鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》

第二章

鋼結(jié)構(gòu)的材料

2.1鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求鋼的種類繁多，性能差別很大，適用于鋼結(jié)構(gòu)的僅是小部分。鋼結(jié)構(gòu)的鋼必須符合下列要求：(1)較高的抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)是衡量結(jié)構(gòu)承載能力的指標(biāo)，高則可減輕結(jié)構(gòu)自重。是衡量鋼材經(jīng)過較大變形后的抗拉能力，反映鋼材內(nèi)部組織的優(yōu)劣，高可以增加結(jié)構(gòu)的安全保障。(2)足夠的變形能力較高的塑性和韌性塑性和韌性好，減輕結(jié)構(gòu)脆性破壞的傾向，通過較大的塑性變形調(diào)整局部應(yīng)力，具有較好的抵抗重復(fù)荷載作用的能力。2.1鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求(3)良好的工藝性能(包括冷加工、熱加工和可焊性能)易于加工成各種形式的結(jié)構(gòu)，不致因加工而對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、塑性、韌性等造成較大的不利影響。根據(jù)具體工作條件，有時還要求具有適應(yīng)低溫、高溫和腐蝕性環(huán)境的能力。設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長率、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；某些承受動力荷載的結(jié)構(gòu)以及重要的受拉或受彎的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)具有常溫或負(fù)溫沖擊韌性的合格保證。2.2鋼材的破壞形式鋼材有兩種性質(zhì)完全不同的破壞形式：塑性破壞和脆性破壞。塑性破壞：由于變形過大，超過了材料或構(gòu)件可能的應(yīng)變能力，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。由于較大的塑性變形發(fā)生，且變形持續(xù)的時間較長，很容易及時發(fā)現(xiàn)而采取措施予以補(bǔ)救，不致引起嚴(yán)重后果。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。2.2鋼材的破壞形式脆性破壞：塑性變形很小，甚至沒有塑性變形，計(jì)算應(yīng)力可能小于鋼材的屈服點(diǎn)，斷裂從應(yīng)力集中處開始。冶金和機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的缺陷，特別是缺口和裂紋，常是斷裂的發(fā)源地。破壞前沒有任何預(yù)兆，破壞是突然發(fā)生的。由于脆性破壞前沒有明顯的預(yù)兆，無法及時覺察和采取補(bǔ)救措施，且個別構(gòu)件的斷裂常引起整個結(jié)構(gòu)塌毀，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，要特別注意防止出現(xiàn)脆性破壞。

2.3鋼材的主要性能2.3.1單向均勻拉伸時鋼材的性能

鋼材標(biāo)準(zhǔn)試件在常溫靜載下，單向均勻受拉試驗(yàn)的應(yīng)力－應(yīng)變曲線如圖所示。由此曲線可獲得有關(guān)鋼材性能指標(biāo)。1.強(qiáng)度性能

1)比例極限fp：圖中OP段為直線，表示鋼材具有完全彈性性質(zhì)，這時應(yīng)力P點(diǎn)應(yīng)力稱為比例極限。彈性極限fe：PE段仍具有彈性，但為非線性彈性階段，此時的模量叫做切線模量，，E點(diǎn)的應(yīng)力稱為彈性極限。彈性極限和比例極限相距很近，實(shí)際上很難區(qū)分，故通常只提比例極限。

2)屈服點(diǎn)

：荷載增加，出現(xiàn)ES段，為非彈性性質(zhì)，即卸荷曲線成為與OP平行的直線(圖中虛線)，留下永久性的殘余變形。此段上限S點(diǎn)的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)。

低碳鋼

出現(xiàn)明顯的屈服臺階SC段，即在應(yīng)力保持不變的情況下，應(yīng)變繼續(xù)增加。高強(qiáng)度鋼

沒有明顯的屈服點(diǎn)和屈服臺階。屈服條件是根據(jù)試驗(yàn)分析結(jié)果人為規(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％所對應(yīng)的應(yīng)力定義的。上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)進(jìn)入塑性流動范圍時，曲線波動較大，逐漸趨于平穩(wěn)，其最高點(diǎn)和最低點(diǎn)分別稱為上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)。上屈服點(diǎn)和試驗(yàn)條件(加荷速度、試件形狀、試件對中的準(zhǔn)確性)有關(guān)。下屈服點(diǎn)不敏感，設(shè)計(jì)中則以下屈服點(diǎn)為依據(jù)。理想的彈-塑性體無缺陷和殘余應(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)前應(yīng)變很小。為簡化計(jì)算，假定屈服點(diǎn)前鋼材為完全彈性，屈服點(diǎn)后為完全塑性的，這樣就可把鋼材視為理想的彈-塑性體。應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)為雙直線。3)抗拉強(qiáng)度或極限強(qiáng)度

超過屈服臺階，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)力稱為抗拉強(qiáng)度或極限強(qiáng)度。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到B點(diǎn)時，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)力作為強(qiáng)度限值時，抗拉強(qiáng)度成為材料的強(qiáng)度儲備。2.塑性性能伸長率:試件被拉斷時的的絕對變形值與與試件原標(biāo)距之之比的百分?jǐn)?shù)，，稱為伸長率。。當(dāng)試件標(biāo)距長度度與試件直徑d(圓形試件)之比比為10時，以以表表示；當(dāng)該比值值為5時，以表表示示。伸長率代表材料料在單向拉伸時時的塑性應(yīng)變的的能力。3.鋼材物理性性能指標(biāo)單向受壓時:受力性能基本上上和單向受拉時時相同。受剪時:和單向受拉也相相似，但屈服點(diǎn)點(diǎn)及抗抗剪強(qiáng)度均均較較受拉時為低；；剪變模量G也低于彈性模量量E。2.3.2冷冷彎性能冷彎性能是鑒定鋼材在在彎曲狀態(tài)下下的塑性應(yīng)變變能力和鋼材材質(zhì)量的綜合合指標(biāo)。冷彎性能由冷冷彎試驗(yàn)來確確定。試驗(yàn)時時按照規(guī)定的的彎心直徑在在試驗(yàn)機(jī)上用用沖頭加壓，，使試件彎成成l80°，如試件外表面面不出現(xiàn)裂紋紋和分層，即即為合格。冷彎試驗(yàn)不僅僅能直接檢驗(yàn)驗(yàn)鋼材的彎曲曲變形能力或或塑性性能，，還能暴露鋼鋼材內(nèi)部的冶冶金缺陷。2.3.3沖沖擊韌性性韌性試驗(yàn)則可獲得鋼材材的一種動力力性能。韌性是鋼材抵抗沖沖擊荷載的能能力，采用材材料在斷裂時時所吸收的總總能量(包括括彈性和非彈彈性能)來量量度，其值為為曲曲線與橫坐坐標(biāo)所包圍的的總面積，總總面積愈大韌韌性愈高，故故韌性是鋼材材強(qiáng)度和塑性性的綜合指標(biāo)標(biāo)。通常是鋼材強(qiáng)強(qiáng)度提高，韌韌性降低，則則表示鋼材趨趨于脆性。低溫對鋼材的的脆性破壞有有顯著影響，，在寒冷地區(qū)區(qū)不但要求鋼鋼材具有常溫(20℃℃)沖擊韌性指標(biāo)標(biāo)，還要求具具有0℃、-20℃或-40℃沖擊韌性指標(biāo)標(biāo)。采用夏比V形缺口試件在在夏比試驗(yàn)機(jī)機(jī)上進(jìn)行，所所得結(jié)構(gòu)以所所消耗的功Cv表示，單位為為J。2.3.4可焊性可焊性：采用用一般焊接工工藝就可完成成合格的（無無裂紋的）焊焊縫的性能。?？珊感允芴己亢秃辖鹪睾康挠坝绊?。碳素鋼的可焊焊性：碳含量量0.12%~0.20%低合金鋼的可可焊性：碳當(dāng)當(dāng)量表示碳當(dāng)量小于0.38%時：可焊性很很好。0.38%~0.45%：鋼材淬硬傾傾向逐漸明顯顯，適當(dāng)?shù)念A(yù)預(yù)熱措施，控控制施焊工藝藝。大于0.45%：鋼材淬硬傾傾向明顯，較較高的預(yù)熱溫溫度，嚴(yán)格的的工藝措施。。鋼材可焊性的的優(yōu)劣：鋼材材在采用一定定的焊接方法法、焊接材料料、焊接工藝藝參數(shù)及一定定的結(jié)構(gòu)形式式等條件下，，獲得合格焊焊縫的難易程程度。2.4各各種種因素對對鋼材主主要性能能的影響響2.4.1化化學(xué)成成分鋼由各種種化學(xué)成成分組成成，化學(xué)學(xué)成分及及其含量量對鋼的的性能特特別是力力學(xué)性能能有重要要的影響響。鐵(Fe)——鋼材的基基本元素素，純鐵鐵質(zhì)軟，，在碳索索結(jié)構(gòu)鋼鋼中約占占99％％，碳和和其他元元素僅占占1％，，但對鋼鋼材的力力學(xué)性能能卻有著著決定性性的影響響。在碳素鋼鋼中，碳碳是僅次次于純鐵鐵的主要要元素，，直接影影響鋼材材的強(qiáng)度度、塑性性、韌性性和可焊焊性等。。碳含量量增加，，鋼的強(qiáng)強(qiáng)度提高高，而塑塑性、韌韌性和疲疲勞強(qiáng)度度下降，，同時惡惡化鋼的的可焊性性和抗腐腐蝕性。。因此，，對含碳碳量要加加以限制制，一般般不應(yīng)超超過0.22％％，在焊焊接結(jié)構(gòu)構(gòu)中還應(yīng)應(yīng)低于0.20％。2.4.1化化學(xué)成成分硫和磷(特別是是硫)——有害成成分降低鋼材材的塑性性、韌性性、可焊焊性和疲疲勞強(qiáng)度度。高溫溫時，硫硫使鋼變變脆—熱熱脆；低低溫時，，磷使鋼鋼變脆——冷脆。。一般硫硫的含量量應(yīng)不超超過0.045％，磷磷的含量量不超過過0.045％％。但是是，磷可可提高鋼鋼材的強(qiáng)強(qiáng)度和抗抗銹性。。高磷鋼鋼，磷含含量可達(dá)達(dá)0.12％，這時應(yīng)減減少鋼材材中的含含碳量，，以保持持一定的的塑性和和韌性。。氧和氮——有害雜雜質(zhì)氧使鋼熱熱脆；氮氮使鋼冷冷脆。由由于氧、、氮容易易在熔煉煉過程中中逐出，，一般不不會超過過極限含含量，故故通常不不要求做做含量分分析。2.4.1化化學(xué)成成分硅和錳——有益元元素?zé)掍摰拿撁撗鮿?。。使鋼材材的?qiáng)度度提高，，含量適適宜時，，對塑性性和韌性性無顯著著的不良良影響。。釩和鈦——合金元元素提高鋼的的強(qiáng)度和和抗腐蝕蝕性能，，又不顯顯著降低低鋼的塑塑性。銅—在碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼中中屬于雜雜質(zhì)成分分，可以顯著著提高鋼鋼的抗腐腐蝕性能能和鋼的的強(qiáng)度，，但對可可焊性有有不利影影響。2.4.2冶冶金缺陷陷常見的冶冶金缺陷陷—偏析、非非金屬夾夾雜、氣氣孔、裂裂紋及分分層等。偏析鋼中化學(xué)學(xué)成分不不一致和和不均勻勻性，特特別是硫硫、磷偏偏析嚴(yán)重重惡化鋼鋼材的性性能。非金屬夾夾雜鋼中含有有硫化物物與氧化化物等雜雜質(zhì)。氣孔澆注鋼錠錠時，由由氧化鐵鐵與碳作作用所生生成的一一氧化碳碳?xì)怏w不不能充分分逸出而而形成的的。分層澆注時的的非金屬屬夾雜物物在軋制制后能造造成鋼材材的分層層，會嚴(yán)嚴(yán)重降低低鋼材的的冷彎性性能。冶金缺陷陷對鋼材材性能的的影響，，不僅在在結(jié)構(gòu)或或構(gòu)件受受力工作作時表現(xiàn)現(xiàn)出來，，有時在加工制制作過程程中也可可表現(xiàn)出出來。2.4.3鋼鋼材硬硬化冷作硬化化(或應(yīng)應(yīng)變硬化化)冷拉、冷冷彎、沖沖孔、機(jī)機(jī)械剪切切等冷加加工使鋼鋼材產(chǎn)生生很大塑塑性變形形，從而而提高鋼鋼的屈服服點(diǎn)，同同時降低低鋼的塑塑性和韌韌性。時效硬化化（俗稱稱老化））高溫時熔熔化于鐵鐵中的氮氮和碳，，隨著時時間的增增長逐漸漸從純鐵鐵中析出出，形成成自由碳碳化物和和氮化物物，對純純鐵體的的塑性變變形起遏遏制作用用，從而而使鋼材材的強(qiáng)度度提高，，塑性、、韌性下下降。人工時效效時效硬化化的過程程一般很很長，但但如在材材料塑性性變形后后加熱，，可使時時效硬化化發(fā)展特特別迅速速。應(yīng)變時效效應(yīng)變硬化化(冷作作硬化)后又加加時效硬硬化。一般鋼結(jié)結(jié)構(gòu)中，，不利用用硬化提提高的強(qiáng)強(qiáng)度，有有些重要要結(jié)構(gòu)要要求對鋼鋼材進(jìn)行行人工時時效后檢檢驗(yàn)其沖沖擊韌性性，以保保證足夠夠的抗脆脆性破壞壞能力。。另外，，應(yīng)將局局部硬化化部分用用刨邊或或擴(kuò)鉆予予以消除除。2.4.4溫溫度影響響鋼材性能能隨溫度度變化溫度升高高，鋼材材強(qiáng)度降降低，應(yīng)應(yīng)變增大大；溫度度降低，，鋼材強(qiáng)強(qiáng)度略有有增加，，塑性和和韌性卻卻會降低低而變脆脆。200℃℃以內(nèi)鋼鋼材性能能無很大大變化，，430℃—540℃℃間強(qiáng)度度急劇下下降，600℃℃時強(qiáng)度度很低不不能承擔(dān)擔(dān)荷載。。藍(lán)脆現(xiàn)象象250℃℃左右，，鋼材的的強(qiáng)度略略有提高高，同時時塑性和和韌性均均下降，，材料有有轉(zhuǎn)脆的的傾向，，鋼材表表面氧化化膜呈現(xiàn)現(xiàn)藍(lán)色。。鋼材應(yīng)避避免在藍(lán)藍(lán)脆溫度度范圍內(nèi)內(nèi)進(jìn)行熱熱加工。。徐變現(xiàn)象象當(dāng)溫度度在260℃——320℃℃時，，在應(yīng)應(yīng)力持持續(xù)不不變的的情況況下，，鋼材材以很很緩慢慢的速速度繼繼續(xù)變變形。。2.4.3溫溫度影影響低溫冷冷脆當(dāng)溫度度從常常溫開開始下下降，，特別別是在在負(fù)溫溫度范范圍內(nèi)內(nèi)時，，鋼材材強(qiáng)度度雖有有提高高，但但其塑塑性和和韌性性降低低，材材料逐逐漸變變脆。。隨著溫溫度的的降低低，Cv值迅速速下降降，材材料將將由塑塑性破破壞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闉榇嘈孕云茐膲?，同同時可可見這這一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變是是在一一個溫溫度區(qū)區(qū)間T1T2內(nèi)完成成的，，此溫溫度區(qū)區(qū)稱為為鋼材材的脆脆性轉(zhuǎn)變溫溫度區(qū)區(qū)。轉(zhuǎn)變溫溫度區(qū)區(qū)內(nèi)曲曲線的的反彎彎點(diǎn)(最陡陡點(diǎn))所對對應(yīng)的的溫度度T0稱為轉(zhuǎn)變溫如果把把低于于T0完全脆脆性破破壞的的最高高溫度度T1作為鋼鋼材的的脆斷斷設(shè)計(jì)計(jì)溫度度即可可保證證鋼結(jié)結(jié)構(gòu)低低溫工工作的的安全全。2.4.5應(yīng)應(yīng)力集集中工作性性能和和力學(xué)學(xué)性能能指標(biāo)標(biāo)軸心拉拉桿件件中應(yīng)應(yīng)力沿沿截面面均勻勻分布布的情情況作作為基基礎(chǔ)的的。實(shí)際上上存在在著孔孔洞、、截面面突變變以及及鋼材材內(nèi)部部缺陷陷等。。構(gòu)件件中的的應(yīng)力力分布布不再再均勻勻，某某些區(qū)區(qū)域產(chǎn)產(chǎn)生局局部高高峰應(yīng)應(yīng)力，，另外外一些些區(qū)域域應(yīng)力力降低低，形形成所所謂應(yīng)力集集中現(xiàn)象。。高峰區(qū)區(qū)的最最大應(yīng)應(yīng)力與與凈截截面的的平均均應(yīng)力力之比比稱為為應(yīng)力集集中系系數(shù)。研究表表明，，應(yīng)力力高峰峰區(qū)存存在著著同號號的雙雙向或或三向向應(yīng)力力，使使鋼材材變脆脆。應(yīng)應(yīng)力集集中系系數(shù)愈愈大，，變脆脆的傾傾向愈愈嚴(yán)重重。鋼鋼材塑塑性較較好，，在一一定程程度上上能促促使應(yīng)應(yīng)力進(jìn)進(jìn)行重重分配配，使使應(yīng)力力趨于于平緩緩。2.4.5應(yīng)應(yīng)力集集中靜載、、常溫溫可不考考慮應(yīng)應(yīng)力集集中的的影響響。動載、、負(fù)溫溫應(yīng)力集集中的的影響響十分分突出出，引引起脆脆性破破壞，，故在在設(shè)計(jì)計(jì)中應(yīng)應(yīng)采取取措施施避免免或減減小應(yīng)應(yīng)力集集中，，并選選用質(zhì)質(zhì)量優(yōu)優(yōu)良的的鋼材材。2.4.6反反復(fù)復(fù)荷載載作用用反復(fù)荷荷載作作用下下，結(jié)結(jié)構(gòu)的的抗力力及性性能都都會發(fā)發(fā)生重重要變變化，，甚至至發(fā)生生疲勞勞破壞壞。疲勞在直接接連續(xù)續(xù)反復(fù)復(fù)的動動力荷荷載作作用下下，根根據(jù)試試驗(yàn)，，鋼材材的強(qiáng)強(qiáng)度將將降低低，即即低于于一次次靜力力荷載載作用用下的的拉伸伸試驗(yàn)驗(yàn)的極極限強(qiáng)強(qiáng)度。。疲勞破破壞表表現(xiàn)為為突然然發(fā)生生的脆脆性斷斷裂。。實(shí)際上上疲勞勞破壞壞是累累積損損傷的的結(jié)果果。材材料總總是有有“缺缺陷””的，，在反反復(fù)荷荷載作作用下下，先先在其其缺陷陷處發(fā)發(fā)生塑塑性變變形和和硬化化而生生成一一些極極小的的裂痕痕，此此后這這種微微觀裂裂痕逐逐漸發(fā)發(fā)展成成宏觀觀裂紋紋，試試件截截面削削弱，，而在在裂紋紋根部部出現(xiàn)現(xiàn)應(yīng)力力集中中現(xiàn)象象，使使材料料處于于三向向拉伸伸應(yīng)力力狀態(tài)態(tài)，塑塑性變變形受受到限限制，，當(dāng)反反復(fù)荷荷載達(dá)達(dá)到一一定的的循環(huán)環(huán)次數(shù)數(shù)時，，材料料破壞壞，并并表現(xiàn)現(xiàn)為突突然的的脆性性斷裂裂。以上介紹了了各種因素素對建筑鋼鋼材基本性性能的影響響，研究和和分析這些些影響的最最終目的是是了解建筑筑鋼材在什什么條件下下可能發(fā)生生脆性破壞壞，從而采采取措施予予以防止。。一般需要在在設(shè)計(jì)、制制造及使用用中注意：：(1)合合理的的設(shè)計(jì)構(gòu)造力求合合理，均勻勻、連續(xù)地地傳遞應(yīng)力力，避免構(gòu)構(gòu)件截面劇劇烈變化。。低溫，動動力荷載作作用時應(yīng)選選擇合適的的鋼材，使使所用鋼材材脆性轉(zhuǎn)變變溫度低于于結(jié)構(gòu)的工工作溫度。。(2)正正確的的制造嚴(yán)格遵守設(shè)設(shè)計(jì)的技術(shù)術(shù)要求，如如盡量避免免使材料出出現(xiàn)應(yīng)變硬硬化，正確確地選擇焊焊接工藝，，保證焊接接質(zhì)量。(3)正正確的的使用如不在主要要結(jié)構(gòu)上任任意焊接附附加的零件件，不任意意懸掛重物物。2.4復(fù)復(fù)雜應(yīng)力力作用下鋼鋼材的屈服服條件單向拉伸應(yīng)力達(dá)到屈屈服點(diǎn)時，，鋼材即進(jìn)進(jìn)入塑性狀狀態(tài)。復(fù)雜應(yīng)力狀狀態(tài)如平面或立立體應(yīng)力作作用下，鋼鋼材由彈性性狀態(tài)轉(zhuǎn)入入塑性狀態(tài)態(tài)的條件是是按能量強(qiáng)強(qiáng)度理論計(jì)計(jì)算的折算算應(yīng)力與單單向應(yīng)力下下的屈服點(diǎn)點(diǎn)比較來判判斷：當(dāng)＜＜時時，，為彈性狀狀態(tài)；≥≥時時為塑塑性狀態(tài)。。2.4復(fù)復(fù)雜應(yīng)力力作用下鋼鋼材的屈服服條件三向應(yīng)力有有一向應(yīng)力力很小(如如厚度較小小，厚度方方向的應(yīng)力力可忽略不不計(jì))或?yàn)闉榱銜r，則則屬于平面面應(yīng)力狀態(tài)態(tài)：在一般的梁梁中，只存存在正應(yīng)力力和剪應(yīng)力力，則：當(dāng)只有剪應(yīng)應(yīng)力時，＝＝0得：因此，鋼材材抗剪設(shè)計(jì)計(jì)強(qiáng)度為抗抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)強(qiáng)度的0.58倍。。2.6鋼鋼材的疲疲勞鋼材的疲勞勞斷裂微觀裂紋在在連續(xù)重復(fù)復(fù)荷載作用用下不斷擴(kuò)擴(kuò)展直至斷斷裂的脆性性破壞。鋼材的疲勞勞強(qiáng)度取決決于應(yīng)力集集中(或缺缺口效應(yīng))和應(yīng)力循循環(huán)次數(shù)。。疲勞破壞后后的截面斷斷口具有光光滑的和粗粗糙2個區(qū)域，光光滑部分表表現(xiàn)裂縫的的擴(kuò)張和閉閉合過程，，由裂縫逐逐漸發(fā)展引引起的，說說明疲勞破破壞經(jīng)歷一一緩慢的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變過程，，粗糙部分分表明鋼材材最終斷裂裂一瞬間的的脆性破壞壞，性質(zhì)和和拉伸試驗(yàn)驗(yàn)的斷口相相似。疲勞破壞屬屬高周低應(yīng)應(yīng)變疲勞，，總應(yīng)變幅幅小，破壞壞前荷載循循環(huán)次數(shù)多多。規(guī)定循環(huán)次次數(shù)N≥5×104，應(yīng)進(jìn)行疲勞勞計(jì)算。2.6.1

常幅幅疲勞計(jì)算算應(yīng)力幅應(yīng)力譜中最最大應(yīng)力與與最小應(yīng)力力之差，即即，為為每次應(yīng)應(yīng)力循環(huán)中中的最大拉拉應(yīng)力(取取正值)，，為為每次應(yīng)力力循環(huán)中的的最小拉應(yīng)應(yīng)力(取正正值)或壓壓應(yīng)力(取取負(fù)值)。。常幅疲勞應(yīng)力幅保持持常量。應(yīng)力比為絕對值最最小與最大大應(yīng)力之比比(拉應(yīng)力力取正值，，壓應(yīng)力取取負(fù)值)，，表示應(yīng)應(yīng)力循環(huán)特特征。＝-l，為完全對稱稱循環(huán)；＝＝0，稱為為脈沖循環(huán)環(huán)；在在0與-1之間，，稱為不完完全對稱循循環(huán)。2.6.1

常幅幅疲勞計(jì)算算根據(jù)試驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)畫出應(yīng)應(yīng)力幅與相相應(yīng)的致?lián)p損循環(huán)次數(shù)數(shù)N的關(guān)系曲線線，按試驗(yàn)數(shù)據(jù)據(jù)回歸的曲曲線為平均均值曲線。。為便于工作作，常用雙雙對數(shù)坐標(biāo)標(biāo)軸的方法法使曲線改改為直線。在雙對數(shù)坐坐標(biāo)圖中，，疲勞直線線方程為：：試驗(yàn)數(shù)據(jù)具具有離散性性，取平均均值減去2倍lgN的標(biāo)準(zhǔn)差（（2s）作為疲勞強(qiáng)強(qiáng)度下限值值（圖中實(shí)實(shí)線下方之之虛線），，如果為為正態(tài)態(tài)分布，構(gòu)構(gòu)件或連接接抗力保證證率為97.7％。。取作作為容許許應(yīng)力幅對于不同的的焊接構(gòu)件件和連接形形式，試驗(yàn)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸歸的直線方方程斜率不不盡相同。。為了設(shè)計(jì)計(jì)方便，按按連接方式式，受力特特點(diǎn)和疲勞勞強(qiáng)度，適適當(dāng)考慮曲曲線簇的等等間距布置置、歸納分分類，劃分分為8類。。2.6.1

常幅幅疲勞計(jì)算算2.6.1

常幅幅疲勞計(jì)算算焊接部位：：非焊接部位位：折算應(yīng)應(yīng)力幅2.6.2變幅疲勞計(jì)計(jì)算實(shí)際大多結(jié)結(jié)構(gòu)承受變變幅循環(huán)應(yīng)應(yīng)力的作用用。如吊車車梁，吊車車不是每次次滿載運(yùn)行行，不是每每次停在最最不利位置置，所以每每次應(yīng)力幅幅不是最大大值，按最最大值計(jì)算算偏于保守守。實(shí)為欠欠載狀態(tài)的的變幅疲勞勞。運(yùn)用常幅疲疲勞研究結(jié)結(jié)果，采用用累積損傷傷法則。2.6.2變幅疲勞計(jì)計(jì)算應(yīng)力幅水平平，，…，…和對應(yīng)的循循環(huán)次數(shù)n1，n2，…ni…。再假設(shè)這這些應(yīng)力幅幅為常幅時時，相對應(yīng)應(yīng)的疲勞壽壽命是N1，N2…，Ni，…。Ni表示在常幅幅疲勞中循循環(huán)作用Ni次后，構(gòu)件件或連接即即產(chǎn)生破損損。則在應(yīng)應(yīng)力幅作用下的一一次循環(huán)所所引起的損損傷為l/N1，n1次循環(huán)為n1/N1。按累積損傷法法則，將總的損損傷按線性疊加加計(jì)算，則得發(fā)發(fā)生疲勞破壞的的條件為：2.6.2變幅疲勞計(jì)算若認(rèn)為變幅疲勞勞與同類常幅疲疲勞有相同的曲曲線，則任一級級應(yīng)力幅水平均均有設(shè)想有常幅作用次使同一結(jié)構(gòu)也也產(chǎn)生疲勞破壞壞進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)計(jì)算時，注意：：(1)容許應(yīng)力力幅法，荷載采采用標(biāo)準(zhǔn)值，不不考慮荷載分項(xiàng)項(xiàng)系數(shù)和動力系系數(shù)，應(yīng)力按彈彈性工作計(jì)算。。(2)應(yīng)力幅概概念，不論應(yīng)力力循環(huán)是拉應(yīng)力力還是壓應(yīng)力，，只要應(yīng)力幅超超過容許值就產(chǎn)產(chǎn)生疲勞裂紋。。但在完全壓應(yīng)應(yīng)力(不出現(xiàn)拉拉應(yīng)力)循環(huán)中中，裂紋不會繼繼續(xù)發(fā)展，故此此種情況可不予予驗(yàn)算。(3)根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)，不同鋼種的的不同靜力強(qiáng)度度對焊接部位的的疲勞強(qiáng)度無顯顯著影響，故可可認(rèn)為疲勞容許許應(yīng)力幅與鋼種種無關(guān)。2.7

鋼的的種類和鋼材規(guī)規(guī)格2.7.1鋼鋼的種類用途分類：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼鋼和特殊鋼(如如不銹鋼等)。。結(jié)構(gòu)鋼：建筑用鋼、機(jī)械械用鋼。冶煉方法：轉(zhuǎn)爐鋼、平爐鋼鋼。轉(zhuǎn)爐鋼采用氧氣頂吹轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐鋼，側(cè)吹(空氣)轉(zhuǎn)爐鋼鋼所含雜質(zhì)多，，使鋼易脆，質(zhì)質(zhì)量很低，已取取消這種鋼的使使用。平爐鋼質(zhì)量好，冶煉時時間長，成本高高。氧氣轉(zhuǎn)爐鋼鋼質(zhì)量與平爐鋼鋼相當(dāng)而成本則則較低。脫氧方法：沸騰鋼(F)、半鎮(zhèn)靜鋼(b)、鎮(zhèn)靜鋼(Z)和特殊鎮(zhèn)靜鋼(TZ)，鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)鎮(zhèn)靜鋼的代號可可以省去鎮(zhèn)靜鋼脫氧充分，沸騰騰鋼脫氧較差，，半鎮(zhèn)靜鋼介于于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰騰鋼之間。一般般采用鎮(zhèn)靜鋼。。2.7.1鋼鋼的種類成型方法：軋制鋼(熱軋、、冷軋)、鍛鋼鋼和鑄鋼。化學(xué)成分：碳素鋼和合金鋼鋼。建筑工程中采用用碳素結(jié)構(gòu)鋼、、低合金高強(qiáng)度度結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。。(1)對碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼按質(zhì)量等級分為為A、B、C、D四級。A級鋼只保證抗拉強(qiáng)度度、屈服點(diǎn)、伸伸長率，必要時時尚可附加冷彎彎試驗(yàn)的要求，，化學(xué)成分對碳碳、錳可以不作作為交貨條件。。B、C、D鋼均保證抗拉強(qiáng)度度、屈服點(diǎn)、伸伸長率、冷彎和和沖擊韌性（分分別為＋20℃℃，0℃，－20℃)等力學(xué)學(xué)性能?；瘜W(xué)成成分碳、硫、磷磷的極限含量。。2.7.1鋼鋼的種類鋼的牌號表示方方法屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)質(zhì)量等級符號(A、B、C、D)、脫氧方法符號等等四個部分按順順序組成。根據(jù)厚度(直徑徑)＜l6mm的鋼材的屈服點(diǎn)點(diǎn)數(shù)值，分為Q195、Q2l5、Q235、Q255、Q275。。鋼結(jié)構(gòu)一般僅用用Q235。鋼的牌號根據(jù)需需要可為Q235A；Q235B；Q235C；Q235D等。冶煉方法一一般由供方自行行決定，設(shè)計(jì)者者不再另行提出出，如需方有特特殊要求時可在在合同中加以注注明。2.7.1鋼鋼的種類(2)低合金高高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法根據(jù)厚度(直徑徑)＜l6mm鋼材的的屈服點(diǎn)點(diǎn)大小，分為Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。。鋼的牌號仍有質(zhì)質(zhì)量等級符號，，除與碳素結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼A、B、C、D四個等級相同外外增加一個等級級E，主要是要求-40℃的沖擊韌韌性。鋼的牌號號如：Q345-B、、Q390-C等等。低合金高高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一一般為鎮(zhèn)靜鋼，，因此鋼的牌號號中不注明脫氧氧方法。冶煉方方法也由供方自自行選擇。A級鋼應(yīng)進(jìn)行冷彎彎試驗(yàn)，其他質(zhì)質(zhì)量級別鋼如供供方能保證彎曲曲試驗(yàn)結(jié)果符合合規(guī)定要求，可可不作檢驗(yàn)。Q460和各牌號D、E級鋼一般不供應(yīng)應(yīng)型鋼、鋼棒。。2.7.1鋼鋼的種類成型方法：軋制鋼(熱軋、、冷軋)、鍛鋼鋼和鑄鋼?；瘜W(xué)成分：碳素鋼和合金鋼鋼。建筑工程中采用用碳素結(jié)構(gòu)鋼、、低合金高強(qiáng)度度結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。。(1)對碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼按質(zhì)量等級分為為A、B、C、D四級。A級鋼只保證抗拉強(qiáng)度度、屈服點(diǎn)、伸伸長率，必要時時尚可附加冷彎彎試驗(yàn)的要求，，化學(xué)成分對碳碳、錳可以不作作為交貨條件。。B、C、D鋼均保證抗拉強(qiáng)度度、屈服點(diǎn)、伸伸長率、冷彎和和沖擊韌性（分分別為＋20℃℃，0℃，－20℃)等力學(xué)學(xué)性能。化學(xué)成成分碳、硫、磷磷的極限含量。。2.7.2鋼鋼材的選擇1選用原則則目的：安全可靠靠、經(jīng)濟(jì)合理。。選擇鋼材時考慮慮的因素有：(1)重要性對重要結(jié)構(gòu)，應(yīng)應(yīng)考慮選用質(zhì)量量好的鋼材，對對一般工業(yè)與民民用建筑結(jié)構(gòu)，，可按工作性質(zhì)質(zhì)分別選用普通通質(zhì)量的鋼材。。按規(guī)定的安全全等級，一級(重要的)、二二級(一般的)和三級(次要要的)。安全等等級不同，要求求的鋼材質(zhì)量也也應(yīng)不同。(2)荷載性質(zhì)質(zhì)直接承受動力荷荷載的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)強(qiáng)烈地震區(qū)的結(jié)結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用綜綜合性能好的鋼鋼材；一般承受受靜態(tài)荷載的結(jié)結(jié)構(gòu)則可選用價價格較低的Q235鋼。(3)連接方法法連接方法：焊接接和非焊接。焊焊接過程中，會會產(chǎn)生焊接變形形、焊接應(yīng)力以以及其他焊接缺缺陷，如咬肉、、氣孔、裂紋等等，有導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)產(chǎn)生裂縫或脆脆性斷裂的危險(xiǎn)險(xiǎn)。焊接結(jié)構(gòu)對材質(zhì)質(zhì)的要求應(yīng)嚴(yán)格格一些。例如在在化學(xué)成分方面面，焊接結(jié)構(gòu)必必須嚴(yán)格控制碳碳、硫、磷的極極限含量；而非非焊接結(jié)構(gòu)對含含碳量可降低要要求。(4)結(jié)構(gòu)所處處的工作條件低溫時鋼材容易易冷脆，因此在在低溫條件下工工作的結(jié)構(gòu)，尤尤其是焊接結(jié)構(gòu)構(gòu)，應(yīng)選用具有有良好抗低溫脆脆斷性能的鎮(zhèn)靜靜鋼。此外，露露天結(jié)構(gòu)的鋼材材容易產(chǎn)生時效效，有害介質(zhì)作作用的鋼材容易易腐蝕、疲勞和和斷裂，也應(yīng)加加以區(qū)別地選擇擇不同材質(zhì)。(5)鋼材厚度度薄鋼材輥軋次數(shù)數(shù)多，軋制的壓壓縮比大，厚度度大的鋼材壓縮縮比小；所以厚厚度大的鋼材不不但強(qiáng)度較小，，而且塑性、沖沖擊韌性和焊接接性能也較差。。因此，厚度大的的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)采采用材質(zhì)較好的的鋼材。2鋼材選擇擇的規(guī)定承重結(jié)構(gòu)的鋼