第2章钢结构材料
2023年开放大学钢结构(本)单元小练习题目与答案
钢结构（本）章节小练习第一章绪论1．世界第一座铸铁拱桥是（）正确答案是：雪纹桥2．在公元前60年前后，我国就修建了（）正确答案是：铁链桥1．最早的钢结构由铁结构发展而来。
（）正确的答案是“对”。
2．钢结构的广泛应用源自于钢材的优异性能、制作安装的高度工业化、结构形式的丰富多样以及对复杂结构的良好适应等特点。
（）正确的答案是“对”。
1．下面关于钢结构特点说法有误的一项是（）正确答案是：耐热性差、耐火性好2．相比较来讲，最适合强震区的结构类型是（）正确答案是：钢结构3．相比较来讲，钢结构最大的弱点是（）正确答案是：易于锈蚀4．相比较来讲，当承受大荷载、动荷载或移动荷载时，宜选用的结构类型是（）正确答案是：钢结构5．下列均为大跨度结构体系的一组是（）正确答案是：网壳、悬索、索膜6．通常情况下，输电线塔和发射桅杆的结构形式属于（）正确答案是：高耸结构1．钢材在冶炼和轧制过程中质量随可得到严格控制，但材质波动范围非常大。
（）正确的答案是“错”。
2．钢材质地均匀、各向同性，弹性模量大，具有良好的塑性和韧性，可近似看作理想弹塑性体。
（）正确的答案是“对”。
3．结构钢具有良好的冷、热加工性能，不适合在专业化工厂进行生产和机械加工。
（）正确的答案是“错”。
4．钢结构在其使用周期内易因温度等作用出现裂缝，耐久性较差。
（）正确的答案是“错”。
5．钢材是一种高强度高效能的材料，可以100%回收再利用，而且没有资源损失，具有很高的再循环价值。
正确的答案是“对”。
6．钢材轻质高强的特性使钢结构在跨度、高度大时体现出良好的综合效益。
（）正确的答案是“对”。
1．结构在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的能力，称为结构的（）正确的答案是：可靠性2．结构可靠性主要包括（）正确的答案是：安全性、适用性和耐久性3．下列均为承载能力极限状态范畴的一组是（）.正确的答案是：构件或连接的强度破坏、疲劳破坏、脆性断裂1．钢结构设计的目的是保证结构和结构构件在充分满足功能要求的基础上安全可靠地工作。
钢结构复习题
第2章钢结构材料一、选择题1 钢材在低温下，强度——，塑性——，冲击韧性——。
(A)提高 (B)下降 (C)不变 (D)可能提高也可能下降2 钢材的设计强度是根据——确定的。
(A)比例极限 (B)弹性极限 (C)屈服点 (D)极限强度3 在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是——的典型特征。
(A)脆性破坏 (B)塑性破坏 (C)强度破坏 (D)失稳破坏4 结构工程中使用钢材的塑性指标，目前最主要用——表示。
(A)流幅 (B)冲击韧性 (C)可焊性 (D)伸长率5 钢材牌号Q235，Q345，Q390是根据材料——命名的。
(A)屈服点 (B)设计强度 (C)标准强度 (D)含碳量6 钢材经历了应变硬化(应变强化)之后——。
(A)强度提高 (B)塑性提高 (C)冷弯性能提高 (D)可焊性提高7 型钢中的H钢和工字钢相比，——。
(A)两者所用的钢材不同 (B)前者的翼缘相对较宽(C)前者的强度相对较高 (D)两者的翼缘都有较大的斜8 同类钢种的钢板，厚度越大，——。
(A)强度越低 (B)塑性越好 (C)韧性越好 (D)内部构造缺陷越少 是钢材的——指标。
9k(A)韧性性能 (B)强度性能 (C)塑性性能 (D)冷加工性能10符号L 125X80XlO表示——。
(A)等肢角钢 (B)不等肢角钢 (C)钢板 (D)槽钢11钢材的冷作硬化，使——。
(A)强度提高，塑性和韧性下降 (B)强度、塑性和韧性均提高(C)强度、塑性和韧性均降低 (D)塑性降低，强度和韧性提高12 承重结构用钢材应保证的基本力学性能内容应是——。
(A)抗拉强度、伸长率 (B)抗拉强度、屈服强度、冷弯性能(C)抗拉强度、屈服强度、伸长率 (D)屈服强度、伸长率、冷弯性能13 对于承受静荷载常温工作环境下的钢屋架，下列说法不正确的是——。
(A)可选择Q235钢 (B)可选择Q345钢(C)钢材应有冲击韧性的保证 (D)钢材应有三项基本保证13 钢材的三项主要力学性能为——。
第二章钢结构的材料2
现象、疲劳现象等。 耐腐蚀性
钢材在潮湿或腐蚀性环境中工作，需要注 意防锈涂装。 时效
随着时间的增长，钢材的力学性能有所改 变称作时效。
23
疲劳
钢材在多次循环反复荷载作用下，即使 应力低于屈服点σs也可能发生破坏的现象 称疲劳破坏
持久强度
高温和长期荷载作用下，其屈服强度有
1.较高的抗拉强度σb和屈服点σs； 2.较好的塑性、韧性； 3.良好的工艺性能（冷、热加工，可焊性）； 4.对环境的良好适应性。
3
钢材性能的要求主要有： • 强度 • 塑性 • 韧性 • 冷弯性 • 耐久性 • 可焊性 • Z向伸缩率
4
强度 强度是材料受力时抵抗破坏的能力。说明钢
材强度性能的指标有弹性模量E、比例极限σp、 屈服点σs和抗拉强度σb（fu ）等。这些指标可 以根据钢材标准试件一次单向拉伸试验确定。
ε0 ε ε
0.15% 2.5%-3%
1)σs与σp相差很小； 2)超过 σs到屈服台阶终
止的变形约为2.5%-3%，足以满足考虑结 构的塑性变形发展的 要求。
14
（2）钢材在静载作用下：
强度计算以σs为依据; σb为结构的安全储备。
（3）断裂时变形约为弹性变形的200倍，在破坏前
产生明显可见的塑性
采用短试件l0/d=3, 屈服点同单向拉伸时的屈服点。 （三）受弯时的性能
同单向拉伸时的性能，屈服点也相差不多。
（四）受剪时的性能
抗剪强度可由折算应力计算公式得到：
fvfy y3
（ 23 ）G 79 103N m m 2
18
二、冲击韧性
衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应 力作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸 收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。
钢结构制造手册
钢结构制造手册钢结构制造手册第一章：钢结构制造概述1.1 钢结构制造的定义钢结构制造是利用钢材进行构建建筑及其他工程结构的过程。
它包括设计、制造、加工和安装等环节。
1.2 钢结构制造的优势钢结构制造具有以下优势：强度高、耐久性强、施工速度快、可重复利用、环保等。
这些优点使得钢结构制造在许多工程中得到广泛应用。
1.3 钢结构制造的工艺流程钢结构制造的工艺流程包括：图纸设计、材料采购、加工制造、质量控制和安装等一系列环节。
每个环节都具有其特定的要求和流程。
第二章：钢结构材料2.1 钢结构常用材料钢结构常用的材料包括钢管、钢板、钢梁、钢柱等。
每种材料具有不同的特性和适用范围，需要根据具体工程的要求进行选择。
2.2 钢结构材料的标准和规范钢结构材料的标准和规范是保证钢结构质量的重要依据。
常见的标准有国家标准、行业标准和企业标准等。
在材料采购过程中，需要按照相关标准进行选材和验收。
第三章：钢结构制造工艺3.1 钢结构制造设备钢结构制造需要使用一系列专业设备，包括钢材切割机、焊接机、钢筋连接机等。
这些设备可以提高制造效率和质量。
3.2 钢结构制造工艺步骤钢结构制造的工艺步骤包括：材料准备、切割加工、焊接装配、表面处理和质量检查等。
每个步骤都需要严格操作，以确保制造质量。
第四章：钢结构安装4.1 钢结构安装前的准备工作钢结构安装前需要进行场地勘察、基础施工、预制构件的运输等准备工作。
这些工作的精细程度直接影响到后续安装的顺利进行。
4.2 钢结构安装步骤钢结构安装的步骤包括：主体安装、次要构件安装、节点连接和焊接加固等。
每个步骤都需要按照相关标准和规范进行操作。
第五章：钢结构质量控制5.1 钢结构制造质量控制钢结构制造质量控制包含原材料质量控制、制造过程质量控制和最终产品质量控制。
每个环节都需要严格控制，以确保最终产品质量稳定。
5.2 钢结构安装质量控制钢结构安装质量控制包括安装过程的控制和验收两部分。
安装过程中需要检查安装工艺和连接方式，验收则需要检查安装质量是否符合设计要求。
钢结构基本原理(第二版)习题参考解答第二章
钢结构基本原理（第二版）习题参考解答第二章第二章钢结构的基本材料和构件习题参考解答1. 钢材的基本性能指标有哪些？请简要描述各项性能指标的含义。
答：钢材的基本性能指标包括强度、韧性、可塑性和耐腐蚀性。
- 强度：钢材的强度是指钢材抵抗外力的能力，通常以屈服强度、抗拉强度和抗压强度来表示。
屈服强度是指钢材在受到外力作用时，开始产生塑性变形的应力值；抗拉强度是指钢材在拉伸状态下最大的抵抗外力的应力值；抗压强度是指钢材在受到压缩状态下最大的抵抗外力的应力值。
强度的高低决定了钢材的承载能力。
- 韧性：钢材的韧性是指钢材在受到外力作用时，能够发生塑性变形而不断延展的能力。
韧性的好坏决定了钢结构在受到冲击或震动时的抵抗能力。
- 可塑性：钢材的可塑性是指钢材在受到外力作用时，能够发生塑性变形而不断延展的能力。
可塑性的好坏决定了钢材的加工性能和成型性能。
- 耐腐蚀性：钢材的耐腐蚀性是指钢材在受到各种腐蚀介质（如大气、水、酸等）的侵蚀时，能够保持其力学性能和表面的完整性。
耐腐蚀性的好坏决定了钢结构的使用寿命。
2. 钢材的分类方法有哪些？请简要描述各种分类方法。
答：钢材的分类方法有按化学成分分类、按用途分类和按加工方法分类。
- 按化学成分分类：钢材按化学成分可分为碳素钢、合金钢和不锈钢。
碳素钢的主要成分是碳和铁，其含碳量通常在0.08%~2.11%之间；合金钢是在碳素钢中添加其他合金元素（如铬、钼、锰等）来改善钢材的性能；不锈钢是指含有至少12%的铬元素，在大气或酸性介质中形成一层致密的氧化铬膜，起到防腐蚀的作用。
- 按用途分类：钢材按用途可分为结构钢、机械钢、特种钢和工具钢等。
结构钢是用于制造各种钢结构的钢材，如建筑、桥梁、船舶等；机械钢是用于制造机械零部件的钢材，如轴承、齿轮、轴等；特种钢是用于特殊工作条件下的钢材，如高温、低温、高压等环境下的钢材；工具钢是用于制造各种切削工具和模具的钢材，如刀具、冲压模具等。
- 按加工方法分类：钢材按加工方法可分为热轧钢材、冷轧钢材和锻制钢材。
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。
第二章 钢结构的材料及计算方法
• 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；
钢结构设计手册
钢结构设计手册钢结构设计手册第一章：引言1.1 目的和范围本钢结构设计手册的目的是提供钢结构设计师所需的详尽信息和指导，旨在确保钢结构的安全性、可行性和可持续性。
本手册适用于各类钢结构项目，包括建筑物、桥梁、塔楼等。
1.2 设计过程本章将介绍钢结构设计的基本流程，并解释每个阶段的和要求。
设计过程包括结构预备设计、详细设计和施工图设计。
第二章：材料2.1 钢材选用详细介绍了不同种类的钢材，包括常用的低合金结构钢、碳素结构钢以及不锈钢。
说明了各种钢材的特性、机械性能和适用范围，并提供了选材的指导原则。
2.2 钢材标准列出了国内外常用的钢材标准，包括国家标准、行业标准和国际标准。
对每个标准进行了简要解释和比较，以设计师正确选择符合要求的钢材标准。
2.3 焊接材料介绍了常用的焊接材料，包括焊条、焊丝、焊剂等。
解释了不同焊接材料的特性、适用范围和施工要求，以及质量控制措施。
第三章：承载力和稳定性3.1 承载力计算讲解钢结构的承载力计算方法，包括弯曲承载力、剪切承载力和轴向承载力等。
提供了实例和计算步骤，以设计师正确进行承载力计算。
3.2 稳定性设计详述了钢结构的稳定性设计原理和方法，包括局部稳定性和整体稳定性。
解释了稳定失效模式和稳定性判断准则，并提供了设计指南和建议。
第四章：结构连接4.1 焊接连接介绍了常见的焊接连接方式，包括对接焊缝、角焊缝和搭接焊缝等。
阐述了焊接连接的设计原则和施工要求，以及质量控制措施。
4.2 螺栓连接解释了螺栓连接的原理和设计方法，包括螺栓的选用、预紧力的确定和螺栓的安装要求。
提供了螺栓连接的计算公式和实例。
第五章：防腐措施5.1 防腐方法包括防腐涂层、热镀锌、喷涂和防腐包覆等防腐方法的原理和适用范围。
详细说明了每种方法的工艺流程和施工要求。
5.2 防腐材料列出了常用的防腐涂料、防腐剂和防腐包覆材料。
介绍了每种材料的特性、使用方法和质量标准，以及注意事项和施工指导。
第六章：施工要点6.1 施工工序详细列出了钢结构施工的各个工序，包括验收、上料、焊接、安装和检验等。
钢结构的材料
第二章 钢结构的材料 返回§2-6 建筑钢的种类、规格和选用2.6.1 建筑用钢的种类我国的建筑用钢主要为碳素结构钢和低合金高强度结构钢两种，优质碳素结构钢在冷拔碳素钢丝和连接用紧固件中也有应用。
另外，厚度方向性能钢板、焊接结构用耐候钢、铸钢等在某些情况下也有应用。
一、碳素结构钢按国家标准《碳素结构钢》GB/T700生产的钢材共有Q195、Q215、Q235、Q255和Q275种品牌，板材厚度不大于16mm 的中，塑性、韧性均较好。
该牌号钢材又根据化学成分和冲击韧性的不同划分为A 、B 、C 、D 共4个质量等级，按字母顺序由A 到D ，表示质量等级由低到高。
除A 级外，其它三个级别的含碳量均在0.20％以下，焊接性能也很好。
因此，规范将Q235牌号的钢材选为承重结构用钢。
Q235钢的化学成分和脱氧方法、拉伸和冲击试验以及冷弯试验结果均应符合表2.6.1、2.6.2和2.6.3的规定。
代表沸腾钢，“b”代表半镇静钢，符号“Z”和“TZ”分别代表镇静钢和特种镇静钢。
在具体标注时“Z”和“TZ”可以省略。
例如Q235B 代表屈服点为235N/mm2的B 级镇静钢。
在冷弯薄壁型钢结构的压型钢板设计中，如由刚度条件而非强度条件起控制作用时，也允许采用Q215牌号的钢材，可参考本书第9章单层厂房钢结构的有关内容。
二、低合金高强度结构钢按国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T1591生产的钢材共有Q295、Q345、Q390、Q420和Q460等5种牌号，板材厚度主要依靠添加少量几种合金元素来达到，合金元素的总量低于5％，故称为低合金高强度钢。
其中Q345、Q390和Q420均按化学成分和冲击韧性各划分为A、B、C、D、E共5个质量等级，字母顺序越靠后的钢材质量越高。
这三种牌号的钢材均有较高的强度和较好的塑性、韧性、焊接性能，被规范选为承重结构用钢。
这三种低合金高强度钢的牌号命名与碳素结构钢的类似，只是前者的A、B级为镇静钢，C、D、E级为特种镇静钢，故可不加脱氧方法的符号。
《钢结构设计原理》复习思考题副本
《钢结构设计原理》复习思考题第1章绪论1.钢结构与其它材料的结构相比，具有哪些特点？1)钢材强度高，结构重量轻2）材质均匀，且塑性韧性好3)良好的加工性能和焊接性能4）密封性好5）钢材的可重复使用性6）钢材耐热但不耐火7）耐腐蚀性差8）钢结构的低温冷脆倾向2.结合钢结构特点，钢结构有哪些合适的应用范围？1）大跨结构2）工业厂房3）受动力荷载影响的结构4）多层和高层建筑5）高耸结构6）可拆卸的结构7）容器和其他构筑物8）轻型钢结构9）钢和混凝土的组合结构3.我国《钢结构设计规范》规定钢结构采用什么设计方法？具体的准则是什么？设计方法主要以概率极限状态设计法为主，对于钢结构的疲劳验算，以及储液罐和压力容器等结构，则依然沿用以经验为主的容许应力设计法4.两种极限状态指的是什么？其内容有哪些？指的是承载能力极限状态和正常使用极限状态，其中承载能力极限状态包括构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载、结构和构件丧失稳定、结构转变为机动体系和结构倾覆，正常使用极限状态包括影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形、影响正常使用的振动、影响正常使用或耐久性能的局部破坏（包括组合结构中混凝土裂缝）5.分项系数设计准则的公式中，各符号的意义是什么？两种极限状态设计时对各物理量的代表值有什么要求？详见课本p10-p11，承载能力极限状态是采用设计值，而正常使用极限状态是采用标准值第2章钢结构的材料1.钢材的生产和加工工艺有哪些？对钢材质量和组织结构各有什么影响？钢材的生产大致可分为炼铁、炼钢和轧制，加工工艺可分为热加工、冷加工和热处理三种。
2.钢结构的破坏形式有哪两种？其特点如何？它们的区别在哪里？破坏形式有塑性破坏和脆性破坏，塑性破坏的特点是当应力超过屈服强度后材料有明显塑性变形，当应力继续增大，断面出现颈缩，有持续的变形时间。
脆性破坏的特点是破坏前无征兆（变形很小），断口平直，破坏突然发生。
钢结构设计原理复习题-答案
钢结构设计原理复习题第1章 绪论一、选择题1、在结构设计中，失效概率P f 与可靠指标β的关系为（ B ）。
A 、P f 越大，β越大，结构可靠性越差B 、P f 越大，β越小，结构可靠性越差C 、P f 越大，β越小，结构越可靠D 、P f 越大，β越大，结构越可靠2、钢结构的主要缺点是（ C ）。
A 、结构的重量大B 、造价高C 、易腐蚀、不耐火D 、施工困难多3、大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构（ B ）A.密封性好B.自重轻C.制造工厂化D.便于拆装4、当结构所受荷载的标准值为：永久荷载k G q ，且只有一个可变荷载k Q q ，则荷载的设计值为（ D ）。
A ．k G q ＋k Q qB ．1.2（k G q ＋k Q q ）C ．1.4（k G q ＋k Q q ）D ．1.2k G q ＋1.4k Q q二、填空题1、结构的可靠度是指结构在 规定的时间 内，在 规定的条件 下，完成预定功能的概率。
三、简答题1、两种极限状态指的是什么？其内容有哪些？答：两种极限状态指的是承载能力极限状态和正常使用极限状态。
承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或是出现不适于继续承载的变形，包括倾覆、强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定、结构变为机动体系或出现过度的塑性变形等。
正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，包括出现影响正常使用或影响外观的变形，出现影响正常使用或耐久性能的局部损坏以及影响正常使用的振动等。
第2章钢结构材料一、选择题1、钢材应力应变关系的理想弹塑性模型是（A）。
2、在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是（ B ）的典型特征。
(A)脆性破坏(B)塑性破坏(C)强度破坏(D)失稳破坏3、钢材的设计强度是根据（ C ）确定的。
(A)比例极限(B)弹性极限(C)屈服点(D)极限强度4、结构工程中使用钢材的塑性指标，目前最主要用（D ）表示。
钢结构的材料
时效硬化 随着时间的增加，纯铁体中有一些数量极少的碳和氮的固熔物质析出，使钢 材的屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性下降的现象。俗称老化。在交变荷载、重复荷 载和温度变化等情况下，会加速时效硬化的发展。
『关键知识』 1.钢材的受拉、受压及受剪时的性能、冷弯性能、冲击韧性； 2.钢材的疲劳的概念及计算方法。
『重点讲解』 1.钢材的受拉、受压及受剪时的性能、冷弯性能、冲击韧性 2.钢材的疲劳破坏
『难点解析』 1.钢材的疲劳破坏
2.1 钢结构对钢材性能的要求
（1） 强度要求，即对材料屈服强度（又称为屈服点） 与抗拉强度的要求。
在高温时，发生热脆。
(有害成分)
氮N：降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，
在低温时，发生冷脆。
(有害成分)
2.4.2 冶金缺陷
1.偏析 金属结晶后化学成分分布不均匀的现象。主要是硫、磷偏析， 其后果是偏析区钢材的塑性、韧性、可焊性变坏。
2.非金属夹杂 指钢材中的非金属化合物，如硫化物、氧化物，他 们使钢材性能变脆。
2.2 钢材的破坏形式
1.塑性破坏的特征： 构件应力超过屈服点、并达到抗拉极限强度后，产生明显的变形并断裂。构件在
断裂破坏时产生很大的塑性变形，又称为延性破坏。断裂后的断口呈纤维状， 色泽发暗，有时能看到滑移的痕迹。 钢材在发生塑性破坏时变形特征明显，很容易被发现并及时采取补救措施，因而 不致引起严重后果。而且适度的塑性变形能起到调整结构内力分布的作用，使 原先结构应力不均匀的部分趋于均匀，从而提高结构的承载能力。
受剪的情况也相似，但屈服点及抗剪强度均较受拉时为低，剪变模量也 低于弹性模量。
第二章 钢结构的材料自测题答案
第二章钢结构的材料一、选择题1、《钢结构设计规范》中推荐使用的承重结构钢材是下列哪一组？( B )A．Q235，Q275，Q345，Q420 B．Q235，Q345，Q390、Q420C．Q235，Q295，Q345，Q420 D．Q235，Q275，Q295、Q3902、在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是（B）的典型特征。
A. 脆性破坏B. 塑性破坏C. 强度破坏D. 失稳破坏3、钢材塑性破坏的特点是（ D ）A.变形小B.破坏经历时间非常短C.无变形D.变形大4、钢材的设计强度是根据（C ）确定的。
A. 比例极限B. 弹性极限C. 屈服点D. 极限强度5、根据钢材的一次拉伸试验，可得到如下四个力学性能指标，其中( B )被作为钢材的强度标准值。
A.抗拉强度f uB.屈服点f yC.伸长率δD.弹性模量E6、钢材屈服点fy的高低反应材料（D）A.受静荷时的最大承载能力B.受静荷时的最大变形能力C.受动荷时的最大承载能力D.受静荷时发生塑性变形前的承载能力7、钢材的抗拉强度fu与屈服点fy之比fu/fy反映的是钢材的( A )A.强度储备B.弹塑性阶段的承载能力C.塑性变形能力D.强化阶段的承载能力8、钢结构设计中钢材的设计强度为（D）。
A. 强度标准值B. 钢材屈服点C. 强度极限值D. 钢材的强度标准值除以抗力分项系数9、已知某钢材的屈服强度标准值为250N／mm2，抗拉强度最小值为390N／mm2，材料分项系数为1.087，则钢材的强度设计值应为（D）A．360N／mm2 B．270N／mm2 C．250N／mm2 D．230N／mm210、钢材是理想的（C）体。
A. 弹性B. 塑性C. 弹塑性D. 非弹性11、钢结构中使用钢材的塑性指标，目前最主要用（D）表示。
A. 流幅B. 冲击韧性C. 可焊性D. 伸长率12、钢材的伸长率 用来反映材料的（C）。
A. 承载能力B. 弹性变形能力C. 塑性变形能力D. 抗冲击荷载能力13、同一结构钢材的伸长率( A)。
第二章钢结构的材料自测题答案
第⼆章钢结构的材料⾃测题答案第⼆章钢结构的材料⼀、选择题1、《钢结构设计规范》中推荐使⽤的承重结构钢材是下列哪⼀组？( B )A．Q235，Q275，Q345，Q420 B．Q235，Q345，Q390、Q420C．Q235，Q295，Q345，Q420 D．Q235，Q275，Q295、Q3902、在构件发⽣断裂破坏前，有明显先兆的情况是（B）的典型特征。
A. 脆性破坏B. 塑性破坏C. 强度破坏D. 失稳破坏3、钢材塑性破坏的特点是（ D ）A.变形⼩B.破坏经历时间⾮常短C.⽆变形D.变形⼤4、钢材的设计强度是根据（C ）确定的。
A. ⽐例极限B. 弹性极限C. 屈服点D. 极限强度5、根据钢材的⼀次拉伸试验，可得到如下四个⼒学性能指标，其中( B )被作为钢材的强度标准值。
A.抗拉强度f uB.屈服点f yC.伸长率δD.弹性模量E6、钢材屈服点fy的⾼低反应材料（D）A.受静荷时的最⼤承载能⼒B.受静荷时的最⼤变形能⼒C.受动荷时的最⼤承载能⼒D.受静荷时发⽣塑性变形前的承载能⼒7、钢材的抗拉强度fu与屈服点fy之⽐fu/fy反映的是钢材的( A )A.强度储备B.弹塑性阶段的承载能⼒C.塑性变形能⼒D.强化阶段的承载能⼒8、钢结构设计中钢材的设计强度为（D）。
A. 强度标准值B. 钢材屈服点C. 强度极限值D. 钢材的强度标准值除以抗⼒分项系数9、已知某钢材的屈服强度标准值为250N／mm2，抗拉强度最⼩值为390N／mm2，材料分项系数为1.087，则钢材的强度设计值应为（D）A．360N／mm2 B．270N／mm2 C．250N／mm2 D．230N／mm210、钢材是理想的（C）体。
A. 弹性B. 塑性C. 弹塑性D. ⾮弹性11、钢结构中使⽤钢材的塑性指标，⽬前最主要⽤（D）表⽰。
A. 流幅B. 冲击韧性C. 可焊性D. 伸长率12、钢材的伸长率⽤来反映材料的（C）。
A. 承载能⼒B. 弹性变形能⼒C. 塑性变形能⼒D. 抗冲击荷载能⼒13、同⼀结构钢材的伸长率( A)。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3 第2章钢结构材料
图2-1 静力拉伸试验 的标准试件
图2-2钢材一次单向拉伸 简化应力-应变曲线
4 第2章钢结构材料
(1)阶段Ⅰ：弹性阶段（OA段）
比例极限fp: E
E=2.06×105N/mm2 卸除荷载后试件的变形将完全恢复。 (2)阶段Ⅱ：弹塑性阶段（AB段） σ与ε呈非线性关系，应力增加时，相应增加的 应变除弹性应变外还有塑性应变，卸载时，其中塑 性应变不能恢复，称为残余应变。B点对应应力fy 称为屈服点（又称屈服强度），对应的应变约为 0.15%。
5 第2章钢结构材料
(3)阶段Ⅲ：塑性阶段（屈服阶段、BC段） 屈服点fy:应力达到屈服点fy后，应力-应变关系 呈水平线段BC，称为屈服平台，钢材表现为完全 塑性，整个屈服平台对应的应变幅称为流幅(约为 0.15%~2.5%)，流幅越大，钢材的塑性越好。
(4) 阶段Ⅳ：应变硬化阶段（强化阶段、CD段） 抗拉强Байду номын сангаасfu：经过屈服阶段后，钢材内部组织重新 排列并建立了新的平衡，产生了继续承受增长荷载的 能力，此阶段的应力-应变为上升的非线性关系，直至 应力达到最大值，称为抗拉强度fu。
料力学强度理论用折算应力σeq和钢材在单向应力下的屈服点相比较来
判别。研究表明，对均匀性和塑性较好的钢材，适合采用第四强度理论
即能量强度理论，折算应力σeq按计算如下：
13 第2章钢结构材料
图2-7复杂应力状态
14 第2章钢结构材料
当用主应力表示时
eq 1 2 [( 12 )2 (23 )2 (31 )2 （]2-1）
6 第2章钢结构材料
(5)阶段Ⅴ：颈缩阶段（DE段） 在承载力最弱的截面处，横截面急剧收缩—— 颈缩，变形也随之剧增，荷载下降，直至断裂。
对于没有缺陷和残余应力 影响的试件,可认为钢材是图23所示理想弹-塑性体，经历两 个阶段，即假定钢材应力小于 fy时是完全弹性的，应力超过 fy后则是完全塑性的。设计时 ，取fy作为强度限值，而取fu 作为材料的强度储备。
名义应力低于屈服点、材料处于弹性阶段，当荷载循环达到一定 次数后，钢材会发生突然脆性断裂破坏，疲劳计算方法详见第9章。
(二)低周疲劳破坏 反复应力高于屈服强度、材料处于弹塑性阶段，
反复荷载会使钢材的残余应变逐渐增长，最后产生 突然破坏。
9 第2章钢结构材料
(三)包辛格（Bauschinger）效应
11 第2章钢结构材料
图2-6 孔洞的应力集中
（a）钢板开圆孔 （b）钢板开长圆孔
12 第2章钢结构材料
钢材在单向拉伸时，可借助于实验得到屈服条件，即当σ=fy时，
材料开始屈服，进入塑性状态。实际钢结构中，钢材常是在双向或三向 复杂应力状态下工作，如图2-7所示，这时钢材的屈服并不取决于某一 个方向的应力，从而不能用实验得到普遍适用的表达式，而是应利用材
第2章 钢结构的材料
1 第2章钢结构材料
本章内容
第一节 钢材的工作性能 第二节 钢结构对钢材性能的要求 第三节 影响钢材性能的主要因素 第四节钢材的种类、规格和选用原则
2 第2章钢结构材料
第一节 钢材的工作性能 一、钢材静力单向均匀拉伸时的性能
钢材的主要强度指标和变形性能根据常温（20±5°）、静载条件 下标准试件一次拉伸试验确定。
钢材在受拉产生塑性变形后， 卸载并反向加载使钢材受压，抗压屈 服强度会降低，如图2-5所示，应力 —应变曲线形成滞回环（滞回曲线）， 滞回环所围面积代表荷载循环一次单 位体积的钢材所吸收的能量。
图2-5 钢材滞回曲线
10 第2章钢结构材料
三、复杂应力状态下钢材的性能
钢结构构件中经常存在孔洞、槽口、凹角、截面的厚度和宽度的 突然改变及钢材的内部缺陷等。此时，构件中的应力分布变得很不均匀， 在缺陷或截面变化处附近将产生局部高峰应力，其余部分应力较低，如 图2-6所示，这种现象称为应力集中。应力集中产生的高峰应力区附近 总是存在平面或三维应力场，有使钢材变脆的趋势。
当用应力分量表示时
（2-2） e q x 2 y 2 z 2 (xy xz yz ) 3 (x 2 y x 2 zy 2 ) z
当σeq< fy时，钢材处于弹性阶段； 当σeq≥ fy时，钢材处于塑性阶段。
三轴拉应力作用下，破坏表现为脆性。 有一向为异号应力，且同号两个应力相差又较大， 破坏为塑性。
15 第2章钢结构材料
平面应力状态
eq 122212
σeq σx 2σy 2σxσy3τx 2y
普通梁
σeq σ2 3τ2
受纯剪时
σeq 3τ2
fy 3
0.58fy
第2章钢结构材料
（2-3） （2-4） （2-5） （2-6） （2-7）16
第二节 钢结构对钢材性能的要求 一、强度
屈服强度是衡量结构承载能力和确定强度设计值的重要指标，屈 服点高可以减小截面，从而减轻自重，节约钢材，降低造价；抗拉强度 是是衡量钢材抵抗拉断的性能指标，抗拉强度高，可以增加结构的安全
屈服点、抗拉强度和伸长率，是钢材的三个重要力
学性能指标。
第2章钢结构材料
18
(二)冲击韧性 钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收机械能的能
力，是衡量钢材在冲击荷载作用下抵抗脆性破坏能 力的指标。如图2-8，Akv愈大，钢材在断裂时吸收 的能量越多，其韧性愈好。
保障。屈强比fy/fu是钢材强度储备的系数，屈强比越低，安全储备越
大。
17 第2章钢结构材料
二、变形能力 (一)塑性
塑性是材料承受达到屈服点的应力后，能够产
生显著的变形而不立即断裂的性能。
伸长率δ
l1 l0 100%
l0
（2-8）
截面收缩率ψ
A0 A1 100%
A0
（2-9）
δ和ψ数值越大，表明钢材塑性越好。
第2章钢结构材料
图2-3 理想弹-塑性 应力-应变曲线图
7
高强度钢材没有明显屈服点和屈服平台，这类 钢的屈服点是根据实验分析结果人为规定的，称为 条件屈服点，用f0.2表示，定义为试件卸载后其残余 应变为0.2%对应的应力，如图2-4所示。
图2-4高强度钢的应力-应变曲线
8 第2章钢结构材料
二、反复荷载作用下钢材的性能 (一)高周疲劳破坏(疲劳破坏)