钢结构-钢结构的材料与制造

第五章 钢结构的材料与制造

第一节 建筑钢材在单轴应力作用下的工作性能

把钢材按规定加工成标准试件，在＋200C 的条件下做拉伸试验，得到钢材的应力－应变关系曲线，如图1所示。

低碳钢一次拉伸时的工作可分为四个阶段： 弹性阶段：应力由0到比例极限f p ； 弹塑性阶段：由比例极限到屈服点f y ； 塑性阶段：应力不变，应变不断增大；

强化阶段：应力达到抗拉强度f u 时，试件发生颈缩现象而发生破坏。 建筑钢材的三个机械性能指标：抗拉强度f u ，伸长率10ε或5ε，屈服点fy 。钢材性能还包括冷弯要求，它较为严格的表示钢材塑性变形能力的综合指标。 抗拉强度f u 是衡量钢材经过巨量变形后的抗拉能力，直接反映钢材的内部组织的优劣；屈服点fy 衡量结构承载能力的指标。伸长率式反映钢材在荷载作用下的塑性变形能力。

高强度钢材没有明显的屈服点，可取相当于残余应变为0.2％时的应力为假想屈服点。

注意，在设计钢结构时，引入抗力分项系数R γ，得到钢材抗拉、抗压和抗弯的设计强度f ：R y f f

γ/=。

第二节 建筑钢材在多轴应力作用下的工作性能

钢材在多轴应力作用的的屈服条件需要用强度理论来解决。能量强度理论认为材料由弹性状态转入塑性状态时，材料的综合性强度指标要用变形时单位体积中积聚的能量来衡量。

由材料力学可知，钢材单向拉伸达到塑性状态时，积聚于单位体积中的形状改变能为：2

31][y f E

u μφ+=

当钢材单元体处于三向主应力1σ、2σ、3σ的作用而进入塑性状态时，材料单位体积的形状改变能为：

)]([311332212

32221σσσσσσσσσμφ++-+++=

E

u 由能量理论知：][φφ

u u =

则：y z f =++-++=)(133221232221σσσσσσσσσσ，z σ称折算应力。 或者：y zx yz xy x z z y y x z y x z

f =+++++-++=)(3)(2

22222τττσσσσσσσσσσ

当纯剪时，y z f ==23τσ，抗剪屈服点y y y v f f f 58.03/3≈= 抗剪设计强度f

f v

58.0≈，若f=215N/㎜2，则f v =125N/㎜2。

第三节 各种因素对钢材性能的影响

化学性能

碳的含量直接影响钢材的强度、塑性和韧性。随着含碳量的增加，钢材的强度逐渐提高，而塑性和韧性下降，可焊性和抗锈蚀性等也变劣。一般含碳量不超过0.22％。

硫、磷、氮、氧的含量提高，一般均使钢材变脆，应不超过0.04％～0.05％。锰、硅、钒在合理的含量内可提高钢材强度。如：15MnV 钢。 冶金缺陷

常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、裂纹和起层。 构造缺陷－应力集中现象

应力集中是造成构件脆性破坏的主要原因之一。 加荷速度

随着加荷速度的提高，钢材的屈服点提高，脆性增加。

钢材的硬化

钢材在弹塑性变形阶段，多次间歇重复加荷使弹性变形区域扩大，提高了钢材的屈服点，而使钢材变脆，这种现象称钢材的冷硬现象。

随着时间的增长，钢材的强度提高，塑性减小的现象叫时效硬化。

温度影响

随着温度的升高，总的趋势是强度降低、塑性增大。温度达到6000C时，钢材的强度几乎降为0，因此钢材可以说不耐高温，一般需要在钢构件外表上涂上防火层。

第四节钢材和连接的强度设计值

一、钢材的强度设计值（N/mm2）

二、焊缝的强度设计值（N/mm2）

三、螺栓连接的强度设计值（N/mm2）

四、钢材和强度设计值的折减

1．单面连接的单角钢

按轴力构件计算强度和连接时取折减系数为0.85；按轴压构件计算稳定性时，等边角钢取λ

0015

6.0+,取≥0.63；

.0

短边相连的不等边角钢，取λ

5.0+，取≥0。55；

.0

0025

长边相连的不等边角钢，取0.70；

其中：λ为长细比，对中间无连系的单角钢压杆，应按最小回转半径计算。2．施工条件较差的高空安装焊缝连接，取0.90。

第五节钢材种类与规格

一、钢材规格

（1）热轧钢板

厚钢板：厚度4.5～60mm；宽度600～3000mm；长度4～12m

薄钢板：厚度0.35～4mm；宽度500～1500mm；长度0.5～4m

扁钢：厚度4～60mm；宽度12～200mm；长度3～9m

花纹钢板：厚度2.5～8mm；宽度600～1800mm；长度0.6～12m

（2）热轧型钢

热轧等边、不等边角钢Lnn

热轧普通工字钢Inn

热轧轻型工字钢IQnn

热轧普通槽钢Cnn

热轧轻型槽钢CQnn

热轧宽翼缘H型钢HKnn

热轧宽翼缘H型钢HWnn

热轧中翼缘H型钢HMnn

热轧窄翼缘H型钢HNnn

热轧窄翼缘H型钢HZnn

焊接H型钢HAnn

轻型焊接H型钢HAQnn

焊接T型钢Tnn

组合截面有：

两热轧等边角钢组合截面2Enn@a

两热轧不等边角钢长边相连组合截面2Lnn@a

两热轧不等边角钢短边相连组合截面2Snn@a

两槽钢组合截面2Cnn@a

两等边角钢十字截面XLnn@a

四等边角钢十字截面4Lnn@a

热轧或焊接圆管Dd*t

二、截面型号一览表

（一）、L系列――热轧等边、不等边角钢

L20*3 L20*4 L25*3 L25*4 L30*3 L30*4 L36*3 L36*4 L36*5 L40*3 L40*4 L40*5 L45*3 L45*4 L45*5 L45*6 L50*3 L50*4 L50*5 L50*6 L56*3 L56*4 L56*5 L56*6 L63*4 L63*5 L63*6 L63*8 L63*10 L70*4 L70*5 L70*6 L70*7 L70*8 L75*5 L75*6 L75*7 L75*8 L75*10 L80*5 L80*6 L80*7 L80*8 L80*10 L90*6 L90*7 L90*8 L90*10 L90*12 L100*6 L100*7 L100*8 L100*10 L100*12 L100*14 L100*16 L110*7 L110*8 L110*10 L110*12 L110*14 L125*8 L125*10 L125*12 L125*14 L140*10 L140*12 L140*14 L140*16 L160*10 L160*12 L160*14 L160*16 L180*12