鋼結(jié)構(gòu)第二章課件

1、1第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure第一節(jié)第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)對所用材料的要求鋼結(jié)構(gòu)對所用材料的要求第二節(jié)鋼材的主要機(jī)械性能第二節(jié)鋼材的主要機(jī)械性能第三節(jié)第三節(jié) 影響鋼材性能的主要因素影響鋼材性能的主要因素第四節(jié)第四節(jié) 鋼材的疲勞鋼材的疲勞第五節(jié)第五節(jié) 鋼材的鋼種、鋼號鋼材的鋼種、鋼號及選擇及選擇第六節(jié)第六節(jié) 國外鋼材品種和鋼號簡介國外鋼材品種和鋼號簡介2第一節(jié)第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求一一 結(jié)構(gòu)鋼材的破壞形式結(jié)構(gòu)鋼材的破壞形式二二 鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求3一、結(jié)構(gòu)鋼材的破壞形式一、結(jié)構(gòu)鋼

2、材的破壞形式破壞特征破壞特征 破壞斷口破壞斷口 破壞后果破壞后果 塑性破壞塑性破壞（延性破壞）（延性破壞）構(gòu)件應(yīng)力超過構(gòu)件應(yīng)力超過屈服點(diǎn)，并且屈服點(diǎn)，并且達(dá)到抗拉極限達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度后，構(gòu)件強(qiáng)度后，構(gòu)件產(chǎn)生產(chǎn)生明顯的變明顯的變形形并斷裂。并斷裂。常為常為杯形杯形，呈，呈纖維狀，纖維狀，色澤色澤發(fā)暗發(fā)暗。在破壞前有很在破壞前有很明顯的變形，明顯的變形，并有較長的變并有較長的變形持續(xù)時間，形持續(xù)時間，便于發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)便于發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救救。 脆性破壞脆性破壞（非延性破壞）（非延性破壞）在破壞前無明在破壞前無明顯變形，平均顯變形，平均應(yīng)力也?。ㄒ粦?yīng)力也小（一般都小于屈服般都小于屈服點(diǎn)），點(diǎn)），沒有明沒有明顯預(yù)

3、兆顯預(yù)兆。斷口平直斷口平直和呈和呈有有光澤的晶粒光澤的晶粒。突然發(fā)生的，突然發(fā)生的，危險性大危險性大，應(yīng)，應(yīng)盡量避免。盡量避免。第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure4二、鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求二、鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure（1 1） 較高的抗拉強(qiáng)度較高的抗拉強(qiáng)度f fu u和屈服點(diǎn)和屈服點(diǎn)f fy y（2 2） 塑性、沖擊韌性好塑性、沖擊韌性好（3 3） 良好的加工性能：良好的加工性能： 冷加工、熱加工、可焊性冷加工

4、、熱加工、可焊性（5 5） 價格便宜價格便宜（4 4） 耐久性好耐久性好（6 6）某些條件下，要求具有適應(yīng)低溫、高溫）某些條件下，要求具有適應(yīng)低溫、高溫 等環(huán)境的能力等環(huán)境的能力 鋼材種類繁多，性能差別大，用于建造鋼結(jié)構(gòu)的鋼材種類繁多，性能差別大，用于建造鋼結(jié)構(gòu)的鋼材，即結(jié)構(gòu)鋼，必須滿足下列要求：鋼材，即結(jié)構(gòu)鋼，必須滿足下列要求：5第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure第二節(jié)第二節(jié) 鋼材的主要機(jī)械性能鋼材的主要機(jī)械性能一、單向拉伸時的性能一、單向拉伸時的性能二、冷彎性能二、冷彎性能三、沖擊韌性三、沖擊韌性四、受壓和受剪

5、時的性能四、受壓和受剪時的性能6第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)準(zhǔn)加載方法標(biāo)準(zhǔn)加載方法標(biāo)準(zhǔn)溫度標(biāo)準(zhǔn)溫度試驗條件試驗條件試驗曲線試驗曲線機(jī)械性能指標(biāo)機(jī)械性能指標(biāo)一、單向拉伸時的性能一、單向拉伸時的性能 有明顯屈服點(diǎn)有明顯屈服點(diǎn)- -低碳鋼與低合金鋼低碳鋼與低合金鋼無明顯屈服點(diǎn)無明顯屈服點(diǎn)- -高強(qiáng)度鋼高強(qiáng)度鋼（彈性、屈服、強(qiáng)化、頸縮）（彈性、屈服、強(qiáng)化、頸縮）（彈性、強(qiáng)化、頸縮）（彈性、強(qiáng)化、頸縮）屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長率等屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長率等7第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 C

6、hapter 2 Material of Steel Structure （1 1）試件的尺寸要符合國家標(biāo)準(zhǔn)，表面光滑，沒有孔洞、刻槽）試件的尺寸要符合國家標(biāo)準(zhǔn)，表面光滑，沒有孔洞、刻槽等缺陷。試件的標(biāo)定長度取其直徑的等缺陷。試件的標(biāo)定長度取其直徑的5 5或或1010倍。倍。（2 2）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。（3 3）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。 L od d 標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)準(zhǔn)試件 標(biāo)準(zhǔn)試件在標(biāo)準(zhǔn)試件在室溫室溫、以滿足、以滿足靜力加載靜力加載的加載速度的加載速度一次加載一次加載所得鋼所得鋼材的應(yīng)力材的應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)變曲線顯

7、示的鋼材機(jī)械性能。曲線顯示的鋼材機(jī)械性能。 1 1、試驗條件、試驗條件 8第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure 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 有屈服點(diǎn)鋼材有屈服點(diǎn)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： ( (1) )彈性階段彈性階段( (OA 段段) )OAOA段段：純彈性階段純彈性階段 s s=E=Ee e A A點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力：點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力： fp p （比例極限）（比例極限）AAAA段段：有一定的非線性有一定的非線性 變形變形, , 但整個但整個 AAAA段卸載時段卸

8、載時, , e e=0=0 A點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力：點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力： fe （彈性極限）（彈性極限） fe = fp p esOpfesEBCDA（A）EyfufF F9第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure ( (2) )彈塑性階段彈塑性階段( (AB段段) ) 變形由變形由彈性變形彈性變形和和塑塑性變形性變形組成，其中彈性組成，其中彈性變形在卸載之后恢復(fù)為變形在卸載之后恢復(fù)為零，而塑性變形不能恢零，而塑性變形不能恢復(fù)，成為殘余變形。復(fù)，成為殘余變形。esOpfesEBCDA（A）EyfufF F（3）屈服階段屈服階段/塑性階

9、段塑性階段（BCD) 應(yīng)力保持不變而應(yīng)變持續(xù)發(fā)展，形成水平階段（略應(yīng)力保持不變而應(yīng)變持續(xù)發(fā)展，形成水平階段（略有鋸齒形波動），即屈服平臺。有鋸齒形波動），即屈服平臺。C C點(diǎn)應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)力：屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度fy 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計取屈服強(qiáng)度作為極限承載力應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值。取屈服強(qiáng)度作為極限承載力應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值。10第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure（4 4）強(qiáng)化階段）強(qiáng)化階段(DE(DE段段) )產(chǎn)生了繼續(xù)承受增加荷載的能力，曲線開始上升。產(chǎn)生了繼續(xù)承受增加荷載的能力，曲線開始上升。E點(diǎn)的應(yīng)力：點(diǎn)的應(yīng)力：抗拉強(qiáng)度（極限強(qiáng)度抗拉

10、強(qiáng)度（極限強(qiáng)度）fu ，試件所能承受的試件所能承受的最大拉應(yīng)力；代表材料的強(qiáng)度儲備。最大拉應(yīng)力；代表材料的強(qiáng)度儲備。（5 5）頸縮階段）頸縮階段(EF(EF段段) )截面出現(xiàn)了橫向收縮，塑截面出現(xiàn)了橫向收縮，塑性變形迅速增大，應(yīng)力不性變形迅速增大，應(yīng)力不斷降低，變形卻持續(xù)發(fā)展，斷降低，變形卻持續(xù)發(fā)展，直至直至F F點(diǎn)試件斷裂點(diǎn)試件斷裂。 esOpfesEBCDA（A）EyfufF F11第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure單向拉伸時鋼材的幾個基本機(jī)械性能指標(biāo)單向拉伸時鋼材的幾個基本機(jī)械性能指標(biāo)l屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度f f

11、y y應(yīng)力應(yīng)變曲線開始產(chǎn)生塑性流動時對應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變曲線開始產(chǎn)生塑性流動時對應(yīng)的應(yīng)力，它代表鋼材的承載能力。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)力，它代表鋼材的承載能力。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計取屈服強(qiáng)度取屈服強(qiáng)度作為極限承載力應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)。作為極限承載力應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)。l 極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度f fu u應(yīng)力應(yīng)變曲線最高點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力，它是應(yīng)力應(yīng)變曲線最高點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力，它是 鋼材破壞前所能承受的最大應(yīng)力。它鋼材破壞前所能承受的最大應(yīng)力。它代表材料的強(qiáng)度代表材料的強(qiáng)度 儲備儲備。l 伸長率伸長率 和和斷面收縮率斷面收縮率 衡量鋼材衡量鋼材塑性變形塑性變形能力的一個能力的一個 指標(biāo)。指標(biāo)。12第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2

12、 Material of Steel Structure伸長率伸長率試件試件斷裂前斷裂前的永久的永久變形與原標(biāo)定長度的百比。變形與原標(biāo)定長度的百比。%100001-lll%100110-AAAA0A1斷面收縮率斷面收縮率 頸縮區(qū)的斷面面頸縮區(qū)的斷面面積縮小值與原斷面面積比值的百積縮小值與原斷面面積比值的百分比分比。 LodNNNLdN113第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure 對無明顯屈服點(diǎn)的鋼材對無明顯屈服點(diǎn)的鋼材 設(shè)計時以卸載后試件中設(shè)計時以卸載后試件中殘余應(yīng)變?yōu)闅堄鄳?yīng)變?yōu)?.20.2所對應(yīng)所對應(yīng)的應(yīng)力的應(yīng)力 作

13、為屈服點(diǎn)作為屈服點(diǎn)“條件屈服點(diǎn)條件屈服點(diǎn)”或或“名義屈服點(diǎn)名義屈服點(diǎn)”。sefy=f0.20.2%fup沒有明顯屈服點(diǎn)的沒有明顯屈服點(diǎn)的鋼材在拉伸過程中沒有屈服鋼材在拉伸過程中沒有屈服階段，塑性變形小，破壞突然。階段，塑性變形小，破壞突然。 14第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure 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化的依據(jù)：曲線簡化的依據(jù)：1 1）鋼材在屈服點(diǎn)之前的性質(zhì)鋼材在屈服點(diǎn)之前的性質(zhì)接近接近理想的彈性體理想的彈性體。2 2）屈服點(diǎn)之后的塑性應(yīng)變范屈服點(diǎn)之后的塑性應(yīng)變范圍大圍大（e e0.150.15

14、-2.5-2.5），），且應(yīng)力基本保持不變，接近且應(yīng)力基本保持不變，接近理理想的塑性體想的塑性體。esOpfesEBCDA（A）EyfufF F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 2.5% fy 00.15%15第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure二、冷彎性能二、冷彎性能 重要結(jié)構(gòu)中需要有良好的冷熱加工性能時，應(yīng)有冷重要結(jié)構(gòu)中需要有良好的冷熱加工性能時，應(yīng)有冷彎合格保證彎合格保證。沖頭沖頭加壓加壓16第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of S

15、teel Structure 鋼材在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。用斷裂時吸鋼材在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。用斷裂時吸收的總能量（彈性和非彈性能）來表示。是收的總能量（彈性和非彈性能）來表示。是衡量鋼材抵抗衡量鋼材抵抗可能可能因低溫、應(yīng)力集中、沖擊荷載作用等而致因低溫、應(yīng)力集中、沖擊荷載作用等而致脆性斷裂能力脆性斷裂能力的一項的一項機(jī)械性能。機(jī)械性能。三、沖擊韌性三、沖擊韌性沖擊試驗沖擊試驗 沖擊韌性與試件刻槽（缺口）有關(guān)，常用缺口形式為夏沖擊韌性與試件刻槽（缺口）有關(guān)，常用缺口形式為夏氏氏V V型，夏氏鑰孔型和梅氏型，夏氏鑰孔型和梅氏U U型，我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：沖擊試驗缺口型

16、，我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：沖擊試驗缺口采用夏氏采用夏氏V V型。型。 沖擊韌性還與試驗的沖擊韌性還與試驗的溫度溫度有有關(guān)。我國鋼材標(biāo)準(zhǔn)中將試驗關(guān)。我國鋼材標(biāo)準(zhǔn)中將試驗分為四檔，即分為四檔，即+20, 0+20, 0，-20-20和和-40-40時的沖擊韌性。時的沖擊韌性。溫度越低，沖擊韌性越低。溫度越低，沖擊韌性越低。17第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure對韌性的進(jìn)一步認(rèn)識對韌性的進(jìn)一步認(rèn)識 18第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure 鋼材在鋼材

17、在單向受壓單向受壓（短試件）時，受力性能基本上與（短試件）時，受力性能基本上與單向受拉相同。單向受拉相同。受剪受剪的情況也相似，但屈服點(diǎn)的情況也相似，但屈服點(diǎn)y及抗剪及抗剪強(qiáng)度強(qiáng)度u均均低于低于fy和和fu；剪變模量剪變模量G也也低于低于彈性模量彈性模量E。四、鋼材受壓和受剪時的性能四、鋼材受壓和受剪時的性能 彈性模量E（N/mm2）剪變模量（N/mm2）線膨脹系數(shù)（以每0C計）質(zhì)量密度（kg/m3）2.061057.91041.210-57.85103鋼材的物理性能指標(biāo)19第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure第三節(jié)

18、第三節(jié) 影響鋼材性能的主要因素影響鋼材性能的主要因素一、化學(xué)成分的影響一、化學(xué)成分的影響二、鋼材生產(chǎn)過程的影響二、鋼材生產(chǎn)過程的影響三、溫度的影響三、溫度的影響四、冷加工硬化和時效硬化的影響四、冷加工硬化和時效硬化的影響五、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的影響五、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的影響六、應(yīng)力集中的影響六、應(yīng)力集中的影響七、荷載作用速度的影響七、荷載作用速度的影響20第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure一、化學(xué)成分的影響一、化學(xué)成分的影響鋼鐵Fe（占99%）碳C其他元素強(qiáng)度強(qiáng)度 ，塑性、韌性，塑性、韌性、冷彎性能冷彎性能、可焊性可焊性、腐

19、蝕能力腐蝕能力脫脫氧氧劑劑弱強(qiáng)適量：適量：強(qiáng)度強(qiáng)度 ，塑性、韌性、冷彎、可焊性，塑性、韌性、冷彎、可焊性過量：過量：強(qiáng)度強(qiáng)度 ，塑性、韌性、冷彎、可焊性，塑性、韌性、冷彎、可焊性熱脆，可焊性差熱脆，可焊性差熱脆，可焊性差熱脆，可焊性差冷脆，但可提高強(qiáng)度和抗腐蝕性冷脆，但可提高強(qiáng)度和抗腐蝕性錳硅鋁硫磷氧21第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure二、鋼材生產(chǎn)過程的影響二、鋼材生產(chǎn)過程的影響煉鐵煉鋼澆鑄脫氧軋制(熱處理)l 澆鑄脫氧的影響澆鑄脫氧的影響脫氧程度脫氧程度沸騰鋼沸騰鋼半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜

20、鋼弱強(qiáng)脫氧弱強(qiáng)機(jī)械性能低高成本22第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structurel 軋制的影響軋制的影響l 熱處理的影響熱處理的影響（1 1）淬火淬火。把鋼材加熱到。把鋼材加熱到9009000 0C C以上，放入水或油中快速冷卻。以上，放入水或油中快速冷卻。硬硬度和強(qiáng)度提高，但塑性和韌性降低。度和強(qiáng)度提高，但塑性和韌性降低。（2 2）正火正火。把鋼材加熱到。把鋼材加熱到8508509009000 0C C，在空氣中緩慢冷卻。，在空氣中緩慢冷卻?？筛纳瓶筛纳平M織，細(xì)化晶粒。組織，細(xì)化晶粒。（3 3）回火回火。把淬火后的鋼材加熱至

21、。把淬火后的鋼材加熱至5005006006000 0C C，在空氣中緩慢冷卻。，在空氣中緩慢冷卻?？蓽p小脆性，提高鋼的綜合性能可減小脆性，提高鋼的綜合性能。23第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure)/(2mmNs(%)fufyE三、溫度的影響三、溫度的影響l 室溫室溫200200：強(qiáng)度、彈模、塑強(qiáng)度、彈模、塑 性、韌性沒大的變化性、韌性沒大的變化l 250250左右：左右：極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度，而沖，而沖 擊韌性擊韌性，稱，稱“藍(lán)脆藍(lán)脆” ，應(yīng)避，應(yīng)避 免鋼材在藍(lán)脆溫度范圍進(jìn)行熱免鋼材在藍(lán)脆溫度范圍進(jìn)行熱 加工加工l 超

22、過超過300300：屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度、極限、極限 強(qiáng)度強(qiáng)度，塑性顯著，塑性顯著l 達(dá)到達(dá)到600600：強(qiáng)度已很低，不能強(qiáng)度已很低，不能 承載承載。 高溫（正溫度范圍）高溫（正溫度范圍）24第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure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 低溫（負(fù)溫度范圍）低溫（負(fù)溫度范圍）溫度變脆（強(qiáng)度 ，塑性、韌性 ）低溫冷脆低溫冷脆結(jié)構(gòu)用鋼應(yīng)滿足：T T1 1 0 maxmin0 maxmin0 拉應(yīng)力 壓應(yīng)力 l應(yīng)

23、力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) n n結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞時所經(jīng)歷的應(yīng)力變化次數(shù)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞時所經(jīng)歷的應(yīng)力變化次數(shù)l 應(yīng)力比應(yīng)力比 s smaxmax為最大應(yīng)力為最大應(yīng)力，s sminmin為最小應(yīng)力為最小應(yīng)力 ( (拉應(yīng)力取正號而壓應(yīng)力取負(fù)號拉應(yīng)力取正號而壓應(yīng)力取負(fù)號) )maxmin/ssl 應(yīng)力幅應(yīng)力幅 s smaxmax為最大應(yīng)力為最大應(yīng)力，s sminmin為最小應(yīng)力為最小應(yīng)力 （拉應(yīng)力取正號而壓應(yīng)力取負(fù)號）拉應(yīng)力取正號而壓應(yīng)力取負(fù)號）minmaxsss-常幅常幅變幅變幅39第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure疲勞的破

24、壞特征疲勞的破壞特征：（3 3）疲勞）疲勞對缺陷對缺陷十分十分敏感敏感。 （2 2）疲勞破壞的斷口與一般脆性破壞的斷口不同。一般脆性破）疲勞破壞的斷口與一般脆性破壞的斷口不同。一般脆性破壞后的斷口平直，呈有光澤的晶粒狀或人字紋。而疲勞破壞的壞后的斷口平直，呈有光澤的晶粒狀或人字紋。而疲勞破壞的主要斷口特征是放射和年輪狀花紋。主要斷口特征是放射和年輪狀花紋。（1 1）屬于屬于脆性破壞脆性破壞范疇，危險性大。范疇，危險性大。 產(chǎn)生疲勞裂紋的焊接初始缺陷 疲勞裂紋的擴(kuò)展 脆性斷裂區(qū) (a) (b) 40第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel S

25、tructure疲勞斷裂破壞實例疲勞斷裂破壞實例41第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure二、疲勞計算二、疲勞計算焊接結(jié)構(gòu)：焊接結(jié)構(gòu)： 只與只與應(yīng)力幅應(yīng)力幅有關(guān)有關(guān)非焊接結(jié)構(gòu)：非焊接結(jié)構(gòu)：不僅與不僅與應(yīng)力幅應(yīng)力幅有關(guān)，還與有關(guān)，還與應(yīng)力比應(yīng)力比有關(guān)有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017GB5001720032003）：）： 為了統(tǒng)一表達(dá)式，均用為了統(tǒng)一表達(dá)式，均用應(yīng)力幅應(yīng)力幅進(jìn)行疲勞驗算。對非進(jìn)行疲勞驗算。對非焊接結(jié)構(gòu)采用焊接結(jié)構(gòu)采用折算應(yīng)力幅折算應(yīng)力幅。 焊接構(gòu)件焊縫周圍的力學(xué)性能非常復(fù)雜，目前還沒焊接構(gòu)件

26、焊縫周圍的力學(xué)性能非常復(fù)雜，目前還沒有較好試驗或數(shù)值方法對其進(jìn)行以概率論為基礎(chǔ)的研究，有較好試驗或數(shù)值方法對其進(jìn)行以概率論為基礎(chǔ)的研究，因此疲勞驗算采用的是因此疲勞驗算采用的是容許應(yīng)力設(shè)計法容許應(yīng)力設(shè)計法。疲勞壽命的主要影響因素疲勞壽命的主要影響因素根本差別在于根本差別在于焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力42第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structuress/1)(nCss對于焊接部位的設(shè)計應(yīng)力幅對于焊接部位的設(shè)計應(yīng)力幅: ss= s smax- s smin ； 對于非焊接部位的折算應(yīng)力幅：對于非焊接部位的折算應(yīng)力幅：ss= s s

27、max- 0.7s smin s smax 每次應(yīng)力循環(huán)中，計算部位的最大拉應(yīng)力（取正值）每次應(yīng)力循環(huán)中，計算部位的最大拉應(yīng)力（取正值） s smin每次應(yīng)力循環(huán)中，計算部位的最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力每次應(yīng)力循環(huán)中，計算部位的最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力 （拉應(yīng)力取正值，壓應(yīng)力取負(fù)值）；（拉應(yīng)力取正值，壓應(yīng)力取負(fù)值）；ss 常幅疲勞的容許應(yīng)力幅常幅疲勞的容許應(yīng)力幅n應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；C C、參數(shù)，根據(jù)表參數(shù)，根據(jù)表2-22-2中的構(gòu)件和連接的類別按表中的構(gòu)件和連接的類別按表2-32-3采用。采用。常幅疲勞常幅疲勞與鋼材強(qiáng)度無關(guān)與鋼材強(qiáng)度無關(guān)43第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter

28、2 Material of Steel Structure可將變幅疲勞折算為等效的常幅疲勞，然后按常幅疲勞檢算可將變幅疲勞折算為等效的常幅疲勞，然后按常幅疲勞檢算式檢算。式檢算。sse e等效常幅疲勞應(yīng)力幅。等效常幅疲勞應(yīng)力幅。 ss 常幅疲勞的容許應(yīng)力幅。常幅疲勞的容許應(yīng)力幅。 ssei21i-1t變幅疲勞變幅疲勞44第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure(2) 上述計算公式不適用于特殊條件（如構(gòu)件表面溫度大于上述計算公式不適用于特殊條件（如構(gòu)件表面溫度大于150攝攝 氏度，處于海水腐蝕環(huán)境，焊后經(jīng)熱處理消除殘余應(yīng)力

29、以及低氏度，處于海水腐蝕環(huán)境，焊后經(jīng)熱處理消除殘余應(yīng)力以及低 周周-高應(yīng)變疲勞條件等）下的疲勞驗算。高應(yīng)變疲勞條件等）下的疲勞驗算。三、疲勞計算應(yīng)注意的問題三、疲勞計算應(yīng)注意的問題(1) 當(dāng)當(dāng)n n10105 5時，應(yīng)進(jìn)行疲勞計算。時，應(yīng)進(jìn)行疲勞計算。（3 3）應(yīng)力按彈性狀態(tài)計算。對于）應(yīng)力按彈性狀態(tài)計算。對于只有壓應(yīng)力的應(yīng)力循環(huán)作用只有壓應(yīng)力的應(yīng)力循環(huán)作用， 由于鋼材內(nèi)部缺陷不易開展，則不會發(fā)生疲勞破壞，由于鋼材內(nèi)部缺陷不易開展，則不會發(fā)生疲勞破壞，不必不必 進(jìn)行疲勞計算進(jìn)行疲勞計算。45第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Stru

30、cture(4) (4) 疲勞計算采用的是疲勞計算采用的是容許應(yīng)力幅法容許應(yīng)力幅法，計算公式是以實驗為依據(jù)，計算公式是以實驗為依據(jù) 的，實驗中已包含了動力的影響，故荷載應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值且不乘的，實驗中已包含了動力的影響，故荷載應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值且不乘 動力系數(shù)，應(yīng)力幅按彈性工作計算。動力系數(shù)，應(yīng)力幅按彈性工作計算。（5 5）提高疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命的措施）提高疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命的措施（）采取合理構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計，盡可能減少應(yīng)力集中；（）采取合理構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計，盡可能減少應(yīng)力集中；（）嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，減小初始裂紋尺寸；（）嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，減小初始裂紋尺寸；（）采取必要的工藝措施如打磨、敲打等。（）采取必要的工

31、藝措施如打磨、敲打等。46第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure第五節(jié)第五節(jié) 鋼材的鋼種、鋼號及選擇鋼材的鋼種、鋼號及選擇一、建筑用鋼的種類一、建筑用鋼的種類1 1、碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素結(jié)構(gòu)鋼1 1）碳素結(jié)構(gòu)鋼的表達(dá)方式由（）碳素結(jié)構(gòu)鋼的表達(dá)方式由（屈服點(diǎn)的字母屈服點(diǎn)的字母Q Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級符號和脫氧方法符號）級符號和脫氧方法符號）四個部分組成。四個部分組成。2)2)質(zhì)量等級符號是根據(jù)鋼材的化學(xué)成分和沖擊韌性不同化分為質(zhì)量等級符號是根據(jù)鋼材的化學(xué)成分和沖擊韌性不同化分為A A、B B、C C、

32、D D共共4 4個質(zhì)量等級。個質(zhì)量等級。3)3)脫氧方法符號也有四種，其中脫氧方法符號也有四種，其中F F代表沸騰鋼，代表沸騰鋼，b b代表半鎮(zhèn)靜鋼，代表半鎮(zhèn)靜鋼，Z Z代代表鎮(zhèn)靜鋼，表鎮(zhèn)靜鋼，TZTZ代表特種鎮(zhèn)靜鋼，代表特種鎮(zhèn)靜鋼，在具體標(biāo)注時在具體標(biāo)注時Z Z和和TZTZ可以省略。可以省略。4 4）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范將將Q235Q235牌號的鋼材選為承重結(jié)構(gòu)用鋼牌號的鋼材選為承重結(jié)構(gòu)用鋼。其化。其化學(xué)成分和脫氧方法、拉伸和沖擊試驗以及冷彎試驗結(jié)果均應(yīng)符合學(xué)成分和脫氧方法、拉伸和沖擊試驗以及冷彎試驗結(jié)果均應(yīng)符合規(guī)范規(guī)范GB/T700GB/T700的要求。的要求。47第二章第二章 鋼

33、結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure碳素結(jié)構(gòu)鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼（Carbon steelCarbon steel）牌號（）牌號（GB/T 700-1988GB/T 700-1988 ）48第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235表示方法表示方法49第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2 2、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 1591-1994)

34、(GB/T 1591-1994)1)1)含碳量均含碳量均不大于不大于0.200.20，強(qiáng)度的提高主要依靠添加少量幾強(qiáng)度的提高主要依靠添加少量幾種合金元素來達(dá)到，但合金元素的總量種合金元素來達(dá)到，但合金元素的總量低于低于5 5。2)2)牌號為牌號為Q345Q345，Q390,Q420Q390,Q420的鋼材都有較高的強(qiáng)度和較好的塑的鋼材都有較高的強(qiáng)度和較好的塑性、韌性和焊接性能，被性、韌性和焊接性能，被規(guī)范規(guī)范選為承重結(jié)構(gòu)用鋼。選為承重結(jié)構(gòu)用鋼。3)3)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號命名與碳素結(jié)構(gòu)鋼相似，只是低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號命名與碳素結(jié)構(gòu)鋼相似，只是質(zhì)量等級分為質(zhì)量等級分為A A、B B、C

35、C、D D、E E五等，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼五等，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼采用的脫氧方法均為鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，故采用的脫氧方法均為鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，故可不加脫可不加脫氧方法的符號氧方法的符號，例如，例如Q345BQ345B，Q390DQ390D，Q420EQ420E。4)4)鋼材的化學(xué)成分和拉伸、沖擊、冷彎試驗結(jié)果應(yīng)滿足規(guī)范鋼材的化學(xué)成分和拉伸、沖擊、冷彎試驗結(jié)果應(yīng)滿足規(guī)范GB/T1591GB/T1591要求。要求。50第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure低合金結(jié)構(gòu)鋼（低合金結(jié)構(gòu)鋼（Alloy steelAlloy st

36、eel）牌號（國標(biāo)）牌號（國標(biāo)GB/T1519-94GB/T1519-94）51第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure低合金鋼低合金鋼Q345表示方法表示方法52第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2)2)耐候鋼耐候鋼 在鋼材冶煉時加入少量的合金元素如在鋼材冶煉時加入少量的合金元素如CuCu、CrCr、NiNi、MoMo、NbNb、TiTi、ZrZr、V V等，提高鋼材的耐腐蝕性能。也稱為耐等，提高鋼材的耐腐蝕性能。也稱為耐大氣腐蝕鋼。例如大

37、氣腐蝕鋼。例如15MnCuCrQT15MnCuCrQT鋼表示含碳量為鋼表示含碳量為0.15%0.15%，合，合金元素為錳、銅、鉻的淬火加回火熱處理耐候鋼。金元素為錳、銅、鉻的淬火加回火熱處理耐候鋼。3)3)連接用鋼連接用鋼 鋼結(jié)構(gòu)連接中的鉚釘、高強(qiáng)度螺栓、焊條用鋼結(jié)構(gòu)連接中的鉚釘、高強(qiáng)度螺栓、焊條用鋼絲等，也采用滿足各自連接件要求的專門用鋼。鋼絲等，也采用滿足各自連接件要求的專門用鋼。 3 3、專用結(jié)構(gòu)鋼、專用結(jié)構(gòu)鋼1) 1) 專用結(jié)構(gòu)鋼的鋼號用在相應(yīng)鋼號后再加上專用結(jié)構(gòu)鋼的鋼號用在相應(yīng)鋼號后再加上專業(yè)用途代號專業(yè)用途代號（壓力容器、橋梁、船舶和鍋爐用鋼材的專業(yè)用途代號分別（壓力容器、橋梁、船

38、舶和鍋爐用鋼材的專業(yè)用途代號分別為為R R、q q、C C和和g g）來表示。）來表示。53第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure三、鋼材的選擇原則三、鋼材的選擇原則54第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure1、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性 對于重要的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件（框架的橫梁，桁架，對于重要的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件（框架的橫梁，桁架， 屋面樓面的大梁等）應(yīng)采用質(zhì)量較高的鋼材，如屋面樓面的大梁等）應(yīng)采用質(zhì)量較高的鋼材，如Q235鋼里鋼里b級以上。級以

39、上。2、荷載特征、荷載特征 靜力荷載作用下可選擇經(jīng)濟(jì)性較好的靜力荷載作用下可選擇經(jīng)濟(jì)性較好的Q235鋼材；動力荷載作鋼材；動力荷載作用下應(yīng)選擇綜合性能較好的鋼材（沖擊韌性和質(zhì)量）。用下應(yīng)選擇綜合性能較好的鋼材（沖擊韌性和質(zhì)量）。3、連接方式、連接方式 焊接結(jié)構(gòu)對材質(zhì)的要求嚴(yán)格，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接結(jié)構(gòu)對材質(zhì)的要求嚴(yán)格，應(yīng)嚴(yán)格控制C（0.2%）、）、S、P的極限含量，鋼板不能太厚，太厚焊接后容易引起層狀撕裂，鋼板比較的極限含量，鋼板不能太厚，太厚焊接后容易引起層狀撕裂，鋼板比較厚時可以選用高強(qiáng)螺栓；非焊接結(jié)構(gòu)對厚時可以選用高強(qiáng)螺栓；非焊接結(jié)構(gòu)對C含量的要求可降低一些。含量的要求可降低一些。4、工作環(huán)境

40、、工作環(huán)境 處于低溫下工作的結(jié)構(gòu)，應(yīng)選擇抗脆性破壞能力強(qiáng)的鋼材，處于低溫下工作的結(jié)構(gòu)，應(yīng)選擇抗脆性破壞能力強(qiáng)的鋼材，防止鋼材的冷脆硬化導(dǎo)致的脆性破壞。水工結(jié)構(gòu)差一些、海工結(jié)構(gòu)就更防止鋼材的冷脆硬化導(dǎo)致的脆性破壞。水工結(jié)構(gòu)差一些、海工結(jié)構(gòu)就更差，尤其是沿海地區(qū)，干濕交替，更容易腐蝕。差，尤其是沿海地區(qū)，干濕交替，更容易腐蝕。5、結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)、結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài) 當(dāng)選用的型材或板材的厚度較大時，應(yīng)該采用質(zhì)量較當(dāng)選用的型材或板材的厚度較大時，應(yīng)該采用質(zhì)量較高的鋼材，以防止鋼材中較大的殘余拉應(yīng)力和缺陷等與外力共同作用形高的鋼材，以防止鋼材中較大的殘余拉應(yīng)力和缺陷等與外力共同作用形成三向拉應(yīng)力，引起材料的

41、脆性破壞。成三向拉應(yīng)力，引起材料的脆性破壞。6、鋼材的厚度、鋼材的厚度 鋼材越厚其強(qiáng)度越低，選用厚度較大時應(yīng)采用鋼材越厚其強(qiáng)度越低，選用厚度較大時應(yīng)采用質(zhì)量較高的質(zhì)量較高的鋼材鋼材。 55第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure五、常用鋼材的規(guī)格五、常用鋼材的規(guī)格 鋼結(jié)構(gòu)所用的鋼材主要有鋼結(jié)構(gòu)所用的鋼材主要有熱軋成型的鋼板和型鋼熱軋成型的鋼板和型鋼，以及，以及冷加工成型的冷軋薄鋼板冷加工成型的冷軋薄鋼板和和冷彎薄壁型鋼冷彎薄壁型鋼。 56第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of

42、Steel Structure1 1、熱軋鋼板、熱軋鋼板1) 1) 分為分為厚鋼板、薄鋼板厚鋼板、薄鋼板和和扁鋼。扁鋼。2) 2) 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” 3) 3) 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4-6012-2003000-900057第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2 2、熱軋型鋼、熱軋型鋼常用的熱軋型鋼有常用的熱軋型