钢结构课件课本 钢结构用钢材新

作硬化或应变硬化。 • 时效硬化是指钢材仅随时间增长而变脆的现 象，冷作硬化的钢材，同时伴生着时效硬化， 故称为应变时效硬化。 2.2.7 钢材的防护 1)钢材脆性断裂的预防 2)钢结构的防火保护 3)钢结构防腐蚀措施
2.3 钢材的种类、规格与选用 2.3.1 钢材的种类 • 钢材的种类或称钢种，按用途可分为结构 钢、工具钢和特殊用途钢等；按化学成分 可分为碳素钢和合金钢，碳素钢按含碳量 又分为低碳钢(w(C)≤0.25％)、中碳钢(0.25 ％< w(C)≤0.6％)、高碳钢(w(C)>0.6％)， 以及熟铁(w(C)≤0.06％)、生铁或铸铁 (w(C)≥2％)。
加而降低。钢材的变形包括卸荷后可恢复的 弹性变形和不可恢复的塑性变形两部分。
图2.1 钢材的拉伸试验 (a)有明显屈服点的钢材料材 (b)没有明显屈服点的钢材 Ⅰ—弹性阶段 Ⅱ—弹塑性阶段 Ⅲ—屈服阶段
Ⅳ—强化阶段 Ⅴ—颈缩阶段
3)屈服阶段 4)强化阶段 5)颈缩阶段 2.1.3 钢材的强度 2.1.4 钢材的塑性 • 钢材的伸长率δ是反映钢材塑性的指标,是以 试件拉断后，标距长度的伸长量(l1-l0)与原 标距长度l0的比值百分数表达,即
②平炉钢和氧气转炉钢两者质量相当，订货 和设计时不加区别，由钢厂决定。 ③钢材出厂最少应具有fy、fu、δ5三项力学性 能和硫、磷含量两项化学成分的合格保证； 焊接结构还应有碳含量的合格保证。 ④对于较大跨度的桁架、柱、托架等构件， 承受直接动力荷载的桥式起重机梁、储罐 等钢材还要有冷弯试验的合格保证。 ⑤对于重级工作制桥式起重机和起重量大于 50 t的中级工作制桥式起重机的桥式起重机
梁或类似构件，应具有常温(20 ℃)冲击韧性 的合格保证。 2)结构钢材的实际供应与选用。 ①普通碳素钢材的选用和保证项目如下： ②低合金钢的选用和保证项目如下述： (4)钢材的技术标准 • 国家标准中规定了各种钢号钢材的技术标 准，包括力学性能和化学成分的各项指标 作为钢材出厂的合格与否的标准限值。每 批钢材作规定数量的各种试验，达不到限 值标准即为整批不合格。这些标准限值有 时称为废品极限值。
度fu略有提高,塑性和冲击韧性降低，钢材呈 脆性破坏特征，这种现象称为“蓝脆”，在 此区域加工易产生裂纹。温度在250~350 ℃ 时，钢材强度开始显著下降,钢材将产生徐变 现象；当温度超过400 ℃时，强度和弹性模 量都急剧降低；达600 ℃时，其承载能力几 乎丧尽。 2.2.6 钢材的冷作硬化和时效 • 钢材在冷加工过程中使钢材产生很大的塑性 变形甚至断裂，再重新加荷时将使屈服点提 高，但使塑性和韧性降低．这种现象称为冷
2.1.6 冲击韧度 • 钢材的冲击韧度是衡量钢材在冲击荷载作用 下,抵抗脆性断裂的能力的一项力学性能指标。 • 我国规定钢材的冲击韧性按V形试件冲击功 Axv确定如图2.3所示。 • 对于碳素结构钢(国家标准GB 700—1988) Q235 — A级钢不做冲击试验；Q235 — B、C、D级钢，分别要求20 ℃、0 ℃，-20 ℃的 冲击功AKV≥27J。
厚度变化、形状变化及内部缺陷等构造缺陷， 钢材中的应力在缺陷区域的某些部位将出现 局部高峰应力,而其他部位出现应力降低，这 种在较小区域内应力突然增高的现象称为应 力集中。应力集中的高低取决于构件截面改 变的急剧程度，如槽孔尖端处的应力集中较 圆孔边的应力集中大得多。 2.2.5 温度影响 • 温度在100 ℃以上时总的趋势是强度降低， 塑性增大；达250 ℃左右时，钢材的抗拉强
• 用于某些特殊用途的钢材，在轧制后还常经 过热处理进行调质，以改善钢材性能。 2.2.3 残余应力的影响 • 热轧型钢在冷却过程中，在截面尖角、边缘 及薄细部位，率先冷却，其他部位渐次冷却， 先冷却部位约束阻止后冷却部位的自由收缩， 产生复杂的热轧残余应力分布。不同形状和 尺寸规格的型钢残余应力分布不同。 • 钢材经过气割或焊接后，由于不均匀的加热 和冷却，也将引起残余应力。
• 低合金结构钢是在冶炼碳素结构钢时加一 种或几种适量的合金元素而炼成的钢种， 可提高强度、冲击韧性、耐腐蚀性又不太 降低塑性。 3)专用结构钢 • 特殊用途的专用结构钢是在碳素结构钢或 低合金结构钢的基础上冶炼而成，其有害 元素含量低、晶粒细、组织致密、机械性 能的附加保证项目较多，因而质量更高、 检验更严密，一般用于桥梁、船舶、压力 容器和锅炉等特殊用途的钢结构弯薄壁型钢和压型钢板
2.3.3 钢材的选用和保证项目 (1)选用的原则 1)结构的重要性。 2)荷载特性。 3)连接方式。 4)结构工作的温度环境。 5)钢材厚度。 (2)钢结构对钢材的要求 1)较高的强度。 2)足够的变形能力。
3)良好的加工性能。 (3)钢材的选用和保证项目 1)建筑结构钢材的选用。 • 选用时应考虑下列情况并依据工程实际情 况参照表2.1选用。 ①一般结构多选用碳素结构钢Q235—F；大跨 度或荷载重，尤其是低温工作环境，以及 承受较大动力荷载的结构，宜采用强度高， 冲击韧性好的低合金钢Q345或Q390钢。若 动力荷载很大时可选用16Mnq或15MnVq钢。
介质侵蚀的环境下工作的结构，要求钢材具 有较好的抗锈能力。 2.1.2 钢材的拉伸试验 1)弹性阶段 图2.1中OB段，应力与应变呈线 性关系,σ= Eε；该段称弹性阶段，B点的应 力σp称为比例极限，亦称弹性极限；E为该 直线段的斜率，为钢材的弹性模量， E=2.06×105 N/mm2。 2)弹塑性阶段 图2.1中BC段，应力与应变呈 曲线关系，表明应变的增长比应力快，切线 模量，曲线上任一点的切线斜率，随应变增
第2章 钢结构用钢材
2.1 钢材的基本要求和主要性能 2.1.1 建筑钢材的基本要求 • 用于建筑的钢材，在性能方面要求具有较 高的强度、较好的塑性及韧性，以及良好 的加工性能。对于焊接结构还要求可焊性 良好。在低温下工作的结构，要求钢材在 低温下也能保持较好的韧性。在易受大气 侵蚀的露天环境下工作的结构，或在有害
• 横截面的收缩率ψ是塑性性能的另一指标， ψ是指横截面面积缩小值(A0-A1)与原截面面 积A0比值的百分率，即
2.1.5 钢材的冷弯性能 •钢材的冷弯性能是衡量钢材 在常温下弯曲加工产生塑性 变形时,对产生裂纹的抵抗能 力的一项指标。 •图2.2是冷弯试验示意图。 图2.2 钢材冷弯试验示意图
• 钢材中残余应力的特点是应力自相平衡且与 外荷载无关。 • 此外残余应力与外荷载应力叠加常常产生二 向或三向应力，将使钢材抗冲击断裂能力及 抗疲劳破坏能力降低。尤其是低温下受冲击 荷载的结构，残余应力存在更容易引起低工 作应力状态下的脆性断裂。对钢材进行“退 火”热处理，在一定程度上可以消除一些残 余应力。 2.2.4 应力集中的影响 • 钢结构的钢材存在孔洞、槽口、凹角裂纹、
1)碳素结构钢 • 我国颁布的“碳素结构钢”(GB700—1988)， 将专用于结构的普通碳素钢共分为Q195、 Q215、Q235、Q255、Q275五种。 2)低合金结构钢 • 我国颁布的“低合金高强度结构钢”(GB／ T1591—1994)将低合金高强度结构钢按屈服 点数值分为五个牌号：Q295、Q345、Q390、 Q420、Q460。
• 钢结构连接中铆钉、高强度螺栓、焊条用钢 等，也是属于专用结构钢。 4)Z向钢和耐候钢 2.3.2 钢材的规格 • 钢结构采用的钢材主要为热轧成型的钢板和 型钢，以及冷变成型的薄壁型钢(图2.4)。 1)热轧钢板 2)热轧型钢 • 常用形式有角钢、工字钢和槽钢，如图2.4(a) 所示。
• 角钢： • 工字钢： • 槽钢：可分为普通和轻型两种。 • 钢管： 3)冷弯薄壁型钢 4)压型钢板
图2.3 钢材冲击韧性试验示意图
2.1.7 焊接性能 •钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条 件下，获得性能良好的焊接接头。
2.2 影响钢材性能的主要因素 2.2.1 化学成分的影响 • 钢的基本元素是铁(Fe)，普通碳素钢中 w(Fe)=99％，其余为碳(C)、硅(Si)、锰 (Mn)；有害元素尚有硫(S)、磷(P)、氧(O)、 氮(N)等。合金钢中还需掺入一定数量的铬、 镍、铜、钒、钛、铌等元素以改善钢的力 学性能。 2.2.2 冶炼、浇注和轧制过程的影响 • 钢因冶炼后浇注工艺过程和脱氧程度的不 同而分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。