力，而是由综合反映各个方向应力影响的强度理论来确定。对于接近理想弹

18、性一塑性体的结构钢材，最适合的是用材料力学中的能量强度理论，来确定钢材在多轴应力状态下的屈服条件。复杂应力作用下钢材由弹性状态转变为塑性状态的条件，可以用折算应力和钢材在单向应力时的屈服点的关系来判断。,40,当折算应力用主应力表示时：,41,当折算应力用应力分量表示时：,当三个主应力同号，它们的绝对值又接近时，即使1、2、3的绝对值很大，大大超过屈服点，但由于其差值不大，折算应力并不大，材料就不易进入塑性状态，有可能直至材料破坏时还未进入塑性状态。因此，钢材在多轴应力状态下，当处于同号应力场时，钢材易产生脆性破坏；而当处于异号应力场时，钢材将发生塑性破坏。,42,平面应力时，折算应力可简化为

19、：,一般的梁中，只存在正应力与剪应力，上式化为：,当钢材受纯剪时，=0,极限屈服状态为：,即剪应力达到屈服点的0.58倍时，钢材进入塑性状态。所以钢材的抗剪设计强度取为0.58f,f为钢材抗拉强度设计值。,43,2.6钢材的破坏形式,一、塑性破坏,塑性变形很大、经历时间又较长的破坏叫塑性破坏，也称延性破坏。塑性破坏的特征是构件应力超过屈服点，并达到抗拉极限强度后，构件产生明显的变形并断裂。它是钢材晶粒中对角面上的剪应力值超过抵抗能力而引起晶粒相对滑移的结果。断口与作用力方向常成450，断口呈纤维状，色泽灰暗而不反光，有时还能看到滑移的痕迹。钢材的塑性破坏是由于剪应力超过晶粒抗剪能力而产生的。,

20、44,二、脆性断裂,钢材几乎不出现塑性变形的突然破坏叫脆性断裂。脆性破坏在破坏前无明显变形，平均应力小,按材料力学计算的名义应力往往比屈服点低很多。脆性断裂没有任何预兆，破坏断口平直和呈有光泽的晶粒状。从力学观点来分析,脆性破坏是由于拉应力超过晶粒抗拉能力而产生的。脆性破坏是突然发生的，危险性大，应尽量避免。,45,影响脆性断裂的因素,钢材质量差(2)结构构件构造不当(3)制造安装质量差(4)结构受有较大动力荷载，或在较低环境温度下工作等。脆性断裂的防止防止脆性断裂的关键是在设计、制造和使用钢结构时，降低应力集中程度；尽量避免和减少焊接残余应力；选用冷脆转变温度低的钢材；尽量采用薄钢板；避免突

21、然荷载和结构的损伤等。,46,三、疲劳破坏,钢材经过多次循环反复荷载的作用，虽然平均应力低于抗拉强度甚至低于屈服点，也会发生断裂的现象叫疲劳破坏。它是微观裂缝在连续反复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏,是一种没有明显变形的突然破坏，危险性较大,这一特征和脆性断裂相同。,47,疲劳断裂的过程可分为三个阶段，即裂纹的形成、裂纹缓慢扩展与最后迅速断裂。对建筑钢结构来说，焊缝中经常有微观裂纹或者孔洞、夹渣等缺陷，这些孔洞、夹渣等缺陷与微裂纹类似；非焊接结构中在冲孔、剪边、气割等处也存在微观裂纹；截面几何形状突然改变处的高峰应力，由于应力多次重复作用也会产生微观裂纹。实践证明，这些都能降低抗疲劳能力

22、。钢材的疲劳强度与反复荷载引起的应力种类、应力循环形式，应力循环次数、应力集中程度和残余应力等有直接关系。,48,应力比,反复荷载引起的应力循环形式有同号应力循环和异号应力循环两种类型。循环中绝对值最小的峰值应力与绝对值最大的峰值应力点之比（拉应力取正号而压应力取负号）称为应力比，当0时为同号应力循环，疲劳强度较大;=1时表示静荷载。,49,50,应力幅,在应力循环中，最大拉应力与最小拉应力（或压应力）的代数差叫应力幅，即=max-min（压应力取负号）。在每一次应力循环中，若应力幅为常数，叫常幅应力循环，若不是常数，则叫变幅应力循环。对于焊接结构，由于残余应力的存在和影响，其疲劳破坏并不是最

23、大应力重复作用的结果，而是应力幅重复作用的结果，故其疲劳强度主要取决于应力幅，并且与构件或连接的细部构造和作用的循环次数有关，而与表示荷载循环特征的应力比及钢材种类无关。,51,疲劳强度与应力循环次数（疲劳寿命）的关系,52,疲劳计算,我国规范疲劳计算采用容许应力幅方法，采用标准荷载值，应力按弹性状态计算。对于吊车荷载，只考虑一台最大者且不计入动力系数。容许应力幅的取值，根据疲劳试验，主要取决于构件和连接的类别以及应力循环次数，而与构件或连接的平均应力大小、作用应力的循环特性、各钢号的静力强度都基本无关。,53,1.疲劳计算的条件,直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件（如吊车梁、吊车桁架。工作

24、平台梁等）及其连接，当应力变化的循环次数n大于或等于5104次时，应进行疲劳计算。,2.常幅疲劳计算,54,3.变幅疲劳计算,对应力循环内的应力幅随机变化的变幅疲劳，若能预测结构在使用寿命期间各种荷载的频率分布、应力幅水平以及频次分布总和所构成的设计应力谱，则可将其折算为等效常幅疲劳，按下式进行计算,变幅疲劳的等效应力幅（N/mm2），应按下式计算,55,4.吊车梁疲劳计算,重级（A6A7）工作制吊车梁和重级（A6A7）中级（A4A5）工作制吊车桁架的应力幅不是常量，吊车运转当中不经常是满负荷，而存在“欠载”情况，经长期实测和统计分析，对统一以循环次数n为2106的预期使用寿命为基准，引入对应

25、的欠载效应的等效系数f后，转化为常幅疲劳，按下式计算：,56,对一般简支实腹吊车梁疲劳验算位置有4处,下翼缘与腹板连接角焊缝；横向加劲肋下端的主体金属；下翼缘螺栓和虚孔处的主体金属；下翼缘连接焊缝处的主体金属。,57,2.7结构钢材的种类、规格及其选用,一、结构钢材的种类,1.按用途分类,钢材按其用途可分为结构钢、工具钢和特殊钢（如不锈钢等）。结构钢又分建筑用钢和机械用钢。,2.按冶炼方法分类,按冶炼方法，可分为转炉钢和平炉钢,按浇铸时的脱氧方法，又分为沸腾钢（代号为F）、半镇静钢（代号为b）、镇静钢（代号为Z）和特殊镇静钢（代号为TZ）,58,3.按成型方法分类,按成型方法分类，钢又分为轧制

26、钢（热轧、冷轧）、锻钢和铸钢。,4.按化学成分分类,按化学成分分类，钢又分为碳素钢和合金钢。在建筑工程中采用的是碳素结构钢、低合金高强度结构钢和优质碳素结构钢。,(1)碳素结构钢,按质量等级，钢分为A、B、C、D四级。,59,A级钢只保证抗拉强度、屈服点、伸长率，必要时尚可附加冷弯试验的要求，在化学成分中对碳、锰可以不作为交货条件。B、C、D级钢均保证抗拉强度、屈服点、伸长率、冷弯和冲击韧性（分别为十20、0、-20）等力学性能。化学成分对碳、硫、磷的极限含量要求更严。钢材的牌号由屈服点的汉语拼音字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。,60,(2

27、)低合金高强度结构钢,采用与碳素结构钢相同的牌号表示方法。钢的牌号仍有质量等级符号，除与碳素结构钢A、B、C、D四个等级相同外增加一个等级E，主要是要求-40的冲击韧性。钢的牌号如Q345B、Q390C、Q420等等。低合金高强度结构钢的A、B级属于镇静钢，C、D、E级属于特殊镇静钢，因此钢的牌号中不注明脱氧方法。冶炼方法也由供方自行选择。,61,(3)优质碳素结构钢,以不热处理或热处理（退火、正火或高温回火）状态交货。要求热处理状态交货的应在合同中注明；未注明者，按不热处理交货。如用于高强度螺栓的45号优质碳素结构钢需经热处理，以便有较高强度，同时对塑性和韧性又无显著影响。,62,二、钢材的

28、规格,钢结构采用的型材有热轧成型的钢板和型钢以及冷弯（或冷压）成型的薄壁型钢。（一）钢板热轧钢板有厚钢板和薄钢板，还有扁钢，符号表示为“一厚宽长”，其规格如下：1.厚钢板厚度4.560mn，宽度6003000mm，长度412m。2.薄钢板厚度为0.354mm，宽度5001500mm，长度0.54m。,63,3.扁钢厚度为460mm，宽度12200mm，长度39m。,64,（二）型钢,1角钢角钢分等边和不等边两种。不等边角钢的表示方法为，在符号“”后加“长边宽短边宽厚度”。等边角钢则以边宽和厚度表示，单均为毫米。2.工字钢工字钢有普通工字钢、轻型工字钢普通工字钢和轻型工字钢用号数表示，号数即为其

29、截面高度的厘米数。20号以上的工字钢，同一号数有三种腹板厚度分别为a、b、c三类。a类腹板较薄，用作受弯构件较为经济。,65,轻型工字钢的腹板和翼缘均较普通工字钢薄，如表示为I32Q，因而在相同重量下其截面模量和回转半径均较大。3.H型钢的应用及可选用的规格热轧H型钢是指截面为H形，翼缘较宽且内外表面相互平行的热轧型材。由于其截面面积分配合理，抗弯能力强，经济性好，侧向刚度大，残余应力小，制作与构造方便，在多高层钢结构中广泛用于梁、柱、支撑等构件。,66,（1）H型钢的优点,翼缘宽度大有利于提高绕弱轴方向的承载力上下边缘平行的翼缘板便于连接构造比焊接H型钢质量高、价格也低(2)H型钢的分类宽翼

30、缘（HW）中翼缘（HM）窄翼缘（HN）,67,4.槽钢槽钢有普通槽钢和轻型槽钢两种，也以其截面高度的厘米数编号，如30a。号码相同的轻型槽钢，其翼缘较普通槽钢宽而薄，腹板也较薄，回转半径大，重量轻，如30Q。5.钢管钢管有无缝钢管和有缝钢管两种，用符号“后面加“外径厚度”表示，如4006，单位均为毫米。,68,（三）薄壁型钢,薄壁型钢是用l.55mm厚的薄钢板（一般用Q235或Q345钢）经模压或弯曲而成，其截面形式及尺寸可按合理方案设计。有防锈涂层的彩色压型钢板所用钢板厚度为0.4l.6mm，一般用于轻型屋面及墙面。薄壁型钢能充分利用钢材的强度，节约钢材。,69,三、结构钢材的选用,结构钢材

31、选材原则,（1）结构或构件的重要性,（2）荷载性质（静载或动载）,（3）连接方法（焊接、铆接或螺栓连接）,（4）应力特征,（5）结构的工作温度,（6）钢材厚度,（7）环境条件,70,2.结构钢材选材的要求,（1）基本要求,（2）焊接结构附加要求,含碳量,钢材的含碳量不应超过焊接性能所规定的限值。,2)断面收缩率,（3）抗震结构附加要求,a.截面收缩率,b.硫的含量,71,2.8钢结构的连接材料,连接所用钢材，如焊条、自动或半自动焊的焊丝及螺栓、铆钉的钢材应与主体金属的强度相适应。,一、焊接材料,钢结构中焊接材料的选用，需适应焊接场地（工厂焊接或工地焊接）、焊接方法、焊接方式（连续焊缝、断续焊缝

32、或局部焊缝），特别是要与焊件钢材的强度和材质要求相适应。,1.选用原则,72,(1)选用的焊条或焊丝的型号应与被焊接的主体金属（杆件母材）相匹配，即要求焊接后的焊缝强度不低于主体金属强度。,(2)直接承受动力荷载或振动荷载且需要验算疲劳的结构，以及要求抗震设防的高层建筑钢结构，宜采用塑性、冲击韧性均较好的碱性焊条（低氢型焊条）。,2.手工焊接用焊条,73,手工电弧焊焊条的表示方法为：开头用E代表焊条，其后两位数字表示溶敷金属的抗拉强度最小值，单位为“N/mm2”，第三位数字表示焊条的焊接位置，第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型。低合金钢焊条后缀字母为熔敷金属的化学成分分类代号。

33、我国建筑钢结构常用的焊条为碳钢焊条和低合金钢焊条。碳钢焊条有E43XX和E50XX系列；低合金钢焊条有E50XXXX和E55XXXX系列。碳钢焊条和低合金钢焊条型号所代表的意义如下：,74,75,3.自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和焊剂,自动焊生产效率高、塑性好、冲击韧性高、抗腐蚀性能强、焊件变形小，也改善劳动条件。半自动焊的焊缝质量介于自动焊和手工焊之间，但使用灵活，可以焊接小尺寸的短焊缝。自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和焊剂，应与焊件钢材的强度和材质相适应，即要求等强度焊接。焊丝应符合现行国家标准熔化焊用钢丝或气体保护焊用钢丝的规定。,76,1）焊接Q235钢时，可采用H08、H08A、H

34、08E焊丝，并配合使用中锰型或高锰型焊剂；或者采用H08Mn，H08MnA焊丝，并配合使用无锰型或低锰型焊剂。2）焊接Q345钢时，可采用H08A或H08E焊丝，配合使用高锰型焊剂；或者采用H08Mn和H08MnA焊丝，并配合使用中锰型或高锰型焊剂；或者采用H10MnZ焊丝，并配合使用无锰型或低锰型焊剂。,77,4.焊条的类型,（1）酸性焊条采用这类焊条焊接的焊缝外表美观、焊波细密、成形平滑。但是，焊接过程中合金元素烧伤较多，焊缝金属中氧和氢的含量也较多，因而熔敷金属的塑性、韧性较低。（2）碱性焊条（低氢型焊条）采用这类焊条焊接的焊缝外观波纹粗糙，但焊缝金属中含氢量较低。采用碱性焊条焊接的焊缝

35、金属，其塑性、冲击韧性均较好，因此，规范规定对重级工作制吊车梁或类似结构宜采用低氢型焊条。,78,二、螺栓连接材料,（1）普通螺栓,建筑钢结构中常用的普通螺栓钢号为Q235，很少采用其他牌号的钢材制作,其性能等级为4.6级（小数点前的数值表示公称抗拉强度，小数点后的数值表示公称屈服强度与公称抗拉强度的比值，即屈强比。如4.6级螺栓抗拉强度为400Nmm2；屈服强度为0.6400=240Nmm2）。建筑钢结构中使用的普通螺栓，一般为六角头螺栓。螺栓的标记通常为Mdl，其中d为螺栓规格（即直径）、l为螺栓的公称长度。,79,（2）高强度螺栓,高强度螺栓已广泛用于钢结构构件连接，在建筑钢结构中已成为

36、主要的连接方式。构件连接端及连接板表面经特殊处理后（如喷砂），形成粗糙面，再对高强度螺栓施加预拉力，将使紧固部位产生很大的摩擦阻力。由于高强度螺栓的孔径比栓杆直径大1.52.0mm，便于构件安装连接，且可减少大量工地焊接的工作量。常用的高强度螺栓有，大六角头高强度螺栓和扭剪型高强度螺栓两种类型。,80,大六角头高强度螺栓,81,扭剪型高强度螺栓,82,高强度螺栓应符合现行国家标准钢结构高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈与技术条件或钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副的规定。上述标准规定，大六角头高强螺栓的性能等级分为8.8级、10.9级。扭剪型高强螺栓的性能等级仅有10.9级，一般采用20MnTi

37、B号钢制成。承压型高强螺栓连接强度设计值、高强度螺栓的设计预拉力值、高强度螺栓连接的钢材摩擦面抗滑移系数值均应按现行国家标准钢结构设计规范的规定采用。,83,（3）锚栓,锚栓可采用现行国家标准碳素结构钢规定的Q235钢或低合金高强度结构钢规定的Q345钢等塑性性能较好的钢号，不宜采用高强度钢材。锚栓主要用作钢柱脚与钢筋混凝土基础之间的锚拉连接件，承受柱脚的拉力及剪力，又可作为柱子安装定位过程中临时固定用。锚栓是非标准件，又因其直径较大，常类似C级螺栓采用未经加工的圆钢制成，不采用高精度的车床加工。外露柱脚的锚栓常采用双螺母，以防松动。,84,（4）圆柱头焊钉,圆柱头焊钉（带头栓钉）是建筑钢结构中用量较大的连接件,圆柱头焊钉,85,圆柱头焊钉是作为钢构件与混凝土构件之间的抗剪连接件，常用于下列连接部位：组合楼板中压型钢板及其上面的混凝土板与下部钢梁之间的抗剪连接件；钢梁与混凝土剪力墙相连接时，预埋钢板与混凝土墙间锚拉及抗剪的连接件；钢骨混凝土柱的钢骨柱与外包混凝土之间的抗剪连接件。钢结构的梁、柱构件上常用的圆柱头焊钉直径为16、19及22mm。,86,87,第二章结束,