鋼結(jié)構(gòu)第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料

1、1.了解鋼材的破壞形式和主要性能。2.了解影響鋼材性能的主要因素。3.了解鋼材疲勞破壞及計算方法。4.了解鋼材的種類及選用原則要求。2.1 鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求2.2 鋼材的破壞形式2.3 鋼材的主要性能2.4 各種因素對鋼材主要性能的影響2.5 復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件2.6 鋼材的疲勞2.7 鋼的種類和鋼材的規(guī)格本章目錄基本要求第2.1節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求1. 概述2. 鋼結(jié)構(gòu)對材料的基本要求了解鋼結(jié)構(gòu)對材料性能的基本要求 本節(jié)目錄基本要求2.1.1 概述 含碳量小于2的鐵碳合金稱作鋼，含碳量大于2時稱作鐵。鋼材種類繁多，性能差別很大，適用于鋼結(jié)構(gòu)只是其中一小部分。（1）較高的抗拉強度

2、 fu和屈服點 fy；（2）較好的塑性、韌性；（3）良好的工藝性能（冷、熱加工，可焊性）；（4）對環(huán)境的良好適應(yīng)性。2.1.2 鋼結(jié)構(gòu)對材料的基本要求第2.2節(jié) 鋼材的破壞形式鋼材的兩種破壞形式了解鋼材的破壞形式和特點 本節(jié)目錄基本要求2.2.1 鋼材的兩種破壞形式破壞形式特 征斷 口后 果塑性破壞構(gòu)件應(yīng)力超過屈服點，并且達(dá)到抗拉極限強度后，構(gòu)件產(chǎn)生明顯的變形并斷裂。斷裂時斷口與作用力方向呈45，呈纖維狀，色澤發(fā)暗在破壞前有很明顯的變形，并有較長的變形持續(xù)時間，便于發(fā)現(xiàn)和補救。脆性破壞在破壞前無明顯變形，平均應(yīng)力也?。ㄒ话愣夹∮谇c），沒有任何預(yù)兆。斷口平直并呈有光澤的晶粒狀。突然發(fā)生的，危

3、險性大，應(yīng)盡量避免。第2.3節(jié) 鋼材的主要性能1. 受拉、受壓及受剪時的性能2. 冷彎性能3. 沖擊韌性掌握鋼材的主要力學(xué)性能要求及含義本節(jié)目錄基本要求2.3.1 受拉、受壓及受剪時的性能1、鋼材在單向一次拉伸下的工作性能試驗條件：標(biāo)準(zhǔn)試件（GB/T228），常溫（205）下緩慢加載，一次完成。含碳量為0.1%0.3%。標(biāo)準(zhǔn)試件：Lo/d=5或10；Lo-標(biāo)距；d -直徑圖2.3.12、有明顯屈服點鋼材的-曲線OBCDAGH圖2.3.22、有明顯屈服點鋼材的-曲線圖2.3.3 可劃分為以下五個階段： (1)彈性階段(OB段)OA段材料處于純彈性，即:AB段有一定的塑性變形, 但整個OB段卸載時

4、 = 0彈性模量：E=206103N/mm2其中，A點應(yīng)力 f p稱為比例極限。(2)彈塑性階段（BC段) 該段很短，表現(xiàn)出鋼材的非彈性性質(zhì)，即卸荷留下永久的殘余變形。(3)塑性階段（CD段) 該段基本保持不變（水平),急劇增大,稱為屈服臺階。變形模量E = 0。 該段應(yīng)力最高點和最低點分別稱為上屈服點和下屈服點，下屈服點比較穩(wěn)定，設(shè)計中則以下屈服點為依據(jù)。（4）強化階段(DG段) 當(dāng)應(yīng)力達(dá)到G點時，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，至H點而斷裂。 隨荷載的增加緩慢增大,但增加較快。曲線最高點處G點的應(yīng)力 fu稱為抗拉強度或極限強度。（5）頸縮破壞階段(GH段)3、對無明顯屈服點的鋼材 高強度鋼材在拉伸過程中沒有

5、明顯的屈服臺階，塑性變形小，設(shè)計中不宜利用它的塑性。 設(shè)計時取相當(dāng)于殘余變形為0.2%時所對應(yīng)的應(yīng)力作為屈服點稱為條件屈服點或名義屈服點fy=f0.20.2%fup圖2.3.44、應(yīng)力應(yīng)變曲線的簡化設(shè)計時將鋼材簡化為理想彈塑性體鋼材在靜載作用下： 強度計算以fy為依據(jù)，fu為結(jié)構(gòu)的安全儲備。22.5%-3%fy 1 0.15%圖2.3.55、單向拉伸時鋼材的機械性能指標(biāo) （1）屈服點 fy 應(yīng)力應(yīng)變曲線開始產(chǎn)生塑性流動時對應(yīng)的應(yīng)力，它是衡量鋼材的承載能力和確定鋼材強度設(shè)計值的重要指標(biāo)。 （2）抗拉強度 fu 應(yīng)力應(yīng)變曲線最高點對應(yīng)的應(yīng)力,它是鋼材最大的抗拉強度。（3）伸長率當(dāng)lo/d=5時，用

6、5表示當(dāng)l0/d=10時，用10表示（5 10）實際工程中以伸長率代表材料斷裂前具有的塑性變形能力。鋼材的塑性是指：當(dāng)應(yīng)力超過屈服點后，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)。試件斷裂時的絕對變形值與原標(biāo)距長度的百分比，用表示。（4）斷面收縮率是指試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積縮小值與原斷面面積比值的百分比，用表示。式中： A0 試件原來的斷面面積 A1 試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積 圖2.3.6 采用短試件l0/d=3，屈服點同單向拉伸時的屈服點。6、受壓時的性能7、受剪時的性能抗剪強度可由折算應(yīng)力計算公式得到：2.3.2 冷彎性能 冷彎性能是判別鋼材塑性變形能力和冶金質(zhì)量的綜合

7、指標(biāo) 鑒定合格指標(biāo)：通過冷彎沖頭加壓，當(dāng)試件彎曲至180時，檢察試件彎曲部分的外面、里面和側(cè)面，如果沒有裂紋、斷裂或分層，即認(rèn)為試件冷彎性能合格。 圖2.3.72.3.3 沖擊韌性沖擊韌性鋼材在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。 用斷裂時吸收的總能量（彈性和非彈性能）來表示。韌性指標(biāo)用沖擊韌性值表示，沖擊韌性也叫沖擊功，用符號Wkv或Cv表示，單位為J。 沖擊韌性由沖擊韌性試驗確定。圖2.3.8圖2.3.9 沖擊韌性演示影響沖擊韌性的因素： 沖擊韌性與試件刻槽有關(guān)，常用缺口形式為夏氏V型和梅氏U型，近年來，我國沖擊試驗已用夏氏V型代替梅氏U型。 沖擊韌性還與試驗的溫度有關(guān)。根據(jù)溫度不同，我國

8、鋼材標(biāo)準(zhǔn)中將試驗分為四檔，即+20, 0，-20和-40時的沖擊韌性。 溫度越低，沖擊韌性越低。鋼材的機械性能指標(biāo)屈服點 fy伸長率 抗拉強度 fu冷彎試驗沖擊韌性 Cv小結(jié)第2.4節(jié) 各種因素對鋼材主要性能的影響1. 化學(xué)成分2. 冶金缺陷3. 鋼材硬化1.了解影響鋼材性能的主要因素本節(jié)目錄基本要求2.了解防止脆性斷裂破壞的方法 4. 溫度影響5. 應(yīng)力集中6. 荷載的影響2.4.1 化學(xué)成分 普通碳素鋼中Fe占99%，C和其他元素僅占1%，但對鋼材力學(xué)性能有著決定性的影響。 普通低合金鋼中合金元素小于5%。 (1)碳（C）：鋼材強度的主要來源，隨其含量增加，強度增加，塑性、韌性和疲勞強度降

9、低，同時惡化鋼的焊接性能和抗腐蝕性。鋼結(jié)構(gòu)用鋼中，碳含量一般控制在0.22%以下，當(dāng)其含量在0.2以下時，可焊性良好。 圖2.4.1 含碳量對-關(guān)系的影響0%TC0.3% (2)硫（S）：有害元素，熱脆性。不得超過0.05%。 (3)磷（P）：有害元素，冷脆性。抗腐蝕能力略有提高，可焊性降低。不得超過0.045%。 (4)錳（Mn）：合金元素,弱脫氧劑。與S形成MnS,熔點1600,可以消除一部分S的有害作用。 (5)硅（Si）：合金元素。強脫氧劑。 (6)釩（V）：合金元素。細(xì)化晶粒，提高強度，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)。 (7)氧（O）：有害雜質(zhì)，與S相似（熱脆）。

10、(8)氮（N）：有害雜質(zhì)，與P相似（冷脆） 。 (9)銅（Cu）：提高抗銹蝕性，提高強度，對可焊性有影響。 2.4.2 冶金缺陷常見的冶金缺陷有： 偏析：鋼中化學(xué)成分不一致和不均勻性稱為偏析。主要是硫和磷的偏析，使鋼材的塑性、韌性及可焊性變壞。 非金屬夾雜：常見的夾雜物為硫化物和氧化物。硫化物使鋼材在800 1200高溫下變脆，氧化物會降低鋼材的力學(xué)性能和工藝性能。 氣孔：澆注時由FeO與C作用所生成的CO氣體不能充分逸出而留在鋼錠內(nèi)形成的。 裂紋：鋼材中已出現(xiàn)的局部破壞 分層：指沿厚度方向形成層間并不相互脫離的分層。分層處易被銹蝕, 且分層使鋼材性能變差。2.4.3 鋼材硬化 冷作硬化在冷加

11、工或一次加載使鋼材產(chǎn)生較大的塑性變形的情況下，卸載后再重新加載，鋼材的屈服點提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象。 時效硬化隨著時間的增加，純鐵體中有一些數(shù)量極少的碳和氮的固熔物質(zhì)析出，使鋼材的屈服點和抗拉強度提高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象。 應(yīng)變時效硬化鋼材產(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)生時效硬化現(xiàn)象。圖2.4.2 硬化對鋼材性能的影響0冷作硬化時效硬化冷作硬化后的塑性區(qū)243 1fyfp冷加工及時效冷加工及時效后的塑性區(qū)fy0圖2.4.3 注意:不管哪一種硬化，都要降低鋼材的塑性和韌性，對鋼材不利。因此鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中一般不利用硬化后提高的強度，而

12、且對于直接承受動荷載的結(jié)構(gòu)還應(yīng)設(shè)法消除硬化的影響。例如，經(jīng)過剪切機剪切的鋼板，為了消除剪切邊緣的冷作硬化，可采用火焰燒烤使之“退火”或?qū)⑦吘壟偃?5mm。 2.4.4 溫度影響圖2.4.4 溫度對鋼材機械性能的影響8006004002000N/mm2Efufy20040060020406080%220210200190180170160Ex103N/mm2t(0C) 1正溫范圍 200以內(nèi)對鋼材性能無大影響，該范圍內(nèi)隨溫度升高總的趨勢是強度、彈性模量降低，塑性增大。 250左右抗拉強度略有提高，塑性降低，脆性增加藍(lán)脆現(xiàn)象，該溫度區(qū)段稱為“藍(lán)脆區(qū)”。 260320產(chǎn)生徐變現(xiàn)象。 600左右彈性模

13、量趨于零，承載能力幾乎完全喪失。 當(dāng)溫度低于常溫時，鋼材的脆性傾向隨溫度降低而增加，材料強度略有提高，但其塑性和韌性降低，該現(xiàn)象稱為低溫冷脆。2負(fù)溫范圍脆性破壞轉(zhuǎn)變過渡區(qū)段塑性破壞反彎點試驗溫度T0C沖 擊 斷 裂 功 CvT1T2T0圖2.4.5 沖擊韌性與溫度的關(guān)系曲線2.4.5 應(yīng)力集中 1.應(yīng)力集中的概念 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、厚度變化、形狀變化和內(nèi)部缺陷等，此時截面中的應(yīng)力分布不再保持均勻，而是在一些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，形成所謂應(yīng)力集中現(xiàn)象。 圖2.4.6 孔洞及槽孔處的應(yīng)力集中現(xiàn)象yzyxzxxy0011xy0011 2.應(yīng)力集中的影響 可以看出截

14、面槽口改變愈急劇，應(yīng)力集中現(xiàn)象愈厲害，其抗拉強度愈高，但塑性愈差，脆性破壞的傾向愈大。1020300.425100%(N/mm2)10測距10010100600700500400300200100圖2.4.7 應(yīng)力集中對-曲線關(guān)系的影響3.減小應(yīng)力集中現(xiàn)象的措施 由于鋼材具有良好的塑性性能，當(dāng)承受靜力荷載且在常溫下工作時，只要符合規(guī)范規(guī)定的設(shè)計要求，可以不考慮應(yīng)力集中的影響。1:2.5圖2.4.82.4.6 荷載的影響 1.加荷速度的影響 加荷速度過快，構(gòu)件來不及變形，得到的屈服點也高，且呈脆性。特別在低溫時對鋼材性能的影響要比常溫下大得多。因此，試驗時需規(guī)定加載速度。 2. 循環(huán)荷載的影響

15、鋼材在直接的連續(xù)反復(fù)的動力荷載作用下，損傷會逐漸累積，缺陷會發(fā)展成微觀裂紋，繼而發(fā)展到宏觀裂紋，截面削弱到一定程度而突然破壞（這種現(xiàn)象叫疲勞破壞）。本節(jié)討論：防止脆性斷裂的方法 (1)合理選擇鋼材 溫度冷脆轉(zhuǎn)變溫度低 厚度薄 (2)合理設(shè)計 合理的設(shè)計應(yīng)該在考慮材料的斷裂韌性水平、最低工作溫度、荷載特征、應(yīng)力集中等因素后，再選擇合理的結(jié)構(gòu)型式，尤其是合理的構(gòu)造細(xì)節(jié)十分重要。 設(shè)計時應(yīng)力求使缺陷引起的應(yīng)力集中減少到最低限度，盡量保證結(jié)構(gòu)的幾何連續(xù)性和剛度的連貫性。 (3)合理制作和安裝 冷加工栓孔 鉆、擴(kuò) 焊接合理工藝、參數(shù)，減小焊接殘余應(yīng)力，如厚鋼板，焊前預(yù)熱，焊后保溫 安裝減小裝配殘余應(yīng)力

16、(4)合理使用及維修措施避免突然荷載第2.5節(jié) 復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件1.掌握復(fù)雜應(yīng)力作用鋼材屈服條件及應(yīng)用基本要求基本假定： （1）材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強度指標(biāo)用變形時單位體積中積聚的能量來表達(dá)； （2）當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時的變形能時，鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。OZXY單元體受復(fù)雜應(yīng)力圖2.5.1單元體受主應(yīng)力圖2.5.2 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，可用按能量強度理論計算的折算應(yīng)力red和鋼材在單向應(yīng)力下的屈服點fy相比較來判斷，即1.以一般應(yīng)力分量表示2.以主應(yīng)力表示當(dāng)時鋼材處于彈性狀態(tài)，時鋼材處于塑性狀態(tài)。(2-2)(2-1) 對于薄板，厚度

17、方向的應(yīng)力很小，常可忽略不計，這時三向應(yīng)力狀態(tài)可簡化為平面應(yīng)力狀態(tài)，式（2-1）成為3.幾種特殊情況一般的梁，只存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，則：（2-4）（2-3）純剪時 = 0 ，則有（2-5）即：鋼材的剪切屈服點是單軸拉伸屈服點 fy的0.58倍。因此，規(guī)范規(guī)定：鋼材的抗剪設(shè)計強度為抗拉設(shè)計強度的0.58 倍。（2-6）第2.6節(jié) 鋼材的疲勞1. 疲勞破壞特征2. 常幅疲勞3. 變幅疲勞1.了解鋼材疲勞破壞的特征2. 掌握疲勞破壞的計算方法本節(jié)目錄基本要求2.6.1 疲勞破壞特征 1.概念 鋼材在連續(xù)反復(fù)荷載的作用，當(dāng)應(yīng)力低于抗拉強度，甚至低于屈服強度時發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞。

18、 2.疲勞破壞的機理 疲勞破壞是積累損傷的結(jié)果。 破壞過程：缺陷微觀裂紋宏觀裂紋斷裂。 3.疲勞破壞與脆性破壞比較相同點：突然斷裂，斷裂時名義應(yīng)力都低于屈服點不同點之一： 疲勞破壞 裂紋擴(kuò)展穩(wěn)定，緩慢，多次反復(fù)加載 脆性破壞 裂紋擴(kuò)展不穩(wěn)定，迅速，一次加載就可能 破壞不同點之二： 疲勞破壞 斷口分為疲勞區(qū)和瞬斷區(qū)（疲勞區(qū)記載了裂 縫擴(kuò)展和閉合的過程，顏色發(fā)暗，表面有較 清楚的疲好紋理，呈沙灘狀或波紋狀。瞬斷 區(qū)真實反映了當(dāng)構(gòu)件截面因裂縫擴(kuò)展削弱到 一臨界尺寸時脆性斷裂的待點，瞬斷區(qū)晶粒 粗亮。） 脆性破壞 閃光的晶粒狀4. 影響疲勞破壞的主要因素 構(gòu)造細(xì)節(jié)應(yīng)力集中程度和殘余應(yīng)力大小 荷載循環(huán)次

19、數(shù)5104次，驗算疲勞 荷載引起的循環(huán)應(yīng)力特征 應(yīng)力幅（焊接結(jié)構(gòu)） 應(yīng)力比（非焊接結(jié)構(gòu)）注意：與鋼材的靜力強度和最大應(yīng)力無明顯關(guān)系 不出現(xiàn)拉應(yīng)力，不會發(fā)生疲勞破壞5.幾個概念 循環(huán)荷載結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受的隨時間變化的荷載。應(yīng)力循環(huán)構(gòu)件截面應(yīng)力隨時間的變化。 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞時所經(jīng)歷的應(yīng)力變 化次數(shù)。應(yīng)力比循環(huán)應(yīng)力中絕對值最小的峰值應(yīng)力min與絕對值最大的峰值應(yīng)力max之比。= min /max(拉應(yīng)力取正號而壓應(yīng)力取負(fù)號) 應(yīng)力幅在循環(huán)荷載作用下，應(yīng)力從最大到最小重復(fù)一次為一次循環(huán)，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之差為應(yīng)力幅: =max-min為常量常幅循環(huán)：為變量變幅循環(huán)： 此處max為最大拉應(yīng)力

20、，取正值，min為最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力。（拉應(yīng)力取正號而壓應(yīng)力取負(fù)號）+-t圖2.6.1 循環(huán)應(yīng)力譜圖2.6.2 完全對稱循環(huán)r=fyt=min/max = -1minmax+-0圖2.6.3 脈沖循環(huán)r=fyt=min/max =0+-0 循環(huán)應(yīng)力譜+-圖2.6.5 不完全對稱循環(huán)二r=fyt0=min/max -1minmax0圖2.6.4 不完全對稱循環(huán)一r=fyt0=min/max -1minmax+-02.6.2 常幅疲勞當(dāng)應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅保持常量時，稱為常幅疲勞。 對焊接結(jié)構(gòu)：r=fyt=min/max=-1minmax+-0圖2.6.6圖2.6.7 可以看出，由于焊接殘余應(yīng)力焊縫

21、附近主體金屬的最大應(yīng)力已達(dá) fy，因此，有應(yīng)力增大時保持 fy不變應(yīng)力減小時從名義應(yīng)力比真實應(yīng)力比 應(yīng)力幅對焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強度有很大影響，而與名義最大應(yīng)力max和應(yīng)力比無關(guān)。 可見，只要為常數(shù)，不管名義為何值，真實也為常數(shù)，因此：1.容許應(yīng)力幅 根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可以繪出構(gòu)件或連接的應(yīng)力幅與相應(yīng)的致?lián)p循環(huán)次數(shù)N的關(guān)系曲線，按試驗數(shù)據(jù)回歸的-N曲線為平均曲線(圖a)，取對數(shù)坐標(biāo)(圖b)。圖2.6.8 -N曲線(a)0N2S2S(b)0N=5104N=5X106.b1 考慮試驗數(shù)據(jù)的離散性,取平均值減去2倍lgN的標(biāo)準(zhǔn)差s作為疲勞強度下限，當(dāng)lg為正態(tài)分布時,保證率為97.7%。 則對應(yīng)疲勞壽命n的容許

22、應(yīng)力幅可由直線斜截式方程求出：（y=kx+b） 取系數(shù)：lgC是延長直線與橫坐標(biāo)的交點是直線的斜率此時的即為容許應(yīng)力幅：式中：系數(shù)、C為不同構(gòu)件和連接類別的試驗參數(shù)，稱疲勞特征參數(shù)。2. 常幅疲勞驗算式中：計算部位的應(yīng)力幅 對于焊接結(jié)構(gòu): =max-min 對于非焊接結(jié)構(gòu)：=max-0.7min(折算應(yīng)力幅）max、min 計算部位每次應(yīng)力循環(huán)中的最大拉應(yīng)力和 最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力（壓應(yīng)力取負(fù)值）。常幅疲勞的容許應(yīng)力幅3. 驗算公式的幾點補充說明 （1）計算時用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。 （2）由于來源于試驗，已考慮動力效應(yīng)，計算時不再考慮動力系數(shù)。 （3）公式同樣適用剪應(yīng)力情況驗算。 （4）針對不同構(gòu)造和

23、受力特點的鋼結(jié)構(gòu)和連接（應(yīng)力集中和殘余應(yīng)力分布程度不同）,GB50017-2003把各種不同的構(gòu)造劃分為8個類別，給出了8個類別的C、值。參數(shù)和的取值333333440.410.650.961.472.183.268611940 101287654321構(gòu)件和連接類別圖2.6.9 疲勞容許應(yīng)力幅與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n的關(guān)系曲線1234567840030020010080601052345678910621065106107n/（N/mm2） 編號越大，其應(yīng)力集中、殘余應(yīng)力情況越嚴(yán)重，其C值越小，容許應(yīng)力幅越小。 （5）鋼材種類不同，靜力強度差別較大，而公式中 無差別。 試驗表明：對目前常用的構(gòu)件和連

24、接，疲勞強度一般與所用鋼材的屈服強度無關(guān)。 所以，不能通過提高鋼材屈服強度來提高抗疲勞能力。 （6）對非焊接結(jié)構(gòu)，殘余應(yīng)力影響較小，疲勞壽命主要與最大應(yīng)力、應(yīng)力比有關(guān)，但為統(tǒng)一采用一種驗算公式，引入了折算應(yīng)力幅概念。 （7）完全壓應(yīng)力狀態(tài)不驗算疲勞。 規(guī)范規(guī)定：在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力部位可不計算疲勞。2.6.3 變幅疲勞 當(dāng)應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅隨機變化時為變幅疲勞。i-121it圖2.6.10 變幅荷載循環(huán) 對于受隨機荷載作用的變幅疲勞計算，通常近似按線性疲勞累積損傷原則將變化的應(yīng)力幅折算成等效常應(yīng)力幅e，然后令式中：ni以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)表示的結(jié)構(gòu)預(yù)期使用壽命； ni預(yù)期使用壽命內(nèi)應(yīng)力幅水平達(dá)到

25、i的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 常幅疲勞的容許應(yīng)力幅對于吊車梁，按下式計算其疲勞強度：欠載效應(yīng)系數(shù)。重級工作制硬鉤吊車1.0； 重級工作制軟鉤吊車0.8；中級工作制吊車0.5。 循環(huán)次數(shù) N=2106 的容許應(yīng)力幅。式中：第2.7節(jié) 鋼材的種類和規(guī)格1. 鋼材的種類2. 鋼材的選擇3. 鋼材的規(guī)格1.了解鋼材的種類、命名和選擇本節(jié)目錄基本要求2.了解鋼材的主要規(guī)格2.7.1 鋼材的種類 按用途鋼可分為：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊鋼。 按冶煉方法，鋼可分為轉(zhuǎn)爐、平爐和電爐。 按照脫氧方法和程度的不同，可分為沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。 按化學(xué)成分，鋼又可分為碳素鋼和低合金鋼。 1.碳素結(jié)構(gòu)鋼 命名方式:

26、由四部分組成，依次是屈服點的字母Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號和脫氧方法符號，如Q235-AF。 說明：（1）質(zhì)量等級符號A、B、C、D是根據(jù)鋼材的化學(xué)成分和沖擊韌性不同共化分為4個等級。 Q235-質(zhì)量等級（A、B、C、D） 脫氧方法（F、Z、b、Tz） A 保證fu、fy、，P、S含量 B 保證fu,fy,冷彎，常溫時Cv，P，S，C含量； C 保證 fu,fy,冷彎，0oC時Cv，P，S，C含量; D 保證fu,fy,冷彎，-20oC時Cv，P，S，C含量; （2）脫氧方法符號也有四種，F(xiàn)代表沸騰鋼，b代表半鎮(zhèn)靜鋼，Z代表鎮(zhèn)靜鋼，TZ代表特種鎮(zhèn)靜鋼，在具體標(biāo)注時Z和TZ可以省略。 （3）規(guī)

27、范GB50017將Q235牌號的鋼材選為承重結(jié)構(gòu)用鋼。其化學(xué)成分和脫氧方法、拉伸和沖擊試驗以及冷彎試驗結(jié)果均應(yīng)符合規(guī)范GB/T700-2006的要求。2.低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼是在鋼的冶煉過程中適量添加幾種合金元素（合金元素總量不超過5%）,使鋼的強度明顯提高。 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號命名與碳素結(jié)構(gòu)鋼相似,只是質(zhì)量等級分為A、B、C、D、E五等（其中E主要是要求-40 的沖擊韌性）,低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼采用的脫氧方法均為鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼,故可不加脫氧方法的符號。 根據(jù)鋼材厚度（直徑）16mm時的屈服點不同，分為Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等，其中Q345、

28、Q390和Q420鋼材都有較高的強度和較好的塑性、韌性和焊接性能，是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范推薦采用的鋼種。2.7.2 鋼材的選擇 1.選擇鋼材的一般原則 （1）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性 （2）荷載情況 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)定鋼。 （5）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。2.鋼材選擇的注意事項 （1）承重結(jié)構(gòu)的鋼材

29、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和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼GB/T1591的規(guī)定。 （2）承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有抗拉強度、伸長率、屈服強度和硫、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