2015第2章鋼結(jié)構(gòu)與鋼橋材

第二章鋼結(jié)構(gòu)與鋼橋的材第第一第二材的主要力學第三材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的工作性能第四節(jié)影響鋼材性能的因素第五材的第六材的種類、牌號和選用第七節(jié)鋼橋的主要材料 第一一、鋼結(jié)構(gòu)對材料的要較高的抗拉強度fu和屈服點 第一二、鋼材兩種破壞疲勞破壞 第二章鋼結(jié)構(gòu)與鋼橋的材第一第第二材的主要力學第三節(jié)鋼材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的工作性第四響鋼材性能的因素第五節(jié)鋼材的疲勞第六材的種類、牌號和選用第七節(jié)鋼橋的主要材料 第二節(jié)鋼材的主要力學性（a）（1）試（a）（1）試驗條，表面光滑，沒有孔洞、刻等缺等缺陷。試件的標定長度取其直徑的5或10倍（b）荷（c）試驗溫度要控制在室溫20 d標準標準試第一（2）鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)有屈服點鋼材(a性階段(OBOA段：純彈A點對應(yīng)的應(yīng)力 p(比例極限 uAB段：有一定的塑 y OB段卸載時 單調(diào)拉伸應(yīng)力-應(yīng)變單調(diào)拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲e（彈性極限

6第二節(jié)鋼材的主要力學性（b）屈服階段-塑性變形：卸載后分變形稱為塑性

u

BpA pO

單調(diào)拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲單調(diào)拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲 y第二節(jié)鋼材的主要力學性強化階段(DE隨荷載的增加σ緩慢增大,但ε增加較抗拉強度（極限強度 試件所能承受的最大拉應(yīng)頸縮階段(EF

A 大，應(yīng)力不斷降低

u ypOyp

8第二節(jié)鋼材的主要力學性對無明顯屈服點的鋼設(shè)計時以卸載后試件中殘余應(yīng)變?yōu)?.2％所對應(yīng)的應(yīng)力作為屈——“條件屈服點”或“名義屈服點

第二節(jié)鋼材的主要力學性二、單向拉伸時鋼材的機械性能指y抗拉強度fu應(yīng)力應(yīng)變曲線最高點對應(yīng)的應(yīng)力，它 鋼 鋼材的主要力學性斷裂前的永久變形與原標定長度的百分比伸長率δ試 ll0 dLl0—原標距 l—拉斷后標距長dd0—試件直d d0=5和l0/d0=10相應(yīng)的伸長率用δ5實實際工程中以伸長率代表材料斷 第二節(jié)鋼材的主要力學性 A0A1A0——試件原來的斷——第二節(jié)鋼材的主要力學性三、應(yīng)力—應(yīng)變曲線的簡曲線簡化的依據(jù)

簡化的應(yīng)力－應(yīng)鋼材是符合理想簡化的應(yīng)力－應(yīng) 第二節(jié)鋼材的主要力學性冷彎冷彎性能是判別鋼材塑性能力和冶金質(zhì)量的綜合指冷彎性能是判別鋼材塑性能力和冶金質(zhì)量的綜合指 第二節(jié)鋼材的主要力學性韌性鋼材在塑性變形和斷裂過程沖擊韌性試沖擊韌性試驗一般采用試件長55mm，截面10×10mm2，中間一小槽。在擺錘式?jīng)_擊試驗機上進行試驗，沖斷試件后，讀出沖擊韌性試 第二節(jié)鋼材的主要力學性沖擊試驗試件的缺口鑰孔型和梅氏U型，我 規(guī)定：沖擊試驗缺口采用夏氏V型檔，即+200℃，-沖擊試驗試件的缺口 第二節(jié)鋼材的主要力學性可焊好的可焊性是指焊接安全、可靠、不發(fā)生焊接裂縫，焊接接頭和焊縫的沖擊韌性以及熱影響區(qū)的塑性和力學性能都不低于母材。 第二節(jié)鋼材的主要力學性鋼鋼材的機械性能指標1、屈服點2、抗拉強度3、塑性(伸長率斷面收縮4、冷彎性5、沖擊第二章鋼結(jié)構(gòu)與鋼橋的材第一第三節(jié)鋼材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下第三節(jié)鋼材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的工作性第四響鋼材性能的因素第五節(jié)鋼材的疲勞第六節(jié)鋼材的種類、牌號第七的主要材 第三材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服強鋼材在單向應(yīng)力作用下，當應(yīng)力達到屈服點時鋼材屈服而進 第三材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服強形能當復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等 xo

112 2Y1 X單元體受復(fù)雜應(yīng)X（應(yīng)力分量

單元體受主應(yīng)鋼材單元鋼材單元體上的復(fù)雜應(yīng)力第三節(jié)鋼材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服強 22

2

用主應(yīng)力1 3表示時，有z 212223 ) y1212)2)2)2122331

當zsfzsf

時鋼材處于塑性階第三材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服強當鋼材厚度較薄時，厚度方向的應(yīng)力很小，?？珊雎圆粫r三向應(yīng)力狀態(tài)可以簡化為平面應(yīng)力狀 22 xy y一般梁中只存在正應(yīng)力σ和剪應(yīng)力τ 2 22

zs33

y即鋼材的剪切屈服點是拉即鋼材的剪切屈服點是拉伸點fy的0.58第三材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服強不同受力狀態(tài)對鋼材材性的影—單向拉—雙向拉—雙向異號應(yīng)f分析結(jié)果 ffc1相對于單向拉伸而言，鋼材在鋼f材在雙向拉力作用下屈服點和抗拉fc強度提高，但是塑性下降。2主應(yīng)力同號時，不易屈服，塑雙向應(yīng)力作用下鋼材材性的雙向應(yīng)力作用下鋼材材性的影

ε第二章鋼結(jié)構(gòu)與鋼橋的材第一第二材的主要力學能第四響鋼材性能的第三能第四響鋼材性能的第五材的第六材的種類、牌號和選用第七節(jié)鋼橋的主要材料 第四響鋼材性（Fe）%有益元素：碳（C）、硅（Si）、錳（Mn）合金元素：低合金鋼中有＜5%，如銅(Cu)、釩(V(Ti)、鈮(Nb)、鉻(Cr 第四響鋼材性碳（C）：形成鋼材強度的主要成分，隨其含量增加，強低碳鋼中碳鋼0.25-0.6％高碳鋼:>0.6％鋼結(jié)構(gòu)用鋼中，碳含量一般控制在0.22%以下，當其含量0.2硫（S）：害元素，具有熱脆性（溫度達到800-1000℃時，而 ）規(guī)范規(guī)定結(jié)構(gòu)用鋼中硫的含量不得超過 第四響鋼材性氧（O）：有害雜質(zhì)，與S脆）。因此，磷的含量也要嚴格控制，規(guī)范中規(guī)定不得0.045%氮（N）：有害雜質(zhì)，與P相似（Mn）：，SMnS， 1600℃，對。 第四響鋼材性硅（Si）：有益元普通碳素鋼中，是一種強脫氧劑，常與錳共同除氧，生 銅（Cu）：提高抗銹蝕性，提高強度，對可焊性有影二、冶金缺陷的影偏析金屬結(jié)晶后化學成分分布不均勻的非金屬夾雜使鋼材性能變裂氣分

鋼材中存在的微觀澆鑄時的非金屬夾雜在軋制后可能造成鋼材的分 第四響鋼材性三、鋼材的硬化卸載后再重新加載，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在交變荷載、重復(fù)荷載和溫度變化等情況下，會加速時效硬化的發(fā) 在高溫作用下會快速發(fā)展（人工時效 第四響鋼材性硬化硬化對鋼材性能的 第四響鋼材性四、應(yīng)力集中的影在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中不可避免的存在著孔洞、槽口、凹角、應(yīng)力集中應(yīng)力集中現(xiàn)第四響鋼材性不同槽口試件靜力拉伸試驗的應(yīng)力——應(yīng)變曲

0

② ④測距 應(yīng)力集中對σ-ε曲線關(guān)應(yīng)力集中對σ-ε曲線關(guān)系的 第四響鋼材性五、荷載類型的影加荷速度的影循環(huán)荷載的影。 第四響鋼材性六、溫度的影0-150℃:材質(zhì)變化很fu有局部性提高，同時塑性降<0℃時:溫度降低，強度提

(N/mm2δE

溫度溫度對鋼材力學性能的影鋼材的沖擊韌性對溫度的降低十分敏 沖擊斷裂第四響沖擊斷裂脆性兩種壞均脆性兩種壞均塑性

試驗溫T0:轉(zhuǎn)變溫度;T1,T2:脆性轉(zhuǎn)變溫度,全塑性轉(zhuǎn)變溫度;T1～T2:脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)設(shè)計中為設(shè)計中為了防止脆性破壞，選材時應(yīng)使其工作溫度>T1,接近第四響鋼材性內(nèi)因鋼材的化學成分、組織構(gòu)造和缺陷外因鋼材在構(gòu)造和加工工程中引起的應(yīng)力集中、低溫影響、(1）合理的選用鋼材(2）轉(zhuǎn)變溫度低于結(jié)構(gòu)的工作溫度;(3)盡量使用較薄的型鋼和板材，使其具有良好的沖擊韌性;） 第四響鋼材性焊接中不得在構(gòu)件上任意打弧，影響焊接的質(zhì)量，應(yīng) 第四響鋼材性不得隨意改變結(jié)構(gòu)使用用途或超負荷使用結(jié)避免因生產(chǎn) 不當對結(jié)構(gòu)造成的撞擊或機械損傷平時對結(jié)構(gòu)應(yīng)注 第二章鋼結(jié)構(gòu)與鋼橋的材第一第二材的主要力學第五材的第三材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的工作性能第四節(jié)影響第五材的第六材的種類、牌號和選用第七節(jié)鋼橋的主要材料 第五材的疲一、疲勞破壞的特破壞過程：裂紋的形成----裂紋的擴 最后的迅速斷裂而破破壞特點 第五材的疲疲勞破壞放射和年輪狀花 第五材的疲引起疲勞破壞交變荷載的兩種常幅常幅交變荷載----常幅應(yīng) 常幅疲變幅交變荷載----變幅應(yīng) 變幅疲應(yīng)力比循環(huán)應(yīng)力中絕對值最小的峰值應(yīng)力minmax之比。=minmax(拉應(yīng)力取正號而壓應(yīng)力取負號應(yīng)力幅minmamin）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（n，疲 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞時所經(jīng)歷的應(yīng)力變化次數(shù) 第五材的疲二、常幅?！攽?yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅保持常量時，稱為常幅疲勞1.1.非焊接結(jié)構(gòu)的疲有n

k的系數(shù)式式=0第五材的疲 ff焊縫部位存在殘余拉應(yīng)力，通ff點fy，該處是產(chǎn)生和發(fā)展疲勞裂紋最敏感的區(qū)域 fy最大 maxfy

fyf

y真實應(yīng)力

fyfy fy 焊縫附近焊縫附近真實應(yīng)力比大小取決于應(yīng)力幅的大第五材的疲應(yīng)力幅應(yīng)力幅與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n（疲 ）的關(guān)

2

2

應(yīng)力幅值越低，循環(huán)次數(shù)就越多，疲 也越當應(yīng)力幅值減小到一定程度時，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)趨向無窮 第五材的疲 ...0容許應(yīng)力幅[]的

..S

.

1 （2考慮到試驗的離散性，取平均值減去兩倍lgn的標準差（2s）作勞 。 第五材的疲 ...0

..S

.

（3）lgn.％(4）容許應(yīng)力幅的表達式[]可通過兩個相似三角形求[]

CN N

第五材的疲 ...0

..S

.

β、C 第五材的疲33規(guī)范將不同構(gòu)造和受力特點的鋼構(gòu)件和連接，按其疲勞性能的高低1[](N/mm2)（對數(shù)尺并劃分為8個疲勞計算類別，并對每個1[](N/mm2)（對數(shù)尺

n（對數(shù)尺疲勞容許應(yīng)力幅[]與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n的關(guān)系曲 第五材的疲表2.5.1參數(shù)Ｃ和的取12345678Ｃβ44333333

[] 國內(nèi)外試驗國內(nèi)外試驗證明，除了個別在疲勞計算中不起控制作通過表達式（2.5.4）也能說明C1N

第五材的疲疲勞計算采用容許應(yīng)力幅法計算（℃）、嚴境高 ×。常常幅疲勞的計算 第五材的疲 標準荷載下的設(shè)計應(yīng)力幅 =max-min；對于非焊接部位的折算應(yīng)力幅：=max-0.7min

）（拉應(yīng)力取正值，壓應(yīng)力取負值常幅疲勞的容許應(yīng)力 上節(jié)內(nèi)容概第二節(jié)鋼材的主要力學性四、鋼材的其它性能（了解）冷彎性能；沖擊韌性第三節(jié)第四能量強度理論 22

2

z 212223 ) y1212)2)2)2122331

當zsfzsf

塑性階段上節(jié)內(nèi)容概第四節(jié)基本元素：鐵有益元素：碳（C）、硅（Si）、錳（Mn）有害元素：硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）Cu(TiNb)(Cr)偏析、非金屬夾雜、裂紋、氣泡、分三、鋼冷作硬化、時效硬化、應(yīng)變時效硬化——了 上節(jié)內(nèi)容概第四節(jié)四、應(yīng)力集中的影（）防止脆性斷裂的方 內(nèi)因外鋼結(jié)構(gòu)(鋼橋)要求合理設(shè) 正確制 合理使 上節(jié)內(nèi)容概第五一、疲勞破壞的定義、發(fā)展過程及兩種類型：常幅疲勞，變幅名詞重點應(yīng)力min應(yīng)力幅=max-應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（n，疲 上節(jié)內(nèi)容概二、常幅疲1了疲勞強度影響因素：主體金屬、連接類型、循環(huán)應(yīng)力比和循環(huán)次數(shù)

式=0

k上節(jié)內(nèi)容概疲勞 最主要的因素：構(gòu)件和連接類型以及循環(huán)數(shù)n應(yīng)）fffy應(yīng)力幅與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n（疲 ）的關(guān) fffy ffy0

2

殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力的分 上節(jié)內(nèi)容概容許應(yīng)力幅[]的定

...[]

1C

.. .N N 算3算3

第五材的疲三、變幅疲當應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅 化時為變幅疲勞σ1情形情形一能夠測得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)變幅（a）檢算公e—等效常幅疲勞應(yīng)力幅[]—常幅疲勞的容許應(yīng)力幅 （be

第五材的疲n1e iii 以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)表示的結(jié)構(gòu)預(yù)期使 預(yù) 內(nèi)應(yīng)力幅水平達到i的應(yīng)力循環(huán)次 第五材的疲情情形二不能測得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)計算公f —欠載效應(yīng)的等

—循環(huán)次數(shù)為n=2×106次的容許應(yīng)力 第五材的疲表2-2吊車梁或吊車桁架欠載效應(yīng)吊車重級中級連接形式類123456786 第五材的疲疲疲勞破壞中一些值得注意的問設(shè) 提高疲勞強度和疲 的措（ａ）采取合理構(gòu)（ｂ）（ｃ）采取必要的工藝措施如打磨、敲 第二章鋼結(jié)構(gòu)與鋼橋的材第一第二材的主要力學第三材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的工作性能第四節(jié)影響鋼材性能的因素第七的主要材 第六節(jié)鋼材的一、建筑用鋼的種（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700-aQ）Q235B質(zhì)量等級符號是根據(jù)鋼材的化學成分和沖擊韌性不同化分為A、BC、D共4個質(zhì)量等級 Q235GB/T700 第六節(jié)鋼材的（2）低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼(GB/T1591-0.20％，％。Q345，Q390,Q420是A、BCDE鋼為 殊 。鋼材的化學成分和拉伸、沖擊、冷彎試驗結(jié)果應(yīng)滿足GB/T1591要求 第六節(jié)鋼材的（3）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T699-0.035％，主要用作制造冷拔高強鋼絲、高強螺栓以及自攻螺釘 第六節(jié)鋼材的二、熱軋鋼分為厚鋼板、薄鋼板和表示方法：在符號“-”后加“寬度×厚度×長度供應(yīng)規(guī)（單位厚寬長厚鋼4.5-600-4000-薄鋼0.35-500-500-扁 第六節(jié)鋼材的熱軋型常常用的熱軋型鋼有角鋼、工字鋼、槽鋼 等角分為等邊和不等邊（。∠肢寬度×肢

∠長肢寬度×短肢寬度×肢厚不等邊角不等邊角等邊角第六節(jié)鋼材的工字1)分為普通工字鋼、輕型工字鋼和H型工字鋼2）普通工字鋼的型號用符號“工”后面加截面高度的厘米數(shù)20、bab、c等3)H型（翼緣內(nèi)外表面平行）鋼的基本類 第六節(jié)鋼材的槽分為普通槽鋼和輕型槽鋼兩種1)分為無 和焊 兩種 型號可用代號“D”后加“外徑×壁厚”表示國產(chǎn)熱軋無 的最大外徑可達 供應(yīng)長度為3-12m 第六節(jié)鋼材的冷彎薄壁型鋼和壓型鋼冷彎冷彎薄壁型鋼（壁1.5-6mm）和壓型鋼（壁厚0.4- 第六節(jié)鋼材的三、鋼材的選（1）選擇鋼材的原 第六節(jié)鋼材的a）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要荷載特Q235連接方CS、P的極限含量；C工作環(huán) 第六節(jié)鋼材的結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀鋼材的厚鋼材越厚其強度越低，選 第六節(jié)鋼材的表2.6.8內(nèi)中系歐英俄羅澳大利50B、CDA572- 第六節(jié)鋼材的四、鋼材選擇的建Q235鋼Q345鋼、Q390和Q420其合 GB/T700GB/T1591，。表2.6.6） 第六節(jié)鋼材的4）16mm的 而采用Z向鋼時，其 GB/T4172 第二章鋼結(jié)構(gòu)與鋼橋的材第一第二材的主要力學第三材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的工作性能第四節(jié)影響鋼材性能的因素第五材的第第七的主要材 第七節(jié)鋼橋的主要材一、鋼橋的主要橋梁結(jié)構(gòu)鋼橋梁用結(jié)構(gòu)鋼（GB/T714-低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼（GB/TQ235qC（D）;Q345qC(DE);Q370qC(DE);P34-36表1-4-1——1-4-3機械性能及試 鋼—第七鋼—一、鋼橋的主要材鋼材規(guī)格與表示方鋼板：PL-薄鋼板、中厚板、厚板、特厚型鋼:角鋼、工字鋼、槽鋼、H鋼角鋼:∟肢寬×肢厚×長度,∟長肢寬×短肢寬×肢厚工字鋼:Ⅰ號數(shù)(普通)，QI號數(shù)(輕型槽鋼[號數(shù)Q[ 鋼第七鋼鋼材規(guī)格與表示方型鋼H型鋼和T型鋼熱軋H

寬翼緣窄翼緣：B=1/3-寬翼緣HW、中翼緣HM、窄翼緣HN、H型鋼柱—高度(H)×寬度(B)×腹板厚度(t1)×翼緣厚度T由H型鋼剖分而成:寬翼緣剖分T型鋼TW、TM和—高度(H)×寬度(B)×腹板厚度(t1)×翼緣厚度焊接H由平鋼板用高頻焊接而成，H高×寬×腹板厚:Φ外徑（d）×厚度（t）×長度無縫 第七節(jié)鋼橋的主要材二、鋼材容許應(yīng)力及其提高系鋼材的容許應(yīng)一般以鋼材的屈服強度為依據(jù)除以某一安全系數(shù)k,同時考慮結(jié)公路鋼橋規(guī)范（JTJ025-86）——表1-4-鐵路鋼橋規(guī)范（TB10002.2-99）——表1-4-《道路橋示方書》及 第七節(jié)鋼橋的主要材應(yīng)力種鋼材45軸向應(yīng)-彎曲應(yīng)剪應(yīng)端部承壓應(yīng)-----緊密接觸的承壓自由接觸的承壓應(yīng)節(jié)點銷子的空壁承壓力-節(jié)點銷子的彎曲應(yīng)----

鋼材的容許應(yīng)力（MPa）—公路鋼橋規(guī)范（JTJ025- 第七節(jié)鋼橋的主要材應(yīng)力種鋼材種35號鍛軸向———彎曲剪應(yīng)——銷孔承壓應(yīng)—————————————鋼材的容許應(yīng)力（MPa）——鐵路鋼橋規(guī)范（TB10002.2- 第七節(jié)鋼橋的主要材容許應(yīng)力的提高系橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用期內(nèi)，幾種可變載荷同時出現(xiàn)或:容許應(yīng)力的提高系數(shù)——公路鋼橋規(guī)范（JTJ025-86）表1-4-構(gòu)造荷載組提高系組合組合Ⅱ、永久組合組合臨時組合Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、 第七節(jié)鋼橋的主要材常見荷載組1.2×恒荷載+1.4汽車荷1.2恒荷載+1.4汽車荷載+0.81.4人群荷1.2恒荷載+1.4汽車荷載+0.7（1.4人群荷載+1.1風荷載1.2恒荷載+1.4汽車荷載+0.6（1.4人群荷載+1.1風荷載1.4土壓力1.2恒荷載+1.4汽車荷載+0.5（1.4人群+1.1風荷載+1.4土壓力+1.4汽車制動力 第七節(jié)鋼橋的主要材容許應(yīng)力的提高系數(shù)——鐵路鋼橋規(guī)范（TB10002.2-99）表1-4-構(gòu)造物性荷載組提高系備主鋼梁工主力+制動主力+風力（或搖擺力主力+次應(yīng)力+制動力（或風力或力鋼梁安

上節(jié)內(nèi)容概鋼結(jié)構(gòu)對材料的基本塑性材料—指由于材料原始性能以及在常溫、靜載并一次荷的工作條件之下能在破壞前發(fā)生較大塑性變形的材。—疲勞破壞—在循環(huán)荷載（連續(xù)反復(fù)荷載）作用下，經(jīng)過有15:環(huán)，鋼材發(fā)生破壞的現(xiàn)象。屬于脆性破 上節(jié)內(nèi)容概第二節(jié)一、單向均勻受拉時的工作性能（重點）；）二、單向拉伸時鋼材的機械性能指標（重點三、應(yīng)力—應(yīng)變曲線的簡化——理想彈塑性（了解 上節(jié)內(nèi)容概第二節(jié)一、單向均勻受拉時的工作性能（重點）；）二、單向拉伸時鋼材的機械性能指標（重點）冷彎性能；沖擊韌性；可焊 上節(jié)內(nèi)容概第三節(jié)第四能量強度理論材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性