钢材的疲劳钢结构基本原理及设计验算部位最大拉应力
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钢结构基本原理及设计
§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
第2章 钢结构材料
第2章 钢结构材料
钢结构基本原理及设计
§2-1 概述
1）有较高的强度，屈强比满足要求，保证安全储备 2）有足够的变形能力 塑性----破坏前有预兆，能内力重分布 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 4）适应低温、有害介质侵蚀及承受疲劳荷载 5）易生产、价格便宜 《钢结构设计规范》（GB50017-2002)推荐的普通碳素 结构钢Q235钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390及Q420符 合要求
§2-1 概述
钢结构基本原理及设计
§2-2 钢材的生产
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。 电炉炼钢炼成的钢质量好。 耗电量大，成本高ຫໍສະໝຸດ Baidu 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，生产周 期短，效率高、质量好、成本低。
低合金结构钢是在低碳钢中加入少量的合金元素 合金元素及其化合物溶解于铁素体和珠光体中，使 强度提高，塑性、韧性和焊接性能不降低
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
二. 钢材的铸造缺陷
冶金缺陷，如偏析、非金属夹杂、气孔、缩孔和裂纹等
2.2.3 钢材的加工
热加工、冷加工和热处理三种。 将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状,产生 出各种厚度的钢板和型钢，称为热加工 在常温下对钢材进行加工称为冷加工 通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢的组织结 构发生变化，称为热处理
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
以“Q”代表屈服点 屈服点数值共分195、215、235、255和275(MPa)5种 质量等级按有害成分硫、磷含量由多到少的规律，分别 由A、B、C、D符号表示 脱氧方法以F表示沸腾钢，b表示半镇静钢，Z表示镇静 钢，TZ表示特殊镇静钢。Z和TZ在钢的牌号中予以省略 C级只能是Z，D级只能是TZ。 例如：Q235A· F表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢 Q215B，表示屈服点为215MPa的B级镇静钢 Q215B· b 表示屈服点为215MPa的B级半镇静钢
二. 冷加工
冷轧卷板和冷轧钢板 冷弯薄壁型钢和压型钢板 高强钢丝
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
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机械性能 其操作方法为：在炉中钢材加热保温一段时间后，随炉 温冷却至 500℃以下，再放至空气中冷却的工艺称为完全退 火 若保温后从炉中取出在空气中冷却的工艺称为正火。正 火的冷却速度比退火快，强度和硬度有所提高 低温退火，主要用来消除铸件、热轧件、锻件、焊接件 和冷加工件中的残余应力
沸腾钢采用脱氧能力较弱锰作脱氧剂，脱氧不完全。钢 中留有较多氧化铁夹杂和气孔。质量较差。 镇静钢采用锰加硅作脱氧剂，脱氧较完全，硅在还原氧 化铁过程中还会产生热量，使钢液冷却缓慢，使气体充分逸 出，浇注时不出现沸腾现象。质量好，成本高。 半镇静钢的脱氧程度介于上述二者之间。 特殊镇静钢是在锰硅脱氧后，再用铝补充脱氧，脱氧程 度高于镇静钢。 低合金高强度结构钢一般都是镇静钢。
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
§2-3 钢材的主要性能
2.3.1 钢材的破坏形式
钢材有两种完全不同的破坏形式： 塑性破坏 脆性破坏 塑性破坏的主要特征是，破坏前具有较大的塑性变形， 常在钢材表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线。破坏 后的断口呈纤维状，色泽发暗。 脆性破坏的主要特征是，破坏前塑性变形很小，或根本 没有塑性变形，而突然迅速断裂。破坏后的断口平直，呈有 光泽的晶粒状或有人字纹。
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
一. 热加工
开轧和锻压温度控制在1150～1300℃ 钢材轧制成钢板或型钢，使金属的晶粒变细，压合钢坯中 的气孔、裂纹等缺陷，改善钢材的力学性能。 热轧薄板和壁厚较薄的热轧型钢，因辊轧次数较多，钢材 的性能改善明显，其强度、塑性、韧性和焊接性能均优于厚板 和厚壁型钢 钢材强度按板厚分组
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
钢材沿轧制方向（纵向）
的性能优于垂直轧制方向（横 向）的性能，使各向异性增大。
钢板部件应沿其横向切取试件 进行拉伸和冷弯试验。 钢中的硫化物和氧化物等非 金属夹杂，经轧制之后被压成薄 片 会出现分层现象。使钢板沿 厚度方向受拉的性能恶化
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
2.2.2 钢材的组织构造和缺陷
一. 钢材的组织构造
碳素结构钢是在纯铁中加适量的碳来提高强度 铁素体 强度、硬度较低，而塑性、韧性良好 渗碳体 铁碳化合物 熔点高，硬度大，几乎没有塑性 与铁素体晶粒形成珠光体，在铁素体晶粒空隙中， 形成网状间层。珠光体强度很高，坚硬富有弹性
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
淬火工艺是将钢件加热到900℃以上，保温后快速在 水中或油中冷却 增加了钢材强度和硬度，使塑性和韧性降低 回火工艺将淬火后的钢材加热到某一温度进行保温， 而后在空气中冷却
消除残余应力，调整强度和硬度，减少脆性，增加 塑性和韧性，形成较稳定的组织。
通常称淬火加高温回火的工艺为调质处理。强度较 高的钢材，如Q420中的C、D、E级钢和高强度螺栓的钢 材都要经过调质处理。
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
平炉炼钢，平炉的原料广泛，容 积大，产量高，冶炼工艺简单， 化学成分易于控制，炼出的钢质 量优良。 平炉钢周期长，效率低成本高
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
三. 钢材的浇注和脱氧
按脱氧的方法和程度的不同，碳素结构钢可分为 沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢4类。
§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
第2章 钢结构材料
第2章 钢结构材料
钢结构基本原理及设计
§2-1 概述
1）有较高的强度，屈强比满足要求，保证安全储备 2）有足够的变形能力 塑性----破坏前有预兆，能内力重分布 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 4）适应低温、有害介质侵蚀及承受疲劳荷载 5）易生产、价格便宜 《钢结构设计规范》（GB50017-2002)推荐的普通碳素 结构钢Q235钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390及Q420符 合要求
§2-1 概述
钢结构基本原理及设计
§2-2 钢材的生产
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。 电炉炼钢炼成的钢质量好。 耗电量大，成本高ຫໍສະໝຸດ Baidu 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，生产周 期短，效率高、质量好、成本低。
低合金结构钢是在低碳钢中加入少量的合金元素 合金元素及其化合物溶解于铁素体和珠光体中，使 强度提高，塑性、韧性和焊接性能不降低
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
二. 钢材的铸造缺陷
冶金缺陷，如偏析、非金属夹杂、气孔、缩孔和裂纹等
2.2.3 钢材的加工
热加工、冷加工和热处理三种。 将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状,产生 出各种厚度的钢板和型钢，称为热加工 在常温下对钢材进行加工称为冷加工 通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢的组织结 构发生变化，称为热处理
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
以“Q”代表屈服点 屈服点数值共分195、215、235、255和275(MPa)5种 质量等级按有害成分硫、磷含量由多到少的规律，分别 由A、B、C、D符号表示 脱氧方法以F表示沸腾钢，b表示半镇静钢，Z表示镇静 钢，TZ表示特殊镇静钢。Z和TZ在钢的牌号中予以省略 C级只能是Z，D级只能是TZ。 例如：Q235A· F表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢 Q215B，表示屈服点为215MPa的B级镇静钢 Q215B· b 表示屈服点为215MPa的B级半镇静钢
二. 冷加工
冷轧卷板和冷轧钢板 冷弯薄壁型钢和压型钢板 高强钢丝
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
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机械性能 其操作方法为：在炉中钢材加热保温一段时间后，随炉 温冷却至 500℃以下，再放至空气中冷却的工艺称为完全退 火 若保温后从炉中取出在空气中冷却的工艺称为正火。正 火的冷却速度比退火快，强度和硬度有所提高 低温退火，主要用来消除铸件、热轧件、锻件、焊接件 和冷加工件中的残余应力
沸腾钢采用脱氧能力较弱锰作脱氧剂，脱氧不完全。钢 中留有较多氧化铁夹杂和气孔。质量较差。 镇静钢采用锰加硅作脱氧剂，脱氧较完全，硅在还原氧 化铁过程中还会产生热量，使钢液冷却缓慢，使气体充分逸 出，浇注时不出现沸腾现象。质量好，成本高。 半镇静钢的脱氧程度介于上述二者之间。 特殊镇静钢是在锰硅脱氧后，再用铝补充脱氧，脱氧程 度高于镇静钢。 低合金高强度结构钢一般都是镇静钢。
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
§2-3 钢材的主要性能
2.3.1 钢材的破坏形式
钢材有两种完全不同的破坏形式： 塑性破坏 脆性破坏 塑性破坏的主要特征是，破坏前具有较大的塑性变形， 常在钢材表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线。破坏 后的断口呈纤维状，色泽发暗。 脆性破坏的主要特征是，破坏前塑性变形很小，或根本 没有塑性变形，而突然迅速断裂。破坏后的断口平直，呈有 光泽的晶粒状或有人字纹。
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
一. 热加工
开轧和锻压温度控制在1150～1300℃ 钢材轧制成钢板或型钢，使金属的晶粒变细，压合钢坯中 的气孔、裂纹等缺陷，改善钢材的力学性能。 热轧薄板和壁厚较薄的热轧型钢，因辊轧次数较多，钢材 的性能改善明显，其强度、塑性、韧性和焊接性能均优于厚板 和厚壁型钢 钢材强度按板厚分组
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
钢材沿轧制方向（纵向）
的性能优于垂直轧制方向（横 向）的性能，使各向异性增大。
钢板部件应沿其横向切取试件 进行拉伸和冷弯试验。 钢中的硫化物和氧化物等非 金属夹杂，经轧制之后被压成薄 片 会出现分层现象。使钢板沿 厚度方向受拉的性能恶化
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
2.2.2 钢材的组织构造和缺陷
一. 钢材的组织构造
碳素结构钢是在纯铁中加适量的碳来提高强度 铁素体 强度、硬度较低，而塑性、韧性良好 渗碳体 铁碳化合物 熔点高，硬度大，几乎没有塑性 与铁素体晶粒形成珠光体，在铁素体晶粒空隙中， 形成网状间层。珠光体强度很高，坚硬富有弹性
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
淬火工艺是将钢件加热到900℃以上，保温后快速在 水中或油中冷却 增加了钢材强度和硬度，使塑性和韧性降低 回火工艺将淬火后的钢材加热到某一温度进行保温， 而后在空气中冷却
消除残余应力，调整强度和硬度，减少脆性，增加 塑性和韧性，形成较稳定的组织。
通常称淬火加高温回火的工艺为调质处理。强度较 高的钢材，如Q420中的C、D、E级钢和高强度螺栓的钢 材都要经过调质处理。
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
平炉炼钢，平炉的原料广泛，容 积大，产量高，冶炼工艺简单， 化学成分易于控制，炼出的钢质 量优良。 平炉钢周期长，效率低成本高
§2-2 钢材的生产
钢结构基本原理及设计
三. 钢材的浇注和脱氧
按脱氧的方法和程度的不同，碳素结构钢可分为 沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢4类。