鋼結(jié)構(gòu)A鋼結(jié)構(gòu)的材料

關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)A鋼結(jié)構(gòu)的材料第一頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理DesignPrinciplesofSteelStructure鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求第二頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理DesignPrinciplesofSteelStructure鋼材的破壞形式

特征斷口

后果

塑性破壞（延性破壞）構(gòu)件應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)，并且達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度后，構(gòu)件產(chǎn)生明顯的變形并斷裂。常溫及靜態(tài)荷載作用下，一般為塑性破壞。破壞時(shí)構(gòu)件有明顯的頸縮現(xiàn)象。常為杯形，呈纖維狀，色澤發(fā)暗。在破壞前有很明顯的變形，并有較長(zhǎng)的變形持續(xù)時(shí)間，便于發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救。

脆性破壞在破壞前無(wú)明顯變形，平均應(yīng)力也小（一般都小于屈服點(diǎn)），沒(méi)有任何預(yù)兆。局部高峰值應(yīng)力可能使材料局部拉斷形成裂紋；沖擊振動(dòng)荷載；低溫狀態(tài)等可導(dǎo)致脆性破壞。平直和呈有光澤的晶粒。突然發(fā)生的，危險(xiǎn)性大，應(yīng)盡量避免。第三頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日

（1）試驗(yàn)條件（a）試件的尺寸要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，表面光滑，沒(méi)有孔洞、刻槽等缺陷。試件的標(biāo)定長(zhǎng)度取其直徑的5或10倍。（b）荷載要分級(jí)逐次增加，直到試件破壞。（c）試驗(yàn)溫度要控制在室溫20℃左右。

d

標(biāo)準(zhǔn)試件低碳鋼在常溫下的拉伸試驗(yàn)第四頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系A(chǔ).有屈服點(diǎn)鋼材s-e曲線(xiàn)一般可以分為五個(gè)階段：

(a)彈性階段(OB段)OBCDAE

單調(diào)拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)OA段：純彈性階段

s=EeA點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力：sp（比例極限）AB段：有一定的塑性變形,但整個(gè)

OB段卸載時(shí),

e=0B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力：se（彈性極限）第五頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日（b）屈服階段[彈塑性階段塑性變形階段（塑性流動(dòng)）]

（BCD)塑性變形：卸載后試件不能完全恢復(fù)原來(lái)的長(zhǎng)度。不能恢復(fù)的這一部分變形稱(chēng)為塑性變形。

屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）：屈服階段曲線(xiàn)波動(dòng)部分的最低值。

流幅：從屈服階段的開(kāi)始到曲線(xiàn)再度上升的應(yīng)變幅度稱(chēng)為流幅。

特點(diǎn)：應(yīng)力與應(yīng)變不再成正比關(guān)系，應(yīng)變?cè)黾雍芸?，?yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)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。OBCDAE第六頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料（c）自強(qiáng)（強(qiáng)化）階段(DE段)隨荷載的增加σ緩慢增大,但ε增加較快抗拉強(qiáng)度（極限強(qiáng)度）fu

試件所能承受的最大拉應(yīng)力（d）破壞（頸縮）階段(EF段)OBCDAE截面出現(xiàn)了橫向收縮，截面面積開(kāi)始顯著縮小，塑性變形迅速增大，應(yīng)力不斷降低，變形卻延續(xù)發(fā)展，直至F點(diǎn)試件斷裂。F第七頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日B.對(duì)無(wú)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)?.2％所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力

作為屈服點(diǎn)——“條件屈服點(diǎn)”或“名義屈服點(diǎn)”fy=f0.20.2%fuεp

無(wú)屈服點(diǎn)鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)沒(méi)有明顯屈服點(diǎn)的鋼材在拉伸過(guò)程中沒(méi)有屈服階段，塑性變形小，破壞突然。

第八頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日單向拉伸時(shí)鋼材的力學(xué)性能指標(biāo)

（1）屈服強(qiáng)度f(wàn)y

應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)開(kāi)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定鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的重要指標(biāo)。（2）抗拉強(qiáng)度f(wàn)u

應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，它是鋼材破壞前所能承受的最大應(yīng)力。（3）鋼材的塑性當(dāng)應(yīng)力超過(guò)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)。塑性好壞可用斷面收縮率和伸長(zhǎng)率表示，通過(guò)靜力拉伸試驗(yàn)得到。

屈強(qiáng)比大好還是小好？第九頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日（4）伸長(zhǎng)率δ

試件斷裂前的永久變形與原標(biāo)定長(zhǎng)度的百比。

l0—

原標(biāo)距長(zhǎng)

l1

—拉斷后標(biāo)距長(zhǎng)度

d0

—試件直徑 試件有兩種標(biāo)距：l0/d0=5

和l0/d0=10

相應(yīng)的伸長(zhǎng)率用δ5和δ10表示。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。第十頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日（5）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。

式中：

A0

——試件原來(lái)的斷面面積

A1

——試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積

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第十一頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)的簡(jiǎn)化曲線(xiàn)簡(jiǎn)化的依據(jù)：1）鋼材在屈服點(diǎn)之前的性質(zhì)接近理想的彈性體。2）屈服點(diǎn)之后的流幅現(xiàn)象又接近理想的塑性體，并且流幅的范圍（e≈0.15％-2.5％）已足夠用來(lái)考慮結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的塑性變形的發(fā)展。ε2.5%

fy

ε0

0.15%ε

簡(jiǎn)化的應(yīng)力－應(yīng)變曲線(xiàn)鋼材是符合理想中的彈性-塑性材料

第十二頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日

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)。冷彎性能鋼材在冷加工（常溫下加工）產(chǎn)生塑性變形時(shí)，對(duì)發(fā)生裂縫的抵抗能力。

鑒別指標(biāo)：通過(guò)冷彎沖頭加壓。當(dāng)試件彎曲至180°時(shí)，檢察試件彎曲部分的外面、里面和側(cè)面，如果沒(méi)有裂紋、斷裂或分層，即認(rèn)為試件冷彎性能合格。

第十三頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日沖擊韌性：

帶缺口的鋼材試件，在沖擊試驗(yàn)機(jī)上被擺錘擊斷時(shí)所能吸收的機(jī)械能。

Mesnager試件Charpy試件夏比沖擊韌性記為Cv規(guī)范以夏比試件為準(zhǔn)Q235鋼CV=27J為合格,Q345、Q390、Q420鋼CV=34J為合格。P—擺錘重力

l

—

擺長(zhǎng)第十四頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日可焊性

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(xué)性能都不低于母材。

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。碳含量在0.12%～0.20%范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好（如Q235B）。碳含量再高可使焊縫和熱影響區(qū)變脆。第十五頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日1.化學(xué)成分Fe，C，S，P，N，O，Mn，Si，Cu，Ni，Cr，NbFe：碳素鋼約99%，合金鋼約95%。C：影響鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性及可焊性。一般控制在0.22%

以下，在0.2%以下時(shí)，可焊性良好。S：是鋼材中的有害元素。在高溫下使鋼材變脆，即熱脆現(xiàn)象。塑性、韌性、可焊性、疲勞強(qiáng)度，含量不得超過(guò)0.045%。P：是鋼材中的有害元素。在低溫時(shí)使鋼材變脆，即冷脆現(xiàn)象。塑性、韌性、可焊性、疲勞強(qiáng)度，含量不得超過(guò)0.045%。O和N：鋼材中的有害雜質(zhì)。O使鋼熱脆，N使鋼冷脆。影響鋼材力學(xué)性能的主要因素

MainFactorsofInfluenceonMechanicsPerformanceofSteelMat.第十六頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日Mn：一種弱脫氧劑，可消除硫、氧對(duì)鋼材的熱脆影響，能改善冷脆性能。強(qiáng)度、塑性和韌性無(wú)甚影響（含量不高時(shí)）。碳素結(jié)構(gòu)鋼

0.3-0.8%；低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼1.0-1.6%。Si：作為脫氧劑加在低碳鋼鋼液中，制成質(zhì)量較高的鎮(zhèn)靜鋼。強(qiáng)度

、塑性和韌性無(wú)甚影響（含量不高時(shí)）。碳素結(jié)構(gòu)鋼≯0.3%；低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼≯0.55%。Cu，Ni，Cr，Nb：加入Cu和Ni可制成耐候鋼，加入Ni和Cr可制成不銹鋼，在鋼中添加微量的Cr、Nb等合金元素制成耐火鋼。2.冶金缺陷1.偏析：化學(xué)成分不一致，不均勻。硫、磷偏析嚴(yán)重影響鋼材性能。2.非金屬夾雜：硫化物和氧化物。3.氣孔：一氧化碳?xì)怏w不能充分逸出而形成。4.分層：非金屬雜質(zhì)造成的，會(huì)降低鋼材的冷彎性能。第十七頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日3.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、厚度變化、形狀變化和內(nèi)部缺陷等，此時(shí)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。

應(yīng)力集中現(xiàn)象第十八頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日不同槽口試件靜力拉伸試驗(yàn)的應(yīng)力——應(yīng)變曲線(xiàn)

應(yīng)力集中對(duì)σ-ε曲線(xiàn)關(guān)系的影響

可以看出截面槽口改變愈急劇，應(yīng)力集中現(xiàn)象愈厲害，其抗拉強(qiáng)度愈高，但塑性愈差，破壞的脆性?xún)A向愈大。1020300.425100ε%σ(N/mm2)①①②②③③④④φ10測(cè)距100φ10φ100600700500400300200100第十九頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下鋼材的屈服強(qiáng)度oZXY單元體受復(fù)雜應(yīng)力（應(yīng)力分量）單元體主應(yīng)力狀態(tài)第二十頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服條件（由第四強(qiáng)度理論確定）1、平面應(yīng)力狀態(tài)2、三向應(yīng)力狀態(tài)（Misesyieldcondition)3、平面純剪應(yīng)力狀態(tài)第二十一頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日同號(hào)應(yīng)力eq<fy

鋼材處于彈性階段，難以進(jìn)入塑性狀態(tài)。三向拉應(yīng)力時(shí)，直到破壞也沒(méi)有明顯的塑性變形產(chǎn)生，脆性破壞。異號(hào)應(yīng)力eq>fy

鋼材易進(jìn)入塑性狀態(tài)，鋼材強(qiáng)度降低，塑性變形大。局部應(yīng)力集中，在動(dòng)荷載及低溫條件下，易使鋼材產(chǎn)生脆性破壞。第二十二頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日4.鋼材硬化鋼材硬化冷作(應(yīng)變)硬化時(shí)效硬化應(yīng)變時(shí)效sefyfp0sefyfp0sefyfp0第二十三頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理DesignPrinciplesofSteelStructure5.溫度的影響正溫范圍：（1）溫度在150℃以?xún)?nèi)，鋼材材質(zhì)變化很小，鋼結(jié)構(gòu)可用于溫度不高于150℃的場(chǎng)合。（2）溫度在250℃左右的區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)藍(lán)脆現(xiàn)象，fu

有局部性提高，同時(shí)塑性降至最低，材料有轉(zhuǎn)脆傾向。（3）當(dāng)溫度達(dá)到600℃時(shí)，鋼材進(jìn)入熱塑性狀態(tài)，強(qiáng)度下降嚴(yán)重，將喪失承載能力。負(fù)溫范圍：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(chēng)為鋼材的低溫冷脆。鋼材的沖擊韌性對(duì)溫度的降低十分敏感。

8006004002000N/mm2Efuδfy20040060020406080δ%220210200190180170160Ex103T(0C)第二十四頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日沖擊韌性和溫度關(guān)系示意圖脆性破壞兩種破壞均有塑性破壞轉(zhuǎn)變溫度區(qū)沖擊斷裂功試驗(yàn)溫度T1T0T2（1）沖擊功曲線(xiàn)的反彎點(diǎn)T0稱(chēng)為轉(zhuǎn)變溫度。界限溫度T1和T2分別為脆性轉(zhuǎn)變溫度和全塑性轉(zhuǎn)變溫度。（2）鋼材由塑性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈云茐氖窃跍囟葏^(qū)間T1

～T2內(nèi)完成的，此溫度區(qū)間稱(chēng)為鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)。（3）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)變溫度以上，鋼材則表現(xiàn)為完全的塑性破壞。（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(guò)試驗(yàn)來(lái)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)使其工作溫度大于T1,接近T0。第二十五頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日6.荷載類(lèi)型的影響荷載可分為靜力和動(dòng)力兩大類(lèi)1.加荷速度的影響

這是加載過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。加荷速度過(guò)快，構(gòu)件來(lái)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5分鐘后再讀數(shù)據(jù)。2.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)生裂紋及裂紋逐漸擴(kuò)展，直到最后破壞（疲勞破壞）。第二十六頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日7.殘余應(yīng)力

在熱軋型鋼過(guò)程中，冷卻時(shí)，截面上各部分溫差使型鋼產(chǎn)生了殘余應(yīng)力(內(nèi)部應(yīng)力)。以熱軋工字鋼的冷卻過(guò)程為例，從最終軋制溫度To(約6000C)開(kāi)始，截面上出現(xiàn)了各部分溫度差別，翼緣邊緣和腹扳中部等外露部分比翼緣與腹板接合處冷卻得快，首先冷卻并阻止高溫纖維冷卻所產(chǎn)生的收縮。因此到冷卻過(guò)程全部完成后(常溫下)，最早冷卻的區(qū)域受壓應(yīng)力，而最后冷卻的區(qū)域受拉應(yīng)力。

焊接將產(chǎn)生殘余應(yīng)力和殘余變形第二十七頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日鋼材的疲勞

Fatigue第二十八頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日

鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會(huì)逐漸積累損傷、產(chǎn)生裂紋即裂紋逐漸擴(kuò)展，當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到某定值時(shí)，發(fā)生突然破壞的現(xiàn)象，稱(chēng)為疲勞。（high-cyclefatiguelow-cyclefatigue)

高周低應(yīng)力疲勞：破壞前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n≥5×104

，疲勞破壞時(shí)的應(yīng)力較低，。一般屬于此類(lèi)疲勞。低周高應(yīng)力疲勞：破壞前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n=102~5×104,疲勞破壞時(shí)的應(yīng)力水平較高，。應(yīng)力比：

應(yīng)力幅：

循環(huán)次數(shù)：n（要求n≥5×104時(shí)，應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算）第二十九頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日常幅疲勞——當(dāng)應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅保持常量時(shí)，稱(chēng)為常幅疲勞。

1.非焊接結(jié)構(gòu)的疲勞大量試驗(yàn)研究表明，疲勞強(qiáng)度除與主體金屬和連接類(lèi)型有關(guān)外，還與循環(huán)應(yīng)力比r和循環(huán)次數(shù)n有關(guān)。應(yīng)力循環(huán)特性常用應(yīng)力比值來(lái)表示，以拉應(yīng)力為正值。連續(xù)重復(fù)荷載之下應(yīng)力往復(fù)變化一周叫做一個(gè)循環(huán)。第三十頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日2.焊接結(jié)構(gòu)的疲勞通過(guò)大量試驗(yàn)研究表明，控制焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命最主要的因素是構(gòu)件和連接的類(lèi)型、應(yīng)力幅Ds以及循環(huán)次數(shù)n，而與應(yīng)力比無(wú)關(guān)。焊縫部位存在殘余拉應(yīng)力，通常達(dá)到鋼材的屈服點(diǎn)fy

，該處是產(chǎn)生和發(fā)展疲勞裂紋最敏感的區(qū)域。最大：最?。赫鎸?shí)應(yīng)力比：焊縫附近真實(shí)應(yīng)力比的大小取決于應(yīng)力幅Ds的大小-----++殘余應(yīng)力的分布第三十一頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)力幅與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n（疲勞壽命）的關(guān)系0NX105n1n2fy123456S

S0............b11(1)應(yīng)力幅值越低，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)就越多，疲勞壽命也越高。(2)當(dāng)應(yīng)力幅值減小到一定程度時(shí)，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)趨向無(wú)窮大。

容許應(yīng)力幅[]的定義（1）應(yīng)力幅－循環(huán)次數(shù)（紅色實(shí)線(xiàn)所示）關(guān)系曲線(xiàn)為試驗(yàn)回歸曲線(xiàn)，反應(yīng)了平均值之間的關(guān)系。第三十二頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日（2）考慮到試驗(yàn)的離散性，取平均值減去兩倍lgn的標(biāo)準(zhǔn)差（2s）作為疲勞強(qiáng)度的下限值，圖中藍(lán)色虛線(xiàn)所示。該虛線(xiàn)上的應(yīng)力幅定義為對(duì)應(yīng)于某疲勞壽命的容許應(yīng)力幅。（3）如果lgn符合正態(tài)分布，則構(gòu)件或連接的疲勞強(qiáng)度的保證率為97.7％。(4）容許應(yīng)力幅的表達(dá)式[Ds]可通過(guò)兩個(gè)相似三角形求出：SS0............b11

(5)式中：系數(shù)β、C根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范-疲勞計(jì)算的構(gòu)件和連接分類(lèi)》查表得到。(6)容許應(yīng)力幅與鋼材的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，這表明不同種類(lèi)的鋼材具有相同的抗疲勞性能。第三十三頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日3.常幅疲勞驗(yàn)算

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(xiàn)11β＝4β＝3[](N/mm2)（對(duì)數(shù)尺）n（對(duì)數(shù)尺）規(guī)范將不同構(gòu)造和受力特點(diǎn)的鋼構(gòu)件和連接，按其疲勞性能的高低歸并劃分為8個(gè)疲勞計(jì)算類(lèi)別，并對(duì)每個(gè)類(lèi)別規(guī)定了相應(yīng)的參數(shù)取值。第三十四頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日參數(shù)Ｃ和b的取值構(gòu)件和連接類(lèi)別12345678Ｃ1940×1012861×10123.26×10122.18×10121.47×10120.96×10120.65×10120.41×1012β44333333國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)證明，除了個(gè)別在疲勞計(jì)算中不起控制作用類(lèi)別的疲勞強(qiáng)度有隨鋼材的強(qiáng)度提高而稍有增加外，大多數(shù)焊接連接類(lèi)別的疲勞強(qiáng)度不受鋼材強(qiáng)度的影響。

第三十五頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日

疲勞計(jì)算采用容許應(yīng)力幅法，按彈性狀態(tài)計(jì)算應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算只適用于無(wú)高溫（t≤150℃）、無(wú)嚴(yán)重腐蝕環(huán)境中的高周低應(yīng)變的疲勞計(jì)算（應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n≥5×104)。常幅疲勞的計(jì)算公式

標(biāo)準(zhǔn)荷載下的設(shè)計(jì)應(yīng)力幅； 對(duì)于焊接部位的設(shè)計(jì)應(yīng)力幅:

=max-min

； 對(duì)于非焊接部位的折算應(yīng)力幅：=max-0.7min

max 每次應(yīng)力循環(huán)中，計(jì)算部位的最大拉應(yīng)力（取正值）min

每次應(yīng)力循環(huán)中，計(jì)算部位的最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力 （拉應(yīng) 力取正值，壓應(yīng)力取負(fù)值）；[]

常幅疲勞的容許應(yīng)力幅第三十六頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日變幅疲勞當(dāng)應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅隨機(jī)變化時(shí)為變幅疲勞。Δσi-1Δσ2Δσ1Δσiσt變幅荷載可將變幅疲勞折算為等效的常幅疲勞，然后按常幅疲勞檢算式檢算。

（a）檢算公式e—等效常幅疲勞應(yīng)力幅。

[]—常幅疲勞的容許應(yīng)力幅。

情形一能夠測(cè)得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律第三十七頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日（b)計(jì)算

若能預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在使用壽命期間各種荷載的應(yīng)力幅以及次數(shù)分布所構(gòu)成的設(shè)計(jì)應(yīng)力譜，則根據(jù)累積損傷原理可將變幅疲勞折合為等效常幅疲勞，將隨機(jī)變化的應(yīng)力幅折算為等效應(yīng)力幅e按下式進(jìn)行疲勞計(jì)算：Σni

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)期壽命內(nèi)應(yīng)力幅水平達(dá)到i的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)第三十八頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日

情形二——不能測(cè)得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律

設(shè)計(jì)重級(jí)工作制吊車(chē)的吊車(chē)梁和重級(jí)、中級(jí)工作制吊車(chē)桁架時(shí)，應(yīng)力幅是按滿(mǎn)載得出的，實(shí)際上常常發(fā)生不同程度欠載情況。如果沒(méi)有對(duì)實(shí)際應(yīng)力幅的統(tǒng)計(jì)資料，即屬本情形。使用欠載效應(yīng)系數(shù)，按常幅疲勞進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算公式

—欠載效應(yīng)的等效系數(shù)—循環(huán)次數(shù)為n=2×106次的容許應(yīng)力幅。第三十九頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日1.00.80.5重級(jí)工作制硬鉤吊車(chē)重級(jí)工作制軟鉤吊車(chē)梁中級(jí)工作制吊車(chē)f吊車(chē)梁類(lèi)別吊車(chē)梁或吊車(chē)桁架欠載效應(yīng)系數(shù)59697890103118144176N/mm2[]n=2×10687654321連接形式類(lèi)別n=2×106的容許應(yīng)力幅值第四十頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日疲勞破壞中一些值得注意的問(wèn)題（1）疲勞驗(yàn)算采用的是容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法，而不是以概率論為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法。這主要是因?yàn)楹附訕?gòu)件焊縫周?chē)牧W(xué)性能非常復(fù)雜，目前還沒(méi)有較好試驗(yàn)或數(shù)值方法對(duì)其進(jìn)行以概率論為基礎(chǔ)的研究。（2）對(duì)于只有壓應(yīng)力的應(yīng)力循環(huán)作用，由于鋼材內(nèi)部缺陷不易開(kāi)展，則不會(huì)發(fā)生疲勞破壞，不必進(jìn)行疲勞計(jì)算。（3）國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)證明，大多數(shù)焊接連接類(lèi)別的疲勞強(qiáng)度不受鋼材強(qiáng)度的影響，故可認(rèn)為疲勞容許應(yīng)力幅與鋼種無(wú)關(guān)。（4）提高疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命的措施 （ａ）采取合理構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，盡可能減少應(yīng)力集中； （ｂ）嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，減小初始裂紋尺寸； （ｃ）采取必要的工藝措施如打磨、敲打等。第四十一頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日鋼材的生產(chǎn)鐵礦石-------〉鐵-------〉鋼--------〉軋制成型煉鐵：以CO、C作為還原劑，高溫下將鐵礦石中的鐵還原出來(lái)。生鐵含碳量高（〉2.06%）。煉鋼：高溫下氧化反應(yīng)除去生鐵中多余的碳和雜質(zhì)。使含碳量〈2.06%。精煉：脫氧第四十二頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日

用軋鋼機(jī)將鋼錠軋成鋼胚，再通過(guò)一系列不同形狀和孔徑的軋機(jī)，軋成所需形狀和尺寸的鋼材。

鋼材的熱軋成型，壓密鋼的晶粒，改善鋼的材質(zhì)。薄的鋼材，輥軋次數(shù)多，壓縮比大，因而屈服點(diǎn)及伸長(zhǎng)率均大于厚板。

鋼材的力學(xué)性能按板厚或直徑分組。第四十三頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日

鋼的種類(lèi)脫氧程度沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼化學(xué)成分碳素鋼合金鋼成型方法軋制鋼鍛鋼鑄鋼結(jié)構(gòu)用鋼的種類(lèi)、選用及規(guī)格第四十四頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日沸騰鋼：以Mn為脫氧劑F半鎮(zhèn)靜鋼：介于沸騰鋼與鎮(zhèn)靜鋼之間（加入少量Si）b鎮(zhèn)靜鋼：除Mn外，增加Si為脫氧劑Z特殊鎮(zhèn)靜鋼：在用硅脫氧后，再用鋁補(bǔ)充脫氧TZ設(shè)計(jì)文件中的標(biāo)識(shí)方法：Q+屈服點(diǎn)數(shù)值+質(zhì)量等級(jí)+脫氧方法Q235鋼分為A、B、C、D質(zhì)量等級(jí)，ZTZ可以省略。Q235C為鎮(zhèn)靜鋼Q235D為特殊鎮(zhèn)靜鋼Q345、Q390、Q420無(wú)沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。名稱(chēng)中就無(wú)脫氧方法符號(hào)。舉例：Q235BFQ235CQ345AQ345BQ390DQ420B第四十五頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日碳素鋼鐵和碳的合金

低碳鋼C<0.25%

中碳鋼C=0.25%~0.60%

高碳鋼C>0.6%一般C<0.20%具有良好的可焊性。碳素鋼分級(jí)：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275鋼結(jié)構(gòu)推薦使用Q235

（C<0.18%)第四十六頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日低合金鋼

冶煉時(shí)，在低碳鋼中加入合金元素Mn、V等低合金鋼中合金元素含量<5%

適量合金元素，可使鋼水在冷卻時(shí)得到細(xì)而均勻的晶粒，從而提高強(qiáng)度又不降低塑性和韌性。推薦使用：Q345(原16Mn、16Mnq)(含碳量0.16%)fy=345MPa

Q390(原15MnV15MnVq)(含碳量0.15%)

合金含量均小于1.5%fy=390MPa

Q420第四十七頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日建筑工程用鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼A：保證fy、fu、，必要時(shí)附加冷彎試驗(yàn)的要求；化學(xué)成分對(duì)碳、錳不作交貨條件。B、C、D級(jí)：保證fy、fu、，冷彎性能、沖擊韌性（分別為+20℃，0℃，-20℃）；化學(xué)成分對(duì)碳、硫、磷的極限含量要求嚴(yán)格。A：保證fy、fu、，冷彎性能；化學(xué)成分對(duì)碳、硫、磷作為保證項(xiàng)目。B、C、D：保證fy、fu、，冷彎性能、沖擊韌性（分別為+20℃，0℃，-20℃，-40℃）；化學(xué)成分對(duì)碳、硫、磷、錳、硅作為保證項(xiàng)目。以不熱處理或熱處理狀態(tài)交貨第四十八頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日鋼材的選擇

選擇鋼材的目的是要做到結(jié)構(gòu)安全可靠，同時(shí)用材經(jīng)濟(jì)合理。為此，在選擇鋼材時(shí)應(yīng)考慮下列各因素：

1.結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性；

2.荷載性質(zhì)（靜載或動(dòng)載）;3.連接方法（焊接、鉚接或螺栓連接）;4.工作條件（溫度及腐蝕介質(zhì)）。5.鋼材厚度對(duì)于重要結(jié)構(gòu)、直接承受動(dòng)載的結(jié)構(gòu)、處于低溫條件下的結(jié)構(gòu)及焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用質(zhì)量較高的鋼材。

第四十九頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日鋼材選擇的建議承重結(jié)構(gòu)焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)當(dāng)焊接承重結(jié)構(gòu)為防止鋼材的層狀撕裂而采用Z向鋼保證fy、fu、以及硫、磷含量，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)保證碳含量。具有冷彎試驗(yàn)的合格保證。材質(zhì)應(yīng)滿(mǎn)足斷面收縮率和含硫量的要求。應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證。應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證。主要的受拉或受彎的焊接結(jié)構(gòu)和需驗(yàn)算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)需驗(yàn)算疲勞的非焊接結(jié)構(gòu)鋼材選擇的建議第五十頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日鋼材的規(guī)格鋼結(jié)構(gòu)采用的型材有：熱軋鋼板、熱軋型鋼、冷彎薄壁型鋼。1、熱軋鋼板：“-”厚度×寬度×長(zhǎng)度（mm）–840036002、熱軋型鋼（1）熱軋角鋼

等肢角鋼：L肢寬×肢厚不等肢角鋼：L長(zhǎng)肢寬×短肢寬×肢厚L11010L90566（2）熱軋工字鋼普通工字鋼：“I”和號(hào)數(shù)(代表截面高度厘米數(shù))輕型工字鋼：“QI”和號(hào)數(shù)(代表截面高度厘米數(shù))20號(hào)以上的工字鋼，按腹板厚度同一號(hào)數(shù)又分a、b、c類(lèi)。第五十一頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日（3）熱軋槽鋼普通槽鋼：“[”和號(hào)數(shù)輕型槽鋼：“Q[”和號(hào)數(shù)14號(hào)以上的槽鋼，按腹板厚度同一號(hào)數(shù)又