建筑結(jié)構(gòu)用鋼材實用教案

1、一、建筑鋼材一、建筑鋼材(gngci)的分類的分類 1 1、鋼的種類、鋼的種類(zhngli)(zhngli) 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼：低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼：Q295Q295、Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420和和Q460Q460 質(zhì)量等級：質(zhì)量等級：A A、B B、C C、D D、E E，由低到高，由低到高 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼： 經(jīng)過熱處理，如經(jīng)過熱處理，如4545號優(yōu)質(zhì)碳素鋼號優(yōu)質(zhì)碳素鋼 優(yōu)質(zhì)鋼絲繩：優(yōu)質(zhì)鋼絲繩：第1頁/共22頁第一頁，共23頁。二、鋼材的主要二、鋼材的主要(zhyo)性能性能 1 1、鋼材的破壞形式、鋼材的破壞形式 塑性破壞：塑性破壞： 較大的塑性

2、變形、斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗；較大的塑性變形、斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗； 有先兆，計算應(yīng)力有先兆，計算應(yīng)力fu fu 脆性破壞：脆性破壞： 塑性變形很小，甚至塑性變形很小，甚至(shnzh)(shnzh)沒有，斷口平直并呈有光澤的晶粒狀；沒有，斷口平直并呈有光澤的晶粒狀； 沒有明顯先兆，計算應(yīng)力沒有明顯先兆，計算應(yīng)力fy fy 第2頁/共22頁第二頁，共23頁。鋼材的塑性(sxng)破壞和脆性破壞對比內(nèi)容塑性破壞脆性破壞破壞應(yīng)力破壞前變形明顯不明顯斷口外形杯形平直斷口色澤暗淡有光澤斷口細(xì)部纖維狀晶粒狀破壞過程延續(xù)較長時間突然破壞機(jī)理剪應(yīng)力超過晶粒抗剪能力拉應(yīng)力超過晶?？估芰ξ：π员阌诎l(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救

3、，較輕大對策合理設(shè)計結(jié)構(gòu)強(qiáng)度考慮疲勞和沖擊作用，合理選擇材料種類、構(gòu)造形式、施工工藝第3頁/共22頁第三頁，共23頁。防止防止(fngzh)(fngzh)鋼材脆性斷裂的措施鋼材脆性斷裂的措施 加強(qiáng)施焊工藝管理，避免施焊過程產(chǎn)生裂紋、夾渣和加強(qiáng)施焊工藝管理，避免施焊過程產(chǎn)生裂紋、夾渣和氣泡等；氣泡等； 焊縫不宜過分集中，施焊時不宜過強(qiáng)約束，避免產(chǎn)生焊縫不宜過分集中，施焊時不宜過強(qiáng)約束，避免產(chǎn)生過大殘余應(yīng)力。低溫下發(fā)生低應(yīng)力的脆斷，常與殘余過大殘余應(yīng)力。低溫下發(fā)生低應(yīng)力的脆斷，常與殘余應(yīng)力有關(guān)；應(yīng)力有關(guān)； 進(jìn)行合理細(xì)部構(gòu)造進(jìn)行合理細(xì)部構(gòu)造(guzo)(guzo)設(shè)計，避免產(chǎn)生應(yīng)力集中。設(shè)計，避免產(chǎn)

4、生應(yīng)力集中。應(yīng)力集中處會產(chǎn)生同號應(yīng)力場，使鋼材變脆。盡量避應(yīng)力集中處會產(chǎn)生同號應(yīng)力場，使鋼材變脆。盡量避免采用厚鋼板；免采用厚鋼板； 選擇合理的鋼材，鋼材化學(xué)成分與鋼材抗脆斷能力有選擇合理的鋼材，鋼材化學(xué)成分與鋼材抗脆斷能力有關(guān)，含碳多的鋼材，抗脆斷性能有所下降。關(guān)，含碳多的鋼材，抗脆斷性能有所下降。 此外，冷加工，加載速度等對鋼材脆斷性能都有影響。此外，冷加工，加載速度等對鋼材脆斷性能都有影響。第4頁/共22頁第四頁，共23頁。二、鋼材的主要二、鋼材的主要(zhyo)性能性能 2 2、基本性能要求和指標(biāo)、基本性能要求和指標(biāo) 強(qiáng)度：比例極限強(qiáng)度：比例極限 fp fp、屈服點(diǎn)、屈服點(diǎn)fy fy

5、（條件屈服點(diǎn)（條件屈服點(diǎn)f0 .2f0 .2）、抗拉強(qiáng)度（極限強(qiáng)度）、抗拉強(qiáng)度（極限強(qiáng)度） fu fu 、屈強(qiáng)比、屈強(qiáng)比 塑性塑性(sxng)(sxng)：伸長率、面縮率：伸長率、面縮率 冷彎性能：冷彎試驗冷彎性能：冷彎試驗 韌性（度）：沖擊韌性（度）韌性（度）：沖擊韌性（度） 可焊性：施工可焊性、使用可焊性可焊性：施工可焊性、使用可焊性 耐久性：抗腐蝕能力、抗疲勞能力耐久性：抗腐蝕能力、抗疲勞能力第5頁/共22頁第五頁，共23頁。低碳鋼拉伸實驗(shyn)(shyn)曲線EPSCBDAS理想的彈- -塑性體的應(yīng)力應(yīng)變曲線第6頁/共22頁第六頁，共23頁。受壓構(gòu)件穩(wěn)定受壓構(gòu)件穩(wěn)定(wndng)

6、問題問題由于鋼材具有輕質(zhì)高強(qiáng)、塑性和韌性好的特點(diǎn)，使得鋼結(jié)構(gòu)在大跨、高層、高聳、橋梁、輕鋼等結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。對組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件來講，受拉構(gòu)件能充分發(fā)揮材料的性能；受壓構(gòu)件，由于長細(xì)比（纖細(xì)）較大，使得構(gòu)件會出現(xiàn)失穩(wěn)問題，因此穩(wěn)定問題將是鋼結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，希望同學(xué)們給予足夠的重視(zhngsh)，下面看幾個簡單的示例，以便有些感性認(rèn)識。第7頁/共22頁第七頁，共23頁。三、影響鋼材性能的主要三、影響鋼材性能的主要(zhyo)因素因素 化學(xué)成分：化學(xué)成分：FeFe，C C，SiSi，MnMn，S S（O O），），P P（N N），其它），其它 冶金過程：冶煉、澆鑄、軋制和熱處理冶

7、金過程：冶煉、澆鑄、軋制和熱處理 時效：鋼材硬化時效：鋼材硬化(ynghu)(ynghu) 溫度：高溫溫度：高溫3000C 6000C 3000C 6000C 低溫低溫 沖擊韌性的溫度轉(zhuǎn)變區(qū)沖擊韌性的溫度轉(zhuǎn)變區(qū) 應(yīng)力集中：因鋼材缺陷或制作引起的幾何改變，造成各點(diǎn)應(yīng)力集中：因鋼材缺陷或制作引起的幾何改變，造成各點(diǎn)鋼材應(yīng)力不均勻的狀況稱為應(yīng)力集中。鋼材應(yīng)力不均勻的狀況稱為應(yīng)力集中。 應(yīng)力集中系數(shù)應(yīng)力集中系數(shù) m/ 0 m/ 0 應(yīng)力集中與同號應(yīng)力場應(yīng)力集中與同號應(yīng)力場 應(yīng)力集中程度與缺陷幾何的關(guān)系應(yīng)力集中程度與缺陷幾何的關(guān)系第8頁/共22頁第八頁，共23頁?；瘜W(xué)成分對鋼材化學(xué)成分對鋼材(gngci

8、)（普通碳素鋼）性能的影響（普通碳素鋼）性能的影響 第9頁/共22頁第九頁，共23頁。四、鋼材四、鋼材(gngci)的疲勞的疲勞 疲勞破壞屬于反復(fù)荷載作用下的脆性疲勞破壞屬于反復(fù)荷載作用下的脆性(cuxng)(cuxng)破壞；破壞； 鋼材的疲勞強(qiáng)度與反復(fù)荷載引起的應(yīng)力種類（拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和復(fù)雜應(yīng)力鋼材的疲勞強(qiáng)度與反復(fù)荷載引起的應(yīng)力種類（拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和復(fù)雜應(yīng)力等）、應(yīng)力循環(huán)形式、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、應(yīng)力集中程度和殘余應(yīng)力等有著直接關(guān)系。等）、應(yīng)力循環(huán)形式、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、應(yīng)力集中程度和殘余應(yīng)力等有著直接關(guān)系。 第10頁/共22頁第十頁，共23頁。鋼材(gngci)的選擇（一）選擇鋼材

9、（一）選擇鋼材(gngci)的的原則原則1 1結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)或構(gòu)件的或構(gòu)件的重要性；重要性；第11頁/共22頁第十一頁，共23頁。2 2荷載情況（靜力荷載，動力荷載）；荷載情況（靜力荷載，動力荷載）； 靜力荷載作用下可選擇經(jīng)濟(jì)性較好的靜力荷載作用下可選擇經(jīng)濟(jì)性較好的Q235Q235鋼材。鋼材。 動力荷載作用下應(yīng)選擇綜合性能較好鋼材。動力荷載作用下應(yīng)選擇綜合性能較好鋼材。3 3連接方法（焊接連接、螺栓連接）；連接方法（焊接連接、螺栓連接）； 焊接結(jié)構(gòu)對材質(zhì)的要求嚴(yán)格，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接結(jié)構(gòu)對材質(zhì)的要求嚴(yán)格，應(yīng)嚴(yán)格控制C C、S S、P P的極的極限含量限含量(hnling)(hnl

10、ing)；非焊接結(jié)構(gòu)對；非焊接結(jié)構(gòu)對C C的要求可降低一的要求可降低一些。些。4 4結(jié)構(gòu)所處的工作條件（環(huán)境溫度，腐蝕等）；結(jié)構(gòu)所處的工作條件（環(huán)境溫度，腐蝕等）； 低溫下工作的結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇低溫脆斷性能好的鎮(zhèn)定鋼低溫下工作的結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇低溫脆斷性能好的鎮(zhèn)定鋼鋼材的厚度。鋼材的厚度。 厚度大的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)采用材質(zhì)較好的鋼材。厚度大的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)采用材質(zhì)較好的鋼材。第12頁/共22頁第十二頁，共23頁。（二）鋼材選擇(xunz)建議1 1、承重結(jié)構(gòu)的鋼材宜采用、承重結(jié)構(gòu)的鋼材宜采用Q235Q235鋼、鋼、Q345Q345鋼、鋼、Q390Q390鋼和鋼和Q420Q420鋼，其質(zhì)量應(yīng)分別符合國家標(biāo)準(zhǔn)碳素結(jié)構(gòu)鋼

11、鋼，其質(zhì)量應(yīng)分別符合國家標(biāo)準(zhǔn)碳素結(jié)構(gòu)鋼GB/T700GB/T700和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼GB/T1591GB/T1591的規(guī)定的規(guī)定(gudng)(gudng)。當(dāng)采用其他牌號的鋼材時，尚符合相應(yīng)有。當(dāng)采用其他牌號的鋼材時，尚符合相應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定(gudng)(gudng)和要求。和要求。 2 2、承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服強(qiáng)度、承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保證和硫、磷含量的合格保證(bozhng)(bozhng)，對焊接結(jié)構(gòu)尚，對焊接結(jié)構(gòu)尚具有含碳量的合格保證具有含碳量的合格保證(bozhng)(bozhng

12、)。第13頁/共22頁第十三頁，共23頁。 3 3、對于需要驗算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)具有常溫沖擊韌、對于需要驗算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證性的合格保證(bozhng)(bozhng)；當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低；當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于于00但高于但高于2020時，時，Q235Q235鋼和鋼和Q345Q345鋼應(yīng)具有鋼應(yīng)具有00沖擊沖擊韌性合格的保證韌性合格的保證(bozhng)(bozhng)； 對于對于Q390Q390鋼和鋼和Q420Q420鋼鋼應(yīng)具有應(yīng)具有2020沖擊韌性的合格保證沖擊韌性的合格保證(bozhng)(bozhng)。 當(dāng)當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于結(jié)構(gòu)工作溫度等于

13、或低于2020時，對時，對Q235Q235鋼和鋼和Q345Q345鋼鋼應(yīng)具有應(yīng)具有2020沖擊韌性的合格保證沖擊韌性的合格保證(bozhng)(bozhng)； 對對Q390Q390和和Q420Q420鋼應(yīng)具有鋼應(yīng)具有4040沖擊韌性的合格保證沖擊韌性的合格保證(bozhng)(bozhng)。 第14頁/共22頁第十四頁，共23頁。 4、對于需要驗算疲勞的非焊接結(jié)構(gòu)的鋼材亦應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格(hg)保證，當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于20時，對Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0沖擊韌性合格(hg)的保證；對Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有20沖擊韌性的合格(hg)保證。5 5、重要的受拉或受彎的焊接

14、構(gòu)件中，厚度(hud)(hud)大于等于16mm16mm的鋼材應(yīng)具有常溫沖擊韌性合格的保證。 6 6、當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)為防止鋼材的層狀撕裂而采用 Z Z 向鋼時，其材質(zhì)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)厚度方向性能鋼板(gngbn)(gngbn)GB/T5313GB/T5313的規(guī)定。 第15頁/共22頁第十五頁，共23頁。8 8、對于外露環(huán)境，且對大氣腐蝕有特殊要求的或在腐、對于外露環(huán)境，且對大氣腐蝕有特殊要求的或在腐蝕性氣態(tài)蝕性氣態(tài)(qti)(qti)和固態(tài)介質(zhì)作用下的承重結(jié)構(gòu)，宜和固態(tài)介質(zhì)作用下的承重結(jié)構(gòu)，宜采用耐候鋼，其質(zhì)量要求應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)焊接采用耐候鋼，其質(zhì)量要求應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)焊接耐候鋼耐候鋼G

15、B/T4172GB/T4172的規(guī)定。的規(guī)定。 7、鋼板的抗撕裂性能(xngnng)采用厚度方向的斷面收縮率z來評定。該標(biāo)準(zhǔn)將沿厚度方向的斷面收縮率分為三個等級，即Z15，Z25，Z35，分別對應(yīng)其允許值。第16頁/共22頁第十六頁，共23頁。三、鋼材(gngci)的規(guī)格 熱軋成型的鋼板熱軋成型的鋼板(gngbn)和型鋼，冷彎（或和型鋼，冷彎（或冷壓）成型的薄壁型鋼。冷壓）成型的薄壁型鋼。（一）熱軋（一）熱軋(r zh)鋼板鋼板（表示方法（表示方法厚度厚度寬度寬度長度長度 ）分為分為: :厚板（厚度厚板（厚度4.5-60mm)4.5-60mm)薄板薄板（厚度（厚度0.35-4mm)0.35-4

16、mm)扁鋼：扁鋼： 厚度厚度4-60mm4-60mm， 寬度寬度20-200mm20-200mm。第17頁/共22頁第十七頁，共23頁。(二）熱軋(r zh)型鋼1.1.工字鋼工字鋼2.2.槽鋼槽鋼(co (co nn) )工字鋼根據(jù)工字鋼根據(jù)(gnj)(gnj)截截面高度面高度h h及厚度分類及厚度分類a(a(或或b b、c)c)槽鋼根據(jù)截面高度槽鋼根據(jù)截面高度h h及厚及厚度分類度分類a(a(或或b b、c)c)第18頁/共22頁第十八頁，共23頁。3.3.角鋼角鋼(jio(jiogng)gng)肢寬度肢寬度肢厚度肢厚度 等肢角鋼等肢角鋼長肢寬度長肢寬度短肢寬度短肢寬度肢厚度肢厚度 不等肢

17、角鋼不等肢角鋼第19頁/共22頁第十九頁，共23頁。4.H4.H型鋼(xnggng)(xnggng)分為分為(fn wi)(fn wi)：寬翼緣寬翼緣HWHW、中翼緣、中翼緣HMHM、窄翼緣、窄翼緣HNHNbht1t2表示方法：表示方法：H高度高度寬度寬度腹板厚度腹板厚度翼緣厚度翼緣厚度如：如： Hh hb bt t1 1t t2 25.5.鋼管(gnggu(gnggun)n)tD表示方法：表示方法：外徑外徑壁厚壁厚分為無縫管和焊接管分為無縫管和焊接管第20頁/共22頁第二十頁，共23頁。（三）冷彎薄壁型鋼(xnggng)壁厚壁厚1.55mm壓型鋼壓型鋼(xnggng)板板壁厚壁厚0.41.5mm第21頁/共22頁第二十一頁，共23頁。謝謝您的觀