第2章 建筑鋼材及性能

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程第二章建筑鋼材及其性能土木工程專業(yè)本科

CompanyLogo鋼結(jié)構(gòu)用材的要求鋼材的主要性能影響鋼材性能的因素**2建筑鋼材及其性能**2.1鋼結(jié)構(gòu)用料的要求鋼結(jié)構(gòu)的鋼材的性能：1、較高的強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度fu和屈服強(qiáng)度fy；2、足夠的變形能力：較高的塑性和韌性；3、良好的工藝性能：冷加工、熱加工和焊接性能；4、對(duì)環(huán)境的良好使用。鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范：承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(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；對(duì)焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)具有碳含量的合格保證；焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材還應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格保證；對(duì)需要驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)用鋼材，根據(jù)具體情況應(yīng)具有常溫或負(fù)溫沖擊韌性的合格保證。2.1鋼結(jié)構(gòu)用料的要求破壞形式特征斷口后果塑性破壞構(gòu)件應(yīng)力超過屈服點(diǎn)，并且達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度后，構(gòu)件產(chǎn)生明顯的變形并斷裂。斷裂時(shí)斷口與作用力方向呈45°，呈纖維狀，色澤發(fā)暗在破壞前有很明顯的變形，并有較長的變形持續(xù)時(shí)間，便于發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救。脆性破壞在破壞前無明顯變形，平均應(yīng)力也?。ㄒ话愣夹∮谇c(diǎn)），沒有任何預(yù)兆。斷口平直并呈有光澤的晶粒狀。突然發(fā)生的，危險(xiǎn)性大，應(yīng)盡量避免。2.2鋼材的破壞形式2.3鋼材的主要性能

按GB將鋼材加工成標(biāo)準(zhǔn)試件，在20℃的條件下做拉伸試驗(yàn)，緩慢加載，一次完成，得到應(yīng)力變形曲線；含碳量為0.1%－0.3%標(biāo)準(zhǔn)試件：Lo/d=5或10；Lo--標(biāo)距；d--直徑OBCDAGH有明顯屈服點(diǎn)鋼材的σ-ε曲線2.3鋼材的主要性能

可劃分為以下五個(gè)階段：

(1)彈性階段(OB段)OA段材料處于純彈性，即:AB段有一定的塑性變形,但整個(gè)OB段卸載時(shí)

ε=0彈性模量：E=2.06×105N/mm2其中，A點(diǎn)應(yīng)力fp稱為比例極限。2.3鋼材的主要性能2.3鋼材的主要性能(2)彈塑性階段（BC段)

該段很短，表現(xiàn)出鋼材的非彈性性質(zhì)，即卸荷留下永久的殘余變形。(3)塑性階段（CD段)

該段σ基本保持不變（水平),ε急劇增大,稱為屈服臺(tái)階。變形模量E=0。

該段應(yīng)力最高點(diǎn)和最低點(diǎn)分別稱為上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)，下屈服點(diǎn)比較穩(wěn)定，設(shè)計(jì)中則以下屈服點(diǎn)為依據(jù)。2.3鋼材的主要性能（4）強(qiáng)化階段(DG段)當(dāng)應(yīng)力達(dá)到G點(diǎn)時(shí)，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，至H點(diǎn)而斷裂。隨荷載的增加σ緩慢增大,但ε增加較快。曲線最高點(diǎn)處G點(diǎn)的應(yīng)力fu稱為抗拉強(qiáng)度或極限強(qiáng)度。（5）頸縮破壞階段(GH段)2.3鋼材的主要性能無明顯屈服點(diǎn)的鋼材高強(qiáng)度鋼材在拉伸過程中沒有明顯的屈服臺(tái)階，塑性變形小，設(shè)計(jì)中不宜利用它的塑性。設(shè)計(jì)時(shí)取相當(dāng)于殘余變形為0.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為屈服點(diǎn)—稱為條件屈服點(diǎn)或名義屈服點(diǎn)fy=f0.20.2%fuεp2.3鋼材的主要性能應(yīng)力應(yīng)變曲線的簡化設(shè)計(jì)時(shí)將鋼材簡化為理想彈塑性體鋼材在靜載作用下：強(qiáng)度計(jì)算以fy為依據(jù)，fu為結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備。ε22.5%--3%fy

ε10.15%εσ2.3鋼材的主要性能單向拉伸時(shí)鋼材的機(jī)械性能指標(biāo)（1）屈服點(diǎn)fy—應(yīng)力應(yīng)變曲線開始產(chǎn)生塑性流動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，它是衡量鋼材的承載能力和確定鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的重要指標(biāo)。（2）抗拉強(qiáng)度fu—應(yīng)力應(yīng)變曲線最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力,它是鋼材最大的抗拉強(qiáng)度。2.3鋼材的主要性能伸長率當(dāng)lo/d=5時(shí)，用δ5表示當(dāng)l0/d=10時(shí)，用δ10表示（δ5＞δ10）實(shí)際工程中以伸長率代表材料斷裂前具有的塑性變形能力。鋼材的塑性是指：當(dāng)應(yīng)力超過屈服點(diǎn)后，鋼材能產(chǎn)生顯著的殘余變形（塑性變形）而不立即斷裂的性質(zhì)。試件斷裂時(shí)的絕對(duì)變形值與原標(biāo)距長度的百分比，用δ表示。2.3鋼材的主要性能斷面收縮率是指試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積縮小值與原斷面面積比值的百分比，用表示。式中：

A0—試件原來的斷面面積

A1—試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積

2.3鋼材的主要性能采用短試件l0/d=3，屈服點(diǎn)同單向拉伸時(shí)的屈服點(diǎn)。受壓時(shí)的性能受剪時(shí)的性能抗剪強(qiáng)度可由折算應(yīng)力計(jì)算公式得到：2.3鋼材的主要性能冷彎性能

冷彎性能是判別鋼材塑性變形能力和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)鑒定合格指標(biāo)：通過冷彎沖頭加壓，當(dāng)試件彎曲至180°時(shí)，檢察試件彎曲部分的外面、里面和側(cè)面，如果沒有裂紋、斷裂或分層，即認(rèn)為試件冷彎性能合格。

焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材必須有冷彎性能的合格保證。沖擊韌性沖擊韌性——鋼材在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。用斷裂時(shí)吸收的總能量（彈性和非彈性能）來表示。韌性指標(biāo)用沖擊韌性值表示，沖擊韌性也叫沖擊功，用符號(hào)Wkv或Cv表示，單位為J。

沖擊韌性由沖擊韌性試驗(yàn)確定。2.3鋼材的主要性能影響沖擊韌性的因素：沖擊韌性與試件刻槽有關(guān)，常用缺口形式為夏氏V型和梅氏U型，近年來，我國沖擊試驗(yàn)已用夏氏V型代替梅氏U型。沖擊韌性還與試驗(yàn)的溫度有關(guān)。根據(jù)溫度不同，我國鋼材標(biāo)準(zhǔn)中將試驗(yàn)分為四檔，即+20℃,0℃，-20℃和-40℃時(shí)的沖擊韌性。溫度越低，沖擊韌性越低。2.3鋼材的主要性能1.化學(xué)成分

2.冶金缺陷3.鋼材硬化1.了解影響鋼材性能的主要因素2.了解防止脆性斷裂破壞的方法4.溫度影響

5.應(yīng)力集中6.荷載的影響2.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響化學(xué)成分

普通碳素鋼中Fe占99%，C和其他元素僅占1%，但對(duì)鋼材力學(xué)性能有著決定性的影響。普通低合金鋼中，合金元素小于5%。

(1)碳（C）：鋼材強(qiáng)度的主要來源，隨其含量增加，強(qiáng)度增加，塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度降低，同時(shí)惡化鋼的焊接性能和抗腐蝕性。鋼結(jié)構(gòu)用鋼中，碳含量一般控制在0.22%以下，當(dāng)其含量在0.2％以下時(shí)，可焊性良好。2.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響含碳量對(duì)σ-ε關(guān)系的影響σ0%TC<0.1%C>0.3%2.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響

(2)硫（S）：有害元素，熱脆性。不得超過0.05%。(3)磷（P）：有害元素，冷脆性?？垢g能力略有提高，可焊性降低。不得超過0.045%。

(4)錳（Mn）：合金元素,弱脫氧劑。與S形成MnS,熔點(diǎn)1600℃,可以消除一部分S的有害作用。(5)硅（Si）：合金元素。強(qiáng)脫氧劑。

2.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響

(6)釩（V）：合金元素。細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，其碳化物具有高溫穩(wěn)定性，適用于受荷較大的焊接結(jié)構(gòu)。

(7)氧（O）：有害雜質(zhì)，與S相似（熱脆）。(8)氮（N）：有害雜質(zhì)，與P相似（冷脆）。(9)銅（Cu）：提高抗銹蝕性，提高強(qiáng)度，對(duì)可焊性有影響。

2.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響冶金缺陷常見的冶金缺陷有：偏析：鋼中化學(xué)成分不一致和不均勻性稱為偏析。主要是硫和磷的偏析，使鋼材的塑性、韌性及可焊性變壞。非金屬夾雜：常見的夾雜物為硫化物和氧化物。硫化物使鋼材在800～1200℃高溫下變脆，氧化物會(huì)降低鋼材的力學(xué)性能和工藝性能。氣孔：澆注時(shí)由FeO與C作用所生成的CO氣體不能充分逸出而留在鋼錠內(nèi)形成的。裂紋：鋼材中已出現(xiàn)的局部破壞分層：指沿厚度方向形成層間并不相互脫離的分層。分層處易被銹蝕,且分層使鋼材性能變差。2.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響鋼材硬化

冷作硬化

在冷加工或一次加載使鋼材產(chǎn)生較大的塑性變形的情況下，卸載后再重新加載，鋼材的屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象。

時(shí)效硬化

隨著時(shí)間的增加，純鐵體中有一些數(shù)量極少的碳和氮的固熔物質(zhì)析出，使鋼材的屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度提高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象。

應(yīng)變時(shí)效硬化鋼材產(chǎn)生一定數(shù)量的塑性變形后，鐵素體晶體中的固溶碳和氮更容易析出，從而使已經(jīng)冷作硬化的鋼材又發(fā)生時(shí)效硬化現(xiàn)象。2.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響硬化對(duì)鋼材性能的影響σ0ε冷作硬化時(shí)效硬化冷作硬化后的塑性區(qū)243

1fyfpε冷加工及時(shí)效冷加工及時(shí)效后的塑性區(qū)fyσ02.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響

注意:不管哪一種硬化，都要降低鋼材的塑性和韌性，對(duì)鋼材不利。因此鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一般不利用硬化后提高的強(qiáng)度，而且對(duì)于直接承受動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)還應(yīng)設(shè)法消除硬化的影響。

eg:經(jīng)過剪切機(jī)剪切的鋼板，為了消除剪切邊緣的冷作硬化，可采用火焰燒烤使之“退火”或?qū)⑦吘壟偃?～5mm。2.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響溫度影響溫度對(duì)鋼材機(jī)械性能的影響8006004002000N/mm2Efuδfy20040060020406080δ%220210200190180170160Ex103N/mm2t(0C)2.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響正溫范圍

200℃以內(nèi)對(duì)鋼材性能無大影響，該范圍內(nèi)隨溫度升高總的趨勢是強(qiáng)度、彈性模量降低，塑性增大。

250℃左右抗拉強(qiáng)度略有提高，塑性降低，脆性增加—藍(lán)脆現(xiàn)象，該溫度區(qū)段稱為“藍(lán)脆區(qū)”。260～320℃產(chǎn)生徐變現(xiàn)象。600℃左右彈性模量趨于零，承載能力幾乎完全喪失。2.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響當(dāng)溫度低于常溫時(shí)，鋼材的脆性傾向隨溫度降低而增加，材料強(qiáng)度略有提高，但其塑性和韌性降低，該現(xiàn)象稱為低溫冷脆。負(fù)溫范圍脆性破壞轉(zhuǎn)變過渡區(qū)段塑性破壞反彎點(diǎn)試驗(yàn)溫度T0C沖擊斷裂功CvT1T2T0沖擊韌性與溫度的關(guān)系曲線2.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響應(yīng)力集中應(yīng)力集中的概念

在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中不可避免的存在著孔洞、槽口、凹角、裂縫、厚度變化、形狀變化和內(nèi)部缺陷等，此時(shí)截面中的應(yīng)力分布不再保持均勻，而是在一些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，形成所謂應(yīng)力集中現(xiàn)象。

孔洞及槽孔處的應(yīng)力集中現(xiàn)象yzσyσxσzxσxσyσ0σ011σxσyσ0σ0112.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響應(yīng)力集中的影響可以看出截面槽口改變愈急劇，應(yīng)力集中現(xiàn)象愈厲害，其抗拉強(qiáng)度愈高，但塑性愈差，脆性破壞的傾向愈大。1020300.425100ε%σ(N/mm2)①①②②③③④④φ10測距100φ10φ100600700500400300200100應(yīng)力集中對(duì)σ-ε曲線關(guān)系的影響2.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響荷載的影響加荷速度的影響

加荷速度過快，構(gòu)件來不及變形，得到的屈服點(diǎn)也高，且呈脆性。特別在低溫時(shí)對(duì)鋼材性能的影響要比常溫下大得多。因此，試驗(yàn)時(shí)需規(guī)定加載速度。循環(huán)荷載的影響

鋼材在直接的連續(xù)反復(fù)的動(dòng)力荷載作用下，損傷會(huì)逐漸累積，缺陷會(huì)發(fā)展成微觀裂紋，繼而發(fā)展到宏觀裂紋，截面削弱到一定程度而突然破壞（這種現(xiàn)象叫疲勞破壞）。2.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響防止脆性斷裂的方法

(1)合理選擇鋼材溫度——冷脆轉(zhuǎn)變溫度低厚度——薄

(2)合理設(shè)計(jì)考慮材料的斷裂韌性水平、最低工作溫度、荷載特征、應(yīng)力集中等因素后，再選擇合理的結(jié)構(gòu)型式，尤其是合理的構(gòu)造細(xì)節(jié)十分重要。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求使缺陷引起的應(yīng)力集中減少到最低限度，盡量保證結(jié)構(gòu)的幾何連續(xù)性和剛度的連貫性。2.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響

(3)合理制作和安裝冷加工——栓孔鉆、擴(kuò)焊接——合理工藝、參數(shù)，減小焊接殘余應(yīng)力，如厚鋼板，焊前預(yù)熱，焊后保溫安裝——減小裝配殘余應(yīng)力

(4)合理使用及維修措施——避免突然荷載2.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響疲勞破壞特征

1.概念

鋼材在連續(xù)反復(fù)荷載的作用，當(dāng)應(yīng)力低于抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)度時(shí)發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞。

2.疲勞破壞的機(jī)理疲勞破壞是積累損傷的結(jié)果。破壞過程：缺陷→微觀裂紋→宏觀裂紋→斷裂。

3.疲勞破壞與脆性破壞比較2.5鋼材的疲勞破壞相同點(diǎn)：突然斷裂，斷裂時(shí)名義應(yīng)力都低于屈服點(diǎn)不同點(diǎn)之一：

疲勞破壞裂紋擴(kuò)展穩(wěn)定，緩慢，多次反復(fù)加載脆性破壞裂紋擴(kuò)展不穩(wěn)定，迅速，一次加載就可能破壞不同點(diǎn)之二：疲勞破壞斷口分為疲勞區(qū)和瞬斷區(qū)（疲勞區(qū)記載了裂縫擴(kuò)展和閉合的過程，顏色發(fā)暗，表面有較清楚的疲好紋理，呈沙灘狀或波紋狀。）脆性破壞閃光的晶粒狀2.5鋼材的疲勞破壞影響疲勞破壞的主要因素

構(gòu)造細(xì)節(jié)——應(yīng)力集中程度和殘余應(yīng)力大小

荷載循環(huán)次數(shù)＞5×104次，驗(yàn)算疲勞

荷載引起的循環(huán)應(yīng)力特征應(yīng)力幅（焊接結(jié)構(gòu)）應(yīng)力比（非焊接結(jié)構(gòu)）注意：與鋼材的靜力強(qiáng)度和最大應(yīng)力無明顯關(guān)系不出現(xiàn)拉應(yīng)力，不會(huì)發(fā)生疲勞破壞。2.5鋼材的疲勞破壞幾個(gè)概念

循環(huán)荷載——結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受的隨時(shí)間變化的荷載。應(yīng)力循環(huán)——構(gòu)件截面應(yīng)力隨時(shí)間的變化。

應(yīng)力循環(huán)次數(shù)——結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞時(shí)所經(jīng)歷的應(yīng)力變化次數(shù)。應(yīng)力比——循環(huán)應(yīng)力中絕對(duì)值最小的峰值應(yīng)力σmin與絕對(duì)值最大的峰值應(yīng)力σmax之比。ρ=σmin

/σmax(拉應(yīng)力取正號(hào)而壓應(yīng)力取負(fù)號(hào))2.5鋼材的疲勞破壞

應(yīng)力幅Δσ——在循環(huán)荷載作用下，應(yīng)力從最大到最小重復(fù)一次為一次循環(huán)，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之差為應(yīng)力幅:

Δσ=σmax-σmin為常量常幅循環(huán)：為變量變幅循環(huán)：此處σmax為最大拉應(yīng)力，取正值，σmin為最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力。（拉應(yīng)力取正號(hào)而壓應(yīng)力取負(fù)號(hào)）+σ-σt2.5鋼材的疲勞破壞

循環(huán)應(yīng)力譜完全對(duì)稱循環(huán)σr=fy△σ△σtρ=σmin/σmax=

-1σminσmax+σ-σ0脈沖循環(huán)σr=fy△σ△σtρ=σmin/σmax=0+σ-σ02.5鋼材的疲勞破壞

循環(huán)應(yīng)力譜+σ-σ不完全對(duì)稱循環(huán)二σr=fy△σ△σt0＞ρ=σmin/σmax＞

-1σminσmax0不完全對(duì)稱循環(huán)一σr=fy△σ△σt0＞ρ=σmin/σmax＞

-1σminσmax+σ-σ02.5鋼材的疲勞破壞常幅疲勞當(dāng)應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅保持常量時(shí)，稱為常幅疲勞。

對(duì)焊接結(jié)構(gòu)：σr=fy△σ△σtρ=σmin/σmax=-1σminσmax+σ-σ02.5鋼材的疲勞破壞可以看出，由于焊接殘余應(yīng)力焊縫附近主體金屬的最大應(yīng)力已達(dá)fy，因此，有應(yīng)力增大時(shí)保持fy不變應(yīng)力減小時(shí)從名義應(yīng)力比真實(shí)應(yīng)力比2.5鋼材的疲勞破壞

應(yīng)力幅對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有很大影響，而與名義最大應(yīng)力σmax和應(yīng)力比ρ無關(guān)。

可見，只要△σ為常數(shù)，不管名義ρ為何值，真實(shí)ρ也為常數(shù)，因此：1.容許應(yīng)力幅[Δσ]

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以繪出構(gòu)件或連接的應(yīng)力幅Δσ與相應(yīng)的致?lián)p循環(huán)次數(shù)N的關(guān)系曲線，按試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸的Δσ-N曲線為平均曲線(圖a)，取對(duì)數(shù)坐標(biāo)(圖b)。2.5鋼材的疲勞破壞圖2.6.8Δσ-N曲線(a)0N2S2S(b)0N=5×104N=5X106............b12.5鋼材的疲勞破壞考慮試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性,取平均值減去2倍lgN的標(biāo)準(zhǔn)差s作為疲勞強(qiáng)度下限，當(dāng)lgΔσ為正態(tài)分布時(shí),保證率為97.7%。

則對(duì)應(yīng)疲勞壽命n的容許應(yīng)力幅可由直線斜截式方程求出：（y=kx+b）取系數(shù)：lgC是延長直線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)是直線的斜率2.5鋼材的疲勞破壞2.5鋼材的疲勞破壞此時(shí)的Δσ即為容許應(yīng)力幅：式中：系數(shù)β、C—為不同構(gòu)件和連接類別的試驗(yàn)參數(shù)，稱疲勞特征參數(shù)。2.5鋼材的疲勞破壞常幅疲勞驗(yàn)算式中：Δσ—計(jì)算部位的應(yīng)力幅對(duì)于焊接結(jié)構(gòu):Δσ=σmax-σmin對(duì)于非焊接結(jié)構(gòu)：Δσ=σmax-0.7σmin(折算應(yīng)力幅）σmax、σmin

—計(jì)算部位每次應(yīng)力循環(huán)中的最大拉應(yīng)力和最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力（壓應(yīng)力取負(fù)值）。[Δσ]—常幅疲勞的容許應(yīng)力幅2.5鋼材的疲勞破壞驗(yàn)算公式的幾點(diǎn)補(bǔ)充說明

（1）計(jì)算時(shí)用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。（2）由于來源于試驗(yàn)，已考慮動(dòng)力效應(yīng)，計(jì)算時(shí)不再考慮動(dòng)力系數(shù)。（3）公式同樣適用剪應(yīng)力情況驗(yàn)算。（4）針對(duì)不同構(gòu)造和受力特點(diǎn)的鋼結(jié)構(gòu)和連接（應(yīng)力集中和殘余應(yīng)力分布程度不同）,GB50017-2003把各種不同的構(gòu)造劃分為8個(gè)類別，給出了8個(gè)類別的C、β值。2.5鋼材的疲勞破壞參數(shù)Ｃ和β的取值33333344β0.410.650.961.472.183.268611940Ｃ×101287654321構(gòu)件和連接類別疲勞容許應(yīng)力幅[]與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n的關(guān)系曲線123456784003002001008060105234567891062×1065×106107n[△σ]/（N/mm2）2.5鋼材的疲勞破壞

編號(hào)越大，其應(yīng)力集中、殘余應(yīng)力情況越嚴(yán)重，其C值越小，容許應(yīng)力幅[Δσ]越小。

（5）鋼材種類不同，靜力強(qiáng)度差別較大，而公式中[Δσ]無差別。

試驗(yàn)表明：對(duì)目前常用的構(gòu)件和連接，疲勞強(qiáng)度一般與所用鋼材的屈服強(qiáng)度無關(guān)。

所以，不能通過提高鋼材屈服強(qiáng)度來提高抗疲勞能力。2.5鋼材的疲勞破壞

（6）對(duì)非焊接結(jié)構(gòu)，殘余應(yīng)力影響較小，疲勞壽命主要與最大應(yīng)力、應(yīng)力比有關(guān)，但為統(tǒng)一采用一種驗(yàn)算公式，引入了折算應(yīng)力幅概念。

（7）完全壓應(yīng)力狀態(tài)不驗(yàn)算疲勞。規(guī)范規(guī)定：在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力部位可不計(jì)算疲勞。2.3鋼材的主要性能變幅疲勞

——當(dāng)應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅隨機(jī)變化時(shí)為變幅疲勞。Δσi-1Δσ2Δσ1Δσiσt變幅荷載循環(huán)2.3鋼材的主要性能

按用途鋼可分為：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊鋼。按冶煉方法，鋼可分為轉(zhuǎn)爐、平爐和電爐。按照脫氧方法和程度的不同，可分為沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。按化學(xué)成分，鋼又可分為碳素鋼和低合金鋼。

1.碳素結(jié)構(gòu)鋼

命名方式:由四部分組成，依次是屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)和脫氧方法符號(hào)，如:Q235-A·F。2.6鋼材的種類說明：（1）質(zhì)量等級(jí)符號(hào)A、B、C、D是根據(jù)鋼材的化學(xué)成分和沖擊韌性不同共化分為4個(gè)等級(jí)。

Q235--質(zhì)量等級(jí)（A、B、C、D）脫氧方法（F、Z、b、Tz）

A—保證fu、fy、δ，P、S含量

B—保證fu,fy,δ,冷彎，常溫時(shí)Cv，P，S，C含量；

C—保證fu,fy,δ,冷彎，0oC時(shí)Cv，P，S，C含量;D—保證fu,fy,δ,冷彎，-20oC時(shí)Cv，P，S，C含量;2.6鋼材的種類

（2）脫氧方法符號(hào)也有四種，F(xiàn)代表沸騰鋼，b代表半鎮(zhèn)靜鋼，Z代表鎮(zhèn)靜鋼，TZ代表特種鎮(zhèn)靜鋼，在具體標(biāo)注時(shí)Z和TZ可以省略。

（3）規(guī)范GB50017將Q235牌號(hào)的鋼材選為承重結(jié)構(gòu)用鋼。其化學(xué)成分和脫氧方法、拉伸和沖擊試驗(yàn)以及冷彎試驗(yàn)結(jié)果均應(yīng)符合規(guī)范GB/T700-2006的要求。2.6鋼材的種類2.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在鋼的冶煉過程中適量添加幾種合金元素（合金元素總量不超過5%）,使鋼的強(qiáng)度明顯提高。

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)命名與碳素結(jié)構(gòu)鋼相似,只是質(zhì)量等級(jí)分為A、B、C、D、E五等（其中E主要是要求-40℃的沖擊韌性）,低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼采用的脫氧方法均為鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼,故可不加脫氧方法的符號(hào)。2.6鋼材的種類

根據(jù)鋼材厚度（直徑）≤16mm時(shí)的屈服點(diǎn)不同，分為Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等，其中Q345、Q390和Q420鋼材都有較高的強(qiáng)度和較好的塑性、韌性和焊接性能，是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范推薦采用的鋼種。2.6鋼材的種類鋼材的選擇1.選擇鋼材的一般原則

（1）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性

（2）荷載情況靜力荷載作用下可選擇經(jīng)濟(jì)性較好的Q235鋼材；動(dòng)力荷載作用下應(yīng)選擇綜合性能較好鋼材。（3）連接方法（焊接連接、螺栓連接）焊接結(jié)構(gòu)對(duì)材質(zhì)的要求嚴(yán)格，應(yīng)嚴(yán)格控制C、S、P的極限含量；非焊接結(jié)構(gòu)對(duì)C的要求可降低一些。2.7鋼材的選擇

（4）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。（5）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。2.鋼材選擇的注意事項(xiàng)

（1）承重結(jié)構(gòu)的鋼材宜采用Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼和Q420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/T700和《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591的規(guī)定。2.7鋼材的選擇

（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)度和硫、磷含量的合格保證，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)尚具有含碳量的合格保證。（3）對(duì)于需要驗(yàn)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；當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于0℃但高于－20℃時(shí)，Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0℃沖擊韌性合格的保證；對(duì)于Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有－20℃沖擊韌性的合格保證。2.7鋼材的選擇

當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于－20℃時(shí)，對(duì)Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有－20℃沖擊韌性的合格保證；對(duì)Q390和Q420鋼應(yīng)具有－40℃沖擊韌性的合格保證。

（4）對(duì)于需要驗(yàn)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保證，當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于－20℃時(shí)，對(duì)Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0℃沖擊韌性合格的保證；對(duì)Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有－20℃沖擊韌性的