建筑鋼材的性能

2/4/20231第13章

建筑鋼材的性能13.1建筑結(jié)構(gòu)鋼的品種和規(guī)格13.2建筑鋼材的力學(xué)性能13.3鋼結(jié)構(gòu)選材要求13.4鋼材及其連接的強(qiáng)度取值2/4/2023213.1建筑結(jié)構(gòu)鋼的品種和規(guī)格建筑結(jié)構(gòu)鋼的種類碳素結(jié)構(gòu)鋼低碳鋼：碳含量<0.25%中碳鋼：碳含量0.25%~0.6%高碳鋼：碳含量0.6%~1.4%13.1.1建筑結(jié)構(gòu)鋼的種類和牌號建筑結(jié)構(gòu)用鋼多采用低碳鋼高強(qiáng)度螺栓采用中碳鋼建筑結(jié)構(gòu)鋼不采用高碳鋼2/4/20233低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼錳系合金鋼硅錳系合金鋼硅釩系合金鋼硅鈦系合金鋼2/4/20234鋼材牌號碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號：Q195、Q215、Q235、Q255,Q275等級：A、B、C、D四級低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼牌號：Q295——12Mn、09MnVQ345——16Mn、12MnVQ390——15MnV、15MnTiQ420，Q460等級：A、B、C、D、E五級2/4/20235鑄造碳鋼ZG200-400ZG230-450ZG270-500ZG310-570螺栓用鋼碳鋼或合金鋼制造抗拉強(qiáng)度（t/cm2）.屈強(qiáng)比

普通螺栓：4.6級、4.8級、5.6級、8.8級高強(qiáng)度螺栓：8.8級、10.9級鑄鋼代號ZG、屈服點(diǎn)強(qiáng)度fy-抗拉強(qiáng)度fu2/4/2023613.1.2鋼材品種和規(guī)格熱軋鋼板規(guī)格厚鋼板：厚度4.5~60mm薄鋼板：厚度0.35~4mm扁鋼：厚度4~60mm，寬度30~200mm表示方法符號“—”后加“厚寬長”或“長寬厚”例如：—128002100—120040082/4/20237熱軋型鋼工字鋼普通工字鋼以截面高度的cm數(shù)編號（20號以上分a、b、c）：I30a，I30b，I30c輕型工字鋼（腹翼均較薄）H型鋼寬翼緣：HK（B=H）窄翼緣：HZ（B=0.33H~0.5H）2/4/20238角鋼等邊角鋼：以邊寬和厚度表示不等邊角鋼：以長邊寬、短邊寬和厚度表示

如：?1008?100808槽鋼普通槽鋼，輕型槽鋼以高度的cm數(shù)表示，?30a鋼管無縫鋼管+焊接鋼管外徑厚度如：20062/4/20239冷加工薄壁鋼板冷彎薄壁型鋼Q235或Q345薄鋼板經(jīng)模壓或彎曲而成厚度1.5~5mm彩色鋼板防銹涂層彩色壓型鋼板夾芯彩色鋼板2/4/202310活動(dòng)板房2/4/20231113.2建筑鋼材的力學(xué)性能單向拉伸力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度fy強(qiáng)度極限fu屈強(qiáng)比fy/fu13.2.1鋼材的靜態(tài)力學(xué)性能2/4/202312塑性伸長率（延伸率）斷面收縮率物理性質(zhì)指標(biāo)材料模量：彈性模量E、剪變模量G材料性能：質(zhì)量密度線膨脹系數(shù)附表322/4/202313復(fù)雜應(yīng)力下的屈服條件采用理論：第四強(qiáng)度理論屈服條件三向應(yīng)力狀態(tài)二向應(yīng)力狀態(tài)一般受彎梁純剪應(yīng)力2/4/202314一、冷彎性能冷彎性能的概念鋼材在冷加工產(chǎn)生塑性變形時(shí)，對發(fā)生裂縫的抵抗能力冷彎試驗(yàn)試驗(yàn)機(jī)上按照規(guī)定的彎心直徑d，通過冷沖頭加壓試件彎曲至180°13.2.2冷彎性能和沖擊韌性2/4/202315冷彎試驗(yàn)結(jié)果放大鏡檢查若表面不出現(xiàn)裂紋和分層=合格若表面出現(xiàn)裂紋或分層=不合格它是鑒定鋼材塑性應(yīng)變能力和質(zhì)量的綜合指標(biāo)2/4/202316沖擊韌性沖擊韌性指標(biāo)夏比V型缺口，沖擊功

Akv

與溫度有關(guān)2/4/202317

常溫塑性性能好低溫脆變性：鋼材很明顯沖擊韌性指標(biāo)的要求Q235鋼：20C、0C、-20C，Akv

27JQ345、Q390鋼：

20C，Akv

34J0C，Akv

34J-20C，Akv

34J-40C，Akv

27J鋼材質(zhì)量等級劃分的依據(jù)2/4/202318一、可焊接性可焊性的概念在一定工藝條件下，鋼材經(jīng)受住焊接時(shí)產(chǎn)生的高溫?zé)嵫h(huán)作用焊縫金屬和鄰近焊縫區(qū)鋼材不產(chǎn)生裂紋，焊接后焊縫的主要力學(xué)性能不低于母材的力學(xué)性能可焊性的含義鋼材本身具有可焊接的條件接頭強(qiáng)度、剛度與母材相等或相近13.2.3鋼材的可焊性和其他性能2/4/202319二、鋼材的其他性能耐腐蝕性一般鋼材耐腐蝕性差，需噴涂或電鍍保護(hù)耐候鋼，耐大氣腐蝕能力強(qiáng)耐火性耐火性能差（耐火極限30min以內(nèi)）需要包裹或噴涂防護(hù)Z向性能厚鋼板（t40mm）金屬夾雜引起分層，厚度方向即Z向受拉性能大大降低。為避免Z向受力時(shí)出現(xiàn)撕裂，厚度方向的收縮率不能太小=Z向性能。斷面收縮率>15%國產(chǎn)厚鋼板Z向性能2/4/20232013.2.4影響鋼材性能的主要因素化學(xué)成分主要元素鐵Fe：鋼的基本元素，純鐵軟、強(qiáng)度低碳C：形成鋼材強(qiáng)度的主要成分結(jié)構(gòu)鋼碳含量不宜過高：低碳鋼有益元素錳Mn，硅Si：脫氧劑，合金元素釩V，鈮Ni，鈦Ti：合金元素鋁，鉻，鎳：鋁強(qiáng)脫氧劑，鉻、鎳合金元素2/4/202321有害元素磷P：強(qiáng)度、硬度、耐磨性，塑性、韌性和可焊性硫S：熱脆，可焊、耐疲勞、韌性、抗磨氧O：韌性、可焊性氮N：使鋼冷脆，也可作為合金元素存在各種化學(xué)成分的含量要求見：表13-2碳素結(jié)構(gòu)鋼化學(xué)成分表13-3低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號化學(xué)成分2/4/202322冶金工藝工藝過程煉鋼澆注軋制煉鋼爐爐種平爐鋼：工藝成熟、質(zhì)量好，成本較高轉(zhuǎn)爐鋼：氧氣轉(zhuǎn)爐鋼周期短，成本低，質(zhì)量不亞于平爐鋼，廣泛采用電爐鋼：成本高，不作為建材使用2/4/202323澆注與脫氧方式澆注

熔煉后的鋼水出爐后，先放在盛鋼液的罐內(nèi)，再注入鋼錠模，冷卻形成鋼錠脫氧方式澆注成錠過程中，因鋼液中殘留氧會(huì)使鋼材晶粒粗細(xì)不均勻而容易發(fā)生熱脆，故必須加入脫氧劑以消除氧

沸騰鋼F鎮(zhèn)靜鋼Z

半鎮(zhèn)靜鋼b特殊鎮(zhèn)靜鋼TzZ、Tz可以省略。2/4/202324Q235A、B級可以是F、b或ZQ235C級只能是ZQ235D級只能是TzQ345A、B級只有ZQ345C、D、E級只有Tz質(zhì)量等級和脫氧方式2/4/202325鋼材軋制軋制過程：高溫下，軋鋼機(jī)將鋼錠軋制成鋼坯再通過不同形狀和尺寸的軋鋼機(jī)最后形成型材或板材軋制影響晶粒變得細(xì)小致密氣泡、裂紋等缺陷焊合軋制的薄型材、薄鋼板強(qiáng)度較高、塑性韌性較好薄材性能優(yōu)于厚材性能鋼材性能參數(shù)需要根據(jù)厚度分組詳見表13-5和表13-62/4/202326冶金缺陷缺陷類型

（1）偏析：化學(xué)成分不一致、不均勻（2）非金屬夾雜：含硫化物、氧化物（3）氣孔：澆注鋼錠時(shí)由Fe和C生成的CO

氣體不能充分逸出而形成（4）裂紋：冷脆、熱脆和不均勻收縮形成（5）分層：澆注時(shí)的非金屬夾雜物軋制后形成鋼材的分層對鋼材性能影響：負(fù)面影響2/4/202327鋼材硬化時(shí)效硬化（老化）應(yīng)變硬化時(shí)效應(yīng)變硬化溫度影響影響曲線強(qiáng)度曲線剛度曲線塑性曲線2/4/202328高溫強(qiáng)度失效案例韌性與溫度的關(guān)系低溫冷脆脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)T1T2T0轉(zhuǎn)變溫度2/4/202329應(yīng)力集中靜力荷載下常溫構(gòu)件不考慮動(dòng)力荷載下或負(fù)溫下工作的構(gòu)件，問題突出。應(yīng)有減小應(yīng)力集中措施反復(fù)荷載作用疲勞破壞低應(yīng)力破壞脆性破壞疲勞裂紋鋼結(jié)構(gòu)中控制應(yīng)力幅！2/4/20233013.3鋼結(jié)構(gòu)選材要求鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求較高的抗拉強(qiáng)度fu和屈服點(diǎn)fyfy高可使自重，造價(jià)fu高可增加結(jié)構(gòu)的安全保障13.3.1鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求2/4/202331較高的塑性和韌性不至于發(fā)生脆性破壞調(diào)整局部應(yīng)力抗重復(fù)荷載作用良好的工藝性能冷加工、熱加工性能可焊性其他——適應(yīng)環(huán)境的能力高、低溫腐蝕介質(zhì)2/4/202332選材考慮因素結(jié)構(gòu)的重要性荷載情況（靜、動(dòng)）連接方法溫度和環(huán)境鋼材厚度2/4/202333承重結(jié)構(gòu)鋼材保證內(nèi)容抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、延伸率硫、磷的極限含量冷彎合格保證焊接承重結(jié)構(gòu)的鋼材重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)的鋼材13.3.2鋼材的選擇2/4/202334沖擊韌性合格保證需要驗(yàn)算疲勞的以及主要的受拉或受彎的焊接結(jié)構(gòu)的鋼材，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0C但-20C時(shí)，Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0C沖擊韌性的合格保證；對Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有-20C沖擊韌性的合格保證2/4/202335當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度-20C，Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有-20C沖擊韌性的合格保證；對Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有-40C沖擊韌性的合格保證選材建議參考表13-42/4/202336強(qiáng)度取值方法標(biāo)準(zhǔn)值平均值基礎(chǔ)上減小冶金出廠標(biāo)準(zhǔn)：不低于95%保證率取值見表13-5和表13-6強(qiáng)度設(shè)計(jì)值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料抗力分項(xiàng)系數(shù)13.4鋼材及其連接

的強(qiáng)度取值2/4/202337結(jié)構(gòu)鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以抗力分項(xiàng)系數(shù)

Q235鋼1.087，Q345、Q390和Q420鋼1.111端面承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

極限強(qiáng)度除以抗力分項(xiàng)系數(shù)系數(shù)Q235、Q345鋼1.15，Q390、Q420鋼1.175抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

取抗拉（壓）強(qiáng)度的0.58倍按5N/mm2

修約2/4/202338鋼鑄件強(qiáng)度設(shè)計(jì)值抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值計(jì)算結(jié)果修約到5MPa端面承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值2/4/202339焊縫強(qiáng)度對接焊縫

抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取母材強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度，1、2級焊縫取母材強(qiáng)度

3級焊縫取0.85倍母材強(qiáng)度角焊縫

抗拉