《钢结构》课件第二章
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钢结构第2章 轻型门式刚架结构
按照不同荷载组合得到的内力计算结果， 按照不同荷载组合得到的内力计算结果，确定控制 截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底、 截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底、柱 柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面， 顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面，控制截 面的内力组合主要有： 面的内力组合主要有： 和同时出现的M及 的较大值 的较大值。 （1）最大轴压力 ）最大轴压力Nmax和同时出现的 及V的较大值。 和同时出现的 和同时出现的N及 的较大值 的较大值。 （2）最大弯矩 ）最大弯矩Mmax和同时出现的 及V的较大值。 和同时出现的 和相应的M及 。 （3）最小轴压力 ）最小轴压力Nmin和相应的 及V。 和相应的 2.3.2.3 变形计算 刚架的柱顶位移(计算值 计算值)限值 表2-1 刚架的柱顶位移 计算值 限值 表2-2 受弯构件的挠度与跨度比限值
2．荷载组合 计算承载能力极限状态时，对于轻型钢结 构可取下述荷载组合 （1）1.2G+1.4L； （3）1.2G+1.4C; （7）1.2G+0.9(1.4C+1.4W); 计算正常使用承载能力时，对于轻型钢结 构可取下述荷载组合：
2.3.2 刚架计算
2.3.2.1 刚架计算模型 计算模型的简化和建立必须符合实际结构的受力 特点；反过来， 特点；反过来，实际结构的设计也必须考虑到现有 理论能够分析其计算模型。 理论能够分析其计算模型。 2.3.2.2 内力计算 门式刚架的内力可采用杆系单元有限元法编制 的程序计算，目前常用的国内软件有建研院STS、 的程序计算，目前常用的国内软件有建研院 、 同济大学3D3S等。计算时可将梁、柱构件分为若 同济大学 等 计算时可将梁、 干段，每段可按等截面确定几何特性参数， 干段，每段可按等截面确定几何特性参数，也可按 楔形单元选取。 楔形单元选取。由于单层门式刚架轻型房屋钢结构 屋盖的自重较小，经验表明，当抗震设防烈度为7 屋盖的自重较小，经验表明，当抗震设防烈度为 度时，一般不需做抗震验算；当为8度及以上时 度及以上时， 度时，一般不需做抗震验算；当为 度及以上时， 横向刚架和纵向框架均需做抗震验算。 横向刚架和纵向框架均需做抗震验算。地震作用效 应可以采用底部剪力法计算， 应可以采用底部剪力法计算，此时单层钢结构房屋 的阻尼比取0.05。 的阻尼比取 。
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。
钢结构设计全套教学课件
附图1：拉伸试件
20
2
附 图 ： 冲 击 韧 性 试 验
21
3
附 图 ： 冷 弯 试 验
22
第二章 钢结构的材料
2.4 各种因素对钢材主要性能的影响
影响钢材性能的两大方面：生产过程
使用过程
一、生产过程
1：化学成分 普通碳素钢中Fe占99%，其他杂质元素占1% 普通低合金钢中有＜5%的合金元素
2.按炉种分
平炉
成本高，质量好（6小时100t左右）
氧气顶吹转炉 成本低，质量也可（15分钟150t）
3. 按脱氧程度分
沸腾钢（F） 脱氧较差 镇静钢（Z） 脱氧充分 半镇静钢（b） 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间 特殊镇静钢（TZ）
32 2.5 钢的种类和钢材规格
第二章 钢结构的材料
4. 按质量等级分 A级：保证抗拉强度、屈服点和伸长率及硫、磷含量 B、C、D级：保证抗拉强度、屈服点、伸长率、冷弯和冲击
梅氏U型缺口试件: k J / cm2
冲击试验的标准试件型式：
夏比V型缺口试件: CV J
我国采用夏比V型缺口试件
➢ 冲击韧性受温度的影响
17 2.3 钢材的主要性能
第二章 钢结构的材料
四、冷弯性能 ➢ 冷弯性能是检验钢材适应冷加工（常温下加工）
的能力和显示钢材内部缺陷状况的一项指标 ➢ 冷弯性能是考察钢材在复杂应力状态下发展塑性
变形能力的指标 ➢ 冷弯性能由冷弯试验确定
18 2.3 钢材的主要性能
第二章 钢结构的材料
➢ 钢材物理性能指标
弹性模量 E 206 103 N mm 2
泊松比 0.3
剪变模量
G
E
21
79
钢结构基础知识教程PPT课件
二、钢结构的应用
1、重型结构及大跨度建筑结构； 2、多层、高层及超高层建筑结构； 3、轻钢结构； 4、塔桅等高耸结构； 5、钢－混凝土组合结构。
3
第二节 钢结构的设计原理与方法
结构设计首层规范《建筑结构可靠度设计统一标准》 （GB50068）规定：结构的可靠度应采用以概率论为 基础的极限状态设计方法分析确定。
4
第三节 钢结构的发展
我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使 现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有 相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。
97年新发布的《中国建筑技术政策》中强调要重点发 展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求 扩大钢结构住宅的市场占有率。
96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结 构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用” 变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。
的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密 实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性 能提高。
3、冷作硬化与时效硬化
• 由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性 下降，增加脆性的现象称之为硬化现象。
• 冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生 塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。
当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人 才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业 的发展，已成为建筑业发展的重要任务。
5
第二章 建筑钢材
第一节 建筑结构用钢的基本要求 第二节 钢材的主要机械性能 第三节 影响钢材性能的主要因素 第四节 建筑结构用钢的种类及选择
6
第一节 建筑结构用钢的基本要求
• 钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形 成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化”现象称之 为时效硬化。
1、重型结构及大跨度建筑结构； 2、多层、高层及超高层建筑结构； 3、轻钢结构； 4、塔桅等高耸结构； 5、钢－混凝土组合结构。
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第二节 钢结构的设计原理与方法
结构设计首层规范《建筑结构可靠度设计统一标准》 （GB50068）规定：结构的可靠度应采用以概率论为 基础的极限状态设计方法分析确定。
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第三节 钢结构的发展
我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使 现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有 相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。
97年新发布的《中国建筑技术政策》中强调要重点发 展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求 扩大钢结构住宅的市场占有率。
96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结 构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用” 变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。
的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密 实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性 能提高。
3、冷作硬化与时效硬化
• 由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性 下降，增加脆性的现象称之为硬化现象。
• 冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生 塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。
当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人 才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业 的发展，已成为建筑业发展的重要任务。
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第二章 建筑钢材
第一节 建筑结构用钢的基本要求 第二节 钢材的主要机械性能 第三节 影响钢材性能的主要因素 第四节 建筑结构用钢的种类及选择
6
第一节 建筑结构用钢的基本要求
• 钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形 成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化”现象称之 为时效硬化。
第二章钢结构材料
作用则属于连续交变荷载，或称循环荷载。
1） 加载速度的影响
高于此温度时，不论 何种加载方式材料的 韧性性能均好。T3
低于此温度时，不论 何种加载方式材料的 韧性性能均差。T1
常温下某温度时，静载下材料 的韧性最好，中等加载速度下 次之，冲击加载最差。T2
2）循环荷载的影响
钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐积累损伤、 产生裂纹、裂纹逐渐扩展，直到最后破坏，这种现
锰、硅含量不高时可提高钢材强度，但又不会过多 降低塑性和冲击韧性，不过量时是有益元素。
硫、磷、氧、氮均是有害元素，一般情况下其含量
元旦应严格控制。（但也有例外） 2-4-2 钢材的焊接性能 指钢材经过焊接后能获得良好的焊接接头的性能。 包括焊缝金属和近缝区钢材在施焊时不开裂、焊接
构件在施焊后的机械性能不低于母材。
达到屈服点作为评价钢结构承载能力极限状态的标
志，即取屈服强度作为钢材的标准强度。 钢材的伸长率是反映钢材塑性的指标之一。反映钢 材塑性的另一个指标是截面收缩率。 伸长率δ等于试件拉断后原标距间的伸长量和原标 距比值的百分率。原标距长度有10倍标距δ 和5倍标
10
距δ5两种。
断面收缩率ψ是试件拉断后，颈缩区的断面面积 缩小值与原断面面积比值的百分率。 由单向拉伸试验还可以看出钢材的韧性好坏。 韧性用材料破坏过程中单位体积吸收的总能量来衡 量，包括弹性能和非弹性能两部分，其值等于应力
力集中。应力高峰值及应
力分布不均匀的程度与杆件 截面变化急剧的程度有关。
实验表明，应力集中处，不仅有纵向应力，还有横向应力， 常常形成同号应力场，有时还会有三向的同号应力场。这种同 号应力场导致钢材塑性降低，脆性增加，结构发生脆性破坏的 危险性增大。
钢结构工程识图与施工课件第二章
只能生产彩涂薄钢板。
钢材的耐火、耐候性能一般均是在低碳钢或低合金钢中添
加与其相关的合金元素，添加的合金元素可综合提高数种性能
（包括力学性能、Z向性能和可焊性能）。
17
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2.3 影响钢材性能的因素
2.3.1 化学成分影响 2.3.2 培冶炼、轧制、浇铸和热处理的影响 2.3.3 钢材的硬化 2.3.4 温度的影响 2.3.5 复杂应力作用的影响 2.3.6 应力集中的影响 2.3.7 残余应力的影响 2.3.8 钢材的疲劳
16
2．耐候性能
2.2 钢材 的性能
在自然环境下，普通钢材每5年的腐蚀厚度可达～1 mm。如果钢材处于腐蚀气体环境中，则更为严重。
对建筑钢材的耐候性能要求，它只需满足在自然环境下可裸露使用（如输电铁塔等），其耐候性提高到普通
钢材的6～8倍，即可获得良好效果。
同耐火钢一样，耐候钢一般也是在低碳钢或低合金钢中添
储备，屈强比越小，强度储备越大，钢材越安全。屈服点和抗拉强度是钢材强度的两项重要指标。
10
2．塑性
塑性是指钢材破坏前产生塑性变形的能力，可由静力拉伸试验得
到的力学性能指标伸长率A和截面收缩率Z来衡量。A和Z数值越大，表 明钢材塑性越好。
伸长率A等于试件拉断后原标距的塑性变形（即伸长值）与原标距
的比值，以百分数表示，即
18
2.3.1 化学成分的影响
钢的化学成分直接影响钢的颗粒组织和结晶构造，并与钢材力学性能有密切关系。
钢的基本元素是铁（Fe）和少量的碳（C）。碳 素结构钢中纯铁约占99%，其余是碳和硅（Si）、锰 （Mn）等有利元素以及在冶炼过程不易除尽的有害 杂质元素硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）等。 在低合金高强度结构钢中，除上述元素外，还含有 改善钢的某些性能的合金元素，主要有钒（V）、钛 （Ti）、铌（Nb）和铝（Al），以及铬（Cr）、镍 （Ni）、钼（Mo）、稀土（RE）等。其总含量一般 低于3%。在钢中碳和其他元素的含量尽管不大，但 对钢的力学性能却有着决定性的影响。
钢结构经典教程PPT课件
• —— 结构重要性系数，
• --永久荷载设计值 在结构构件中或连接中产生的应力， 为标准值， 为分项系数，一般取1.2，当永久荷载效应对结构有利 时取1.0；
• 结构设计首层规范《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068）规定：结构的可靠度应采用以 概率论为基础的极限状态设计方法分析确定。
• 钢结构和其他建筑结构一样，遵循“统一标准”要求，采用的也是以概率论为基础，用分项系数表 达的极限状态设计方法。
结构概率设计法
• 对结构设计中需要考虑的多种非确定性因素，如荷载、材料性 能等，运用概率论和数理统计的方法来寻找它们的规律性，从 而进行结构设计，这就是结构概率设计法。
• 荷载效应S：取决于各种荷载（恒载、活载、风、地震作用，温
度变化等）。
• 结构或构件的承载力或抗力R：取决于材料、构件的几何特性等。
结构概率设计法
• 设结构状态方程：Z=R-S • 当 Z>0 时，结构可靠；
• 当 Z<0 时，结构失效； • 当 Z=0 时，结构或构件承载能力处于极限状态。
结构概率设计法
• 在这里，燃烧的高温致使被飞机冲力撞剩的钢柱软化，而被撞击层以上楼层的重力在加速度作用下， 以雷霆万钧之势，造成了世界贸易中心遇袭后的必然结果——坍塌。所以，世界贸易中心只能是坍 塌，而不是倒塌。
钢结构抗腐蚀性较差
• 钢结构的最大缺点是易于锈蚀。新建造的钢结构一般都需仔细除锈、镀锌或刷涂料。以后隔一定时间又要 重新刷涂料，维护费用较高。目前国内外正在发展不易锈蚀的耐候钢，可大量节省维护费用，但还未能广 泛采用。
构。具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。
网架结构
• 构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体、截头四角锥等，由这些基本单元可组合成平面形状的三
• --永久荷载设计值 在结构构件中或连接中产生的应力， 为标准值， 为分项系数，一般取1.2，当永久荷载效应对结构有利 时取1.0；
• 结构设计首层规范《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068）规定：结构的可靠度应采用以 概率论为基础的极限状态设计方法分析确定。
• 钢结构和其他建筑结构一样，遵循“统一标准”要求，采用的也是以概率论为基础，用分项系数表 达的极限状态设计方法。
结构概率设计法
• 对结构设计中需要考虑的多种非确定性因素，如荷载、材料性 能等，运用概率论和数理统计的方法来寻找它们的规律性，从 而进行结构设计，这就是结构概率设计法。
• 荷载效应S：取决于各种荷载（恒载、活载、风、地震作用，温
度变化等）。
• 结构或构件的承载力或抗力R：取决于材料、构件的几何特性等。
结构概率设计法
• 设结构状态方程：Z=R-S • 当 Z>0 时，结构可靠；
• 当 Z<0 时，结构失效； • 当 Z=0 时，结构或构件承载能力处于极限状态。
结构概率设计法
• 在这里，燃烧的高温致使被飞机冲力撞剩的钢柱软化，而被撞击层以上楼层的重力在加速度作用下， 以雷霆万钧之势，造成了世界贸易中心遇袭后的必然结果——坍塌。所以，世界贸易中心只能是坍 塌，而不是倒塌。
钢结构抗腐蚀性较差
• 钢结构的最大缺点是易于锈蚀。新建造的钢结构一般都需仔细除锈、镀锌或刷涂料。以后隔一定时间又要 重新刷涂料，维护费用较高。目前国内外正在发展不易锈蚀的耐候钢，可大量节省维护费用，但还未能广 泛采用。
构。具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。
网架结构
• 构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体、截头四角锥等，由这些基本单元可组合成平面形状的三
第二章 钢结构的材料及计算方法
• 对于重要或承受动荷的焊接结构，需用带焊缝的试 件进行试验，测试其钢材焊接性能。
• 钢材的焊接性与钢材的含碳量、化学成分、钢材的 塑性和冲击韧性密切有关，焊接性可间接地用冲击 韧性AkV来检验。
7、抗蚀性和防腐措施
• （1）腐蚀的原因 • ① 化学锈蚀：钢材直接与周围介质发生化学反应
而产生的锈蚀。 • ② 电化学锈蚀：钢材与电解质溶液接触而产生电
破坏前应力较低，没有先兆现象，破坏速度极 快，断口呈平直状态。
塑 性 拉 伸 断 裂
颈缩
断裂
脆性破坏断口
二、钢材的主要性能
• 1、力学性能 • （1）抗拉性能 • （3）冲击韧性 • 2、工艺性能 • （1）冷弯性能
（2）硬度 （4）耐疲劳性
（2）焊接性能
满足要求的主要有碳素结构钢与低合金钢，最常用的如 Q235 和 Q345
• 构件及连接中存在一些局部缺陷（夹渣、微裂纹、 孔洞、焊缝气孔等），在重复荷载作用下，这些缺 陷处产生应力集中，出现微裂纹，当循环次数达到 一定程度，则扩展形成宏观裂缝，出现突然断裂。 此外，由钢材轧制及焊接时产生的残余应力会增加 压力集中程度，加剧疲劳破坏。
• （3）影响疲劳破坏的因素 • 钢材质量、构件几何尺寸和缺陷、应力循环特征
•（2）冲击韧性与钢材的厚度有关，大厚度钢 材的冲击韧性在负温下显著降低，因此在负温 条件下应尽量采用小厚度的钢材。
5、耐疲劳性
• （1）疲劳破坏 • 钢材在重复荷载的反复作用下，在应力远小于抗
拉强度时就发生破坏，破坏时断口较整齐，表面 有半椭圆状呈放射线的疲劳纹理，断裂前无预兆 ，是脆性断裂。
• （2）疲劳破坏产生的原因
• ② 钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，当 荷载变化不大或只承受压应力，而不承受拉应 力时，则不会发生疲劳破坏，可不进行疲劳计 算；
• 钢材的焊接性与钢材的含碳量、化学成分、钢材的 塑性和冲击韧性密切有关，焊接性可间接地用冲击 韧性AkV来检验。
7、抗蚀性和防腐措施
• （1）腐蚀的原因 • ① 化学锈蚀：钢材直接与周围介质发生化学反应
而产生的锈蚀。 • ② 电化学锈蚀：钢材与电解质溶液接触而产生电
破坏前应力较低，没有先兆现象，破坏速度极 快，断口呈平直状态。
塑 性 拉 伸 断 裂
颈缩
断裂
脆性破坏断口
二、钢材的主要性能
• 1、力学性能 • （1）抗拉性能 • （3）冲击韧性 • 2、工艺性能 • （1）冷弯性能
（2）硬度 （4）耐疲劳性
（2）焊接性能
满足要求的主要有碳素结构钢与低合金钢，最常用的如 Q235 和 Q345
• 构件及连接中存在一些局部缺陷（夹渣、微裂纹、 孔洞、焊缝气孔等），在重复荷载作用下，这些缺 陷处产生应力集中，出现微裂纹，当循环次数达到 一定程度，则扩展形成宏观裂缝，出现突然断裂。 此外，由钢材轧制及焊接时产生的残余应力会增加 压力集中程度，加剧疲劳破坏。
• （3）影响疲劳破坏的因素 • 钢材质量、构件几何尺寸和缺陷、应力循环特征
•（2）冲击韧性与钢材的厚度有关，大厚度钢 材的冲击韧性在负温下显著降低，因此在负温 条件下应尽量采用小厚度的钢材。
5、耐疲劳性
• （1）疲劳破坏 • 钢材在重复荷载的反复作用下，在应力远小于抗
拉强度时就发生破坏，破坏时断口较整齐，表面 有半椭圆状呈放射线的疲劳纹理，断裂前无预兆 ，是脆性断裂。
• （2）疲劳破坏产生的原因
• ② 钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，当 荷载变化不大或只承受压应力，而不承受拉应 力时，则不会发生疲劳破坏，可不进行疲劳计 算；
钢结构设计原理
空气中
正火
500℃
空气中
常温
正火的冷却速度比退火快，强度和硬度有所提高。
2.2.3 钢材的加工
三. 热处理 包括退火、正火、淬火和回火
退火和正火改善组织以提高钢的力学性能，消除残余应力。
炉中加热 炉温冷却
完全退火 正火
500℃
钢材
850~900℃
空气中
空气中
常温
正火的冷却速度比退火快，强度和硬度有所提高。 低温退火
建筑用钢：碳素结构钢、低合金高强度钢 钢材应具有较高的强度、塑性和韧性，及良好的
加工性能
影响钢材性能的因素包括：
内在因素：化学成分、组织构造、冶炼和成型方法
外在因素：荷载类型、结构形式、连接方法和工作
环境等
第二章 钢结构材料
§2.2 钢材的生产
2.2.1 钢材的冶炼
炼铁、炼钢、钢材的浇注和脱氧
冲击韧性与试验温度有关 20、0、-20、-40℃ 温度越低，冲击韧性越低
2.3.3.钢材的其它性能
钢材的机械性能指标 1、屈服点 fy 2、抗拉强度 fu 3、伸长率 δ 4、断面收缩率 5、冷弯性能 6、冲击韧性 Cv
§2.3 钢材的主要性能
2.3.4钢材在复杂应力状态下的屈服条件
氧化物，他们使钢材性能变脆。 4.裂纹
5. 气泡 6.分层
钢材中存在的微观裂纹。
浇铸时由 FeO 和 C 作用所生成的 CO 气体不能充分 浇铸时的非金属夹杂在轧制后可能造成钢材的分层。
逸出而滞留在钢锭那形成的微小空洞。
2.2.3 钢材的加工
热加工、冷加工、热处理
热加工 热加工可使晶粒变细，在高温和压力下压合钢坯中的 气孔、裂纹，改善力学性能。 强度按板厚分组：壁厚较薄的热轧型钢和钢板，因辊轧次数 较多，其强度、塑性、韧性和焊接性能均优于厚板和厚 壁型钢。
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的能力，便于内力重分布，吸收能量，重要指标。 3. 冷弯时，对产生裂纹的敏感性，是判别钢材塑性及冶金质 量的综合指标。
4. 韧性－冲击韧性αk，钢材在一定温度下塑变及断裂过
程中吸收能量的能力，用于表征钢材承受动力荷载的 能力（动力指标），按常温（20o）、零温（0o） 、负 温（-20o、-40o）区分 。 5. 可焊性－表征钢材焊接后具备良好焊接接头性能的能 力－不产生裂纹，焊缝影响区材性满足有关要求。
3、冷作硬化与时效硬化
• 由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性 下降，增加脆性的现象称之为硬化现象。
• 冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生 塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。
• 钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形 成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化”现象称之 为时效硬化。
4、复杂应力与应力集中的影响
• 钢材在多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一向 的限制，而使钢材强度增加，塑性、韧性下降，异号应 力场时则相反。
• 钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而 使构件内产生应力集中，应力集中实际为：局部应力增 大并多为同号应力场。
5、残余应力的影响
• 钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部自 相平衡的内力（P26,图2.10）,残余应力虽对构件的强 度无影响，但对构件的变形（刚度）、疲劳以及稳定承 载力产生不利影响（后续章节中将详细介绍）。
• Si：含Si适量使强度↑ 其它影响不大，有益，应控制≤0.1~0.3% • Mn：含Si适量使强度↑ 降低S、O的热脆影响，改善热加工性能，
对其它性能影响不大，有益。 • S：含量↑使强度↑塑性、韧性、性能冷弯、可焊性↓；
高温时使钢材变脆－热脆现象。 • P：低温时使钢材变脆－冷脆现象；其它同S • O、N：O同S；N同P，控制含量≤0.008%
2、冶金与轧制的影响
• 冶时间金间慢的快，影，价响价格主格高要 低 ，为，质脱质量氧量好方差。法；：镇沸静腾钢钢用用Si为M脱n为氧脱剂氧，剂时， • 反复的轧制可以改善钢材的塑性，同时可以使钢材中
的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密 实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性 能提高。
第二节 钢材的主要机械性能
一、单向拉伸试验曲线
根据钢材单向拉伸性能曲线，工程应用中，钢材的性能
按理想弹塑性体考虑，fy定为钢材拉、压强度标准值。
二、钢材的主要机械性能
1. 强度：fy 强度设计标准值，设计依据；fu钢材的最大
承载强度，安全储备。 2. 塑性－δ5（δ10），钢材产生塑变时而不发生脆性断裂
第三节 影响钢材性能的主要因素
1、化学成份 2、冶金及轧制 3、冷作硬化与时效硬化 4、复杂应力与应力集中 5、残余应力 6、温度
1、化学成份的影响
基本成份为Fe，炭钢中含量占99％，C、Si、Mn为杂质元 素，S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。
• C：含C↑使强度↑塑性、韧性、可焊性↓，应控制在≤0.22%，焊 接结构应控制在≤0.20%。
第二章 建筑钢材
第一节 建筑结构用钢的基本要求 第二节 钢材的主要机械性能 第三节 影响钢材性能的主要因素 第四节 建筑结构用钢的种类及选择
第一节 建筑结构用钢的基本要求
● 钢材种类繁多，规格、用途也不相同，对建筑 结构用钢来说，主要有三方面的要求。
1、较高的强度：结构的承载力大，所需的截面小， 结构的自重轻；
Q：表示“屈”字拼音首位字母，意为“屈服强度”； 质量等级：分A~E五级（字序越高质量越好）； 脱氧方法：F－沸腾钢；Z－镇静钢（一般省略）；
b－半镇静钢；TZ－特殊镇静钢。 注：炭素结构钢分：A、B、C、D 四级，含所有脱氧方法；
低合金结构钢分：A、B、C、D、E五级，只有镇静钢 和特殊镇静钢。 如前所述建筑结构用钢，宜选炭素结构钢中的Q235及 低合金钢中的Q345、Q390、Q420四种钢材。
6、温度的影响
温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。
正温影响（P27，图2.11）
• 总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧 性提高，这一现象称之为热塑现象，温度达600o左右时， 钢材的强度几乎降至为零，而塑性、韧性极大，易于进 行热加工，此温度称之为热煅温度。
• 需要说明：钢材在300o左右时，强度提高，塑性、韧性 下降，钢材表面呈蓝色，这一反覆现象称之为蓝脆现象。 钢材在300o以上时应采取隔热措施。
2、较好的塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性破 坏；韧性好，利于承受动力荷载；
3、良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯 性能以及耐腐性能；
● 据上要求,《钢结构设计规范》GB50017-2003 推荐承重结构用钢宜采用：炭素结构钢中的 Q235钢及低合金高强结构钢中的Q345、Q390 和Q420钢四种钢材。
负温影响（P27，图2.12）
• 随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆 性增大，称之为低温冷脆，当温度降至某一特定温度时 钢材的脆性急剧增大，称此温度点为转脆温度。
第四节 建筑结构用钢的种类与选择
一、钢材的牌号表示方法及结构用钢的种类
钢材牌号由：“Q、屈服点值、质量等级、脱氧方法” 四部分组成。