第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料

1、第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) Foundation of Steel Structure第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2.1 2.1 鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求（1 1） 較高的強(qiáng)度較高的強(qiáng)度（2 2） 足夠的變形能力足夠的變形能力良好塑性和韌性良好塑性和韌性（3 3） 良好的加

2、工性能良好的加工性能適應(yīng)冷、熱加工，可焊性好適應(yīng)冷、熱加工，可焊性好（4 4） 對(duì)環(huán)境的良好適應(yīng)性對(duì)環(huán)境的良好適應(yīng)性耐腐蝕、耐火、耐疲勞耐腐蝕、耐火、耐疲勞 鋼結(jié)構(gòu)的材料關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論，同時(shí)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)的材料關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論，同時(shí)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的制造、安裝、使用、造價(jià)、安全等均有直接聯(lián)系。本章簡(jiǎn)的制造、安裝、使用、造價(jià)、安全等均有直接聯(lián)系。本章簡(jiǎn)要介紹鋼材的生產(chǎn)過程和組織構(gòu)成，重點(diǎn)介紹鋼材的主要性要介紹鋼材的生產(chǎn)過程和組織構(gòu)成，重點(diǎn)介紹鋼材的主要性能以及各種因素對(duì)鋼材性能的影響；鋼材的種類、規(guī)格及選能以及各種因素對(duì)鋼材性能的影響；鋼材的種類、規(guī)格及選擇原則。擇原則。2.1 2.1 鋼

3、結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2.2 2.2 鋼材的生產(chǎn)鋼材的生產(chǎn)鋼材的生產(chǎn)大致分為鋼材的生產(chǎn)大致分為冶煉冶煉、澆注澆注、軋制軋制和和（熱處理）（熱處理）四道工序。四道工序。電爐鋼電爐鋼是利用電熱原理，在電弧爐內(nèi)冶煉。（質(zhì)量好，但耗電是利用電熱原理，

4、在電弧爐內(nèi)冶煉。（質(zhì)量好，但耗電量大，成本高，一般只用來冶煉特種用途的鋼材。）量大，成本高，一般只用來冶煉特種用途的鋼材。） 煉鋼爐有三種形式：煉鋼爐有三種形式：轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐、平爐平爐和和電爐電爐。轉(zhuǎn)爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼是利用高壓空氣或氧氣使?fàn)t內(nèi)生鐵熔液的碳和其它雜物是利用高壓空氣或氧氣使?fàn)t內(nèi)生鐵熔液的碳和其它雜物氧化，在高溫下使鐵液變?yōu)殇撘貉趸?，在高溫下使鐵液變?yōu)殇撘?。（生產(chǎn)周期短，效率高，質(zhì)量好，成。（生產(chǎn)周期短，效率高，質(zhì)量好，成本低，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外發(fā)展最快的煉鋼方法。）本低，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外發(fā)展最快的煉鋼方法。）平爐鋼平爐鋼是利用煤氣和其它燃料供應(yīng)熱能，把廢鋼、生鐵熔液或是利用煤氣和其它燃料供應(yīng)熱能，

5、把廢鋼、生鐵熔液或鑄鐵塊和不同的合金元素等冶煉成各種用途的鋼。（生產(chǎn)周期長(zhǎng)，效率鑄鐵塊和不同的合金元素等冶煉成各種用途的鋼。（生產(chǎn)周期長(zhǎng)，效率低，成本高，現(xiàn)已逐步被轉(zhuǎn)爐鋼所取代。）低，成本高，現(xiàn)已逐步被轉(zhuǎn)爐鋼所取代。） （1 1）煉）煉 鋼鋼第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure煉鋼 轉(zhuǎn)爐第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure

6、 澆注是指把熔煉好的鋼液做成鋼錠或鋼坯。澆注是指把熔煉好的鋼液做成鋼錠或鋼坯。 用用連續(xù)鑄造法連續(xù)鑄造法生產(chǎn)鋼坯的工藝和設(shè)備，由于機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)鋼坯的工藝和設(shè)備，由于機(jī)械化、自動(dòng)化程度高的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)逐漸取代了笨重而復(fù)雜的程度高的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)逐漸取代了笨重而復(fù)雜的鑄錠鑄錠工藝和設(shè)備。工藝和設(shè)備。 鋼液中殘留的氧，將使鋼材晶粒粗細(xì)不均勻并發(fā)生熱脆，降鋼液中殘留的氧，將使鋼材晶粒粗細(xì)不均勻并發(fā)生熱脆，降低鋼材的力學(xué)性能。低鋼材的力學(xué)性能。 按照鋼液在煉鋼爐中進(jìn)行脫氧的方法和程度不同，碳素結(jié)構(gòu)鋼按照鋼液在煉鋼爐中進(jìn)行脫氧的方法和程度不同，碳素結(jié)構(gòu)鋼可分為可分為沸騰鋼沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)

7、靜鋼和和特殊鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼。 （2 2） 澆澆 注注（3 3）脫）脫 氧氧第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure（4 4）加工（）加工（熱加工熱加工、冷加工冷加工和和熱處理熱處理 ） 熱處理熱處理 指通過加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼材的組指通過加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼材的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的加工工藝。（退火、織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的加工工藝。（退火、正火、淬火和回火）

8、正火、淬火和回火） 熱加工熱加工 指將鋼坯加熱至塑性狀態(tài)，依靠外力改變其形狀，指將鋼坯加熱至塑性狀態(tài)，依靠外力改變其形狀，生產(chǎn)出各種厚度的鋼板和型鋼。（熱加工的開軋和鍛生產(chǎn)出各種厚度的鋼板和型鋼。（熱加工的開軋和鍛壓溫度控制在壓溫度控制在1150-1300 1150-1300 ） 冷加工冷加工 指在常溫下對(duì)鋼材進(jìn)行加工。（指在常溫下對(duì)鋼材進(jìn)行加工。（冷作硬化現(xiàn)象冷作硬化現(xiàn)象） 第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Str

9、ucture第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2.3 2.3 鋼材的主要性能鋼材的主要性能p 鋼材的破壞形式鋼材的破壞形式p 單向拉伸時(shí)的工作性能單向拉伸時(shí)的工作性能p 鋼材的其它性能鋼材的其它性能p 在復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的性能在復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的性能第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2.3.1 2.3.1 單向拉伸時(shí)的工作性能單向拉伸時(shí)的工作性能 （1 1）試驗(yàn)條件）試驗(yàn)條件 （a a）試件的尺寸要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，表面光滑，沒有孔

10、洞、刻槽）試件的尺寸要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，表面光滑，沒有孔洞、刻槽等缺陷。試件的標(biāo)定長(zhǎng)度取其直徑的等缺陷。試件的標(biāo)定長(zhǎng)度取其直徑的5 5或或1010倍。倍。（b b）荷載要分級(jí)逐次增加，直到試件破壞。）荷載要分級(jí)逐次增加，直到試件破壞。（c c）試驗(yàn)溫度要控制在室溫）試驗(yàn)溫度要控制在室溫2020左右。左右。 第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure （2 2）鋼材的應(yīng)力）鋼材的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系 A. A. 有屈服點(diǎn)鋼材有屈服點(diǎn)鋼材s-es-e曲線可以分為四個(gè)階段：曲線可以分為四個(gè)階段： ( (a) )彈性階段彈性階

11、段( (OE段段) )單調(diào)拉伸應(yīng)力單調(diào)拉伸應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線OAOA段段：純彈性階段：純彈性階段s s=E=Ee eA A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力：點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力： s sp p（比例極限）（比例極限）AEAE段段：應(yīng)力和應(yīng)變呈非：應(yīng)力和應(yīng)變呈非線性，線性， 但整個(gè)但整個(gè)OEOE段卸段卸載后變形消失載后變形消失, , e e=0=0E E點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力：點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力：s se （彈性極限彈性極限）00.150.12.5ffffAECF22/%BDuyep第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure(b)(b)彈塑性階段：彈塑性階段

12、：ECEC段段 與與不呈比例，除彈性不呈比例，除彈性變形外還有塑性變形，變形外還有塑性變形，fyfy稱稱為屈服強(qiáng)度，又叫屈服點(diǎn)為屈服強(qiáng)度，又叫屈服點(diǎn)（yield pointyield point，材料力學(xué)，材料力學(xué)中用中用s s表示）。表示）。00.150.12.5ffffAECF22/%BDuyep第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure（c）屈服階段屈服階段（CF)塑性變形塑性變形：卸載后試件：卸載后試件不能完全恢復(fù)原來的長(zhǎng)不能完全恢復(fù)原來的長(zhǎng)度。不能恢復(fù)的這一部度。不能恢復(fù)的這一部分變形稱為塑性變形。分變形稱為塑

13、性變形。 屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)fy（屈服強(qiáng)度）（屈服強(qiáng)度）：屈服階段曲線波動(dòng)部分屈服階段曲線波動(dòng)部分的最低值。的最低值。 流幅流幅：從屈服階段的開：從屈服階段的開始到曲線再度上升的應(yīng)始到曲線再度上升的應(yīng)變幅度稱為流幅。變幅度稱為流幅。 特點(diǎn)特點(diǎn)：應(yīng)力：應(yīng)力- -應(yīng)變曲線呈鋸齒形波動(dòng)，出現(xiàn)應(yīng)力不增加而應(yīng)變?nèi)匀辉诶^續(xù)發(fā)展。應(yīng)變曲線呈鋸齒形波動(dòng)，出現(xiàn)應(yīng)力不增加而應(yīng)變?nèi)匀辉诶^續(xù)發(fā)展。00.150.12.5ffffAECF22/%BDuyep第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure（d d）強(qiáng)化階段）強(qiáng)化階段(FB(FB段段) )鋼材內(nèi)

14、部晶粒重新排列，恢復(fù)承載能力，隨荷載的增加鋼材內(nèi)部晶粒重新排列，恢復(fù)承載能力，隨荷載的增加緩慢增緩慢增大大, ,但但增加較快，最終應(yīng)力達(dá)到最高點(diǎn)增加較快，最終應(yīng)力達(dá)到最高點(diǎn)B B抗拉強(qiáng)度（極限強(qiáng)抗拉強(qiáng)度（極限強(qiáng)度）度）fu 試件所能承受的最大拉應(yīng)力試件所能承受的最大拉應(yīng)力（e e）頸縮階段）頸縮階段(BD(BD段段) )截面出現(xiàn)了橫向收縮，截面出現(xiàn)了橫向收縮，截面面積開始顯著縮截面面積開始顯著縮小，塑性變形迅速增小，塑性變形迅速增大，應(yīng)力不斷降低，大，應(yīng)力不斷降低，變形卻延續(xù)發(fā)展，直變形卻延續(xù)發(fā)展，直至至D D點(diǎn)試件斷裂。點(diǎn)試件斷裂。 00.150.12.5ffffAECF22/%BDuyep

15、第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel StructureB.B.對(duì)無明顯屈服點(diǎn)的鋼材對(duì)無明顯屈服點(diǎn)的鋼材 設(shè)計(jì)時(shí)以卸載后試件中殘余應(yīng)變?yōu)樵O(shè)計(jì)時(shí)以卸載后試件中殘余應(yīng)變?yōu)?.20.2所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力 作為屈服點(diǎn)作為屈服點(diǎn)“條件屈服點(diǎn)條件屈服點(diǎn)”或或“名義屈服點(diǎn)名義屈服點(diǎn)”sefy=f0.20.2%fup 無屈服點(diǎn)鋼材的應(yīng)力無屈服點(diǎn)鋼材的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線沒有明顯屈服點(diǎn)的沒有明顯屈服點(diǎn)的鋼鋼材在拉伸過程中沒有材在拉伸過程中沒有屈服階段，塑性變形屈服階段，塑性變形小，破壞突然。小，破壞突然。 第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)

16、的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure(3)(3)單向拉伸時(shí)鋼材的機(jī)械性能指標(biāo)單向拉伸時(shí)鋼材的機(jī)械性能指標(biāo) 屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)fy應(yīng)力應(yīng)變曲線開始產(chǎn)生塑性流動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力（取屈應(yīng)力應(yīng)變曲線開始產(chǎn)生塑性流動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力（取屈服階段波動(dòng)部分的應(yīng)力最低值），它是衡量鋼材的承載能力和確服階段波動(dòng)部分的應(yīng)力最低值），它是衡量鋼材的承載能力和確定鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的重要指標(biāo)。（定鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的重要指標(biāo)。（作為作為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以達(dá)到的最可以達(dá)到的最大應(yīng)力）大應(yīng)力） 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度f fu u應(yīng)力應(yīng)變曲線最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，它是鋼材破應(yīng)力應(yīng)變曲線最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，

17、它是鋼材破壞前所能承受的最大應(yīng)力。壞前所能承受的最大應(yīng)力。（強(qiáng)度的安全儲(chǔ)備）（強(qiáng)度的安全儲(chǔ)備） 鋼材的塑性鋼材的塑性當(dāng)應(yīng)力超過屈服點(diǎn)后，鋼材能產(chǎn)生顯著的殘余變當(dāng)應(yīng)力超過屈服點(diǎn)后，鋼材能產(chǎn)生顯著的殘余變形（塑性變形）而不立即斷裂的性質(zhì)形（塑性變形）而不立即斷裂的性質(zhì)。塑性好壞可用。塑性好壞可用斷面收縮率斷面收縮率 和伸長(zhǎng)率和伸長(zhǎng)率 表示，通過靜力拉伸試驗(yàn)得到。表示，通過靜力拉伸試驗(yàn)得到。 第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structurea) 伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率試件試件斷裂前斷裂前的永久變形與原標(biāo)定長(zhǎng)度的百比。的永久變形與原標(biāo)定長(zhǎng)度的百

18、比。LodNNNLdN%100001-llll0 原標(biāo)距長(zhǎng)原標(biāo)距長(zhǎng)l1 拉斷后標(biāo)距長(zhǎng)度拉斷后標(biāo)距長(zhǎng)度d0 試件直徑試件直徑試件有兩種標(biāo)距：試件有兩種標(biāo)距：l0/ d0=5 和和 l0/ d0=10 相應(yīng)的伸長(zhǎng)率用相應(yīng)的伸長(zhǎng)率用5和和10表示。伸長(zhǎng)率表示。伸長(zhǎng)率實(shí)際工程中以伸長(zhǎng)率實(shí)際工程中以伸長(zhǎng)率 代表材料斷裂前具有的塑性變形能力。代表材料斷裂前具有的塑性變形能力。第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structureb) ) 斷面收縮率斷面收縮率 是指試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積縮是指試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積縮小值與原斷面面積比

19、值的百分比。小值與原斷面面積比值的百分比。 %100110-AAA式中：式中： A0 試件原來的斷面面積試件原來的斷面面積 A1 試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積 斷面收縮率斷面收縮率 越大，鋼材的塑性越好。由于在測(cè)量試件的斷面面積時(shí)容易越大，鋼材的塑性越好。由于在測(cè)量試件的斷面面積時(shí)容易產(chǎn)生較大的誤差，因而鋼材塑性指標(biāo)仍然采用伸長(zhǎng)率作為保證要求。產(chǎn)生較大的誤差，因而鋼材塑性指標(biāo)仍然采用伸長(zhǎng)率作為保證要求。A0A1第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure(4) (4) 應(yīng)力應(yīng)變曲線的簡(jiǎn)化應(yīng)力應(yīng)變曲線

20、的簡(jiǎn)化曲線簡(jiǎn)化的依據(jù)：曲線簡(jiǎn)化的依據(jù)：1 1）鋼材在屈服點(diǎn)之前的性質(zhì)）鋼材在屈服點(diǎn)之前的性質(zhì)接近理想的彈性體。接近理想的彈性體。2 2）屈服點(diǎn)之后的流幅現(xiàn)象又）屈服點(diǎn)之后的流幅現(xiàn)象又接近理想的塑性體，并且流幅接近理想的塑性體，并且流幅的范圍（的范圍（e e0.150.15-2.5-2.5）已足夠用來考慮結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的已足夠用來考慮結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的塑性變形的發(fā)展。塑性變形的發(fā)展。2.5% fy 00.15% 簡(jiǎn)化的應(yīng)力應(yīng)變曲線簡(jiǎn)化的應(yīng)力應(yīng)變曲線鋼材是符合理想中的彈性鋼材是符合理想中的彈性- -塑性材料塑性材料 第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Ste

21、el Structure2.3.2 2.3.2 在復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件在復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件第四能量強(qiáng)度理論第四能量強(qiáng)度理論 材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強(qiáng)度指標(biāo)用變形時(shí)材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強(qiáng)度指標(biāo)用變形時(shí)單位體積中積聚的能量來表達(dá)單位體積中積聚的能量來表達(dá)推導(dǎo)推導(dǎo) 當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時(shí)的變形能時(shí)，當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時(shí)的變形能時(shí)，鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。osxszsyyzyxxyxzzyzxZXY單元體受復(fù)雜應(yīng)力單元體受復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的分量狀態(tài)下的分量s1s1s2s2s3s3單元體受單元體受主應(yīng)力主應(yīng)力鋼材單元體上的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)鋼材單

22、元體上的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure 在三向應(yīng)力作用下，鋼材由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)的條件，在三向應(yīng)力作用下，鋼材由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)的條件，可以用折算應(yīng)力和鋼材在單向應(yīng)力時(shí)的屈服點(diǎn)相比較來判斷?？梢杂谜鬯銘?yīng)力和鋼材在單向應(yīng)力時(shí)的屈服點(diǎn)相比較來判斷。2222223zxyzxyxzzyyxzyxzsssssssssss-（2.3.1）用主應(yīng)力用主應(yīng)力 、 、 表示時(shí)，有表示時(shí)，有: :1s2s3s)(133221232221ssssssssss-Sz（2.3.2）)()()(212132322

23、21sssssss-zS或或當(dāng)當(dāng)時(shí)鋼材處于彈性階段，時(shí)鋼材處于彈性階段，時(shí)鋼材處于塑性階段。時(shí)鋼材處于塑性階段。yzsfsyzsfs第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure 當(dāng)鋼材厚度較薄時(shí)，厚度方向的應(yīng)力很小，?？珊雎圆挥?jì)，這當(dāng)鋼材厚度較薄時(shí)，厚度方向的應(yīng)力很小，?？珊雎圆挥?jì)，這時(shí)三向應(yīng)力狀態(tài)可以簡(jiǎn)化為平面應(yīng)力狀態(tài)時(shí)三向應(yīng)力狀態(tài)可以簡(jiǎn)化為平面應(yīng)力狀態(tài)： 2223xyyxyxzssssss-（2.3.3）一般梁中只存在正應(yīng)力一般梁中只存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力和剪應(yīng)力，則上式可寫為：，則上式可寫為：223sszs（2.3.4）

24、純剪時(shí)純剪時(shí)=0 =0 則有：則有：yzsfs332（2.3.5）yyff58. 031 即鋼材的剪切屈服點(diǎn)是拉伸屈即鋼材的剪切屈服點(diǎn)是拉伸屈服點(diǎn)服點(diǎn)f fy y的的0.58 0.58 倍倍第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure不同受力狀態(tài)對(duì)鋼材性能的影響不同受力狀態(tài)對(duì)鋼材性能的影響（a a）單向拉伸單向拉伸（b b）雙向拉伸雙向拉伸（c c）雙向異號(hào)應(yīng)力雙向異號(hào)應(yīng)力分析結(jié)果：分析結(jié)果： （1 1）相對(duì)于單向拉伸而言，鋼材在在）相對(duì)于單向拉伸而言，鋼材在在雙向拉力作用下屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度提高，雙向拉力作用下屈服點(diǎn)和抗拉

25、強(qiáng)度提高，但是塑性下降。但是塑性下降。 雙向應(yīng)力作用下對(duì)雙向應(yīng)力作用下對(duì)鋼材材性能的影響鋼材材性能的影響0yfbyfcyf(a)(b)(c)（3 3）主應(yīng)力異號(hào)時(shí)，易屈服，破壞呈）主應(yīng)力異號(hào)時(shí)，易屈服，破壞呈塑性，差別越大越明顯。塑性，差別越大越明顯。 （2 2）主應(yīng)力同號(hào)時(shí)，不易屈服，塑性）主應(yīng)力同號(hào)時(shí)，不易屈服，塑性下降，越接近越明顯。下降，越接近越明顯。2.3 2.3 鋼材的其它性能鋼材的其它性能第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2.3.3 2.3.3 鋼材的其它性能鋼材的其它性能 冷彎性能是判別鋼材塑性變

26、形冷彎性能是判別鋼材塑性變形能力和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。能力和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。1.1.冷彎性能冷彎性能鋼材在冷加工（常溫下加工）鋼材在冷加工（常溫下加工）產(chǎn)生塑性變形時(shí)，對(duì)發(fā)生裂縫產(chǎn)生塑性變形時(shí)，對(duì)發(fā)生裂縫的抵抗能力。的抵抗能力。 鑒別指標(biāo)鑒別指標(biāo)：當(dāng)試件彎曲至：當(dāng)試件彎曲至180180時(shí)，時(shí)，試件表面和側(cè)面，無裂紋、斷裂試件表面和側(cè)面，無裂紋、斷裂或分層，即認(rèn)為試件冷彎性能合或分層，即認(rèn)為試件冷彎性能合格。格。 第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2.2.沖擊韌性沖擊韌性韌性韌性 反映鋼材抵抗沖擊荷載、動(dòng)力荷載

27、的反映鋼材抵抗沖擊荷載、動(dòng)力荷載的能力，是鋼材在變形和斷裂中吸收能量的度能力，是鋼材在變形和斷裂中吸收能量的度量。衡量韌性指標(biāo)用量。衡量韌性指標(biāo)用沖擊韌性沖擊韌性值表示，也叫值表示，也叫沖擊功，用符號(hào)沖擊功，用符號(hào)A Akvkv表示，單位為表示，單位為J J。 沖擊韌性試驗(yàn)沖擊韌性試驗(yàn) 一般采用試件長(zhǎng)一般采用試件長(zhǎng)55mm55mm，截，截面面101010mm10mm2 2，中間一小槽。在擺錘式?jīng)_，中間一小槽。在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，沖斷試件后，讀出擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，沖斷試件后，讀出擺錘消耗的功。擺錘消耗的功。 沖擊韌性試驗(yàn)沖擊韌性試驗(yàn)沖擊韌性還與試驗(yàn)的溫度有關(guān)。我國(guó)鋼材標(biāo)準(zhǔn)沖擊韌性還與

28、試驗(yàn)的溫度有關(guān)。我國(guó)鋼材標(biāo)準(zhǔn)中將試驗(yàn)分為四檔，即中將試驗(yàn)分為四檔，即+20, 0+20, 0，-20-20和和- -4040時(shí)的沖擊韌性。溫度越低，沖擊韌性越低。時(shí)的沖擊韌性。溫度越低，沖擊韌性越低。第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure3.3.可焊性可焊性金屬是否能適應(yīng)焊接加工而形成完整的、具備一定使用性能的焊接接金屬是否能適應(yīng)焊接加工而形成完整的、具備一定使用性能的焊接接頭的特性。頭的特性。包括兩個(gè)方面包括兩個(gè)方面：一是金屬在經(jīng)受焊接加工時(shí)對(duì)缺陷的敏感性；：一是金屬在經(jīng)受焊接加工時(shí)對(duì)缺陷的敏感性； 二是焊接接頭在

29、一定的使用條件下可靠運(yùn)行的能力二是焊接接頭在一定的使用條件下可靠運(yùn)行的能力。 影響鋼材可焊性的因素影響鋼材可焊性的因素 鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響。碳含量在。碳含量在0.12%0.12%0.20%0.20%范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好（如范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好（如Q235BQ235B）。對(duì)于高強(qiáng)度低合金鋼中，低合）。對(duì)于高強(qiáng)度低合金鋼中，低合金元素大多對(duì)可焊性有不利影響，我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)金元素大多對(duì)可焊性有不利影響，我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ81-2002JGJ81-2002建筑鋼結(jié)構(gòu)建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程焊接技術(shù)規(guī)程推薦使用碳當(dāng)量來衡量低合金鋼的可

30、焊性。當(dāng)碳當(dāng)量小于推薦使用碳當(dāng)量來衡量低合金鋼的可焊性。當(dāng)碳當(dāng)量小于0.38%0.38%，鋼材的可焊性好，鋼材的可焊性好( (如如Q235.Q345)Q235.Q345)，可不采取措施直接施焊。，可不采取措施直接施焊。 15ui5or6nECNVMCMCC（2.4.1）第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure鋼材的機(jī)械性能指標(biāo)鋼材的機(jī)械性能指標(biāo)1、屈服點(diǎn)、屈服點(diǎn) fy2、抗拉強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度 fu3、伸長(zhǎng)率、伸長(zhǎng)率 4、斷面收縮率斷面收縮率 5、冷彎性能、冷彎性能6、沖擊韌性、沖擊韌性 Akv 7 、可焊性、可焊性小小

31、結(jié)結(jié)2.3 2.3 鋼材的其它性能鋼材的其它性能第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2.3.4 2.3.4 鋼材的破壞形式鋼材的破壞形式特特 征征斷斷 口口后后 果果 塑性破壞塑性破壞（延性破壞）（延性破壞）構(gòu)件應(yīng)力超過屈構(gòu)件應(yīng)力超過屈服點(diǎn)，并且達(dá)到服點(diǎn)，并且達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度后，抗拉極限強(qiáng)度后，構(gòu)件產(chǎn)生明顯的構(gòu)件產(chǎn)生明顯的變形并斷裂。變形并斷裂。常為杯形，呈纖常為杯形，呈纖維狀，色澤發(fā)暗。維狀，色澤發(fā)暗。在破壞前有很明在破壞前有很明顯的變形，并有顯的變形，并有較長(zhǎng)的變形持續(xù)較長(zhǎng)的變形持續(xù)時(shí)間，便于發(fā)現(xiàn)時(shí)間，便于發(fā)現(xiàn)

32、和補(bǔ)救。和補(bǔ)救。 脆性破壞脆性破壞在破壞前無明顯在破壞前無明顯變形，平均應(yīng)力變形，平均應(yīng)力也?。ㄒ话愣夹∫残。ㄒ话愣夹∮谇c(diǎn)），沒于屈服點(diǎn)），沒有任何預(yù)兆。有任何預(yù)兆。平直和呈有光澤平直和呈有光澤的晶粒。的晶粒。突然發(fā)生的，危突然發(fā)生的，危險(xiǎn)性大，應(yīng)盡量險(xiǎn)性大，應(yīng)盡量避免。避免。第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2.4. 2.4. 各種因素對(duì)鋼材的影響各種因素對(duì)鋼材的影響u 化學(xué)成份的影響化學(xué)成份的影響u 冶金缺陷的影響冶金缺陷的影響u 鋼材硬化的影響鋼材硬化的影響u 應(yīng)力集中的影響應(yīng)力集中的影響 u 溫度的影

33、響溫度的影響u 荷載類型的影響荷載類型的影響第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2.4.1 2.4.1 化學(xué)成份的影響化學(xué)成份的影響鋼材的化學(xué)成分直接影響鋼的組織構(gòu)造，從而影響鋼材的力學(xué)性能。鋼材的化學(xué)成分直接影響鋼的組織構(gòu)造，從而影響鋼材的力學(xué)性能。純鐵純鐵FeFe碳碳C C變脆（強(qiáng)度變脆（強(qiáng)度，塑性、韌性、可焊性，抗腐蝕性塑性、韌性、可焊性，抗腐蝕性）其它主要元素其它主要元素硫硫S S熱脆熱脆、韌性、疲勞強(qiáng)度、抗銹蝕性、可焊性、韌性、疲勞強(qiáng)度、抗銹蝕性、可焊性磷（磷（P P）強(qiáng)度、抗銹蝕能力強(qiáng)度、抗銹蝕能力塑性

34、、韌性、冷彎性能、可焊性塑性、韌性、冷彎性能、可焊性，冷脆，低溫工作性能差。冷脆，低溫工作性能差。氧氧O O 影響同硫影響同硫氮（氮（N N）影響同磷）影響同磷硅硅SiSi 適量適量強(qiáng)度強(qiáng)度，塑性、韌性、冷彎性能、可焊性變化不大，塑性、韌性、冷彎性能、可焊性變化不大錳錳MnMn強(qiáng)度強(qiáng)度消除熱脆，改善冷脆，塑性韌性降低不顯著消除熱脆，改善冷脆，塑性韌性降低不顯著釩釩(V)(V)、鈦、鈦(Ti)(Ti)、鈮、鈮(Nb) (Nb) 等等適量適量強(qiáng)度、韌性強(qiáng)度、韌性、塑性良好塑性良好鋼鋼有有益益元元素素有有害害元元素素第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of

35、 Steel Structure鐵（鐵（FeFe）是鋼材的基本元素，普通碳素鋼中占）是鋼材的基本元素，普通碳素鋼中占99%99%，此外還，此外還有碳（有碳（C C）、硅（）、硅（SiSi）、錳（）、錳（MnMn）等有益元素，及硫（）等有益元素，及硫（S S）、）、磷（磷（P P）、氧（）、氧（O O）、氮（）、氮（N N）等有害元素，這些總含量不大，）等有害元素，這些總含量不大，約約1%1%，但對(duì)鋼材力學(xué)性能卻有很大影響。低合金鋼中有，但對(duì)鋼材力學(xué)性能卻有很大影響。低合金鋼中有5%5%的合金元素，如銅的合金元素，如銅(Cu)(Cu)、釩、釩(V)(V)、鈦、鈦(Ti)(Ti)、鈮、鈮(Nb)(

36、Nb)、鉻、鉻(Cr)(Cr)等。等。 碳（碳（C C）：形成鋼材強(qiáng)度的主要成分，隨其含量增加，強(qiáng)形成鋼材強(qiáng)度的主要成分，隨其含量增加，強(qiáng)度增加，塑性和韌性降低，可焊性和抗腐蝕性降低。度增加，塑性和韌性降低，可焊性和抗腐蝕性降低。 碳素鋼按碳含量區(qū)分，小于碳素鋼按碳含量區(qū)分，小于0.250.25的為低碳鋼，介于的為低碳鋼，介于0.250.25和和0.60.6之間的為中碳鋼，大于之間的為中碳鋼，大于0.60.6的為高碳鋼。的為高碳鋼。鋼結(jié)構(gòu)用鋼中，碳含量一般控制在鋼結(jié)構(gòu)用鋼中，碳含量一般控制在0.22%0.22%以下，當(dāng)其含量以下，當(dāng)其含量在在0.20.2以下時(shí)，可焊性良好。以下時(shí)，可焊性良好。

37、 第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel StructureFe3CFe鋼鋼鐵素體鐵素體 亞共析鋼亞共析鋼過共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼共析鋼白白 口口 鑄鑄 鐵鐵二次滲碳體二次滲碳體工工業(yè)業(yè)純純鐵鐵珠光體珠光體萊氏體萊氏體一次滲碳體一次滲碳體Fe3C鋼鋼 鐵鐵分分 類類組織組組織組成物相成物相對(duì)量對(duì)量%相組成相組成物相對(duì)物相對(duì)量量%含碳量含碳量%0 0.02180.772.114.36.6910010000三次滲碳體三次滲碳體l.隨隨C C含量增加含量增加, ,逐

38、漸降低。逐漸降低。鑄鑄造造焊縫組織焊縫組織模鍛模鍛切削加工的基本形式切削加工的基本形式車車刨刨鉆鉆銑銑磨磨第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure碳（碳（C C）：形成鋼材強(qiáng)度的主要成分，隨其含量增加，強(qiáng)形成鋼材強(qiáng)度的主要成分，隨其含量增加，強(qiáng)度增加，塑性和韌性降低，可焊性和抗腐蝕性降低。度增加，塑性和韌性降低，可焊性和抗腐蝕性降低。 碳素鋼按碳含量區(qū)分，小于碳素鋼按碳含量區(qū)分，小于0.250.25的為低碳鋼，介于的為低碳鋼，介于0.250.25和和0.60.6之間的為中碳鋼，大于之間的為中碳鋼，大于0.60.6的為高

39、碳鋼。的為高碳鋼。鋼結(jié)構(gòu)用鋼中，碳含量一般控制在鋼結(jié)構(gòu)用鋼中，碳含量一般控制在0.22%0.22%以下，當(dāng)其含量以下，當(dāng)其含量在在0.20.2以下時(shí)，可焊性良好。以下時(shí)，可焊性良好。 2. 2. 硫（硫（S S）：鋼材中的有害元素，具有熱脆性（溫度達(dá)到鋼材中的有害元素，具有熱脆性（溫度達(dá)到800-1000800-1000時(shí)，硫化鐵會(huì)熔化使鋼材變脆，從而引發(fā)熱裂時(shí)，硫化鐵會(huì)熔化使鋼材變脆，從而引發(fā)熱裂紋）。規(guī)范規(guī)定結(jié)構(gòu)用鋼中硫的含量不得超過紋）。規(guī)范規(guī)定結(jié)構(gòu)用鋼中硫的含量不得超過0.05%0.05%。3. 3. 氧（氧（O O）：有害雜質(zhì)，與：有害雜質(zhì)，與S S相似。相似。 第第2 2章章 鋼結(jié)

40、構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure4.4.磷（磷（P P）：磷在一定程度上可提高鋼的強(qiáng)度和抗銹蝕的能力。鋼磷在一定程度上可提高鋼的強(qiáng)度和抗銹蝕的能力。鋼材中的有害元素，具有冷脆性（溫度較低時(shí)促使鋼材變脆）。因此，材中的有害元素，具有冷脆性（溫度較低時(shí)促使鋼材變脆）。因此，磷的含量也要嚴(yán)格控制，規(guī)范中規(guī)定不得超過磷的含量也要嚴(yán)格控制，規(guī)范中規(guī)定不得超過0.045%0.045%。5.5.氮（氮（N N）：有害雜質(zhì)，：有害雜質(zhì)，與與P P相似相似。6.6.錳（錳（MnMn）：有益元素。在普通碳素鋼中，是一種弱脫氧劑，可提有益元素。在普通碳

41、素鋼中，是一種弱脫氧劑，可提高鋼材強(qiáng)度，與高鋼材強(qiáng)度，與S S形成形成MnSMnS，熔點(diǎn)，熔點(diǎn)16001600，可以消除硫?qū)︿摬牡臒岽啵梢韵驅(qū)︿摬牡臒岽嘤绊?。影響?7.7.硅（硅（SiSi）：有益元素。在普通碳素鋼中，是一種強(qiáng)脫氧劑，常與有益元素。在普通碳素鋼中，是一種強(qiáng)脫氧劑，常與錳共同除氧，生成鎮(zhèn)靜鋼。錳共同除氧，生成鎮(zhèn)靜鋼。 8.8.釩（釩（V V）：合金元素。細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，其碳化物具有高溫：合金元素。細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，其碳化物具有高溫穩(wěn)定性，適用于受荷較大的焊接結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定性，適用于受荷較大的焊接結(jié)構(gòu)。9.9.銅（銅（CuCu）：提高抗銹蝕性，提高強(qiáng)度，對(duì)可焊性有影響。：

42、提高抗銹蝕性，提高強(qiáng)度，對(duì)可焊性有影響。第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2.4.2 2.4.2 冶金缺陷的影響冶金缺陷的影響 1.1.偏析偏析 金屬結(jié)晶后化學(xué)成分分布不均勻的現(xiàn)象。主要金屬結(jié)晶后化學(xué)成分分布不均勻的現(xiàn)象。主要是硫、磷偏析，其后果是偏析區(qū)鋼材的塑性、韌性、可焊是硫、磷偏析，其后果是偏析區(qū)鋼材的塑性、韌性、可焊性變壞。性變壞。3.3.裂紋裂紋 鋼材中存在的微觀裂紋。鋼材中存在的微觀裂紋。 2.2.非金屬夾雜非金屬夾雜 指鋼材中的非金屬化合物，如硫化物、指鋼材中的非金屬化合物，如硫化物、氧化物，他們使

43、鋼材性能變脆。氧化物，他們使鋼材性能變脆。4.4.氣孔氣孔 澆鑄時(shí)由澆鑄時(shí)由FeOFeO和和C C作用所生成的作用所生成的COCO氣體不能充分逸氣體不能充分逸出而滯留在鋼錠那形成的微小空洞。出而滯留在鋼錠那形成的微小空洞。5.5.分層分層 澆鑄時(shí)的非金屬夾雜在軋制后可能造成鋼材的分層。澆鑄時(shí)的非金屬夾雜在軋制后可能造成鋼材的分層。第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2.4.3 2.4.3 鋼材的硬化鋼材的硬化冷作硬化冷作硬化在冷加工或一次加載使鋼材產(chǎn)生較大的塑性變形的情況下，在冷加工或一次加載使鋼材產(chǎn)生較大的塑性變

44、形的情況下，卸載后再重新加載，卸載后再重新加載，鋼材的屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象鋼材的屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象 。時(shí)效硬化時(shí)效硬化隨著時(shí)間的增加，純鐵體中有一些數(shù)量極少的碳和氮的固熔隨著時(shí)間的增加，純鐵體中有一些數(shù)量極少的碳和氮的固熔物質(zhì)析出，物質(zhì)析出，使鋼材的屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度提高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象使鋼材的屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度提高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象 。 在交變荷載、重復(fù)荷載和溫度變化等情況下，會(huì)加速時(shí)效硬化的發(fā)展。在交變荷載、重復(fù)荷載和溫度變化等情況下，會(huì)加速時(shí)效硬化的發(fā)展。 應(yīng)變時(shí)效硬化應(yīng)變時(shí)效硬化鋼材產(chǎn)生一定數(shù)量的塑性變形后，鐵素體晶體中的鋼材產(chǎn)生一定數(shù)量的塑性變形后，鐵

45、素體晶體中的固溶碳和氮更容易析出，從而使已經(jīng)冷作硬化的鋼材又發(fā)生時(shí)效硬固溶碳和氮更容易析出，從而使已經(jīng)冷作硬化的鋼材又發(fā)生時(shí)效硬化現(xiàn)象。化現(xiàn)象。在高溫作用下會(huì)快速發(fā)展在高溫作用下會(huì)快速發(fā)展（人工時(shí)效）（人工時(shí)效） 第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2.4.4 2.4.4 應(yīng)力集中的影響應(yīng)力集中的影響 在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中不可避免的存在著孔洞、槽口、凹角、裂縫、厚度變?cè)阡摻Y(jié)構(gòu)構(gòu)件中不可避免的存在著孔洞、槽口、凹角、裂縫、厚度變化、形狀變化和內(nèi)部缺陷等，引起截面中的應(yīng)力分布不均勻，出現(xiàn)局部高化、形狀變化和內(nèi)部缺陷等，引起截

46、面中的應(yīng)力分布不均勻，出現(xiàn)局部高峰應(yīng)力的現(xiàn)象。峰應(yīng)力的現(xiàn)象。應(yīng)力集中應(yīng)力集中現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 應(yīng)力集中現(xiàn)象應(yīng)力集中現(xiàn)象l 有應(yīng)力集中的鋼材，有應(yīng)力集中的鋼材，材性變脆材性變脆。l 應(yīng)力集中處常產(chǎn)生三向的同號(hào)拉應(yīng)力，易使鋼材開裂時(shí)也沒有明顯的塑性變形。應(yīng)力集中處常產(chǎn)生三向的同號(hào)拉應(yīng)力，易使鋼材開裂時(shí)也沒有明顯的塑性變形。第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure不同槽口試件靜力拉伸試驗(yàn)的應(yīng)力不同槽口試件靜力拉伸試驗(yàn)的應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 應(yīng)力集中對(duì)應(yīng)力集中對(duì)-曲線關(guān)系的影響曲線關(guān)系的影響 可以看出截面槽可以看出截面槽口改變愈急

47、劇，應(yīng)口改變愈急劇，應(yīng)力集中現(xiàn)象愈厲害，力集中現(xiàn)象愈厲害，其抗拉強(qiáng)度愈高，其抗拉強(qiáng)度愈高，但塑性愈差，破壞但塑性愈差，破壞的脆性傾向愈大。的脆性傾向愈大。1020300.425100%(N/mm2)10測(cè)距10010100600700500400300200100第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2.4.5 2.4.5 荷載類型的影響荷載類型的影響荷載可分為靜力和動(dòng)力兩大類荷載可分為靜力和動(dòng)力兩大類1.1.加荷速度的影響加荷速度的影響 這是加載過程中出現(xiàn)的問題。加荷速度過快，構(gòu)件來不及變這是加載過程中出現(xiàn)的問題。

48、加荷速度過快，構(gòu)件來不及變形，得到的屈服點(diǎn)也高，且呈脆性。特別在低溫時(shí)對(duì)鋼材性能的形，得到的屈服點(diǎn)也高，且呈脆性。特別在低溫時(shí)對(duì)鋼材性能的影響要比常溫下大得多。影響要比常溫下大得多。 因此，試驗(yàn)時(shí)需規(guī)定加載速度；靜力加載試驗(yàn)一般應(yīng)加載因此，試驗(yàn)時(shí)需規(guī)定加載速度；靜力加載試驗(yàn)一般應(yīng)加載5 5分分鐘后再讀數(shù)據(jù)。鐘后再讀數(shù)據(jù)。2.2.循環(huán)荷載的影響循環(huán)荷載的影響 鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會(huì)逐漸累積損傷，產(chǎn)生裂紋及鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會(huì)逐漸累積損傷，產(chǎn)生裂紋及裂紋逐漸擴(kuò)展，直到最后破壞裂紋逐漸擴(kuò)展，直到最后破壞（疲勞破壞）（疲勞破壞）。第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter

49、2 Material of Steel Structure2.4.6 2.4.6 溫度的影響溫度的影響正溫范圍：正溫范圍：T T升高升高（1 1）溫度在）溫度在150150以內(nèi)，鋼材材以內(nèi)，鋼材材質(zhì)變化很小，鋼結(jié)構(gòu)可用于溫度質(zhì)變化很小，鋼結(jié)構(gòu)可用于溫度不高于不高于150150的場(chǎng)合。的場(chǎng)合。（2 2）溫度在）溫度在250250左右的區(qū)間內(nèi)，左右的區(qū)間內(nèi)，fu 有局部性提高，沖擊韌性降低，有局部性提高，沖擊韌性降低，出現(xiàn)出現(xiàn)藍(lán)脆現(xiàn)象。藍(lán)脆現(xiàn)象。（3 3）當(dāng)溫度達(dá)到）當(dāng)溫度達(dá)到600600時(shí)，鋼材時(shí)，鋼材進(jìn)入熱塑性狀態(tài)，強(qiáng)度下降嚴(yán)重，進(jìn)入熱塑性狀態(tài)，強(qiáng)度下降嚴(yán)重，將喪失承載能力。將喪失承載能力。

50、溫度對(duì)鋼材力學(xué)性能的影響溫度對(duì)鋼材力學(xué)性能的影響)/(2mmNs(%)fufyE第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure沖擊韌性和溫度關(guān)系示意圖沖擊韌性和溫度關(guān)系示意圖脆性破壞脆性破壞兩種破兩種破壞均有壞均有塑性破壞塑性破壞轉(zhuǎn)變溫轉(zhuǎn)變溫度區(qū)度區(qū)沖擊斷裂功沖擊斷裂功試驗(yàn)溫度試驗(yàn)溫度T1T0T2（1 1）沖擊功曲線的反彎點(diǎn)）沖擊功曲線的反彎點(diǎn)T T0 0稱為稱為臨界溫度臨界溫度。界限溫度。界限溫度T T1 1和和T T2 2分別為分別為脆性轉(zhuǎn)變溫度脆性轉(zhuǎn)變溫度和全和全塑性轉(zhuǎn)變溫度塑性轉(zhuǎn)變溫度。（2 2）鋼材由塑性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

51、）鋼材由塑性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈云茐氖窃跍囟葏^(qū)間脆性破壞是在溫度區(qū)間T T1 1 T T2 2內(nèi)完成的，此溫度區(qū)間稱為內(nèi)完成的，此溫度區(qū)間稱為鋼材的鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)。（3 3）在脆性轉(zhuǎn)變溫度以下，鋼材表現(xiàn)為）在脆性轉(zhuǎn)變溫度以下，鋼材表現(xiàn)為完全的脆性破壞；而在全塑性轉(zhuǎn)變溫度以完全的脆性破壞；而在全塑性轉(zhuǎn)變溫度以上，鋼材則表現(xiàn)為完全的塑性破壞。上，鋼材則表現(xiàn)為完全的塑性破壞。（4 4）不同牌號(hào)和等級(jí)的鋼材具有不同的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)和轉(zhuǎn)變溫度，均應(yīng)通過試驗(yàn)來確定。）不同牌號(hào)和等級(jí)的鋼材具有不同的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)和轉(zhuǎn)變溫度，均應(yīng)通過試驗(yàn)來確定。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了防止脆性破壞，選用鋼材時(shí)應(yīng)使其工作溫度

52、大于在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了防止脆性破壞，選用鋼材時(shí)應(yīng)使其工作溫度大于T T1 1, ,接近接近T T0 0。負(fù)溫范圍：負(fù)溫范圍：T T下降，下降，隨著溫度的降低，鋼材的強(qiáng)度提高，而塑性和韌性降低，逐隨著溫度的降低，鋼材的強(qiáng)度提高，而塑性和韌性降低，逐漸變脆，稱為鋼材的漸變脆，稱為鋼材的低溫冷脆低溫冷脆。鋼材的沖擊韌性對(duì)溫度的降低十分敏感。鋼材的沖擊韌性對(duì)溫度的降低十分敏感。 第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2.5 2.5 鋼材的種類、規(guī)格和選用鋼材的種類、規(guī)格和選用2.5.1 2.5.1 鋼的種類鋼的種類中碳鋼中

53、碳鋼( (C%C%=0.25%=0.25%0.6% )0.6% )按含按含C C量分量分高碳鋼高碳鋼( (C%C%0.6% )0.6% )普通鋼（普通鋼（S S0.050%0.050%，P P0.045%0.045%）優(yōu)質(zhì)鋼（優(yōu)質(zhì)鋼（SS0.035%0.035%，PP0.035%0.035%）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（SS0.020%0.020%，P P0.030%0.030%）按冶金質(zhì)量按冶金質(zhì)量低碳鋼（低碳鋼（C%C%0.25%0.25%）第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure按用途分按用途分結(jié)構(gòu)鋼（工程構(gòu)件、機(jī)器

54、零件）結(jié)構(gòu)鋼（工程構(gòu)件、機(jī)器零件）工具鋼（刃具、量具、模具）工具鋼（刃具、量具、模具）特殊鋼（耐熱、耐磨、耐蝕鋼）特殊鋼（耐熱、耐磨、耐蝕鋼）按脫氧方法分按脫氧方法分沸騰鋼（沸騰鋼（F F）鎮(zhèn)靜鋼（鎮(zhèn)靜鋼（Z Z）半鎮(zhèn)靜鋼（半鎮(zhèn)靜鋼（b b）特殊鎮(zhèn)靜鋼（特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZTZ）第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure鋼的種類鋼的種類1 1、碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q195Q195Q275 Q275 分分5 5級(jí)級(jí)2 2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 2020、4545、50Mn50Mn3 3、碳素工具鋼、碳素工具鋼 T

55、8T8、T10AT10A4 4、鑄造碳鋼、鑄造碳鋼 ZG230-450ZG230-450 牌號(hào)牌號(hào): Q 235A F 質(zhì)量等級(jí)質(zhì)量等級(jí)235 MPa屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度脫氧方法脫氧方法碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼1、質(zhì)量等級(jí)：質(zhì)量等級(jí)：A、B、C、D 提高提高; S0.05%、P300MPa，較，較小的缺口敏感性和冷脆傾向，耐大氣、海水腐蝕。小的缺口敏感性和冷脆傾向，耐大氣、海水腐蝕。2）對(duì)工藝性的要求：對(duì)工藝性的要求：好的冷變形性及焊接性。好的冷變形性及焊接性。2、成分、成分高強(qiáng)度低合金鋼高強(qiáng)度低合金鋼(HSLA, high strength Low alloy stee1)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼 (C

56、0.2%) + 合金元素合金元素(2%3%）主加元素主加元素: Mn1.8%，固溶強(qiáng)化，固溶強(qiáng)化;輔加元素輔加元素: Nb、 V、Ti，析出強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化；，析出強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化； Cr 、 Au 、 P增加抗大氣腐蝕性；增加抗大氣腐蝕性； Re增加耐磨性增加耐磨性3、普通低合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)、普通低合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)Q300：12Mn、09MnNbQ350：16Mn、12MnPReQ400：16MnNb、10MnPNbReQ450：14MnVTiRe、15MnVNNb細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒NbC析出強(qiáng)化析出強(qiáng)化稀土元素稀土元素Re增加耐磨性增加耐磨性P增加抗大氣腐蝕性增加抗大氣腐蝕性稀土元素稀土元素Re增加

57、耐磨性增加耐磨性P增加抗大氣腐蝕性增加抗大氣腐蝕性16Mn16Mn是二十世紀(jì)三十年代發(fā)展起來的世界上第一種低合金高強(qiáng)度鋼是二十世紀(jì)三十年代發(fā)展起來的世界上第一種低合金高強(qiáng)度鋼它是目前我國(guó)用量最多，產(chǎn)量最大的一種高強(qiáng)度低合金鋼它是目前我國(guó)用量最多，產(chǎn)量最大的一種高強(qiáng)度低合金鋼Q350鋼的鋼的16Mn合金鋼綜合性能好，代替合金鋼綜合性能好，代替Q235碳碳素鋼，可節(jié)約鋼材素鋼，可節(jié)約鋼材20%30%。50年代年代武漢長(zhǎng)江大橋武漢長(zhǎng)江大橋: Q235,128m；60年代南京長(zhǎng)江大橋年代南京長(zhǎng)江大橋:Q350的的16Mn, 160m; 90年代九江長(zhǎng)江大橋年代九江長(zhǎng)江大橋:Q420的的16MnNb,

58、216m;南京長(zhǎng)江大橋南京長(zhǎng)江大橋 Q460EZ235 4、應(yīng)用、應(yīng)用取代普碳鋼制造各種結(jié)構(gòu)件。因強(qiáng)度高，減小取代普碳鋼制造各種結(jié)構(gòu)件。因強(qiáng)度高，減小構(gòu)件截面，節(jié)約鋼材。構(gòu)件截面，節(jié)約鋼材。 5、熱處理特點(diǎn)、熱處理特點(diǎn)工程構(gòu)件用鋼一般以熱軋態(tài)或正火態(tài)供用，一工程構(gòu)件用鋼一般以熱軋態(tài)或正火態(tài)供用，一般不進(jìn)行專門熱處理（大型型材）。般不進(jìn)行專門熱處理（大型型材）。牌號(hào)牌號(hào): Q 350 C 質(zhì)量等級(jí)質(zhì)量等級(jí)345 MPa屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度Q300、Q350、Q400、Q450、Q500、Q650工程構(gòu)件用鋼工程構(gòu)件用鋼機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼合金結(jié)構(gòu)鋼表示方法合金結(jié)構(gòu)鋼表示方法20 Mn2 Ti A

59、等級(jí)等級(jí): :高級(jí)優(yōu)質(zhì)高級(jí)優(yōu)質(zhì)含鈦量含鈦量W WTiTi1.5%1.5%含錳量含錳量W WMnMn 2%2%含碳量含碳量W WC C 20%20%0000萬萬分分合金工具鋼合金工具鋼9 Mn2 V含錳量含錳量W WMnMn 2%2%1 1位數(shù)，含碳量位數(shù)，含碳量W WC C 0.9%0.9%千分千分大于大于1%1%時(shí)不標(biāo)注時(shí)不標(biāo)注第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2.5.2 2.5.2 鋼材的規(guī)格鋼材的規(guī)格（1 1）熱軋鋼板）熱軋鋼板a) a) 分為分為厚鋼板、薄鋼板厚鋼板、薄鋼板和和扁鋼。扁鋼。b) b) 表示

60、方法：在符號(hào)表示方法：在符號(hào)“- -”后加后加“寬度寬度厚度厚度長(zhǎng)度長(zhǎng)度” c) c) 供應(yīng)規(guī)格供應(yīng)規(guī)格 （單位：（單位：mmmm） 厚度厚度 寬度寬度 長(zhǎng)度長(zhǎng)度 厚鋼板厚鋼板4.5-60600-30004000-12000薄鋼板薄鋼板0.35-4500-1500400-5000扁鋼扁鋼4.5-6012-2003000-9000熱軋鋼板、鋼帶熱軋鋼板、鋼帶熱軋型鋼（焊接）熱軋型鋼（焊接）冷彎薄壁型鋼冷彎薄壁型鋼冷軋鋼板、鋼帶冷軋鋼板、鋼帶2.6 2.6 建筑用鋼種類、規(guī)格和選用建筑用鋼種類、規(guī)格和選用第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Stee