鋼結(jié)構(gòu)第二講材料

鋼結(jié)構(gòu)第二講材料第1頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四1）有較高的強度，屈強比滿足要求，保證安全儲備2）有足夠的變形能力塑性----破壞前有預(yù)兆，能內(nèi)力重分布韌性----在動載下破壞能吸收較大能量§2-1概述4）適應(yīng)低溫、有害介質(zhì)侵蝕及承受疲勞荷載5）易生產(chǎn)、價格便宜3）有良好的加工性能，適應(yīng)冷熱加工，有良好的可焊性《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2002)推薦的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235鋼和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼Q345、Q390及Q420符合要求§2-1概述第2頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四§2-2鋼材的生產(chǎn)2.2.1鋼材的冶煉一.煉鐵二.煉鋼碳素鋼

低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼常用的煉鋼爐有三種形式：轉(zhuǎn)爐、平爐和電爐。電爐煉鋼煉成的鋼質(zhì)量好。耗電量大，成本高。轉(zhuǎn)爐煉鋼是利用高壓空氣或氧氣

氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉的鋼中有害元素和雜質(zhì)少，生產(chǎn)周期短，效率高、質(zhì)量好、成本低。

鋼材的生產(chǎn)分為煉鐵、煉鋼和軋制§2-2鋼材的生產(chǎn)第3頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四§2-2鋼材的生產(chǎn)第4頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四§2-2鋼材的生產(chǎn)平爐煉鋼，平爐的原料廣泛，容積大，產(chǎn)量高，冶煉工藝簡單，化學成分易于控制，煉出的鋼質(zhì)量優(yōu)良。平爐鋼周期長，效率低成本高第5頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四三.鋼材的澆注和脫氧按脫氧的方法和程度的不同，碳素結(jié)構(gòu)鋼可分為沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼4類。

沸騰鋼采用脫氧能力較弱錳作脫氧劑，脫氧不完全。鋼中留有較多氧化鐵夾雜和氣孔。質(zhì)量較差。

鎮(zhèn)靜鋼采用錳加硅作脫氧劑，脫氧較完全，硅在還原氧化鐵過程中還會產(chǎn)生熱量，使鋼液冷卻緩慢，使氣體充分逸出，澆注時不出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象。質(zhì)量好，成本高。半鎮(zhèn)靜鋼的脫氧程度介于上述二者之間。特殊鎮(zhèn)靜鋼是在錳硅脫氧后，再用鋁補充脫氧，脫氧程度高于鎮(zhèn)靜鋼。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼一般都是鎮(zhèn)靜鋼?！?-2鋼材的生產(chǎn)第6頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四以“Q”代表屈服點屈服點數(shù)值共分195、215、235、255和275(MPa)5種質(zhì)量等級按有害成分硫、磷含量由多到少的規(guī)律，分別由A、B、C、D符號表示脫氧方法以F表示沸騰鋼，b表示半鎮(zhèn)靜鋼，Z表示鎮(zhèn)靜鋼，TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼。Z和TZ在鋼的牌號中予以省略C級只能是Z，D級只能是TZ。例如：Q235A·F表示屈服點為235MPa的A級沸騰鋼

Q215B，表示屈服點為215MPa的B級鎮(zhèn)靜鋼

Q215B·b表示屈服點為215MPa的B級半鎮(zhèn)靜鋼§2-2鋼材的生產(chǎn)第7頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四

一.鋼材的組織構(gòu)造碳素結(jié)構(gòu)鋼是在純鐵中加適量的碳來提高強度鐵素體強度、硬度較低，而塑性、韌性良好滲碳體鐵碳化合物熔點高，硬度大，幾乎沒有塑性與鐵素體晶粒形成珠光體，在鐵素體晶?？障吨?，形成網(wǎng)狀間層。珠光體強度很高，堅硬富有彈性

低合金結(jié)構(gòu)鋼是在低碳鋼中加入少量的合金元素合金元素及其化合物溶解于鐵素體和珠光體中，使強度提高，塑性、韌性和焊接性能不降低2.2.2鋼材的組織構(gòu)造和缺陷§2-2鋼材的生產(chǎn)第8頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四二.鋼材的鑄造缺陷

冶金缺陷，如偏析、非金屬夾雜、氣孔、縮孔和裂紋等熱加工、冷加工和熱處理三種。將鋼坯加熱至塑性狀態(tài)，依靠外力改變其形狀,產(chǎn)生出各種厚度的鋼板和型鋼，稱為熱加工在常溫下對鋼材進行加工稱為冷加工通過加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，稱為熱處理2.2.3鋼材的加工§2-2鋼材的生產(chǎn)第9頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四一.熱加工

開軋和鍛壓溫度控制在1150～1300℃

鋼材軋制成鋼板或型鋼，使金屬的晶粒變細，壓合鋼坯中的氣孔、裂紋等缺陷，改善鋼材的力學性能。

熱軋薄板和壁厚較薄的熱軋型鋼，因輥軋次數(shù)較多，鋼材的性能改善明顯，其強度、塑性、韌性和焊接性能均優(yōu)于厚板和厚壁型鋼

鋼材強度按板厚分組§2-2鋼材的生產(chǎn)第10頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四

鋼中的硫化物和氧化物等非金屬夾雜，經(jīng)軋制之后被壓成薄片會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。使鋼板沿厚度方向受拉的性能惡化

鋼材沿軋制方向（縱向）的性能優(yōu)于垂直軋制方向（橫向）的性能，使各向異性增大。鋼板部件應(yīng)沿其橫向切取試件進行拉伸和冷彎試驗?！?-2鋼材的生產(chǎn)第11頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四二.冷加工

冷軋卷板和冷軋鋼板

冷彎薄壁型鋼和壓型鋼板

高強鋼絲

§2-2鋼材的生產(chǎn)第12頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四§2-2鋼材的生產(chǎn)第13頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四三.熱處理

包括退火、正火、淬火和回火退火和正火改善組織以提高鋼的機械性能其操作方法為：在爐中鋼材加熱保溫一段時間后，隨爐溫冷卻至500℃以下，再放至空氣中冷卻的工藝稱為完全退火若保溫后從爐中取出在空氣中冷卻的工藝稱為正火。正火的冷卻速度比退火快，強度和硬度有所提高低溫退火，主要用來消除鑄件、熱軋件、鍛件、焊接件和冷加工件中的殘余應(yīng)力§2-2鋼材的生產(chǎn)第14頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四淬火工藝是將鋼件加熱到900℃以上，保溫后快速在水中或油中冷卻增加了鋼材強度和硬度，使塑性和韌性降低回火工藝將淬火后的鋼材加熱到某一溫度進行保溫，而后在空氣中冷卻消除殘余應(yīng)力，調(diào)整強度和硬度，減少脆性，增加塑性和韌性，形成較穩(wěn)定的組織。通常稱淬火加高溫回火的工藝為調(diào)質(zhì)處理。強度較高的鋼材，如Q420中的C、D、E級鋼和高強度螺栓的鋼材都要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理?！?-2鋼材的生產(chǎn)第15頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四鋼材有兩種完全不同的破壞形式：塑性破壞脆性破壞塑性破壞的主要特征是，破壞前具有較大的塑性變形，常在鋼材表面出現(xiàn)明顯的相互垂直交錯的銹跡剝落線。破壞后的斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗。脆性破壞的主要特征是，破壞前塑性變形很小，或根本沒有塑性變形，而突然迅速斷裂。破壞后的斷口平直，呈有光澤的晶粒狀或有人字紋。§2-3鋼材的主要性能2.3.1鋼材的破壞形式§2-3鋼材的主要性能第16頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四鋼材的多項性能指標通過單向拉伸試驗獲得給出相應(yīng)鋼材的單調(diào)拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線。由試驗曲線看出，在比例極限σp以前鋼材的工作是彈性的；比例極限以后，進入了彈塑性階段；達到了屈服點fy后，塑性平臺；出現(xiàn)強化階段，產(chǎn)生頸縮而破壞。2.3.2鋼材在單向一次拉伸下工作性能§2-3鋼材的主要性能第17頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四一.四個工作階段：1）彈性階段：2）彈塑性階段：應(yīng)力由0~比例極限fp應(yīng)力由fp~屈服點fy3）塑性階段：應(yīng)力保持fy

不變，應(yīng)變由(0.1~0.2)%~(2~3)%;4）強化階段：應(yīng)力由fy~抗拉強度fu設(shè)計以鋼材的屈服點f

y

作為靜力強度承載力極限§2-3鋼材的主要性能第18頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四σεfy如果沒有殘余應(yīng)力，比例極限與屈服應(yīng)力合為一點，彈塑性階段消失，為簡化計算，將應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系簡化為如圖二.理想彈塑性體理想彈塑性體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系1．強度設(shè)計時以鋼材的屈服強度為基礎(chǔ)，抗拉強度σu是鋼材破壞前所承受最大應(yīng)力，此時結(jié)構(gòu)因塑性變形很大而失去使用性能，σu／σy值的大小，作為鋼材強度儲備的參數(shù)三.鋼材的機械性能§2-3鋼材的主要性能第19頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四衡量鋼材塑性變形能力的主要指標是伸長率δ和斷面收縮率ψ。2．塑性原標距間長度的伸長值與原標距比值的百分率。一般以l0／d0=5為標準試件。伸長率δ5：式中：l0——試件原標距長度；

d0——試件標距長度內(nèi)的直徑；

l1——試件拉斷后標距間的長度。

§2-3鋼材的主要性能第20頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四斷面的頸縮率：式中：A0——試件標準斷面的面積

A1——試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面積鋼材單調(diào)拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線提供了三個重要的力學性能指標：抗拉強度fu、伸長率δ和屈服點fy。抗拉強度fu是鋼材一項重要強度指標，反映鋼材受拉時能承受的極限應(yīng)力伸長率δ是衡量鋼材斷裂前所具有的塑性變形能力的指標，其相應(yīng)伸長率分別用δ5或δ10表示屈服點fy是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)力允許達到的最大限值§2-3鋼材的主要性能第21頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四一.冷彎性能鋼材的冷彎性能由冷彎試驗確定試驗時，根據(jù)鋼材的牌號和不同的板厚，按國家相關(guān)標準規(guī)定的彎心直徑，在試驗機上把試件彎曲180°

以試件表面和側(cè)面不出現(xiàn)裂紋和分層為合格冷彎試驗不僅能檢驗材料承受規(guī)定的彎曲變形能力大小，還能顯示其內(nèi)部的冶金缺陷判斷鋼材塑性變形能力和冶金質(zhì)量的綜合指標2.3.3鋼材的其它性能§2-3鋼材的主要性能第22頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四冷彎性能試驗方法具有一定彎心直徑d的沖頭對標準試件中部施加荷載使之彎曲不出現(xiàn)裂紋或分層，判斷鋼材的冷彎性能冷彎性能試驗§2-3鋼材的主要性能第23頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四二.沖擊韌性單調(diào)拉伸試驗比較不同鋼材在正常情況下韌性好壞沖擊韌性是評定帶有缺口鋼材沖擊荷載作用下抵抗脆性破壞能力的指標，通常用帶有夏比V型缺口的標準試件

沖擊韌性值隨溫度的降低而降低相當溫度下的沖擊韌性指標：

在寒冷地區(qū)承受動力作用重要承重結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)工作溫度和所用鋼材牌號，提出相當溫度下的沖擊韌性指標要求§2-3鋼材的主要性能第24頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四鋼材的沖擊韌性是指鋼材在沖擊荷裁作用下，斷裂過程中吸收機械動能的一種能力，是衡量鋼材抵抗沖擊荷裁作用我國以前曾采用過梅氏試件(U形缺口)作沖擊韌性試驗。

§2-3鋼材的主要性能第25頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四多軸應(yīng)力下，材料的綜合強度指標要用變形時單位體積中積聚的能量來衡量形狀改變比能理論：三向應(yīng)力下，形狀改變比能等于單向拉伸下積聚的比能時，鋼材由彈性轉(zhuǎn)入塑性狀態(tài)2.3.4鋼材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服條件時，為塑性狀態(tài)；時，為彈性狀態(tài)

§2-3鋼材的主要性能第26頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四對塑性材料，同號應(yīng)力狀態(tài)易發(fā)生脆斷，鋼材在異號應(yīng)力狀態(tài)時容易發(fā)生塑性破壞。正應(yīng)力與剪應(yīng)力表示：§2-3鋼材的主要性能第27頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四fy單軸拉伸雙軸異號受力雙軸同號受力εσ當σ1、σ2、σ3為同號應(yīng)力且數(shù)值接近時，即使它們各自都遠大于fy，折算應(yīng)力σzs仍小于fy說明鋼材很難進入塑性狀態(tài)破壞表現(xiàn)為脆性

§2-3鋼材的主要性能第28頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四在實腹梁的腹板中：當純剪時：鋼材的抗剪設(shè)計強度為：平面應(yīng)力狀態(tài)下§2-3鋼材的主要性能第29頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四

碳含碳量低，鋼的強度不高．但塑性大．伸長率和沖擊韌性高，鋼質(zhì)柔軟，易于冷加工、切削和焊接含碳量較高，鋼的強度高，但塑性小，硬度大，性脆，不易加工2.4.1化學成分的影響§2-4各種因素對鋼材性能的影響§2-4各種因素對鋼材性能的影響第30頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四錳元素(Mn)是一種弱脫氧劑錳提高鋼材的屈服強度和抗拉強度，改善鋼材的冷脆傾向，降低硫、氧對鋼材的熱脆影響，改善鋼材熱加工性能，不顯著降低塑性和沖擊韌性。普通碳素鋼中，錳含量在0.3~0.8％，低合金鋼中，在1.2~1.6％之間，過多會使鋼材變硬變脆．降低鋼材耐腐蝕和可焊性。硅元素(Si)是一種較強的脫氧劑。適量的硅可提高鋼材強度而對其塑性、冷彎性能、沖擊性能、可焊性能無明顯不良影響。在碳素鋼中含量不超過0.3％，低合金鋼中限制在0.6％以內(nèi)。過高硅含量降低鋼材的塑性、韌性、抗銹性和可焊性。§2-4各種因素對鋼材性能的影響第31頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四

釩元素(V)是低合金鋼中合金元素?？梢约毣摬木Я＝Y(jié)構(gòu)而提高鋼材屈服強度和抗拉強度。釩的化合物穩(wěn)定，使鋼的高溫硬度提高，15MnV鋼是在16Mn鋼基礎(chǔ)上加入適量的釩(0.04~0.12％)熔煉成強度較高低合金鋼。

硫元素(S)是一種有害元素。硫與鐵化合成硫化鐵(FeS)散布在純鐵體層間中，當溫度在800～1200℃時熔化而使鋼材出現(xiàn)熱裂紋，且易脆斷。稱為熱脆現(xiàn)象。使鋼材焊接性能和熱加工性能變壞，降低鋼材塑性和沖擊韌性?！?-4各種因素對鋼材性能的影響第32頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四

氧、氮是有害元素，容易從鐵液中逸出，故含量甚少。氧的作用與硫類似，增大鋼的熱脆性。氮的作用同磷類似，能顯著降低鋼材的塑性和沖擊韌性，冷彎性能和焊接性能，特別是增大鋼材的冷脆性§2-4各種因素對鋼材性能的影響

磷元素(P)也是一種有害元素。磷的存在可提高鋼材的強度和抗銹蝕性，但嚴重降低鋼材的塑性、冷彎性能、沖擊韌性和可焊性。在低溫下，鋼材易產(chǎn)生低溫脆斷,稱為冷脆現(xiàn)象。第33頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四

鋼材的焊接性能受含碳量和合金元素含量的影響含碳量超過時，焊縫及熱影響區(qū)容易變脆一般Q235A的含碳量較高，因此這一牌號通常不能用于焊接構(gòu)件。而Q235B、C、D的含碳量控制在上述的適宜范圍之內(nèi)，適合焊接使用在高強度低合金鋼中，低合金元素大多對可焊性有不利影響，《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》使用碳當量來衡量低合金鋼的可焊性，其的計算公式如下：

2.4.2鋼材的焊接性能§2-4各種因素對鋼材性能的影響第34頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四

其中C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu分別為分別為碳、錳、鉻、鉬、釩、鎳和銅的百分含量。鋼材焊接性能的優(yōu)劣除了與鋼材的碳當量有直接關(guān)系之外，還與母材厚度、焊接方法、焊接工藝參數(shù)以及結(jié)構(gòu)形式等條件有關(guān)。

當CE在0.38％～0.45％范圍內(nèi)時，鋼材呈現(xiàn)淬硬傾向，施焊時需要控制焊接工藝、采用預(yù)熱措施并使熱影響區(qū)緩慢冷卻，以免發(fā)生淬硬開裂；當CE大于0.45％時，鋼材的淬硬傾向更加明顯，需嚴格控制焊接工藝和預(yù)熱溫度才能獲得合格的焊縫?！?-4各種因素對鋼材性能的影響第35頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四

鋼材的硬化有三種情況：時效硬化、冷作硬化（或應(yīng)變硬化）和應(yīng)變時效硬化在高溫時溶于鐵中的少量氮和碳，隨著時間的增長逐漸由固溶體中析出，生成氮化物和碳化物，散存在鐵素體晶粒的滑動界面上，對晶粒的塑性滑移起到遏制作用，從而使鋼材的強度提高，塑性和韌性下降。這種現(xiàn)象稱為時效硬化在冷加工使鋼材產(chǎn)生較大的塑性變形的情況下，卸荷后再重新加載，鋼材的屈服點提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象稱為冷作硬化2.4.3鋼材的硬化§2-4各種因素對鋼材性能的影響第36頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四

應(yīng)力—應(yīng)變曲線將沿圖中EDHK進行，屈服點由D點提高到H點塑性區(qū)和應(yīng)變硬化區(qū)的范圍縮小。這也是一個對鋼結(jié)構(gòu)的不利因素?！?-4各種因素對鋼材性能的影響時效過程長在塑性變形后對鋼材加熱到200～300C，使時效在幾小時內(nèi)完成，稱為人工時效。重要結(jié)構(gòu)常需進行人工時效，然后再測定其沖擊韌性，以保證鋼材長期具有較好的韌性。第37頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四當截面有裂紋(內(nèi)部的或表面的)、孔洞、刻槽、凹角時以及截面厚度或?qū)挾韧蝗桓淖儠r構(gòu)件中應(yīng)力分布變得不均勻。在缺陷或截面變化處附近，應(yīng)力線曲折、密集、出現(xiàn)高峰應(yīng)力的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。當數(shù)值相等三向拉應(yīng)力時，直到材料斷裂也不屈服。三向拉應(yīng)力狀態(tài)容易脆性破壞2.4.4應(yīng)力集中的影響§2-4各種因素對鋼材性能的影響第38頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四

應(yīng)力集中現(xiàn)象可能由內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生：在澆注、軋制和焊接加工過程中，不同部位鋼材冷卻速度不同產(chǎn)生。焊接殘余應(yīng)力：在焊縫附近殘余拉應(yīng)力常達到屈服點，在焊縫交叉處經(jīng)常出現(xiàn)雙向、甚至三向殘余拉應(yīng)力場，使鋼材局部變脆。當外力引起的應(yīng)力與內(nèi)應(yīng)力處于不利組合時，會引發(fā)脆性破壞。因此，在進行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)盡量使構(gòu)件和連接節(jié)點的形狀和構(gòu)造合理，防止截面的突然改變。鋼結(jié)構(gòu)焊接構(gòu)造設(shè)計和施工時，盡量減少焊接殘余應(yīng)力?！?-4各種因素對鋼材性能的影響第39頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四

荷載可分為靜力的和動力的兩大類?？焖偌虞d動力荷載中的沖擊荷載連續(xù)交變荷載，循環(huán)荷載吊車梁地震2.4.5荷載類型的影響一.加載速度的影響在沖擊荷載作用下，加載速度很高，由于鋼材的塑性滑移在加載瞬間跟不上應(yīng)變速率，反映出屈服點提高的傾向試驗研究表明，在室溫環(huán)境下，雖然鋼材的屈服點和抗拉強度隨應(yīng)變速率增加而提高，塑性變形能力卻沒有下降，反而提高§2-4各種因素對鋼材性能的影響第40頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四二.循環(huán)荷載的影響鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會逐漸累積損傷、產(chǎn)生裂紋及裂紋逐漸擴展，直到最后破壞，這種現(xiàn)象稱為疲勞疲勞可分為高周疲勞和低周疲勞兩類當鋼材承受拉力至產(chǎn)生塑性變形，卸載后，再使其受拉，其受拉的屈服強度將提高至卸載點（冷作硬化現(xiàn)象）；而當卸載后使其受壓，其受壓的屈服強度將低于一次受壓時所獲得的值。這種經(jīng)預(yù)拉后抗拉強度提高，抗壓強度降低的現(xiàn)象稱為包辛格效應(yīng)

§2-4各種因素對鋼材性能的影響第41頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四在150℃以內(nèi)，鋼材的強度、彈性模量和塑性均與常溫相近。在250℃左右，抗拉強度有局部性提高，伸長率和斷面收縮率均降至最低，出現(xiàn)藍脆現(xiàn)象（鋼材表面氧化膜呈藍色）。顯然鋼材的熱加工應(yīng)避開這一溫度區(qū)段。在300℃以后，強度和彈性模量均開始顯著下降，塑性顯著上升。達到600℃時，強度幾乎為零，塑性急劇上升，鋼材處于熱塑性狀態(tài)。2.4.6溫度的影響§2-4各種因素對鋼材性能的影響第42頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四

當溫度低于常溫時，隨著溫度的降低，鋼材的強度提高，而塑性和韌性降低，逐漸變脆，稱為鋼材的低溫冷脆。在直接承受動力作用的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了防止脆性破壞，沖擊試驗并進行統(tǒng)計分析才能得到。我國有關(guān)標準對不同牌號和等級的鋼材，規(guī)定了在不同溫度下的沖擊韌性指標對Q235鋼，除A級不要求外，其它各級鋼均取CV=27J

對低合金高強度鋼，除A級不要求外，E級鋼采用CV=27J§2-4各種因素對鋼材性能的影響第43頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四影響因素：鋼材的化學成分、組織構(gòu)造和缺陷等；構(gòu)造缺陷和焊接加工引起的應(yīng)力集中、低溫影響、動荷作用、冷作硬化和應(yīng)變時效硬化等。防止脆性破壞的發(fā)生：(1)合理設(shè)計。(2)正確制造。(3)合理使用。2.4.7防止脆性斷裂的方法§2-4各種因素對鋼材性能的影響第44頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四§2-5鋼材的疲勞2.5.1疲勞破壞的特征1.疲勞的概念鋼材料在循環(huán)荷載作用下，當循環(huán)數(shù)達到某一定值時，鋼材發(fā)生破壞的現(xiàn)象叫做鋼材的疲勞；疲勞屬于脆性破壞。

內(nèi)部缺陷----應(yīng)力集中----產(chǎn)生微裂紋----微裂紋在循環(huán)荷載下擴展----截面削弱----宏觀裂紋失穩(wěn)擴展----斷裂引起疲勞破壞的交變荷載有兩種類型常幅交變荷載常幅疲勞變幅交變荷載變幅疲勞轉(zhuǎn)動的機械零件常幅疲勞破壞，吊車橋、鋼橋變幅疲勞破壞。§2-5鋼材的疲勞第45頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四1)低周疲勞高周疲勞2)特征

a突然性

b疲勞破壞的斷口與一般脆性斷口不同，三個區(qū)域：裂紋源、裂紋擴展區(qū)和斷裂區(qū)。擴展區(qū)表面較光滑，可見放射和年輪狀花紋，是疲勞斷裂的主要斷口特征。

c疲勞對缺陷敏感。缺口裂紋組織缺陷§2-5鋼材的疲勞第46頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四tt平均應(yīng)力：應(yīng)力比：應(yīng)力輻：循環(huán)應(yīng)力和變幅應(yīng)力§2-5鋼材的疲勞第47頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四2影響疲勞的主要因素：1）有無缺陷、缺陷的尺寸，有無殘余應(yīng)力。2）應(yīng)力水平3）應(yīng)力輻4）應(yīng)力比

對彈性材料，這一因素影響不象對彈塑性材料那樣大。時，稱常幅循環(huán)§2-5鋼材的疲勞第48頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四2.5.2常幅疲勞一.非焊接結(jié)構(gòu)的疲勞疲勞強度與主體金屬連接類型有關(guān)與循環(huán)應(yīng)力的應(yīng)力比ρ

循環(huán)次數(shù)n有關(guān)。

n＝2×106次，TJ17-74曾根據(jù)試驗得到的簡化疲勞曲線，驗算以拉應(yīng)力為主的疲勞計算公式如下：§2-5鋼材的疲勞第49頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四驗算部位最大拉應(yīng)力；以拉應(yīng)力為主的疲勞容許強度；=0時的疲勞容許強度，試驗定；構(gòu)造形式有關(guān)的系數(shù)，試驗定。以應(yīng)力為準則的疲勞驗算方法不適用于焊接結(jié)構(gòu)

§2-5鋼材的疲勞第50頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四二.焊接結(jié)構(gòu)的疲勞

焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命主要的因素構(gòu)件和連接的構(gòu)造類型和應(yīng)力幅，而與應(yīng)力比無關(guān)焊接殘余應(yīng)力的影響σfyfyσmaxσminΔσ=σmax-σminfy-Δσt+--(a)(b)(c)焊縫附近的真是循環(huán)應(yīng)力§2-5鋼材的疲勞第51頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四

當名義循環(huán)應(yīng)力為拉時，焊縫附近的殘余拉應(yīng)力已達屈服點不再增加，實際拉應(yīng)力保持fy不變；當名義循環(huán)應(yīng)力減小到最小時，焊縫附近的實際應(yīng)力將降至

顯然，焊縫附近的真實應(yīng)力比為

只要應(yīng)力幅為常數(shù)，不管循環(huán)荷載下的名義應(yīng)力比為何值，焊縫附近的真實應(yīng)力比也為常數(shù)。焊縫部位的疲勞壽命主要與有關(guān)。§2-5鋼材的疲勞第52頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四Δσnn1Δσ1lgΔσlgnlgnLg[Δσ]lgCβ1(a)(b)2s應(yīng)力幅與循環(huán)壽命的關(guān)系§2-5鋼材的疲勞第53頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四可求得容許應(yīng)力幅的表達式C、β均為不同構(gòu)件和連接類別的試驗參數(shù)。循環(huán)次數(shù)n應(yīng)力幅1234疲勞極限新規(guī)范給出的疲勞曲線(Δσ?n)圖§2-5鋼材的疲勞第54頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四三.常幅疲勞驗算1.對不同的構(gòu)件和連接類型歸納劃分為8類2.對于非焊接結(jié)構(gòu)，使用螺栓連接和構(gòu)件，殘余拉應(yīng)力很小，疲勞壽命不僅與應(yīng)力幅Δσ有關(guān)，也與名義應(yīng)力比ρ有關(guān)3.折算應(yīng)力幅采用荷載的標準值容許應(yīng)力設(shè)計法內(nèi)力計算中不乘動力系數(shù)試驗包括動力作用

§2-5鋼材的疲勞第55頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四一.變幅疲勞的一般計算方法根據(jù)線性累積損傷準則等效應(yīng)力幅Δσe，計算公式為：各應(yīng)力幅Δσi對應(yīng)循環(huán)次數(shù)為ni，相對的疲勞壽命為Ni，線性累積損傷準則為：

應(yīng)力幅Δσi循環(huán)一次時，將引起1/Ni的損傷，ni次循環(huán)的損傷為ni/Ni；其它應(yīng)力幅水平的常幅循環(huán)應(yīng)力也有各自的損傷狀況，當這些損傷份額之和等于1時，將發(fā)生疲勞破壞。

或2.5.3變幅疲勞§2-5鋼材的疲勞第56頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四lgΔσlgnΔσ1Δσ2Δσ3Δσen1n2n3N1N2N3Σniβ1變幅疲勞的疲勞曲線§2-5鋼材的疲勞第57頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四等效常幅疲勞應(yīng)力幅Δσe，循環(huán)次后：或?qū)⑸鲜龃胂率?/p>

有

得則－以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)表示的結(jié)構(gòu)預(yù)期壽命；

ni－應(yīng)力幅水平為Δσi的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)?！?-5鋼材的疲勞第58頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四二.吊車梁的疲勞

欠載效應(yīng)的等效系數(shù)最大應(yīng)力幅

1變幅疲勞工作環(huán)境2獲得一些有代表性的車間的重級工作制中級工作制吊車桁架的設(shè)計應(yīng)力譜。3按2×106循環(huán)次數(shù)4最大應(yīng)力幅Δσ1

；常幅設(shè)計應(yīng)力幅Δσ§2-5鋼材的疲勞第59頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四2.5.4疲勞驗算中一些值得注意的問題

(1)疲勞驗算仍然采用容許應(yīng)力設(shè)計方法，標準荷載用容許應(yīng)力幅作為疲勞強度

(2)規(guī)范中提出的疲勞強度以試驗為依據(jù)規(guī)定8種以外連接構(gòu)造，應(yīng)進行專門的研究高溫、海水腐蝕環(huán)境、焊后經(jīng)熱處理、低周高應(yīng)變疲勞構(gòu)件或連接的疲勞

(3)在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位不計算疲勞

(4)靜力強度對焊接構(gòu)件和連接的疲勞強度無顯著影響，故可以認為，疲勞容許應(yīng)力幅與鋼種無關(guān)§2-5鋼材的疲勞第60頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四§2-6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用

2.6.1建筑用鋼的種類碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在冷拔碳素鋼絲和連接用緊固件中厚度方向性能鋼板、焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼、鑄鋼一.碳素結(jié)構(gòu)鋼按國家標準《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T700生產(chǎn)的鋼材有Q195、Q215、Q235、Q255和Q275種品牌，板材厚度不大于16mm屈服點分別為195、215、235、255、275N/mm2Q235含碳量在0.22％以下，強度適中，塑性、韌性均較好

除A級外，其它三個級別的含碳量均在0.20％以下?！?-6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用第61頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四二.低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼按國家標準《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591生產(chǎn)的鋼材共有Q295、Q345、Q390、Q420和Q460板材厚度不大于16mm屈服點295、345、390、420和460N/mm2。含碳量均不大于0.20％，合金元素的總量低于5％，故稱為低合金高強度鋼。Q345、Q390和Q420均按化學成分和沖擊韌性劃分為A、B、C、D、E共5個質(zhì)量等級，A、B級為鎮(zhèn)靜鋼，C、D、E級為特種鎮(zhèn)靜鋼，故可不加脫氧方法的符號。

三.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與碳素結(jié)構(gòu)鋼的區(qū)別在于鋼中含雜質(zhì)元素較少，磷、硫等害元素含量均不大于0.035％，其它缺陷限制也較嚴格§2-6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用第62頁，共68頁，2023年，2月20日，星期四

一類為普通含錳量的鋼一類為較高含錳量的鋼兩類的鋼號均用兩位數(shù)字表示，它表示鋼中的平均含碳量的萬分數(shù)，前者數(shù)字后不加Mn，后者數(shù)字后加Mn，

45號鋼，表示平均含碳量為0.45％的優(yōu)質(zhì)碳素鋼；

45Mn號鋼，表示同樣含碳量、但錳的含量