河海大学钢结构_第二章 钢结构的材料

第2章-钢结构材料第二章钢结构制作提要钢结构的材料不仅密切关系到钢结构的计算理论，同时还对钢结构的制造、安装、使用、造价、安全等均有直接联系。

所以，本章内容是学习钢结构的基础。

学习时，应全面了解钢材的性能，从而做到能正确选用并防止脆性破坏的产生。

2.1 建筑钢材的选用2.1.1 钢结构对钢材性能的要求钢结构的主材是钢材。

随着现代炼钢技术的高速发展，钢材的种类众多，性能多样，以适应各行业的不同用途。

建筑钢结构需承受各种荷载，且工作环境和情况亦不尽相同。

因此，对其使用的钢材性能有下列要求：（1）较高的强度钢材强度高可减小构件截面，从而减轻结构自重，节约钢材，降低造价。

（2）较好的塑性和韧性塑性好的钢材具有足够的应变能力，能在结构破坏前产生明显的变形，从而降低结构脆性破坏的危险性。

同时，塑性变形还能调整局部应力高峰，使应力分布逐渐趋于均匀。

韧性好的钢材具有较强的抵抗脆性破坏的能力。

对低温寒冷地区和承受重复荷载作用需验算疲劳的钢结构，对钢材的韧性要求更高。

（3）良好的加工和可焊性能将钢材制造成钢结构，需经过冷加工（剪切、钻孔、冷弯等）、热加工（气割、热弯等）和焊接等工序，故钢材不仅应具有易于冷、热加工的工艺性能和可焊性能，而且材性（强度、塑性、韧性等）不会明显改变，否则对结构会产生不利影响。

（4）专用的特种性能（耐候、耐火、Z向性能）露天钢结构或在有害介质作用下的钢结构均有较高的防腐要求，对重要的建筑钢结构还有较高的防火要求。

然而，一般钢材的防腐、防火性能均较差（在600℃时完全丧失承载力。

在高温火焰燃烧下，仅15min即可能垮塌），虽可涂刷防腐或防火涂料加以改善，但操作较繁，且维护费用较高。

若钢材自身能具有耐候（抗大气腐蚀）、耐腐（抗海水腐蚀，如航空母舰）、耐火性能，则有利于钢结构的应用。

高层建筑钢结构用的钢板常沿Z向（厚度方向）受拉，故可能产生层状撕裂。

因此，对厚度较大钢板应有Z向性能要求。

2.1.2 钢材的性能钢材的性能通常用强度、塑性及韧性、Z向性能和可焊性表述。

第二章钢结构材料.txt35温馨是大自然的一抹色彩，独具慧眼的匠师才能把它表现得尽善尽美；温馨是乐谱上的一个跳动音符，感情细腻的歌唱者才能把它表达得至真至纯本文由bzhzhg123贡献ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。

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第2章钢结构材料§2-1 概述§2-2 钢材的生产§2-3 钢材的主要性能§2-4 各种因素对钢材性能的影响§2-5 钢材的疲劳§2-6 建筑用钢的种类、规格和选用建筑用钢的种类、第2章钢结构材料§2-1 概述1）有较高的强度，屈强比满足要求，保证安全储备）有较高的强度，屈强比满足要求，2）有足够的变形能力）塑性破坏前有预兆，能内力重分布塑性破坏前有预兆，破坏前有预兆韧性在动载下破坏能吸收较大能量韧性在动载下破坏能吸收较大能量 3）有良好的加工性能，适应冷热加工，有良好的可焊性）有良好的加工性能，适应冷热加工， 4）适应低温、有害介质侵蚀及承受疲劳荷载，这方面能力）适应低温、有害介质侵蚀及承受疲劳荷载，视具体结构而定；视具体结构而定； 5）易生产、价格便宜。

）易生产、价格便宜。

《钢结构设计规范》（GB50017-2002)推荐的普通碳素钢结构设计规范》推荐的普通碳素结构钢Q235钢和低合金高强度结构钢钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390及Q420是结构钢钢和低合金高强度结构钢、及是符合上述要求。

符合上述要求。

§2-1 概述§2-2 钢材的生产钢材的生产分为炼铁、钢材的生产分为炼铁、炼钢和轧制2.2.1 钢材的冶炼一. 炼铁二. 炼钢碳素钢低合金高强度结构钢常用的炼钢炉有三种形式：转炉、平炉和电炉。

常用的炼钢炉有三种形式：转炉、平炉和电炉。

电炉炼钢炼成的钢质量好。

电炉炼钢炼成的钢质量好。

耗电量大，成本高。

耗电量大，成本高。

转炉炼钢是利用高压空气或氧气氧气顶吹转炉冶炼的钢中有害元素和杂质少，氧气顶吹转炉冶炼的钢中有害元素和杂质少，生产周期短，效率高、质量好、成本低。

钢结构第二章钢结构的材料第二章本章内容钢结构对钢材有哪些性能方面的要求？如何获得这些性能方面的指标？影响钢材性能的主要因素有哪些？钢材会发生什么样的破坏形式？钢材的疲劳问题；选用钢材依据什么原则？钢材的分类与规格。

本章教学要求掌握钢结构用钢材的主要性能及指标；掌握影响钢材性能的主要因素，特别是导致钢材变脆的主要因素；了解钢材的两种破坏形式（脆性、塑性破坏）；掌握钢材疲劳的概念、影响疲劳强度的主要因素和疲劳计算方法。

熟悉钢结构用钢材的种类、牌号、规格；掌握钢材选择的依据，做到正确选择钢材；§2.1 钢结构对钢材性能的要求较高的强度较好的塑性较好的冲击韧性良好的冷加工性能良好的可焊性§2.2 钢材性能指标的获得钢材的拉伸试验获得钢材的抗拉强度、屈服极限和塑性钢材的冲击试验获得钢材的冲击韧性钢材的冷弯试验获得钢材的冷弯性能钢材的含碳量决定钢材的可焊性钢材的的化学成分决定钢材的抗腐蚀性能钢材的机械性能指标1、屈服点fy；2、伸长率δ；3、抗拉强度fu；4、冷弯性能；5、冲击韧性Cv(包括常温冲击韧性、0度时冲击韧性负温冲击韧性）。

小节§2.3 钢材的破坏形式两种性质完全不同的破坏形式：塑性破坏（延性破坏)脆性破坏（脆性断裂)§2.4 影响钢材性能的一般因素化学成分的影响钢材生产过程的影响硬化的影响温度的影响应力集中的影响板厚、直径的影响残余应力１）材料由弹性转入塑性是用形状改变能量强度理论来判断的；§2.5 复杂应力作用下钢材的屈服条件假定：２）复杂应力状态下外荷载使单元体单位体积内所积聚的形状改变能等于单轴受力屈服的形状改变能时，钢材即由弹性转入塑性。

外荷载使单元体产生应变，从而引起体积和形状改变，单元体内积聚了体积改变能和性状改变能。

oZXY单元体受复杂应力（应力分量）复杂应力状态下以应力分量表示的形状改变能为单元体受主应力复杂应力状态下以主应力表示的形状改变能为单向应力作用下材料屈服时的形状改变能为材料处于弹性状态材料处于塑性状态复杂应力状态下材料由弹性进入塑性的条件为讨论钢材的屈服仅取决于三向主应力差值平方和的大小，而不是主应力的本身大小;当时单元体主要是各向均匀伸长或缩短引起的体积改变，其形状基本不变。

第二章 钢结构的材料2.1 对钢结构用材要求具有以下性能：1，强度高：抗拉强度和屈服点。

2，足够变形能力：塑性和韧性好。

3，良好加工性能：适合冷热加工，良好可焊性。

此外具体环境：适应低温、有害介质侵蚀及重复荷载作用。

符合上述条件下，还要容易生产，价格便宜。

普通Q235，低合金钢，Q345，Q390，Q420等。

2.2 钢材主要性能及鉴定2.2.1 钢材主要性能及其鉴定常温、静载条件下性能具有代表性低碳钢、普通低合金钢：Ⅰ：弹性阶段，p σ：比例极限，正比，完全弹性，外力撤除变形完全恢复。

Ⅱ：弹塑性阶段：出现塑性变形，外力撤除有残余变形。

y σ屈服点（屈服时，上下波动，上屈服点受实验条件影响，波动，下屈服点受实验条件影响小，作为抗力标准y f 。

y σ的意义：1）y σ时15.0=ε℅，p σ时1.0=ε℅，y σ弹性变形终点。

0.15-0.25℅，应力不增加，y σ作为弹性变形终点。

2）形成理想弹塑性模型，为发展钢结构计算理论提供基础y σ前接近理想弹性体，y σ后接近理想塑性体。

Ⅲ：塑性阶段，应变增长，应力不变Ⅳ：应变硬化阶段，应变增长，应力增长，发生颈缩现象。

颈缩：u σ后试件出现局部横向收缩变形，随后断裂。

u σ抗拉强度（设计时作为材料抗力u f ）是材料安全储备，塑性设计把钢材看成理想弹塑性，忽略应变硬化有利因素，2.1/≤y u σσ强屈比。

热处理钢材：有很好塑性，但没有明显屈服平台，应力应变曲线成一连续曲线。

δ ℅永久变形0.2℅应力为屈服点，2.0σ为屈服强度，5.0=ε℅对应应力为 屈服强度。

为统一起见，钢材中y σ，2.0σ用y f 表示，屈服强度。

伸长率：断裂试件永久变形与原标定长度的百分比，材料断裂前具有的塑性能力。

此外一次拉伸性能：弹性模量，硬化开始时应变硬化模量。

2.2.2 冷弯性能概念：根据试样厚度，按规定的弯心直径将试样弯曲180度，其表面及侧面 无裂纹或分层。

冷弯实验合格。

第二章 钢结构的材料§2.1 建筑钢材的两种主要破坏形式塑性破坏——破坏前有明显的变形，破坏历时时间长，断口发暗，可以采取补救措施。

脆性破坏——破坏前没有明显的变形和征兆，破坏时产生的变形远比材料应有的变形能力小，破坏发生突然，断口平齐、发亮，无机会补救。

1972年廊坊因一个杆脆断屋架倒塌 1979年吉林煤气罐大爆炸（12月中旬） 1995年南朝鲜大桥倒塌 1999年四川綦江大桥倒塌原因：钢材内部缺陷、焊接缺陷、构造不合理、使用不当等。

原则：在制作和使用过程中，应充分考虑各方面因素，尽量发挥材料的塑性，避免一切脆性破坏的可能性。

§2.2 建筑钢材单轴应力作用下的工作性能一．一次拉伸条件：标准试件（GB228—63），常温（20℃）下缓慢加载，一次完成。

含碳量为1%～3%。

标准试件d l /0=5，10；0l ——标距；d ——直径。

P 2．弹塑性段（y p f f −→−）：呈非线性； 3．塑性段（y f 波动段，下屈服点稳定）：水平段； 4．强化段从拉伸曲线可以得到以下指标：1）屈服点 f y ——应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力（取屈服阶段波动部分的应力最低值），它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。

2）抗拉强度 f u ——应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材破坏前所能承受的最大应力。

3）钢材的塑性——当应力超过屈服点后，钢材能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。

塑性好坏可用断面收缩率ψ和伸长率δ表示，通过静力拉伸试验得到。

伸长率δ——试件断裂前的永久变形与原标定长度的百比。

%l l l δ10001⨯-=l 0— 原标距长；l 1—拉断后标距长度；d 0—试件直径。

试件有两种标距：l 0/ d 0=5 和 l 0/ d 0=10 相应的伸长率用δ5和δ10表示。

断面收缩率ψ——是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分比。