第2章鋼結(jié)構(gòu)材料及其性能

1、本科教學(xué)本科教學(xué) 第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料 鋼 結(jié) 構(gòu) 北京工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院 何永發(fā) 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2.1 2.1 鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求 （1 1） 較高的強度較高的強度 (2(2） 足夠的變形能力足夠的變形能力良好塑性和韌性良好塑性和韌性 （3 3） 良好的加工性能良好的加工性能適應(yīng)冷、熱加工，可焊性好適應(yīng)冷、熱加工，可焊性好

2、 （4 4） 對環(huán)境的良好適應(yīng)性對環(huán)境的良好適應(yīng)性耐腐蝕、耐火、耐疲勞耐腐蝕、耐火、耐疲勞 鋼結(jié)構(gòu)的材料關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)的計算理論，同時對鋼結(jié)構(gòu) 的制造、安裝、使用、造價、安全等均有直接聯(lián)系。本章簡 要介紹鋼材的生產(chǎn)過程和組織構(gòu)成，重點介紹鋼材的主要性 能以及各種因素對鋼材性能的影響；鋼材的種類、規(guī)格及選 擇原則。 強度強度材料抵材料抵 抗外力作用時不抗外力作用時不 致破壞的能力。致破壞的能力。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 Chapter 2 Material of Steel Structure 2.2 2.2 鋼材的生產(chǎn)鋼材的生產(chǎn) 鋼材的

3、生產(chǎn)大致分為鋼材的生產(chǎn)大致分為煉鐵煉鐵、煉鋼煉鋼和和軋制軋制三道工序。三道工序。 電爐鋼電爐鋼是利用電熱原理，在電弧爐內(nèi)冶煉。（質(zhì)量好，但耗電是利用電熱原理，在電弧爐內(nèi)冶煉。（質(zhì)量好，但耗電 量大，成本高，一般只用來冶煉特種用途的鋼材。）量大，成本高，一般只用來冶煉特種用途的鋼材。） 煉鋼爐有三種形式：煉鋼爐有三種形式：轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐、平爐平爐和和電爐電爐。 轉(zhuǎn)爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼是利用高壓空氣或氧氣使?fàn)t內(nèi)生鐵熔液的碳和其它雜物是利用高壓空氣或氧氣使?fàn)t內(nèi)生鐵熔液的碳和其它雜物 氧化，在高溫下使鐵液變?yōu)殇撘貉趸诟邷叵率硅F液變?yōu)殇撘?。（生產(chǎn)周期短，效率高，質(zhì)量好，成。（生產(chǎn)周期短，效率高，質(zhì)量好，成 本低，已

4、經(jīng)成為國內(nèi)外發(fā)展最快的煉鋼方法。）本低，已經(jīng)成為國內(nèi)外發(fā)展最快的煉鋼方法。） 平爐鋼平爐鋼是利用煤氣和其它燃料供應(yīng)熱能，把廢鋼、生鐵熔液或是利用煤氣和其它燃料供應(yīng)熱能，把廢鋼、生鐵熔液或 鑄鐵塊和不同的合金元素等冶煉成各種用途的鋼。（生產(chǎn)周期長，效率鑄鐵塊和不同的合金元素等冶煉成各種用途的鋼。（生產(chǎn)周期長，效率 低，成本高，現(xiàn)已逐步被轉(zhuǎn)爐鋼所取代。）低，成本高，現(xiàn)已逐步被轉(zhuǎn)爐鋼所取代。） （1 1）煉）煉 鋼鋼 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 澆注是指把熔煉好的鋼液做成鋼錠或鋼坯。澆注是指把熔煉好的鋼液做成鋼錠或鋼坯。 用用連續(xù)鑄造法連續(xù)鑄造

5、法生產(chǎn)鋼坯的工藝和設(shè)備，由于機械化、自動化生產(chǎn)鋼坯的工藝和設(shè)備，由于機械化、自動化 程度高的優(yōu)勢，已經(jīng)逐漸取代了笨重而復(fù)雜的程度高的優(yōu)勢，已經(jīng)逐漸取代了笨重而復(fù)雜的鑄錠鑄錠工藝和設(shè)備。工藝和設(shè)備。 鋼液中殘留的氧，將使鋼材晶粒粗細不均勻并發(fā)生熱脆，降鋼液中殘留的氧，將使鋼材晶粒粗細不均勻并發(fā)生熱脆，降 低鋼材的力學(xué)性能。低鋼材的力學(xué)性能。 按照鋼液在煉鋼爐中進行脫氧的方法和程度不同，碳素結(jié)構(gòu)鋼按照鋼液在煉鋼爐中進行脫氧的方法和程度不同，碳素結(jié)構(gòu)鋼 可分為可分為沸騰鋼沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼和和特殊鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼。 （2 2） 澆澆 注注 （3 3）脫）脫 氧氧 2021-8-4

6、 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 （4 4）加工（）加工（熱加工熱加工、冷加工冷加工和和熱處理熱處理 ） 熱處理熱處理 指通過加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼材的組指通過加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼材的組 織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的加工工藝。（退火、織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的加工工藝。（退火、 正火、淬火和回火）正火、淬火和回火） 熱加工熱加工 指將鋼坯加熱至塑性狀態(tài)，依靠外力改變其形狀，指將鋼坯加熱至塑性狀態(tài)，依靠外力改變其形狀， 生產(chǎn)出各種厚度的鋼板和型鋼。

7、（熱加工的開軋和鍛生產(chǎn)出各種厚度的鋼板和型鋼。（熱加工的開軋和鍛 壓溫度控制在壓溫度控制在1150-1300 1150-1300 ） 冷加工 冷加工 指在常溫下對鋼材進行加工。（指在常溫下對鋼材進行加工。（冷作硬化現(xiàn)象冷作硬化現(xiàn)象） 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 剪剪 板板 自動鋼板切割自動鋼板切割 鉆鉆 孔孔 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué)

8、建筑工程系 沈德洪 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2.3 2.3 鋼材的主要性能鋼材的主要性能 p 鋼材的破壞形式鋼材的破壞形式 p 單向拉伸時的工作性能單向拉伸時的工作性能 p 鋼材的其它性能鋼材的其它性能 p 在復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件在復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2.3.1 2.3.1 鋼材的破壞形式鋼材的破壞形式 特特 征征斷斷 口口后后 果果 塑性破壞塑性破壞 （延性破壞）（延性破壞） 構(gòu)件應(yīng)力超過屈構(gòu)件應(yīng)力超過屈 服點，并且達到服點，并且達

9、到 抗拉極限強度后，抗拉極限強度后， 構(gòu)件產(chǎn)生明顯的構(gòu)件產(chǎn)生明顯的 變形并斷裂。變形并斷裂。 常為杯形，呈纖常為杯形，呈纖 維狀，色澤發(fā)暗。維狀，色澤發(fā)暗。 在破壞前有很明在破壞前有很明 顯的變形，并有顯的變形，并有 較長的變形持續(xù)較長的變形持續(xù) 時間，便于發(fā)現(xiàn)時間，便于發(fā)現(xiàn) 和補救。和補救。 脆性破壞脆性破壞 在破壞前無明顯在破壞前無明顯 變形，平均應(yīng)力變形，平均應(yīng)力 也?。ㄒ话愣夹∫残。ㄒ话愣夹?于屈服點），沒于屈服點），沒 有任何預(yù)兆。有任何預(yù)兆。 平直和呈有光澤平直和呈有光澤 的晶粒。的晶粒。 突然發(fā)生的，危突然發(fā)生的，危 險性大，應(yīng)盡量險性大，應(yīng)盡量 避免。避免。 2021-8-4

10、第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2.3.2 2.3.2 單向拉伸時的工作性能單向拉伸時的工作性能 （1 1）試驗條件）試驗條件 （a a）試件的尺寸要符合國家標準，表面光滑，沒有孔洞、刻槽）試件的尺寸要符合國家標準，表面光滑，沒有孔洞、刻槽 等缺陷。試件的標定長度取其直徑的等缺陷。試件的標定長度取其直徑的5 5或或1010倍。倍。 （b b）荷載要分級逐次增加，直到試件破壞。）荷載要分級逐次增加，直到試件破壞。 （c c）試驗溫度要控制在室溫）試驗溫度要控制在室溫2020左右。左右。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系

11、沈德洪 （2 2）鋼材的應(yīng)力）鋼材的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系 A. A. 有屈服點鋼材有屈服點鋼材s-es-e曲線可以分為四個階段：曲線可以分為四個階段： ( (a) )彈性階段彈性階段( (OB段段) ) u s 彈性階段彈性階段( (OB段段) ) e s O A s esE B C D A E y s 單調(diào)拉伸應(yīng)力單調(diào)拉伸應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 OAOA段段：純彈性階段：純彈性階段 s s=E=Ee e A A點對應(yīng)的應(yīng)力：點對應(yīng)的應(yīng)力： s sp p（比例極限）（比例極限） ABAB段段：有一定的塑性：有一定的塑性 變形變形, , 但整個但整個OBOB段卸段卸 載后變形消失載后變

12、形消失, , e e=0=0 B B點對應(yīng)的應(yīng)力：點對應(yīng)的應(yīng)力： s se （彈性極限）（彈性極限） 屈服階段（屈服階段（BCD)BCD) 強化階段強化階段(DE(DE段段) ) 頸縮階段頸縮階段(EF(EF段段) ) 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 （b）屈服階段（）屈服階段（BCD) 塑性變形塑性變形：卸載后試件：卸載后試件 不能完全恢復(fù)原來的長不能完全恢復(fù)原來的長 度。不能恢復(fù)的這一部度。不能恢復(fù)的這一部 分變形稱為塑性變形。分變形稱為塑性變形。 屈服點屈服點fy（屈服強度）（屈服強度）： 屈服階段曲線波動部分屈服階段曲線波動部分 的最

13、低值。的最低值。 流幅流幅：從屈服階段的開：從屈服階段的開 始到曲線再度上升的應(yīng)始到曲線再度上升的應(yīng) 變幅度稱為流幅。變幅度稱為流幅。 特點特點：應(yīng)力與應(yīng)變進入非線性的彈塑性階段，不再成正比關(guān)系，應(yīng)變增加很快，：應(yīng)力與應(yīng)變進入非線性的彈塑性階段，不再成正比關(guān)系，應(yīng)變增加很快， 應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線呈鋸齒形波動，出現(xiàn)應(yīng)力不增加而應(yīng)變?nèi)匀辉诶^續(xù)發(fā)展。應(yīng)變曲線呈鋸齒形波動，出現(xiàn)應(yīng)力不增加而應(yīng)變?nèi)匀辉诶^續(xù)發(fā)展。 u s e s O A s esE B C D A E y s 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 （c c）強化階段）強化階段(DE(DE段

14、段) ) 鋼材內(nèi)部晶粒重新排列，恢復(fù)承載能力，隨荷載的增加鋼材內(nèi)部晶粒重新排列，恢復(fù)承載能力，隨荷載的增加緩慢增緩慢增 大大, ,但但增加較快，最終應(yīng)力達到最高點增加較快，最終應(yīng)力達到最高點E E抗拉強度（極限強抗拉強度（極限強 度）度）fu 試件所能承受的最大拉應(yīng)力試件所能承受的最大拉應(yīng)力 （d d）頸縮階段）頸縮階段(EF(EF段段) ) u s e s O A s esE B C D A E y s 截面出現(xiàn)了橫向收縮，截面出現(xiàn)了橫向收縮， 截面面積開始顯著縮截面面積開始顯著縮 小，塑性變形迅速增小，塑性變形迅速增 大，應(yīng)力不斷降低，大，應(yīng)力不斷降低， 變形卻延續(xù)發(fā)展，直變形卻延續(xù)發(fā)展，

15、直 至至F F點試件斷裂。點試件斷裂。 F F 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 B.B.對無明顯屈服點的鋼材對無明顯屈服點的鋼材 設(shè)計時以卸載后試件中殘余應(yīng)變?yōu)樵O(shè)計時以卸載后試件中殘余應(yīng)變?yōu)?.20.2所對應(yīng)的應(yīng)力所對應(yīng)的應(yīng)力 作為屈服點作為屈服點 “條件屈服點條件屈服點”或或“名義屈服點名義屈服點” s e fy=f0.2 0.2% fu p 無屈服點鋼材的應(yīng)力無屈服點鋼材的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 沒有明顯屈服點的沒有明顯屈服點的鋼鋼 材在拉伸過程中沒有材在拉伸過程中沒有 屈服階段，塑性變形屈服階段，塑性變形 小，破壞突然。小，破壞突然

16、。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 (3)(3)單向拉伸時鋼材的機械性能指標單向拉伸時鋼材的機械性能指標 屈服點屈服點fy 應(yīng)力應(yīng)變曲線開始產(chǎn)生塑性流動時對應(yīng)的應(yīng)力（取屈 應(yīng)力應(yīng)變曲線開始產(chǎn)生塑性流動時對應(yīng)的應(yīng)力（取屈 服階段波動部分的應(yīng)力最低值），它是衡量鋼材的承載能力和確服階段波動部分的應(yīng)力最低值），它是衡量鋼材的承載能力和確 定鋼材強度設(shè)計值的重要指標。（定鋼材強度設(shè)計值的重要指標。（作為作為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計可以達到的最可以達到的最 大應(yīng)力）大應(yīng)力） 抗拉強度抗拉強度f fu u應(yīng)力應(yīng)變曲線最高點對應(yīng)的應(yīng)力，它是鋼材破應(yīng)力應(yīng)變曲線最

17、高點對應(yīng)的應(yīng)力，它是鋼材破 壞前所能承受的最大應(yīng)力。壞前所能承受的最大應(yīng)力。（強度的安全儲備）（強度的安全儲備） 鋼材的塑性鋼材的塑性當(dāng)應(yīng)力超過屈服點后，鋼材能產(chǎn)生顯著的殘余變當(dāng)應(yīng)力超過屈服點后，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)形（塑性變形）而不立即斷裂的性質(zhì)。塑性好壞可用。塑性好壞可用斷面收縮率斷面收縮率 和伸長率和伸長率 表示，通過靜力拉伸試驗得到。表示，通過靜力拉伸試驗得到。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 a) 伸長率伸長率試件試件斷裂前斷裂前的永久變形與原標定長度的百比。的永久變形與原標定長度的百比。 Lo

18、d NN N L d N %100 0 01 - l ll l0 原標距長原標距長 l1 拉斷后標距長度拉斷后標距長度 d0 試件直徑試件直徑 試件有兩種標距：試件有兩種標距：l0/ d0=5 和和 l0/ d0=10 相應(yīng)的伸長率用相應(yīng)的伸長率用5 和和10表示。伸長率表示。伸長率 實際工程中以伸長率實際工程中以伸長率 代表材料斷裂前具有的塑性變形能力。代表材料斷裂前具有的塑性變形能力。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 b) ) 斷面收縮率斷面收縮率 是指試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積縮是指試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積縮 小值與原斷面面積比值

19、的百分比。小值與原斷面面積比值的百分比。 %100 1 10 - A AA 式中：式中： A0 試件原來的斷面面積試件原來的斷面面積 A1 試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積 斷面收縮率斷面收縮率 越大，鋼材的塑性越好。由于在測量試件的斷面面積時容易越大，鋼材的塑性越好。由于在測量試件的斷面面積時容易 產(chǎn)生較大的誤差，因而鋼材塑性指標仍然采用伸長率作為保證要求。產(chǎn)生較大的誤差，因而鋼材塑性指標仍然采用伸長率作為保證要求。 A0 A1 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 (4) (4) 應(yīng)力應(yīng)變曲線的簡化應(yīng)力應(yīng)變曲線的簡化 曲線簡

20、化的依據(jù)：曲線簡化的依據(jù)： 1 1）鋼材在屈服點之前的性質(zhì)）鋼材在屈服點之前的性質(zhì) 接近理想的彈性體。接近理想的彈性體。 2 2）屈服點之后的流幅現(xiàn)象又）屈服點之后的流幅現(xiàn)象又 接近理想的塑性體，并且流幅接近理想的塑性體，并且流幅 的范圍（的范圍（e e0.150.15-2.5-2.5） 已足夠用來考慮結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的已足夠用來考慮結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的 塑性變形的發(fā)展。塑性變形的發(fā)展。 2.5% fy 0 0.15% 簡化的應(yīng)力應(yīng)變曲線簡化的應(yīng)力應(yīng)變曲線 鋼材是符合理想中的彈性鋼材是符合理想中的彈性- -塑性材料塑性材料 塑性設(shè)計塑性設(shè)計 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建

21、筑工程系 沈德洪 2.3.3 2.3.3 鋼材的其它性能鋼材的其它性能 冷彎性能是判別鋼材塑性變形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。能力和冶金質(zhì)量的綜合指標。 1.1.冷彎性能冷彎性能 鋼材在冷加工（常溫下加工）鋼材在冷加工（常溫下加工） 產(chǎn)生塑性變形時，對發(fā)生裂縫產(chǎn)生塑性變形時，對發(fā)生裂縫 的抵抗能力。的抵抗能力。 鑒別指標鑒別指標：當(dāng)試件彎曲至：當(dāng)試件彎曲至180180時，時， 試件表和側(cè)面，無裂紋、斷裂或試件表和側(cè)面，無裂紋、斷裂或 分層，即認為試件冷彎性能合格。分層，即認為試件冷彎性能合格。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系

22、 沈德洪 2.2.沖擊韌性沖擊韌性 韌性韌性 反映鋼材抵抗沖擊荷載、動力荷載的反映鋼材抵抗沖擊荷載、動力荷載的 能力，是鋼材在變形和斷裂中吸收能量的度能力，是鋼材在變形和斷裂中吸收能量的度 量。衡量韌性指標用量。衡量韌性指標用沖擊韌性沖擊韌性值表示，也叫值表示，也叫 沖擊功，用符號沖擊功，用符號A Akv kv表示，單位為 表示，單位為J J。 沖擊韌性試驗沖擊韌性試驗 一般采用試件長一般采用試件長55mm55mm，截，截 面面101010mm10mm2 2，中間一小槽。在擺錘式?jīng)_，中間一小槽。在擺錘式?jīng)_ 擊試驗機上進行試驗，沖斷試件后，讀出擊試驗機上進行試驗，沖斷試件后，讀出 擺錘消耗的功。

23、擺錘消耗的功。 沖擊韌性試驗沖擊韌性試驗 沖擊韌性還與試驗的溫度有關(guān)。我國鋼材標準沖擊韌性還與試驗的溫度有關(guān)。我國鋼材標準 中將試驗分為四檔，即中將試驗分為四檔，即+20, 0+20, 0，-20-20和和- - 4040時的沖擊韌性。溫度越低，沖擊韌性越低。時的沖擊韌性。溫度越低，沖擊韌性越低。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 3.3.可焊性可焊性 好的可焊性是指焊接安全、可靠、不發(fā)生焊接裂縫，焊接接頭好的可焊性是指焊接安全、可靠、不發(fā)生焊接裂縫，焊接接頭 和焊縫的力學(xué)性能不低于母材力學(xué)性能。和焊縫的力學(xué)性能不低于母材力學(xué)性能。 影響鋼材可

24、焊性的因素影響鋼材可焊性的因素 鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響。碳含量在。碳含量在0.12%0.12%0.20%0.20% 范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好（如范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好（如Q235BQ235B）。對于高強度低合金鋼中，低合）。對于高強度低合金鋼中，低合 金元素大多對可焊性有不利影響，我國行業(yè)標準金元素大多對可焊性有不利影響，我國行業(yè)標準JGJ81-2002JGJ81-2002建筑鋼結(jié)構(gòu)建筑鋼結(jié)構(gòu) 焊接技術(shù)規(guī)程焊接技術(shù)規(guī)程推薦使用碳當(dāng)量來衡量低合金鋼的可焊性。當(dāng)碳當(dāng)量小于推薦使用碳當(dāng)量來衡量低合金鋼的可焊性。當(dāng)碳當(dāng)量小于 0.38%0

25、.38%，鋼材的可焊性好，鋼材的可焊性好( (如如Q235.Q345)Q235.Q345)，可不采取措施直接施焊。，可不采取措施直接施焊。 15 ui 5 or 6 n E CNVMCM CC （2.4.1） 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 鋼材的機械性能指標鋼材的機械性能指標 1、屈服點、屈服點 fy 2、抗拉強度、抗拉強度 fu 3、伸長率、伸長率 4、斷面收縮率斷面收縮率 5、冷彎性能、冷彎性能 6、沖擊韌性、沖擊韌性 Akv 小小 結(jié)結(jié) 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2.3.4 2

26、.3.4 在復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件在復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件 第四能量強度理論第四能量強度理論 材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強度指標用變形時材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強度指標用變形時 單位體積中積聚的能量來表達單位體積中積聚的能量來表達 推導(dǎo)推導(dǎo) 當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時的變形能時，當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時的變形能時， 鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。 o sx sz sy yz yx xy xz zy zx Z X Y 單元體受復(fù)雜應(yīng)力單元體受復(fù)雜應(yīng)力 狀態(tài)下的分量狀態(tài)下的分量 s1 s1 s2 s2 s3 s3 單元體受單元體受 主應(yīng)力主應(yīng)力 鋼材單元體上的

27、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)鋼材單元體上的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài) 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 在三向應(yīng)力作用下，鋼材由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)的條件，在三向應(yīng)力作用下，鋼材由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)的條件， 可以用折算應(yīng)力和鋼材在單向應(yīng)力時的屈服點相比較來判斷?？梢杂谜鬯銘?yīng)力和鋼材在單向應(yīng)力時的屈服點相比較來判斷。 222222 3 zxyzxyxzzyyxzyxzs ssssssssss- （2.3.1） 用主應(yīng)力用主應(yīng)力 、 、 表示時，有表示時，有: : 1 s 2 s 3 s yz f-)( 133221 2 3 2 2 2 1 ssssssssss（2.3.

28、2） )()()( 2 1 2 13 2 32 2 21 sssssss- z 或或 當(dāng)當(dāng)時鋼材處于彈性階段，時鋼材處于彈性階段， 時鋼材處于塑性階段。時鋼材處于塑性階段。 yzs fs yzs fs 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 當(dāng)鋼材厚度較薄時，厚度方向的應(yīng)力很小，?？珊雎圆挥嫞@當(dāng)鋼材厚度較薄時，厚度方向的應(yīng)力很小，常可忽略不計，這 時三向應(yīng)力狀態(tài)可以簡化為平面應(yīng)力狀態(tài)時三向應(yīng)力狀態(tài)可以簡化為平面應(yīng)力狀態(tài)： yxyyxyxzs f- 222 3sssss（2.3.3） 一般梁中只存在正應(yīng)力一般梁中只存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力和剪應(yīng)力，則上式可

29、寫為：，則上式可寫為： yzs f 22 3ss （2.3.4） 純剪時純剪時=0 =0 則有：則有： yzs fs33 2 （2.3.5） yy ff58. 0 3 1 即鋼材的剪切屈服點是拉伸屈即鋼材的剪切屈服點是拉伸屈 服點服點f fy y的的0.58 0.58 倍倍 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 不同受力狀態(tài)對鋼材材性的影響不同受力狀態(tài)對鋼材材性的影響 （a a）單向拉伸單向拉伸 （b b）雙向拉伸雙向拉伸 （c c）雙向異號應(yīng)力雙向異號應(yīng)力 分析結(jié)果：分析結(jié)果： （1 1）相對于單向拉伸而言，鋼材在鋼）相對于單向拉伸而言，鋼材在鋼

30、 材在雙向拉力作用下屈服點和抗拉強度材在雙向拉力作用下屈服點和抗拉強度 提高，但是塑性下降。提高，但是塑性下降。 雙向應(yīng)力作用下對雙向應(yīng)力作用下對 鋼材材性的影響鋼材材性的影響 0 y f b y f c y f (a) (b) (c) （3 3）主應(yīng)力異號時，易屈服，破壞呈）主應(yīng)力異號時，易屈服，破壞呈 塑性，差別越大越明顯。塑性，差別越大越明顯。 （2 2）主應(yīng)力同號時，不易屈服，塑性）主應(yīng)力同號時，不易屈服，塑性 下降，越接近越明顯。下降，越接近越明顯。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2.4. 2.4. 各種因素對鋼材的影響各種因素對

31、鋼材的影響 u 化學(xué)成份的影響化學(xué)成份的影響 u 冶金缺陷的影響冶金缺陷的影響 u 鋼材硬化的影響鋼材硬化的影響 u 應(yīng)力集中的影響應(yīng)力集中的影響 u 溫度的影響溫度的影響 u 荷載類型的影響荷載類型的影響 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2.4.1 2.4.1 化學(xué)成份的影響化學(xué)成份的影響 鋼材的化學(xué)成分直接影響鋼的組織構(gòu)造，從而影響鋼材的力學(xué)性能。鋼材的化學(xué)成分直接影響鋼的組織構(gòu)造，從而影響鋼材的力學(xué)性能。 純鐵純鐵FeFe（占（占9999） 碳碳C C變脆（強度變脆（強度，塑性、韌性、可焊性，抗腐蝕性塑性、韌性、可焊性，抗腐蝕性） 其它

32、主要元素其它主要元素 硫硫S S熱脆熱脆、韌性、疲勞強度、抗銹蝕性、可焊性、韌性、疲勞強度、抗銹蝕性、可焊性 磷（磷（P P）強度、抗銹蝕能力強度、抗銹蝕能力塑性、韌性、冷彎性能、可焊性塑性、韌性、冷彎性能、可焊性， 冷脆，低溫工作性能差。冷脆，低溫工作性能差。 氧氧O O 影響同硫影響同硫 氮（氮（N N）影響同磷）影響同磷 硅硅SiSi 適量適量強度強度，塑性、韌性、冷彎性能、可焊性變化不大，塑性、韌性、冷彎性能、可焊性變化不大 錳錳MnMn強度強度消除熱脆，改善冷脆，塑性韌性降低不顯著消除熱脆，改善冷脆，塑性韌性降低不顯著 釩釩(V)(V)、鈦、鈦(Ti)(Ti)、鈮、鈮(Nb) (Nb

33、) 等等適量適量強度、韌性強度、韌性、塑性良好塑性良好 鋼鋼 有有 益益 元元 素素 有有 害害 元元 素素 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 鐵（鐵（FeFe）是鋼材的基本元素，普通碳素鋼中占）是鋼材的基本元素，普通碳素鋼中占99%99%，此外還，此外還 有碳（有碳（C C）、硅（）、硅（SiSi）、錳（）、錳（MnMn）等有益元素，及硫（）等有益元素，及硫（S S）、）、 磷（磷（P P）、氧（）、氧（O O）、氮（）、氮（N N）等有害元素，這些總含量不大，）等有害元素，這些總含量不大， 約約1%1%，但對鋼材力學(xué)性能卻有很大影響。低合金

34、鋼中有，但對鋼材力學(xué)性能卻有很大影響。低合金鋼中有 5%5%的合金元素，如銅的合金元素，如銅(Cu)(Cu)、釩、釩(V)(V)、鈦、鈦(Ti)(Ti)、鈮、鈮(Nb)(Nb)、鉻、鉻 (Cr)(Cr)等。等。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 1.1. 碳（碳（C C）：形成鋼材強度的主要成分，隨其含量增加，強形成鋼材強度的主要成分，隨其含量增加，強 度增加，塑性和韌性降低，可焊性和抗腐蝕性降低。度增加，塑性和韌性降低，可焊性和抗腐蝕性降低。 碳素鋼按碳含量區(qū)分，小于碳素鋼按碳含量區(qū)分，小于0.250.25的為低碳鋼，介于的為低碳鋼，介于 0

35、.250.25和和0.60.6之間的為中碳鋼，大于之間的為中碳鋼，大于0.60.6的為高碳鋼。的為高碳鋼。 鋼結(jié)構(gòu)用鋼中，碳含量一般控制在鋼結(jié)構(gòu)用鋼中，碳含量一般控制在0.22%0.22%以下，當(dāng)其含量以下，當(dāng)其含量 在在0.20.2以下時，可焊性良好。以下時，可焊性良好。 2. 2. 硫（硫（S S）：鋼材中的有害元素，具有熱脆性（溫度達到鋼材中的有害元素，具有熱脆性（溫度達到 800-1000800-1000時，硫化鐵會熔化使鋼材變脆，從而引發(fā)熱裂時，硫化鐵會熔化使鋼材變脆，從而引發(fā)熱裂 紋）。規(guī)范規(guī)定結(jié)構(gòu)用鋼中硫的含量不得超過紋）。規(guī)范規(guī)定結(jié)構(gòu)用鋼中硫的含量不得超過0.05%0.05%。

36、 3. 3. 氧（氧（O O）：有害雜質(zhì)，與：有害雜質(zhì)，與S S相似。相似。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 4.4.磷（磷（P P）：磷在一定程度上可提高鋼的強度和抗銹蝕的能力。鋼磷在一定程度上可提高鋼的強度和抗銹蝕的能力。鋼 材中的有害元素，具有冷脆性（溫度較低時促使鋼材變脆）。因此，材中的有害元素，具有冷脆性（溫度較低時促使鋼材變脆）。因此， 磷的含量也要嚴格控制，規(guī)范中規(guī)定不得超過磷的含量也要嚴格控制，規(guī)范中規(guī)定不得超過0.045%0.045%。 5.5.氮（氮（N N）：有害雜質(zhì)，：有害雜質(zhì)，與與P P相似相似。 6.6.錳（錳（M

37、nMn）：有益元素。在普通碳素鋼中，是一種弱脫氧劑，可提有益元素。在普通碳素鋼中，是一種弱脫氧劑，可提 高鋼材強度，與高鋼材強度，與S S形成形成MnSMnS，熔點，熔點16001600，可以消除硫?qū)︿摬牡臒岽?，可以消除硫?qū)︿摬牡臒岽?影響。影響。 7.7.硅（硅（SiSi）：有益元素。在普通碳素鋼中，是一種強脫氧劑，常與有益元素。在普通碳素鋼中，是一種強脫氧劑，常與 錳共同除氧，生成鎮(zhèn)靜鋼。錳共同除氧，生成鎮(zhèn)靜鋼。 8.8.釩（釩（V V）：合金元素。細化晶粒，提高強度，其碳化物具有高溫：合金元素。細化晶粒，提高強度，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)。穩(wěn)定性，適用于受荷較大

38、的焊接結(jié)構(gòu)。 9.9.銅（銅（CuCu）：提高抗銹蝕性，提高強度，對可焊性有影響。：提高抗銹蝕性，提高強度，對可焊性有影響。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2.4.2 2.4.2 冶金缺陷的影響冶金缺陷的影響 1.1.偏析偏析 金屬結(jié)晶后化學(xué)成分分布不均勻的現(xiàn)象。主要金屬結(jié)晶后化學(xué)成分分布不均勻的現(xiàn)象。主要 是硫、磷偏析，其后果是偏析區(qū)鋼材的塑性、韌性、可焊是硫、磷偏析，其后果是偏析區(qū)鋼材的塑性、韌性、可焊 性變壞。性變壞。 3.3.裂紋裂紋 鋼材中存在的微觀裂紋。鋼材中存在的微觀裂紋。 2.2.非金屬夾雜非金屬夾雜 指鋼材中的非金屬化合物

39、，如硫化物、指鋼材中的非金屬化合物，如硫化物、 氧化物，他們使鋼材性能變脆。氧化物，他們使鋼材性能變脆。 4.4.氣泡氣泡 澆鑄時由澆鑄時由FeOFeO和和C C作用所生成的作用所生成的COCO氣體不能充分逸氣體不能充分逸 出而滯留在鋼錠那形成的微小空洞。出而滯留在鋼錠那形成的微小空洞。 5.5.分層分層 澆鑄時的非金屬夾雜在軋制后可能造成鋼材的分層。澆鑄時的非金屬夾雜在軋制后可能造成鋼材的分層。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2.4.3 2.4.3 鋼材的硬化鋼材的硬化 冷作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，

40、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，卸載后再重新加載，鋼材的屈服點提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象鋼材的屈服點提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象 。 時效硬化時效硬化隨著時間的增加，純鐵體中有一些數(shù)量極少的碳和氮的固熔隨著時間的增加，純鐵體中有一些數(shù)量極少的碳和氮的固熔 物質(zhì)析出，物質(zhì)析出，使鋼材的屈服點和抗拉強度提高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象使鋼材的屈服點和抗拉強度提高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象 。 在交變荷載、重復(fù)荷載和溫度變化等情況下，會加速時效硬化的發(fā)展。在交變荷載、重復(fù)荷載和溫度變化等情況下，會加速時效硬化的發(fā)展。 應(yīng)變時效硬化應(yīng)變時效硬化鋼材產(chǎn)生一定數(shù)量的塑性變形后，

41、鐵素體晶體中的鋼材產(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)生時效硬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)生時效硬 化現(xiàn)象?；F(xiàn)象。 在高溫作用下會快速發(fā)展在高溫作用下會快速發(fā)展（人工時效）（人工時效） 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 硬化對鋼材性能的影響硬化對鋼材性能的影響 a)時效硬化及冷作硬化時效硬化及冷作硬化b) 應(yīng)變時效硬化應(yīng)變時效硬化 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2.4.4 2.4.4 應(yīng)力集中的影響應(yīng)力集中的影響

42、 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，引起截面中的應(yīng)力分布不均勻，出現(xiàn)局部高化、形狀變化和內(nèi)部缺陷等，引起截面中的應(yīng)力分布不均勻，出現(xiàn)局部高 峰應(yīng)力的現(xiàn)象。峰應(yīng)力的現(xiàn)象。應(yīng)力集中應(yīng)力集中現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 應(yīng)力集中現(xiàn)象應(yīng)力集中現(xiàn)象 l 有應(yīng)力集中的鋼材，有應(yīng)力集中的鋼材，材性變脆材性變脆。 l 應(yīng)力集中處常產(chǎn)生三向的同號拉應(yīng)力，易使鋼材開裂時也沒有明顯的塑性變形。應(yīng)力集中處常產(chǎn)生三向的同號拉應(yīng)力，易使鋼材開裂時也沒有明顯的塑性變形。 l 應(yīng)力集中對塑性良好的鋼結(jié)構(gòu)靜力強度影響不大，但應(yīng)力集

43、中對塑性良好的鋼結(jié)構(gòu)靜力強度影響不大，但降低疲勞強度降低疲勞強度。 2.4 2.4 各種因素對鋼材的影響各種因素對鋼材的影響2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 不同槽口試件靜力拉伸試驗的應(yīng)力不同槽口試件靜力拉伸試驗的應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 應(yīng)力集中對應(yīng)力集中對-曲線曲線關(guān)系的影響關(guān)系的影響 可以看出截面槽可以看出截面槽 口改變愈急劇，應(yīng)口改變愈急劇，應(yīng) 力集中現(xiàn)象愈厲害，力集中現(xiàn)象愈厲害， 其抗拉強度愈高，其抗拉強度愈高， 但塑性愈差，破壞但塑性愈差，破壞 的脆性傾向愈大。的脆性傾向愈大。 102030 0.4 25 100 % (N/mm2) 1

44、0 測距100 10 10 0 600 700 500 400 300 200 100 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2.4.5 2.4.5 荷載類型的影響荷載類型的影響 荷載可分為靜力和動力兩大類荷載可分為靜力和動力兩大類 1.1.加荷速度的影響加荷速度的影響 這是加載過程中出現(xiàn)的問題。加荷速度過快，構(gòu)件來不及變這是加載過程中出現(xiàn)的問題。加荷速度過快，構(gòu)件來不及變 形，得到的屈服點也高，且呈脆性。特別在低溫時對鋼材性能的形，得到的屈服點也高，且呈脆性。特別在低溫時對鋼材性能的 影響要比常溫下大得多。影響要比常溫下大得多。 因此，試驗時需規(guī)

45、定加載速度；靜力加載試驗一般應(yīng)加載因此，試驗時需規(guī)定加載速度；靜力加載試驗一般應(yīng)加載5 5分分 鐘后再讀數(shù)據(jù)。鐘后再讀數(shù)據(jù)。 2.2.循環(huán)荷載的影響循環(huán)荷載的影響 鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會逐漸累積損傷，產(chǎn)生裂紋及鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會逐漸累積損傷，產(chǎn)生裂紋及 裂紋逐漸擴展，直到最后破壞裂紋逐漸擴展，直到最后破壞（疲勞破壞）（疲勞破壞）。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2.4.6 2.4.6 溫度的影響溫度的影響 正溫范圍：正溫范圍：T T升高升高 （1 1）溫度在）溫度在150150以內(nèi)，鋼材材以內(nèi)，鋼材材 質(zhì)變化很小，鋼結(jié)構(gòu)可用

46、于溫度質(zhì)變化很小，鋼結(jié)構(gòu)可用于溫度 不高于不高于150150的場合。的場合。 （2 2）溫度在）溫度在250250左右的區(qū)間內(nèi)，左右的區(qū)間內(nèi)， fu 有局部性提高，沖擊韌性降低，有局部性提高，沖擊韌性降低， 出現(xiàn)出現(xiàn)藍脆現(xiàn)象。藍脆現(xiàn)象。 （3 3）當(dāng)溫度達到）當(dāng)溫度達到600600時，鋼材時，鋼材 進入熱塑性狀態(tài)，強度下降嚴重，進入熱塑性狀態(tài)，強度下降嚴重， 將喪失承載能力。將喪失承載能力。 溫度對鋼材力學(xué)性能的影響溫度對鋼材力學(xué)性能的影響 )/( 2 mmNs(%) fu fy E 負溫范圍：負溫范圍：T T下降，下降，隨著溫度的降低，鋼材的強度提高，而塑性和韌隨著溫度的降低，鋼材的強度提高

47、，而塑性和韌 性降低，逐漸變脆，稱為鋼材的性降低，逐漸變脆，稱為鋼材的低溫冷脆低溫冷脆。鋼材的沖擊韌性對溫度。鋼材的沖擊韌性對溫度 的降低十分敏感。的降低十分敏感。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 沖擊韌性和溫度關(guān)系示意圖沖擊韌性和溫度關(guān)系示意圖 脆性破壞脆性破壞 兩種破兩種破 壞均有壞均有塑性破壞塑性破壞 轉(zhuǎn)變溫轉(zhuǎn)變溫 度區(qū)度區(qū) 沖擊斷裂功沖擊斷裂功 試驗溫度試驗溫度T1T0T2 （1 1）沖擊功曲線的反彎點）沖擊功曲線的反彎點 T T0 0稱為稱為臨界溫度臨界溫度。界限溫度。界限溫度 T T1 1和和T T2 2分別為分別為脆性轉(zhuǎn)變溫度脆

48、性轉(zhuǎn)變溫度 和全和全塑性轉(zhuǎn)變溫度塑性轉(zhuǎn)變溫度。 （2 2）鋼材由塑性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)椋╀摬挠伤苄云茐霓D(zhuǎn)變?yōu)?脆性破壞是在溫度區(qū)間脆性破壞是在溫度區(qū)間T T1 1 T T2 2內(nèi)完成的，此溫度區(qū)間稱為內(nèi)完成的，此溫度區(qū)間稱為 鋼材的鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)。 （3 3）在脆性轉(zhuǎn)變溫度以下，鋼材表現(xiàn)為）在脆性轉(zhuǎn)變溫度以下，鋼材表現(xiàn)為 完全的脆性破壞；而在全塑性轉(zhuǎn)變溫度以完全的脆性破壞；而在全塑性轉(zhuǎn)變溫度以 上，鋼材則表現(xiàn)為完全的塑性破壞。上，鋼材則表現(xiàn)為完全的塑性破壞。 （4 4）不同牌號和等級的鋼材具有不同的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)和轉(zhuǎn)變溫度，均應(yīng)通過試驗來確定。）不同牌號和等級的鋼材具有不同的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)

49、和轉(zhuǎn)變溫度，均應(yīng)通過試驗來確定。 在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了防止脆性破壞，選用鋼材時應(yīng)使其工作溫度大于在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了防止脆性破壞，選用鋼材時應(yīng)使其工作溫度大于T T1 1, ,接近接近T T0 0。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2.4.7 2.4.7 防止脆性斷裂的方法防止脆性斷裂的方法 外因外因 鋼材在構(gòu)造和加工工程中引起的鋼材在構(gòu)造和加工工程中引起的應(yīng)力集中應(yīng)力集中、低溫影響低溫影響、動力荷動力荷 載的作用載的作用、冷作硬化冷作硬化和和應(yīng)變時效硬化應(yīng)變時效硬化等等 內(nèi)因內(nèi)因 鋼材的鋼材的化學(xué)成分化學(xué)成分、組織構(gòu)造組織構(gòu)造和和缺陷缺陷等

50、等 (1(1）合理的選用鋼材）合理的選用鋼材; ; (2(2）對于低溫工作和受動力荷載的鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)使所選鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度）對于低溫工作和受動力荷載的鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)使所選鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度 低于結(jié)構(gòu)的工作溫度低于結(jié)構(gòu)的工作溫度; ; (3) (3) 盡量使用較薄的型鋼和板材，使其具有良好的沖擊韌性盡量使用較薄的型鋼和板材，使其具有良好的沖擊韌性; ; (4(4）設(shè)計時結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要合理，避免構(gòu)件截面的突然改變，使之能均勻、）設(shè)計時結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要合理，避免構(gòu)件截面的突然改變，使之能均勻、 連續(xù)的傳遞應(yīng)力，從而減小構(gòu)件的應(yīng)力集中。連續(xù)的傳遞應(yīng)力，從而減小構(gòu)件的應(yīng)力集中。 影響鋼材出現(xiàn)脆性破壞的因素影響鋼材

51、出現(xiàn)脆性破壞的因素 合合 理理 設(shè)設(shè) 計計 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 正正 確確 制制 造造 (1) (1) 嚴格按照設(shè)計要求進行制作，不得隨意進行鋼材代換，不得隨嚴格按照設(shè)計要求進行制作，不得隨意進行鋼材代換，不得隨 意將螺栓連接該為焊接連接，不得隨意加大焊縫厚度。意將螺栓連接該為焊接連接，不得隨意加大焊縫厚度。 (2) (2) 為了避免冷作硬化現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)采用鉆孔或沖孔后再擴鉆的為了避免冷作硬化現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)采用鉆孔或沖孔后再擴鉆的 方法，以及對剪切邊進行刨邊。方法，以及對剪切邊進行刨邊。 (3) (3) 為了減少焊接殘余應(yīng)力導(dǎo)致

52、的應(yīng)力集中，應(yīng)該制定合理的焊接為了減少焊接殘余應(yīng)力導(dǎo)致的應(yīng)力集中，應(yīng)該制定合理的焊接 工藝和技術(shù)措施，并由考試合格的焊工施焊，必要時可采用熱處工藝和技術(shù)措施，并由考試合格的焊工施焊，必要時可采用熱處 理方法消除主要構(gòu)件中的焊接殘余應(yīng)力。理方法消除主要構(gòu)件中的焊接殘余應(yīng)力。 (4) (4) 焊接中不得在構(gòu)件上任意打火起弧，影響焊接的質(zhì)量，應(yīng)按照焊接中不得在構(gòu)件上任意打火起弧，影響焊接的質(zhì)量，應(yīng)按照 規(guī)范的要求進行。規(guī)范的要求進行。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 合合 理理 使使 用用 (1) (1) 不得隨意改變結(jié)構(gòu)使用用途或超負荷使用結(jié)構(gòu)。

53、不得隨意改變結(jié)構(gòu)使用用途或超負荷使用結(jié)構(gòu)。 (2) (2) 原設(shè)計在室溫工作的結(jié)構(gòu)，在冬季停產(chǎn)時要注意保暖。原設(shè)計在室溫工作的結(jié)構(gòu)，在冬季停產(chǎn)時要注意保暖。 (3) (3) 不要在主要結(jié)構(gòu)上任意焊接或附加零件懸掛物。不要在主要結(jié)構(gòu)上任意焊接或附加零件懸掛物。 (4) (4) 避免因生產(chǎn)和運輸不當(dāng)對結(jié)構(gòu)造成的撞擊或機械損傷。避免因生產(chǎn)和運輸不當(dāng)對結(jié)構(gòu)造成的撞擊或機械損傷。 (5) (5) 平時對結(jié)構(gòu)應(yīng)注意檢察和維護。平時對結(jié)構(gòu)應(yīng)注意檢察和維護。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2.6 2.6 建筑用鋼種類、規(guī)格和選用建筑用鋼種類、規(guī)格和選用 2

54、.6.1 2.6.1 建筑用鋼的種類建筑用鋼的種類 品種品種特點特點 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼用于結(jié)構(gòu)的普通低碳鋼用于結(jié)構(gòu)的普通低碳鋼 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 普通低碳鋼普通低碳鋼+ +若干種合金元素若干種合金元素 （錳、釩等，總量（錳、釩等，總量5%5%） 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼有害元素少的碳素鋼有害元素少的碳素鋼+ +熱處理熱處理 鋼索鋼索 鋼絲、平行鋼絲索、鋼絞線鋼絲、平行鋼絲索、鋼絞線 鋼絲繩等鋼絲繩等 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 鋼的種類鋼的種類 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建

55、筑工程系 沈德洪 （1 1）碳素結(jié)構(gòu)鋼（）碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700-1988GB/T700-1988） Q275Q215Q255 Q235 規(guī)范推薦規(guī)范推薦 提供提供fy、fu、 保證以及沖擊韌性、冷彎試驗指標保證以及沖擊韌性、冷彎試驗指標 化學(xué)成分化學(xué)成分C、Mn、Si、S、P保證保證 供貨供貨 含碳量、強度含碳量、強度 塑性塑性 特點特點 Q195牌號牌號 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點的字母屈服點的字母Q Q、屈服點（厚、屈服點（厚 度度t16mm)t16mm)的數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號的數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等四部等四部 分按順序組成。分按順序組

56、成。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 可可 省省 略略 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 （2 2）低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼）低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 1591-1994)(GB/T 1591-1994) Q460 Q345 規(guī)范推薦規(guī)范推薦 Q420 規(guī)范推薦規(guī)范推薦 Q390 規(guī)范推薦規(guī)范推薦 提供提供fy、fu、 保證以及沖擊韌性、冷彎試驗指標保證以及沖擊韌性、冷彎試驗指標 化學(xué)成分化學(xué)成分C、Mn、Si、S、P、V、Ti保證保證 供貨供貨 含碳量、強度含碳量、強度 特點特點 Q295牌號

57、牌號 塑性塑性 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點的字母屈服點的字母Q Q、屈、屈 服點（厚度服點（厚度t16mm)t16mm)的數(shù)值、質(zhì)量等級符號的數(shù)值、質(zhì)量等級符號等三部分按順等三部分按順 序組成。序組成。 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 390 420 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 （3 3）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 699-1988)(GB/T 699-1988) a)a)磷、硫等有害元素的含量均磷、硫等有害元素的含量均不大于不大于0

58、.0350.035，對于其他缺對于其他缺 陷的限制也較嚴格。陷的限制也較嚴格。 b)b)主要用作制造主要用作制造冷拔高強鋼絲冷拔高強鋼絲、高強螺栓高強螺栓以及以及自攻螺釘自攻螺釘?shù)?。等?2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 2.6.2 2.6.2 鋼材的規(guī)格鋼材的規(guī)格 （1 1）熱軋鋼板）熱軋鋼板 a) a) 分為分為厚鋼板、薄鋼板厚鋼板、薄鋼板和和扁鋼。扁鋼。 b) b) 表示方法：在符號表示方法：在符號“- -”后加后加“寬度寬度厚度厚度長度長度” c) c) 供應(yīng)規(guī)格供應(yīng)規(guī)格 （單位：（單位：mmmm） 厚度厚度 寬度寬度 長度長度 厚鋼板

59、厚鋼板4.5-60600-30004000-12000 薄鋼板薄鋼板0.35-4500-1500500-4000 扁鋼扁鋼4-6012-2003000-9000 熱軋鋼板、鋼帶熱軋鋼板、鋼帶 熱軋型鋼（焊接）熱軋型鋼（焊接） 冷彎薄壁型鋼冷彎薄壁型鋼 冷軋鋼板、鋼帶冷軋鋼板、鋼帶 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 （2 2）熱軋型鋼）熱軋型鋼 角鋼角鋼 工字鋼工字鋼 槽鋼槽鋼 H H型鋼型鋼 T T型鋼型鋼 鋼管鋼管 等邊角鋼等邊角鋼不等邊角鋼不等邊角鋼 角鋼分類角鋼分類型號或表示方法型號或表示方法最小規(guī)格最小規(guī)格最大規(guī)格最大規(guī)格長度長度 等邊

60、角鋼等邊角鋼L邊長邊長厚度厚度L203L20024 4000 19000 不等邊角鋼不等邊角鋼L長邊長邊短邊短邊厚度厚度L25163L20012518 角鋼規(guī)格角鋼規(guī)格 ( (單位單位mm)mm) 2021-8-4 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料 同濟大學(xué) 建筑工程系 沈德洪 工字鋼分類工字鋼分類 型號或表示方法型號或表示方法 單位單位cm 最小規(guī)格最小規(guī)格最大規(guī)格最大規(guī)格長度長度(m) 普通工字鋼普通工字鋼I高度高度I10I63 519 輕型工字鋼輕型工字鋼QI高度高度QI10QI70 工字鋼規(guī)格工字鋼規(guī)格 槽鋼規(guī)格槽鋼規(guī)格 其它幾何參數(shù)查其它幾何參數(shù)查P172附表附表1 工字鋼分類工字