第2章-钢结构材料ppt课件.ppt

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1、2.1钢材的种类很多，性能差别很大，用作钢结构的钢钢材的种类很多，性能差别很大，用作钢结构的钢材必须符合下要求。材必须符合下要求。 良好的工艺性能包括冷加工、热加工和可焊性能。良好的工艺性能包括冷加工、热加工和可焊性能。具有良好的工艺性能的钢材不但易于加工成各种形具有良好的工艺性能的钢材不但易于加工成各种形式的结构，而且不致因加工而对结构的强度、塑性、式的结构，而且不致因加工而对结构的强度、塑性、韧性等造成较大的不利影响。韧性等造成较大的不利影响。 此外，根据结构的具体工作条件，有时还要求钢材此外，根据结构的具体工作条件，有时还要求钢材具有适应低温、高温、腐蚀性环境以及重复荷载作具有适应低温、

2、高温、腐蚀性环境以及重复荷载作用等的性能。在符合上述性能的条件下，钢材也应用等的性能。在符合上述性能的条件下，钢材也应该容易生产，价格便宜。该容易生产，价格便宜。 钢材有两种破坏形式，即塑性破坏和脆性钢材有两种破坏形式，即塑性破坏和脆性破坏。破坏。塑性破坏塑性破坏: : 变形大，变形持续的时间较长，可采取补救措施。变形大，变形持续的时间较长，可采取补救措施。断裂后的断口呈纤维状，色泽发暗。另外，塑性断裂后的断口呈纤维状，色泽发暗。另外，塑性变形后出现内力重分布，使结构中原先受力不等变形后出现内力重分布，使结构中原先受力不等的部分应力趋于均匀，因而提高了结构的承载能的部分应力趋于均匀，因而提高了

3、结构的承载能力。力。 脆性破坏脆性破坏: : 从这条曲线中可以看出钢材的单向受拉过程中有下列几从这条曲线中可以看出钢材的单向受拉过程中有下列几个阶段：个阶段： 弹性阶段（曲线的弹性阶段（曲线的OAOA段）段） 弹塑性阶段（曲线的弹塑性阶段（曲线的ABAB段）段） 屈服阶段（曲线的屈服阶段（曲线的BCBC段）段） 应变硬化阶段（曲线的应变硬化阶段（曲线的CDCD段）段） 颈缩阶段（曲线的颈缩阶段（曲线的DEDE段）段）ABCDE0tan-1 Efyfufpfe图2.1 低碳钢拉伸曲线示意图 钢材的拉伸试验所得钢材的拉伸试验所得屈服点屈服点fyfy、抗拉强度、抗拉强度fufu和和伸长率伸长率，是钢

4、材机械性能的三项重要指标。，是钢材机械性能的三项重要指标。 钢结构设计中，将钢材屈服点钢结构设计中，将钢材屈服点fyfy作为钢材的标作为钢材的标准强度。同时抗拉强度准强度。同时抗拉强度fufu又比屈服点应力高，又比屈服点应力高，可以使钢结构有相当大的强度储备。可以使钢结构有相当大的强度储备。 设计时还将设计时还将 曲线简化为如曲线简化为如图图2.22.2所示的理想弹所示的理想弹塑性的模型。塑性的模型。根据这条曲线，认为钢材应力小根据这条曲线，认为钢材应力小于于fyfy时是完全弹性的，应力超过后时是完全弹性的，应力超过后fyfy则是完全则是完全塑性的。塑性的。图2.2 理想弹塑性材料的-曲线%1

5、00)(010AAA截面收缩率标志着钢材颈缩区在三向拉应力状态下截面收缩率标志着钢材颈缩区在三向拉应力状态下的最大塑性变形能力。的最大塑性变形能力。值愈大，塑性愈好值愈大，塑性愈好对于对于抗层状撕裂的抗层状撕裂的Z Z向钢，要求向钢，要求值不得过低。值不得过低。 建筑中有时也使用强度很高的钢材，例如用于制造高建筑中有时也使用强度很高的钢材，例如用于制造高强度螺栓的经过热处理的钢材。这类钢材没有明显的强度螺栓的经过热处理的钢材。这类钢材没有明显的屈服台阶（见图屈服台阶（见图2.32.3），伸长率也相对较小。对于这），伸长率也相对较小。对于这类钢材，取卸荷后残余应变为类钢材，取卸荷后残余应变为0.

6、2%0.2%时所对应的应力作时所对应的应力作为屈服点，又称为为屈服点，又称为条件屈服点条件屈服点（或屈服强度）。（或屈服强度）。图2.3 钢材的条件屈服点 冷弯性能由冷弯试验来确定（冷弯性能由冷弯试验来确定（图图2.42.4）。）。试验时按照规定的弯心直径在试验机上试验时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件弯成用冲头加压，使试件弯成1801800 0，如试件，如试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。外表面不出现裂纹和分层，即为合格。冷弯试验不仅能直接检验钢材的弯曲变冷弯试验不仅能直接检验钢材的弯曲变形能力或塑性性能。还能暴露钢材内部形能力或塑性性能。还能暴露钢材内部的冶金缺陷，如硫、

7、磷偏析和硫化物与的冶金缺陷，如硫、磷偏析和硫化物与氧化物的掺杂情况，这些都将降低钢材氧化物的掺杂情况，这些都将降低钢材的冷弯性能。的冷弯性能。 冷弯性能合格是判别钢材的塑性性能和钢材质冷弯性能合格是判别钢材的塑性性能和钢材质量的综合指标量的综合指标。add+2.1a图 2.4 钢 材 冷 弯 试 验 示意 图 冲击韧性试验可获得钢材的动力性能。冲击韧性试验可获得钢材的动力性能。韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用，它用材料在断裂时所吸收的总能量（包括弹材料在断裂时所吸收的总能量（包括弹性和非弹性能）来量度，其值为性和非弹性能）来量度，其值为图图2.12.1中中曲线与横

8、坐标所包围的总面积，总曲线与横坐标所包围的总面积，总面积愈大韧性愈高，故韧性是钢材强度面积愈大韧性愈高，故韧性是钢材强度和塑性的综合指标。通常是钢材强度提和塑性的综合指标。通常是钢材强度提高，韧性降低，表示钢材趋于脆性。高，韧性降低，表示钢材趋于脆性。 拉力试验所表现的钢材性能，如强度和塑性，拉力试验所表现的钢材性能，如强度和塑性，是静力性能是静力性能 钢材的冲击韧性数值随试件缺口形式和钢材的冲击韧性数值随试件缺口形式和使用试验机不同而异。现行国家标准规使用试验机不同而异。现行国家标准规定采用定采用夏比（夏比（CharpyCharpy）V V形缺口试件形缺口试件在夏在夏比试验机上进行比试验机上

9、进行 图图2.5(a) 2.5(a) ，折断试件，折断试件所消耗的功用所消耗的功用CvCv表示，单位为表示，单位为J J。 过去我国长期以来采用过去我国长期以来采用梅氏试件梅氏试件(U(U形缺口试件形缺口试件) )在梅氏试验机上进行在梅氏试验机上进行 图图2.5(b)2.5(b)，所得结果以，所得结果以单位截面积上所消耗的冲击功表示，单位为单位截面积上所消耗的冲击功表示，单位为J/cmJ/cm2 2。由于夏比试件比梅氏试件具有更为尖。由于夏比试件比梅氏试件具有更为尖锐的缺口，更接近构件中可能出现的严重缺陷，锐的缺口，更接近构件中可能出现的严重缺陷，近年来用近年来用CvCv来表示钢材冲击韧性的方

10、法日趋普来表示钢材冲击韧性的方法日趋普遍遍图冲击韧性(a)夏比试件试验； (b)梅氏试 30R2.510104055r=1.02r=0.25(a)(b)902 可焊性可焊性是指采用一般的焊接工艺就可完成合格是指采用一般的焊接工艺就可完成合格的焊缝的性能。的焊缝的性能。 钢材的可焊性受含碳量和合金元素含量的影响钢材的可焊性受含碳量和合金元素含量的影响。含碳量在含碳量在0.1%0.2%0.1%0.2%范围的碳素钢可焊性最好，可范围的碳素钢可焊性最好，可焊性良好的钢材，用普通的焊接方法焊接后焊缝金焊性良好的钢材，用普通的焊接方法焊接后焊缝金属及其附近的热影响区金属不产生裂纹，并且它们属及其附近的热影

11、响区金属不产生裂纹，并且它们的机械性能不低于母材的机械性能。的机械性能不低于母材的机械性能。 钢材的可焊性与钢材的品种、焊缝构造及所采钢材的可焊性与钢材的品种、焊缝构造及所采取的焊接工艺规程有关。取的焊接工艺规程有关。钢是由各种化学成分组成的，化学成分及其含量对钢的性能特钢是由各种化学成分组成的，化学成分及其含量对钢的性能特别是力学性能有着重要的影响。别是力学性能有着重要的影响。基本成份基本成份 Fe:Fe:钢中含量占钢中含量占9999 C: C: 含含CC使强度使强度塑性、韧性、可焊性塑性、韧性、可焊性，应，应 控制在控制在0.22%0.22%，焊接结构应控，焊接结构应控0.20%0.20%

12、。 Si:Si:含含SiSi适量使强度适量使强度 其它影响不大，有益其它影响不大，有益, ,应控制应控制 杂质元素杂质元素 在在0.10.3%0.10.3% Mn: Mn:含含MnMn适量使强度适量使强度 降低降低S S、O O的热脆影响的热脆影响, ,改善热改善热 加工性能，对其它性能影响不大加工性能，对其它性能影响不大, ,有益。有益。 S: S: 含量含量使强度使强度塑性、韧性、性能冷弯、可焊性塑性、韧性、性能冷弯、可焊性 ; ;高温时使钢材变脆高温时使钢材变脆热脆现象热脆现象有害元素有害元素 P:P:低温时使钢材变脆低温时使钢材变脆冷脆现象冷脆现象；其它同；其它同S S N N、O:O

13、O:O同同S S；N N同同P P，控制含量，控制含量0.008%0.008% 建筑用的轧制钢材，是将炼钢炉炼出的钢液注入盛钢建筑用的轧制钢材，是将炼钢炉炼出的钢液注入盛钢桶中，再由盛钢桶送入浇注车间，浇注成钢锭，一般桶中，再由盛钢桶送入浇注车间，浇注成钢锭，一般钢锭冷却至常温放置，需要时再将钢锭加热切割，送钢锭冷却至常温放置，需要时再将钢锭加热切割，送入轧钢机中反复碾压轧制成各种型号的钢材。入轧钢机中反复碾压轧制成各种型号的钢材。 钢材在冶炼、轧制过程中常常出现的缺陷有钢材在冶炼、轧制过程中常常出现的缺陷有:偏析偏析、夹夹杂、气泡、分层及裂纹杂、气泡、分层及裂纹等。等。 为保证钢材质量，需要

14、在钢液中加入脱氧剂进行脱氧。为保证钢材质量，需要在钢液中加入脱氧剂进行脱氧。 根据脱氧程度不同，钢材分为根据脱氧程度不同，钢材分为: 沸腾钢沸腾钢 半镇静钢半镇静钢 镇静钢镇静钢 特殊镇静钢特殊镇静钢 轧制钢材的结晶晶粒细密均匀，钢材内轧制钢材的结晶晶粒细密均匀，钢材内部的气泡、裂纹可以得到压合。因此轧部的气泡、裂纹可以得到压合。因此轧制钢材的性能比铸钢优越。轧制次数多制钢材的性能比铸钢优越。轧制次数多的钢材比轧制次数少的性能改善程度要的钢材比轧制次数少的性能改善程度要好些，好些，一般薄的钢材的强度及冲击韧性一般薄的钢材的强度及冲击韧性优于厚的钢材优于厚的钢材。此外钢材性能与轧制方此外钢材性能

15、与轧制方向也有关，一般钢材顺轧制方向的强度向也有关，一般钢材顺轧制方向的强度和冲击韧性比横方向的要好。和冲击韧性比横方向的要好。 对于某些特殊用途的钢材，在轧制后还常经过对于某些特殊用途的钢材，在轧制后还常经过热处理进行调质，以改善钢材性能。常见的热热处理进行调质，以改善钢材性能。常见的热处理方式有处理方式有淬火淬火调质（淬火后高温回火），使调质（淬火后高温回火），使其强度提高，其强度提高，正火、回火、退火正火、回火、退火等等。用作高等等。用作高强度螺栓的合金钢，如强度螺栓的合金钢，如20MnTiB(2020MnTiB(20锰钛硼锰钛硼) )就就要进行热处理同时又保持良好的塑性和韧性。要进行热

16、处理同时又保持良好的塑性和韧性。 图图2.6(a)2.6(a)示出低碳钢试件单向拉伸的示出低碳钢试件单向拉伸的- -曲线。曲线。 由由- -曲线的变化，可看出钢材受荷超过弹性范围以后，曲线的变化，可看出钢材受荷超过弹性范围以后，若重复地卸载、加载，将使钢材若重复地卸载、加载，将使钢材弹性极限提高，塑性弹性极限提高，塑性降低降低。这种现象称为。这种现象称为应变硬化或冷作硬化应变硬化或冷作硬化。 如果钢材经过冷加工产生过塑性变形，后又将钢材加如果钢材经过冷加工产生过塑性变形，后又将钢材加热（例如加热到热（例如加热到100100左右），其时效过程就更加迅速左右），其时效过程就更加迅速（图（图2.6(

17、b)2.6(b)）。这种处理称为。这种处理称为人工时效人工时效。 轧制钢材放置一段时间后，其机械性能也会发生变化。轧制钢材放置一段时间后，其机械性能也会发生变化。钢材的曲线会由原来图钢材的曲线会由原来图2.6(a)2.6(a)中的实线变成虚线所示中的实线变成虚线所示的曲线。比较实线和虚线，可以看出钢材放置一段时的曲线。比较实线和虚线，可以看出钢材放置一段时间后间后，强度提高，塑性降低。，强度提高，塑性降低。这种现象称为这种现象称为时效硬化。时效硬化。OABCDE1234O时效前时效后冷作硬化及时效后时效前(a)(b)图 2.6 钢的冷作硬化与时效硬化(示意图) 钢材性能随温度变动而有所变化，钢

18、材性能随温度变动而有所变化，总的趋势总的趋势是：是：温度升高，钢材强度降低，应变增大；反之，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却会降低而变脆（图（图2.72.7）。 温度升高，约在温度升高，约在200200以内钢材性能没有很大以内钢材性能没有很大变化，变化，430540430540之间强度急剧下降，之间强度急剧下降，600600时强度很低不能承担荷载。但在时强度很低不能承担荷载。但在250250左右，左右，钢材的强度反应而略有提高，同时塑性和韧性钢材的强度反应而略有提高，同时塑性和韧性均下降，材

19、料有转脆的倾向，钢材表面氧化膜均下降，材料有转脆的倾向，钢材表面氧化膜呈蓝色，称为蓝脆现象。钢材应避免在蓝脆温呈蓝色，称为蓝脆现象。钢材应避免在蓝脆温度范围内进行热加工。当温度在度范围内进行热加工。当温度在260320260320时，在应力持续不变的情况下，钢材以很缓慢时，在应力持续不变的情况下，钢材以很缓慢的速度继续变形，此种现象称为的速度继续变形，此种现象称为徐变现象徐变现象。fuEfy160103170103180103190103200103210103220103100200300400500600204060800200400600800fu(N/mm2)fy% E(N/mm2)t

20、( C) 当温度从常温开始下降，特别是在负温当温度从常温开始下降，特别是在负温度范围内时，钢材强度虽有提高，但其度范围内时，钢材强度虽有提高，但其塑性和韧性降低，材料逐渐变脆，这种塑性和韧性降低，材料逐渐变脆，这种性质称为性质称为低温冷脆低温冷脆。 图图2.82.8是钢材冲击韧性与温度的关系曲线。由是钢材冲击韧性与温度的关系曲线。由图可见，随着温度的降低图可见，随着温度的降低,Cv,Cv值迅速下降，材值迅速下降，材料将由塑性破坏转变为脆性破坏，同时可见这料将由塑性破坏转变为脆性破坏，同时可见这一转变是在一个温度区间内一转变是在一个温度区间内T T1 1 T T2 2完成的，此温完成的，此温度区

21、称为度区称为钢材的脆性转变温度区，钢材的脆性转变温度区，在此区内曲在此区内曲线的反弯点（最陡点）所对应的温度线的反弯点（最陡点）所对应的温度T T0 0称为转称为转变温度。不同钢材的脆性转变温度需要由大量变温度。不同钢材的脆性转变温度需要由大量试验资料统计分析确定。试验资料统计分析确定。在结构设计中要求避在结构设计中要求避免完全脆性破坏，所以结构所处的温度应大于免完全脆性破坏，所以结构所处的温度应大于T T1 1。试验温度T脆性破坏转变过渡区段塑性破坏冲击断裂功CvC T1T0T2图 2.8 冲击韧性与温度的关系曲 高峰区的最大应力与净截面的平均应力之比称高峰区的最大应力与净截面的平均应力之比

22、称为为应力集中系数应力集中系数。 研究表明，研究表明，应力集中区域总是存在双向或三向应力集中区域总是存在双向或三向同号应力，钢材有变脆的趋势。同号应力，钢材有变脆的趋势。应力集中系数应力集中系数愈大，变脆的倾向亦愈严重。愈大，变脆的倾向亦愈严重。 钢结构的构件中有时存在着孔洞、槽口、凹角、钢结构的构件中有时存在着孔洞、槽口、凹角、缺陷以及截面突然改变时，构件中的应力分布缺陷以及截面突然改变时，构件中的应力分布将不再保持均匀，而是在缺陷以及截面突然改将不再保持均匀，而是在缺陷以及截面突然改变处附近，出现应力线曲折、密集、产生高峰变处附近，出现应力线曲折、密集、产生高峰应力的现象称为应力的现象称为

23、应力集中现象应力集中现象（图图2.92.9）。）。图2 .9 孔 洞 及 槽 孔xyyx1111 对于受静荷载作用的构件在常温下工作对于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影响。时，在计算中可不考虑应力集中的影响。但在负温下或动力荷载作用下工作的结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，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。选用质量优良的钢材。 钢材在反复荷载作用下，结构的抗力及性能都钢材在反

24、复荷载作用下，结构的抗力及性能都会发生重要变化，甚至发生疲劳破坏。会发生重要变化，甚至发生疲劳破坏。根据试根据试验，钢材在直接的、连续反复的动力荷载作用验，钢材在直接的、连续反复的动力荷载作用下，钢材的强度将降低，即低于一次静力荷载下，钢材的强度将降低，即低于一次静力荷载作用下的拉伸试验的极限强度作用下的拉伸试验的极限强度fufu，甚至低于屈，甚至低于屈服强度服强度, ,这种破坏现象称为这种破坏现象称为钢材的疲劳钢材的疲劳。 疲劳破坏是累积损伤的结果。疲劳破坏是累积损伤的结果。 在复杂应力如双向或三向应力作用下在复杂应力如双向或三向应力作用下（图（图2-102-10）钢材由弹性状态转入塑性状钢

25、材由弹性状态转入塑性状态的条件是按能量强度理论（或第四强态的条件是按能量强度理论（或第四强度理论）计算的折算应力度理论）计算的折算应力 与单向应与单向应力作用下的屈服点相比较来判断力作用下的屈服点相比较来判断2.4.7 复杂应力作用下钢材的屈服条件复杂应力作用下钢材的屈服条件 在单向拉力试验中，单向应力达到屈服在单向拉力试验中，单向应力达到屈服点时，钢材即进入塑性状态。点时，钢材即进入塑性状态。rcd 0yztx ztx yty xty ztz xtz yxyzx图 2.10 复杂应力 )3( )(2zx2yz2xyxzzyyx2z2y2xred如三向应力有一向应力很小（如厚度较小，厚如三向应

26、力有一向应力很小（如厚度较小，厚度方向的应力可忽略不计）或为零时，则属于度方向的应力可忽略不计）或为零时，则属于平面应力状态，式平面应力状态，式(2.1)(2.1)成为成为2223xyyxyxrcd（2.22.2） 223rcdfrcdy233ffyy58. 03 （2.42.4）(2.3)(2.3) 因此，规范确定钢材抗剪设计强度为抗因此，规范确定钢材抗剪设计强度为抗拉设计强度的拉设计强度的0.580.58倍。倍。 当只有剪应力时，当只有剪应力时， ，由此得，由此得 钢材的疲劳断裂是微观裂纹在连续重复钢材的疲劳断裂是微观裂纹在连续重复荷载作用下不断扩展至断裂的荷载作用下不断扩展至断裂的脆性破

27、坏脆性破坏。 观察表明，钢材疲劳破坏后的截面断口，观察表明，钢材疲劳破坏后的截面断口，一般具有光滑的和粗糙的两个区域。一般具有光滑的和粗糙的两个区域。 通常钢结构的疲劳破坏属高周低应变疲通常钢结构的疲劳破坏属高周低应变疲劳，即总应变幅小，破坏前荷载循环次劳，即总应变幅小，破坏前荷载循环次数多。设计规范规定，循环次数数多。设计规范规定，循环次数10104 4，应进行疲劳计算。，应进行疲劳计算。1.1.基本概念基本概念 1)1)连续重复荷载之下应力与时间的关系曲线称作连续重复荷载之下应力与时间的关系曲线称作应力谱应力谱, , （如（如图图2.112.11中所示）。往复变化一周中所示）。往复变化一周

28、叫做一个循环。叫做一个循环。2)2)应力幅应力幅为应力谱中最大应力与最小应力之为应力谱中最大应力与最小应力之差，即差，即 = =max max min min （2.52.5） 式中：式中： maxmax每次应力循环中的最大拉应力（取正每次应力循环中的最大拉应力（取正值）；值）； minmin每次应力循环中的最小拉应力（取正每次应力循环中的最小拉应力（取正值）或压应力（取负值）。值）或压应力（取负值）。min/min/m maxax完全对称循环( -1) 静荷载作用( +1) 脉冲循环( 0) 一般应力循环(-1= m in/m ax-10= m ax/m in-1(a)(b)(c)(d)r=

29、fyr=fyminmaxr=fy+- - +- +- +Nl g Nl gl g N = b1- l g ( )以 一 定 概 率所 定 下 限 ( 设计 式 )2 S b1 (a) (b)图2.13 曲线N)lg(lg1 bN1 1b bC C1010N(N() )1 1 考虑到试验数据的离散性，取平均值减去考虑到试验数据的离散性，取平均值减去2 2倍的标准差（倍的标准差（2s2s）作为疲劳强度下限值）作为疲劳强度下限值 图图2.13(b)2.13(b)实线下方之虚线实线下方之虚线 ，如果为正态分，如果为正态分布，从构件或连接抗力方面来讲，保证率布，从构件或连接抗力方面来讲，保证率为为97.

30、7%97.7%。下限值的直线方程为。下限值的直线方程为或或 取此取此作为容许应力幅作为容许应力幅 （2-92-9） /1NC)lg(2)lg(lg21bsbNCNb210)( 对于不同焊接构件和连接形式，按试验数据回对于不同焊接构件和连接形式，按试验数据回归的直线方程，其斜率也不尽相同。为了设计归的直线方程，其斜率也不尽相同。为了设计的方便，我国钢结构设计规范按连接方式、受的方便，我国钢结构设计规范按连接方式、受力特点和疲劳强度，再适当照顾力特点和疲劳强度，再适当照顾 N N曲曲线簇的等间距布置、归纳分类，划分为线簇的等间距布置、归纳分类，划分为8 8类类（图图2-142-14），它们的），它

31、们的和和C C值见表值见表2-22-2 参数参数C C、 值值 表表2-22-240506080100150200300400105105105106610612345678N N /m m211=1=325 1025图 2.14 各 类 结 构 和 连 接 类 别 的 N 曲 线 对焊接结构的焊接部位的常幅疲劳，应按下式对焊接结构的焊接部位的常幅疲劳，应按下式计算：计算： 对于非焊接部位，最大应力或应力比对疲劳强对于非焊接部位，最大应力或应力比对疲劳强度有着直接的影响，其疲劳强度应由式（度有着直接的影响，其疲劳强度应由式（2-5）确定。为了与焊接部位的计算方式一致，将式确定。为了与焊接部位的

32、计算方式一致，将式（2-5 ）前一式的左侧定名为）前一式的左侧定名为“计算应力幅计算应力幅”，而以应力比而以应力比 的疲劳强度的的疲劳强度的 下限值作为下限值作为连接分类依据，即取连接分类依据，即取 的下限值为的下限值为 ，得，得 （2.11） 式（式（2.11）中的系数）中的系数k=0.7，是由试验数据统计，是由试验数据统计而确定的。而确定的。minmax000minmaxk6102Nfa6102Nfa0 . 1fa8 . 0fa5 . 0fa厂房吊车厂房吊车软钩吊车软钩吊车硬钩吊车硬钩吊车 进行疲劳强度计算时，有下列问题予注意：进行疲劳强度计算时，有下列问题予注意： 按概率极限状态计算方法

33、进行疲劳强度计算，目前按概率极限状态计算方法进行疲劳强度计算，目前正处于研究阶段，因此，正处于研究阶段，因此，疲劳强度计算用容许应力疲劳强度计算用容许应力幅法，荷载应采用标准值，不考虑荷载分项系数和幅法，荷载应采用标准值，不考虑荷载分项系数和动力系数，而且应力按弹性工作计算。动力系数，而且应力按弹性工作计算。 根据应力幅概念，不论应力循环是拉应力还是压应根据应力幅概念，不论应力循环是拉应力还是压应力，只要应力幅超过容许值就会产生疲劳裂纹。但力，只要应力幅超过容许值就会产生疲劳裂纹。但由于裂纹形成的同时，残余应力自行释放，由于裂纹形成的同时，残余应力自行释放，在完全在完全压应力（不出现拉应力）循

34、环中，压应力（不出现拉应力）循环中，裂纹不会继续发裂纹不会继续发展，故规范规定此种情况可不予验算。展，故规范规定此种情况可不予验算。 根据试验，可认为，根据试验，可认为，疲劳容许应力幅与钢种无关疲劳容许应力幅与钢种无关。 在我国常用的建筑钢材主要为碳素结构钢和低合金高在我国常用的建筑钢材主要为碳素结构钢和低合金高强度结构钢两种。结构钢又分为建筑用钢和机械用钢。强度结构钢两种。结构钢又分为建筑用钢和机械用钢。优质碳素结构钢在冷拔碳素钢丝和连接用的紧固件中优质碳素结构钢在冷拔碳素钢丝和连接用的紧固件中也有应用。也有应用。 2.6.1.12.6.1.1碳素结构钢碳素结构钢 碳素结构钢按质量等级分为碳

35、素结构钢按质量等级分为A A、B B、C C、D D四级，从四级，从A-DA-D表示质量表示质量等级由低到高。除等级由低到高。除A A级外，其它三个级别的含碳量均在级外，其它三个级别的含碳量均在0.2%0.2%以以下，焊接性能好。因此，规范将下，焊接性能好。因此，规范将Q235Q235号钢材选为承重用结构号钢材选为承重用结构钢。钢。钢的牌号由代表屈服点的字母钢的牌号由代表屈服点的字母Q Q、屈服点数值、质量等级符号、屈服点数值、质量等级符号（A A、B B、C C、D D）和脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。符）和脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。符号号“F F”代表沸腾钢，代表沸腾钢，“b

36、b”代表半镇静钢，符号代表半镇静钢，符号“Z Z”和和“TZTZ”分分别代表镇静钢和特种镇静钢。别代表镇静钢和特种镇静钢。根据钢材的厚度（直径）根据钢材的厚度（直径）16mm16mm时的屈服点数值，分为时的屈服点数值，分为Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255、Q275Q275。钢结构一般仅用。钢结构一般仅用Q235Q235。低合金高强度结构钢，采用与碳素结构钢低合金高强度结构钢，采用与碳素结构钢相同的钢的牌号表示方法，仍然根据钢材的相同的钢的牌号表示方法，仍然根据钢材的厚度（直径）厚度（直径）16mm16mm时的屈服点数值，分为时的屈服点数值，分为Q295Q2

37、95、Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420、Q460Q460。钢的牌号仍有质量等级符号，分为钢的牌号仍有质量等级符号，分为A A、B B、C C、D D、E E五个等级，五个等级，E E级主要是要求级主要是要求-40-40的冲击的冲击韧性。钢的牌号如：韧性。钢的牌号如：Q345-BQ345-B、Q390-CQ390-C等等。等等。低合金高强度结构一般为镇静钢，因此钢的低合金高强度结构一般为镇静钢，因此钢的牌号中不注明脱氧方法。牌号中不注明脱氧方法。 优质碳素结构钢，对需要进行热处理状优质碳素结构钢，对需要进行热处理状态交货的应在合同中注明，不进行热处态交货的应在合同中注明，不进

38、行热处理状态交货的不必注明。如用于高强螺理状态交货的不必注明。如用于高强螺栓的号优质碳素结构钢需要进行热处理，栓的号优质碳素结构钢需要进行热处理，强度较高，对塑性和韧性又无显著影响强度较高，对塑性和韧性又无显著影响 钢材的选择在钢结构设计中是首要的一环，钢材的选择在钢结构设计中是首要的一环，选择的目的是保证安全可靠和经济合理。选选择的目的是保证安全可靠和经济合理。选择钢材时考虑的因素有择钢材时考虑的因素有 结构的重要性结构的重要性 荷载情况荷载情况 连接方法连接方法 工作条件工作条件 钢材厚度钢材厚度 对钢材质量的要求，一般地说，承重结构的钢材应保对钢材质量的要求，一般地说，承重结构的钢材应保

39、证抗拉强度、屈服点、伸长率和硫、磷的极限含量，证抗拉强度、屈服点、伸长率和硫、磷的极限含量，对焊接结构尚应保证碳的极限含量。焊接承重结构以对焊接结构尚应保证碳的极限含量。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材应具有冷弯试验的合及重要的非焊接承重结构的钢材应具有冷弯试验的合格保证。格保证。 对于需要验算疲劳的以及主要的受拉或受弯的焊接结对于需要验算疲劳的以及主要的受拉或受弯的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于工作温度等于或低于00但高于但高于-20-20时，时，Q235Q235钢和钢和Q345Q345钢应具有钢

40、应具有00冲击韧性的合格保证；对冲击韧性的合格保证；对Q390Q390钢和钢和Q420Q420钢应具有钢应具有-20-20冲击韧性的合格保证。当结构工作冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于温度等于或低于-20-20时，对时，对Q235Q235钢和钢和Q345Q345钢应具有钢应具有- -2020冲击韧性的合格保证；对冲击韧性的合格保证；对Q390Q390钢和钢和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。 对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材，也应具有常对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材，也应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度不高于温冲击

41、韧性的合格保证。当结构工作温度不高于-20-20时，对时，对Q235Q235钢和钢和Q345Q345钢应具有钢应具有00冲击韧性的合格保证；冲击韧性的合格保证；对对Q390Q390钢和钢和Q420Q420钢应具有钢应具有-20-20冲击韧性的合格保证。冲击韧性的合格保证。(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)图2.16 热 扎 型 钢 截 面 2.6.3.2 2.6.3.2 热轧型钢热轧型钢热轧型钢有角钢、工字钢、槽钢和钢管（热轧型钢有角钢、工字钢、槽钢和钢管（图图2.162.16）。）。角钢角钢分为等边（等肢）和不等边（不等肢）两分为等边（等肢）和不等边（不等肢）两种，常用制作钢架等格构

42、式结构的杆件和支撑种，常用制作钢架等格构式结构的杆件和支撑等连接杆件。不等边角钢的表示方法为等连接杆件。不等边角钢的表示方法为“L L”后后加加“长边宽长边宽x x短边宽短边宽x x厚度厚度”，如：，如：L140 x90 x8L140 x90 x8，等边角钢等边角钢“L L”后加后加“边宽边宽x x厚度厚度”，如，如L125x8L125x8。普通工字钢，轻型工字钢普通工字钢，轻型工字钢 其型号用符号其型号用符号“工工”加截面高度厘米数来表示加截面高度厘米数来表示，腹板的厚度用腹板的厚度用a a、b b、c c进行分类。如进行分类。如I30aI30a表示表示高度为高度为30cm30cm，腹板厚度

43、为，腹板厚度为a a类的工字钢。轻型类的工字钢。轻型工字钢的翼缘要比普通工字钢的翼缘宽而薄，工字钢的翼缘要比普通工字钢的翼缘宽而薄，回转半径较大。回转半径较大。 H H型钢型钢的翼缘板的内外表面平行，便于与其它的翼缘板的内外表面平行，便于与其它构件的连接。可分为宽翼缘（构件的连接。可分为宽翼缘（HWHW）、中翼缘）、中翼缘（HMHM）及窄翼缘（）及窄翼缘（HNHN）三种。）三种。H H型钢还可剖成型钢还可剖成T T型钢。它们的规格标记均用型钢。它们的规格标记均用“高度高度HxHx宽度宽度BxBx腹腹板厚度板厚度t1xt1x翼缘厚度翼缘厚度t2t2”表示。表示。 薄壁型钢薄壁型钢（图图2.172

44、.17）是用薄钢板经模压）是用薄钢板经模压或弯曲而制成，其壁厚一般为或弯曲而制成，其壁厚一般为1.56mm1.56mm，在国外薄壁型钢厚度有加大范围的趋势，在国外薄壁型钢厚度有加大范围的趋势，如美国可用到如美国可用到1 1英寸（英寸（25.4mm25.4mm）厚。有防）厚。有防锈涂层的彩色压型钢板，所用钢板厚度锈涂层的彩色压型钢板，所用钢板厚度为为0.31.6mm0.31.6mm，用作轻型屋面及墙面等构，用作轻型屋面及墙面等构件。件。 (a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)(j)图 2.17 薄壁型钢截面 思考题 1.1.钢结构对钢材性能有哪些要求钢结构对钢材性能有哪些要求?

45、? 2.2.钢材的塑性破坏和脆性破坏有何区别钢材的塑性破坏和脆性破坏有何区别? ? 3.3.钢材有哪几项主要性能钢材有哪几项主要性能, ,分别可用什么指标来衡量分别可用什么指标来衡量? ? 4.4.影响钢材性能的主要因素有哪些影响钢材性能的主要因素有哪些? ? 5.5.简述化学元素对钢材性能分别有哪些影响简述化学元素对钢材性能分别有哪些影响? ? 6.6.什么是冷作硬化和时效硬化什么是冷作硬化和时效硬化? ? 7.7.简述温度对钢材的主要性能有何影响简述温度对钢材的主要性能有何影响? ? 8.8.什么是钢材的应力集中什么是钢材的应力集中, ,它对钢材的性能有哪些影响它对钢材的性能有哪些影响? ? 9.9.什么叫钢材的疲劳什么叫钢材的疲劳? ? 影响钢材疲劳破坏的主要因素有哪些影响钢材疲劳破坏的主要因素有哪些? ? 10.10.复杂应力作用下钢材的屈服条件是什么复杂应力作用下钢材的屈服条件是什么? ? 复杂应力对钢材的性能有何影响复杂应力对钢材的性能有何影响? ? 11.11.钢结构中选择钢材时要考虑哪些因素钢结构中选择钢材时要考虑哪些因素? ?