鋼結(jié)構(gòu)第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料

1.了解鋼材材的破壞壞形式和和主要性性能。2.了解影響響鋼材性性能的主主要因素素。3.了解鋼材材疲勞破破壞及計(jì)計(jì)算方法法。4.了解鋼材材的種類類及選用用原則要要求。2.1鋼結(jié)構(gòu)對對材料的的要求2.2鋼材的破破壞形式式2.3鋼材的主主要性能能2.4各種因素素對鋼材材主要性性能的影影響2.5復(fù)雜應(yīng)力力作用下下鋼材的的屈服條條件2.6鋼材的疲疲勞2.7鋼的種類類和鋼材材的規(guī)格格本章目錄錄基本要求求第2.1節(jié)鋼結(jié)結(jié)構(gòu)對材材料的要要求1.概述2.鋼結(jié)構(gòu)對對材料的的基本要要求了解鋼結(jié)結(jié)構(gòu)對材材料性能能的基本本要求本節(jié)目錄錄基本要求求2.1.1概述含碳量小小于2％的鐵碳合合金稱作作鋼，含含碳量大大于2％時(shí)稱作鐵鐵。鋼材材種類繁繁多，性性能差別別很大，，適用于于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)只是其其中一小小部分。。（1）較高的的抗拉強(qiáng)強(qiáng)度fu和屈服點(diǎn)點(diǎn)fy；（2）較好的的塑性、、韌性；；（3）良好的的工藝性性能（冷冷、熱加加工，可可焊性））；（4）對環(huán)境境的良好好適應(yīng)性性。2.1.2鋼結(jié)構(gòu)對對材料的的基本要要求第2.2節(jié)鋼材材的破壞壞形式鋼材的兩兩種破壞壞形式了解鋼材材的破壞壞形式和和特點(diǎn)本節(jié)目錄錄基本要求求2.2.1鋼材的兩兩種破壞壞形式破壞形式特征斷口后果塑性破壞構(gòu)件應(yīng)力超過屈服點(diǎn)，并且達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度后，構(gòu)件產(chǎn)生明顯的變形并斷裂。斷裂時(shí)斷口與作用力方向呈45°，呈纖維狀，色澤發(fā)暗在破壞前有很明顯的變形，并有較長的變形持續(xù)時(shí)間，便于發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救。脆性破壞在破壞前無明顯變形，平均應(yīng)力也小（一般都小于屈服點(diǎn)），沒有任何預(yù)兆。斷口平直并呈有光澤的晶粒狀。突然發(fā)生的，危險(xiǎn)性大，應(yīng)盡量避免。第2.3節(jié)鋼材材的主要要性能1.受拉、受受壓及受受剪時(shí)的的性能2.冷彎性能能3.沖擊韌性性掌握鋼材材的主要要力學(xué)性性能要求求及含義義本節(jié)目錄錄基本要求求2.3.1受拉、受受壓及受受剪時(shí)的的性能1、鋼材在在單向一一次拉伸伸下的工工作性能能試驗(yàn)條件件：標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)試件（GB/T228），常溫（20±5℃）下緩慢加加載，一一次完成成。含碳碳量為0.1%－0.3%。標(biāo)準(zhǔn)試件件：Lo/d=5或10；Lo--標(biāo)距；d--直徑圖2.3.12、有明顯顯屈服點(diǎn)點(diǎn)鋼材的的σ-ε曲線OBCDAGH圖2.3.22、有明顯顯屈服點(diǎn)點(diǎn)鋼材的的σ-ε曲線圖2.3.3可劃分為為以下五五個(gè)階段段：(1)彈性階段段(OB段)OA段材料處處于純彈彈性，即即:AB段有一定定的塑性性變形,但整個(gè)OB段卸載時(shí)時(shí)ε=0彈性模量量：E=206×103N/mm2其中，A點(diǎn)應(yīng)力fp稱為比例例極限。。(2)彈塑性階階段（BC段)該段很短短，表現(xiàn)現(xiàn)出鋼材材的非彈彈性性質(zhì)質(zhì)，即卸卸荷留下下永久的的殘余變變形。(3)塑性階段段（CD段)該段σ基本保持持不變（（水平),ε急劇增大大,稱為屈服服臺(tái)階。。變形模模量E=0。該段應(yīng)力力最高點(diǎn)點(diǎn)和最低低點(diǎn)分別別稱為上上屈服點(diǎn)點(diǎn)和下屈屈服點(diǎn)，，下屈服服點(diǎn)比較較穩(wěn)定，，設(shè)計(jì)中中則以下下屈服點(diǎn)點(diǎn)為依據(jù)據(jù)。（4）強(qiáng)化階段段(DG段)當(dāng)應(yīng)力達(dá)達(dá)到G點(diǎn)時(shí)，出出現(xiàn)頸縮縮現(xiàn)象，，至H點(diǎn)而斷裂裂。隨荷載的的增加σ緩慢增大大,但ε增加較快快。曲線線最高點(diǎn)點(diǎn)處G點(diǎn)的應(yīng)力力fu稱為抗拉拉強(qiáng)度或或極限強(qiáng)強(qiáng)度。（5）頸縮破壞壞階段(GH段)3、對無明明顯屈服服點(diǎn)的鋼鋼材高強(qiáng)度鋼鋼材在拉拉伸過程程中沒有有明顯的的屈服臺(tái)臺(tái)階，塑塑性變形形小，設(shè)設(shè)計(jì)中不不宜利用用它的塑塑性。設(shè)計(jì)時(shí)取取相當(dāng)于于殘余變變形為0.2%時(shí)所對應(yīng)應(yīng)的應(yīng)力力作為屈屈服點(diǎn)—稱為條件件屈服點(diǎn)點(diǎn)或名義義屈服點(diǎn)點(diǎn)fy=f0.20.2%fuεp圖2.3.44、應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變曲線線的簡化化設(shè)計(jì)時(shí)將將鋼材簡簡化為理理想彈塑塑性體鋼材在靜靜載作用用下：強(qiáng)度計(jì)算算以fy為依據(jù)，，fu為結(jié)構(gòu)的的安全儲(chǔ)儲(chǔ)備。ε22.5%--3%fy

ε10.15%εσ圖2.3.55、單向拉拉伸時(shí)鋼鋼材的機(jī)機(jī)械性能能指標(biāo)（1）屈服點(diǎn)fy—應(yīng)力應(yīng)變變曲線開開始產(chǎn)生生塑性流流動(dòng)時(shí)對對應(yīng)的應(yīng)應(yīng)力，它它是衡量量鋼材的的承載能能力和確確定鋼材材強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值的的重要指指標(biāo)。（2）抗拉強(qiáng)度度fu—應(yīng)力應(yīng)變變曲線最最高點(diǎn)對對應(yīng)的應(yīng)應(yīng)力,它是鋼材材最大的的抗拉強(qiáng)強(qiáng)度。（3）伸長率當(dāng)lo/d=5時(shí)，用δ5表示當(dāng)l0/d=10時(shí)，用δ10表示（δ5＞δ10）實(shí)際工程程中以伸伸長率代表材料料斷裂前前具有的的塑性變變形能力力。鋼材的塑塑性是指指：當(dāng)應(yīng)應(yīng)力超過過屈服點(diǎn)點(diǎn)后，鋼鋼材能產(chǎn)產(chǎn)生顯著著的殘余余變形（（塑性變變形）而而不立即即斷裂的的性質(zhì)。。試件斷裂裂時(shí)的絕絕對變形形值與原原標(biāo)距長長度的百百分比，，用δ表示。（4）斷面收縮率是指試件件拉斷后，頸頸縮區(qū)的斷面面面積縮小值值與原斷面面面積比值的百百分比，用表示。式中：A0—試件原來的斷斷面面積A1—試件拉斷后頸頸縮區(qū)的斷面面面積圖2.3.6采用短試件l0/d=3，屈服點(diǎn)同單單向拉伸時(shí)的的屈服點(diǎn)。6、受壓時(shí)的性性能7、受剪時(shí)的性性能抗剪強(qiáng)度可由由折算應(yīng)力計(jì)計(jì)算公式得到到：2.3.2冷彎性能冷彎性能是判判別鋼材塑性性變形能力和和冶金質(zhì)量的的綜合指標(biāo)鑒定合格指標(biāo)標(biāo)：通過冷彎彎沖頭加壓，，當(dāng)試件彎曲曲至180°時(shí)，檢察試件件彎曲部分的的外面、里面面和側(cè)面，如如果沒有裂紋紋、斷裂或分分層，即認(rèn)為為試件冷彎性性能合格。圖2.3.72.3.3沖擊韌性沖擊韌性——鋼材在塑性變變形和斷裂過過程中吸收能能量的能力。。用斷裂時(shí)吸收收的總能量（（彈性和非彈彈性能）來表表示。韌性指指標(biāo)用沖擊韌韌性值表示，，沖擊韌性也也叫沖擊功，，用符號(hào)Wkv或Cv表示，單位為為J。沖擊韌性由沖沖擊韌性試驗(yàn)驗(yàn)確定。圖2.3.8圖2.3.9沖擊韌性演示示影響沖擊韌性性的因素：沖擊韌性與試試件刻槽有關(guān)關(guān)，常用缺口口形式為夏氏氏V型和梅氏U型，近年來，，我國沖擊試試驗(yàn)已用夏氏氏V型代替梅氏U型。沖擊韌性還與與試驗(yàn)的溫度度有關(guān)。根據(jù)據(jù)溫度不同，，我國鋼材標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)中將試驗(yàn)驗(yàn)分為四檔，，即+20℃,0℃，-20℃和-40℃時(shí)的沖擊韌性性。溫度越低，沖沖擊韌性越低低。鋼材的機(jī)械性性能指標(biāo)屈服點(diǎn)fy伸長率δ抗拉強(qiáng)度fu冷彎試驗(yàn)沖擊韌性Cv小結(jié)第2.4節(jié)各種因素素對鋼材主要要性能的影響響1.化學(xué)成分2.冶金缺陷3.鋼材硬化1.了解影響鋼材材性能的主要要因素本節(jié)目錄基本要求2.了解防止脆性性斷裂破壞的的方法4.溫度影響5.應(yīng)力集中6.荷載的影響2.4.1化學(xué)成分普通碳素鋼中中Fe占99%，C和其他元素僅占占1%，但對鋼材力力學(xué)性能有著著決定性的影影響。普通低合金鋼鋼中合金元素素小于5%。(1)碳（C）：鋼材強(qiáng)度的的主要來源，，隨其含量增增加，強(qiáng)度增增加，塑性、、韌性和疲勞勞強(qiáng)度降低，，同時(shí)惡化鋼鋼的焊接性能能和抗腐蝕性性。鋼結(jié)構(gòu)用用鋼中，碳含含量一般控制制在0.22%以下，當(dāng)其含含量在0.2％以下時(shí)，可焊焊性良好。圖2.4.1含碳量對σ-ε關(guān)系的影響σ0%TC<0.1%C>0.3%(2)硫（S）：有害元素，，熱脆性。不不得超過0.05%。(3)磷（P）：有害元素，，冷脆性?？箍垢g能力略略有提高，可可焊性降低。。不得超過0.045%。(4)錳（Mn）：合金元素,弱脫氧劑。與與S形成MnS,熔點(diǎn)1600℃,可以消除一一部分S的有害作用。。(5)硅（Si）：合金元素。。強(qiáng)脫氧劑。。(6)釩（V）：合金元素。。細(xì)化晶粒，，提高強(qiáng)度，，其碳化物具具有高溫穩(wěn)定定性，適用于于受荷較大的的焊接結(jié)構(gòu)。。(7)氧（O）：有害雜質(zhì)，，與S相似（熱脆））。(8)氮（N）：有害雜質(zhì)，，與P相似（冷脆））。(9)銅（Cu）：提高抗銹蝕蝕性，提高強(qiáng)強(qiáng)度，對可焊焊性有影響。。2.4.2冶金缺陷常見的冶金缺缺陷有：偏析：鋼中化學(xué)成成分不一致和和不均勻性稱稱為偏析。主主要是硫和磷磷的偏析，使使鋼材的塑性性、韌性及可可焊性變壞。。非金屬夾雜：常見的夾雜雜物為硫化物物和氧化物。。硫化物使鋼鋼材在800～1200℃高溫下變脆，，氧化物會(huì)降降低鋼材的力力學(xué)性能和工工藝性能。氣孔：澆注時(shí)由FeO與C作用所生成的的CO氣體不能充分分逸出而留在在鋼錠內(nèi)形成成的。裂紋：鋼材中已出出現(xiàn)的局部破破壞分層：指沿厚度方方向形成層間間并不相互脫脫離的分層。。分層處易被被銹蝕,且分層使鋼材材性能變差。。2.4.3鋼材硬化冷作硬化在冷加工或一一次加載使鋼鋼材產(chǎn)生較大大的塑性變形形的情況下，，卸載后再重重新加載，鋼鋼材的屈服點(diǎn)點(diǎn)提高，塑性性和韌性降低低的現(xiàn)象。時(shí)效硬化隨著時(shí)間的增增加，純鐵體體中有一些數(shù)數(shù)量極少的碳碳和氮的固熔熔物質(zhì)析出，，使鋼材的屈屈服點(diǎn)和抗拉拉強(qiáng)度提高，，塑性和韌性性下降的現(xiàn)象象。應(yīng)變時(shí)效硬化化鋼材產(chǎn)生一定定數(shù)量的塑性性變形后，鐵鐵素體晶體中中的固溶碳和和氮更容易析析出，從而使使已經(jīng)冷作硬硬化的鋼材又又發(fā)生時(shí)效硬硬化現(xiàn)象。圖2.4.2

硬化對鋼材性能的影響σ0ε冷作硬化時(shí)效硬化冷作硬化后的塑性區(qū)243

1fyfpε冷加工及時(shí)效冷加工及時(shí)效后的塑性區(qū)fyσ0圖2.4.3注意:不管哪一種硬硬化，都要降降低鋼材的塑塑性和韌性，，對鋼材不利利。因此鋼結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一一般不利用硬硬化后提高的的強(qiáng)度，而且且對于直接承承受動(dòng)荷載的的結(jié)構(gòu)還應(yīng)設(shè)設(shè)法消除硬化化的影響。例如，經(jīng)過剪剪切機(jī)剪切的的鋼板，為了了消除剪切邊邊緣的冷作硬硬化，可采用用火焰燒烤使使之“退火”或?qū)⑦吘壟偃ト?～5mm。2.4.4溫度影響圖2.4.4溫度對鋼材機(jī)械性能的影響8006004002000N/mm2Efuδfy20040060020406080δ%220210200190180170160Ex103N/mm2t(0C)1．正溫范圍200℃以內(nèi)對鋼材性性能無大影響響，該范圍內(nèi)內(nèi)隨溫度升高高總的趨勢是是強(qiáng)度、彈性性模量降低，，塑性增大。。250℃左右抗拉強(qiáng)度度略有提高，，塑性降低，，脆性增加—藍(lán)脆現(xiàn)象，該溫溫度區(qū)段稱為為“藍(lán)脆區(qū)”。260～320℃產(chǎn)生徐變現(xiàn)象象。600℃左右彈性模量量趨于零，承承載能力幾乎乎完全喪失。。當(dāng)溫度低于常常溫時(shí)，鋼材材的脆性傾向向隨溫度降低低而增加，材材料強(qiáng)度略有有提高，但其其塑性和韌性性降低，該現(xiàn)現(xiàn)象稱為低溫冷脆。2．負(fù)溫范圍脆性破壞轉(zhuǎn)變過渡區(qū)段塑性破壞反彎點(diǎn)試驗(yàn)溫度T0C沖擊斷裂功CvT1T2T0圖2.4.5

沖擊韌性與溫度的關(guān)系曲線2.4.5應(yīng)力集中1.應(yīng)力集中中的概念在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件件中不可避免免的存在著孔孔洞、槽口、、凹角、裂縫縫、厚度變化化、形狀變化化和內(nèi)部缺陷陷等，此時(shí)截截面中的應(yīng)力力分布不再保保持均勻，而而是在一些區(qū)區(qū)域產(chǎn)生局部部高峰應(yīng)力，，形成所謂應(yīng)應(yīng)力集中現(xiàn)象象。圖2.4.6

孔洞及槽孔處的應(yīng)力集中現(xiàn)象yzσyσxσzxσxσyσ0σ011σxσyσ0σ0112.應(yīng)力集中中的影響可以看出截面面槽口改變愈愈急劇，應(yīng)力力集中現(xiàn)象愈愈厲害，其抗抗拉強(qiáng)度愈高高，但塑性愈愈差，脆性破破壞的傾向愈愈大。1020300.425100ε%σ(N/mm2)①①②②③③④④φ10測距100φ10φ100600700500400300200100圖2.4.7應(yīng)力集中對σ-ε曲線關(guān)系的影響3.減小應(yīng)力力集中現(xiàn)象的的措施由于鋼材具有有良好的塑性性性能，當(dāng)承承受靜力荷載載且在常溫下下工作時(shí)，只只要符合規(guī)范范規(guī)定的設(shè)計(jì)計(jì)要求，可以以不考慮應(yīng)力力集中的影響響。<1:2.5圖2.4.82.4.6荷載的影響1.加荷速度的影影響加荷速度過快快，構(gòu)件來不不及變形，得得到的屈服點(diǎn)點(diǎn)也高，且呈呈脆性。特別別在低溫時(shí)對對鋼材性能的的影響要比常常溫下大得多多。因此，試試驗(yàn)時(shí)需規(guī)定定加載速度。。2.循環(huán)荷荷載的影響鋼材在直接的連續(xù)反復(fù)的動(dòng)力荷載作用下，，損傷會(huì)逐漸漸累積，缺陷會(huì)發(fā)展成成微觀裂紋，繼而發(fā)展到到宏觀裂紋，截面削弱到一一定程度而突突然破壞（這種現(xiàn)象叫疲勞破壞）。。本節(jié)討論：防止脆性斷裂裂的方法(1)合理選選擇鋼材溫度——冷脆轉(zhuǎn)變溫度度低厚度——薄(2)合理設(shè)設(shè)計(jì)合理的設(shè)計(jì)應(yīng)應(yīng)該在考慮材材料的斷裂韌韌性水平、最最低工作溫度度、荷載特征征、應(yīng)力集中中等因素后，，再選擇合理理的結(jié)構(gòu)型式式，尤其是合合理的構(gòu)造細(xì)細(xì)節(jié)十分重要要。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求求使缺陷引起起的應(yīng)力集中中減少到最低低限度，盡量量保證結(jié)構(gòu)的的幾何連續(xù)性性和剛度的連連貫性。(3)合理制作和安安裝冷加工——栓孔鉆鉆、擴(kuò)焊接——合理工藝、參參數(shù)，減小焊焊接殘余應(yīng)力力，如厚鋼板板，焊前預(yù)熱熱，焊后保溫溫安裝——減小裝配殘余余應(yīng)力(4)合理使用及維維修措施——避免突然荷載載第2.5節(jié)復(fù)雜應(yīng)力力作用下鋼材材的屈服條件件1.掌握復(fù)雜應(yīng)力力作用鋼材屈屈服條件及應(yīng)應(yīng)用基本要求基本假定：（1）材料由彈性性轉(zhuǎn)入塑性的的強(qiáng)度指標(biāo)用用變形時(shí)單位位體積中積聚聚的能量來表表達(dá)；（2）當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力力狀態(tài)下變形形能等于單軸軸受力時(shí)的變變形能時(shí)，鋼鋼材即由彈性性轉(zhuǎn)入塑性。。OZXY單元體受復(fù)雜應(yīng)力圖2.5.1單元體受主應(yīng)力圖2.5.2在三向應(yīng)力作作用下，鋼材材由彈性狀態(tài)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄孕誀顟B(tài)的條件件，可用按能量強(qiáng)度理理論計(jì)算的折算應(yīng)力σred和鋼材在單向向應(yīng)力下的屈服點(diǎn)fy相比較來判斷斷，即1.以一般應(yīng)力分分量表示2.以主應(yīng)力表示示當(dāng) 時(shí)鋼材處于彈性狀態(tài)， 時(shí)鋼材處于塑性狀態(tài)。(2-2)(2-1)對于薄板，厚厚度方向的應(yīng)應(yīng)力很小，常?？珊雎圆挥?jì)計(jì)，這時(shí)三向向應(yīng)力狀態(tài)可可簡化為平面面應(yīng)力狀態(tài)，，式（2-1）成為3.幾種特殊情況況一般的梁，只只存在正應(yīng)力力和剪應(yīng)力，，則：（2-4）（2-3）純剪時(shí)σ=0，則有（2-5）即：鋼材的剪剪切屈服點(diǎn)是是單軸拉伸屈屈服點(diǎn)fy的0.58倍。因此，規(guī)范規(guī)規(guī)定：鋼材的的抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)強(qiáng)度為抗拉設(shè)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的0.58倍。（2-6）第2.6節(jié)鋼材的疲疲勞1.疲勞破壞特征征2.常幅疲勞3.變幅疲勞1.了解鋼材疲勞勞破壞的特征征2.掌握疲勞破壞壞的計(jì)算方法法本節(jié)目錄基本要求2.6.1疲勞破壞特征征1.概念鋼材在連續(xù)反反復(fù)荷載的作作用，當(dāng)應(yīng)力力低于抗拉強(qiáng)強(qiáng)度，甚至低低于屈服強(qiáng)度度時(shí)發(fā)生突然然斷裂的現(xiàn)象象，這種現(xiàn)象象稱為鋼材的的疲勞。2.疲勞破壞壞的機(jī)理疲勞破壞是積積累損傷的結(jié)結(jié)果。破壞過程：缺陷→微觀裂裂紋→宏觀裂裂紋→斷裂。。3.疲勞破壞與與脆性破壞比比較相同點(diǎn)：突然斷裂，斷斷裂時(shí)名義應(yīng)應(yīng)力都低于屈屈服點(diǎn)不同點(diǎn)之一：：疲勞破壞裂紋擴(kuò)展穩(wěn)定定，緩慢，多多次反復(fù)加載載脆性破壞裂紋擴(kuò)展不穩(wěn)穩(wěn)定，迅速，，一次加載就就可能破壞不同點(diǎn)之二：：疲勞破壞斷口分為疲勞勞區(qū)和瞬斷區(qū)區(qū)（疲勞區(qū)記記載了裂縫擴(kuò)展和閉合合的過程，顏顏色發(fā)暗，表表面有較清楚的疲好紋紋理，呈沙灘灘狀或波紋狀狀。瞬斷區(qū)真實(shí)反映了了當(dāng)構(gòu)件截面面因裂縫擴(kuò)展展削弱到一臨界尺寸時(shí)時(shí)脆性斷裂的的待點(diǎn)，瞬斷斷區(qū)晶粒粗亮。）脆性破壞閃光的晶粒狀狀4.影響疲勞破壞壞的主要因素素構(gòu)造細(xì)節(jié)——應(yīng)力集中程度度和殘余應(yīng)力力大小荷載循環(huán)次數(shù)數(shù)＞5×104次，驗(yàn)算疲勞勞荷載引起的循循環(huán)應(yīng)力特征征應(yīng)力幅（焊接接結(jié)構(gòu)）應(yīng)力比（非焊焊接結(jié)構(gòu)）注意：與鋼材的靜力力強(qiáng)度和最大大應(yīng)力無明顯顯關(guān)系不出現(xiàn)拉應(yīng)力力，不會(huì)發(fā)生生疲勞破壞5.幾個(gè)概念循環(huán)荷載——結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承承受的隨時(shí)間間變化的荷載載。應(yīng)力循環(huán)——構(gòu)件截面應(yīng)力力隨時(shí)間的變變化。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)數(shù)——結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破破壞時(shí)所經(jīng)歷歷的應(yīng)力變化次數(shù)。應(yīng)力比——循環(huán)應(yīng)力中絕絕對值最小的的峰值應(yīng)力σmin與絕對值最大大的峰值應(yīng)力力σmax之比。ρ=σmin/σmax(拉應(yīng)力取正號(hào)號(hào)而壓應(yīng)力取取負(fù)號(hào))應(yīng)力幅Δσ——在循環(huán)荷載作作用下，應(yīng)力力從最大到最最小重復(fù)一次次為一次循環(huán)環(huán)，最大應(yīng)力力與最小應(yīng)力力之差為應(yīng)力力幅:Δσ=σmax-σmin為常量常幅循環(huán)：為變量變幅循環(huán)：此處σmax為最大拉應(yīng)力力，取正值，，σmin為最小拉應(yīng)力力或壓應(yīng)力。。（拉應(yīng)力取取正號(hào)而壓應(yīng)應(yīng)力取負(fù)號(hào)））+σ-σt圖2.6.1循環(huán)應(yīng)力譜圖2.6.2完全對稱循環(huán)σr=fy△σ△σtρ=σmin/σmax=

-1σminσmax+σ-σ0圖2.6.3脈沖循環(huán)σr=fy△σ△σtρ=σmin/σmax=0+σ-σ0循環(huán)應(yīng)力譜+σ-σ圖2.6.5不完全對稱循環(huán)二σr=fy△σ△σt0＞ρ=σmin/σmax＞

-1σminσmax0圖2.6.4不完全對稱循環(huán)一σr=fy△σ△σt0＞ρ=σmin/σmax＞

-1σminσmax+σ-σ02.6.2常幅疲勞當(dāng)應(yīng)力循環(huán)內(nèi)內(nèi)的應(yīng)力幅保保持常量時(shí)，，稱為常幅疲疲勞。對焊接結(jié)構(gòu)：σr=fy△σ△σtρ=σmin/σmax=-1σminσmax+σ-σ0圖2.6.6圖2.6.7可以看出，由由于焊接殘余余應(yīng)力焊縫附附近主體金屬屬的最大應(yīng)力力已達(dá)fy，因此，有應(yīng)力增大時(shí)保保持fy不變應(yīng)力減小時(shí)從從名義應(yīng)力比真實(shí)應(yīng)力比應(yīng)力幅對焊接接結(jié)構(gòu)的疲勞勞強(qiáng)度有很大大影響，而與與名義最大應(yīng)應(yīng)力σmax和應(yīng)力比ρ無關(guān)?？梢姡灰鳓覟槌?shù)，不管管名義ρ為何值，真實(shí)實(shí)ρ也為常數(shù)，因因此：1.容許應(yīng)力幅[Δσ]根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)據(jù)可以繪出構(gòu)構(gòu)件或連接的的應(yīng)力幅Δσ與相應(yīng)的致?lián)p損循環(huán)次數(shù)N的關(guān)系曲線，，按試驗(yàn)數(shù)據(jù)據(jù)回歸的Δσ-N曲線為平均曲曲線(圖a)，取對數(shù)坐標(biāo)標(biāo)(圖b)。圖2.6.8Δσ-N曲線(a)0N2S2S(b)0N=5×104N=5X106............b1考慮試驗(yàn)數(shù)據(jù)據(jù)的離散性,取平均值減減去2倍lgN的標(biāo)準(zhǔn)差s作為疲勞強(qiáng)度度下限，當(dāng)lgΔσ為正態(tài)分布時(shí)時(shí),保證率為為97.7%。則對應(yīng)應(yīng)疲勞勞壽命命n的容許許應(yīng)力力幅可可由直直線斜斜截式式方程程求出出：（y=kx+b）取系數(shù)數(shù)：lgC是延長長直線線與橫橫坐標(biāo)標(biāo)的交交點(diǎn)是直線的斜率此時(shí)的的Δσ即為容容許應(yīng)應(yīng)力幅幅：式中：：系數(shù)數(shù)β、C—為不同同構(gòu)件件和連連接類類別的的試驗(yàn)驗(yàn)參數(shù)數(shù)，稱稱疲勞勞特征征參數(shù)數(shù)。2.常常幅疲疲勞驗(yàn)驗(yàn)算式中：：Δσ—計(jì)算部部位的的應(yīng)力力幅對于焊焊接結(jié)結(jié)構(gòu):Δσ=σmax-σmin對于非非焊接接結(jié)構(gòu)構(gòu)：Δσ=σmax-0.7σmin(折算應(yīng)應(yīng)力幅幅）σmax、σmin—計(jì)算部部位每每次應(yīng)應(yīng)力循循環(huán)中中的最最大拉拉應(yīng)力力和最小拉拉應(yīng)力力或壓壓應(yīng)力力（壓壓應(yīng)力力取負(fù)負(fù)值））。[Δσ]—常幅疲疲勞的的容許許應(yīng)力力幅3.驗(yàn)驗(yàn)算公式的幾點(diǎn)點(diǎn)補(bǔ)充充說明明（1）計(jì)算算時(shí)用用荷載載的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值值。（2）由于于來源源于試試驗(yàn)，，已考考慮動(dòng)動(dòng)力效效應(yīng)，，計(jì)算算時(shí)不不再考考慮動(dòng)動(dòng)力系系數(shù)。。（3）公式式同樣樣適用用剪應(yīng)應(yīng)力情情況驗(yàn)驗(yàn)算。。（4）針對對不同同構(gòu)造造和受受力特特點(diǎn)的的鋼結(jié)結(jié)構(gòu)和和連接接（應(yīng)應(yīng)力集集中和和殘余余應(yīng)力力分布布程度度不同同）,GB50017-2003把各種種不同同的構(gòu)構(gòu)造劃劃分為為8個(gè)類別別，給給出了了8個(gè)類別別的C、β值。參數(shù)Ｃ和β的取值33333344β0.410.650.961.472.183.268611940Ｃ×101287654321構(gòu)件和連接類別圖2.6.9疲勞容許應(yīng)力幅[]與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n的關(guān)系曲線123456784003002001008060105234567891062×1065×106107n[△σ]/（N/mm2）編號(hào)越越大，，其應(yīng)應(yīng)力集集中、、殘余余應(yīng)力力情況況越嚴(yán)嚴(yán)重，，其C值越小小，容容許應(yīng)應(yīng)力幅幅[Δσ]越小。。（5）鋼材材種類類不同同，靜靜力強(qiáng)強(qiáng)度差差別較較大，，而公公式中中[Δσ]無差別別。試驗(yàn)表表明：：對目目前常常用的的構(gòu)件件和連連接，，疲勞勞強(qiáng)度度一般般與所所用鋼鋼材的的屈服服強(qiáng)度度無關(guān)關(guān)。所以，，不能能通過過提高高鋼材材屈服服強(qiáng)度度來提提高抗抗疲勞勞能力力。（6）對非非焊接接結(jié)構(gòu)構(gòu)，殘殘余應(yīng)應(yīng)力影影響較較小，，疲勞勞壽命命主要要與最最大應(yīng)應(yīng)力、、應(yīng)力力比有有關(guān)，，但為為統(tǒng)一一采用用一種種驗(yàn)算算公式式，引引入了了折算算應(yīng)力力幅概概念。。（7）完全全壓應(yīng)應(yīng)力狀狀態(tài)不不驗(yàn)算算疲勞勞。規(guī)范規(guī)規(guī)定：：在應(yīng)應(yīng)力循循環(huán)中中不出出現(xiàn)拉拉應(yīng)力力部位位可不不計(jì)算算疲勞勞。2.6.3變幅疲疲勞——當(dāng)應(yīng)力力循環(huán)環(huán)內(nèi)的的應(yīng)力力幅隨隨機(jī)變變化時(shí)時(shí)為變變幅疲疲勞。。Δσi-1Δσ2Δσ1Δσiσt圖2.6.10變幅荷載循環(huán)對于受受隨機(jī)機(jī)荷載載作用用的變變幅疲疲勞計(jì)計(jì)算，，通常常近似似按線線性疲疲勞累累積損損傷原原則將將變化化的應(yīng)應(yīng)力幅幅折算算成等等效常常應(yīng)力力幅Δσe，然后后令式中：∑ni——以應(yīng)力力循環(huán)環(huán)次數(shù)數(shù)表示示的結(jié)結(jié)構(gòu)預(yù)預(yù)期使使用壽壽命；；ni——預(yù)期使使用壽壽命內(nèi)內(nèi)應(yīng)力力幅水水平達(dá)達(dá)到Δσi的應(yīng)力力循環(huán)環(huán)次數(shù)數(shù)。[△σ]———常幅疲疲勞的的容許許應(yīng)力力幅對于吊吊車梁梁，按按下式式計(jì)算算其疲疲勞強(qiáng)強(qiáng)度：：—欠載效應(yīng)系數(shù)。重級(jí)工作制硬鉤吊車1.0；重級(jí)工作制軟鉤吊車0.8；中級(jí)工作制吊車0.5?！h(huán)次數(shù)N=2×106

的容許應(yīng)力幅。式中：：第2.7節(jié)鋼鋼材的的種類類和規(guī)規(guī)格1.鋼材的的種類類2.鋼材的的選擇擇3.鋼材的的規(guī)格格1.了解鋼鋼材的的種類類、命命名和和選擇擇本節(jié)目目錄基本要要求2.了解鋼鋼材的的主要要規(guī)格格2.7.1鋼材的的種類類按用途途鋼可可分為為：結(jié)結(jié)構(gòu)鋼鋼、工工具鋼鋼和特特殊鋼鋼。按冶煉煉方法法，鋼鋼可分分為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐、、平爐爐和電電爐。。按照脫脫氧方方法和和程度度的不不同，，可分分為沸沸騰鋼鋼、半半鎮(zhèn)靜靜鋼、、鎮(zhèn)靜靜鋼和和特殊殊鎮(zhèn)靜靜鋼。。按化學(xué)學(xué)成分分，鋼鋼又可可分為為碳素素鋼和和低合合金鋼鋼。1.碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼鋼命名方方式:由四部部分組組成，依次次是屈服點(diǎn)點(diǎn)的字字母Q、屈服服點(diǎn)數(shù)數(shù)值、、質(zhì)量量等級(jí)級(jí)符號(hào)號(hào)和脫脫氧方方法符符號(hào)，如Q235-A··F。說明：（1）質(zhì)量等等級(jí)符符號(hào)A、B、C、D是根據(jù)據(jù)鋼材材的化化學(xué)成成分和和沖擊擊韌性性不同同共化化分為為4個(gè)等級(jí)級(jí)。Q235--質(zhì)量等等級(jí)（A、B、C、D）脫氧方方法（F、Z、b、Tz）A——保證fu、fy、δ，P、S含量B——保證fu,fy,δ,冷彎，，常溫溫時(shí)Cv，P，S，C含量；；C——保證fu,fy,δ,冷彎，，0oC時(shí)Cv，P，S，C含量;D——保證fu,fy,δ,冷彎，，-20oC時(shí)Cv，P，S，C含量;（2）脫氧方方法符符號(hào)也也有四四種，，F(xiàn)代表沸沸騰鋼鋼，b代表半半鎮(zhèn)靜靜鋼，，Z代表鎮(zhèn)鎮(zhèn)靜鋼鋼，TZ代表特特種鎮(zhèn)鎮(zhèn)靜鋼鋼，在在具體體標(biāo)注注時(shí)Z和TZ可以省省略。。（3）規(guī)范范GB50017將Q235牌號(hào)的的鋼材材選為為承重重結(jié)構(gòu)構(gòu)用鋼鋼。其其化學(xué)學(xué)成分分和脫脫氧方方法、、拉伸伸和沖沖擊試試驗(yàn)以以及冷冷彎試試驗(yàn)結(jié)結(jié)果均均應(yīng)符符合規(guī)規(guī)范GB/T700-2006的要求求。2.低合金高高強(qiáng)度度結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼低合金金高強(qiáng)強(qiáng)度結(jié)結(jié)構(gòu)鋼鋼是在在鋼的的冶煉煉過程程中適適量添添加幾幾種合合金元元素（（合金金元素素總量量不超超過5%）,使鋼的的強(qiáng)度度明顯顯提高高。低合金高強(qiáng)強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼鋼的牌號(hào)命命名與碳素素結(jié)構(gòu)鋼相相似,只是質(zhì)量等等級(jí)分為A、B、C、D、E五等（其中中E主要是要求求-40℃的沖擊韌性性）,低合金高強(qiáng)強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼鋼采用的脫脫氧方法均均為鎮(zhèn)靜鋼鋼或特殊鎮(zhèn)鎮(zhèn)靜鋼,故可不加脫脫氧方法的的符號(hào)。根據(jù)鋼材厚厚度（直徑徑）≤16mm時(shí)的屈服點(diǎn)點(diǎn)不同，分分為Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等，其中Q345、Q390和Q420鋼材都有較較高的強(qiáng)度度和較好的的塑性、韌韌性和焊接接性能，是是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)范推推薦采用的的鋼種。2.7.2鋼材的選擇擇1.選擇鋼材的的一般原則（1）結(jié)構(gòu)或構(gòu)構(gòu)件的重要要性（2）荷載情況況靜力荷載作作用下可選選擇經(jīng)濟(jì)性性較好的Q235鋼材；動(dòng)動(dòng)力荷載作作用下應(yīng)選選擇綜合性性能較好鋼鋼材。（3）連接方法法（焊接連連接、螺栓栓連接）焊接結(jié)構(gòu)對對材質(zhì)的要要求嚴(yán)格，，應(yīng)嚴(yán)格控控制C、S、P的極限含量量；非焊接接結(jié)構(gòu)對C的要求可降降低一些。。（4）結(jié)構(gòu)所處處的工作條條件（環(huán)境境溫度，腐腐蝕等）低溫下工作作的結(jié)構(gòu)應(yīng)應(yīng)選擇低溫溫脆斷性能能好的鎮(zhèn)定定鋼。（5）鋼材的厚厚度厚度大的焊焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)應(yīng)采用材質(zhì)質(zhì)較好的鋼鋼材。2.鋼材選擇的的注意事項(xiàng)項(xiàng)（1）承重結(jié)構(gòu)構(gòu)的鋼材宜宜采用Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼，其質(zhì)量量應(yīng)分別符符合國家標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼》GB/T700和《低合金高強(qiáng)強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼鋼》GB/T1591的規(guī)定。（2）承重結(jié)構(gòu)構(gòu)的鋼材應(yīng)應(yīng)具有抗拉拉強(qiáng)度、伸伸長率、屈屈服強(qiáng)度和和硫、磷含含量的合格格保證，對對焊接結(jié)構(gòu)構(gòu)尚具有含含碳量的合合格保證。。（3）對于需要要驗(yàn)算疲勞勞的焊接結(jié)結(jié)構(gòu)，應(yīng)具具有常溫沖沖擊韌性的的合格保證證；當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)工作溫度度等于或低低于0℃但高于－20℃時(shí)，Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0℃沖擊韌性合合格的保證證；對于Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有－20℃沖擊韌性的的合格保證證。當(dāng)結(jié)構(gòu)工作作溫度等于于或低于－20℃時(shí)，對Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有－20℃沖擊韌性的的合格保證證；