鋼結(jié)構(gòu)第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料

第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求鋼材的主要性能及其鑒定影響鋼材性能的因素鋼材的延性破壞和非延性破壞循環(huán)加載和快速加載建筑鋼材的類別及鋼材的選用主要內(nèi)容：重點(diǎn)：對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求建筑鋼材的類別及鋼材的選用第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.1對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求較高的強(qiáng)度。即抗拉強(qiáng)度fu和屈服點(diǎn)fy比較高。足夠的變形能力。即塑性和韌性性能好。良好的加工性能。即適合冷、熱加工，良好的可焊性。適應(yīng)低溫、有害介質(zhì)侵蝕(包括大氣銹蝕)以及重復(fù)荷載作用等的性能。容易生產(chǎn)，價(jià)格便宜。《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017—2002)推薦的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q345、Q390及Q420是符合上述要求的。選用GB50017規(guī)范還未推薦的鋼材時(shí)，需有可靠依據(jù)。以確保鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2鋼材的主要性能及其鑒定圖2.1

鋼材的一次拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線2.2.1單向拉伸時(shí)的工作性能條件：常溫、靜載條件下一次拉伸第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料1.比例極限P

這是應(yīng)力-應(yīng)變圖中直線段的最大應(yīng)力值。嚴(yán)格地說，比P略高處還有彈性極限，但彈性極限與P極其接近，所以通常略去彈性極限的點(diǎn)，把P看做是彈性極限。2.屈服點(diǎn)y

應(yīng)變?cè)赑之后不再與應(yīng)力成正比，而是漸漸加大，應(yīng)力-應(yīng)變間成曲線關(guān)系，一直到屈服點(diǎn)。3.抗拉強(qiáng)度u

屈服平臺(tái)之后，應(yīng)變?cè)鲩L時(shí)又需有應(yīng)力的增長，但相對(duì)地說·應(yīng)變?cè)黾拥每?，呈現(xiàn)曲線關(guān)系直到最高點(diǎn)。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料4.伸長率5和10伸長率是斷裂前試件的永久變形與原標(biāo)定長度的百分比。取圓形試件直徑d的五倍或十倍為標(biāo)定長度，其相應(yīng)的伸長率用5和10表示，伸長率代表材料斷裂前具有的塑性變形的能力。結(jié)構(gòu)制造時(shí)，這種能力使材料經(jīng)受剪切、沖壓、彎曲及錘擊所產(chǎn)生的局部屈服而無明顯損壞。屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度和伸長率，是鋼材的三個(gè)重要力學(xué)性能指標(biāo)。鋼結(jié)構(gòu)中所采用的鋼材都應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)這三項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)的要求。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料屈服點(diǎn)是建筑鋼材的一個(gè)重要力學(xué)特性，其意義是：1．作為結(jié)構(gòu)計(jì)算中材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，或材料抗力標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)力達(dá)到y(tǒng)時(shí)的應(yīng)變與P時(shí)的應(yīng)變較接近，可以認(rèn)為應(yīng)力達(dá)到y(tǒng)時(shí)為彈性變形的終點(diǎn)。同時(shí)，達(dá)到y(tǒng)

后在一個(gè)較大的應(yīng)變范圍內(nèi)應(yīng)力不會(huì)繼續(xù)增加，表示結(jié)構(gòu)一時(shí)喪失繼續(xù)承擔(dān)更大荷載的能力，故此以y作為彈性計(jì)算時(shí)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)。2．形成理想彈塑性體的模型，為發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算理論提供基礎(chǔ)。y之前，鋼材近于理想彈性體，y之后，塑性應(yīng)變范圍很大而應(yīng)力保持不增長，所以接近理想塑性體。因此，可以用兩根直線的圖形作為理想彈塑性體的應(yīng)力-應(yīng)變模型。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)塑性設(shè)計(jì)的規(guī)定，就以材料是理想彈塑性體的假設(shè)為依據(jù)，忽略了應(yīng)變硬化的有利作用。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料圖2.2

鋼材的冷彎試驗(yàn)2.2.2冷彎性能

根據(jù)試樣厚度，按規(guī)定的彎心直徑將試樣彎曲180度，其表面及側(cè)無裂紋或分層則為“冷彎試驗(yàn)合格”?！袄鋸澰囼?yàn)合格”一方面同伸長率符合規(guī)定一樣，表示材料塑性變形能力符合要求，另一方面表示鋼材的冶金質(zhì)量(顆粒結(jié)晶及非金屬夾雜分布，甚至在一定程度上包括可焊性)符合要求，因此，冷彎性能是判別鋼材塑性變形能力及冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。重要結(jié)構(gòu)中需要有良好的冷熱加工的工藝性能時(shí)，應(yīng)有冷彎試驗(yàn)合格保證。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2.3沖擊韌性

與抵抗沖擊作用有關(guān)的鋼材的性能是韌性。韌性是鋼材斷裂時(shí)吸收機(jī)械能能力的量度。吸收較多能量才斷裂的鋼材，是韌性好的鋼材。鋼材在一次拉伸靜載作用下斷裂時(shí)所吸收的能量，用單位體積吸收的能量來表示，其值等于應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積。塑性好的鋼材，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積大，所以韌性值大。然而，實(shí)際工作中，不用上述方法來衡量鋼材的韌性，而用沖擊韌性衡量鋼材抗脆斷的性能，因?yàn)閷?shí)際結(jié)構(gòu)中脆性斷裂并不發(fā)生在單向受拉的地方，而總是發(fā)生在有缺口高峰應(yīng)力的地方，在缺口高峰應(yīng)力的地方常呈三向受拉的應(yīng)力狀態(tài)。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料圖2.4

鋼材的沖擊試驗(yàn)缺口韌性值受溫度影響，溫度低于某值時(shí)將急劇降低。設(shè)計(jì)處于不同環(huán)境溫度的重要結(jié)構(gòu)，尤其是受動(dòng)載作用的結(jié)構(gòu)時(shí)，要根據(jù)相應(yīng)的環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)提出沖擊韌性的保證要求。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2.4可焊性

與可焊性是指采用一般焊接工藝就可完成合格的(無裂紋的)焊縫的性能。鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響。碳含量在0.12％~0.20％范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好。碳含量再高可使焊縫和熱影響區(qū)變脆。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2.5鋼材性能的鑒定與根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50205-2001)的規(guī)定，對(duì)進(jìn)入鋼鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)施現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的主要材料需需進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收，，即檢查鋼材的質(zhì)質(zhì)量合格證明文件件、中文標(biāo)識(shí)及檢檢驗(yàn)報(bào)告，確認(rèn)鋼鋼材的品種、規(guī)格格、性能是否符合合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)和和設(shè)計(jì)要求。第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料2.3影響鋼材性能的因因素鋼是含碳量小于2％的鐵碳合金，碳碳大于2％時(shí)則為鑄鐵。制制造鋼結(jié)構(gòu)所用的的材料有碳素結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼中的低碳鋼及及低合金結(jié)構(gòu)鋼。。碳素結(jié)構(gòu)鋼由鈍鐵鐵、碳及雜質(zhì)元素素組成，其中純鐵鐵約占99％，碳及雜質(zhì)元素素約占1％。低合金結(jié)構(gòu)鋼鋼中，除上述元素素外還加入合金元元素，后者總量通通常不超過3％。碳及其他元素素雖然所占比重不不大，但對(duì)鋼材性性能卻有重要影響響。2.3.1化學(xué)成分的影響第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料碳（C）碳是碳素結(jié)構(gòu)鋼中中僅次于鐵的主要元素，是影影響鋼材強(qiáng)度的主要因素，隨著著含碳量的增加，，鋼材強(qiáng)度提高，，而塑性和韌性、、尤其是低溫沖擊擊韌性下降，同時(shí)時(shí)可焊性、抗腐蝕蝕性、冷彎性能明明顯降低。因此結(jié)結(jié)構(gòu)用鋼的含碳量量一般不應(yīng)超過0.22%，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)低低于0.2%。錳（Mn）錳是一種弱脫氧劑劑，適量的錳含量量可以有效地提高高鋼材的強(qiáng)度，又又能消除硫、氧對(duì)對(duì)鋼材的熱脆影響響，而不顯著降低低鋼材的塑性和韌韌性。錳在碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼中的含量為為0.3%-0.8%，在低合金鋼中一一般為1.0%-1.7%。第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料硅（Si）硅是一種強(qiáng)脫氧劑劑，適量的硅可提提高鋼材的強(qiáng)度，，而對(duì)塑性、韌性性、冷彎性能和可可焊性無明顯不良良影響，但硅含量量過大時(shí)，會(huì)降低低鋼材的塑性、韌韌性、抗銹蝕性和和可焊性。釩(V)、鈮(Nb)、鈦(Ti)釩、鈮、鈦都能使使鋼材晶粒細(xì)化。。我國的低合金鋼鋼都含有這三種元元素，作為錳以外外的合金元素，既既可提高鋼材強(qiáng)度度，又保持良好的的塑性、韌性。第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料鋁(Al)、鉻(Cr)、鎳(Ni)鋁是強(qiáng)脫氧劑，用用鋁進(jìn)行補(bǔ)充脫氧氧，不僅進(jìn)一步減減少鋼中的有害氧氧化物，而且能細(xì)細(xì)化晶粒。鉻和鎳鎳是提高鋼材強(qiáng)度度的合金元素，用用于Q390鋼和Q420鋼。硫（S）硫是一種有害元素素，降低鋼材的塑塑性、韌性、可焊焊性、抗銹蝕性等等，在高溫時(shí)使鋼鋼材變脆，即熱脆脆。因此，鋼材中中硫的含量不得超超過0.05%，在焊接結(jié)構(gòu)中不不超過0.045%。第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料磷(P)磷既是有害元素也也是能利用的合金金元素。磷是碳素素鋼中的雜質(zhì)，它它在低溫下使鋼變變脆，這種現(xiàn)象稱稱為冷脆。在高溫溫時(shí)磷也能使鋼減減少塑性。但磷能能提高鋼的強(qiáng)度和和抗銹蝕能力。氧(O)、氮(N)氧和氮也是有害雜雜質(zhì)，在金屬熔化化的狀態(tài)下可以從從空氣中進(jìn)入。氧氧能使鋼熱脆，其其作用比硫劇烈，，氮能使鋼冷脆，，與磷相似。第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料2.3.2成材過程的影響1．冶煉鋼材的冶煉方法主主要有平爐煉鋼、、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉煉鋼、堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐煉鋼及電爐煉煉鋼。在建筑鋼結(jié)結(jié)構(gòu)中，主要使用用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐生生產(chǎn)的鋼材。目前前氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐鋼鋼的質(zhì)量，由于生產(chǎn)技術(shù)術(shù)的提高，已不低低于平爐鋼的質(zhì)量量。冶煉這一冶金過程程形成鋼的化學(xué)成成分與含量、鋼的的金相組織結(jié)構(gòu)，，不可避免地存在在冶金缺陷，從而而確定不同的鋼種種、鋼號(hào)及其相應(yīng)應(yīng)的力學(xué)性能。第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料2.3.2成材過程的影響2．澆鑄把熔煉好的鋼水澆澆鑄成鋼錠或鋼坯坯有兩種方法，一一種是澆入鑄模做做成鋼錠，另一種種是澆入連續(xù)澆鑄鑄機(jī)做成鋼坯。鑄鑄錠過程中因脫氧氧程度不同，最終終成為鎮(zhèn)靜鋼、半半鎮(zhèn)靜鋼與沸騰鋼鋼。鋼在冶煉及澆鑄過過程中會(huì)不可避免免地產(chǎn)生冶金缺陷陷。常見的冶金缺缺陷有偏析、非金金屬夾雜、氣孔及及裂紋等等。這些些缺陷都將影響鋼鋼的力學(xué)性能。第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料2.3.2成材過程的影響3．軋制鋼材的軋制能使金金屬的晶粒變細(xì)，，也能使氣泡、裂裂紋等焊合，因而而改善了鋼材的力力學(xué)性能。薄板因因輥軋次數(shù)多，其其強(qiáng)度比厚板略高高、澆鑄時(shí)的非金金屬夾雜物在軋制制后能造成鋼材的的分層，所以分層層是鋼材(尤其是是厚板)的一種缺缺。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量量避免拉力垂直于于板面的情況，以以防止層間撕裂。。第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料2.3.2成材過程的影響4．熱處理熱處理的目的在于于取得高強(qiáng)度的同同時(shí)能夠保持良好好的塑性和韌性。。正火屬于最簡單單的熱處理：把鋼鋼材加熱至850~900oC并保持一段時(shí)間后后在空氣中自然冷冷卻，即為正火。。如果鋼材在終止止軋制時(shí)溫度正好好控制在上述溫度度范圍，可得到正正火的效果，稱為為控軋。回火是將將鋼材重新加熱至至650oC并保溫一段時(shí)間，，然后在空氣中自自然冷卻。淬火加加回火也稱調(diào)質(zhì)處處理，淬火是把鋼鋼材加熱至900oC以上，保溫一段時(shí)時(shí)間，然后放入水水或油中快速冷卻卻。強(qiáng)度很高的鋼鋼材，包括高強(qiáng)度度螺栓的材料都要要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。。第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料2.3.3影響鋼材性能的其其它因素1.冷加工硬化(應(yīng)變硬化)在常溫下加工叫冷冷加工。冷拉、冷冷彎、沖孔、機(jī)械械剪切等加工使鋼鋼材產(chǎn)生很大塑性性變形，由于減小小了塑性和韌性性性能，普通鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)中不利用硬化現(xiàn)現(xiàn)象所提高的強(qiáng)度度。重要結(jié)構(gòu)還把把鋼板因剪切而硬硬化的邊緣部分刨刨去。用作冷彎薄壁型鋼鋼結(jié)構(gòu)的冷彎型鋼鋼，是由鋼板或鋼鋼帶經(jīng)冷軋成型的的，也有的是經(jīng)壓壓力機(jī)模壓成型或或在彎板機(jī)上彎曲曲成型的。由于這這個(gè)原因，薄壁型型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中允允許利用因局部冷冷加工而提高的強(qiáng)強(qiáng)度。第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料此外，還有性質(zhì)類類似的時(shí)效硬化與與應(yīng)變時(shí)效。時(shí)效效硬化指鋼材僅隨隨時(shí)間的增長而轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)脆，應(yīng)變時(shí)效指指應(yīng)變硬化又加時(shí)時(shí)效硬化由于這些些是使鋼材轉(zhuǎn)脆的的性質(zhì)，所以有些些重要結(jié)構(gòu)要求對(duì)對(duì)鋼材進(jìn)行人工時(shí)時(shí)效，然后測(cè)定其其沖擊韌性，以保保證結(jié)構(gòu)具有長期期的抗脆性破壞能能力。圖2.5鋼材的硬化第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料2.溫度的影響鋼材對(duì)溫度相當(dāng)敏敏感，溫度升高與與降低都使鋼材性性能發(fā)生變化。相相比之下，低溫性性能更重要。正溫范圍總的趨勢(shì)勢(shì)是隨著溫度的升升高，鋼材強(qiáng)度降降低，變形增大。。約在200oC以內(nèi)鋼材性能沒有有很大變化，430-540oC之間則強(qiáng)度(fy與fu)急劇下降；到600oC時(shí)強(qiáng)度很低不能承承擔(dān)荷載。此外，，250oC附近有蘭脆現(xiàn)象，，約260-320oC時(shí)有徐變現(xiàn)象。蘭脆現(xiàn)象指溫度在在250oC左右的區(qū)間內(nèi)，fu有局部性提高，fy也有回升現(xiàn)象，同同時(shí)塑性有所降低低，材料有轉(zhuǎn)脆傾傾向。在蘭脆區(qū)進(jìn)進(jìn)行熱加工，可能能引起裂紋。徐變變現(xiàn)象指在應(yīng)力持持續(xù)不變的情況下下鋼材以很緩慢的的速度繼續(xù)變形的的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)時(shí)以以規(guī)定150oC為適宜，超過之后后結(jié)構(gòu)表面即需加加設(shè)隔熱保護(hù)層。。第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料圖2.6高溫對(duì)鋼材性能的的影響第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料負(fù)溫范圍fy與fu都增高但塑性變形形能力減小，因而而材料轉(zhuǎn)脆，對(duì)沖擊韌性的影響響十分突出。材料由韌性破壞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到脆性破壞叫該該種鋼材的轉(zhuǎn)變溫溫度，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)中要求避免完全全脆性破壞，所以以結(jié)構(gòu)所處溫度應(yīng)應(yīng)大于脆性轉(zhuǎn)變溫溫度。圖2.7Cv值隨溫度T的變化第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料3.應(yīng)力集中當(dāng)截面完整性遭到到破壞，如有裂紋紋(內(nèi)部的或表面面的)、孔洞、刻刻槽、凹角時(shí)以及及截面的厚度或?qū)拰挾韧蝗桓淖儠r(shí)，，構(gòu)件中的應(yīng)力分分布將變得很不均均勻。在缺陷或截截面變化處附近，，應(yīng)力線曲折、密密集、出現(xiàn)高峰應(yīng)應(yīng)力的現(xiàn)象稱為應(yīng)應(yīng)力集中?？走厬?yīng)力高峰處將將產(chǎn)生雙向或三向向的應(yīng)力。這是因因?yàn)椴牧系哪骋稽c(diǎn)點(diǎn)在x方向伸長的同時(shí)，，在y方向(橫向)將要要收縮，當(dāng)板厚較較大時(shí)還將引起z方向收縮。第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料由力學(xué)知識(shí)知道，，三向同號(hào)應(yīng)力且且各應(yīng)力數(shù)值接近近時(shí)，材料不易屈屈服。當(dāng)為數(shù)值相相等三向拉應(yīng)力時(shí)時(shí)，直到材料斷裂裂也不屈服。沒有有塑性變形的斷裂裂是脆性斷裂。所所以，三向應(yīng)力的的應(yīng)力狀態(tài)，使材材料沿力作用方向向塑性變形的發(fā)展展受到很大約束，，材料容易脆性破破壞。因此，對(duì)于于厚鋼材應(yīng)該要求求更高的韌性。圖2.8孔洞、缺口處的應(yīng)應(yīng)力集中第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料2.4鋼材的延性破壞和和非延性破壞循環(huán)環(huán)加載和快速加載載的效應(yīng)有屈服現(xiàn)象的鋼材材或者雖然沒有明明顯屈服現(xiàn)象而能能發(fā)生較大塑性變變形的鋼材，一般般屬于塑性材料。。沒有屈服現(xiàn)象或或塑性變形能力很很小的鋼材，則屬屬于脆性材料。塑性材料是指由于材料原始始性能以及在常溫溫、靜載并一次加加荷的工作條件之之下能在破壞前發(fā)發(fā)生較大塑性變形形的材料。然而一一種鋼材具有塑性性變形能力的大小小，不僅取決于鋼鋼材原始的化學(xué)成成分，熔煉與軋制制條件，也取決于于后來所處的工作作條件。即使原來來塑性表現(xiàn)極好的的鋼材，改變了工工作條件，如在很很低的溫度之下受受沖擊作用，也完完全可能呈現(xiàn)脆性性破壞。所以，嚴(yán)嚴(yán)格地說，不宜把鋼材劃分為為塑性和脆性材料料，而應(yīng)該區(qū)分材材料可能發(fā)生的塑塑性破壞與脆性破破壞。2.4.1延性破壞和非延性性破壞第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料1．疲勞斷裂的概概念疲勞斷裂是微觀裂裂縫在連續(xù)重復(fù)荷荷載作用下不斷擴(kuò)擴(kuò)展直至斷裂的脆脆性破壞。斷口可可能貫穿于母材，，可能貫穿于連接接焊縫，也可能貫貫穿于母材及焊縫縫。出現(xiàn)疲勞斷裂時(shí)，，截面上的應(yīng)力低低于材料的抗拉強(qiáng)強(qiáng)度，甚至低于屈屈服強(qiáng)度。同時(shí)，，疲勞破壞屬于脆脆性破壞，塑性變變形極小，因此是是一種沒有明顯變變形的突然破壞，，危險(xiǎn)性較大。2.4.2循環(huán)荷載的效應(yīng)第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料疲勞破壞的構(gòu)件斷斷口上面一部分呈呈現(xiàn)半橢圓形光滑滑區(qū)，其余部分則則為粗糙區(qū)（如圖圖2-9)。。2.4.2循環(huán)荷載的效應(yīng)圖2.9斷口示意1－光滑區(qū)；2－粗糙區(qū)第2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的材料料應(yīng)力循環(huán)特性常用用應(yīng)力比值來表示示，以拉應(yīng)力為正正值。連續(xù)重復(fù)荷荷載之下應(yīng)力往復(fù)復(fù)變化一周叫做一一個(gè)循環(huán)。完全對(duì)稱循環(huán)(＝-1)靜靜荷載作作用(＝+1)脈沖循環(huán)環(huán)(＝0)一一般應(yīng)力力循環(huán)(-1<<+1)為應(yīng)力幅幅，表示示應(yīng)力變變化的幅幅度?？偪倿檎抵怠５?章鋼鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)的材料料2章鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的材材料圖2.10-n曲線2．△△-n曲線根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)數(shù)據(jù)可可以畫出出構(gòu)件或或連接的的應(yīng)力幅幅△。與相應(yīng)應(yīng)的致?lián)p損循環(huán)次次數(shù)n的關(guān)系曲曲線（圖圖a）。。這種曲線線是疲勞勞驗(yàn)算的的基礎(chǔ)。。致?lián)p循循環(huán)次數(shù)數(shù)也叫做做疲勞壽壽命。目前國內(nèi)內(nèi)外都常常用雙對(duì)對(duì)數(shù)坐標(biāo)標(biāo)軸的方方法使曲曲線改為為直線以以便于分分析（圖圖b）。。在雙對(duì)數(shù)數(shù)坐標(biāo)圖圖中，疲疲勞方程程就是直直線式（（圖中實(shí)實(shí)直線））第2章鋼鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)的材料料2章鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的材材料3．疲勞驗(yàn)算算及容許許應(yīng)力幅幅直接受到到重復(fù)荷荷載作用用的構(gòu)件件，如吊吊車梁、、橋梁、、輸送棧棧橋和某某些工作作平臺(tái)梁梁等以及及它們的的連接，，當(dāng)應(yīng)力力循環(huán)次次數(shù)n>105時(shí)應(yīng)進(jìn)行行疲勞驗(yàn)驗(yàn)算。永久荷載載所產(chǎn)生生的應(yīng)力力為不變變值，沒沒有應(yīng)力力幅。應(yīng)應(yīng)力幅只只由重復(fù)復(fù)作用的的可變荷荷載產(chǎn)生生，所以以疲勞驗(yàn)驗(yàn)算按可可變荷載載標(biāo)準(zhǔn)值值進(jìn)行。。荷載計(jì)計(jì)算中不不乘以吊吊車動(dòng)力力系數(shù)，，常幅疲疲勞按下下式進(jìn)行行驗(yàn)算。。式中△△——對(duì)焊接結(jié)結(jié)構(gòu)為應(yīng)應(yīng)力幅△△＝max-min；對(duì)非焊接接部位為為計(jì)算應(yīng)應(yīng)力幅△△＝max-min，應(yīng)力以拉拉為正，，壓為負(fù)負(fù)；[△]———常幅幅疲勞的的容許應(yīng)應(yīng)力幅。。式中C，——系數(shù)。焊接結(jié)結(jié)構(gòu)中根根據(jù)各種種不同的的構(gòu)造細(xì)細(xì)部使疲疲勞強(qiáng)度度不同程程度地降降低，詳詳見第8章章。第2章鋼鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)的材料料2章鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的材材料2.4.3快速加荷荷效應(yīng)快速加荷荷使鋼材材的屈服服點(diǎn)和抗抗拉強(qiáng)度度提高，，而鋼廠廠在做鋼鋼材拉伸伸試驗(yàn)時(shí)時(shí)往往加加荷比較較快，致致使所得得fy、fu偏高?？炜焖偌雍珊傻牟焕?yīng)在在于影響響能量吸吸收的能能力，圖圖2-11給出三條條不同加加荷速率率下的斷斷裂能量量一溫度度關(guān)系曲曲線。從從圖可以以看出，，隨著加加荷速率率的減小小，曲線線向溫度度較低的的方向移移動(dòng)。有有些結(jié)構(gòu)構(gòu)的鋼材材在工作作溫度下下沖擊韌韌性值很很低，但但仍然保保持完好好，就可可以由加加荷速率率很慢來來說明。。對(duì)于同同一沖擊擊韌性的的材料，，當(dāng)設(shè)計(jì)計(jì)承受動(dòng)動(dòng)力荷載載時(shí)，允允許最低低的使用用溫度要要比承受受靜力荷荷載高的的多。第2章鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2.4.3快速加荷效應(yīng)應(yīng)圖2.11斷裂吸收能量量隨溫度的變變化圖2.12加荷速度對(duì)斷斷裂韌性的影影響第2章鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2.5建筑鋼材的類類別及鋼材的的選用2.5.1建筑鋼材的類類別1．碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼的的牌號(hào)（簡稱稱鋼號(hào)）有Q195、、Q235A、B、、C及D,Q275。其中的Q是屈服強(qiáng)度中中屈字漢語拼拼音的字首，，后接的阿拉拉伯字表示以以N/mm2為單位屈服強(qiáng)強(qiáng)度的大小，，A、B、、C或D等表示按質(zhì)量量劃分的級(jí)別別。最后還有有一個(gè)表示脫脫氧方法的符符號(hào)如F,Z或b。從Q195到Q275，，是按強(qiáng)度由低低到高排列的的；鋼材強(qiáng)度度主要由其中中碳元素含量量的多少來決決定，但與其其他一些元素素的含量也有有關(guān)系。所以以，鋼號(hào)的由由低到高在較較大程度上代代表了含碳量量的由低到高高。第2章鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2．低合金金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度度結(jié)構(gòu)鋼是在在鋼的冶煉過過程中添加少少量幾種合金金元素使鋼的的強(qiáng)度明顯提提高，故稱低低合金高強(qiáng)度度結(jié)構(gòu)鋼。Q345、、Q39O和Q420是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范規(guī)定采采用的鋼種。。其符號(hào)的含含義和碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)的的含義相同。。這三種鋼都都包括A、B、、C、、D、E五種質(zhì)量等級(jí)級(jí)，和碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼一樣，，不同質(zhì)量等等級(jí)是按對(duì)沖沖擊韌性（夏夏比V型缺口試驗(yàn)））的要求區(qū)分分的。A級(jí)無沖擊功要要求；B級(jí)要求提供20℃沖沖擊功AKv≥34J（（縱向）;C級(jí)要求提供0℃沖擊功功AKV≥34J（（縱向）;D級(jí)要求提供一一20℃℃沖擊功AKv≥34J（縱向）;E級(jí)要求提供一一40℃℃沖擊功AKv≥27J（縱向）。不同同質(zhì)量等級(jí)對(duì)對(duì)碳、硫、磷磷、鋁等含量量的要求也有有區(qū)別。低合合金高強(qiáng)度結(jié)結(jié)構(gòu)鋼的A、B級(jí)屬于鎮(zhèn)靜鋼鋼，C、D、、E級(jí)屬于特殊鎮(zhèn)鎮(zhèn)靜鋼。第2章鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料3．高強(qiáng)鋼鋼絲和鋼索材材料懸索結(jié)構(gòu)和斜斜張拉結(jié)構(gòu)的的鋼索、桅桿桿結(jié)構(gòu)的鋼絲絲繩等通常都都采用由高強(qiáng)強(qiáng)鋼絲組成的的平行鋼絲束束、鋼絞線和和鋼絲繩。高高強(qiáng)鋼絲是由由優(yōu)質(zhì)碳素鋼鋼經(jīng)過多次冷冷拔而成，分分為光面鋼絲絲和鍍鋅鋼絲絲兩種類型。。鋼絲強(qiáng)度的主主要指標(biāo)是抗抗拉強(qiáng)度，其其值在1570-1700N/mm2范圍內(nèi)，而屈屈服強(qiáng)度通常常不作要求。。高強(qiáng)鋼絲的的伸長率較小小，最低為4%，，但高強(qiáng)鋼絲絲（和鋼索））卻有一個(gè)不不同于一般結(jié)結(jié)構(gòu)鋼材的特特點(diǎn)——松松弛，即在保保持長度不變變的情況下所所承拉力隨時(shí)時(shí)間延長而略略有降低。第2章鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料平行鋼絲束由由7根、、19根根、37根根或61根鋼絲組組成，其截面面見圖示。鋼鋼絲束內(nèi)各鋼鋼絲受力均勻勻，彈性模量量接近一般受受力鋼材。用用來組成鋼絲絲束的鋼絲除除圓形截面外外，還有梯形形和異形截面面的鋼絲。鋼絞線亦稱單單股鋼絲繩，，由多根鋼絲絲捻成。鋼絲繩多由7股鋼絞絞線捻成，以以一股鋼絞線線為核心，外外層的6股股鋼絞線沿沿同一方向纏纏繞。圖2.13平行鋼絲束的的截面第2章鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料圖2.14鋼絲繩的捻法法及截面第2章鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2.5.2鋼材的選擇選擇鋼材的目目的是要做到到結(jié)構(gòu)安全可可靠，同時(shí)用用材經(jīng)濟(jì)合理理。為此，在在選擇鋼材時(shí)時(shí)應(yīng)考慮下列列各因素：1.結(jié)構(gòu)或或構(gòu)件的重要要性；2.荷載性質(zhì)質(zhì)（靜載或動(dòng)動(dòng)載）;3.連接方方法（焊接、、鉚接或螺栓栓連接）;4.工作條件件（溫度及腐腐蝕介質(zhì)）。。對(duì)于重要結(jié)構(gòu)構(gòu)、直接承受受動(dòng)載的結(jié)構(gòu)構(gòu)、處于低溫溫條件下的結(jié)結(jié)構(gòu)及焊接結(jié)結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用用質(zhì)量較高的的鋼材。第2章鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料Q235A鋼的保證項(xiàng)目目中，碳含量量、冷彎試驗(yàn)驗(yàn)合格和沖擊擊韌性值并未未作為必要的的保證條件，，所以只宜用用于不直接承承受動(dòng)力作用用的結(jié)構(gòu)中。。當(dāng)用于焊接接結(jié)構(gòu)時(shí)，其其質(zhì)量證明書書中應(yīng)注明碳碳含量不超過過0.2%。當(dāng)選用Q235A、、B級(jí)鋼時(shí)，還需需要選定鋼材材的脫氧方法法。連接所用鋼材材，如焊條、、自動(dòng)或半自自動(dòng)焊的焊絲絲及螺栓的鋼鋼材應(yīng)與主體體金屬的強(qiáng)度度相適應(yīng)。第2章鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2.5.3型鋼的規(guī)格鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件一一般宜直接選選用型鋼，這這樣可減少制制造工作量，，降低造價(jià)。。型鋼尺寸不不夠合適或構(gòu)構(gòu)件很大時(shí)則則用鋼板制作作。型鋼有熱熱軋及冷成型型兩種。1．熱軋鋼鋼板熱軋鋼板分厚厚板及薄板兩兩種，厚板的的厚度為4.5-60mm(廣泛用來組成成焊接構(gòu)件和和連接鋼板)，薄板厚度度為0.35-4mm(冷彎薄壁型鋼鋼的原料)。。在圖紙中鋼鋼板用“-厚厚x寬x長（單位為毫毫米）”前面面附加鋼板橫橫斷面的方法法表示，如：：-12x800x2100等。第2章鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的材料2章鋼結(jié)構(gòu)的的材料2．熱軋型型鋼角鋼——有等邊邊和不等邊兩兩種。等邊角角