鋼結(jié)構(gòu)的材料

關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)的材料2．1鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求(1)為什么要求較高的抗拉強(qiáng)度f(wàn)u和屈服點(diǎn)fy：

fy是衡量結(jié)構(gòu)承載能力的指標(biāo)，fy高則可減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)約鋼材和降低造價(jià)。fu是衡量鋼材經(jīng)過(guò)較大變形后的抗拉能力，它直接反映鋼材內(nèi)部組織的優(yōu)劣，同時(shí)fu高可以增加結(jié)構(gòu)的安全保障。

(2)為什么要求較高的塑性和韌性

塑性和韌性好，結(jié)構(gòu)在靜載和動(dòng)載作用下有足夠的應(yīng)變能力，既可減輕結(jié)構(gòu)脆性破壞的傾向，又能通過(guò)較大的塑性變形調(diào)整局部應(yīng)力，同時(shí)又具有較好的抵抗重復(fù)荷載作用的能力。

第2頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．1鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求(3)為什么要有良好的工藝性能(包括冷加工、熱加工和可焊性能)？工藝性能指什么？

良好的工藝性能不但要易于加工成各種形式的結(jié)構(gòu)，而且不致因加工而對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、塑性、韌性等造成較大的不利影響。（4）為什么要有較好的環(huán)境適應(yīng)能力？環(huán)境適應(yīng)能力指什么？根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體工作條件，有時(shí)還要求鋼材具有適應(yīng)低溫、高溫和腐蝕性環(huán)境的能力。第3頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范具體規(guī)定鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)鋼材的基本要求是什么？承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、屈服點(diǎn)和碳、硫、磷含量的合格保證；焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格保證；對(duì)某些承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)以及重要的受拉或受彎的焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有常溫或負(fù)溫沖擊韌性的合格保證。第4頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．2鋼材的破壞形式

鋼結(jié)構(gòu)破壞型式：什么是塑性破壞和脆性破壞？塑性破壞是由于變形過(guò)大，超過(guò)了材料或構(gòu)件可能的應(yīng)變能力而產(chǎn)生的，而且僅在構(gòu)件的應(yīng)力達(dá)到了鋼材的抗拉強(qiáng)度后才發(fā)生。破壞前構(gòu)件產(chǎn)生較大的塑性變形，斷裂后的斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗。在塑性破壞前，由于總有較大的塑性變形發(fā)生，且變形持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，很容易及時(shí)發(fā)現(xiàn)而采限措施予以補(bǔ)救，不致引起嚴(yán)重后果。另外，塑性變形后出現(xiàn)內(nèi)力重分布，使結(jié)構(gòu)中原先受力不等的部分應(yīng)力趨于均勻，因而提高結(jié)構(gòu)的承載能力。第5頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．2鋼材的破壞形式脆性破壞前塑性變形很小，甚至沒(méi)有塑性變形，計(jì)算應(yīng)力可能小于鋼材的屈服點(diǎn)，斷裂從應(yīng)力集中處開(kāi)始。冶金和機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷，特別是缺口和裂紋，常是斷裂的發(fā)源地。破壞前沒(méi)有任何預(yù)兆，破壞是突然發(fā)生的，斷口平直并呈有光澤的晶粒狀。由于脆性破壞前沒(méi)有明顯的預(yù)兆，無(wú)法及時(shí)覺(jué)察和采取補(bǔ)救措施，而且個(gè)別構(gòu)件的斷裂常引起整個(gè)結(jié)構(gòu)塌毀，危及人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，后果嚴(yán)重，損失較大。在設(shè)計(jì)、施工和使用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，要特別注意防止出現(xiàn)脆性破壞。第6頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．3鋼材的主要性能

2．3．1受拉、受壓及受剪時(shí)的性能2．3．2冷彎性能2．3．3沖擊韌性第7頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．3．1受拉、受壓及受剪時(shí)的性能

鋼材標(biāo)準(zhǔn)試件在常溫靜載情況下，單向均勻受拉試驗(yàn)時(shí)的荷載-變形(F-ΔL)曲線或應(yīng)力σ-應(yīng)變?chǔ)徘€，如圖2.1。2．3．1．1強(qiáng)度性能彈性階段（OP段直線），彈性模量E=tanα

P點(diǎn)應(yīng)力fP稱為比例極限。非線性彈性階段(PE段曲線)，切線模量Et=dσ/dε

。此段上限E點(diǎn)的應(yīng)力fe稱為彈性極限。彈性極限和比例極限相距很近，實(shí)際上很難區(qū)分在ES段，故通常只提比例極限。彈塑性階段（在ES曲線）這時(shí)表現(xiàn)為非彈性加塑性性質(zhì)，即卸荷曲線成為與OP平行的直線(圖2.1中的虛線)，留下永久性的殘余變形。此段上限S點(diǎn)的應(yīng)力fy稱為屈服點(diǎn)。第8頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．3．1受拉、受壓及受剪時(shí)的性能

2．3．1．1強(qiáng)度性能S點(diǎn)的應(yīng)力fy稱為屈服點(diǎn)。塑性流動(dòng)階段（屈服臺(tái)階SC段）該階段應(yīng)力保持不變的情況下，應(yīng)變繼續(xù)增加。強(qiáng)化階段（CB段）超過(guò)屈服臺(tái)階，材料出現(xiàn)應(yīng)變硬化，曲線上升，直至曲線最高處的B點(diǎn)，這點(diǎn)的應(yīng)力fu稱為抗拉強(qiáng)度或極限強(qiáng)度。破壞階段(BD段)當(dāng)應(yīng)力達(dá)到B點(diǎn)時(shí)，試件發(fā)生頸縮現(xiàn)象，至D點(diǎn)而斷裂。當(dāng)以屈服點(diǎn)的應(yīng)力fy作為強(qiáng)度限值時(shí)，抗拉強(qiáng)度f(wàn)u成為材料的強(qiáng)度儲(chǔ)備。第9頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．3．1受拉、受壓及受剪時(shí)的性能為什么采用鋼材理想彈塑性計(jì)算模型？2,計(jì)算模型：可假定屈服點(diǎn)以前鋼材為完全彈性的，屈服點(diǎn)以后則為完全塑性的，這樣就可把鋼材視為理想的彈-塑性體，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)為雙直線，如圖2.2所示。原因如下：1)對(duì)于沒(méi)有缺陷和殘余應(yīng)力影響的試件，比例極限和屈服點(diǎn)比較接近，且屈服點(diǎn)前的應(yīng)變很小(對(duì)低碳鋼約為0.15%)。2)通常當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)后，將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的在使用上不容許的殘余變形(此時(shí)對(duì)低碳鋼=2.5%);3)距fu因還有一定距離，即足夠的安全儲(chǔ)備，在設(shè)計(jì)時(shí)屈服點(diǎn)為鋼材可以達(dá)到的最大應(yīng)力。第10頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．3．1受拉、受壓及受剪時(shí)的性能

什么是條件屈服點(diǎn)3高強(qiáng)度鋼沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)和屈服臺(tái)階。這類鋼的屈服條件是根據(jù)試驗(yàn)分析結(jié)果而人為規(guī)定的，故稱為條件屈服點(diǎn)(或屈服強(qiáng)度)。條件屈服點(diǎn)是以卸荷后試件中殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力定義的(有時(shí)用表示)，見(jiàn)圖2.3。第11頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．3．1受拉、受壓及受剪時(shí)的性能

2．3．1．2塑性性能試件被拉斷時(shí)的絕對(duì)變形值與試件原標(biāo)距之比的百分?jǐn)?shù)，稱為伸長(zhǎng)率。當(dāng)試件標(biāo)距長(zhǎng)度與試件直徑d(圓形試件)之比為10時(shí)，以δ10表示；當(dāng)該比值為5時(shí)，以δ5表示。伸長(zhǎng)率代表材料在單向拉伸時(shí)的塑性應(yīng)變的能力。第12頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月

2．3．1．3鋼材物理性能指標(biāo)鋼材在單向受壓(粗而短的試件)時(shí)，受力性能基本上和單向受拉時(shí)相同。受剪的情況也相似，但屈服點(diǎn)τy及抗剪強(qiáng)度τu均較受拉時(shí)為低；剪變模量G也低于彈性模量E。鋼材和鋼鑄件的彈性模量E、剪變模量G、線性膨脹系數(shù)和質(zhì)量密度ρ見(jiàn)表2.1彈性模量E(N/mm2)剪變模量G(N/mm2)線膨脹系數(shù)α(以每℃計(jì))質(zhì)量密度ρ(kg/m3)206×10379×10312×10-678502．3．1受拉、受壓及受剪時(shí)的性能

第13頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．3．2冷彎性能冷彎性能試驗(yàn)由冷彎試驗(yàn)來(lái)確定(圖2.4)。試驗(yàn)時(shí)按照規(guī)定的彎心直徑在試驗(yàn)機(jī)上用沖頭加壓，使試件彎成180°，如試件外表面不出現(xiàn)裂紋和分層，即為合格。冷彎試驗(yàn)不僅能直接檢驗(yàn)鋼材的彎曲變形能力或塑性性能，還能暴露鋼材內(nèi)部的冶金缺陷，如硫、磷偏析和硫化物與氧化物的摻雜情況，這些都將降低鋼材的冷彎性能。因此，冷彎性能合格是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下的塑性應(yīng)變能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標(biāo)。第14頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．3．3沖擊韌性

沖擊韌性試驗(yàn)材料的沖擊韌性數(shù)值隨試件缺口形式和使用試驗(yàn)機(jī)不同而異。1988年6月29日國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局發(fā)布了新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB700—88)，規(guī)定采用夏比(Charpy)V形缺口試件[圖2.5(a)]在夏比試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，所得結(jié)果以試件斷開(kāi)所消耗的功Cv表示，單位為J.，第15頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．3．3沖擊韌性韌性和脆性：韌性：鋼材抵抗沖擊荷載的能力，它用材料在斷裂時(shí)所吸收的總能量表示。韌性愈低，鋼材的脆性愈大。韌性和溫度溫度降低，鋼材韌性急劇下降，固在寒冷地區(qū)建造的結(jié)構(gòu)不但要求鋼材具有常溫(20℃)沖擊韌性指標(biāo)，還要求具有負(fù)溫(0℃、-20℃或-40℃)沖擊韌性指標(biāo)，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗脆性破壞能力。第16頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．4各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響

2．4．1化學(xué)成分

2．4．2冶金缺陷2．4．3鋼材硬化2．4．4溫度影響2．4．5應(yīng)力集中2．4．6反復(fù)荷載作用第17頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．4．1化學(xué)成分

碳素鋼=鐵+炭+其它雜質(zhì)元素合金鋼=鐵+炭+其它雜質(zhì)元素+合金元素化學(xué)元素含量：碳素鋼：鐵(Fe)，純鐵質(zhì)軟，在碳素結(jié)構(gòu)鋼中約占99%；碳和其他元素僅占1%，但對(duì)鋼材的力學(xué)性能卻有決定性的影響。雜質(zhì)元素包括硅(Si)、錳(Mn)、硫(S)、磷(P)、氮(N)、氧(O)等。合金鋼：碳素鋼中加≤5%的合金元素如銅(Cu)、釩(V)、鈦(Ti)、鈮(Nb)、鉻(Cr)等。第18頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月碳對(duì)鋼材性能的影響在碳素結(jié)構(gòu)鋼中，碳是僅次于純鐵的主要元素，它直接影響鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性和可焊性等。碳含量增加，鋼的強(qiáng)度提高，而塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度下降，同時(shí)惡化鋼的可焊性和抗腐蝕性。因此，盡管碳是使鋼材獲得足夠強(qiáng)度的主要元素，但在鋼結(jié)構(gòu)中采用的碳素結(jié)構(gòu)鋼，對(duì)含碳量要加以限制，一般不應(yīng)超過(guò)0.22%，在焊接結(jié)構(gòu)中還應(yīng)低于0.20%。第19頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月硫和磷對(duì)鋼材性能的影響硫和磷(其中特別是硫)是鋼中的有害成分，它們降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞強(qiáng)度。在高溫時(shí)，硫使鋼變脆，謂之熱脆；在低溫時(shí)，磷使鋼變脆，謂之冷脆。一般硫的含量應(yīng)不超過(guò)0.045%，硫的含量不超過(guò)0.045%。但是，磷可提高鋼材的強(qiáng)度和抗銹性?？墒褂玫母吡卒摚浜靠蛇_(dá)0.12%，這時(shí)應(yīng)減少鋼材中的含碳量，以保證一定的塑性和韌性。第20頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月氧和氮對(duì)鋼材性能的影響氧和氮都是鋼中的有害雜質(zhì)。氧的作用和硫類似，使鋼熱脆；氮的作用和磷類似，使鋼冷脆。由于氧、氮容易在熔煉過(guò)程中逸出，一般不會(huì)超過(guò)極限含量，故通常不要求作含量分析。第21頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月硅和錳對(duì)鋼材性能的影響硅和錳是鋼中的有益元素，它們都是煉鋼的脫氧劑。它們使鋼材的強(qiáng)度提高，含量不過(guò)高時(shí)，對(duì)塑性和韌性無(wú)顯著的不良影響。在碳素結(jié)構(gòu)鋼中，硅的含量應(yīng)不大于0.3%，錳的含量為0.3%~0.8%。對(duì)于低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，錳的含量可達(dá)1.0%~1.6%，硅的含量可達(dá)0.55%。第22頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月釩鈦和銅對(duì)鋼材性能的影響釩和鈦是鋼中的合金元素，能提高鋼的強(qiáng)度和抗腐蝕性能，又不顯著降低鋼的塑性。銅在碳素結(jié)構(gòu)鋼中屬于雜質(zhì)成分。它可以顯著地提高鋼的抗腐蝕性能，也可以提高鋼的強(qiáng)度，但對(duì)可焊性有不利影響。第23頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月化學(xué)元素對(duì)鋼材性能影響的總結(jié)見(jiàn)下表第24頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．4．2冶金缺陷

常見(jiàn)的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋及分層等。偏析是鋼中化學(xué)成分不一致和不均勻性，特別是硫、磷偏析嚴(yán)重惡化鋼材的性能。非金屬夾雜是鋼中含有硫化物與氧化物等雜質(zhì)，氣孔是澆注鋼錠時(shí)，由氧化鐵與碳作用所生成的一氧化碳?xì)怏w不能充分逸出而形成的。這些缺陷都將影響鋼材的力學(xué)性能。澆注時(shí)的非金屬夾雜物在軋制后能造成鋼材的分層，會(huì)嚴(yán)重降低鋼材的冷彎性能。冶金缺陷對(duì)鋼材性能的影響，不僅在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力工作時(shí)表現(xiàn)出來(lái)，有時(shí)在加工制作過(guò)程中也表現(xiàn)出來(lái)。第25頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．4．3鋼材硬化

冷加工的影響：冷拉、冷彎、沖孔、機(jī)械剪切等冷加工使鋼材產(chǎn)生很大塑性變形，從而提高了鋼的屈服點(diǎn)，同時(shí)降低了鋼的塑性和韌性，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化(或應(yīng)變硬化)。在高溫時(shí)熔化于鐵中的少量氮和碳，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸從純鐵中析出，形成自由碳化物和氮化物，對(duì)純鐵體的塑性變形起遏制作用，從而使鋼材的強(qiáng)度提高，塑性下降。這種現(xiàn)象稱為時(shí)效硬化，俗稱老化。時(shí)效硬化的過(guò)程一般很長(zhǎng)，但如在材料塑性變形后加熱，可使時(shí)效硬化發(fā)展特別迅速。這種方法謂之人工時(shí)效。第26頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．4．3鋼材硬化

應(yīng)變時(shí)效，應(yīng)變硬化(冷作硬化)后又加時(shí)效硬化。在一般鋼結(jié)構(gòu)中，不利用硬化所提高的強(qiáng)度，有些重要結(jié)構(gòu)要求對(duì)鋼材進(jìn)行人工時(shí)效后檢驗(yàn)其沖擊韌性，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗脆性破壞能力。另外，應(yīng)將局部硬化部分用刨邊或擴(kuò)鉆予以清除。第27頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．4．4溫度影響鋼材性能隨溫度變動(dòng)而有所變化?？偟内厔?shì)是：溫度升高，鋼材強(qiáng)度降低，應(yīng)變?cè)龃?；反之，溫度降低，鋼材?qiáng)度會(huì)略有增加，塑性和韌性卻會(huì)降低而變脆(圖2.6)。第28頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．4．4溫度影響

高溫影響：溫度升高，約在200℃以內(nèi)鋼材性能沒(méi)有很大變化，430℃~540℃之間強(qiáng)度急劇下降，600℃時(shí)強(qiáng)度很低，不能承擔(dān)荷載。但在250℃左右，鋼材的強(qiáng)度反而略有提高，同時(shí)塑性和韌性均下降，材料有轉(zhuǎn)脆的傾向，鋼材表面氧化膜呈現(xiàn)藍(lán)色，稱為藍(lán)脆現(xiàn)象。鋼材應(yīng)避免在藍(lán)脆溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱加工。當(dāng)溫度在260℃~320℃時(shí)，在應(yīng)力持續(xù)不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形，此種現(xiàn)象稱為徐變現(xiàn)象。第29頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．4．4溫度影響

低溫影響當(dāng)溫度從常溫開(kāi)始下降，特別是在負(fù)溫度范圍內(nèi)時(shí)，鋼材強(qiáng)度雖有提高，但其塑性和韌性降低，材料逐漸變脆，這種性質(zhì)稱為低溫冷脆。11第30頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．4．4溫度影響

低溫影響圖2.7是鋼材沖擊韌性與溫度的關(guān)系曲線。由圖可見(jiàn)，隨著溫度的降低Cv值迅速下降，材料將由塑性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈云茐?，同時(shí)可見(jiàn)這一轉(zhuǎn)變是在一個(gè)溫度區(qū)間T1T2內(nèi)完成的，此溫度區(qū)T1T2稱為鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，在此區(qū)內(nèi)曲線的反彎點(diǎn)(最陡點(diǎn))所對(duì)應(yīng)的溫度T0稱為轉(zhuǎn)變溫度。如果把低于T0完全脆性破壞的最高溫度T1作為鋼材的脆斷設(shè)計(jì)溫度即可保證鋼結(jié)構(gòu)低溫工作的安全。11第31頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．4．5應(yīng)力集中成因：在鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中有時(shí)存在著孔洞、槽口、凹角、截面突然改變以及鋼材內(nèi)部缺陷等。此時(shí)，構(gòu)件中的應(yīng)力分布將不再保持均勻，而是在某些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，在另外一些區(qū)域則應(yīng)力降低，形成所謂應(yīng)力集中現(xiàn)象(圖2.8)。第32頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．4．5應(yīng)力集中應(yīng)力集中系數(shù)高峰區(qū)的最大應(yīng)力與凈截面的平均應(yīng)力之比稱為應(yīng)力集中系數(shù)。應(yīng)力集中系數(shù)愈大，變脆的傾向亦愈嚴(yán)重。應(yīng)力集中使鋼材變脆：研究表明，在應(yīng)力高峰區(qū)域總是存在著同號(hào)的雙向或三向應(yīng)力，這是因?yàn)橛筛叻謇瓚?yīng)力引起的截面橫向收縮受到附近低應(yīng)力區(qū)的阻礙而引起垂直于內(nèi)力方向的拉應(yīng)力，在較厚的構(gòu)件里還產(chǎn)生三向應(yīng)力狀態(tài)，使材料處于復(fù)雜受力狀態(tài)，由能量強(qiáng)度理論得知，這種同號(hào)的平面或立體應(yīng)力場(chǎng)有使鋼材變脆的趨勢(shì)。第33頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．4．5應(yīng)力集中應(yīng)力集中處理但由于建筑鋼材塑性較好，在一定程度上能促使應(yīng)力進(jìn)行重分配，使應(yīng)力分布嚴(yán)重不均的現(xiàn)象趨于平緩。故受靜荷載作用的構(gòu)件在常溫下工作時(shí)，在計(jì)算中可不考慮應(yīng)力集中的影響。但在負(fù)溫下或動(dòng)力荷載作用下工作的結(jié)構(gòu)，應(yīng)力集中的不利影響將十分突出，往往是引起脆性破壞的根源，故在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取措施避免或減小應(yīng)力集中，并選用質(zhì)量?jī)?yōu)良的鋼材。第34頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．4．6反復(fù)荷載作用

鋼材在反復(fù)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的抗力及性能都會(huì)發(fā)生重要變化，甚至發(fā)生疲勞破壞。在直接的連續(xù)反復(fù)的動(dòng)力荷載作用下，根據(jù)試驗(yàn)，鋼材的強(qiáng)度將降低，即低于一次靜力荷載作用下的拉伸試驗(yàn)的極限強(qiáng)度，這種現(xiàn)象稱為鋼的疲勞。疲勞破壞表現(xiàn)為突然發(fā)生的脆性斷裂。關(guān)于鋼材的疲勞性能，本章第6節(jié)還要較詳細(xì)敘述。第35頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月掌握影響鋼材性能因素，防止脆性破壞本節(jié)介紹了各種因素對(duì)建筑鋼材基本性能的影響，研究和分析這些影響的最終目的是了解建筑鋼材在什么條件下可能發(fā)生脆性破壞，從而可以采取措施予以防止。鋼材的脆性破壞往往是多種因素影響的結(jié)果，例如當(dāng)溫度降低，荷載速度增大，使用應(yīng)力較高，特別是這些因素同時(shí)存在時(shí)，材料或構(gòu)件就有可能發(fā)生脆性斷裂。為了防止脆性破壞的發(fā)生，一般需要在設(shè)計(jì)、制造及使用中注意下列各點(diǎn)：第36頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月掌握影響鋼材性能因素，防止脆性破壞(1)合理的設(shè)計(jì)

構(gòu)造應(yīng)力求合理，使能均勻、連續(xù)地傳遞應(yīng)力，避免構(gòu)件截面劇烈變化。對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)，可參考第3章有關(guān)焊接連接的內(nèi)容。低溫下工作，受動(dòng)力作用的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇合適的鋼材，使所有鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度低于結(jié)構(gòu)的工作溫度，例如分別選用Q235-C(或D)、Q345-C(或D)鋼等，并盡量使用較薄的材料。第37頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月鋼材性能及影響因素總結(jié)(2)正確的制造

應(yīng)嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)對(duì)制造所提出的技術(shù)要求，例如盡量避免使用材料出現(xiàn)硬化，因剪切、沖孔而造成的局部硬化區(qū)，要通過(guò)擴(kuò)鉆或刨邊來(lái)除掉；要正確地選擇焊接工藝，保證焊接質(zhì)量，不在構(gòu)件上任意起弧、打火和錘擊，必要時(shí)可用熱處理和方法消除重要構(gòu)件中的焊接殘余應(yīng)力，重要部位的焊接，要由經(jīng)過(guò)考試挑選的有經(jīng)驗(yàn)的焊工操作。第38頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月鋼材性能及影響因素總結(jié)(3)正確的使用例如，不在主要結(jié)構(gòu)上任意焊接附加的零件，不任意懸掛重物，不任意超負(fù)荷使用結(jié)構(gòu)；要注意檢查維護(hù)，及時(shí)油漆防銹，避免任何撞擊和機(jī)械損傷；原設(shè)計(jì)在室溫工作的結(jié)構(gòu)，在冬季停產(chǎn)檢修時(shí)要注意保暖等。對(duì)設(shè)計(jì)工作者來(lái)說(shuō)，不僅要注意適當(dāng)選擇材料和正確處理細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)，對(duì)制造工藝的影響也不能忽視。對(duì)使用也應(yīng)提出在使用期中應(yīng)注意的主要問(wèn)題。第39頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．5復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件

在單向拉力試驗(yàn)中，單向應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí)，鋼材即進(jìn)入塑性狀態(tài)。在復(fù)雜應(yīng)力如平面或立體應(yīng)力(圖2.9)作用下，鋼材由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)入塑性狀態(tài)的條件是什么？

第40頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．5復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件按能量強(qiáng)度理論(或第四強(qiáng)度理論)計(jì)算的折算應(yīng)力σred

與單向應(yīng)力下的屈服點(diǎn)相比較來(lái)判斷：

σred=

第41頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．5復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件當(dāng)σred

＜fy時(shí)，為彈性狀態(tài)；σred≥fy時(shí)為塑料性狀態(tài)。如三向應(yīng)力有一向應(yīng)力很小(如厚度較小，厚度方向的應(yīng)力可忽略不計(jì))或?yàn)榱銜r(shí)，則屬于平面應(yīng)力狀態(tài)，式(2.1)成為σred=(2.2)在一般的梁中，只存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，則σred=

(2.3)第42頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．5復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件當(dāng)只有剪應(yīng)力時(shí)，則σred=由此得

=0.58fy(2.4)因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范確定鋼材抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度為抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度的0.58倍。當(dāng)平面或立體應(yīng)力均為拉應(yīng)力時(shí)，材料破壞時(shí)沒(méi)有明顯的塑性變形產(chǎn)生，即材料處于脆性狀態(tài)。第43頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

基本概念：疲勞斷裂是微觀裂紋在連接重復(fù)荷載作用下不斷擴(kuò)展直到斷裂的脆性破壞。在反復(fù)應(yīng)力作用下，首先在應(yīng)力高峰（內(nèi)部有缺陷）處出現(xiàn)微觀裂紋，在反復(fù)荷載的繼續(xù)作用下，裂紋不斷開(kāi)展，其有效截面面積相應(yīng)減小，應(yīng)力集中現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，使裂紋繼續(xù)開(kāi)展，然后逐漸形成宏觀裂縫；同時(shí)，由于出現(xiàn)雙向或三向拉應(yīng)力場(chǎng)，材料的塑性變形受到限制。最后，當(dāng)反復(fù)循環(huán)荷載達(dá)到一定的循環(huán)次數(shù)時(shí)，裂縫的開(kāi)展使截面削弱過(guò)多經(jīng)受不住外力的作用，導(dǎo)致發(fā)生脆性斷裂，即鋼材的疲勞破壞。第44頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

基本概念：破壞特征：鋼材疲勞破壞后的截面缺口，一般具有光滑的和粗糙的兩個(gè)區(qū)域，光滑部分表現(xiàn)裂縫的擴(kuò)張和閉合過(guò)程是由裂縫逐漸發(fā)展引起的，說(shuō)明疲勞破壞也經(jīng)歷一個(gè)緩慢的轉(zhuǎn)變過(guò)程，而粗糙部分表明鋼材最終斷裂一瞬間的脆性破壞性質(zhì)和拉伸試驗(yàn)的斷口頗為相似，破壞是突然的，幾乎以2000m/s的速度斷裂，因而比較危險(xiǎn)。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N：反復(fù)荷載作用下，應(yīng)力從最大到最小所循環(huán)的次數(shù)第45頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

基本概念：疲勞強(qiáng)度：鋼材抵抗疲勞破壞的能力。取決于應(yīng)力變化的程度，應(yīng)力集中(或缺陷效應(yīng))和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)?？梢?jiàn)：截面幾何形狀突然改變處的應(yīng)力集中；在缺陷處形成的雙向或三向同號(hào)拉應(yīng)力場(chǎng)，殘余應(yīng)力等都是影響疲勞強(qiáng)度的重要因素。用什么物理指標(biāo)來(lái)衡量鋼材的疲勞強(qiáng)度？第46頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．1常幅疲勞應(yīng)力循環(huán)特征用應(yīng)力比ρ來(lái)表示，其含義為絕對(duì)值最小與最大應(yīng)力之比(拉應(yīng)力取正值，壓應(yīng)力取負(fù)值圖2.10(a)的ρ=-1，稱為完全對(duì)稱循環(huán)；圖2.10(b)的ρ=0，稱為脈沖循環(huán)；第47頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．1常幅疲勞應(yīng)力循環(huán)特征圖2.10(c)、(d)的ρ在0與-1之間，稱為不完全對(duì)稱循環(huán)，但圖2.10(c)為以拉應(yīng)力為主，而圖2.10(d)則以壓應(yīng)力為主。第48頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．1常幅疲勞應(yīng)力幅：應(yīng)力幅Δσ為應(yīng)力譜(如圖2.10中的實(shí)線所示)中最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之差，即

Δσ=σmax-σminσmax——每次應(yīng)力循環(huán)中的最大拉應(yīng)力(取正值)，

σmin——為每次應(yīng)力循環(huán)的最小拉應(yīng)力(取正值)或壓應(yīng)力(取負(fù)值)。第49頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．1常幅疲勞常幅疲勞：如果重復(fù)作用的荷載效用隨時(shí)間發(fā)生周期性變化，則在所有應(yīng)力循環(huán)內(nèi)應(yīng)力幅保持常量的疲勞，稱為常幅疲勞。第50頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．1常幅疲勞疲勞破壞：在一定動(dòng)荷載（Δσ，ρ)作用下，經(jīng)過(guò)n次循環(huán)作用，材料發(fā)生的脆性斷裂破壞。

鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞屬高周低應(yīng)變疲勞，即破壞前總應(yīng)變很小，荷載循環(huán)次數(shù)N很大。為此設(shè)計(jì)規(guī)范經(jīng)研究后規(guī)定，當(dāng)循環(huán)次數(shù)N≥105，應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算。通常用應(yīng)力幅的概念來(lái)進(jìn)行計(jì)算Δσ≤[Δσ]第51頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．1常幅疲勞如何確定[Δσ]？（通過(guò)試驗(yàn)確定）對(duì)軋制鋼材或非焊接結(jié)構(gòu)根據(jù)研究表明：在循環(huán)次數(shù)N一定的情況下，可根據(jù)試驗(yàn)資料繪出N次循環(huán)的疲勞圖，即σmax和σmin的關(guān)系曲線。該曲線的曲率不大，可近似用直線來(lái)代替，所以只要求得兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)便可決定疲勞圖。

第52頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

圖2.11為n=2×106次的試驗(yàn)疲勞圖,當(dāng)ρ=0和ρ=-1時(shí)對(duì)應(yīng)的疲勞狀態(tài)為B(-σ-1，σ-1)和C(0，σ0)兩點(diǎn)，通過(guò)B、C兩點(diǎn)得直線ABCD，該線上每一點(diǎn)都對(duì)應(yīng)著一個(gè)疲勞破壞狀態(tài)（n=2×106

，ρ，Δσ=σmax-σmin）第53頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞D點(diǎn)的水平線代表鋼材的屈服強(qiáng)度，即使σmax不超過(guò)fy,當(dāng)坐標(biāo)為σmax和σmin的點(diǎn)落在直線ABCD上或其上方時(shí)，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)達(dá)到N次時(shí)，也將發(fā)生疲勞破壞。線段BCD以受拉力為主，線段AB以受壓為主。第54頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．1常幅疲勞ABCD直線的方程為：σmax—kσmin=σ0或σmax(1—kρ)=σ0(2.5)式中，k=(σ0—σ-1)/σ-1，為直線ABCD的斜率

第55頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．1常幅疲勞顯然對(duì)于任意點(diǎn)（非焊接結(jié)構(gòu)）：當(dāng)σmax—kσmin>σ0時(shí)，則該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)進(jìn)入疲勞破壞狀態(tài)，所以疲勞強(qiáng)度的計(jì)算公式為σmax—kσmin<[Δσ]=σ0-0

第56頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．1常幅疲勞疲勞強(qiáng)度的影響因素對(duì)軋制鋼材或非焊接結(jié)構(gòu)，疲勞強(qiáng)度與最大最小應(yīng)力、應(yīng)力比、循環(huán)次數(shù)和缺口效應(yīng)(構(gòu)造類型的應(yīng)力集中情況)有關(guān)。第57頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．1常幅疲勞對(duì)焊接結(jié)構(gòu)并不是這樣，由于焊接加熱及隨后的冷卻，將在截面上產(chǎn)生垂直于截面的殘余應(yīng)力。在焊縫及其附近主體金屬殘余拉應(yīng)力通常達(dá)到鋼材的屈服點(diǎn)fy，而此部位正是形成和發(fā)展疲勞裂紋最為敏感的區(qū)域。第58頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．1常幅疲勞疲勞強(qiáng)度的影響因素（對(duì)焊接結(jié)構(gòu)）在重復(fù)荷載作用下，循環(huán)內(nèi)應(yīng)力開(kāi)始處于增大階段時(shí)，焊縫附近的高峰應(yīng)力將不再增加(只是塑性范圍加大)，即σmax=fy。之后，循環(huán)內(nèi)應(yīng)力下降σmin，然后再升至σmax=fy，即不論應(yīng)力比ρ值如何，焊縫附近的實(shí)際應(yīng)力循環(huán)情況均形成在拉應(yīng)力范圍內(nèi)的Δσ=fy-σmin的循環(huán)(圖2.10中的虛線所示)。所以疲勞強(qiáng)度與名義最大應(yīng)力和ρ無(wú)關(guān)，而僅僅與應(yīng)力幅Δσ有關(guān)。第59頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月第60頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月

2．6．1常幅疲勞試驗(yàn)確定容許應(yīng)力幅根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以畫(huà)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[圖2.12(a)]。目前國(guó)內(nèi)外都常用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸的方法使曲線改為直線以便于工作[圖2.12(b)]。第61頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．1常幅疲勞試驗(yàn)確定容許應(yīng)力幅在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖中，疲勞直線方程為

(2.6)

（2.7)式中β——直線對(duì)縱坐標(biāo)的斜率；b1——直線在橫坐標(biāo)軸上的截距；

N——循環(huán)次數(shù)。第62頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．1常幅疲勞考慮到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性，取平均值減去2倍的標(biāo)準(zhǔn)差(2s)作為疲勞強(qiáng)度下限值[圖2.12(b)實(shí)線下方之虛線]，如果為正態(tài)分布，從構(gòu)件或連接抗力方面來(lái)講，保證率為97.7%。下限值的直線方程為：或取此作為容許應(yīng)力幅

(2.9)

第63頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月

2．6．1常幅疲勞對(duì)于不同焊接構(gòu)件和連接形式，按試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸的直線方程，其斜率也不盡相同。為了設(shè)計(jì)的方便，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范按連接方式，受力特點(diǎn)和疲勞強(qiáng)度，再適當(dāng)照顧線簇的等間距布置、歸納分類，劃分為8類(圖2.13)，第64頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6．1常幅疲勞它們的β和C值見(jiàn)表2.2。構(gòu)件和連接分類的構(gòu)造圖見(jiàn)附錄6。據(jù)此，可計(jì)算出容許應(yīng)力幅。第65頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．1常幅疲勞驗(yàn)算公式：對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的焊接部位的常幅疲勞，應(yīng)按下式計(jì)算：≤[Δσ]第66頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月

2．6．1常幅疲勞驗(yàn)算公式：對(duì)于非焊接部位，最大應(yīng)力或應(yīng)力比對(duì)疲勞強(qiáng)度有著直接的影響，其疲勞強(qiáng)度應(yīng)由下式來(lái)確定。

σmax—kσmin=σ0或σmax(1—kρ)=σ0

為了與焊接部位的計(jì)算方式一致，將上式前一式的左側(cè)定名為“計(jì)算應(yīng)力幅”，而以應(yīng)力比ρ=0的疲勞應(yīng)力的σ0-0的值為[Δσ]和式(2.10)中的[Δσ]相當(dāng)，得≤Δσ](2.11)式(2.11)中的系數(shù)k=0.7，是由試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)而確定的。第67頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．2變幅疲勞和吊車梁的欠載效應(yīng)系數(shù)上面的分析皆屬于常幅疲勞的情況。但在實(shí)際上，結(jié)構(gòu)(如廠房吊車梁)所受荷載，其值常小于計(jì)算荷載，即性質(zhì)為變幅的，或稱隨機(jī)荷載。變幅疲勞的應(yīng)力譜如圖2.14所示。第68頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．2變幅疲勞和吊車梁的欠載效應(yīng)系數(shù)變幅疲勞的計(jì)算方法：引入累積損傷法則。當(dāng)前通用的是Palmgren-Miner方法，簡(jiǎn)稱Miner方法：設(shè)設(shè)計(jì)應(yīng)力譜可表示為應(yīng)力幅分別為Δσ1，Δσ2…，Δσi…對(duì)應(yīng)循環(huán)次數(shù)分別為n1，n2…，ni…的常幅應(yīng)力譜的組合，相應(yīng)的單獨(dú)作用疲勞壽命為N1，N2…，Ni…。Ni表示在常幅疲勞中Δσi循環(huán)作用Ni次后，構(gòu)件或連接即產(chǎn)生疲勞破壞。則在應(yīng)力幅Δσj作用下的一次循環(huán)所引起的損傷為1/Nj，nj次循環(huán)為nj/Nj。第69頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．2變幅疲勞和吊車梁的欠載效應(yīng)系數(shù)變幅疲勞的計(jì)算方法：按累積損傷法則，將總的損傷按線性疊加計(jì)算，則得發(fā)生疲勞破壞的條件為：(2.12)或?qū)懗?/p>

(2.13)若認(rèn)為變幅疲勞與同類常幅疲勞有相同的曲線，則任一級(jí)應(yīng)力幅水平均有：或(2.14)第70頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．2變幅疲勞和吊車梁的欠載效應(yīng)系數(shù)變幅疲勞的計(jì)算方法：另假設(shè)有常幅作用次使同一結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生疲勞破壞，則有：

=C

或(2.15)式中——等效應(yīng)力幅。第71頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．2變幅疲勞和吊車梁的欠載效應(yīng)系數(shù)第72頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞

2．6．2變幅疲勞和吊車梁的欠載效應(yīng)系數(shù)第73頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，有下列問(wèn)題應(yīng)予注意：(1)按概率極限狀態(tài)計(jì)算方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算，目前正處于研究階段，因此，疲勞強(qiáng)度計(jì)算用容許應(yīng)力幅法，荷載應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值，不考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)和動(dòng)力系數(shù)，而且應(yīng)力按彈性工作計(jì)算。第74頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，有下列問(wèn)題應(yīng)予注意：(2)根據(jù)應(yīng)力幅概念，不論應(yīng)力循環(huán)是拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力，只要應(yīng)力幅超過(guò)容許值就會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋。但由于裂紋形成的同時(shí)，殘余應(yīng)力自行釋放，在完全壓應(yīng)力(不出現(xiàn)拉應(yīng)力)循環(huán)中，裂紋不會(huì)繼續(xù)發(fā)展，故規(guī)范規(guī)定此種情況可不予驗(yàn)算。第75頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．6鋼材的疲勞進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，有下列問(wèn)題應(yīng)予注意：(3)根據(jù)試驗(yàn)，不同鋼種的不同靜力強(qiáng)度對(duì)焊接部位的疲勞強(qiáng)度無(wú)顯著影響。只是軋制鋼材(因其殘余應(yīng)力較小)和經(jīng)焰切的鋼材經(jīng)過(guò)加工的對(duì)接焊縫(因其殘余應(yīng)力因加工而大為改善)，疲勞強(qiáng)度有隨鋼材強(qiáng)度提高而稍有增加的趨勢(shì)，但這些連接和主體金屬一般不在構(gòu)件疲勞計(jì)算中起控制作用。故可認(rèn)為，疲勞容許應(yīng)力幅與鋼種無(wú)關(guān)。第76頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．7鋼的種類和鋼材規(guī)格

2．7．1鋼的種類

鋼材分類：按用途：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊鋼（如不銹鋼等）。結(jié)構(gòu)鋼又分建筑用鋼和機(jī)械用鋼。按冶煉方法：轉(zhuǎn)爐鋼，平爐鋼（還有電爐鋼，是特種合金鋼，不用于建筑）。平爐鋼質(zhì)量好，但冶煉時(shí)間長(zhǎng)，成本高。氧氣轉(zhuǎn)爐鋼質(zhì)量與平爐鋼相當(dāng)而成本較低。當(dāng)前的轉(zhuǎn)爐鋼主要采用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐鋼，按脫氧方法，鋼又分為沸騰鋼（代號(hào)為F）、半鎮(zhèn)靜鋼（代號(hào)為b）、鎮(zhèn)靜鋼（代號(hào)為Z）和特殊鎮(zhèn)靜鋼（代號(hào)為T(mén)Z），鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼的代號(hào)可以省去。鎮(zhèn)靜鋼脫氧充分，沸騰鋼脫氧較差，半鎮(zhèn)靜鋼介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間。建筑用鋼一般采用鎮(zhèn)靜鋼。第77頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．7鋼的種類和鋼材規(guī)格

2．7．1鋼的種類

鋼材分類：按用途：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊鋼按冶煉方法：轉(zhuǎn)爐鋼，平爐鋼按成型方法分類：軋制鋼(熱軋、冷軋)、鍛鋼和鑄鋼。最后按化學(xué)成分分類：碳素鋼和合金鋼。在建筑工程中采用的是碳素結(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。第78頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．7鋼的種類和鋼材規(guī)格

2．7．1鋼的種類

(1)對(duì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB700—88)是參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO630《結(jié)構(gòu)鋼》制訂的。質(zhì)量等級(jí)：A、B、C、D四級(jí)，

A：保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長(zhǎng)率，必要時(shí)尚可附加冷彎試驗(yàn)的要求，化學(xué)成分對(duì)碳、錳可以不作為交貨條件硫、磷的極限含量在要求限值內(nèi)。

B、C、D：保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長(zhǎng)率、冷彎和沖擊韌性(分別為+20℃，0℃、-20℃)等力學(xué)性能。及碳、硫、磷的極限含量在要求限值內(nèi)。第79頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．7鋼的種類和鋼材規(guī)格

2．7．1鋼的種類

(1)對(duì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB700—88)是參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO630《結(jié)構(gòu)鋼》制訂的。牌號(hào)表示方法：根據(jù)鋼材厚度(直徑)16mm時(shí)的屈服點(diǎn)數(shù)值，分為Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。鋼結(jié)構(gòu)一般僅用Q235，因此鋼的牌號(hào)根據(jù)需要可為Q235-A；Q235-B；Q235-C；Q235-D等。代號(hào)中：由代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)(A、B、C、D)、脫氧方法符號(hào)等四個(gè)部分按順序組成。第80頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．7鋼的種類和鋼材規(guī)格

2．7．1鋼的種類

（2）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T1591—94)代替(GB1591—88)于1995年1月1日實(shí)施。新標(biāo)準(zhǔn)不用鋼的品種表示鋼的牌號(hào)。采用與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同的鋼的牌號(hào)表示方法。質(zhì)量等級(jí)除與碳素結(jié)構(gòu)鋼A、B、C、D四個(gè)等級(jí)相同外增加一個(gè)等級(jí)E，主要是要求-40℃的沖擊韌性。鋼的牌號(hào)如：Q345-B、Q390-C等等。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一般為鎮(zhèn)靜鋼，因此的鋼的牌號(hào)中不注明脫氧方法。冶煉方法也由供方自行選擇。但A級(jí)鋼應(yīng)進(jìn)行冷彎試驗(yàn)，其他質(zhì)量級(jí)別鋼如供方能保證彎曲試驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)定要求，可不作檢驗(yàn)。第81頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．7鋼的種類和鋼材規(guī)格

2．7．1鋼的種類

（2）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T1591—94)代替(GB1591—88)于1995年1月1日實(shí)施。新標(biāo)準(zhǔn)不用鋼的品種表示鋼的牌號(hào)。采用與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同的鋼的牌號(hào)表示方法。

牌號(hào)表示方法：根據(jù)鋼材厚度(直徑)<16mm時(shí)的屈服點(diǎn)大小，分為Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。它們與舊標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的鋼的牌號(hào)見(jiàn)表2.3第82頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．7鋼的種類和鋼材規(guī)格

2．7．1鋼的種類

(3)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：以不熱處理或熱處理(退火、正火或高溫回火)狀態(tài)交貨，要求熱處理狀態(tài)交貨的應(yīng)在合同中注明，未注明者，按不熱處理交貨，如用于高強(qiáng)度螺栓的45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼需經(jīng)的熱處理，強(qiáng)度較高，對(duì)塑性和韌性又無(wú)顯著影響。第83頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．7鋼的種類和鋼材規(guī)格

2．7．1鋼的種類

第84頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．7．2鋼材的選擇

2．7．2．1選用原則

選擇鋼材時(shí)考慮的因素有：(1)結(jié)構(gòu)的重要性

對(duì)重型工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)、高層或超高層的民用建筑結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑物等重要結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮選用質(zhì)量好的鋼材，對(duì)一般工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)，可按工作性質(zhì)分別選用普通質(zhì)量的鋼材。另外，按《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的安全等級(jí)，把建筑物分為一級(jí)(重要的)、二級(jí)(一般的)和三級(jí)(次要的)。安全等級(jí)不同，要求的鋼材質(zhì)量也應(yīng)不同。(2)荷載情況荷載可分為靜態(tài)荷載和動(dòng)態(tài)荷載兩種。直接承受動(dòng)態(tài)荷載的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)烈地震區(qū)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用綜合性能好的鋼材；一般承受靜態(tài)荷載的結(jié)構(gòu)則可選用價(jià)格較低的Q235鋼。第85頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．7．2鋼材的選擇

2．7．2．1選用原則

選擇鋼材時(shí)考慮的因素有：(3)連接方法

鋼結(jié)構(gòu)的連接方法有焊接和非焊拉兩種。由于在焊接過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生焊接變形、焊接應(yīng)力以及其他焊接缺陷，如咬肉、氣孔、裂紋、夾渣等，有導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫或脆性斷裂的危險(xiǎn)。因此，焊接結(jié)構(gòu)對(duì)材質(zhì)的要求應(yīng)嚴(yán)格一些。例如，在化學(xué)成分方面，焊接結(jié)構(gòu)必須嚴(yán)格控制碳、硫、磷的極限含量；而非焊接結(jié)構(gòu)對(duì)含碳量可降低要求。第86頁(yè),共96頁(yè)，星期六，2024年，5月2．7．2鋼材的選擇

2．7．2．1選用原則

選擇鋼材時(shí)考慮的因素有：(4)結(jié)構(gòu)所處的溫度和環(huán)境

鋼材處于低溫時(shí)容易冷脆，因此在低溫條件下工作的結(jié)構(gòu)，尤其是焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用具有良好抗低溫脆斷性能的鎮(zhèn)靜鋼。此外，露天結(jié)構(gòu)的鋼材容易產(chǎn)生時(shí)效，有害介質(zhì)作用的鋼材容易腐蝕、疲勞和斷裂，也應(yīng)加以區(qū)別地