2-鋼結(jié)構(gòu)材料與成品解析

2鋼結(jié)構(gòu)材料與成品CompanyLogo鋼結(jié)構(gòu)材料與成品2.1鋼材的加工方法2.2鋼材的主要工作性能2.3影響鋼材主要性能的因素2.4鋼材的種類及選用2.5其他輔助材料及成品2.1鋼材的加工方法熱加工：如建筑用一、二、三級(jí)鋼冷加工：(常溫加工)

方法：冷軋、冷拉、冷拔

如冷軋帶肋、冷軋扭、冷彎薄壁型鋼、壓型鋼板等。冷加工后鋼材回因?yàn)榫Я７植疾痪?，?huì)導(dǎo)致局部或整體硬化，即提高了強(qiáng)度和硬度，但卻降低了塑性和韌性，這種現(xiàn)象叫冷作硬化。好：如冷彎薄壁型鋼、冷拔高強(qiáng)度鋼絲。壞：復(fù)雜截面應(yīng)避免。熱處理：對(duì)已經(jīng)成形的鋼材再一次加熱處理，使其性質(zhì)發(fā)生改變。

退火：將鋼材緩慢加熱，然后保存足夠時(shí)間緩慢冷卻。

作用（目的）：降低硬度、改善塑性和韌性、去除殘余應(yīng)力等。正火：將工件加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間后，取出在空氣中冷卻。問(wèn)：正火與退火的區(qū)別？1、正火溫度高，退火溫度低。2、正火冷卻速度比退火快，所以正火鋼的強(qiáng)度和硬度高于退火鋼。3、使用效果不同。含碳量在0.25%一下的鋼材，正火后可提高強(qiáng)度改善加工性能，退火做不到。4、正火時(shí)間短，退火時(shí)間長(zhǎng)。

淬火：加溫后快速降溫。

目的：提高強(qiáng)度和硬度。但塑性和韌性將降低。

回火：是淬火后的下一道工序，將淬火鋼加熱到一定溫度，并保溫一段時(shí)間后一適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s到室溫，以改善其塑性和韌性。

通常稱淬火加高溫回火的處理叫調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理后強(qiáng)度塑性、韌性均較好。2.2鋼材的主要工作性能破壞形式強(qiáng)度塑性韌性冷彎性能可焊性鋼材的破壞形式塑性破壞

構(gòu)件應(yīng)力達(dá)到材料極限強(qiáng)度而產(chǎn)生的斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗脆性破壞

構(gòu)件破壞時(shí)計(jì)算應(yīng)力可能小于鋼材的屈服強(qiáng)度（fy）斷口平整，呈光澤的晶粒狀強(qiáng)度、塑性屈服強(qiáng)度（fy）抗拉強(qiáng)度（fu）常溫靜載單項(xiàng)拉伸試驗(yàn)建筑鋼材的強(qiáng)度和塑性一般由常溫靜載下單向拉伸試驗(yàn)曲線表明，該試驗(yàn)是將鋼材的標(biāo)準(zhǔn)試件在拉伸試驗(yàn)機(jī)上，按規(guī)定的加荷速度逐漸施加拉力荷載，使試件逐漸伸長(zhǎng)，直至拉斷破壞。根據(jù)加荷過(guò)程中所測(cè)得的數(shù)據(jù)畫出應(yīng)力－應(yīng)變曲線（即σ－ε曲線）。如圖2--1低碳鋼單向拉伸應(yīng)力－應(yīng)變圖1、彈性階段（OA段）

OA段符合虎克定律：σ=Eε

2、屈服階段（AC段）

fy3、強(qiáng)化階段（CD段）

fu4、頸縮階段（DE段）fy/fu叫做屈強(qiáng)比，其值愈大，說(shuō)明鋼材被充分利用；愈小則安全儲(chǔ)備愈大。塑性鋼材的塑性是指應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)后，能產(chǎn)生顯著的塑性變形，而不立即斷裂的性質(zhì)，可用試件靜力拉伸時(shí)的伸長(zhǎng)率和斷面收縮率來(lái)衡量。

伸長(zhǎng)率為試件拉斷后，原標(biāo)距的伸長(zhǎng)值與原標(biāo)距比值的百分?jǐn)?shù)，既

斷面收縮率為試件拉斷后，原試件截面面積與拉斷后試件截面面積比值的百分?jǐn)?shù)，即討論：1)、因fp與fy的值很接近，實(shí)際工程中常以為fy鋼材單向均勻受拉時(shí)彈、塑性的分界。

σ

fy時(shí)彈性階段；

σ＞fy時(shí)塑性階段實(shí)際鋼材應(yīng)力--應(yīng)變曲線理想鋼材應(yīng)力--應(yīng)變曲線冷彎性能

冷彎試驗(yàn)示意圖鋼材的冷彎性能是衡量鋼材在常溫下彎曲加工產(chǎn)生塑性變形時(shí)對(duì)產(chǎn)生裂紋的抵抗能力的一項(xiàng)指標(biāo)。冷彎試驗(yàn)是鑒定鋼材質(zhì)量的一種好方法，常作為靜力拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)的補(bǔ)充試驗(yàn)。綜上所述：fy，fu,δ

被認(rèn)為是承重鋼結(jié)構(gòu)對(duì)鋼材要求所必需的三項(xiàng)基本機(jī)械性能指標(biāo)。機(jī)械性能的六項(xiàng)指標(biāo)：屈服點(diǎn)fy，抗拉強(qiáng)度f(wàn)u，伸長(zhǎng)率δ，180°冷彎，常溫及負(fù)溫沖擊韌性。韌性Akv(Cv)圖2—5沖擊韌性試驗(yàn)及試件缺口形式

（a）試驗(yàn)示意圖；(b)梅氏U形缺口；(c)夏比氏V形缺口

可焊性施工上的可焊性：指焊縫金屬產(chǎn)生裂紋的敏感性。使用性能上的可焊性：要求焊縫處的機(jī)械性能不低于母材的機(jī)械性能。

Q235鋼的機(jī)械性能

Q345及Q390鋼的機(jī)械性能鋼材常用數(shù)據(jù)要求：各種鋼材彈性模量都相同，所以由撓度控制的結(jié)構(gòu)無(wú)須采用高強(qiáng)度鋼材；由于疲勞驗(yàn)算與鋼號(hào)無(wú)關(guān)，所以由疲勞控制的結(jié)構(gòu)無(wú)須采用高強(qiáng)度鋼材；2.3影響鋼材性能的因素化學(xué)成分主要元素：鐵（99%）、碳（<0.22%）有益元素：錳、硅、釩、銅…

有害元素：硫、磷、氧、氮…內(nèi)部缺陷偏析、夾雜、氣孔、夾層、裂紋...鋼材硬化

時(shí)效硬化：強(qiáng)度提高、塑性韌性降低人工快速時(shí)效

冷作硬化：強(qiáng)度提高、塑性韌性降低溫度藍(lán)脆現(xiàn)象疲勞脆性破壞應(yīng)力集中2.4鋼材的種類碳素結(jié)構(gòu)鋼

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T700生產(chǎn)的鋼材共有Q195、Q215、Q235、Q255和Q275種品牌，板材厚度不大于16mm，塑性、韌性均較好。鋼的牌號(hào)組成屈服點(diǎn)中屈字漢語(yǔ)拼音的字首Q，屈服點(diǎn)數(shù)值（N/mm2）質(zhì)量等級(jí)代號(hào)（A、B、C、D）C級(jí)為鎮(zhèn)靜鋼，D級(jí)為特殊鎮(zhèn)靜鋼脫氧方法代號(hào)（F、b、Z、TZ）沸騰、半鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)靜、特殊鎮(zhèn)靜鋼

代號(hào)Z、TZ可以省略如：Q235A表示屈服強(qiáng)度為235N/mm2的A級(jí)鎮(zhèn)靜碳素結(jié)構(gòu)鋼；

Q235D表示屈服強(qiáng)度為235N/mm2的D級(jí)特殊鎮(zhèn)靜碳素結(jié)構(gòu)鋼。

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591生產(chǎn)的鋼材共有Q295、Q345、Q390、Q420和Q460等5種牌號(hào)，板材厚度不大于16mm的相應(yīng)牌號(hào)鋼材的屈服點(diǎn)分別為295、345、390、420和460N/mm2。這些鋼的含碳量不大于0.20%，強(qiáng)度的提高主要依靠添加少量幾種合金元素來(lái)達(dá)到，合金元素的總量低于5％，故稱為低合金高強(qiáng)度鋼。A、B、C、D、E五個(gè)等級(jí)A級(jí)無(wú)需沖擊韌性試驗(yàn)B級(jí)20℃的沖擊韌性

C級(jí)0℃的沖擊韌性D級(jí)-20℃的沖擊韌性

E級(jí)-40℃的沖擊韌性C、D、E為特殊鎮(zhèn)靜鋼鋼材的規(guī)格鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材主要為熱軋成型的鋼板和型鋼，以及冷加工成型的冷軋薄鋼板和冷彎薄壁型鋼等。鋼板有厚鋼板、薄鋼板、扁鋼（或帶鋼）之分。鋼板截面的表示方法為在符號(hào)“－”后加“寬度×厚度×長(zhǎng)度”，如－200×20,—200×20×2100（板帶）等規(guī)格：

厚板：厚度4.5—60mm薄板：厚度0.35—4mm扁鋼：厚度4—60mm，寬度12—200mm,長(zhǎng)度3—9m。常用的有角鋼、工字鋼、槽鋼、H型鋼等角鋼分為等邊（也叫等肢）的和不等邊（也叫不等肢）的兩種。角鋼型號(hào)的表示方法為在符號(hào)“L”后加“長(zhǎng)邊寬×短邊寬×厚度”（不等邊角鋼，如L125×80×8），或加“邊長(zhǎng)×厚度”（等邊角鋼，如L125×8）。H型鋼的基本類型：寬翼緣（HW）、中翼緣（HM）及窄翼緣（HN）三類。還可剖分成T型鋼供應(yīng)，代號(hào)分別為TW、TM、TN。H型鋼和相應(yīng)的T型鋼的型號(hào)分別為代號(hào)后加“高度H×寬度B×腹板厚度t1×翼緣厚度t2”，例如HW400×400×13×21和TW200×400×13×21等。槽鋼有普通槽鋼和輕型槽鋼二種，以“［”“Q［”表示［32a指截面高度320mm，腹板較薄的槽鋼。鋼管有無(wú)縫鋼管和焊接鋼管兩種。型號(hào)可用代號(hào)“D”后加“外徑d×壁厚t”表示，如D180×8等軋制鋼材強(qiáng)度、塑性、韌性均較好，且薄板比厚板力學(xué)性能更好。(a)角鋼；(b)工字鋼；(c)槽鋼；(d)H型鋼；(e)T字鋼；(f)鋼管；(g)冷彎薄壁型鋼；(h)壓型鋼板熱軋型鋼及冷彎薄壁型鋼槽鋼工字型鋼角鋼H型鋼鋼板鋼材的驗(yàn)收鋼材驗(yàn)收應(yīng)達(dá)到以下要求：(1)鋼材的品種和數(shù)量是否與訂貨單一致。(2)鋼材的質(zhì)量保證書(shū)是否與鋼材上打印的記號(hào)相符。(3)核對(duì)鋼材的規(guī)格尺寸，測(cè)量鋼材尺寸是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，尤其是鋼板厚度的偏差。(4)鋼材表面質(zhì)量檢驗(yàn)，表面不允許有結(jié)疤、裂紋、折疊和分層等缺陷，鋼材表面的銹蝕深度不得超過(guò)其厚度負(fù)偏差值的一半，有以上問(wèn)題的鋼材應(yīng)另行堆放，以便研究處理試驗(yàn)取樣數(shù)量檢驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)名稱及標(biāo)準(zhǔn)號(hào)化學(xué)成分拉伸試驗(yàn)彎曲試驗(yàn)常溫沖擊低溫沖擊時(shí)效沖擊表面厚度方向性能超聲波探傷碳素結(jié)構(gòu)鋼GB/T700-19881/每爐罐號(hào)1/批1/批3/批3/批優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼GB/T699-19991/每爐罐號(hào)2/批2/批低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼GB/T1591-19941/每爐罐號(hào)1/批1/批3/批3/批焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼GB/T4172-20001/每爐罐號(hào)1/批1/批3/批高耐候結(jié)構(gòu)鋼GB/T4172-20001/每爐罐號(hào)1/批1/批3/批橋梁用結(jié)構(gòu)鋼1/每爐罐號(hào)1/批1/批3/批2/批逐張高層建筑用鋼板1/每爐罐號(hào)1/批1/批3/批3/批逐張鋼材的選擇鋼材選用原則和建議鋼材的選用既要確保結(jié)構(gòu)物的安全可靠，又要經(jīng)濟(jì)合理，必須慎重對(duì)待。為了保證承重結(jié)構(gòu)的承載能力，防止在一定條件下出現(xiàn)脆性破壞，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、連接方法、工作環(huán)境、應(yīng)力狀態(tài)和鋼材厚度等因素綜合考慮，選用合適牌號(hào)和質(zhì)量等級(jí)的鋼材。2.5其他輔助材料及成品焊條焊條型號(hào)碳鋼焊條：E43、E50、E4303、E4315

低合金焊條：E50、E55、E5015、E5515-G不銹鋼焊條：E308－15

2.5其他輔助材料及成品焊條P40E

XX

X

X-X后綴字母表示特殊成分或性能規(guī)定與前數(shù)字組合表示焊接電流種類及藥皮類型表示焊條使用的焊接位置表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度最小值表示焊條如：E5018-A1，E4303E

XX

X

X-X附加“R“表示耐吸潮焊條附加“M“表示耐吸潮和力學(xué)性能有特殊規(guī)定的焊條附加“－1“表示沖擊性能有特殊規(guī)定的焊條與前數(shù)字組合表示焊接電流種類及藥皮類型“0”及“1”表示焊條適用于全位置焊接平、立、仰、橫“2”表示焊條適用于平焊及平角焊“4”適用于向下立焊單位：kgf/mm2，需要換算為Mpa表示焊條GOGO如：

E4315，表示低氫鈉型焊條，適用于全位置焊接，電流種類為直流反接，熔敷金屬抗拉強(qiáng)度≥420Mpa(43kgf/mm2)。

E4316，表示低氫鉀型焊條，適用于全位置焊接，電流種類為交流或直流反接，熔敷金屬抗拉強(qiáng)度≥420Mpa(43kgf/mm2)。E4328表示鐵粉低氫型焊條，適用于平焊、平角焊，電流種類為交流或直流反接，熔敷金屬抗拉強(qiáng)度≥420Mpa(43kgf/mm2)。E4303、E5003焊條這類焊條為鈦鈣型。藥皮中含30％以上的氧化鈦和20％以下的鈣或鎂的碳酸鹽礦，熔渣流動(dòng)性良好，脫渣容易，電弧穩(wěn)定，溶深適中，飛濺少，焊波整齊。這類焊條適用于全位置焊接，焊接電流為交流或直流正、反接，主要用于焊接較重要的碳鋼結(jié)構(gòu)。E4315、E5015焊條這兩類焊條為低氫鈉型，藥皮的主要組成物是碳酸鹽礦和螢石。其堿度較高，熔渣流動(dòng)性好，焊接工藝性能一般，焊波較粗，角焊縫略凸，熔深適中，脫渣性較好，焊接時(shí)要求焊條干燥，并采用短弧焊。這類焊條可全位置焊接，焊接電源為直流反接，其熔敷金屬具有良好的抗裂性和力學(xué)性能。主要用于焊接重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)及與焊條強(qiáng)度相當(dāng)?shù)牡秃辖痄摻Y(jié)構(gòu)，也被用于焊接高硫鋼和涂漆鋼。E4316、E5016型焊條這兩類焊條為低氫鉀型，藥皮在E4315和E5015型的基礎(chǔ)上添加了穩(wěn)弧劑，如鋁鎂合金或鉀水玻璃等，其電弧穩(wěn)定，工藝性能好，焊接位置與E4315和E5015型焊條相似，焊接電源為交流或直流反接。這類焊條的熔敷金屬具有良好的抗裂性和力學(xué)性能。主要用于焊接重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)，也可焊接與焊條強(qiáng)度相當(dāng)?shù)牡秃辖痄摻Y(jié)構(gòu)。焊條的選擇P431、焊縫金屬的力學(xué)性能（抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性）達(dá)到母材金屬標(biāo)準(zhǔn)的下限值。2、對(duì)于不同強(qiáng)度等級(jí)的異種鋼接頭，一般可按照強(qiáng)度等級(jí)較低的鋼材選用抗裂性較好的焊接材料。3、焊絲焊劑的常用組合為高錳高硅焊劑HJ431與低錳H08A或含錳H08MnA焊絲相配合；低錳或無(wú)錳高硅焊劑與高錳焊絲H10Mn2相配合使用。4、焊劑不應(yīng)該受潮結(jié)塊。焊劑在使用前必須進(jìn)行烘干。普通螺栓P25鋼結(jié)構(gòu)普通螺栓連接即將螺栓、螺母、墊圈機(jī)械地和連接件連接在一起形成的一種連接方式。

普通螺栓分為A、B、C三個(gè)等級(jí)。常用的螺栓有M16、M20、M24、M30，M為螺栓符號(hào)。螺栓按照性能等級(jí)分3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9十個(gè)等級(jí)，其中8.8級(jí)以上螺栓材質(zhì)為低碳合金鋼或中碳鋼并經(jīng)過(guò)熱處理(淬火、回火)，通稱為高強(qiáng)度螺栓，8.8級(jí)以下（不含8.8級(jí)）通稱為普通螺栓。A、B為精制螺栓C為粗制螺栓優(yōu)點(diǎn)：施工工藝簡(jiǎn)單，安裝方便，特別適用于工地安裝連接，工程進(jìn)度和質(zhì)量易得到保證。缺點(diǎn)：因開(kāi)孔對(duì)構(gòu)件截面有一定的削弱，且被連接的板件需要相互搭接或另加拼接板或角鋼等連接件，因而比焊接連接用材較多，構(gòu)造也較繁。

M

20表示螺栓螺栓直徑5.8抗拉強(qiáng)度（N/mm2）X1/100屈強(qiáng)比，X10兩數(shù)值相乘表示螺栓的屈服點(diǎn)（N/mm2）X1/105X8=40高強(qiáng)螺栓A為精制螺栓B為半精制螺栓C為粗制螺栓螺栓直徑與螺栓孔相同適用于拆除結(jié)構(gòu)螺栓直徑較螺栓孔小1.0—2.0mm，不能抗剪大六角頭螺栓連接副：一個(gè)螺栓、一個(gè)螺母、兩個(gè)墊圈大六角頭螺栓抗剪型螺栓抗剪型螺栓連接副：一個(gè)螺栓、一個(gè)螺母、一個(gè)墊圈螺栓、螺母、墊圈的性能必須要相互匹配防止螺栓生銹等，底層距地面應(yīng)架空300mm扭剪型螺栓特制機(jī)動(dòng)扳手按傳力方式分為摩擦型和承壓型兩種。

摩擦型高強(qiáng)螺栓靠被連接板件間的強(qiáng)大摩擦阻力傳遞剪力，以摩擦阻力剛被克服作為連接承載力的極限狀態(tài)。

承壓型高強(qiáng)螺栓靠被連接板件間的摩擦力和螺栓桿共同傳遞剪力，以螺栓桿被剪壞或被壓（承壓）壞作為承載力的極限。

承壓型的承載力比摩擦型高，可節(jié)約螺栓。但承壓型的剪切變形比摩擦型的大，故只適用于承受靜力荷載和對(duì)結(jié)構(gòu)變形不敏感的結(jié)構(gòu)中，不得用于直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中。

地腳螺栓錨板地