鋼結構工程識圖與施工ppt課件第二章

鋼結構工程識圖與施工ppt課件第二章鋼結構工程識圖與施工ppt課件第二章2.1建筑鋼材的破壞形式2.1建筑鋼材的破壞形式鋼材的破壞形式塑性破壞脆性破壞材料在破壞之前有顯著的變形，且持續(xù)時間較長，能吸收較多的能量，使破壞有明顯的預兆材料在破壞之前沒有顯著變形，且突然發(fā)生，吸收能量很少塑性破壞在破壞發(fā)生前有明顯的變形且持續(xù)時間較長，易于發(fā)現(xiàn)，及時補救，因此不會引起嚴重后果；而脆性破壞由于事先無顯著變形且突然發(fā)生，無法及時察覺和采取補救措施，其一旦發(fā)生可能會導致整個結構坍塌，所以脆性破壞造成的危害和損失比塑性破壞嚴重得多。鋼材的破壞形式除了與鋼材的品種有關外，還與鋼結構的工作環(huán)境、結構形式、加工條件等因素有關。2.1建筑鋼材的破壞形式鋼材的破壞形式塑性破壞脆性破壞材料在破壞之前有顯著的變形，且2.2.1鋼材的主要力學性能2.2.2鋼材的冷彎性能2.2鋼材的性能2.2.3鋼材的可焊性能2.2.4鋼材的耐火性能和耐候性能2.2.1鋼材的主要力學性能2.2.2鋼材的冷彎性能鋼結構在使用過程中會受到各種作用，選用鋼材時應保證它們具備抵抗各種作用的能力。鋼材在各種作用下表現(xiàn)出來的各種特性（如強度、塑性、韌性、冷彎性能等）稱為鋼材的力學性能。鋼材的力學性能是鋼結構設計的重要依據(jù)。2.2.1鋼材的主要力學性能1．強度在靜載、常溫條件下，對鋼材標準試件（如圖所示）進行一次單向均勻拉伸試驗是力學性能試驗中最具有代表性的。圖2-1靜力拉伸試驗的標準試件（a）（b）鋼結構在使用過程中會受到各種作用，選用鋼材時應保證它們具備抵圖（a）為低碳鋼單向均勻拉伸試驗的應力—應變曲線，圖（b）所示為曲線的局部放大圖。下面根據(jù)兩圖對低碳鋼在單向受拉過程中經(jīng)歷的幾個階段以及強度、塑性的幾項指標進行介紹。1）彈性階段圖2-2低碳鋼單向均勻拉伸的應力—應變曲線（a）（b）圖（a）為低碳鋼單向均勻拉伸試驗的應力—應變曲線，圖（b）所2）屈服階段2）屈服階段3）強化階段3）強化階段4）頸縮階段圖2-3理想彈塑性材料的應力—應變曲線圖2-4鋼材的條件屈服點4）頸縮階段圖2-3理想彈塑性材料的應力—應變曲線圖2-塑性是指鋼材破壞前產(chǎn)生塑性變形的能力，可由靜力拉伸試驗得到的力學性能指標伸長率A和截面收縮率Z來衡量。A和Z數(shù)值越大，表明鋼材塑性越好。2．塑性塑性是指鋼材破壞前產(chǎn)生塑性變形的能力，可由靜力拉伸試驗得到的鋼結構工程識圖與施工ppt課件第二章沖擊韌性除了與鋼材的質量密切有關外，還與鋼材的軋制方向有關。由于順著軋制方向（縱向）的內部組織較好，因此縱向切取的試件沖擊韌性值較高，橫向則較低。目前鋼材標準規(guī)定按縱向采用。圖2-5理想彈塑性材料的應力—應變曲線3．塑性沖擊韌性除了與鋼材的質量密切有關外，還與鋼材的軋制方向有關。冷彎性能可衡量鋼材在常溫下冷加工彎曲時產(chǎn)生塑性變形的能力。如圖2-6所示為冷彎性能試驗情況。厚度為a的標準試件放置在冷彎機輥軸上，用彎心直徑為d的沖頭對試件中部加壓，使其彎曲180°，然后檢查試件表面，以不出現(xiàn)裂紋和分層為合格。2.2.2鋼材的冷彎性能圖2-6冷彎性能試驗冷彎性能是鋼材力學性能的一項指標。冷彎性能不僅是檢驗鋼材適應加工能力和顯示鋼材內部缺陷（如非金屬夾雜和分層等）的指標，而且由于冷彎時試件彎曲部位受到?jīng)_頭擠壓以及彎曲和剪切的復雜作用，所以冷彎性能也是考察鋼材在復雜應力狀態(tài)下塑性變形能力的指標。冷彎性能可衡量鋼材在常溫下冷加工彎曲時產(chǎn)生塑性變形的能力。如鋼結構的制作和安裝，通常采用焊接的方法。因此，鋼材是否具備可焊性能，是其能否在建筑工程中應用的重要條件。2.2.3鋼材的可焊性能鋼材的焊接是將焊縫及其附近母材金屬經(jīng)升溫熔化，然后再冷卻凝結成一體的過程。鋼材的可焊性則指在一定的焊接工藝條件下，所施焊的焊縫熔敷金屬和母材金屬均不產(chǎn)生裂紋，且焊接的接頭機械性能不低于母材的機械性能。影響鋼材可焊性的因素很多，除鋼材品種、化學成分及規(guī)格等自身因素外，還與節(jié)點復雜程度、約束程度、焊接的環(huán)境溫度、焊接材料和焊接工藝等眾多外在因素有關。因此，鋼材可焊性的優(yōu)劣應根據(jù)上述各種因素對焊接難易的影響程度進行區(qū)分。易焊鋼材的可焊性好；反之，難焊鋼材的可焊性差。鋼結構的制作和安裝，通常采用焊接的方法。因此，鋼材是否具備可2.2.4鋼材的耐火性能和耐候性能對建筑鋼材的耐火性能要求，不同于對用于工業(yè)生產(chǎn)的耐熱鋼有長時間高溫強度的要求。建筑鋼材的耐火性能只需滿足在一定高溫下，保持結構在一定時間內不致垮塌，以保證人員和重要物資安全撤離火災現(xiàn)場。因此，它不需要在鋼中添加大量貴重的、耐熱性高的合金元素（如鉻、鉬），而只需添加少量較便宜的合金元素，即可具備一定的耐火性能。建筑鋼材的耐火性能指標應滿足下式要求，即（2-3）式（2-3）表示鋼材在600℃高溫時的屈服點應具有高于常溫時屈服點的2/3，這也是保證建筑防火安全性的一個許用指標。耐火性能和耐候性能是針對某些專用鋼材所具有的附加性能。1．耐火性能耐火鋼一般是在低碳鋼或低合金鋼中添加V（釩）、Ti（鈦）、Nb（鈮）合金元素，組成Nb-V-Ti合金體系，或者再添加少量Cr（鉻）、Mo（鉬）合金元素。具有耐火性能的鋼材，可以根據(jù)防火要求的需要，不用或減薄防火涂料，因此它有良好的經(jīng)濟效果，并且能加大使用空間。2.2.4鋼材的耐火性能和耐候性能對建筑鋼材的耐火性能要在自然環(huán)境下，普通鋼材每5年的腐蝕厚度可達0.1～1mm。如果鋼材處于腐蝕氣體環(huán)境中，則更為嚴重。對建筑鋼材的耐候性能要求，它只需滿足在自然環(huán)境下可裸露使用（如輸電鐵塔等），其耐候性提高到普通鋼材的6～8倍，即可獲得良好效果。2．耐候性能同耐火鋼一樣，耐候鋼一般也是在低碳鋼或低合金鋼中添加合金元素，如Cu，P，Cr，Ni等，以提高抗腐蝕性能。在大氣作用下，耐候鋼表面可形成致密的穩(wěn)定銹層，以阻絕氧氣和水的滲入，進而避免電化學腐蝕過程。如果在耐候鋼上再涂裝防腐涂料，其使用年限將遠高于一般鋼材。鋼材還可在鋼廠將其表面鍍鋅或鍍鋁鋅，然后再在上面輥涂彩色聚酯類涂料，以使其具有優(yōu)良的耐候性能，但這種工藝只能生產(chǎn)彩涂薄鋼板。鋼材的耐火、耐候性能一般均是在低碳鋼或低合金鋼中添加與其相關的合金元素，添加的合金元素可綜合提高數(shù)種性能（包括力學性能、Z向性能和可焊性能）。在自然環(huán)境下，普通鋼材每5年的腐蝕厚度可達0.1～1mm。2.3.1化學成分影響2.3.2培冶煉、軋制、澆鑄和熱處理的影響2.3影響鋼材性能的因素2.3.3鋼材的硬化2.3.4溫度的影響2.3.5復雜應力作用的影響2.3.6應力集中的影響2.3.7殘余應力的影響2.3.8鋼材的疲勞2.3.1化學成分影響2.3.2培冶煉、軋制、澆鑄和鋼的基本元素是鐵（Fe）和少量的碳（C）。碳素結構鋼中純鐵約占99%，其余是碳和硅（Si）、錳（Mn）等有利元素以及在冶煉過程不易除盡的有害雜質元素硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）等。在低合金高強度結構鋼中，除上述元素外，還含有改善鋼的某些性能的合金元素，主要有釩（V）、鈦（Ti）、鈮（Nb）和鋁（Al），以及鉻（Cr）、鎳（Ni）、鉬（Mo）、稀土（RE）等。其總含量一般低于3%。在鋼中碳和其他元素的含量盡管不大，但對鋼的力學性能卻有著決定性的影響。鋼的化學成分直接影響鋼的顆粒組織和結晶構造，并與鋼材力學性能有密切關系。2.3.1化學成分的影響鋼的基本元素是鐵（Fe）和少量的碳（C）。碳素結構鋼中純鐵約1．碳元素對鋼材性能的影響鋼的化學成分中，碳是除純鐵外的最主要元素，其含量直接影響鋼材的強度、塑性、韌性和可焊性等。隨著碳含量的增加，鋼材的屈服點和抗拉強度提高，而塑性和沖擊韌性（尤其是低溫沖擊韌性）下降，冷彎性能、可焊性和抗銹蝕性能等也明顯惡化容易產(chǎn)生脆斷。因此，新鋼材標準對各牌號鋼改為只規(guī)定其上限值不超過0.17%～0.22%。2．硅元素對鋼材性能的影響硅是作為強脫氧劑而加入鋼中，以制成質量較優(yōu)的鎮(zhèn)靜鋼。適量的硅可提高鋼的強度，而對塑性、沖擊韌性、冷彎性能及可焊性無明顯不良影響。碳素結構鋼中硅含量應不大于0.35%，低合金高強度結構鋼則一般應不大于0.50%。3．錳元素對鋼材性能的影響錳是一種較弱的脫氧劑。當錳含量不太多時可有效地提高鋼材的屈服點和抗拉強度，降低硫、氧對鋼材的熱脆影響，改善鋼材的熱加工性能和冷脆傾向，且對鋼材的塑性和沖擊韌性無明顯降低。但隨著錳含量的增加，鋼材的可焊性能將隨之降低，碳素結構鋼中錳含量應不大于1.4%，低合金高強度結構鋼則一般應不大于1.7%。鋼材性能的直接影響因素：1．碳元素對鋼材性能的影響鋼的化學成分中，碳是除純鐵外的最主4．硫元素對鋼材性能的影響磷能提高鋼的強度和抗銹蝕能力，但會嚴重地降低鋼的塑性、沖擊韌性、冷彎性能和可焊性，特別是在低溫時使鋼材變脆——冷脆。同樣，鋼的質量等級越高，磷含量的控制越嚴。碳素結構鋼的磷含量一般應不大于0.035%～0.045%，低合金高強度結構鋼的磷含量應不大于0.025%～0.035%。GJ鋼板的磷含量則應不大于0.020%～0.025%。Z向性能鋼板的磷含量則一律應不大于0.020%。5．磷元素對鋼材性能的影響磷能提高鋼的強度和抗銹蝕能力，但會嚴重地降低鋼的塑性、沖擊韌性、冷彎性能和可焊性，特別是在低溫時使鋼材變脆——冷脆。因此鋼材中磷含量也要嚴格控制。同樣，鋼的質量等級越高，磷含量的控制越嚴。碳素結構鋼的磷含量一般應不大于0.035%～0.045%，低合金高強度結構鋼的磷含量應不大于0.025%～0.035%。GJ鋼板的磷含量則應不大于0.020%～0.025%。Z向性能鋼板的磷含量則一律應不大于0.020%。6．氧元素和氮元素對鋼材性能的影響氧和氮屬于有害雜質。氧的影響與硫相似，使鋼“熱脆”。氮的影響則與磷相似，使鋼“冷脆”。因此，氧和氮的含量也應嚴加控制，一般鋼中氧含量應低于0.05%，氮含量應低于0.008%。鋼材性能的直接影響因素：4．硫元素對鋼材性能的影響磷能提高鋼的強度和抗銹蝕能力，但會沒有什么生意比人才的利潤更高！——李嘉誠合金元素可明顯提高鋼的綜合性能。如釩、鈦、鈮能細化鋼的晶粒，提高鋼的韌性。稀土有利于脫氧、脫硫，改善鋼的性能。鉻、鎳、鉬能發(fā)揮微合金沉淀強化作用，提高鋼的強韌性，尤其是低溫韌性。另外，銅（Cu）能提高鋼的耐蝕性能，但會降低可焊性能。鋁能很好地細化鋼的晶粒，提高鋼的韌性，因此，低合金高強度鋼各牌號的高質量等級（C，D，E級）均規(guī)定鋁含量應不小于0.015%。7．合金元素對鋼材性能的影響化學成分偏析使鋼材的塑性、冷彎性能、沖擊韌性及可焊性變壞。非金屬夾雜中的硫化物使鋼材“熱脆”，氧化物則嚴重地降低鋼材的力學性能和工藝性能。裂紋使鋼材的冷彎性能、沖擊韌性和抗脆性破壞的能力大大降低。鋼材在厚度方向不密合的分層，雖各層間仍相互連接，并不脫離，但它將嚴重降低冷彎性能。分層的夾縫處還易銹蝕，甚至形成裂紋，這將大大降低鋼材的沖擊韌性及抗脆斷能力，尤其是在承受垂直于板面的拉力時，易產(chǎn)生層狀撕裂。沒有什么生意比人才的利潤更高！——李嘉誠合金元素可明顯提高鋼鋼材的生產(chǎn)要經(jīng)過冶煉、澆鑄和軋制等工藝過程，在這些過程中，可能出現(xiàn)化學成分偏析、夾雜、裂紋、分層等缺陷而影響鋼材性能。1．冶煉對鋼材性能的影響2.3.2冶煉、軋制、澆鑄和熱處理的影響冶煉是將生鐵水、廢鋼和石灰石等原料加入煉鋼爐（氧氣轉爐、電爐等）爐膛中，用燃料（純氧、煤氣或重油等）加熱燃燒至溫度約1650℃，使鐵水中多余的碳、硫、磷等元素，在高溫下經(jīng)過熔化、氧化、還原等物理化學、反應過程而被除去，從而煉成合乎化學成分要求的各類鋼種。鋼材的生產(chǎn)要經(jīng)過冶煉、澆鑄和軋制等工藝過程，在這些過程中，可沸騰鋼沸騰鋼是因采用錳作為脫氧劑，其脫氧作用低。沸騰鋼冷卻速度快，氧、氮等雜質氣體不能全部逸出，并易在鋼中形成氣泡。同時，也可能使鋼中的化學成分分布不均勻，出現(xiàn)偏析現(xiàn)象。另外，氣泡內的雜質（硫化物和氧化物）還可能產(chǎn)生非金屬夾雜、裂紋、分層等缺陷。半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼的脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，其性能優(yōu)于沸騰鋼，與鎮(zhèn)靜鋼相似，而其成本又接近沸騰鋼。影響半鎮(zhèn)靜鋼鋼錠結構的因素較復雜，對鋼錠的澆鑄、軋制等工藝有一定要求，尤其是對脫氧程度要求較嚴格。因此，半鎮(zhèn)靜鋼尚未在國內大量生產(chǎn)。鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼是因采用硅作為脫氧劑，其脫氧作用強，因而脫氧較充分，鋼液不產(chǎn)生沸騰，表面較平靜而得名。硅在脫氧過程中還會放出很多熱量，故鋼液冷卻速度較慢，氣體能充分逸出，鋼中氣泡少，晶粒細，組織致密，偏析小。特殊鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼是在用硅脫氧后加鋁（或鈦）進行補充脫氧，因此較鎮(zhèn)靜鋼而言，其晶粒更細，塑性和低溫性能更好，尤其是可焊性顯著提高。2．澆鑄對鋼材性能的影響由于鋼在熔煉時的氧化過程會生成氧化鐵等夾雜，使鋼的性能變壞，因而在澆鑄過程需用與氧親和力比鐵高的脫氧劑加入鋼液中脫氧。常用的脫氧劑有錳、硅、鋁等，根據(jù)脫氧方式和脫氧程度的不同，將鋼材分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。沸騰鋼沸騰鋼是因采用錳作為脫氧劑，其脫氧作用低。沸騰鋼冷卻速3．軋制對鋼材性能的影響鋼材熱軋可改善鋼錠（坯）的鑄造組織，使其結晶致密，消除冶煉過程中的部分缺陷。尤其是軋制壓縮比大的小型鋼材，如薄板、小型鋼等，其強度、塑性、沖擊韌性均優(yōu)于壓縮比小的大型鋼材。另外，鋼材性能還與軋制方向有關，順著軋制方向（縱向）較好，橫向較差。軋制工藝傳統(tǒng)方法連鑄連軋

（續(xù)錠續(xù)鋼）在鋼煉好后，將鋼液澆鑄于鋼錠模中成為體積較大的鋼錠，經(jīng)脫錠車間脫模后運至初軋廠再經(jīng)均熱爐加溫，然后在初軋機中開坯，軋成厚度較小且長、寬適當?shù)母鞣N鋼坯，供應給各鋼廠（軌梁廠、軋板廠、無縫鋼管廠等），軋成各種鋼材它省去了鑄錠開坯工序，直接將煉好的鋼水在鋼廠連鑄機中澆鑄成近終型的鋼坯（薄板坯、中厚板坯、方坯、圓坯、異形坯等），然后經(jīng)軋機連續(xù)軋制成各種鋼材3．軋制對鋼材性能的影響鋼材熱軋可改善鋼錠（坯）的鑄造組織4．處理對鋼材性能的影響鋼材的熱處理一般采用正火、退火、淬火和回火，其作用是通過改變鋼的組織，細化晶粒，消除殘余應力來改善鋼的性能。淬火和回火退火正火正火是將鋼材加熱至900℃以上并保溫一定時間，然后在空氣中冷卻。普通熱軋鋼材軋制后在空氣中自然冷卻，可以說也是處于正火狀態(tài)，但往往因停軋溫度過低或過高，而使鋼的組織改變，降低了鋼材性能。因此，對質量要求高的鋼材（如Q390，Q420，Q460鋼和GJ鋼等），常需要正火處理或控制停軋（控制停軋溫度為850～900℃）。淬火是將鋼材加熱至900℃以上并保溫一定時間后。放入水或油中快速冷卻。淬火后鋼材強度大幅提高。但淬火后要及時回火，即將鋼材加溫至500～600℃，經(jīng)保溫后在空氣中冷卻。采用淬火后回火的調質工藝處理，可顯著地提高鋼材強度，且能保持一定的塑性和韌性。退火是將鋼加熱到適當溫度，保持一定時間，然后以適宜的速度冷卻。目的是使經(jīng)過鑄造、鍛軋、焊接或切削加工的材料或工件軟化，改善塑性和韌性，使化學成分均勻化，去除殘余應力，或得到預期的物理性能。除了一般性的退火外，還有一種去應力退火，又稱低溫退火，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力。4．處理對鋼材性能的影響鋼材的熱處理一般采用正火、退火、淬2.3.3鋼材的硬化冶煉時留在純鐵體中的少量氮和碳的固溶體，隨著時間的增長將逐漸析出，并形成氮化物和碳化物，它們對純鐵體的塑性變形起著阻礙作用，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。時效硬化的過程有短有長（幾天至幾十年），但在材料經(jīng)塑性變形（10%左右）后加熱到250℃，可使時效硬化加速發(fā)展，只需幾小時即可完成，這稱為人工時效。它一般被用來對特別重要結構使用的鋼材進行時效硬化，然后測定其沖擊韌性。在彈塑性階段或塑性階段卸荷后再重復加荷時，其屈服點將提高，即彈性范圍增大，而塑性和韌性降低，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化，又稱應變硬化。鋼結構在制造時一般須經(jīng)冷彎、沖孔、剪切、輥壓等冷加工過程，這些工序的性質都是使鋼材產(chǎn)生很大的塑性變形，甚至斷裂，對強度而言，就是超過鋼材的屈服點，甚至抗拉強度，這必然引起鋼材的硬化，降低塑性和韌性，增加脆性破壞的危險，這對直接承受動力荷載的結構尤其不利。因此，鋼結構一般不利用冷作硬化來提高自身強度，并且為了消除冷作硬化的影響，對重要結構用材（如吊車工作級別高的吊車梁的受拉翼緣板）還應刨邊，即將冷作硬化的板邊刨除。1．時效硬化2．應變硬化2.3.3鋼材的硬化冶煉時留在純鐵體中的少量氮和碳的固溶2.3.4溫度的影響當溫度從常溫下降時，鋼材的強度將略有提高，但塑性和韌性降低，脆性增大，尤其是當溫度下降到負溫某一區(qū)間時，其沖擊韌性急劇降低，破壞特征明顯地由塑性破壞轉變?yōu)榇嘈云茐?，出現(xiàn)低溫脆斷。因此，在低溫（計算溫度≤0℃）工作的結構，特別是需要驗算疲勞的構件以及承受靜態(tài)荷載的重要受拉和受彎焊接構件，鋼材須具有0℃沖擊韌性或負溫（20℃或40℃）沖擊韌性的合格保證，以提高抗低溫脆斷的能力。圖2-7溫度對鋼材性能的影響當溫度升高至約100℃時，鋼材的抗拉強度fu、屈服點fy及彈性模量E均有變化?？偟那闆r是強度降低，塑性增大，但數(shù)值不大，如圖2-7所示。然而在250℃左右時，fu卻有提高，而塑性和沖擊韌性則下降，出現(xiàn)脆性破壞特征，這種現(xiàn)象稱為“藍脆”（因表面氧化膜呈現(xiàn)藍色而得名）。在藍脆溫度范圍內進行熱加工，則鋼材易發(fā)生裂紋。當溫度超過250～350℃時，fy和fu顯著下降，而伸長率A卻明顯增大，產(chǎn)生徐變現(xiàn)象。當溫度達600℃時，強度接近為零。因此，當結構的表面長期受輻射熱達150℃以上，或可能受到熾熱熔化金屬的侵害時，應采用磚或耐熱材料做成的隔熱層加以防護。2.3.4溫度的影響當溫度從常溫下降時，鋼材的強度將略有2.3.5復雜應力作用的影響圖2-8復雜應力作用狀態(tài)（a）（b）2.3.5復雜應力作用的影響圖2-8復雜應力作用狀態(tài)鋼結構工程識圖與施工ppt課件第二章2.3.6應力集中的影響在鋼構件中一般常存在孔洞、缺口、凹角，以及截面的厚度或寬度變化等，由于截面的突然改變，致使應力線曲折、密集，因此在孔洞邊緣或缺口尖端等處，將局部出現(xiàn)高峰應力，而其他部位應力則較低，截面應力分布很不均勻，這種現(xiàn)象稱為應力集中，如圖所示。2.3.6應力集中的影響在鋼構件中一般常存在孔洞、缺口、如上圖所示為4個開槽不同的拉伸試件的應力—應變曲線，它顯示應力集中的程度取決于槽口形狀的變化。如果變化越劇烈，則抗拉強度增長越多，而鋼材的塑性降低也越多，脆性破壞的危險性也越大。在應力集中處，由于應力線曲折，與構件受力方向不一致，因此將產(chǎn)生橫向應力，如下圖（b）所示。如果遇到構件較厚的情況，還將產(chǎn)生。由于，和同號，因此構件處于同號的雙向或三向應力場的復雜應力狀態(tài)，從而使鋼材沿受力方向的變形受到約束，以致塑性降低而產(chǎn)生脆性破壞。如上圖所示為4個開槽不同的拉伸試件的應力—應變曲線，它顯示應由于鋼結構采用的鋼材塑性較好，當內力增大時，應力不均勻現(xiàn)象會逐漸趨于平緩，故不影響截面的極限承載能力。因此，對承受靜力作用在常溫下工作的構件，設計時一般可以不考慮應力集中的影響。但是，對低溫下直接承受動力作用的構件，如果應力集中嚴重，加上冷作硬化等不利因素，則是脆性破壞的重要因素。所以在設計時，應采取避免截面急劇改變等構造措施，以減小應力集中。2.3.7殘余應力的影響殘余應力是鋼材在熱軋、氧割、焊接時的加熱和冷卻過程中產(chǎn)生的，先冷卻部分常形成壓應力，而后冷卻部分則形成拉應力。殘余應力會使構件的剛度和穩(wěn)定性降低。由于鋼結構采用的鋼材塑性較好，當內力增大時，應力不均勻現(xiàn)象會人們有這樣的體驗：一根細小的鋼（鐵）絲很不容易拉斷，但將其連續(xù)反復地彎折后則較易斷裂，如果在其上用手鉗夾出一缺口，則只需反復數(shù)次即可折斷。實踐證明，鋼材在連續(xù)重復荷載的作用下，即使應力低于抗拉強度，甚至低于屈服點，也有可能發(fā)生破壞，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞。在某些有缺陷（微觀裂紋）的部位，其疲勞強度更低。疲勞破壞往往很突然，事先沒有明顯的征兆，破壞形式類似于脆性斷裂。由此可見，鋼材的疲勞破壞是微觀裂紋在連續(xù)重復荷載作用下不斷擴展直至斷裂的脆性破壞。因此，對于直接承受動力荷載重復作用的鋼結構構件及其連接，當應力循環(huán)次數(shù)n

5×104次時，應進行疲勞計算。一般僅重級工作制吊車梁和重級、中級工作制吊車桁架需作疲勞計算。2.3.8鋼材的疲勞人們有這樣的體驗：一根細小的鋼（鐵）絲很不容易拉斷，但將其連2.4.1鋼材的種類2.4.2鋼結構用鋼的牌號2.4.3鋼材的選用原則2.4.4鋼材的品種和規(guī)格2.4鋼和鋼材的種類及選用2.4.1鋼材的種類2.4.2鋼結構用鋼的牌號2.4鋼材應用廣泛、品種繁多，可按照不同的分類方法進行分類，如圖右所示。建筑鋼結構中，常見的鋼材是碳素結構鋼和低合金鋼，一般用平爐或氧氣轉換爐冶煉。2.4.1鋼材的種類鋼材應用廣泛、品種繁多，可按照不同的分類方法進行分類，如圖右碳素結構鋼的一般牌號，采用國家標準GB/T700—2006《碳素結構鋼》的表示方法。它由代表屈服強度的漢語拼音字母、屈服強度的數(shù)值（按厚度16mm鋼材）、質量等級符號、脫氧方法符號等4個部分按順序組成。所采用的符號分別用下列字母表示： Q——鋼材屈服強度“屈”字漢語拼音首位字母；A，B，C，D——分別為質量等級； F——沸騰鋼“沸”字漢語拼音首位字母； Z——鎮(zhèn)靜鋼“鎮(zhèn)”字漢語拼音首位字母； TZ——特殊鎮(zhèn)靜鋼“特鎮(zhèn)”兩字漢語拼音首位字母。2.4.2鋼結構用鋼的牌號1．碳素結構鋼的牌號根據(jù)上述牌號表示方法，可知碳素結構鋼的Q235AF表示屈服強度為235N/mm2、質量等級為A級的沸騰鋼；Q235B表示屈服強度為235N/mm2、質量等級為B級的鎮(zhèn)靜鋼。GB/T700—2006《碳素結構鋼》的牌號共分4種，即Q195，Q215，Q235和Q275。其中，Q235鋼是《鋼結構設計規(guī)范》推薦采用的鋼材，它的質量等級分為A，B，C，D四級，各級的化學成分和力學、工藝性能相應有所不同。另外，A，B級鋼分沸騰鋼或鎮(zhèn)靜鋼，而C級鋼全為鎮(zhèn)靜鋼，D級鋼則全為特殊鎮(zhèn)靜鋼。碳素結構鋼的一般牌號，采用國家標準GB/T700—2006低合金高強度結構鋼的一般牌號，采用國家標準GB/T1591—2008《低合金高強度結構鋼》的表示方法。它由代表屈服強度的漢語拼音字母、屈服強度的數(shù)值和質量等級符號3個部分按順序組成。各部分含義與碳素結構鋼相同，如低合金高強度結構鋼的Q345C表示屈服強度為345N/mm2、質量等級為C級的鎮(zhèn)靜鋼（低合金高強度結構鋼全為鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，故Z與TZ符號均省略）。2．低合金高強度結構鋼的牌號低合金高強度結構鋼的牌號共分8種，即Q345，Q390，Q420，Q460，Q500，Q550，Q620和Q690。其中，Q345、Q390和Q420三個牌號是《鋼結構設計規(guī)范》推薦采用的鋼材。當需方要求鋼板具有厚度方向性能時，則在上述規(guī)定后加上代表厚度方向（Z向）性能級別的符號，如Q345DZ15。低合金高強度結構鋼的一般牌號，采用國家標準GB/T1591鋼材的選用原則是：保證結構安全可靠，同時要經(jīng)濟合理，節(jié)約鋼材。一般而言，鋼材的選擇應考慮以下因素。2.4.3鋼材的選用原則結構重要性選擇鋼材要考慮結構使用的重要性，如大跨度結構、重要的建筑物結構，須相應選用質量更好的鋼材。連接方式對于焊接結構，當溫度變化和受力性質改變時，焊縫附近的母體金屬容易出現(xiàn)冷、熱裂紋，促使結構早期破壞。所以焊接結構對鋼材化學成分和機械性能要求應較嚴。對于非焊接連接的結構可適當降低。結構的工作環(huán)境溫度對于低溫環(huán)境下工作的結構，尤其是焊接結構，應選用具有良好低溫脆斷性能的鎮(zhèn)靜鋼。荷載特性根據(jù)荷載的性質不同選用適當?shù)匿摬模o荷載或動荷載；經(jīng)常作用還是偶然作用；滿載還是不滿載等情況。同時提出必要的質量保證項目。鋼材厚度鋼材力學性能一般隨厚度增大而降低，鋼材經(jīng)多次軋制后、鋼的內部結晶組織更為緊密，強度更高，質量更好。鋼材的選用原則是：保證結構安全可靠，同時要經(jīng)濟合理，節(jié)約鋼材2.4.4鋼材的品種和規(guī)格鋼板分為厚鋼板、薄鋼板和扁鋼，其規(guī)格用符號“—”和寬度×厚度×長度的毫米數(shù)表示。如：300×10×3000表示寬度為300mm，厚度為10mm，長度為3000mm的鋼板。鋼結構采用的鋼材品種主要為熱軋成型的鋼板和型鋼，冷彎成型的薄壁型鋼和冷壓或冷軋成型的壓型鋼板。1．鋼板厚度大于4mm，寬度為600～3000mm，長度為4～12m。厚鋼板薄鋼板扁鋼厚度為4～60mm，寬度為12～200mm，長度為3～9m。厚度小于4mm，寬度為500～1500mm，長度為0.5～4m。2.4.4鋼材的品種和規(guī)格鋼板分為厚鋼板、薄鋼板和扁鋼，常用的熱軋型鋼有H型鋼、T型鋼、工字鋼、槽鋼、角鋼和鋼管，如圖2-11所示。2．熱軋型鋼圖2-11熱軋型鋼常用的熱軋型鋼有H型鋼、T型鋼、工字鋼、槽鋼、角鋼和鋼管，如H型鋼和T型鋼是近年來我國廣泛應用的熱軋型鋼，其新國標為GB/T11263—2005《熱軋H型鋼和剖分T型鋼》。H型鋼和T型鋼的截面形狀較之于傳統(tǒng)型鋼（工字鋼、槽鋼和角鋼）合理，使鋼材能更高地發(fā)揮效能，且其內、外表面平行，便于和其他構件連接，因此只需少量加工，便可直接用做柱、梁和屋架桿件。1）H型鋼和T型鋼H型鋼和T型鋼均分為寬、中、窄三種類別，而H型鋼還增列有輕型系列，其代號分別為HW，HM，HN，HT和TW，TM，TN。寬翼緣HW型的翼緣寬度B與其截面高度H一般相等，適用于制作柱；中翼緣HM型的B≈（1/3～1/2）H，適用于制作柱或梁；窄翼緣HN型的B≈（1/3～1/2）H，則適用于制作梁。H型鋼和T型鋼的規(guī)格標記均采用：高度H×寬度B×腹板厚度t1×翼緣厚度t2。例如，HK220×206×15×25表示寬翼緣HK型鋼，其截面高度220mm、翼緣寬度206mm、腹板厚度15mm、翼緣厚度25mm。H型鋼和T型鋼是近年來我國廣泛應用的熱軋型鋼，其新國標為GB工字鋼由于寬度方向的慣性矩和回轉半徑比高度方向的小得多。因而在應用上有一定的局限性，一般宜用于單向受彎構件。工字鋼分為普通、輕型和翼緣寬三種，用符號“Ⅰ”及號數(shù)表示。其中，號數(shù)代表截面高度的厘米數(shù)。20號和32號以上的普通工字鋼，同一號數(shù)中又分a，b和a，b，c類型，其腹板厚度和翼緣寬度均分別遞增2mm。如Ⅰ36a表示截面高度為360mm、腹板厚度為a類的普通工字鋼。工字鋼宜盡量選用腹板厚度最薄的a類，這是因其重量輕，而截面慣性矩相對卻較大。2）工字鋼工字鋼由于寬度方向的慣性矩和回轉半徑比高度方向的小得多。因而槽鋼分為普通槽鋼和輕型槽鋼兩種。槽鋼型號用符號“［”及號數(shù)表示。同工字鋼一樣，號數(shù)也代表截面高度的厘米數(shù)。