鋼結(jié)構(gòu)的材料

鋼結(jié)構(gòu)的材料第二章大綱要求:1.了解鋼結(jié)構(gòu)的破壞形式；2.掌握結(jié)構(gòu)用鋼材的主要性能及其主要機(jī)械性能指標(biāo)；3.掌握影響鋼材性能的主要因素;4.了解結(jié)構(gòu)用鋼材的種類、牌號(hào)、規(guī)格；5.了解鋼材選擇的依據(jù)，做到正確選擇鋼材；6.掌握鋼材疲勞的概念和疲勞計(jì)算方法。1.較高的強(qiáng)度；2.較好的塑性、韌性；3.良好的加工性能；4.對(duì)環(huán)境的良好適應(yīng)性?！?.1鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求§2.3鋼材的主要力學(xué)性能（一）強(qiáng)度

標(biāo)準(zhǔn)試件（GB228—63），常溫（±20℃）條件下做拉伸試驗(yàn)，緩慢加載，得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線。工作特性分為4個(gè)階段：彈性階段彈塑性階段塑性階段強(qiáng)化階段—單軸拉伸試驗(yàn)包括：強(qiáng)度、塑性、韌性、冷彎性能等。彈性階段（OA）：

0~fp（比例極限）彈性模量：

σ—ε線性關(guān)系，變形小，卸載后變形能恢復(fù)。彈性模量E由:2.06×105→0彈塑性階段（AB）

：fp-fy（屈服點(diǎn)）塑性階段（塑流階段）：

B-C屈服平臺(tái)，σ不變，ε不斷增長(zhǎng)。強(qiáng)化階段（自強(qiáng)階段）：

鋼材恢復(fù)承載能力，當(dāng)σ→fu時(shí)，發(fā)生頸縮現(xiàn)象而破壞為塑性破壞。fu

(抗拉強(qiáng)度)：衡量經(jīng)巨量變形后的抗拉能力；fy（屈服強(qiáng)度）：衡量結(jié)構(gòu)承載能力的指標(biāo)；均為鋼材的靜力強(qiáng)度指標(biāo)。注意：fy是材料的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，非設(shè)計(jì)強(qiáng)度，通過分析：①鋼材的工作性能可以看出理想彈性—塑性體，以fy作彈性、塑性工作的分界點(diǎn)，如此就可用彈性理論進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。式中：：材料抗力分項(xiàng)系數(shù)。fyεσ②以fy作彈性設(shè)計(jì)時(shí)的強(qiáng)度指標(biāo)依據(jù)：a.以fy作彈性、塑性工作的分界點(diǎn)，屈服后，ε＝（2～3）％，易察覺；若ε過大，產(chǎn)生的變形過大，不允許。

b.從fy～fu，塑性工作區(qū)很大，有足夠的變形保證截面上的應(yīng)力不超過

fu，fy～fu作為強(qiáng)度儲(chǔ)備。fy/fu：屈強(qiáng)比受壓、受剪、受彎時(shí)的σ～ε關(guān)系如何？？？受壓、受剪、受彎時(shí)的σ～ε關(guān)系基本同受拉，受壓、受彎的強(qiáng)度指標(biāo)取受拉時(shí)的數(shù)值，受剪的強(qiáng)度指標(biāo)fyv(或τy)=0.58fy鋼材屈服點(diǎn)fy

的高低和鋼材晶粒的粗細(xì)有關(guān)，軋制次數(shù)多，鋼材就薄，晶粒細(xì)，材質(zhì)好，屈服點(diǎn)就高。由此可以得出，相同種類不同厚度的鋼材，設(shè)計(jì)強(qiáng)度是不一樣的。據(jù)此，?規(guī)范?將不同厚度的鋼材分組，不同組取不同的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。牌號(hào)厚度或直徑/mm抗拉、抗壓和抗彎f抗剪fv端面承壓（刨平頂緊fceQ235≤16215125325>16~40205120>40~60200115>60~100190110鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值N/mm2有屈服點(diǎn)的鋼材無屈服點(diǎn)的鋼材，如熱處理低合金鋼，如何確定屈服點(diǎn)？？？

以卸載后殘余應(yīng)變?yōu)?.2％時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為屈服點(diǎn)。以σ0.2表示，又稱為條件屈服點(diǎn)。fu0.2%σ0.2通過單向拉伸試驗(yàn)，得到三個(gè)機(jī)械性能指標(biāo)fu、fy、δ：試件的標(biāo)距長(zhǎng)度：拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度δ（伸長(zhǎng)率）：衡量塑性變形能力的指標(biāo)。（二）塑性

衡量塑性變形能力的另一指標(biāo)：ψ（截面收縮率）。（三）沖擊韌性

衡量鋼材承受動(dòng)荷作用時(shí)抵抗脆性破壞的指標(biāo)就是沖擊韌性。韌性是鋼材在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力，吸收能量多，韌性好。確定沖擊韌性的方法就是沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)采用夏比V型缺口試件。Q235鋼AKV≥27J(20℃、0℃、-20℃)Q345鋼AKV≥34J(20℃、0℃、-20℃)Q390鋼AKV≥27J(-40℃)實(shí)際結(jié)構(gòu)中，脆斷總是發(fā)生在缺口應(yīng)力集中處，因?yàn)樵撎幋嬖谕?hào)拉應(yīng)力場(chǎng)，使塑性變形受到限制。（四）冷彎性能

更嚴(yán)格的衡量塑性變形能力的指標(biāo)，通過冷彎試驗(yàn)確定。

冷彎試驗(yàn)是按材料的原有厚度經(jīng)表面加工成板狀，作180°冷彎，以彎曲處的外面、側(cè)面不起層、不開裂為合格。不同厚度的鋼材，d不同。add+2.1a注意：焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材必須具有冷彎性能的合格保證。

(五)、鋼材的焊接性能鋼材的焊接性能受含碳量和合金元素含量的影響。碳素鋼：當(dāng)0.12％<C<0.20%時(shí)，焊接性能好，含碳量超過上述范圍，焊縫和熱影響區(qū)容易變脆。低合金鋼：焊接性能用碳當(dāng)量CE

來衡量，式中化學(xué)符號(hào)表示該化學(xué)元素含量的百分?jǐn)?shù)。CE≤0.38％時(shí)，焊接性能好，可直接施焊；0.38％<CE<0.45%時(shí)，施焊前預(yù)熱，控制焊接工藝；CE≥0.45％時(shí)，嚴(yán)格控制焊接工藝和預(yù)熱溫度。

通常采用可焊性試驗(yàn)的方法來檢驗(yàn)鋼材的焊接性能，從而制定重要結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的焊接制度和工藝。厚度40mm以上鋼板，受力時(shí)可能會(huì)發(fā)生層狀撕裂，故應(yīng)滿足Z向收縮率要求。Z向收縮率用ΨZ表示:A0：原橫截面面積A1：拉斷時(shí)，斷口處橫截面面積Z15相應(yīng)的ψZ＝15％Z15鋼Z25相應(yīng)的ψZ＝25％Z25鋼Z35相應(yīng)的ψZ＝35％Z35鋼（六）鋼材Z向收縮率——厚度方向斷面收縮率薄鋼板軋制時(shí)，壓縮量大，質(zhì)量好，不易出現(xiàn)層狀撕裂，故無此要求?！?.3影響鋼材力學(xué)性能的主要因素1938~1950年，在-14℃左右的冬季條件下，比利時(shí)共有14座大橋斷裂。1954年11月，英國制造的32000t油船—世界協(xié)和號(hào)，在海浪4.5~6m高的大海中航行時(shí)，船底斷裂。事故原因？？？一、化學(xué)成分C

:鐵以外最重要的元素，C>0.3%或C<0.1%時(shí)，鋼材無明顯屈服點(diǎn)。

C↑→強(qiáng)度↑、塑性↓、沖擊韌性↓、焊接性能↓脆性↑、低溫脆斷危險(xiǎn)↑。鋼結(jié)構(gòu)采用低碳鋼，C<0.22%，焊接結(jié)構(gòu)C<0.2%S:有害元素，800℃~1000℃時(shí)，硫化鐵熔化使鋼材變脆，因此熱加工或焊接時(shí)，有可能引起熱裂紋，稱為“熱脆”。

S↑→沖擊韌性↓、焊接性能↓疲勞強(qiáng)度↓所以，S≤0.045%（Q235以上鋼材）

S≤0.05%（Q235鋼材）Mn

:有益元素，弱脫氧劑。提高強(qiáng)度，不過多降低塑性和韌性，消除熱脆，改善冷脆；Mn過多，降低焊接性能。P:提高強(qiáng)度和抗銹蝕能力，嚴(yán)重降低塑性、韌性、焊接性能。所以，P<0.04%（Q235以上鋼材）

P<0.045%（Q235鋼材）Si

:強(qiáng)脫氧劑。Si≤0.2%時(shí)，提高強(qiáng)度，而不顯著影響塑性、韌性、冷彎性能和焊接性能；Si含量達(dá)1%

，則不然。V:提高強(qiáng)度、抗銹蝕能力，不顯著降低塑性。N、O

:有害元素，O→熱脆，N→冷脆。二、冶金缺陷缺陷有：偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋、分層等

偏析：化學(xué)雜質(zhì)元素分布的不均勻性，主要的偏析是S、P的偏析，偏析→塑性↓、韌性↓、焊接性能↓、疲勞強(qiáng)度↓。非金屬夾雜：鋼材中含有氧化物、硫化物，使鋼材變脆,降低機(jī)械性能和工藝性能。

氣孔：CO氣體沒有逸出形成。

三、鋼材的硬化1:鋼材中，C、N的固溶物存在于存鐵體的結(jié)晶體中，隨時(shí)間增長(zhǎng)，它們析出，存在于晶粒之間的間層中，對(duì)純鐵體的塑性變形起到抑制作用，使鋼材的強(qiáng)度上升，塑性降低，此種現(xiàn)象稱“時(shí)效硬化”。加熱使此過程迅速完成，稱“人工時(shí)效”。鋼材經(jīng)冷作硬化后又發(fā)生時(shí)效硬化，稱“應(yīng)變時(shí)效”時(shí)效硬化(人工時(shí)效)與冷作硬化的區(qū)別：相同點(diǎn)：擴(kuò)大了彈性工作范圍，減少了塑性。不同點(diǎn)：前者在擴(kuò)大彈性范圍的同時(shí)，還提高了抗拉強(qiáng)度，而后者沒有提高抗拉強(qiáng)度冷作硬化通常是在經(jīng)過冷加工后產(chǎn)生的，冷加工區(qū)域的邊緣會(huì)產(chǎn)生冷作硬化，成為產(chǎn)生裂縫的根源。冷加工：在常溫或低于再結(jié)晶溫度的情況下，通過機(jī)械的力量使鋼材產(chǎn)生所需要的永久塑性變形，獲得需要的薄板或型鋼的工藝。如冷拉、冷彎、沖孔、機(jī)械剪切等。所以，要消除冷作硬化區(qū)域（受動(dòng)荷的重要構(gòu)件，冷作硬化區(qū)域必須除去）。當(dāng)試件表面不平整，有缺口存在時(shí)，在軸心荷載作用下，截面上應(yīng)力分布不均勻，缺口附近的應(yīng)力特別高，稱應(yīng)力集中。四、應(yīng)力集中缺口尖端σmax凈截面平均應(yīng)力：σ0＝N/An

An：凈截面面積應(yīng)力集中系數(shù)：k=σmax/σ0

缺口處，σ方向與軸向不一致，力線傾斜，因而產(chǎn)生橫向剪力σy。

在孔邊緣形成雙向拉應(yīng)力場(chǎng)（若考慮厚度，三向拉應(yīng)力場(chǎng)），這就是脆斷的原因。應(yīng)力集中現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：構(gòu)件的不正確造型（設(shè)計(jì)時(shí)避免）殘余應(yīng)力（研究不夠）非金屬夾雜五、加荷速度快速拉伸，沿0B線變化，此時(shí)試件的溫度有所降低，持荷保持不變，試件吸收熱量，產(chǎn)生BA，稱“彈性后效”。若突然快速卸荷，沿AC線變化，試件溫度上升，隨后放熱后冷卻，回到O點(diǎn)。加荷速度提高，鋼材的屈服強(qiáng)度提高，呈脆性，故試驗(yàn)時(shí)按規(guī)定的速度加荷。通常做法，加載后持荷五分鐘后讀數(shù)，得到準(zhǔn)確的試驗(yàn)值。六、溫度影響溫度從常溫下降→fy稍有↑、脆性↑、塑性↓、韌性↓。當(dāng)溫度降到某一數(shù)值時(shí)，沖擊韌性AKV突然顯著下降，鋼材易產(chǎn)生脆性斷裂，稱“低溫冷脆”。所以，應(yīng)針對(duì)結(jié)構(gòu)所處的溫度對(duì)鋼材提出AKV要求。溫度從常溫上升，200℃以下，強(qiáng)度↓、塑性↑，250℃左右，強(qiáng)度↑、塑性↓、AKV↓，鋼材變脆，稱為“藍(lán)脆現(xiàn)象”。所以，經(jīng)常受高溫時(shí)，應(yīng)采取隔熱措施。以上介紹影響鋼材性能因素的目的是了解鋼材在什么條件下發(fā)生脆性破壞從而采取措施預(yù)防。為了防止脆性破壞的發(fā)生，需注意以下三點(diǎn)：合理的設(shè)計(jì)：構(gòu)造應(yīng)合理，應(yīng)能均勻、連續(xù)地傳遞應(yīng)力，避免構(gòu)件截面劇烈變化，合理的選用材料。正確的制造：應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行制作，如避免材料出現(xiàn)硬化，要通過擴(kuò)孔或刨邊除掉硬化區(qū)，選擇合理的焊接工藝，對(duì)制作和安裝過程中所造成的缺陷應(yīng)進(jìn)行清理和修復(fù)。正確的使用：不得隨意改變結(jié)構(gòu)使用用途或超負(fù)荷使用結(jié)構(gòu)，不在主要結(jié)構(gòu)上焊接附加的零件、懸掛重物，避免在運(yùn)輸和安裝過程中對(duì)結(jié)構(gòu)造成撞擊。本節(jié)開始時(shí)所述事故原因：前者：應(yīng)力集中、殘余應(yīng)力、低溫AKV值太小。后者：大部分板件不滿足沖擊韌性要求?！?.4復(fù)雜應(yīng)力條件結(jié)構(gòu)鋼材的屈服條件雙向、三向受力時(shí)，不能以單向受力時(shí)的fy為屈服點(diǎn)，采用第四強(qiáng)度理論較為合適。oZXY單元體受復(fù)雜應(yīng)力（應(yīng)力分量）單元體受主應(yīng)力單向拉伸達(dá)塑性狀態(tài)時(shí)，積聚于單位體積中的形狀改變能為：三向主應(yīng)力作用下，單位體積形狀改變能為：式中：ν：泊桑比能量理論認(rèn)為：Uφ=[Uφ]時(shí)，多向應(yīng)力狀態(tài)下的鋼材進(jìn)入塑性。即由彈性轉(zhuǎn)為塑性狀態(tài)的工作條件為：

當(dāng)折算應(yīng)力σeq＜fy時(shí)，彈性；當(dāng)折算應(yīng)力σeq＞fy時(shí)，塑性。

多向應(yīng)力下，以折算應(yīng)力σeq作為強(qiáng)度計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)，將折算應(yīng)力σeq變形為：分析：①有異號(hào)應(yīng)力，且同號(hào)應(yīng)力差較大，就易進(jìn)入塑性，說明異號(hào)應(yīng)力場(chǎng)下易發(fā)生塑性破壞。②三個(gè)主應(yīng)力同號(hào)且接近，σeq小，不易進(jìn)入塑性，直至破壞，也不進(jìn)入塑性；三向等值壓縮時(shí)，不會(huì)破壞；同號(hào)拉應(yīng)力場(chǎng)下易脆性破壞。用正應(yīng)力和剪應(yīng)力表示折算應(yīng)力：鋼結(jié)構(gòu)中，構(gòu)件厚度小，厚度方向應(yīng)力小，忽略，形成平面應(yīng)力狀態(tài)，因此時(shí)屈服，用fyv代替τ，即有：fyv＝0.58fy§2.5鋼材的破壞形式塑性破壞：變形很大，是在材料達(dá)到fu以后發(fā)生的，變形大且時(shí)間長(zhǎng)，易發(fā)現(xiàn)。斷口與作用力方向成45°角。脆性破壞：塑性變形很小，甚至沒有，應(yīng)力低于fu

甚至可能低于fy，破壞是突然的。斷口齊平，破壞前無預(yù)兆。一、塑性破壞二、脆性破壞1、鋼材疲勞破壞的特征循環(huán)荷載：隨時(shí)間而變化的荷載，若△σ為常數(shù)，即△σ1＝△σ2＝……＝△σn稱為常幅應(yīng)力循環(huán)。若△σ為變數(shù)，即△σ1≠△σ2≠……≠△σn稱為變幅應(yīng)力循環(huán)。應(yīng)力循環(huán)特征用應(yīng)力比值ρ＝σmin/σmax表示如吊車梁每一個(gè)循環(huán)中△σ＝σmax-σmin稱為應(yīng)力幅三、疲勞破壞ρ＝0，脈沖循環(huán)ρ＝-1，完全對(duì)稱循環(huán)ρ＝1，靜力荷載作用-1≤ρ≤1疲勞破壞：鋼材在循環(huán)荷載作用下，當(dāng)應(yīng)力還低于鋼材的抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈服點(diǎn)時(shí)，就發(fā)生斷裂破壞。鋼材中存在一些局部缺陷（如不均勻的雜質(zhì)，軋制時(shí)形成的微裂紋或加工時(shí)造成的刻槽、孔洞、裂紋等）在荷載作用下，缺陷處的截面上應(yīng)力分布不均，形成應(yīng)力集中現(xiàn)象，在應(yīng)力高峰附近出現(xiàn)微觀裂紋，而在循環(huán)荷載作用下，微觀裂紋不斷擴(kuò)展，逐漸形成宏觀裂紋，這時(shí)截面被削弱，裂紋處的應(yīng)力集中現(xiàn)象更嚴(yán)重，在應(yīng)力高峰附近形成雙向或三向同號(hào)拉應(yīng)力場(chǎng)，使鋼材的塑性變形受到限制，荷載循環(huán)到一定次數(shù)時(shí)，削弱處的截面就會(huì)發(fā)生脆性斷裂破壞。疲勞破壞過程一般經(jīng)歷三個(gè)階段，即裂紋的萌生、裂紋的緩慢擴(kuò)展和最后迅速斷裂。

破壞前無明顯的宏觀塑性變形，屬于脆性破壞。鋼材的疲勞強(qiáng)度由試驗(yàn)確定。影響疲勞強(qiáng)度的最主要因素是構(gòu)造狀況（應(yīng)力集中程度、殘余應(yīng)力），作用的應(yīng)力幅△σ，及循環(huán)荷載的循環(huán)次數(shù)。與應(yīng)力比及鋼材種類無關(guān)實(shí)驗(yàn)證明疲勞強(qiáng)度與靜力強(qiáng)度無明顯關(guān)系。2、常幅疲勞破壞大量疲勞試驗(yàn)證明，應(yīng)力幅與疲勞壽命n之間呈右圖所示關(guān)系：當(dāng)應(yīng)力幅為△σ1時(shí)，循環(huán)荷載達(dá)n1次時(shí)，試件破壞；即：循環(huán)荷載循環(huán)n1次時(shí)，極限應(yīng)力幅為△σ1；循環(huán)荷載循環(huán)n2次時(shí)，極限應(yīng)力幅為△σ2?！兑?guī)范》規(guī)定：當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n≥5×104時(shí)，應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按統(tǒng)計(jì)理論得到的回歸方程為：考慮安全系數(shù)后，得對(duì)應(yīng)于n次循環(huán)的容許應(yīng)力幅為：從式中看出，知道循環(huán)荷載的循環(huán)次數(shù)，就可求得容許應(yīng)力幅若不發(fā)生疲勞破壞，應(yīng)滿足△σ≤[△σ]△σ：計(jì)算部位的設(shè)計(jì)應(yīng)力幅。焊接結(jié)構(gòu)△σ＝σmax–σmin非焊接結(jié)構(gòu)△σ＝σmax–0.7σmin計(jì)算σmax、σmin時(shí)，按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算，不考慮動(dòng)力系數(shù)，同時(shí)不考慮恒載。注意：以上計(jì)算，只適用于常溫下，且無強(qiáng)烈腐蝕性環(huán)境中，否則，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。3、變幅疲勞計(jì)算實(shí)際結(jié)構(gòu)中作用的循環(huán)荷載一般都是變幅循環(huán)荷載，而不是常幅循環(huán)荷載，如吊車梁、振動(dòng)臺(tái)等，就是受變幅循環(huán)荷載作用。按常幅疲勞計(jì)算如何？？？取變幅荷載的最大應(yīng)力幅，按常幅疲勞計(jì)算，但太保守。已知變幅荷載循環(huán)規(guī)律按線性累積損傷法則，將變幅疲勞折算成常幅疲勞計(jì)算。推導(dǎo)出：變幅疲勞的等效應(yīng)力幅Δσe若變幅荷載作用下不發(fā)生疲勞破壞，應(yīng)滿足：△σe≤[△σ][△σ]：按常幅循環(huán)預(yù)期壽命次的容許應(yīng)力幅。吊車梁疲勞計(jì)算(未知變幅荷載循環(huán)規(guī)律)受變幅循環(huán)荷載作用，若沒有測(cè)到或無法預(yù)測(cè)荷載循環(huán)規(guī)律，按常幅疲勞計(jì)算，αf△σ≤[△σ]2×106△σ：在計(jì)算部位的設(shè)計(jì)應(yīng)力幅（最大應(yīng)力幅）；[△σ]2×106：循環(huán)次數(shù)n=2×106次的容許應(yīng)力幅；αf：欠載效應(yīng)的等效系數(shù)（查表）；考慮實(shí)際變幅荷載有時(shí)出現(xiàn)低于設(shè)計(jì)應(yīng)力幅的情況。說明：此計(jì)算適合于重級(jí)工作制吊車梁，重級(jí)、中級(jí)工作制吊車桁架的疲勞計(jì)算。對(duì)于輕級(jí)工作制吊車梁和吊車桁架、大多數(shù)中級(jí)工作制吊車梁，據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可不作疲勞計(jì)算。注意：①疲勞極限狀態(tài)的概念還不清楚，只能沿用

容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法。②以上講的疲勞為高周疲勞，此類疲勞的斷裂壽命長(zhǎng)，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)≥5×104，斷裂應(yīng)力水平低，σ＜fy，故又稱低應(yīng)力疲勞。另有低周疲勞，其特點(diǎn)是壽命短，循環(huán)次數(shù)少，應(yīng)力水平高，低周疲勞的內(nèi)容忽略。③不出現(xiàn)循環(huán)拉應(yīng)力的部位，不計(jì)算疲勞。§2.6結(jié)構(gòu)鋼材的種類、規(guī)格及其選用一、結(jié)構(gòu)鋼材的種類1、按用途分類：結(jié)構(gòu)鋼（建筑用鋼和機(jī)械用鋼）、工具鋼、特殊鋼2、按冶煉方法分類：平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼3、按成型方法分類：軋制鋼、鍛鋼和鑄鋼4、按化學(xué)成分分類：碳素鋼和合金鋼建筑上：碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。按脫氧方法分類：沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)是按屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法符號(hào)的順序排列。如Q235A·F屈服點(diǎn)的字母：Q屈服點(diǎn)數(shù)值：195、215、235、255、275質(zhì)量等級(jí)符號(hào)：強(qiáng)度低塑性、韌性差A(yù)：供方保證fy、fu、δ5及Si、S、P含量，C、Mn含量不作為交貨條件，一般C≥0.2%，不能作為焊接結(jié)構(gòu)供方保證fy、fu、δ5、冷彎性能及C、S、Mn、Si、P含量，C<0.20%←另+20℃的AKV←另0℃的AKV←另-20℃的AKV不同質(zhì)量等級(jí)的同一類鋼材，力學(xué)性能指標(biāo)基本相同，化學(xué)成分和AKV不同，A級(jí)鋼不保證冷彎性能。脫氧方法：沸騰鋼（F）：Mn為脫氧劑，脫氧不完全，質(zhì)量差;鎮(zhèn)靜鋼（Z）：Mn、Si為脫氧劑，脫氧完全，質(zhì)量好;半鎮(zhèn)靜鋼（b）：脫氧程度及質(zhì)量介于以上兩者之間;特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）：外加鋁脫氧，質(zhì)量更好。A、B級(jí)鋼：脫氧方法有F、Z、bC級(jí)鋼：脫氧方法只有ZD級(jí)鋼：脫氧方法只有TZZ、TZ可省略。（2）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼在碳素結(jié)構(gòu)鋼中加入少量幾種合金元素形成，合金元素的總量低于5％，C≤0.2%，質(zhì)量好。牌號(hào)編制與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同如Q295、Q345、Q390、Q420、Q460分為A、B、C、D、E五個(gè)質(zhì)量等級(jí)，每一級(jí)的質(zhì)量保證項(xiàng)目類似碳素結(jié)構(gòu)鋼，

A級(jí)鋼應(yīng)進(jìn)行冷彎試驗(yàn)，

E級(jí)質(zhì)量保證項(xiàng)目同B、C、D，另外還要保證-40℃的AKV。A、B級(jí)為鎮(zhèn)靜鋼，C、D、E級(jí)為特殊鎮(zhèn)靜鋼，不標(biāo)注脫氧方法。（3）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，雜質(zhì)少，S、P含量小于0.035％鋼號(hào)：如45或45Mn，前面兩位數(shù)表示含C量的萬分?jǐn)?shù)，前者表示含Mn量較少，后者表示含Mn量較多。鋼結(jié)構(gòu)中較少應(yīng)用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。二、鋼材的規(guī)格厚鋼板4.5～60mm寬600～3000mm長(zhǎng)度4～12m薄鋼板0.35～4mm寬500～1500mm長(zhǎng)度0.5～4m輕型鋼結(jié)構(gòu)扁鋼4～60mm寬12～200mm長(zhǎng)度3～9m

表示方法：－寬×厚×長(zhǎng)（長(zhǎng)度可不標(biāo)）。如－100×6×1000鋼板角鋼：分為等邊角鋼和不等邊角鋼，長(zhǎng)度4～19m，表示方法：∠長(zhǎng)肢寬×短肢寬×肢厚∠肢寬×肢厚如∠200×125×14。2.型鋼工字鋼：它的編號(hào)以截面高度（cm）表示，長(zhǎng)5～19m，如I36a

根據(jù)腹板厚度分為a、b、c三類，

a類腹板較薄，用于受彎經(jīng)濟(jì)，

c類腹板較厚，不經(jīng)濟(jì)，生產(chǎn)較少。

槽鋼：編號(hào)規(guī)則同工字鋼，根據(jù)截面高度h及厚度分類a(或b、c)

如［28b鋼管：表示方法：Φ外徑×壁厚，長(zhǎng)度3～12m，無縫鋼管：壁厚，經(jīng)濟(jì)性差，最大可達(dá)Φ219焊接卷管：經(jīng)濟(jì)性好。tDH型鋼：表示方法：代號(hào)+高度×寬度b×腹板厚t1×翼緣厚t2HW：表示寬翼緣H型鋼HM：表示中翼緣H型鋼HN：表示窄翼緣H型鋼特點(diǎn)：翼緣較寬且翼緣板的內(nèi)外表面平行。如:HW400×400×13×21H型鋼可剖分為T型鋼，代號(hào)為TW、TM、TNbht1t2（三）冷彎薄壁型鋼壁厚1.5~5mm壓型鋼板壁厚0.4~1.6mm五、鋼材的選用應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、連接方法、應(yīng)力狀態(tài)、工作環(huán)境、和鋼材厚度等因素綜合考慮，既要滿足結(jié)構(gòu)安全可靠，又要盡可能節(jié)約鋼材、降低造價(jià)。選材的要求選材原則1.承重結(jié)構(gòu)鋼材應(yīng)具有fu、fy、δ和S、P的合格保證；焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)具有C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)鋼材應(yīng)具有冷彎性能的合格保證。2.主要焊接結(jié)構(gòu)不能采用Q235A級(jí)鋼。因含碳量不作為交貨條件，無法保證含碳量。3.Q235B·F鋼，選用厚度不大于25mm，因厚度大，質(zhì)量不易保證。4.需驗(yàn)算疲勞的結(jié)構(gòu)鋼材，應(yīng)具有常溫AKV的保證。非焊接結(jié)構(gòu)、工作溫度≤-20℃0℃的AKV(Q235、Q345)-20℃的AKV(Q390、Q420)-20℃＜工作溫度≤0℃工作溫度≤-20℃0℃的AKV(Q235、Q345)-20℃的AKV(Q390、Q420)-40℃的AKV(Q390、Q420)-20℃的AKV（Q235、Q345)5.下列情況不能采用Q235沸騰鋼，①直接受動(dòng)荷，且需驗(yàn)算疲勞；②直接受動(dòng)荷，不需驗(yàn)算疲勞，但工作溫度≤-20℃；及受靜載的受彎和受拉的重要承重結(jié)構(gòu)；工作溫度≤-30℃的所有承重結(jié)構(gòu)。非焊接結(jié)構(gòu)：工作溫度≤-20℃的直接受動(dòng)載，且需驗(yàn)算疲勞的結(jié)構(gòu)。6.吊車起重量不小于50t的中級(jí)工作制吊車梁，對(duì)AKV的要求與需驗(yàn)算疲勞的結(jié)構(gòu)相同。（結(jié)合前面吊車梁疲勞驗(yàn)算）?？偨Y(jié)：針對(duì)結(jié)構(gòu)選材來說：受拉構(gòu)件的材性要較受壓構(gòu)件為高；

焊接結(jié)構(gòu)的材性要較非焊接結(jié)構(gòu)為高；

受動(dòng)荷結(jié)構(gòu)的材性要較受靜載結(jié)構(gòu)為高；

低溫地區(qū)結(jié)構(gòu)的材性要較高溫地區(qū)為高。第二章小結(jié)一、鋼結(jié)構(gòu)的鋼材必須具備以下性能：較高的強(qiáng)度、足夠的變形能力、良好的加工性能對(duì)環(huán)境的良好適應(yīng)性二、破壞形式脆性破壞如疲勞破壞塑性破壞三、σ～ε關(guān)系有屈服點(diǎn)的鋼材無屈服點(diǎn)的鋼材fy取值？？？受壓受彎受剪同受拉fyv=0.58fyfy取決于？？？多向應(yīng)力下同號(hào)？異號(hào)？脆性破壞塑性破壞四、機(jī)械性能指標(biāo)fu：衡量經(jīng)巨量變形后的抗拉能力；fy：衡量鋼材承載能力的指標(biāo)；伸長(zhǎng)率：衡量鋼材塑性變形能力的指標(biāo)；冷彎性能：更嚴(yán)格衡量塑性變形能力的指標(biāo)；Z向收縮率：衡量鋼材抗層狀撕裂能力的指標(biāo)；沖擊韌性：衡量鋼材抵抗動(dòng)荷能力的指標(biāo)。五、影響鋼材性能的因素化學(xué)元素:C、S、Mn、Si、P、V、O、N鋼材的焊接性能冶金缺陷：偏析等構(gòu)造缺陷：應(yīng)力集中鋼材硬化：時(shí)效硬化、冷作硬化等加荷速度；溫度影響：藍(lán)脆、低溫冷脆七、鋼材的選用編號(hào)及不同質(zhì)量等級(jí)的保證項(xiàng)目六、鋼材種類碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼簡(jiǎn)答題1、鋼材中碳的含量與鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性及可焊性有什么關(guān)系？2、常見的冶金缺陷有哪些？3、冷作硬化對(duì)鋼材的強(qiáng)度、塑性及韌性有什么影響？4、什么是時(shí)效硬化？5、鋼材的力學(xué)性能與溫度之間有什么關(guān)系？6、什么情況下會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中？它對(duì)構(gòu)件有什么影響？填空及選擇1、冷作硬化會(huì)改變鋼材的性能，將使鋼材的

提高，

降低。2、鋼材中氧的含量過多，將使鋼材出現(xiàn)

現(xiàn)象。3、時(shí)效硬化會(huì)改變鋼材的性能，將使鋼材的

提高，

降低。4、鋼材的沖擊韌性值越大,表示鋼材抵抗脆性斷裂的能力越

。5、冷彎性能合格是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下

和

的綜合指標(biāo)。