鋼結(jié)構(gòu)—2鋼結(jié)構(gòu)材料

1、第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.鋼結(jié)構(gòu)的材料2.1 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求2.2鋼材的破壞形式鋼材的破壞形式2.3鋼材的鋼材的主要性能及其鑒定主要性能及其鑒定2.4影響鋼材性能的因素影響鋼材性能的因素2.5復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件2.6鋼材的疲勞破壞和疲勞計(jì)算鋼材的疲勞破壞和疲勞計(jì)算 2.7 鋼材的種類(lèi)、選用和型鋼規(guī)格鋼材的種類(lèi)、選用和型鋼規(guī)格第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.1 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求u 較高的強(qiáng)度較高的強(qiáng)度2.1 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求u 足夠的變形能力，塑性、韌性好具有足夠的變形能力，塑性、韌性好具有u 良好的加工性能（包括冷加工、熱

2、加工和可焊性）良好的加工性能（包括冷加工、熱加工和可焊性）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）規(guī)定：）規(guī)定：承重結(jié)構(gòu)承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率、屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度和和硫、磷硫、磷含量含量的合格保證，對(duì)的合格保證，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。焊焊接承重結(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)具有還應(yīng)具有冷冷彎試驗(yàn)彎試驗(yàn)的合格保證。需要驗(yàn)算的合格保證。需要驗(yàn)算疲勞疲勞的的焊接結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)的鋼材，應(yīng)具有的鋼材，應(yīng)具有常溫或負(fù)溫常溫或負(fù)溫沖擊韌性沖擊韌性的合格保

3、證。對(duì)需要驗(yàn)算的合格保證。對(duì)需要驗(yàn)算疲勞疲勞的的非焊接結(jié)非焊接結(jié)構(gòu)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有的鋼材應(yīng)具有常溫常溫沖擊韌性沖擊韌性的合格保證。的合格保證。規(guī)范推薦的鋼種為規(guī)范推薦的鋼種為Q235、Q345、Q390、Q420第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2 鋼材的破壞形式u 塑性破壞塑性破壞：破壞前：破壞前有有明顯的變形明顯的變形，破壞歷時(shí)時(shí)，破壞歷時(shí)時(shí) 間長(zhǎng)，可以采取補(bǔ)救措施。間長(zhǎng)，可以采取補(bǔ)救措施。2.2 鋼結(jié)構(gòu)的破壞形式鋼結(jié)構(gòu)的破壞形式u 脆性破壞脆性破壞：破壞前：破壞前沒(méi)有沒(méi)有明顯的變形明顯的變形，破壞發(fā)生，破壞發(fā)生 突然，沒(méi)有機(jī)會(huì)補(bǔ)救。突然，沒(méi)有機(jī)會(huì)補(bǔ)救。l脆性破壞的原因脆性破壞的原因：鋼材內(nèi)部缺陷，焊

4、接缺陷、構(gòu)造：鋼材內(nèi)部缺陷，焊接缺陷、構(gòu)造 不合理、使用不當(dāng)?shù)?。不合理、使用不?dāng)?shù)取?應(yīng)盡量發(fā)揮材料的塑性應(yīng)盡量發(fā)揮材料的塑性 避免一切脆性破壞的可能性避免一切脆性破壞的可能性 第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2 鋼材的主要性能及其鑒定1 1、單向拉伸時(shí)的工作性能、單向拉伸時(shí)的工作性能2.3 鋼材的主要性能及其鑒定鋼材的主要性能及其鑒定強(qiáng)度指標(biāo)是由鋼材的強(qiáng)度指標(biāo)是由鋼材的單向均勻受拉單向均勻受拉試驗(yàn)測(cè)得的試驗(yàn)測(cè)得的強(qiáng)度指標(biāo)：強(qiáng)度指標(biāo)：比例極限比例極限 ；屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 ；極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度pfyfuf 試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件：標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)準(zhǔn)試件在常溫（在常溫（20）下緩慢加載，）下緩慢加載， 一次完成一次完成

5、2.3.1、鋼材的力學(xué)性能、鋼材的力學(xué)性能5圖圖2-1 2-1 靜力拉伸試驗(yàn)靜力拉伸試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試件的標(biāo)準(zhǔn)試件 圖圖2-22-2鋼材一次單向拉伸鋼材一次單向拉伸簡(jiǎn)化應(yīng)力簡(jiǎn)化應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)應(yīng)變曲線(xiàn) 第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2 鋼材的主要性能及其鑒定 鋼材在單向均勻受拉時(shí)工作性能表現(xiàn)為四個(gè)階段鋼材在單向均勻受拉時(shí)工作性能表現(xiàn)為四個(gè)階段 彈性階段彈性階段: 應(yīng)力最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)應(yīng)力最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)比例極限比例極限 彈性模量彈性模量 應(yīng)力應(yīng)力pf251006. 2mmNE E2. 彈塑性階段彈塑性階段: 應(yīng)力介于應(yīng)力介于 和和 之間之間 彈塑性模量彈塑性模量 是變數(shù)是變數(shù)yfpftE3. 塑性階段塑性階段: 應(yīng)力達(dá)

6、到屈服強(qiáng)度應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度yf%5 . 2%15. 0:, 0tEuf4. 強(qiáng)化頸縮階段強(qiáng)化頸縮階段: 應(yīng)力最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)抗拉極限應(yīng)力最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)抗拉極限第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2 鋼材的主要性能及其鑒定 鋼材的工作性能可以看作理想彈性塑性體鋼材的工作性能可以看作理想彈性塑性體1. 計(jì)算簡(jiǎn)便計(jì)算簡(jiǎn)便2. 與與 相差不大相差不大yfpf3. 雖然雖然 ，但，但 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) 的應(yīng)變非常大（不滿(mǎn)足正的應(yīng)變非常大（不滿(mǎn)足正 常使用極限狀態(tài)）常使用極限狀態(tài)）yfufuf4. 以以 作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù)，具有較大的強(qiáng)度儲(chǔ)備，作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù)，具有較大的強(qiáng)度儲(chǔ)備， 若出現(xiàn)偶然因素，使人們有機(jī)會(huì)補(bǔ)救若出現(xiàn)偶然因素，使

7、人們有機(jī)會(huì)補(bǔ)救yfl 屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比 ：Q235鋼為鋼為0.57，Q345鋼為鋼為0.67uyff /第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2 鋼材的主要性能及其鑒定 簡(jiǎn)化計(jì)算簡(jiǎn)化計(jì)算, 采用理想彈塑性模型采用理想彈塑性模型 作為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最大應(yīng)力作為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最大應(yīng)力yf 作為鋼材實(shí)際破壞強(qiáng)度作為鋼材實(shí)際破壞強(qiáng)度uf第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2 鋼材的主要性能及其鑒定2、塑性性能、塑性性能塑性塑性：在：在靜力荷載靜力荷載作用下，鋼材吸收作用下，鋼材吸收變形能變形能的能力的能力衡量塑性性能的指標(biāo)：衡量塑性性能的指標(biāo)：伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率表示以時(shí)表示以時(shí)5001000010001,5,10試件中間部分的直徑試件拉斷后

8、的標(biāo)距長(zhǎng)度試件原標(biāo)距長(zhǎng)度%100dldldlllll第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2 鋼材的主要性能及其鑒定3 3、冷彎性能、冷彎性能 冷彎性能冷彎性能是檢驗(yàn)鋼材適應(yīng)是檢驗(yàn)鋼材適應(yīng)冷加工冷加工（常溫下加工）（常溫下加工） 的能力和顯示的能力和顯示鋼材內(nèi)部缺陷鋼材內(nèi)部缺陷狀況的一項(xiàng)指標(biāo)狀況的一項(xiàng)指標(biāo) 冷彎性能冷彎性能是考察鋼材在是考察鋼材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)展下發(fā)展塑性塑性 變形變形能力的指標(biāo)能力的指標(biāo) 冷彎性能冷彎性能由由冷彎試驗(yàn)冷彎試驗(yàn)確定確定 冷彎性能是判別鋼材冷彎性能是判別鋼材塑性變形能力塑性變形能力和和冶金質(zhì)量冶金質(zhì)量的的 綜合指標(biāo)綜合指標(biāo)第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2 鋼材的主要性能

9、及其鑒定4 4、沖擊韌性、沖擊韌性沖擊韌性沖擊韌性：在：在動(dòng)力荷載動(dòng)力荷載作用下，材料吸收作用下，材料吸收能量能量的能力的能力衡量沖擊韌性的指標(biāo)：衡量沖擊韌性的指標(biāo)：沖擊功沖擊功 韌性是鋼材強(qiáng)度和塑性的綜合指標(biāo)韌性是鋼材強(qiáng)度和塑性的綜合指標(biāo) 梅氏梅氏U型缺口型缺口試件試件:沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試件型式：的標(biāo)準(zhǔn)試件型式： 夏比夏比V型缺口型缺口試件試件:我國(guó)采用夏比我國(guó)采用夏比V型缺口試件型缺口試件2/cmJk JCV 沖擊韌性受溫度的影響沖擊韌性受溫度的影響第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2 鋼材的主要性能及其鑒定2.3.2、 可焊性可焊性 可焊性指可焊性指采用一般焊接工藝就可完成合格的焊縫采用一般

10、焊接工藝就可完成合格的焊縫的性能的性能 可焊性受化學(xué)成分的影響比較大可焊性受化學(xué)成分的影響比較大 碳含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%0.2%時(shí)，具有良時(shí)，具有良好的可焊性。好的可焊性。第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2 鋼材的主要性能及其鑒定 鋼材物理性能指標(biāo)鋼材物理性能指標(biāo)l 彈性模量彈性模量l 泊松比泊松比l 剪變模量剪變模量l 線(xiàn)膨脹系數(shù)線(xiàn)膨脹系數(shù)l 質(zhì)量密度質(zhì)量密度2310206mmNE3 . 023107912mmNEGC06/101237850mkg第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3 影響鋼材性能的因素2.4.1、化學(xué)成分、化學(xué)成分2.4 影響鋼材性能的因素影響鋼材性能的因素普通碳素鋼普通碳素鋼

11、中中Fe占占99%，其他其他雜質(zhì)元素占雜質(zhì)元素占1%普通低合金鋼普通低合金鋼中有中有5%的合金元素的合金元素碳（碳（C）：鋼材強(qiáng)度的主要來(lái)源，但是隨其）：鋼材強(qiáng)度的主要來(lái)源，但是隨其含量增加含量增加，強(qiáng)度增強(qiáng)度增 加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蝕性降低。加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蝕性降低。一般一般 控制在控制在0.120.2%，在，在0.2以下時(shí)，可焊性良好以下時(shí)，可焊性良好硫（硫（S）：熱脆性熱脆性，不得超過(guò)，不得超過(guò)0.05%磷（磷（P）：冷脆性冷脆性。抗腐蝕能力略有提高，可焊性降低?？垢g能力略有提高，可焊性降低。 不得超過(guò)不得超過(guò)0.035%第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3 影響鋼材性能

12、的因素錳（錳（Mn）：合金元素。）：合金元素。弱脫氧劑弱脫氧劑。與。與S形成形成MnS，熔點(diǎn)為，熔點(diǎn)為 1600，可以消除一部分，可以消除一部分S的有害作用。的有害作用。硅（硅（Si）：合金元素。）：合金元素。強(qiáng)脫氧劑強(qiáng)脫氧劑。氧（氧（O）：有害雜質(zhì)，效果同：有害雜質(zhì)，效果同S。氮（氮（N）：有害雜質(zhì)，效果同：有害雜質(zhì)，效果同P。第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4.2、冶金缺陷、冶金缺陷常見(jiàn)的常見(jiàn)的冶金缺陷冶金缺陷有有偏析偏析、非金屬夾雜非金屬夾雜、氣孔氣孔、裂紋裂紋等。等。偏析偏析化學(xué)成分分布的不均勻程度?；瘜W(xué)成分分布的不均勻程度。2.4.3、冷加工性能、冷加工性能 1材性試驗(yàn)要求材性試驗(yàn)要求緩慢加

13、載緩慢加載 2要考慮要考慮動(dòng)荷載動(dòng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響不利影響加荷速度高加荷速度高，鋼材屈服點(diǎn)提高，呈，鋼材屈服點(diǎn)提高，呈脆性脆性。因此，。因此，2.3 影響鋼材性能的因素第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼材硬化鋼材硬化時(shí)效硬化20yf f p冷加工及時(shí)效冷加工及時(shí)效后的塑性區(qū)冷作硬化后的塑性區(qū)40冷作硬化13yf 冷作硬化冷作硬化當(dāng)加載超過(guò)材料當(dāng)加載超過(guò)材料比例極限比例極限卸載后，出現(xiàn)卸載后，出現(xiàn)殘余變形殘余變形，再，再次加載則次加載則屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降低屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象，也稱(chēng)的現(xiàn)象，也稱(chēng)“應(yīng)變硬化應(yīng)變硬化”應(yīng)變時(shí)效應(yīng)變時(shí)效鋼材產(chǎn)生塑性變形時(shí)，碳、氮化合物更易析出。即鋼材產(chǎn)

14、生塑性變形時(shí)，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同時(shí)可以加速時(shí)效硬化冷作硬化的同時(shí)可以加速時(shí)效硬化，因此也稱(chēng)，因此也稱(chēng)“人工時(shí)效人工時(shí)效”。 時(shí)效硬化時(shí)效硬化隨時(shí)間的增長(zhǎng)隨時(shí)間的增長(zhǎng)，碳和氮的化合物碳和氮的化合物從晶體中析出，使從晶體中析出，使材料硬化的現(xiàn)象。材料硬化的現(xiàn)象。2.3 影響鋼材性能的因素第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4.4、溫度的影響、溫度的影響1. 正溫范圍正溫范圍 100以?xún)?nèi)以?xún)?nèi) 對(duì)鋼材性能對(duì)鋼材性能無(wú)影響無(wú)影響； 100以上以上 隨溫度升高，總的趨勢(shì)是隨溫度升高，總的趨勢(shì)是強(qiáng)度、彈性模量降低強(qiáng)度、彈性模量降低， 塑性增大塑性增大 250左右左右 抗拉強(qiáng)度略有提高，塑性和韌性降低，

15、脆性增抗拉強(qiáng)度略有提高，塑性和韌性降低，脆性增 加加藍(lán)脆現(xiàn)象藍(lán)脆現(xiàn)象。該溫度區(qū)段稱(chēng)為。該溫度區(qū)段稱(chēng)為“藍(lán)脆區(qū)藍(lán)脆區(qū)”。 250350 在應(yīng)力不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)在應(yīng)力不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù) 變形變形徐變現(xiàn)象徐變現(xiàn)象。 600左右左右 彈性模量趨于零彈性模量趨于零 ，承載能力幾乎完全喪失。，承載能力幾乎完全喪失。2.3 影響鋼材性能的因素低溫對(duì)鋼材沖擊韌性的影響1T C t / T cT 2（有兼壞破種兩壞破性脆沖擊功區(qū)度溫變轉(zhuǎn)）壞破性塑第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2. 負(fù)溫范圍負(fù)溫范圍 當(dāng)溫度當(dāng)溫度低于常溫低于常溫時(shí)，鋼材的時(shí)，鋼材的脆脆 性?xún)A向隨溫度降低而增加。性?xún)A向隨

16、溫度降低而增加。T1 T2 之間之間溫度轉(zhuǎn)變脆性區(qū)溫度轉(zhuǎn)變脆性區(qū)，沖，沖擊功急劇下降。而且不同的鋼材其擊功急劇下降。而且不同的鋼材其脆性轉(zhuǎn)變區(qū)溫度不同，必須通過(guò)試脆性轉(zhuǎn)變區(qū)溫度不同，必須通過(guò)試驗(yàn)確定。使用驗(yàn)確定。使用溫度必須高于溫度必須高于T1 ，但不一定高于但不一定高于T22.3 影響鋼材性能的因素第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4.5、應(yīng)力集中的影響、應(yīng)力集中的影響構(gòu)造缺陷構(gòu)造缺陷：構(gòu)件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突變等：構(gòu)件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突變等應(yīng)力集中應(yīng)力集中：由于構(gòu)造缺陷，應(yīng)力不均勻，力線(xiàn)變曲折，：由于構(gòu)造缺陷，應(yīng)力不均勻，力線(xiàn)變曲折，缺陷處缺陷處 有高峰應(yīng)力有高峰應(yīng)力。應(yīng)力

17、集中的危害：塑性降低，脆性增加應(yīng)力集中的危害：塑性降低，脆性增加 構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免截面突變和尖銳角避免截面突變和尖銳角的情況的情況2.3 影響鋼材性能的因素第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.5、 復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件假定：假定：1. 材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強(qiáng)度指標(biāo)用變形時(shí)單位體積材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強(qiáng)度指標(biāo)用變形時(shí)單位體積 中積聚的能量來(lái)表達(dá)；中積聚的能量來(lái)表達(dá)； 2. 當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時(shí)的變形能當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時(shí)的變形能 時(shí)，鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。時(shí)，鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。222222eqxyzxyyzzxxyyzzx(

18、)3() eqyf彈性狀態(tài)彈性狀態(tài)eqyf塑性狀態(tài)塑性狀態(tài)平面應(yīng)力平面應(yīng)力狀態(tài)狀態(tài)222eqxyxyxy3 梁的應(yīng)力梁的應(yīng)力狀態(tài)狀態(tài)純剪應(yīng)力純剪應(yīng)力狀態(tài)狀態(tài)22eq3eq32.3 影響鋼材性能的因素24韓國(guó)圣水大橋因疲勞破壞而突然塌落2.6 鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞和疲勞計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞和疲勞計(jì)算疲勞破壞疲勞破壞 試驗(yàn)表明，鋼構(gòu)件在連續(xù)反復(fù)荷載作用下，盡管應(yīng)力低于試驗(yàn)表明，鋼構(gòu)件在連續(xù)反復(fù)荷載作用下，盡管應(yīng)力低于抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈服點(diǎn)，但經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)后，也抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈服點(diǎn)，但經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)后，也會(huì)發(fā)生斷裂破壞。這種經(jīng)歷長(zhǎng)期反復(fù)荷載作用而發(fā)生突然斷會(huì)發(fā)生斷裂破壞。這種經(jīng)歷長(zhǎng)期反復(fù)

19、荷載作用而發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象，稱(chēng)為裂的現(xiàn)象，稱(chēng)為疲勞破壞疲勞破壞。疲勞破壞前構(gòu)件沒(méi)有明顯的變形。疲勞破壞前構(gòu)件沒(méi)有明顯的變形特征，特征，屬于脆性破壞屬于脆性破壞。 破壞原因破壞原因: :鋼構(gòu)件上難免有微觀裂紋（鋼構(gòu)件上難免有微觀裂紋（crackcrack），如非金屬雜），如非金屬雜質(zhì)、軋制或加工時(shí)造成的微小裂紋等。在荷載作用下，受拉質(zhì)、軋制或加工時(shí)造成的微小裂紋等。在荷載作用下，受拉區(qū)的微裂紋尖端因應(yīng)力集中而出現(xiàn)高應(yīng)力區(qū)，并伴隨雙向或區(qū)的微裂紋尖端因應(yīng)力集中而出現(xiàn)高應(yīng)力區(qū)，并伴隨雙向或三向拉應(yīng)力場(chǎng)，使鋼材的塑性發(fā)展受到限制。在工作初期，三向拉應(yīng)力場(chǎng)，使鋼材的塑性發(fā)展受到限制。在工作初期，由于應(yīng)

20、力較小，這些微小裂紋不會(huì)立刻引起構(gòu)件斷裂。但在由于應(yīng)力較小，這些微小裂紋不會(huì)立刻引起構(gòu)件斷裂。但在長(zhǎng)期反復(fù)荷載作用下，裂紋尖端的拉應(yīng)力使裂紋有逐步擴(kuò)展長(zhǎng)期反復(fù)荷載作用下，裂紋尖端的拉應(yīng)力使裂紋有逐步擴(kuò)展的趨勢(shì)并緩慢地?cái)U(kuò)展，與此同時(shí)，構(gòu)件的有效截面也逐步的趨勢(shì)并緩慢地?cái)U(kuò)展，與此同時(shí)，構(gòu)件的有效截面也逐步減小。經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)（減小。經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)（circlecircle）次數(shù)后，一旦裂紋擴(kuò)展）次數(shù)后，一旦裂紋擴(kuò)展到構(gòu)件截面不能承受荷載時(shí)，構(gòu)件出現(xiàn)突然斷裂。到構(gòu)件截面不能承受荷載時(shí)，構(gòu)件出現(xiàn)突然斷裂。 2.6.1 2.6.1 鋼材的常幅疲勞鋼材的常幅疲勞 反復(fù)荷載在構(gòu)件內(nèi)引起的應(yīng)力隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)

21、稱(chēng)為反復(fù)荷載在構(gòu)件內(nèi)引起的應(yīng)力隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)稱(chēng)為循循環(huán)應(yīng)力譜環(huán)應(yīng)力譜（圖（圖2-112-11）。）。用用= =minmin/ /maxmax來(lái)表示（拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)）。例如，來(lái)表示（拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)）。例如，=-1=-1表示完全對(duì)稱(chēng)（表示完全對(duì)稱(chēng)（symmetrysymmetry）循環(huán)，）循環(huán)，=0=0表示脈沖表示脈沖（pulsepulse）循環(huán)。）循環(huán)。值可以介于值可以介于-1-1和和+1+1之間。之間。ma xt0mi nma xt0mi n（a a）完全對(duì)稱(chēng)循環(huán)）完全對(duì)稱(chēng)循環(huán) =-1 =-1 （b b）脈動(dòng)應(yīng)力循環(huán)）脈動(dòng)應(yīng)力循環(huán) =0 =0 圖圖2-11 2-11 循環(huán)應(yīng)力

22、譜循環(huán)應(yīng)力譜 應(yīng)力變化的幅度稱(chēng)為應(yīng)力幅，用應(yīng)力變化的幅度稱(chēng)為應(yīng)力幅，用= =maxmax- -minmin表示。表示。在應(yīng)力循環(huán)過(guò)程中，如果應(yīng)力幅保持為常量，稱(chēng)為常幅循環(huán)在應(yīng)力循環(huán)過(guò)程中，如果應(yīng)力幅保持為常量，稱(chēng)為常幅循環(huán)應(yīng)力，否則稱(chēng)變幅應(yīng)力循環(huán)。常幅疲勞試驗(yàn)可以測(cè)定鋼材的應(yīng)力，否則稱(chēng)變幅應(yīng)力循環(huán)。常幅疲勞試驗(yàn)可以測(cè)定鋼材的疲勞強(qiáng)度極限。試驗(yàn)用一組（疲勞強(qiáng)度極限。試驗(yàn)用一組（1010根）相同材料的光滑小根）相同材料的光滑小試件，每次將一根試件安裝在疲勞試驗(yàn)機(jī)上，第一根試件可試件，每次將一根試件安裝在疲勞試驗(yàn)機(jī)上，第一根試件可施加較大的彎矩，使試件受純彎曲，上緣受拉，下緣受壓；施加較大的彎矩，使

23、試件受純彎曲，上緣受拉，下緣受壓；no圖圖2-13 2-13 鋼材的疲勞強(qiáng)度極限鋼材的疲勞強(qiáng)度極限當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)試件旋轉(zhuǎn)時(shí)，試件表當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)試件旋轉(zhuǎn)時(shí)，試件表面各點(diǎn)的應(yīng)力交替出現(xiàn)拉、壓變面各點(diǎn)的應(yīng)力交替出現(xiàn)拉、壓變化，轉(zhuǎn)動(dòng)一圈完成一次循環(huán)，由化，轉(zhuǎn)動(dòng)一圈完成一次循環(huán)，由施加的彎矩可以算出應(yīng)力幅；當(dāng)施加的彎矩可以算出應(yīng)力幅；當(dāng)經(jīng)過(guò)某一循環(huán)次數(shù)經(jīng)過(guò)某一循環(huán)次數(shù)n，試件破壞，試件破壞，得到得到n曲線(xiàn)上的一個(gè)點(diǎn)（圖曲線(xiàn)上的一個(gè)點(diǎn)（圖2.72.7）。）。疲勞極限疲勞極限 依次對(duì)其余試件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并逐步減小彎矩，也即依次對(duì)其余試件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并逐步減小彎矩，也即減小應(yīng)力幅減小應(yīng)力幅 ，試件破壞時(shí)的循環(huán)次數(shù)將不斷

24、增加，試件破壞時(shí)的循環(huán)次數(shù)將不斷增加，每一根試件得到每一根試件得到n曲線(xiàn)上的一個(gè)點(diǎn)。當(dāng)應(yīng)力幅曲線(xiàn)上的一個(gè)點(diǎn)。當(dāng)應(yīng)力幅小于一定值時(shí)，即使有無(wú)限次循環(huán)，試件也不會(huì)產(chǎn)生疲小于一定值時(shí)，即使有無(wú)限次循環(huán)，試件也不會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞。勞破壞。按照有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建議，將按照有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建議，將n n5 510106 6所對(duì)應(yīng)的所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力幅稱(chēng)為材料的疲勞極限。應(yīng)力幅稱(chēng)為材料的疲勞極限。30鋼結(jié)構(gòu)的疲勞計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)的疲勞計(jì)算 我國(guó)我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500017GB50001720032003）規(guī)定，當(dāng)構(gòu)件的工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)規(guī)定，當(dāng)構(gòu)件的工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n5 510104 4時(shí)，應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算。時(shí)

25、，應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算。 另外，不同構(gòu)件或連接形式其疲勞性能各不相另外，不同構(gòu)件或連接形式其疲勞性能各不相同，因此也不能用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量。同，因此也不能用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)范（GB500017GB50001720032003）將不同構(gòu)造和受力特點(diǎn)）將不同構(gòu)造和受力特點(diǎn)的鋼構(gòu)件和連接，按其疲勞性能的高低歸并為八個(gè)的鋼構(gòu)件和連接，按其疲勞性能的高低歸并為八個(gè)疲勞計(jì)算類(lèi)別（見(jiàn)附錄疲勞計(jì)算類(lèi)別（見(jiàn)附錄6 6）。其中一類(lèi)疲勞性能最）。其中一類(lèi)疲勞性能最好，八類(lèi)最差。疲勞計(jì)算表達(dá)式如下好，八類(lèi)最差。疲勞計(jì)算表達(dá)式如下： 一、常幅疲勞計(jì)算一、常幅疲勞計(jì)算 計(jì)算公式：計(jì)算公式： 31式中式中

26、應(yīng)力幅。對(duì)焊接部位，應(yīng)力幅。對(duì)焊接部位，= =maxmax- -minmin；對(duì)非；對(duì)非焊接部位，焊接部位， = =maxmax-0.7-0.7minmin 。maxmax計(jì)算部位每次應(yīng)力循環(huán)中的最大拉應(yīng)力（取正值）；計(jì)算部位每次應(yīng)力循環(huán)中的最大拉應(yīng)力（取正值）；minmin計(jì)算部位每次應(yīng)力循環(huán)中的最大壓應(yīng)力（取負(fù)值）；計(jì)算部位每次應(yīng)力循環(huán)中的最大壓應(yīng)力（取負(fù)值）； 常幅疲勞的容許應(yīng)力幅（常幅疲勞的容許應(yīng)力幅（N/mmN/mm2 2）, ,按下式計(jì)算按下式計(jì)算： = (= (C/ /n) ) 1/1/ 式中式中: : n應(yīng)力循環(huán)次；應(yīng)力循環(huán)次；C, ,系數(shù)系數(shù), ,根據(jù)疲勞計(jì)算分類(lèi)按表根據(jù)疲勞

27、計(jì)算分類(lèi)按表2-32-3取值。取值。二、變幅疲勞計(jì)算二、變幅疲勞計(jì)算 實(shí)際工程構(gòu)件的工作應(yīng)力幅多為變化的，或稱(chēng)隨機(jī)荷載，實(shí)際工程構(gòu)件的工作應(yīng)力幅多為變化的，或稱(chēng)隨機(jī)荷載，如吊車(chē)起吊荷載每次可能都不一樣，且多數(shù)工作荷載小于設(shè)如吊車(chē)起吊荷載每次可能都不一樣，且多數(shù)工作荷載小于設(shè)計(jì)荷載。對(duì)于重級(jí)工作制吊車(chē)梁和重級(jí)、中級(jí)工作制吊車(chē)桁計(jì)荷載。對(duì)于重級(jí)工作制吊車(chē)梁和重級(jí)、中級(jí)工作制吊車(chē)桁架，按照線(xiàn)性疲勞累積損傷原則，將隨機(jī)變化的應(yīng)力幅折算架，按照線(xiàn)性疲勞累積損傷原則，將隨機(jī)變化的應(yīng)力幅折算成等效常應(yīng)力幅按下式計(jì)算：成等效常應(yīng)力幅按下式計(jì)算： 式中：式中： 欠載效應(yīng)的等效系數(shù)欠載效應(yīng)的等效系數(shù) 循環(huán)次數(shù)循環(huán)

28、次數(shù)n n 2 210106 6的容許應(yīng)力幅的容許應(yīng)力幅, ,可按式可按式2-2-9 9計(jì)算。計(jì)算。6102ff6102進(jìn)行疲勞計(jì)算時(shí)需注意以下三點(diǎn)：進(jìn)行疲勞計(jì)算時(shí)需注意以下三點(diǎn)：1 1）目前疲勞計(jì)算仍采用容許應(yīng)力法，荷載采用標(biāo)目前疲勞計(jì)算仍采用容許應(yīng)力法，荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值，不考慮分項(xiàng)系數(shù)和動(dòng)力系數(shù)，并按彈性工作準(zhǔn)值，不考慮分項(xiàng)系數(shù)和動(dòng)力系數(shù)，并按彈性工作計(jì)算計(jì)算。2 2）計(jì)算時(shí)可認(rèn)為疲勞容許應(yīng)力幅與鋼材種類(lèi)無(wú)關(guān)。計(jì)算時(shí)可認(rèn)為疲勞容許應(yīng)力幅與鋼材種類(lèi)無(wú)關(guān)。3) 3) 完全壓應(yīng)力循環(huán)中，可不予驗(yàn)算疲勞。完全壓應(yīng)力循環(huán)中，可不予驗(yàn)算疲勞。第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.5 鋼的種類(lèi)和鋼材規(guī)格2.7 鋼的種類(lèi)

29、和鋼材規(guī)格鋼的種類(lèi)和鋼材規(guī)格2.7.1、鋼的種類(lèi)鋼的種類(lèi)1. 化學(xué)成分化學(xué)成分普通碳素鋼普通碳素鋼 Q235普通低合金鋼普通低合金鋼 Q345、Q390、Q420平爐平爐 成本高，質(zhì)量好（成本高，質(zhì)量好（6小時(shí)小時(shí)100t左右）左右）氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐 成本低，質(zhì)量也可（成本低，質(zhì)量也可（15分鐘分鐘150t）2. 爐種爐種3. 脫氧程度脫氧程度沸騰鋼（沸騰鋼（F） 脫氧較差脫氧較差鎮(zhèn)靜鋼（鎮(zhèn)靜鋼（Z） 脫氧充分脫氧充分半鎮(zhèn)靜鋼（半鎮(zhèn)靜鋼（b） 脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間特殊鎮(zhèn)靜鋼（特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.5 鋼的種類(lèi)和鋼材規(guī)格4. 質(zhì)

30、量等級(jí)質(zhì)量等級(jí)A級(jí)：保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)和伸長(zhǎng)率及硫、磷含量級(jí)：保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)和伸長(zhǎng)率及硫、磷含量B、C、D級(jí)：保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長(zhǎng)率、冷彎和沖擊級(jí)：保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長(zhǎng)率、冷彎和沖擊 韌性（分別為韌性（分別為20、0 、-20）及碳、硅、）及碳、硅、 錳、硫、磷含量錳、硫、磷含量E級(jí)：級(jí)： 除滿(mǎn)足除滿(mǎn)足D級(jí)的要求外，還要求級(jí)的要求外，還要求-40時(shí)的沖擊韌性時(shí)的沖擊韌性5. 鋼材編號(hào)鋼材編號(hào)碳素鋼：碳素鋼： Q質(zhì)量等級(jí)（質(zhì)量等級(jí)（AD）脫氧程度（）脫氧程度（F，b）低合金鋼：低合金鋼： Q質(zhì)量等級(jí)（質(zhì)量等級(jí)（AE）如如Q235-AF、Q345-C第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.5 鋼的種類(lèi)和鋼材規(guī)格2.7.2. 鋼材的選擇鋼材的選擇（1）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性；）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性；（2）荷載的種類(lèi)（靜荷載或動(dòng)荷載）；）荷載的種類(lèi)（靜荷載或動(dòng)荷載）；（3）連接方法（焊接或非焊接）；）連接方法（焊接或非焊接）；（4）工作條件（溫度，腐蝕等）工作條件（溫度，腐蝕等）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）規(guī)定：）規(guī)定：承重結(jié)構(gòu)承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率、屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度和和硫、磷硫、磷含量含量的合格保證，對(duì)的合格保證，