鋼結構的材料非常好的ppt課件

1、Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料第第2 2章章 鋼構造的資料鋼構造的資料 鋼材的根本性能及影響要素鋼材的根本性能及影響要素 1鋼材的主要性能目的鋼材的主要性能目的2鋼材的疲勞破壞鋼材的疲勞破壞3鋼材的類別及選用鋼材的類別及選用4鋼材的根本性能及其影響要素，鋼材的性能目的，疲勞破壞的概念和疲勞驗算方法 Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料 在建筑鋼構造工程和橋梁鋼構造工程中，規(guī)范引薦的普通碳素構造鋼是在建筑鋼構造工程和橋梁鋼構造工

2、程中，規(guī)范引薦的普通碳素構造鋼是Q235，低合金高強度構造鋼是低合金高強度構造鋼是Q345、Q390和和Q420。 鋼材在單向均勻受拉時的應力-應變關系 2.1 彈性階段彈性階段(OE(OE段段) ) 屈服階段屈服階段(ESC(ESC段段) ) 強化階段強化階段(CB(CB段段) ) 頸縮階段頸縮階段(BD(BD段段) )Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用鋼的幾項重要性能目的鋼構造用鋼的幾項重要性能目的 2.21. 強度和變形目的：強度和變形目的：彈性階段，比例極限彈性階段，比例極限 ：應力：應力-應變

3、應變關系曲線中直線段的最大應力值。關系曲線中直線段的最大應力值。pf屈服階段，屈服強度屈服階段，屈服強度 ：屈服平臺的：屈服平臺的最低應力值，作為資料強度的根據。最低應力值，作為資料強度的根據。yf強化和頸縮階段，抗拉強度強化和頸縮階段，抗拉強度 ：曲線：曲線最高點對應的應力值。最高點對應的應力值。ufSuzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用鋼的幾項重要性能目的鋼構造用鋼的幾項重要性能目的 2.22. 塑性性能目的：塑性性能目的： 鋼材的塑性性能可用伸長率鋼材的塑性性能可用伸長率 和斷面收縮率和斷面收縮率 衡

4、量。衡量。%100001lll2-1試件被拉斷時的絕對變形值與試件原標距之比的百分數。試件被拉斷時的絕對變形值與試件原標距之比的百分數。 試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積減少值與原斷面面積比值的百分比。試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積減少值與原斷面面積比值的百分比。 伸長率伸長率斷面收縮率斷面收縮率%100010AAA2-2Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用鋼的幾項重要性能目的鋼構造用鋼的幾項重要性能目的 2.23. 物理性能目的：物理性能目的：彈性模量彈性模量E（N/mm2）剪變模量剪變模量G（N/mm2）線

5、膨脹系數線膨脹系數（以每（以每計）計）質量密度質量密度 （kg/m3）206103791031210-67850鋼材和鋼鑄件的物理性能目的鋼材和鋼鑄件的物理性能目的 表表2-14. 鋼材的韌性：鋼材的韌性： 鋼材在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的才干，它是鋼材強度和塑鋼材在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的才干，它是鋼材強度和塑性的綜合性能，是判別鋼材能否出現脆性破壞最主要的目的。韌性目的性的綜合性能，是判別鋼材能否出現脆性破壞最主要的目的。韌性目的普通由沖擊實驗獲得，稱為沖擊韌性目的，用普通由沖擊實驗獲得，稱為沖擊韌性目的，用 表示。表示。 韌韌性性kvASuzhou University of

6、Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用鋼的幾項重要性能目的鋼構造用鋼的幾項重要性能目的 2.24. 鋼材的韌性：鋼材的韌性： 沖擊實驗的試件普通采用帶沖擊實驗的試件普通采用帶V形缺形缺口的口的Charpy試件，尺寸為試件，尺寸為10mm10mm55mm。在一種專門的。在一種專門的夏比實驗機上進展。當擺錘在一定高度夏比實驗機上進展。當擺錘在一定高度落下試件被沖斷后，擺錘所做的沖擊功落下試件被沖斷后，擺錘所做的沖擊功與試件缺口處凈截面面積之比為沖擊韌與試件缺口處凈截面面積之比為沖擊韌性，單位為性，單位為J焦耳。焦耳。沖擊實沖擊實驗驗kvA沖擊韌性值越大

7、，闡明試件所代表的鋼材斷裂前吸收的能量越大，韌性越好，沖擊韌性值越大，闡明試件所代表的鋼材斷裂前吸收的能量越大，韌性越好，強度和塑性綜合性能越優(yōu)越。強度和塑性綜合性能越優(yōu)越。 我國鋼材規(guī)范中將實驗分為四檔，即我國鋼材規(guī)范中將實驗分為四檔，即+20時的時的 ，0時的時的 ，-20時時的的 ，-40時的時的 。 kvAkvAkvAkvASuzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用鋼的幾項重要性能目的鋼構造用鋼的幾項重要性能目的 2.25. 鋼材的冷彎性能：鋼材的冷彎性能： 實驗時按照規(guī)定的彎心直徑在實驗機實驗時按照規(guī)

8、定的彎心直徑在實驗機上用沖頭緩慢加壓，使試件彎成上用沖頭緩慢加壓，使試件彎成180度，假度，假設試件外面、里面和側面均不出現裂紋或設試件外面、里面和側面均不出現裂紋或分層，即為合格。分層，即為合格。 冷彎實冷彎實驗驗 冷彎性能是判別鋼材塑性變形才干及冶冷彎性能是判別鋼材塑性變形才干及冶金質量的綜合目的。金質量的綜合目的。 冷彎實驗是鑒定鋼材質量主要是塑性和可焊性的一種良好方法，常作為冷彎實驗是鑒定鋼材質量主要是塑性和可焊性的一種良好方法，常作為靜力拉伸實驗和沖擊實驗的補充實驗。靜力拉伸實驗和沖擊實驗的補充實驗。 Suzhou University of Science & Technology

9、第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用鋼的幾項重要性能目的鋼構造用鋼的幾項重要性能目的 2.26. 鋼材的可焊性：鋼材的可焊性： 焊縫及其附近金屬的焊接平安可靠，不發(fā)生或者少發(fā)生焊接裂痕，其塑性和力學性能都不低于母材。 可焊性可焊性低碳鋼低碳鋼低合金鋼低合金鋼 當含碳量控制在當含碳量控制在0.12%-0.20%，含錳量小于，含錳量小于0.7%，含硅量小于，含硅量小于0.4%，含，含硫量和含磷量小于硫量和含磷量小于0.045% 時，具有較好的可焊性。時，具有較好的可焊性。用碳當量用碳當量CE衡量衡量1556CuNiVMoCrMnCCE2-3Suzhou University of Scie

10、nce & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用鋼的幾項重要性能目的鋼構造用鋼的幾項重要性能目的 2.26. 鋼材的可焊性：鋼材的可焊性： 焊縫及其附近金屬的焊接平安可靠，不發(fā)生或者少發(fā)生焊接裂痕，其塑性和力學性能都不低于母材。 可焊性可焊性低碳鋼低碳鋼低合金鋼低合金鋼 當含碳量控制在當含碳量控制在0.12%-0.20%，含錳量小于，含錳量小于0.7%，含硅量小于，含硅量小于0.4%，含，含硫量和含磷量小于硫量和含磷量小于0.045% 時，具有較好的可焊性。時，具有較好的可焊性。用碳當量用碳當量CE衡量衡量1556CuNiVMoCrMnCCE2-3 當鋼材的碳當量小

11、于當鋼材的碳當量小于0.38%時其可焊性是好的，時其可焊性是好的，Q345鋼屬于這種情況。鋼屬于這種情況。Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用鋼的幾項重要性能目的鋼構造用鋼的幾項重要性能目的 2.27. 鋼材沿厚度方向的性能：鋼材沿厚度方向的性能： 由較厚鋼板組成的焊接承重構造，在焊接過程中或者在厚度方向受拉作由較厚鋼板組成的焊接承重構造，在焊接過程中或者在厚度方向受拉作用時，經常會產生與厚度方向垂直稱為用時，經常會產生與厚度方向垂直稱為Z方向的裂紋，出現層狀撕裂。方向的裂紋，出現層狀撕裂。為了防止這種情

12、況發(fā)生，采用為了防止這種情況發(fā)生，采用“厚度方向性能鋼板是必要的。厚度方向性能鋼板是必要的。 現行國家規(guī)范現行國家規(guī)范GB/T5313把它分為把它分為Z15、Z25、Z35三個級別，這種鋼板被嚴厲控制含硫量和斷面收縮率，三個級別鋼板的三個級別，這種鋼板被嚴厲控制含硫量和斷面收縮率，三個級別鋼板的含硫量分別不大于含硫量分別不大于0.01%，0.007%和和0.005%；單個試件的斷面收縮率分別；單個試件的斷面收縮率分別不小于不小于10%，15%和和25%，同時三個試件斷面收縮率的平均值也分別不小于，同時三個試件斷面收縮率的平均值也分別不小于15%。25%和和35%。 Suzhou Univers

13、ity of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼材在單軸反復應力作用下的任務性能鋼材在單軸反復應力作用下的任務性能 2.3鋼材在單軸反復應力作用下的任務特性，可用應力鋼材在單軸反復應力作用下的任務特性，可用應力- -應變實驗曲線表示。應變實驗曲線表示。 當構件反復應力當構件反復應力 ，即資料處于彈性階段時，在反復應力作用下鋼材，即資料處于彈性階段時，在反復應力作用下鋼材的材性無變化，也不存在剩余變形。的材性無變化，也不存在剩余變形。 yf當鋼材的反復應力當鋼材的反復應力 ，即資料處于彈塑性階段時，反復應力和反復應力，即資料處于彈塑性階段時，反復應力和

14、反復應力引起塑性變形的增長。引起塑性變形的增長。 yfSuzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼材在單軸反復應力作用下的任務性能鋼材在單軸反復應力作用下的任務性能 2.3 鋼材在多次反復的循環(huán)應變作用下滯回環(huán)豐滿而穩(wěn)定鋼材在多次反復的循環(huán)應變作用下滯回環(huán)豐滿而穩(wěn)定 。這是鋼材。這是鋼材一種極好的性能，為鋼構造在地震作用下耗能才干提供了保證。一種極好的性能，為鋼構造在地震作用下耗能才干提供了保證。 Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼材

15、在復雜應力作用下的任務性能鋼材在復雜應力作用下的任務性能 2.4 對于接近理想彈塑性資料的鋼材，按照能量實際對于接近理想彈塑性資料的鋼材，按照能量實際(或第四強度實際或第四強度實際)，在，在三向應力作用下，有：三向應力作用下，有： )()()(21213232221zs2-4 由由2-4式可見，當式可見，當 、 、 為同號為同號應力且數值接近時，即使他們都大于應力且數值接近時，即使他們都大于 ，折算應力仍小于折算應力仍小于 ，闡明資料很難進入塑性，闡明資料很難進入塑性形狀。當平面或立體應力皆為拉應力時，資形狀。當平面或立體應力皆為拉應力時，資料處于脆性形狀，破壞時沒有明顯的塑性變料處于脆性形狀

16、，破壞時沒有明顯的塑性變形。形。yf132yfSuzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料疲勞破壞2.5 是指在延續(xù)反復荷載作用下，鋼材或鋼構件的應力低于極限強度，甚至低是指在延續(xù)反復荷載作用下，鋼材或鋼構件的應力低于極限強度，甚至低于屈服強度而發(fā)生的破壞。于屈服強度而發(fā)生的破壞。 疲勞破疲勞破壞壞 疲勞破壞過疲勞破壞過程程 截面上的微小缺陷截面上的微小缺陷開場構成裂紋開場構成裂紋 裂紋緩慢擴展裂紋緩慢擴展 Type C裂紋到達臨界尺寸裂紋到達臨界尺寸而迅速斷裂而迅速斷裂 Suzhou University of Sci

17、ence & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料疲勞破壞2.5應力比：應力比： 1. 根本概念：根本概念：maxmin其中，其中， 為絕對值最小的應力，為絕對值最小的應力， 為絕對值最大的應力，拉應力取正值，為絕對值最大的應力，拉應力取正值，壓應力取負值。壓應力取負值。 minmaxSuzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料疲勞破壞2.51. 根本概念：根本概念：應力幅：應力幅： 應力幅應力幅 ；表示應力變化的幅度，總為正值。；表示應力變化的幅度，總為正值。應力循環(huán)中的最大拉應力，取正值；應力循環(huán)

18、中的最大拉應力，取正值； max應力循環(huán)中的最小拉應力或壓應力，拉應力取正值，壓應力取負值。應力循環(huán)中的最小拉應力或壓應力，拉應力取正值，壓應力取負值。 minminmax2-9焊接部位的疲勞強度主要與應力幅有關，而與應力比焊接部位的疲勞強度主要與應力幅有關，而與應力比 、名義應力、名義應力 、 及及鋼材的靜力強度鋼材的靜力強度 的關系不是非常親密。的關系不是非常親密。 maxminyf注注：應力幅計算式應力幅計算式2-92-9中的中的 、 ，與應力比，與應力比 中的中的 、 的的意義是不一樣的。意義是不一樣的。 maxminmaxminmaxminSuzhou University of S

19、cience & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料疲勞破壞2.51. 根本概念：根本概念：疲勞壽命和疲勞強度：疲勞壽命和疲勞強度： 資料或構件發(fā)生疲勞破壞時，應力幅的大小和應力循環(huán)次數資料或構件發(fā)生疲勞破壞時，應力幅的大小和應力循環(huán)次數N N有關。較小的有關。較小的N N到達疲勞破壞所必需的到達疲勞破壞所必需的 相對大些，這時的應力幅相對大些，這時的應力幅 稱為對應循環(huán)次數稱為對應循環(huán)次數N N的的疲勞強度。同樣，對應疲勞強度。同樣，對應 的應力循環(huán)次數的應力循環(huán)次數N N稱為資料或構件的疲勞壽命。稱為資料或構件的疲勞壽命。 疲勞強度極限：疲勞強度極限： 當應力幅當應力

20、幅 小到一定程度時，無論應力循環(huán)多少次也不會發(fā)生疲勞破壞，小到一定程度時，無論應力循環(huán)多少次也不會發(fā)生疲勞破壞，這個應力幅這個應力幅 稱為疲勞強度極限，簡稱疲勞極限。稱為疲勞強度極限，簡稱疲勞極限。Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料疲勞破壞2.52. 鋼材的疲勞破壞：鋼材的疲勞破壞：影響鋼材疲勞強度的要素：影響鋼材疲勞強度的要素：反復荷載引起的應力種類如拉應力、壓應力、剪應反復荷載引起的應力種類如拉應力、壓應力、剪應力、復雜應力等力、復雜應力等 外部要素外部要素 應力循環(huán)的方式和次數應力循環(huán)的方式和次數 鋼材內

21、部剩余應力的大小鋼材內部剩余應力的大小 內部要素內部要素 鋼材內部應力集中的程度鋼材內部應力集中的程度 Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料疲勞破壞2.53. 鋼構造的疲勞破壞及影響要素：鋼構造的疲勞破壞及影響要素：鋼構件和鋼構造的疲勞破壞時的截面特點：鋼構件和鋼構造的疲勞破壞時的截面特點：光滑區(qū)圖中光滑區(qū)圖中1區(qū)：區(qū)： 微觀裂紋在延續(xù)反復作用應力下逐漸微觀裂紋在延續(xù)反復作用應力下逐漸擴展，裂紋兩側的資料時而相互擠壓時而擴展，裂紋兩側的資料時而相互擠壓時而分別，構成光滑區(qū)；分別，構成光滑區(qū)； 粗糙區(qū)圖中粗糙區(qū)圖中

22、2區(qū)：區(qū)： 裂紋在長期延續(xù)反復應力作用下日益擴展使構件截面被逐漸減弱，直至裂紋在長期延續(xù)反復應力作用下日益擴展使構件截面被逐漸減弱，直至截面剩余部分缺乏以抵抗破壞時，構件會忽然斷裂。外表呈顆粒狀的粗糙區(qū)截面剩余部分缺乏以抵抗破壞時，構件會忽然斷裂。外表呈顆粒狀的粗糙區(qū)就是由撕裂作用而構成的就是由撕裂作用而構成的 。Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料疲勞破壞2.53. 鋼構造的疲勞破壞及影響要素：鋼構造的疲勞破壞及影響要素：影響鋼構件和構造疲勞強度的要素：影響鋼構件和構造疲勞強度的要素：構件外形變化構件外形變化

23、截面外形突變、截面減弱，構件外表凹凸不平等截面外形突變、截面減弱，構件外表凹凸不平等構件內部存在的剩余應力構件內部存在的剩余應力 應力集中：程度越嚴重，鋼構件越容易發(fā)生疲勞破壞，疲勞強度就越低。應力集中：程度越嚴重，鋼構件越容易發(fā)生疲勞破壞，疲勞強度就越低。 鋼構件產生應力集中的主要緣由鋼構件產生應力集中的主要緣由 ：構件在冷加工過程中的加工硬化會導致應力集中和韌性降低構件在冷加工過程中的加工硬化會導致應力集中和韌性降低 Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料疲勞破壞2.54. 鋼構造的疲勞驗算：鋼構造的疲勞驗算：

24、對于直接接受動力荷載反復作用的鋼構造構件，如吊車梁、橋梁等以及它們對于直接接受動力荷載反復作用的鋼構造構件，如吊車梁、橋梁等以及它們的銜接，當實踐應力循環(huán)次數的銜接，當實踐應力循環(huán)次數n 5104次時，才需求進展疲勞計算。次時，才需求進展疲勞計算。 鋼構件和銜接方式的分類：鋼構件和銜接方式的分類： 常見的鋼構造構件和銜接方式，按應力集中程度的大小，由低至高分為常見的鋼構造構件和銜接方式，按應力集中程度的大小，由低至高分為8個類別。第個類別。第1類為根本無應力集中影響的無銜接處的主體金屬，應力集中類為根本無應力集中影響的無銜接處的主體金屬，應力集中程度最弱。第程度最弱。第8類那么為應力集中程度最

25、嚴重的角焊縫。第類那么為應力集中程度最嚴重的角焊縫。第2至第至第7類是有不類是有不同程度應力集中的主體金屬。見附表同程度應力集中的主體金屬。見附表9-1Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料疲勞破壞2.54. 鋼構造的疲勞驗算：鋼構造的疲勞驗算：允許應力幅的計算：允許應力幅的計算：1NC2-10N 應力循環(huán)次數預期運用壽命；應力循環(huán)次數預期運用壽命； C、 參數，確定構件和銜接分類后按表參數，確定構件和銜接分類后按表2-2取值取值 參數參數C、值值 表表2-2構件和構件和連接類別連接類別12345678C19401

26、012 86110123.2610122.1810121.4710120.9610120.6510120.41101244333333Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料疲勞破壞2.54. 鋼構造的疲勞驗算：鋼構造的疲勞驗算：常幅疲勞的驗算：常幅疲勞的驗算： 永久荷載產生的應力值為不變值，不產生應力幅。應力幅只由反復作用的可永久荷載產生的應力值為不變值，不產生應力幅。應力幅只由反復作用的可變荷載產生，所以疲勞計算時，取反復作用的可變荷載規(guī)范值來計算應力幅。變荷載產生，所以疲勞計算時，取反復作用的可變荷載規(guī)范值來計

27、算應力幅。 2-11 式中，式中， 對焊接部位為應力幅：對焊接部位為應力幅： ，對非焊接部位為，對非焊接部位為 計算應力幅：計算應力幅： ，應力以拉為正，壓為負；，應力以拉為正，壓為負； minmaxminmax7 . 0常幅度疲勞的允許應力幅；先由附表常幅度疲勞的允許應力幅；先由附表9-1確定構件和銜接的確定構件和銜接的 類別，再由表類別，再由表2-2查取參數查取參數C、 ；見式；見式2-10。 普通應選取受拉區(qū)應力集中較嚴重處進展疲勞強度驗算。普通應選取受拉區(qū)應力集中較嚴重處進展疲勞強度驗算。Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結

28、構的材料鋼結構的材料疲勞破壞2.54. 鋼構造的疲勞驗算：鋼構造的疲勞驗算：變幅疲勞的驗算：變幅疲勞的驗算：e 2-12 式中，式中， 變幅疲勞的等效應力幅，按下式確定變幅疲勞的等效應力幅，按下式確定:e(1)知設計應力譜知設計應力譜:對變幅疲勞，假設能預測構造運用壽命期間各種荷載的頻率分布、應力幅程度以及對變幅疲勞，假設能預測構造運用壽命期間各種荷載的頻率分布、應力幅程度以及頻次分布總和所構成的設計應力譜，那么可將其折算為等效常幅疲勞，按下式計算：頻次分布總和所構成的設計應力譜，那么可將其折算為等效常幅疲勞，按下式計算： 1iiieNn2-13 Suzhou University of Sc

29、ience & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料疲勞破壞2.54. 鋼構造的疲勞驗算：鋼構造的疲勞驗算：變幅疲勞的驗算：變幅疲勞的驗算：(2)重級任務制吊車梁和重級、中級任務制吊車桁架的疲勞計算重級任務制吊車梁和重級、中級任務制吊車桁架的疲勞計算 :規(guī)范規(guī)定按照簡化的常幅疲勞進展計算：規(guī)范規(guī)定按照簡化的常幅疲勞進展計算： 6102f2-15 式中，式中，f 欠載效應的等效系數，見表欠載效應的等效系數，見表2-3； 循環(huán)次數循環(huán)次數n為為2106次的允許應力幅，見表次的允許應力幅，見表2-4；也可按式；也可按式 2-10計算。計算。6102Suzhou Universit

30、y of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料影響鋼材性能的主要要素2.6化學成分化學成分冶金缺陷冶金缺陷鋼材硬化鋼材硬化溫度溫度應力集中應力集中Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料影響鋼材性能的主要要素2.61. 化學成分的影響：化學成分的影響： 鋼材的根本成份為鋼材的根本成份為Fe，碳鋼中，碳鋼中Fe含量占含量占99，其他，其他C、Si、Mn等為雜質元素，等為雜質元素，S、P、N、O為冶煉過程中不易除盡的有害元素。為冶煉過程中不易除盡的有害元素。碳碳C：含：含C，使強度

31、，使強度，塑性、韌性、可焊性，塑性、韌性、可焊性，應控制在，應控制在0.22%，焊接構造，焊接構造應控制在應控制在0.20%。錳錳Mn： 錳是有益元素，它能顯著提高鋼材強度但不過多降低塑性和沖擊韌錳是有益元素，它能顯著提高鋼材強度但不過多降低塑性和沖擊韌性。錳是弱脫氧劑。但是錳可使鋼材的可焊性降低，故含量有限制。性。錳是弱脫氧劑。但是錳可使鋼材的可焊性降低，故含量有限制。硅硅Si：硅是有益元素，也是強脫氧劑。硅能使鋼材的粒度變細，控制適量時：硅是有益元素，也是強脫氧劑。硅能使鋼材的粒度變細，控制適量時可提高強度而不顯著影響塑性、韌性、冷彎性能及可焊性。硅的含量過量時那么會可提高強度而不顯著影響

32、塑性、韌性、冷彎性能及可焊性。硅的含量過量時那么會惡化可焊性及抗銹蝕性。惡化可焊性及抗銹蝕性。釩釩V、鈮、鈮Nb、鈦、鈦Ti： 釩、鈮、鈦都能使鋼材晶粒細化。我國的低釩、鈮、鈦都能使鋼材晶粒細化。我國的低合金鋼都含有這三種元素，既可提高鋼材強度，又堅持良好的塑性、韌性。合金鋼都含有這三種元素，既可提高鋼材強度，又堅持良好的塑性、韌性。 Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料影響鋼材性能的主要要素2.61. 化學成分的影響：化學成分的影響：鋁鋁Al、鉻、鉻Cr、鎳、鎳Ni 鋁是強脫氧劑，用鋁進展補充脫氧，不僅進一鋁是

33、強脫氧劑，用鋁進展補充脫氧，不僅進一步減少鋼中的有害氧化物，而且能細化晶粒。鉻和鎳是提高鋼材強度的合金元素，步減少鋼中的有害氧化物，而且能細化晶粒。鉻和鎳是提高鋼材強度的合金元素，用于用于Q390鋼和鋼和Q420鋼。鋼。 硫硫S： 硫是有害元素，當熱加工及焊接使溫度達硫是有害元素，當熱加工及焊接使溫度達8001000時，能夠出現時，能夠出現裂紋，稱為熱脆。硫還能降低鋼的沖擊韌性，同時影響疲勞性能與抗銹蝕性能。普裂紋，稱為熱脆。硫還能降低鋼的沖擊韌性，同時影響疲勞性能與抗銹蝕性能。普通不得超越通不得超越0.0450.05%。磷磷P 磷是有害元素，它在低溫下使鋼變脆，這種景象稱為冷脆，其含量應限磷

34、是有害元素，它在低溫下使鋼變脆，這種景象稱為冷脆，其含量應限制在制在0.045%以內。以內。氧氧O、氮、氮N： 氧和氮也是有害雜質，氧能使鋼熱脆，其作用比硫猛烈，氧和氮也是有害雜質，氧能使鋼熱脆，其作用比硫猛烈，氮能使鋼冷脆，與磷類似。氮能使鋼冷脆，與磷類似。碳素構造鋼和低合金高強度鋼的化學成分分別見附錄碳素構造鋼和低合金高強度鋼的化學成分分別見附錄1附表附表1-1和附表和附表1-2。 Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料影響鋼材性能的主要要素2.62. 冶金缺陷的影響：冶金缺陷的影響： 是指鋼中化學成分的不一致

35、和不均勻性。是指鋼中化學成分的不一致和不均勻性。 常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋及分層等。常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋及分層等。 是指鋼中含有的硫化物與氧化物等雜質是指鋼中含有的硫化物與氧化物等雜質 。 是澆注鋼錠時，由氧化鐵與碳作用所生成的一氧化碳氣體不能充分逸出是澆注鋼錠時，由氧化鐵與碳作用所生成的一氧化碳氣體不能充分逸出而構成的。而構成的。 這些缺陷都將影響鋼材的力學性能這些缺陷都將影響鋼材的力學性能 。偏偏析析非金屬夾雜非金屬夾雜氣氣孔孔Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料影

36、響鋼材性能的主要要素2.63. 鋼材硬化的影響：鋼材硬化的影響： 是指冷拉、冷彎、沖孔、機械剪切等冷加工使鋼材產生很大塑性變形，從是指冷拉、冷彎、沖孔、機械剪切等冷加工使鋼材產生很大塑性變形，從而提高了鋼的屈服點，同時降低了鋼的塑性和韌性。也稱為應變硬化而提高了鋼的屈服點，同時降低了鋼的塑性和韌性。也稱為應變硬化 。冷作硬化冷作硬化 是指氮和碳，隨著時間的增長逐漸從純鐵中析出，構成自在碳化物和氮化是指氮和碳，隨著時間的增長逐漸從純鐵中析出，構成自在碳化物和氮化物，對純鐵體的塑性變形起遏制造用，從而使鋼材的強度提高，塑性、韌性物，對純鐵體的塑性變形起遏制造用，從而使鋼材的強度提高，塑性、韌性下降

37、，俗稱老化下降，俗稱老化 。 時效硬化時效硬化 硬化的結果總是要降低鋼材的塑性和韌性，因此普通不利用硬化所提高的硬化的結果總是要降低鋼材的塑性和韌性，因此普通不利用硬化所提高的強度，強度， 同時要保證硬化后鋼材抗脆斷的才干。同時要保證硬化后鋼材抗脆斷的才干。Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料影響鋼材性能的主要要素2.64. 溫度的影響：溫度的影響：正溫范圍內正溫范圍內 0以上：以上： 總的趨勢是：溫度升高，鋼材強度總的趨勢是：溫度升高，鋼材強度降低，應變增大；反之，溫度降低，降低，應變增大；反之，溫度降低，鋼材

38、強度會略有添加，塑性和韌性卻鋼材強度會略有添加，塑性和韌性卻會降低而使鋼材變脆會降低而使鋼材變脆(見圖見圖2-16) 。T200時，鋼材性能沒有很大變化；時，鋼材性能沒有很大變化；T在在250 左右，鋼材的強度反而略有提左右，鋼材的強度反而略有提高，同時塑性和韌性均下降，資料有轉高，同時塑性和韌性均下降，資料有轉脆的傾向，鋼材外表氧化膜呈現藍色，脆的傾向，鋼材外表氧化膜呈現藍色，稱為藍脆景象。稱為藍脆景象。 Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料影響鋼材性能的主要要素2.64. 溫度的影響：溫度的影響：正溫范圍內正

39、溫范圍內 0以上：以上：T在在260 320時，在應力繼續(xù)不變時，在應力繼續(xù)不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形，此種景象稱為徐變景象。形，此種景象稱為徐變景象。 T在在430 540之間強度急劇下降，之間強度急劇下降，600時強度很低不能承當荷載。時強度很低不能承當荷載。 Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料影響鋼材性能的主要要素2.64. 溫度的影響：溫度的影響：正溫降到負溫時正溫降到負溫時 特別是特別是0以下：以下： 接近或到達負溫度范圍內時，鋼材強接近或到達負溫度范圍

40、內時，鋼材強度雖有提高，但其塑性和韌性降低，資度雖有提高，但其塑性和韌性降低，資料逐漸變脆，這種性質稱為低溫冷脆。料逐漸變脆，這種性質稱為低溫冷脆。 低溫冷脆低溫冷脆 由圖由圖2-17可見，隨著溫度的降低沖擊韌性值迅速下降，資料將由塑性破壞可見，隨著溫度的降低沖擊韌性值迅速下降，資料將由塑性破壞轉變?yōu)榇嘈云茐?。這一轉變是在一個溫度區(qū)間轉變?yōu)榇嘈云茐?。這一轉變是在一個溫度區(qū)間T1T2內完成的，此溫度區(qū)稱為內完成的，此溫度區(qū)稱為鋼材的脆性轉變溫度區(qū)，在此區(qū)內曲線的反彎點鋼材的脆性轉變溫度區(qū)，在此區(qū)內曲線的反彎點T0所對應的溫度稱為轉變溫度所對應的溫度稱為轉變溫度。 Suzhou Universit

41、y of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料影響鋼材性能的主要要素2.65. 應力集中的影響：應力集中的影響： 在鋼構件中經常存在著截面改動、在鋼構件中經常存在著截面改動、孔洞、槽口、凹角以及鋼材內部缺陷等孔洞、槽口、凹角以及鋼材內部缺陷等。此時，構件中的應力分布將不再堅持。此時，構件中的應力分布將不再堅持均勻，而是在某些區(qū)域產生部分頂峰應均勻，而是在某些區(qū)域產生部分頂峰應力，在另外一些區(qū)域那么應力降低，構力，在另外一些區(qū)域那么應力降低，構成所謂應力集中景象見圖成所謂應力集中景象見圖2-18 。應力集中應力集中 應力集中呵斥雙向或三向應力場的復雜應力形

42、狀，從而使鋼材塑性降低，容易應力集中呵斥雙向或三向應力場的復雜應力形狀，從而使鋼材塑性降低，容易產生脆性破壞！產生脆性破壞！在負溫或動力荷載作用下任務的構造，應力集中的不利影響將非常突出，往往在負溫或動力荷載作用下任務的構造，應力集中的不利影響將非常突出，往往是引起脆性破壞的根源，故在設計中應采取措施防止或減小應力集中。是引起脆性破壞的根源，故在設計中應采取措施防止或減小應力集中。 Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用材的種類和規(guī)格2.71. 鋼材的種類：鋼材的種類：平爐鋼：冶煉時間長，本錢較高。平爐鋼：

43、冶煉時間長，本錢較高。 沸騰鋼代號沸騰鋼代號F：脫氧較差。：脫氧較差。半鎮(zhèn)靜鋼代號半鎮(zhèn)靜鋼代號b：脫氧充分。：脫氧充分。按冶煉方法分：按冶煉方法分：轉爐鋼：消費效率高，本錢低，已成為煉鋼的主要方式。轉爐鋼：消費效率高，本錢低，已成為煉鋼的主要方式。 按脫氧方法分：按脫氧方法分：鎮(zhèn)靜鋼代號鎮(zhèn)靜鋼代號Z：脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間。：脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間。特殊鎮(zhèn)靜鋼代號特殊鎮(zhèn)靜鋼代號TZ：加強脫氧劑鋁或鈦補充脫氧的鎮(zhèn)靜鋼。：加強脫氧劑鋁或鈦補充脫氧的鎮(zhèn)靜鋼。Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用材

44、的種類和規(guī)格2.71. 鋼材的種類：鋼材的種類：軋制鋼軋制鋼(熱軋、冷軋熱軋、冷軋) 、鍛鋼、鍛鋼 、鑄鋼。、鑄鋼。按成型方法分類：按成型方法分類：鋼構造用的鋼材主要有兩種：碳素構造鋼和低合金鋼。鋼構造用的鋼材主要有兩種：碳素構造鋼和低合金鋼。構造鋼的表示方法：構造鋼的表示方法：Q Q屈服強度中屈字漢語拼音的字首屈服強度中屈字漢語拼音的字首阿拉伯字阿拉伯字表示屈服強度的大小，單位：表示屈服強度的大小，單位：2mmN表示按質量劃分的級別：表示按質量劃分的級別：A、B、C、D脫氧方法的符號脫氧方法的符號Z Z、TZTZ可省略可省略F-沸騰鋼沸騰鋼b-半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼Z-鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼TZ-特殊鎮(zhèn)靜鋼

45、特殊鎮(zhèn)靜鋼Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用材的種類和規(guī)格2.71. 鋼材的種類：鋼材的種類：1 1碳素構造鋼：碳素構造鋼：鋼號中質量分級由鋼號中質量分級由A到到D，表示質量由低到高。，表示質量由低到高。A級鋼級鋼沖擊韌性不作為要求條件，冷彎實驗只在需方要求時進展；沖擊韌性不作為要求條件，冷彎實驗只在需方要求時進展；B級鋼級鋼要求常溫要求常溫205沖擊韌性值沖擊韌性值Akv 27J、冷彎合格；、冷彎合格；C級鋼級鋼要求要求0沖擊韌性值沖擊韌性值Akv 27J、冷彎合格；、冷彎合格；D級鋼級鋼要求負溫要求

46、負溫20沖擊韌性值沖擊韌性值Akv 27J、冷彎合格；、冷彎合格；對對Q235鋼來說，鋼來說，A、B兩級的脫氧方法可以是兩級的脫氧方法可以是Z、b或或F，C級只能是級只能是Z，D級只能是級只能是TZ。 碳素構造鋼按現行規(guī)范規(guī)定的化學成分和機械性能取值，見附表碳素構造鋼按現行規(guī)范規(guī)定的化學成分和機械性能取值，見附表1-1和和附表附表1-2 。Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用材的種類和規(guī)格2.71. 鋼材的種類：鋼材的種類：2 2低合金鋼：低合金鋼：A級鋼級鋼沖擊韌性不作為要求條件，冷彎實驗只在需方要求時

47、進展；沖擊韌性不作為要求條件，冷彎實驗只在需方要求時進展；B級鋼級鋼要求常溫要求常溫205沖擊韌性值沖擊韌性值Akv 34J、冷彎合格；、冷彎合格；C級鋼級鋼要求要求0沖擊韌性值沖擊韌性值Akv 34J、冷彎合格；、冷彎合格；D級鋼級鋼要求負溫要求負溫20沖擊韌性值沖擊韌性值Akv 34J、冷彎合格；、冷彎合格； 低合金鋼是在鋼的冶煉過程中添加少量幾種合金元素低合金鋼是在鋼的冶煉過程中添加少量幾種合金元素合金元素的總量低于合金元素的總量低于5 5，使鋼的強度明顯提高，故稱，使鋼的強度明顯提高，故稱低合金高強度構造鋼。分為低合金高強度構造鋼。分為Q295Q295、Q345Q345、Q390Q39

48、0、Q420Q420、Q460Q460五種牌號五種牌號 ，中間的三種為鋼構造的常用鋼種。這三種，中間的三種為鋼構造的常用鋼種。這三種鋼都包括鋼都包括A A、B B、C C、D D、E E五種質量等級。五種質量等級。E級鋼級鋼要求負溫要求負溫40沖擊韌性值沖擊韌性值Akv 27J、冷彎合格；、冷彎合格；低合金高強度構造鋼的低合金高強度構造鋼的A、B級屬于鎮(zhèn)靜鋼級屬于鎮(zhèn)靜鋼(Z)，C、D、E級屬于特殊鎮(zhèn)靜鋼級屬于特殊鎮(zhèn)靜鋼(TZ)。Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用材的種類和規(guī)格2.71. 鋼材的種類：鋼材

49、的種類：3 3優(yōu)質碳素構造鋼優(yōu)質碳素構造鋼 ： 優(yōu)質碳素構造鋼是碳素鋼經過熱處置，如調質處置和正火處置得到綜合優(yōu)質碳素構造鋼是碳素鋼經過熱處置，如調質處置和正火處置得到綜合性能較好。它與碳素鋼的主要區(qū)別在于雜質元素少，其他缺陷也遭到嚴厲限性能較好。它與碳素鋼的主要區(qū)別在于雜質元素少，其他缺陷也遭到嚴厲限制。用于高強度螺栓的制。用于高強度螺栓的8.8級優(yōu)質碳素鋼級優(yōu)質碳素鋼45號鋼和號鋼和10.9級低合金高強度鋼級低合金高強度鋼的強度較高，塑性和韌性也比較優(yōu)越。的強度較高，塑性和韌性也比較優(yōu)越。4 4耐候鋼和耐火鋼耐候鋼和耐火鋼 ：耐候鋼：在鋼冶煉過程中，參與少量特定的合金元素耐候鋼：在鋼冶煉過

50、程中，參與少量特定的合金元素 ，使之在金屬基體外，使之在金屬基體外表上構成維護層，以提高鋼材耐大氣腐蝕性能。表上構成維護層，以提高鋼材耐大氣腐蝕性能。耐火鋼：在鋼種參與少量的貴金屬鉬、鉻、鈮等，具有較好抗高溫性能，特耐火鋼：在鋼種參與少量的貴金屬鉬、鉻、鈮等，具有較好抗高溫性能，特別是在高溫下具有較高強度。別是在高溫下具有較高強度。 Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用材的種類和規(guī)格2.72. 鋼材的選擇：鋼材的選擇： 正確選擇鋼材的目的是保證構造平安可靠、經濟合理。正確選擇鋼材的目的是保證構造平安可靠、

51、經濟合理。選用原選用原那么那么 構造的重要性構造的重要性 荷載情況荷載情況銜接方法銜接方法 鋼材厚度和構造方式鋼材厚度和構造方式構造所處的溫度和環(huán)境構造所處的溫度和環(huán)境 對于重要構造、直接接受動載的構造、處于低溫條件下的構造及焊接對于重要構造、直接接受動載的構造、處于低溫條件下的構造及焊接構造，應選用質量較高的鋼材。詳細建議見教材。構造，應選用質量較高的鋼材。詳細建議見教材。 選用建選用建議議Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用材的種類和規(guī)格2.73. 鋼材的規(guī)格：鋼材的規(guī)格：鋼構造采用的鋼材主要有鋼板、

52、型鋼、圓鋼、薄壁型鋼和焊接鋼管等，型鋼鋼構造采用的鋼材主要有鋼板、型鋼、圓鋼、薄壁型鋼和焊接鋼管等，型鋼有熱軋及冷成型兩種。有熱軋及冷成型兩種。Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用材的種類和規(guī)格2.73. 鋼材的規(guī)格：鋼材的規(guī)格：1 1鋼板：鋼板： 分厚板、薄板及扁鋼三種。分厚板、薄板及扁鋼三種。鋼鋼 板板 扁扁 鋼鋼 厚鋼板厚鋼板(厚度厚度4.560mm，寬度，寬度7003000mm) ，熱軋成型。主要用作梁、柱、實腹式框架等構件的熱軋成型。主要用作梁、柱、實腹式框架等構件的腹板和翼緣，以及桁架中的節(jié)點

53、板。腹板和翼緣，以及桁架中的節(jié)點板。 薄鋼板薄鋼板(厚度為厚度為0.354mm，寬度，寬度5001800mm)，冷軋成型。主要用于制造冷彎薄壁型鋼。冷軋成型。主要用于制造冷彎薄壁型鋼。 扁鋼扁鋼(厚度為厚度為460mm，寬度，寬度12200mm)。主。主要用于組合梁的翼緣板、各種構件的銜接板、桁架要用于組合梁的翼緣板、各種構件的銜接板、桁架節(jié)點板和零件等。節(jié)點板和零件等。 表示方法：表示方法：寬度寬度厚度厚度長度長度 ，單位：，單位：mm鋼板和扁鋼的規(guī)格見附表鋼板和扁鋼的規(guī)格見附表3-X。Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料

54、鋼結構的材料鋼構造用材的種類和規(guī)格2.73. 鋼材的規(guī)格：鋼材的規(guī)格：2 2角鋼：角鋼： 分不等邊和等邊兩種分不等邊和等邊兩種 。不等邊角鋼的表示方法為：不等邊角鋼的表示方法為：L長邊寬長邊寬短邊寬短邊寬厚度，單位：厚度，單位：mm 等邊角鋼以邊寬和厚度表示等邊角鋼以邊寬和厚度表示 ： L邊寬邊寬厚度，單位：厚度，單位：mm 角鋼的規(guī)格見附表角鋼的規(guī)格見附表3-5和附表和附表3-6。Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用材的種類和規(guī)格2.73. 鋼材的規(guī)格：鋼材的規(guī)格：3 3工字鋼：工字鋼： 熱軋成型，有普

55、通工字鋼和輕型工字鋼之分。熱軋成型，有普通工字鋼和輕型工字鋼之分。用號數表示，號數即為其截面高度的厘米數；用號數表示，號數即為其截面高度的厘米數；20號以上的工字鋼，同一號以上的工字鋼，同一號數有三種腹板厚度，分別為號數有三種腹板厚度，分別為a、b、c三類。三類。輕型工字鋼的腹板和翼緣均較普通工字鋼薄，因此在一樣分量下其截面輕型工字鋼的腹板和翼緣均較普通工字鋼薄，因此在一樣分量下其截面模量和回轉半徑均較大。模量和回轉半徑均較大。 普通工字鋼的規(guī)格見附表普通工字鋼的規(guī)格見附表3-1。Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的

56、材料鋼構造用材的種類和規(guī)格2.73. 鋼材的規(guī)格：鋼材的規(guī)格：3 3槽鋼：槽鋼： 熱軋成型，有普通槽鋼和輕型槽鋼兩種。熱軋成型，有普通槽鋼和輕型槽鋼兩種。以其截面高度的厘米數編號。以其截面高度的厘米數編號。 號碼一樣的輕型槽鋼，其翼緣較普通槽鋼寬而薄，腹板也較薄，回轉半徑號碼一樣的輕型槽鋼，其翼緣較普通槽鋼寬而薄，腹板也較薄，回轉半徑較大，分量較輕。較大，分量較輕。 普通槽鋼的規(guī)格見附表普通槽鋼的規(guī)格見附表3-4。Suzhou University of Science & Technology第第2章章 鋼結構的材料鋼結構的材料鋼構造用材的種類和規(guī)格2.73. 鋼材的規(guī)格：鋼材的規(guī)格：4 4

57、H H型鋼和剖分型鋼和剖分T T型鋼：型鋼：有熱軋成型和焊接兩種。有熱軋成型和焊接兩種。H型鋼的規(guī)格見附表型鋼的規(guī)格見附表3-2，剖分，剖分T型鋼的規(guī)格見附表型鋼的規(guī)格見附表3-3。寬翼緣寬翼緣H型鋼：代號型鋼：代號HW，翼緣寬度，翼緣寬度B與截面高度與截面高度H相等相等H型鋼分為型鋼分為：中翼緣中翼緣H型鋼：代號型鋼：代號HM，B2/3H窄翼緣窄翼緣H型鋼：代號型鋼：代號HN，B= (1/31/2)H 剖分剖分T型型鋼鋼 由對應的由對應的H型鋼沿腹板剖分而成；對應于寬翼緣、中翼緣、窄翼緣，其代型鋼沿腹板剖分而成；對應于寬翼緣、中翼緣、窄翼緣，其代號分別為號分別為TW、TM和和TN。 H型鋼和剖分型鋼和剖分T型鋼的規(guī)格標志均采用截面