建筑結(jié)構(gòu)用鋼材

1、第二章 建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼材Material of Steel Structures,一、鋼材的主要性能 二、影響鋼材性能的主要因素 三、鋼材的疲勞 四、建筑鋼材的規(guī)格和選用,一、建筑鋼材的分類,1、鋼的種類 碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q195、Q215、Q235、Q255和Q275等 質(zhì)量等級：A、B、C、D，由低到高 F沸騰鋼；Z鎮(zhèn)靜鋼；b半鎮(zhèn)靜鋼 TZ特殊鎮(zhèn)靜鋼 Q235AF，b,(Z) 舊稱3號鋼 Q235BF，b,(Z) 常溫下Cv要求 Q235C（Z） 零度Cv要求 Q235D(TZ) -20Cv要求,一、建筑鋼材的分類,1、鋼的種類 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼：Q295、Q345、Q390、Q420和Q4

2、60 質(zhì)量等級：A、B、C、D、E，由低到高 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼： 經(jīng)過熱處理，如45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼 優(yōu)質(zhì)鋼絲繩,二、鋼材的主要性能,1、鋼材的破壞形式 塑性破壞： 較大的塑性變形、斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗； 有先兆，計(jì)算應(yīng)力fu 脆性破壞： 塑性變形很小，甚至沒有，斷口平直并呈有光澤的晶粒狀； 沒有明顯先兆，計(jì)算應(yīng)力fy,鋼材的塑性破壞和脆性破壞,防止鋼材脆性斷裂的措施,加強(qiáng)施焊工藝管理，避免施焊過程產(chǎn)生裂紋、夾渣和氣泡等； 焊縫不宜過分集中，施焊時不宜過強(qiáng)約束，避免產(chǎn)生過大殘余應(yīng)力。低溫下發(fā)生低應(yīng)力的脆斷，常與殘余應(yīng)力有關(guān)； 進(jìn)行合理細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)，避免產(chǎn)生應(yīng)力集中。應(yīng)力集中處會產(chǎn)生同號應(yīng)力場，使鋼

3、材變脆。盡量避免采用厚鋼板； 選擇合理的鋼材，鋼材化學(xué)成分與鋼材抗脆斷能力有關(guān)，含碳多的鋼材，抗脆斷性能有所下降。 此外，冷加工，加載速度等對鋼材脆斷性能都有影響,二、鋼材的主要性能,2、基本性能要求和指標(biāo) 強(qiáng)度：比例極限 fp、屈服點(diǎn)fy （條件屈服點(diǎn)f0 .2）、抗拉強(qiáng)度（極限強(qiáng)度） fu 、屈強(qiáng)比 塑性：伸長率、面縮率 冷彎性能：冷彎試驗(yàn) 韌性（度）：沖擊韌性（度） 可焊性：施工可焊性、使用可焊性 耐久性：抗腐蝕能力、抗疲勞能力,低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)曲線,受壓構(gòu)件穩(wěn)定問題,由于鋼材具有輕質(zhì)高強(qiáng)、塑性和韌性好的特點(diǎn)，使得鋼結(jié)構(gòu)在大跨、高層、高聳、橋梁、輕鋼等結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。 對組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)

4、件來講，受拉構(gòu)件能充分發(fā)揮材料的性能；受壓構(gòu)件，由于長細(xì)比（纖細(xì)）較大，使得構(gòu)件會出現(xiàn)失穩(wěn)問題，因此穩(wěn)定問題將是鋼結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，希望同學(xué)們給予足夠的重視，下面看幾個簡單的示例，以便有些感性認(rèn)識,三、影響鋼材性能的主要因素,化學(xué)成分：Fe，C，Si，Mn，S（O），P（N），其它 冶金過程：冶煉、澆鑄、軋制和熱處理 時效：鋼材硬化 溫度：高溫3000C 6000C 低溫 沖擊韌性的溫度轉(zhuǎn)變區(qū) 應(yīng)力集中：因鋼材缺陷或制作引起的幾何改變，造成各點(diǎn)鋼材應(yīng)力不均勻的狀況稱為應(yīng)力集中。 應(yīng)力集中系數(shù) m/ 0 應(yīng)力集中與同號應(yīng)力場 應(yīng)力集中程度與缺陷幾何的關(guān)系,化學(xué)成分對鋼材（普通碳素鋼）性

5、能的影響,四、鋼材的疲勞,疲勞破壞屬于反復(fù)荷載作用下的脆性破壞； 鋼材的疲勞強(qiáng)度與反復(fù)荷載引起的應(yīng)力種類（拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和復(fù)雜應(yīng)力等）、應(yīng)力循環(huán)形式、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、應(yīng)力集中程度和殘余應(yīng)力等有著直接關(guān)系,鋼材的選擇,一）選擇鋼材的原則,1結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性,2荷載情況（靜力荷載，動力荷載）； 靜力荷載作用下可選擇經(jīng)濟(jì)性較好的Q235鋼材。 動力荷載作用下應(yīng)選擇綜合性能較好鋼材。 3連接方法（焊接連接、螺栓連接）； 焊接結(jié)構(gòu)對材質(zhì)的要求嚴(yán)格，應(yīng)嚴(yán)格控制C、S、P的極限含量；非焊接結(jié)構(gòu)對C的要求可降低一些。 4結(jié)構(gòu)所處的工作條件（環(huán)境溫度，腐蝕等）； 低溫下工作的結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇低溫脆斷性能好的鎮(zhèn)

6、定鋼 鋼材的厚度。 厚度大的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)采用材質(zhì)較好的鋼材,二）鋼材選擇建議,1、承重結(jié)構(gòu)的鋼材宜采用Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼，其質(zhì)量應(yīng)分別符合國家標(biāo)準(zhǔn)碳素結(jié)構(gòu)鋼GB/T700和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼GB/T1591的規(guī)定。當(dāng)采用其他牌號的鋼材時，尚符合相應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求,2、承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保證，對焊接結(jié)構(gòu)尚具有含碳量的合格保證,3、對于需要驗(yàn)算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證；當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于0但高于20時，Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0沖擊韌性合格的保證； 對于Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有20沖擊韌

7、性的合格保證。 當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于20時，對Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有20沖擊韌性的合格保證； 對Q390和Q420鋼應(yīng)具有40沖擊韌性的合格保證,4、對于需要驗(yàn)算疲勞的非焊接結(jié)構(gòu)的鋼材亦應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證，當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于20時，對Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0沖擊韌性合格的保證；對Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有20沖擊韌性的合格保證,5、重要的受拉或受彎的焊接構(gòu)件中，厚度大于等于16mm的鋼材應(yīng)具有常溫沖擊韌性合格的保證,6、當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)為防止鋼材的層狀撕裂而采用 Z 向鋼時，其材質(zhì)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)厚度方向性能鋼板GB/T5313的規(guī)定,8、對于外露環(huán)境，且對大氣腐蝕有特殊要求的或在腐蝕性氣態(tài)和固態(tài)介質(zhì)作用下的承重結(jié)構(gòu)，宜采用耐候鋼，其質(zhì)量要求應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)焊接耐候鋼GB/T4172的規(guī)定,7、鋼板的抗撕裂性能采用厚度方向的斷面收縮率z來評定。該標(biāo)準(zhǔn)將沿厚度方向的斷面收縮率分為三個等級，即Z15，Z25，Z35，分別對應(yīng)其允許值,三、鋼材的規(guī)格,熱軋成型的鋼板和型鋼，冷彎（或冷壓）成型的薄壁型鋼,一）熱軋鋼板,表示方法厚度寬度長度,分為: 厚板（厚度4.5-60mm) 薄板（厚度0.35-4mm,扁鋼： 厚度4-60mm， 寬度20-200mm,二）熱軋型鋼,1