《钢结构设计原理》第二章课件 钢结构的材料
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钢结构设计原理 第2版课件第2章
2.2.2 冶金过程
冶炼：平炉、转炉 浇铸：钢水—钢锭—初轧—成材（传统工艺）
钢水—连铸机—钢坯—成材（新工艺） 轧制：改善内部组织结构 热处理：显著提高强度
2.2.3 钢材硬化
冷加工硬化：强度提高，塑性、韧性降低。 自然时效、人工时效 应变时效
2.2.4 温度
正温 在200℃以内钢材性能没有很大变化， 430～540℃强度急剧下降。
同外增加一个等级E，主要是要求-40℃的冲击韧性。钢的牌号如：
Q345-B、Q390-C等等。
3、高强钢丝及钢索：主要用于抗拉构件中，如： 斜拉结构、悬索结构、桅杆结构等。高强钢丝分 光面钢丝和镀锌钢丝，由碳素结构钢多次冷拔而 成，其主要指标为抗拉强度fu，且有“松弛”现象。 多根钢丝可组成“平行钢丝束”和“钢绞线”； 多根钢绞线可组成“钢绞线束”和“钢丝绳”。
2.4.4 钢材的规格：
热轧钢板：薄板、厚板
热轧型钢：角钢、槽钢、工字钢、钢管、H型 钢、T型钢
冷弯薄壁型钢：
工字钢有普通工字钢、轻型工字钢和H型钢。普通工字钢和轻型工字钢用号数 表示，号数即为其截面高度的厘米数。20号以上的工字钢，同一号数有三种 腹板厚度分别为a、b、c三类。如I30a、I30b、I30c，a类腹板较薄用作受弯构 件较为经济，c类腹板较厚。轻型工字钢的腹板和翼缘均较普通工字钢薄，因 而在相同重量下其截面模量和回转半径均较大。H型钢是世界各国使用很广泛 的热轧型钢，与普通工字钢相比，其翼缘内外两侧平行，便于与其他构件相 连。它可分为宽翼缘H型钢，代号HW，翼缘宽度B与截面高度H相等；中翼缘 H型钢，代号HM，B＝(1/2～2/3)H；窄翼缘H型钢，代号HN，B=(1/3—1/2)H。 各种H型钢均可剖分为T型钢供应，代号分别为TW、TM和TN。H型钢和剖分 T型钢的规格标记均采用：高度H×宽度B×腹板厚度t1
钢结构第二章 钢结构的材料ppt课件
➢ 3. 良好的加工性能。冷、热加工和可焊性好。 ➢ 4. 耐腐性好。 ➢ 5. 价钱廉价。
➢ 6．有时还要求钢材具有顺应低温、高温等环境的 才干。
➢ 7.<钢构造设计规范〔GB50017)>引荐运用：碳 素构造钢中的Q235钢、低合金构造钢中的Q345 钢、Q390钢、Q420钢。
➢ 8. 随着研讨的深化，必将有一些满足要求的其它 种类钢材可供运用。假设选用钢构造设计规范还 未引荐的钢材时，需有可靠的根据，以确保钢构 造的质量。
一、单向拉伸时的性能〔单向拉伸 实验〕
➢ 强度
➢ 强度表达了资料的承载才干，主要目的有屈服点fy 和抗拉强度fu ，经过静力拉伸实验得到。
➢ 屈服点 为设计时钢材可到达的最大应力。
➢ 抗拉强度 fu是钢材破坏前可以接受的最大应力。 钢材到达 fu 时，已产生很大塑性变形而失去运用 性能，但fu 高那么可以添加构造的平安保证，故 fu/fy 的值可看作钢材强度贮藏系数。
将其轧成所需外形和尺寸的钢材，称为热 轧型钢。轧钢机的压力作用可使钢锭中的 小气泡和裂纹弥合，并使组织密实。钢材 的紧缩比〔钢坯与轧成钢材厚度之比〕愈 大时，其强度和冲击韧性也愈高。
三、温度的影响
➢ 1.正温度范围内〔0℃以上〕 ➢ t<200℃时：钢材的性能变化不大 ➢ 在250℃左右时：钢材塑性和韧性下降，破坏常呈
➢ O：有害元素。引起热脆。普通要求含量小于0.05%。
➢ N：能使钢材强化，但显著降低钢材塑性、韧性、可焊性和 冷弯性能，添加时效倾向和冷脆性。普通要求含量小于 0.008%。
➢ 为改善钢材力学性能，可适量添加锰、硅含量，还可掺入 一定数量的铬、镍、铜、钒、钛、铌等合金元素，炼成合 金钢。钢构造常用合金钢中合金元素含量较少，称为普通 低合金钢。
➢ 6．有时还要求钢材具有顺应低温、高温等环境的 才干。
➢ 7.<钢构造设计规范〔GB50017)>引荐运用：碳 素构造钢中的Q235钢、低合金构造钢中的Q345 钢、Q390钢、Q420钢。
➢ 8. 随着研讨的深化，必将有一些满足要求的其它 种类钢材可供运用。假设选用钢构造设计规范还 未引荐的钢材时，需有可靠的根据，以确保钢构 造的质量。
一、单向拉伸时的性能〔单向拉伸 实验〕
➢ 强度
➢ 强度表达了资料的承载才干，主要目的有屈服点fy 和抗拉强度fu ，经过静力拉伸实验得到。
➢ 屈服点 为设计时钢材可到达的最大应力。
➢ 抗拉强度 fu是钢材破坏前可以接受的最大应力。 钢材到达 fu 时，已产生很大塑性变形而失去运用 性能，但fu 高那么可以添加构造的平安保证，故 fu/fy 的值可看作钢材强度贮藏系数。
将其轧成所需外形和尺寸的钢材，称为热 轧型钢。轧钢机的压力作用可使钢锭中的 小气泡和裂纹弥合，并使组织密实。钢材 的紧缩比〔钢坯与轧成钢材厚度之比〕愈 大时，其强度和冲击韧性也愈高。
三、温度的影响
➢ 1.正温度范围内〔0℃以上〕 ➢ t<200℃时：钢材的性能变化不大 ➢ 在250℃左右时：钢材塑性和韧性下降，破坏常呈
➢ O：有害元素。引起热脆。普通要求含量小于0.05%。
➢ N：能使钢材强化，但显著降低钢材塑性、韧性、可焊性和 冷弯性能，添加时效倾向和冷脆性。普通要求含量小于 0.008%。
➢ 为改善钢材力学性能，可适量添加锰、硅含量，还可掺入 一定数量的铬、镍、铜、钒、钛、铌等合金元素，炼成合 金钢。钢构造常用合金钢中合金元素含量较少，称为普通 低合金钢。
钢结构PPT
5、冷弯性要求
6、耐久性要求
第二章 钢结构的材料
2.1 建筑钢材在单轴应力作用下的工作性能 一、 六大性能要求 1、强度要求 （1）屈服强度和抗拉强 度必须得到保证
σ fy fp
上屈服点
fu
下屈服点 比例极限
图2-1 单轴应力 ① 屈服强度fy是钢结构强 度设计时，钢材的极限强度，其重要性可想而知。采 用高的屈服强度可减轻自重，节约钢材，降低造价。
第一章 钢结构的基本概念
1.1 钢结构特点及其应用 三、钢结构的发展 1、高效钢材 低合金钢材
利用添加少量合金元素提高钢材的强度，改善其他一些 性能，代替普通碳素钢，从而达到降低钢材用量和延长钢材 使用寿命等目的。结构上常用锰、钒低合金钢材。 以提高耐候性为主要目的发展起来的低合金钢为耐候钢 （耐大气腐蚀钢）
1 k 1.35 1.0 1.7 0.8
345 [ ] 200 MPa 1. 7
（2）钢材标准强度与设计强度
见教材附表4-1。
此外，钢材设计强度指标或允许应力指标的取值还
与如下因素有关：
钢材种类：
受力特点：受拉、剪切、弯曲等 钢材尺寸：同一种类钢材，厚度不同，屈服强度也 会不同。因此，对各类钢材给出了设计强度（或允 许应力）。对同一类钢材，又按照其厚度分组，给
第一章 钢结构的基本概念
1.1 钢结构特点及其应用 一、 特点 1、轻质高强
6、耐腐蚀性差
7、防火性差
2、塑性、韧性好
3、材质均匀
4、具有可焊性
5、制造简便
第一章 钢结构的基本概念
1.1 钢结构特点及其应用
二、钢结构的应用前景
1、钢结构发展的历史机遇 钢结构发展的基础 钢结构发展的技术政策 钢结构发展的市场需求 2、钢结构是一项绿色环保建筑产业 钢结树材料可再生利用，大气污染物少 工厂化生产，现场施工周期短，最大限度地减少了施工工地 对环境的影响 钢结构体系可以带动其他"节能环保"型建筑材料的推广应用Biblioteka f fy fpfu
6、耐久性要求
第二章 钢结构的材料
2.1 建筑钢材在单轴应力作用下的工作性能 一、 六大性能要求 1、强度要求 （1）屈服强度和抗拉强 度必须得到保证
σ fy fp
上屈服点
fu
下屈服点 比例极限
图2-1 单轴应力 ① 屈服强度fy是钢结构强 度设计时，钢材的极限强度，其重要性可想而知。采 用高的屈服强度可减轻自重，节约钢材，降低造价。
第一章 钢结构的基本概念
1.1 钢结构特点及其应用 三、钢结构的发展 1、高效钢材 低合金钢材
利用添加少量合金元素提高钢材的强度，改善其他一些 性能，代替普通碳素钢，从而达到降低钢材用量和延长钢材 使用寿命等目的。结构上常用锰、钒低合金钢材。 以提高耐候性为主要目的发展起来的低合金钢为耐候钢 （耐大气腐蚀钢）
1 k 1.35 1.0 1.7 0.8
345 [ ] 200 MPa 1. 7
（2）钢材标准强度与设计强度
见教材附表4-1。
此外，钢材设计强度指标或允许应力指标的取值还
与如下因素有关：
钢材种类：
受力特点：受拉、剪切、弯曲等 钢材尺寸：同一种类钢材，厚度不同，屈服强度也 会不同。因此，对各类钢材给出了设计强度（或允 许应力）。对同一类钢材，又按照其厚度分组，给
第一章 钢结构的基本概念
1.1 钢结构特点及其应用 一、 特点 1、轻质高强
6、耐腐蚀性差
7、防火性差
2、塑性、韧性好
3、材质均匀
4、具有可焊性
5、制造简便
第一章 钢结构的基本概念
1.1 钢结构特点及其应用
二、钢结构的应用前景
1、钢结构发展的历史机遇 钢结构发展的基础 钢结构发展的技术政策 钢结构发展的市场需求 2、钢结构是一项绿色环保建筑产业 钢结树材料可再生利用，大气污染物少 工厂化生产，现场施工周期短，最大限度地减少了施工工地 对环境的影响 钢结构体系可以带动其他"节能环保"型建筑材料的推广应用Biblioteka f fy fpfu
《钢结构基本原理》PPT课件
编辑ppt
25
第三节 钢结构课程的学习方法
根据教学大纲要求，课程只讲钢结构的基本构件、基 本原理部分，即前面六章内容；
本课程的特点是：大家对钢结构的感性认识少，结构 构造复杂，理论性强（特别是稳定理论）；
受课时限制，不能过多的详解例题，一定要记好笔记， 从机理理解一些理论问题，加强课前预习与课后复习；
第一章第一章绪论绪论第二章第二章钢结构材料钢结构材料第三章第三章钢结构连接钢结构连接第四章第四章轴心受力构件轴心受力构件第五章第五章受弯构件受弯构件第六章第六章拉弯与压弯构件拉弯与压弯构件22第一章第一章第一节第一节钢结构的特点与应用范围钢结构的特点与应用范围第二节第二节钢结构的设计计算方法钢结构的设计计算方法第三节第三节钢结构课程的学习方法钢结构课程的学习方法33第一节第一节钢结构的特点及应用范围钢结构的特点及应用范围一钢结构的特点一钢结构的特点11强度高强重比大强度高强重比大重量轻基础费用减少抗震性重量轻基础费用减少抗震性能好
编辑ppt
17
编辑ppt
18
索穹顶结构
汉城奥运会体操馆
亚特兰大佐治亚穹顶 用编辑钢ppt量不到30 kg /m2
19
编辑ppt
20
重型厂房结构
西安变压器厂（400t吊车）
编辑ppt
21
容器和其他构筑物
大连西太平洋石化有限公司 1500立方米CF-62钢球罐
编辑ppt
陕西铜川天然气公司 1000立方米天然气球罐
东方明珠电视塔
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12
鸟巢
编辑ppt
13
鸟巢
容纳8万人，平面 为椭圆形,长轴 340m,短轴292m。 屋盖中间有一个 146m×76m的开口
《钢结构设计原理》课件
计算方法和设计基础
钢梁的结构分析
钢结构设计中最重要的分析方法 之一，可用来计算钢梁的最大荷 载和位移。
优化算法
应用优化算法可以大幅提高钢结 构的设计效率和减少成本。主要 算法包括基于遗传、模拟退火和 神经网络的设计优化方法。
有限元法
有限元法是数值计算的一种方法， 钢结构设计中可用于分析复杂结 构的应力和变形。这反过来可以 帮助优化方案。
克莱斯勒大厦建于20世纪30年代， 为典型的带钢框架的摩天大厦。 它是纽约市第一座突破高度纪录 的建筑。
如今，越来越多的建筑师和设计 师使用新技术和接近自然状态的 钢材，例如模块化的建筑结构， 以及轻质的钢材。
钢材的性能和种类
不锈钢
具有较好的耐蚀性和抗热性能，广泛应用于建筑、 航空工业、食品加工等领域。
部分荷载。梁的型号和尺寸应根据荷载、
跨度和梁长来确定。
3
支撑体系
4
支撑体系用于平衡钢结构的荷载和变形。 它包括支承、弥栋、须 具备足够的稳定性和强度。钢结构的柱 子通常为H型或方形异形钢管。
螺栓、焊缝和铆钉
用于将结构连接在一起的连接件，具有 抗震、抗冲击和承载能力强的特点。
合金钢
合金钢通常由各种元素组成，具有好的韧性和耐 磨性，广泛地用于汽车工业和制造业。
碳素钢
碳素钢含碳量较高，价格低廉。广泛地应用于建 筑、桥梁、机械等领域。
铝钢板
铝合金具有良好的强度、重量轻和耐腐蚀性等特 点，广泛应用于建筑、交通运输以及航空航天等 领域。
钢结构的构件和构造形式
1
梁
2
梁是连接柱子的横向构件，它承担着大
《钢结构设计原理》PPT 课件
本课件介绍钢结构设计原理，涵盖钢材的性能和种类，钢结构的构造形式与 构件，计算方法和设计基础，设计实例和分析，以及常见问题解答。
《钢结构》第二章钢结构的材料资料
主 编
素结构钢，属于低碳钢，含碳量小于0.25%；工程所用低合
） 金钢，其含碳量小于0.52%。
第2章 钢结构的材料
钢 ⑵ 锰（Mn)、硅(Si)
结 构
是作为脱氧剂存在钢中，是钢中的有益元素。能提高钢
基 材的强度，而对塑性和韧性无明显影响。
本 原
⑶ 硫(S)、磷(P)
理
硫、磷是钢中十分有害的元素。硫的存在会加大钢材的
结 构
指钢材在冷加工时，对产生裂缝
基 的抵抗能力。
本 将试件弯曲成规定的角度后,检查
原 理
试件弯曲部分的表面有无裂缝、裂
（ 断、分层等，没有即为合格。
黄 冷弯试验是鉴定钢材质量的一种
呈 伟
良好方法，常作为静力拉伸试验和
主 冲击试验的一种补充试验，是一项
编 ）
衡量钢材力学性能的综合指标。
a
d a
d+2.1a
（ 耐老化性：“老化”使钢材变脆。 黄 呈 耐长期高温性：在长期高温条件下工作的钢材，其破坏强
伟 主
度比常温拉伸试验的强度低得多，应另行测定“强度”。
编 耐疲劳性：钢结构或构件在长期连续的交变荷载或重复荷 ） 载作用下，应力低于fy也会发生破坏，称为“疲劳破坏”。
第2章 钢结构的材料
钢 结
2.1.6 钢构件的两种破坏形式
图2.5 冷弯1800试件
第2章 钢结构的材料
钢
2.1.3 冲击韧性
结 构
冲击韧性是衡量钢材强度、
基 塑性及材质的一项综合指标。
本 原
冲击韧性由冲击试验测定。
理 冲击韧性：
（ 黄
α
k
(NA•km/cm2)
A
钢结构设计原理2钢结构的材料PPT课件
▪ 当承受纯剪应力时：
zs 3 2 f y
fy 3 y
所以得到钢材的抗剪强度为： y 0.58 f y
第22页/共79页
§2.4 各种因素对钢材性能的影响
§2.4.1 化学成分的影响
1) 碳 C
▪ 除铁以外的主要元素，是形成钢材强度的主要成分。 ▪ C↑，fy、fu↑，δ5、CV↓，冷弯性能、焊接性能和抗锈蚀性
2) 名义屈服点f0.2
调质处理的低合金钢没有明显的屈服点和塑性平台。这类 钢的屈服点是以卸载后试件中残余应变为0.2％所对应的应 力人为定义的，称为名义屈服点或f0.2
900 0.2%
抗拉强度 fu
750 fy=690MPa
600
热处理低合金钢
低合金高 强度结构钢
450
σ应力 (MPa)
300 fy=345MPa σP fy=235MPa
沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢
沸腾钢采用脱氧能力较弱的锰作脱氧剂，脱氧不完全， 钢液进入钢锭模时有气体逸出，出现沸腾现象。冷却很 快，一氧化碳不能全部逸出，凝固后钢材中有较多的氧 化铁夹杂和气孔。钢的质量较差。现在已较少有供货。
镇静钢采用锰加硅作脱氧剂，脱氧较完全，硅在还原 氧化铁的过程中还会产生热量，使钢液冷却缓慢，使气 体充分逸出，浇注时不会出现沸腾现象。这种钢质量好， 但成本高。
第23页/共79页
2) 硫 S
▪ 硫是有害元素，常以硫化铁形式夹杂于钢中。 ▪ 当温度达800～1000℃时，硫化铁会熔化使钢材变脆，因
而在进行焊接或热加工时，有可能引发热裂纹，称为热 脆。 ▪ S↑，CV↓，疲劳强度↓，冷弯性能、焊接性能和抗锈蚀性 能等↓。 ▪ 非金属硫化物夹杂经热加工后还会在厚钢板中形成局部 分层现象，在采用焊接连接的节点中，沿板厚方向承受 拉力时，会发生层状撕裂破坏。 ▪ 随着钢材牌号和质量等级的提高，含硫量的限值由0.05％ 依次降至0.025％，厚度方向性能钢板的含硫量更限制在 0.01％以下。
钢结构设计原理 (112)
1、疲劳破坏的定义
钢材在连续反复荷载作用下，当应力低于抗拉强度，甚至低
于屈服强度时发生突然断裂的现象，这种现象称为钢材的疲劳（
脆性破坏）。
裂纹
也可能疲 劳破坏
裂纹 轮毂和齿轮的疲劳破坏
吊车梁承受反复荷载
2、疲劳破坏产生的原因与机理
为什么会破坏？
内因：加工和制造过程中内部或 表面存在裂纹或缺陷
外因：多次反复荷载作用下裂纹 不断发展
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疲劳破坏是损伤累积的结果
缺陷
应力集中 高峰应力
微观裂纹 反复张开闭合
宏观裂纹 净截面不足
断裂 裂纹端部存在三向应力场，故
呈脆性断裂
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3、疲劳破坏特征
（1）突然性：破坏前没有明显的宏观塑性变形，属于脆性断裂
（2）断口与一般脆性断口不同，可分为三个区： 裂纹源 裂纹扩展区（光滑） 断裂区（粗糙）
裂纹源
（3）对缺陷十分敏感 缺口、裂纹及组织缺陷等
裂纹扩展1 概 述 §2-2 钢材的生产 §2-3 钢材的主要性能
§2-4 影响钢材性能的主要因素
√ §2-5 钢材的疲劳
1、疲劳破坏的定义 2、疲劳破坏产生的原因与机理 3、疲劳破坏特征 4、应力循环特征 5、疲劳破坏的影响因素 6、疲劳计算公式 7、疲劳强度计算注意事项
§2-5 钢材的疲劳
大学本科《钢结构设计原理》课件 第2章钢结构材料2
当ρ=0和ρ=-1时的疲劳强度分别为σ0 和σ-1，连 接BC并延长至A、D。
(拉） max
0
f
D
y
1 C(o,o)
1
当坐标为( max , min )
的点落在直线ABCD上 或上方，则这组应力循
B( 1, 1)
A
（
min
压
）
（
min
拉
）
非焊接结构的疲劳图
环达到N次时，将发生 疲劳破坏。
lg .
. . . .. .
.. .
. .
N
b1
0
0 N=5×104
N=5X106 lg N
(a)
Δσ-N曲线
(b)
考虑试验数据的离散性，取平均值减去2倍lgN的 标准差 s 作为疲劳强度下限，当lgΔσ为正态分布时， 保证率为97.7%。下限值的直线方程为：
lg N b1 lg( ) 2s b2 lg( )
1、不出现拉应力的部位可不计算疲劳。但对出现拉 应力的部位，例如σmax=140N/mm2,σmin=-10N/mm2和 σmax=10N/mm2,σmin=-140N/mm2 两种应力循环的应力 幅都是150N/mm2 ，疲劳强度相同，显然不合理。
2、螺栓受拉时螺纹处的应力集中很大，疲劳强度很 低，常有疲劳破坏的实例，但规范没有规定，应予 补充。
2.低合金钢(GB/T 1591-94)
GB/T 1591-94
相应的钢材品种（GB/T 1591-94)
Q29509Mn、09Mnb09Mn2、12MnQ345
12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb
Q390
15MnV、15MnTi、16MnNb
(拉） max
0
f
D
y
1 C(o,o)
1
当坐标为( max , min )
的点落在直线ABCD上 或上方，则这组应力循
B( 1, 1)
A
（
min
压
）
（
min
拉
）
非焊接结构的疲劳图
环达到N次时，将发生 疲劳破坏。
lg .
. . . .. .
.. .
. .
N
b1
0
0 N=5×104
N=5X106 lg N
(a)
Δσ-N曲线
(b)
考虑试验数据的离散性，取平均值减去2倍lgN的 标准差 s 作为疲劳强度下限，当lgΔσ为正态分布时， 保证率为97.7%。下限值的直线方程为：
lg N b1 lg( ) 2s b2 lg( )
1、不出现拉应力的部位可不计算疲劳。但对出现拉 应力的部位，例如σmax=140N/mm2,σmin=-10N/mm2和 σmax=10N/mm2,σmin=-140N/mm2 两种应力循环的应力 幅都是150N/mm2 ，疲劳强度相同，显然不合理。
2、螺栓受拉时螺纹处的应力集中很大，疲劳强度很 低，常有疲劳破坏的实例，但规范没有规定，应予 补充。
2.低合金钢(GB/T 1591-94)
GB/T 1591-94
相应的钢材品种（GB/T 1591-94)
Q29509Mn、09Mnb09Mn2、12MnQ345
12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb
Q390
15MnV、15MnTi、16MnNb
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用断面收缩率和伸长率表示，通过静力拉伸试验得到。
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
（4）伸长率δ 试件断裂前的永久变形与原标定长度的百比。
l1 - l0 100 %
镇静钢
采用锰加硅做脱氧剂，脱氧较完全，由于硅在还原的过程中 会产生热量，使钢液冷却缓慢，让气体充分逸出，钢的质量好， 但成本高。
半镇静钢
脱氧程度和钢材质量介于上述二者之间。
特殊镇静钢
在锰和硅脱氧后，再用铝补充脱氧，其脱氧程度高于镇静钢。
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
l0
l0— 原标距长 l1 —拉断后标距长度 d0 —试件直径 试件有两种标距：l0/ d0=5 和 l0/ d0=10 相应的伸长率用δ5
和δ10表示。伸长率δ
实际工程中以伸长率 代表材料断裂前具有的塑性变形能力。
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
热处理 正火属于最简单的热处理：把钢材加
热至850—900℃并保持一段时间后在空气 中自然冷却，即为正火。如果钢材在终止 轧制时温度正好控制在上述温度范围，可 得到正火的效果，称为控轧。回火是将钢 材重新加热至650℃并保温一段时间，然后 在空气中自然冷却。淬火加回火也称调质 处理，淬火是把钢材加热至 900℃以上， 保温一段时间，然后放入水或油中快速冷 却。强度很高的钢材，包括高强度螺栓的 材料都要经过调质处理。
认为试件冷弯性能合格。
冷弯性能是判别钢材塑性变形能
力和冶金质量的综合指标。
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
2.冲击韧性
韧性 钢材在塑性变形和断裂过程中 吸收能量的能力。用断裂时吸收的总 能量（弹性和非弹性能）来表示。韧 性指标用冲击韧性值表示，冲击韧性 也叫冲击功，用符号Wkv或Cv表示，单 位为J。
3.5 钢材的其它性能
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
1.冷弯性能
钢材在冷加工（常温下加工） 产生塑性变形时，对发生裂缝 的抵抗能力。
鉴别指标：通过冷弯冲头加压。
当试件弯曲至180°时，检察试件
弯曲部分的外面、里面和侧面， 如果没有裂纹、断裂或分层，即
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
（c）强化阶段(DE段)
随荷载的增加σ缓慢增大,但ε增加较快
抗拉强度（极限强度）fu 试件所能承受的最大拉应力
s
（d）颈缩阶段(EF段)
截面出现了横向收 缩，截面面积开始 显著缩小，塑性变 形迅速增大，应力 不断降低，变形却 延续发展，直至F点 试件断裂。
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
（2） 浇 铸
浇注是指把熔炼好的钢液做成钢锭或钢坯。 用连续铸造法生产钢坯的工艺和设备，由于机械化、自动化 程度高的优势，已经逐渐取代了笨重而复杂的铸锭工艺和设备。
（3）脱 氧
钢液中残留的氧，将使钢材晶粒粗细不均匀并发生热脆，降 低钢材的力学性能。
塑性变形：卸载后试件
s
不能完全恢复原来的长
度。不能恢复的这一部
E
分变形称为塑性变形。 屈服点（屈服强度）： 屈服阶段曲线波动部分
B
A CD
的最低值。 流幅：从屈服阶段的开
始到曲线再度上升的应
O
变幅度称为流幅。
e
s Ee
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
B
A CD
E
F
O
e
s Ee
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
B.对无明显屈服点的钢材
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
设计时以卸载后试件中残余应变为0.2％所对应的应力 作为屈服点 ——“条件屈服点”或“名义屈服点”
平炉钢是利用煤气和其它燃料供应热能，把废钢、生铁熔液或 铸铁块和不同的合金元素等冶炼成各种用途的钢。（生产周期长，效率 低，成本高，现已逐步被转炉钢所取代。）
电炉钢是利用电热原理，在电弧炉内冶炼。（质量好，但耗电 量大，成本高，一般只用来冶炼特种用途的钢材。）
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
按照钢液在炼钢炉中进行脱氧的方法和程度不同，碳素结构钢 可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
沸腾钢
采用的脱氧剂为脱氧能力较弱的锰，因此脱氧不完全，且浇 注时会有气体逸出，出现钢液的沸腾现象，由于沸腾钢在铸模中 冷却很快，气体逸出不完全，凝固后的钢材中留有较多的杂质和 气体，钢的质量较差。
接近理想的弹性体。
2）屈服点之后的流幅现象又
接近理想的塑性体，并且流幅
的范围（e≈0.15％-2.5％）
已足够用来考虑结构或构件的 塑性变形的发展。 钢材是符合理想中的弹性-塑性材料
ε0
ε
ε
0.15% 2.5%
简化的应力－应变曲线
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
产生较大的误差，因而钢材塑性指标仍然采用伸长率作为保证要求。
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
3.4 应力应变曲线的简化
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
曲线简化的依据：
fy
1）钢材在屈服点之前的性质
d
标准试件
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
3.2 单向拉伸时的工作性能
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
3.2 单向拉伸时的工作性能
（1）试验条件
（a）试件的尺寸要符合国家标准，表面光滑，没有孔洞、刻槽 等缺陷。试件的标定长度取其直径的5或10倍。 （b）荷载要分级逐次增加，直到试件破坏。 （c）试验温度要控制在室温20℃左右。
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
（4）加工（热加工、冷加工和热处理 ） 热加工
指将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状， 生产出各种厚度的钢板和型钢。（热加工的开轧和锻 压温度控制在1150-1300℃ ）
冷加工
指在常温下对钢材进行加工。（冷作硬化现象）
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
1、钢结构对材料的要求 （1） 较高的抗拉强度fu和屈服点fy
（2） 塑性、冲击韧性好 （3） 冷热加工性能好 （4） 可焊性好指采用一般焊接工艺就可完成合格的(无裂纹
的)焊缝的性能。
（5） 耐久性好
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
没有明显屈服点的钢 材在拉伸过程中没有 屈服阶段，塑性变形 小，破坏突然。
s
fu fy=f0.2
钢结构设计原理
0.2%
εp
e
无屈服点钢材的应力-应变曲线
Design Principles of Steel Structure
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
第二章 钢结构的材料
（2）钢材的应力-应变关系
Chapter 2 Material of Steel Structure
A. 有屈服点钢材s---e曲线可以分为四个阶段：
(a)弹性阶段(OB段)
s
OA段：纯弹性阶段
E
s=Ee A点对应的应力： sp （比例极限）
B
A CD
AB段：有一定的塑性 变形, 但整个 OB段卸载时, e=0
服点，并且达到 维状，色泽发暗。显的变形，并有
抗拉极限强度后，
较长的变形持续
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
构件产生明显的
时间，便于发现
变形并断裂。
和补救。
脆性破坏
在破坏前无明显 变形，平均应力 也小（一般都小 于屈服点），没 有任何预兆。
平直和呈有光泽 的晶粒。
突然发生的，危 险性大，应尽量 避免。
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
B点对应的应力： se （弹性极限）
O
e
s Ee
单调拉伸应力-应变曲线
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
（4）伸长率δ 试件断裂前的永久变形与原标定长度的百比。
l1 - l0 100 %
镇静钢
采用锰加硅做脱氧剂，脱氧较完全，由于硅在还原的过程中 会产生热量，使钢液冷却缓慢，让气体充分逸出，钢的质量好， 但成本高。
半镇静钢
脱氧程度和钢材质量介于上述二者之间。
特殊镇静钢
在锰和硅脱氧后，再用铝补充脱氧，其脱氧程度高于镇静钢。
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
l0
l0— 原标距长 l1 —拉断后标距长度 d0 —试件直径 试件有两种标距：l0/ d0=5 和 l0/ d0=10 相应的伸长率用δ5
和δ10表示。伸长率δ
实际工程中以伸长率 代表材料断裂前具有的塑性变形能力。
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
热处理 正火属于最简单的热处理：把钢材加
热至850—900℃并保持一段时间后在空气 中自然冷却，即为正火。如果钢材在终止 轧制时温度正好控制在上述温度范围，可 得到正火的效果，称为控轧。回火是将钢 材重新加热至650℃并保温一段时间，然后 在空气中自然冷却。淬火加回火也称调质 处理，淬火是把钢材加热至 900℃以上， 保温一段时间，然后放入水或油中快速冷 却。强度很高的钢材，包括高强度螺栓的 材料都要经过调质处理。
认为试件冷弯性能合格。
冷弯性能是判别钢材塑性变形能
力和冶金质量的综合指标。
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
2.冲击韧性
韧性 钢材在塑性变形和断裂过程中 吸收能量的能力。用断裂时吸收的总 能量（弹性和非弹性能）来表示。韧 性指标用冲击韧性值表示，冲击韧性 也叫冲击功，用符号Wkv或Cv表示，单 位为J。
3.5 钢材的其它性能
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
1.冷弯性能
钢材在冷加工（常温下加工） 产生塑性变形时，对发生裂缝 的抵抗能力。
鉴别指标：通过冷弯冲头加压。
当试件弯曲至180°时，检察试件
弯曲部分的外面、里面和侧面， 如果没有裂纹、断裂或分层，即
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
（c）强化阶段(DE段)
随荷载的增加σ缓慢增大,但ε增加较快
抗拉强度（极限强度）fu 试件所能承受的最大拉应力
s
（d）颈缩阶段(EF段)
截面出现了横向收 缩，截面面积开始 显著缩小，塑性变 形迅速增大，应力 不断降低，变形却 延续发展，直至F点 试件断裂。
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
（2） 浇 铸
浇注是指把熔炼好的钢液做成钢锭或钢坯。 用连续铸造法生产钢坯的工艺和设备，由于机械化、自动化 程度高的优势，已经逐渐取代了笨重而复杂的铸锭工艺和设备。
（3）脱 氧
钢液中残留的氧，将使钢材晶粒粗细不均匀并发生热脆，降 低钢材的力学性能。
塑性变形：卸载后试件
s
不能完全恢复原来的长
度。不能恢复的这一部
E
分变形称为塑性变形。 屈服点（屈服强度）： 屈服阶段曲线波动部分
B
A CD
的最低值。 流幅：从屈服阶段的开
始到曲线再度上升的应
O
变幅度称为流幅。
e
s Ee
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
B
A CD
E
F
O
e
s Ee
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
B.对无明显屈服点的钢材
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
设计时以卸载后试件中残余应变为0.2％所对应的应力 作为屈服点 ——“条件屈服点”或“名义屈服点”
平炉钢是利用煤气和其它燃料供应热能，把废钢、生铁熔液或 铸铁块和不同的合金元素等冶炼成各种用途的钢。（生产周期长，效率 低，成本高，现已逐步被转炉钢所取代。）
电炉钢是利用电热原理，在电弧炉内冶炼。（质量好，但耗电 量大，成本高，一般只用来冶炼特种用途的钢材。）
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
按照钢液在炼钢炉中进行脱氧的方法和程度不同，碳素结构钢 可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
沸腾钢
采用的脱氧剂为脱氧能力较弱的锰，因此脱氧不完全，且浇 注时会有气体逸出，出现钢液的沸腾现象，由于沸腾钢在铸模中 冷却很快，气体逸出不完全，凝固后的钢材中留有较多的杂质和 气体，钢的质量较差。
接近理想的弹性体。
2）屈服点之后的流幅现象又
接近理想的塑性体，并且流幅
的范围（e≈0.15％-2.5％）
已足够用来考虑结构或构件的 塑性变形的发展。 钢材是符合理想中的弹性-塑性材料
ε0
ε
ε
0.15% 2.5%
简化的应力－应变曲线
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
产生较大的误差，因而钢材塑性指标仍然采用伸长率作为保证要求。
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
3.4 应力应变曲线的简化
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
曲线简化的依据：
fy
1）钢材在屈服点之前的性质
d
标准试件
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
3.2 单向拉伸时的工作性能
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
3.2 单向拉伸时的工作性能
（1）试验条件
（a）试件的尺寸要符合国家标准，表面光滑，没有孔洞、刻槽 等缺陷。试件的标定长度取其直径的5或10倍。 （b）荷载要分级逐次增加，直到试件破坏。 （c）试验温度要控制在室温20℃左右。
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
（4）加工（热加工、冷加工和热处理 ） 热加工
指将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状， 生产出各种厚度的钢板和型钢。（热加工的开轧和锻 压温度控制在1150-1300℃ ）
冷加工
指在常温下对钢材进行加工。（冷作硬化现象）
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
1、钢结构对材料的要求 （1） 较高的抗拉强度fu和屈服点fy
（2） 塑性、冲击韧性好 （3） 冷热加工性能好 （4） 可焊性好指采用一般焊接工艺就可完成合格的(无裂纹
的)焊缝的性能。
（5） 耐久性好
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
没有明显屈服点的钢 材在拉伸过程中没有 屈服阶段，塑性变形 小，破坏突然。
s
fu fy=f0.2
钢结构设计原理
0.2%
εp
e
无屈服点钢材的应力-应变曲线
Design Principles of Steel Structure
第二章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
第二章 钢结构的材料
（2）钢材的应力-应变关系
Chapter 2 Material of Steel Structure
A. 有屈服点钢材s---e曲线可以分为四个阶段：
(a)弹性阶段(OB段)
s
OA段：纯弹性阶段
E
s=Ee A点对应的应力： sp （比例极限）
B
A CD
AB段：有一定的塑性 变形, 但整个 OB段卸载时, e=0
服点，并且达到 维状，色泽发暗。显的变形，并有
抗拉极限强度后，
较长的变形持续
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
构件产生明显的
时间，便于发现
变形并断裂。
和补救。
脆性破坏
在破坏前无明显 变形，平均应力 也小（一般都小 于屈服点），没 有任何预兆。
平直和呈有光泽 的晶粒。
突然发生的，危 险性大，应尽量 避免。
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
B点对应的应力： se （弹性极限）
O
e
s Ee
单调拉伸应力-应变曲线
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure