钢结构设计原理课件-第二章全解
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钢结构设计原理2钢结构的材料PPT课件
▪ 当承受纯剪应力时：
zs 3 2 f y
fy 3 y
所以得到钢材的抗剪强度为： y 0.58 f y
第22页/共79页
§2.4 各种因素对钢材性能的影响
§2.4.1 化学成分的影响
1) 碳 C
▪ 除铁以外的主要元素，是形成钢材强度的主要成分。 ▪ C↑，fy、fu↑，δ5、CV↓，冷弯性能、焊接性能和抗锈蚀性
2) 名义屈服点f0.2
调质处理的低合金钢没有明显的屈服点和塑性平台。这类 钢的屈服点是以卸载后试件中残余应变为0.2％所对应的应 力人为定义的，称为名义屈服点或f0.2
900 0.2%
抗拉强度 fu
750 fy=690MPa
600
热处理低合金钢
低合金高 强度结构钢
450
σ应力 (MPa)
300 fy=345MPa σP fy=235MPa
沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢
沸腾钢采用脱氧能力较弱的锰作脱氧剂，脱氧不完全， 钢液进入钢锭模时有气体逸出，出现沸腾现象。冷却很 快，一氧化碳不能全部逸出，凝固后钢材中有较多的氧 化铁夹杂和气孔。钢的质量较差。现在已较少有供货。
镇静钢采用锰加硅作脱氧剂，脱氧较完全，硅在还原 氧化铁的过程中还会产生热量，使钢液冷却缓慢，使气 体充分逸出，浇注时不会出现沸腾现象。这种钢质量好， 但成本高。
第23页/共79页
2) 硫 S
▪ 硫是有害元素，常以硫化铁形式夹杂于钢中。 ▪ 当温度达800～1000℃时，硫化铁会熔化使钢材变脆，因
而在进行焊接或热加工时，有可能引发热裂纹，称为热 脆。 ▪ S↑，CV↓，疲劳强度↓，冷弯性能、焊接性能和抗锈蚀性 能等↓。 ▪ 非金属硫化物夹杂经热加工后还会在厚钢板中形成局部 分层现象，在采用焊接连接的节点中，沿板厚方向承受 拉力时，会发生层状撕裂破坏。 ▪ 随着钢材牌号和质量等级的提高，含硫量的限值由0.05％ 依次降至0.025％，厚度方向性能钢板的含硫量更限制在 0.01％以下。
钢结构基本原理ppt课件
N1Vy V/n
N1Tx
N1T
y1 r1
T1y xi2yi2
N1Ty
N1T
x1 r1
T1x xi2yi2
验算公式：
N 1N 1 T x2N 1 T yN 1 T y2N m b in
注意： y1≤3x时，N1T=N1XT=Ty1/Σyi2
x1≤3y时，N1T=N1yT=T. x1/Σxi2
应力集中：应力集中越严重，出现同号三相应力场的应力水平越接近，
钢材越趋于脆性。
温度：高温热塑性变形，低温冷脆（脆性温度转变区）
荷载类型：加载速度：低温脆性破坏
循环荷载 高周疲劳—— n514 0 fy
低周疲劳—— n＝ 120 ～ 5140 fy
疲劳：钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐累积损伤、产生裂纹及裂纹
30
受拉螺栓连接：
1、受力：沿杆轴方向受拉。 破坏：栓杆被拉断。
2、单个螺栓受拉承载力设计值
Ntb Ae ftb
de2 4
ftb
f tb 值的由来：考虑橇杠作用，并对其进行简化，从 而采如用 ftb 0.8f 来考虑。
3、螺栓群受拉连拉计算。
1>轴心力：
n
N
N
b t
.
31
2>偏心力作用下
a.小偏心情况：螺栓群全部受拉。
逐渐扩展，直到最后破坏，这种现象称为疲劳。
疲劳破坏具有突然性，破坏前没有明显的宏观塑性变形，属于脆性断裂。 其破坏过程经历裂纹的产生、裂纹的缓慢扩展和最后迅速断裂三个阶段， 是延时断裂。
.
9
钢 柱 上 焊 接 牛 腿 （ 腹 板 和 翼 缘 ）
.
10
梁柱节点：梁分别连接在柱的腹板和翼缘（连接角钢与
钢结构设计原理全解共43页文档
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
钢结构设计原理全解
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
钢结构设计原理 第2版课件第2章
2.2.2 冶金过程
冶炼：平炉、转炉 浇铸：钢水—钢锭—初轧—成材（传统工艺）
钢水—连铸机—钢坯—成材（新工艺） 轧制：改善内部组织结构 热处理：显著提高强度
2.2.3 钢材硬化
冷加工硬化：强度提高，塑性、韧性降低。 自然时效、人工时效 应变时效
2.2.4 温度
正温 在200℃以内钢材性能没有很大变化， 430～540℃强度急剧下降。
同外增加一个等级E，主要是要求-40℃的冲击韧性。钢的牌号如：
Q345-B、Q390-C等等。
3、高强钢丝及钢索：主要用于抗拉构件中，如： 斜拉结构、悬索结构、桅杆结构等。高强钢丝分 光面钢丝和镀锌钢丝，由碳素结构钢多次冷拔而 成，其主要指标为抗拉强度fu，且有“松弛”现象。 多根钢丝可组成“平行钢丝束”和“钢绞线”； 多根钢绞线可组成“钢绞线束”和“钢丝绳”。
2.4.4 钢材的规格：
热轧钢板：薄板、厚板
热轧型钢：角钢、槽钢、工字钢、钢管、H型 钢、T型钢
冷弯薄壁型钢：
工字钢有普通工字钢、轻型工字钢和H型钢。普通工字钢和轻型工字钢用号数 表示，号数即为其截面高度的厘米数。20号以上的工字钢，同一号数有三种 腹板厚度分别为a、b、c三类。如I30a、I30b、I30c，a类腹板较薄用作受弯构 件较为经济，c类腹板较厚。轻型工字钢的腹板和翼缘均较普通工字钢薄，因 而在相同重量下其截面模量和回转半径均较大。H型钢是世界各国使用很广泛 的热轧型钢，与普通工字钢相比，其翼缘内外两侧平行，便于与其他构件相 连。它可分为宽翼缘H型钢，代号HW，翼缘宽度B与截面高度H相等；中翼缘 H型钢，代号HM，B＝(1/2～2/3)H；窄翼缘H型钢，代号HN，B=(1/3—1/2)H。 各种H型钢均可剖分为T型钢供应，代号分别为TW、TM和TN。H型钢和剖分 T型钢的规格标记均采用：高度H×宽度B×腹板厚度t1
钢结构基本原理全套精美课件
11 2.1 钢结构对材料的要求
第二章 钢结构的材料
2.2 钢材的破坏形式
塑性破坏：破坏前有明显的变形，破坏历时时 间长，可以采取补救措施。
脆性破坏：破坏前没有明显的变形，破坏发生 突然，没有机会补救。
脆性破坏的原因：钢材内部缺陷，焊接缺陷、构造 不合理、使用不当等。
➢ 应尽量发挥材料的塑性 ➢ 避免一切脆性破坏的可能性
10
第二章 钢结构的材料
2.1 钢结构对材料的要求
较高的强度 足够的变形能力。即塑性、韧性好。 良好的加工性能（包括冷加工、热加工和可焊性）
《钢结构设计规范》GB50017-2003规定：
承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷 含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。焊 接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷 弯试验的合格保证。需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有 常温或负温冲击韧性的合格保证。对需要验算疲劳的非焊接结 构的钢材应具有常温冲击韧性的合格保证。
15 2.3 钢材的主要性能
第二章 钢结构的材料
➢ f y 作为钢结构设计的最大应力 ➢ 简化计算, 采用理想弹塑性模型 ➢ fu 作为钢材实际破坏强度
16 2.3 钢材的主要性能
第二章 钢结构的材料
二、塑性性能
塑性：在静力荷载作用下，钢材吸收变形能的能力
衡量塑性性能的指标：伸长率
l1 l0 100%
时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使 材料硬化的现象。
应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。即 冷作硬化的同时可以加速时效硬化，因此也称“人工时效”。
27 2.4 各种因素对钢材主要性能的影响
第二章 钢结构的材料
2.2 钢材的破坏形式
塑性破坏：破坏前有明显的变形，破坏历时时 间长，可以采取补救措施。
脆性破坏：破坏前没有明显的变形，破坏发生 突然，没有机会补救。
脆性破坏的原因：钢材内部缺陷，焊接缺陷、构造 不合理、使用不当等。
➢ 应尽量发挥材料的塑性 ➢ 避免一切脆性破坏的可能性
10
第二章 钢结构的材料
2.1 钢结构对材料的要求
较高的强度 足够的变形能力。即塑性、韧性好。 良好的加工性能（包括冷加工、热加工和可焊性）
《钢结构设计规范》GB50017-2003规定：
承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷 含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。焊 接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷 弯试验的合格保证。需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有 常温或负温冲击韧性的合格保证。对需要验算疲劳的非焊接结 构的钢材应具有常温冲击韧性的合格保证。
15 2.3 钢材的主要性能
第二章 钢结构的材料
➢ f y 作为钢结构设计的最大应力 ➢ 简化计算, 采用理想弹塑性模型 ➢ fu 作为钢材实际破坏强度
16 2.3 钢材的主要性能
第二章 钢结构的材料
二、塑性性能
塑性：在静力荷载作用下，钢材吸收变形能的能力
衡量塑性性能的指标：伸长率
l1 l0 100%
时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使 材料硬化的现象。
应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。即 冷作硬化的同时可以加速时效硬化，因此也称“人工时效”。
27 2.4 各种因素对钢材主要性能的影响
大学本科《钢结构设计原理》课件 第2章钢结构材料2
当ρ=0和ρ=-1时的疲劳强度分别为σ0 和σ-1，连 接BC并延长至A、D。
(拉） max
0
f
D
y
1 C(o,o)
1
当坐标为( max , min )
的点落在直线ABCD上 或上方，则这组应力循
B( 1, 1)
A
（
min
压
）
（
min
拉
）
非焊接结构的疲劳图
环达到N次时，将发生 疲劳破坏。
lg .
. . . .. .
.. .
. .
N
b1
0
0 N=5×104
N=5X106 lg N
(a)
Δσ-N曲线
(b)
考虑试验数据的离散性，取平均值减去2倍lgN的 标准差 s 作为疲劳强度下限，当lgΔσ为正态分布时， 保证率为97.7%。下限值的直线方程为：
lg N b1 lg( ) 2s b2 lg( )
1、不出现拉应力的部位可不计算疲劳。但对出现拉 应力的部位，例如σmax=140N/mm2,σmin=-10N/mm2和 σmax=10N/mm2,σmin=-140N/mm2 两种应力循环的应力 幅都是150N/mm2 ，疲劳强度相同，显然不合理。
2、螺栓受拉时螺纹处的应力集中很大，疲劳强度很 低，常有疲劳破坏的实例，但规范没有规定，应予 补充。
2.低合金钢(GB/T 1591-94)
GB/T 1591-94
相应的钢材品种（GB/T 1591-94)
Q29509Mn、09Mnb09Mn2、12MnQ345
12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb
Q390
15MnV、15MnTi、16MnNb
(拉） max
0
f
D
y
1 C(o,o)
1
当坐标为( max , min )
的点落在直线ABCD上 或上方，则这组应力循
B( 1, 1)
A
（
min
压
）
（
min
拉
）
非焊接结构的疲劳图
环达到N次时，将发生 疲劳破坏。
lg .
. . . .. .
.. .
. .
N
b1
0
0 N=5×104
N=5X106 lg N
(a)
Δσ-N曲线
(b)
考虑试验数据的离散性，取平均值减去2倍lgN的 标准差 s 作为疲劳强度下限，当lgΔσ为正态分布时， 保证率为97.7%。下限值的直线方程为：
lg N b1 lg( ) 2s b2 lg( )
1、不出现拉应力的部位可不计算疲劳。但对出现拉 应力的部位，例如σmax=140N/mm2,σmin=-10N/mm2和 σmax=10N/mm2,σmin=-140N/mm2 两种应力循环的应力 幅都是150N/mm2 ，疲劳强度相同，显然不合理。
2、螺栓受拉时螺纹处的应力集中很大，疲劳强度很 低，常有疲劳破坏的实例，但规范没有规定，应予 补充。
2.低合金钢(GB/T 1591-94)
GB/T 1591-94
相应的钢材品种（GB/T 1591-94)
Q29509Mn、09Mnb09Mn2、12MnQ345
12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb
Q390
15MnV、15MnTi、16MnNb
钢结构设计原理 第一-第二章钢结构(原)
2结构的可靠性与结构的安21建筑钢材的基本要求22建筑钢材的主要性能23影响钢材性能的主要因素24复杂应力下钢材的屈服条件25钢种钢号钢材的选用及钢材的规格本章内容主要根据对建筑钢材的基本要求讲述建筑钢主要机械性能以及影响钢材机械性能的各种因素并介绍我国目前生产的建筑钢材常用品种及规格目的是使同学们在设计时能合理选择和使用钢材在施工中能按照设计要求严格进行钢材的验收管理并按正确的方法进行加工和制造
韩国汉城世界杯足球赛体育场 结构类型:钢管桁架+斜拉索 屋面:膜材（PTFE）
随着我国工农业、国防和科学技术现代化的发展，我国钢结 构的应用前途会更加广阔，可以从以下几方面来看： 一、高效钢材的研制和应用 相对于普通钢材的统称，品种主要包括： 1、低合金钢材—钢材中加少量合金元素，改善钢材性能 2、热强化钢材—热处理钢材，强度、韧性提高 3、经济截面钢材—包括H型钢、T型钢、压型钢板 4、镀层、涂层、复合等表面处理钢材—镀锌钢板（金属镀层保 护）、涂油漆（涂非金属保护层 ） 5、冷加工钢材—冷拉、冷拔钢材，提高钢材强度 二、新型结构的采用 1、轻型钢结构—圆钢、小角钢组成外，还有冷弯薄壁型钢和压 型钢板组成的结构。 2、空间结构—悬索结构、钢网架结构和膜结构等等。 3、预应力钢结构—对结构中存在少量高强度钢材的构件施加预 应力。 4、组合结构—钢与混凝土组合共同受力，充分发挥各自长处。
膜结构在我国也不乏工程实例，其中规模最大、最具影响力的膜 结构要数1997年竣工的上海八万人体育场看台罩棚张拉膜结构工 程。但该膜结构为美国Weidlinger公司设计制作，由此也可以看出 我国在该领域与国外先进国家的差距很大。目前影响我国膜结构广 泛应用的主要因素有（1）国产膜材料性能差，目前国内的膜结构 所使用的膜材全部依赖进口，虽然国内的PVC涂层织物工厂较多， 但能够生产防火、防渗透、防紫外线、抗老化、具有自洁性、有足 够的抗拉强度、足够的撕裂强度PVC膜结构材料的厂家几乎没有， 而进口膜材料价格高；（2）尚无商业性的膜结构计算机辅助设计 系统；（3）人们对膜结构缺乏足够的认识等。 2002年，上海的一家公司投资约人民币8000万从德国引进了全套 膜材生产线，2003年底已经安装完毕。
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随着我国工农业、国防和科学技术现代化的发展，我国钢结 构的应用前途会更加广阔，可以从以下几方面来看： 一、高效钢材的研制和应用 相对于普通钢材的统称，品种主要包括： 1、低合金钢材—钢材中加少量合金元素，改善钢材性能 2、热强化钢材—热处理钢材，强度、韧性提高 3、经济截面钢材—包括H型钢、T型钢、压型钢板 4、镀层、涂层、复合等表面处理钢材—镀锌钢板（金属镀层保 护）、涂油漆（涂非金属保护层 ） 5、冷加工钢材—冷拉、冷拔钢材，提高钢材强度 二、新型结构的采用 1、轻型钢结构—圆钢、小角钢组成外，还有冷弯薄壁型钢和压 型钢板组成的结构。 2、空间结构—悬索结构、钢网架结构和膜结构等等。 3、预应力钢结构—对结构中存在少量高强度钢材的构件施加预 应力。 4、组合结构—钢与混凝土组合共同受力，充分发挥各自长处。
膜结构在我国也不乏工程实例，其中规模最大、最具影响力的膜 结构要数1997年竣工的上海八万人体育场看台罩棚张拉膜结构工 程。但该膜结构为美国Weidlinger公司设计制作，由此也可以看出 我国在该领域与国外先进国家的差距很大。目前影响我国膜结构广 泛应用的主要因素有（1）国产膜材料性能差，目前国内的膜结构 所使用的膜材全部依赖进口，虽然国内的PVC涂层织物工厂较多， 但能够生产防火、防渗透、防紫外线、抗老化、具有自洁性、有足 够的抗拉强度、足够的撕裂强度PVC膜结构材料的厂家几乎没有， 而进口膜材料价格高；（2）尚无商业性的膜结构计算机辅助设计 系统；（3）人们对膜结构缺乏足够的认识等。 2002年，上海的一家公司投资约人民币8000万从德国引进了全套 膜材生产线，2003年底已经安装完毕。
钢结构设计原理 (112)
1、疲劳破坏的定义
钢材在连续反复荷载作用下，当应力低于抗拉强度，甚至低
于屈服强度时发生突然断裂的现象，这种现象称为钢材的疲劳（
脆性破坏）。
裂纹
也可能疲 劳破坏
裂纹 轮毂和齿轮的疲劳破坏
吊车梁承受反复荷载
2、疲劳破坏产生的原因与机理
为什么会破坏？
内因：加工和制造过程中内部或 表面存在裂纹或缺陷
外因：多次反复荷载作用下裂纹 不断发展
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疲劳破坏是损伤累积的结果
缺陷
应力集中 高峰应力
微观裂纹 反复张开闭合
宏观裂纹 净截面不足
断裂 裂纹端部存在三向应力场，故
呈脆性断裂
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3、疲劳破坏特征
（1）突然性：破坏前没有明显的宏观塑性变形，属于脆性断裂
（2）断口与一般脆性断口不同，可分为三个区： 裂纹源 裂纹扩展区（光滑） 断裂区（粗糙）
裂纹源
（3）对缺陷十分敏感 缺口、裂纹及组织缺陷等
裂纹扩展1 概 述 §2-2 钢材的生产 §2-3 钢材的主要性能
§2-4 影响钢材性能的主要因素
√ §2-5 钢材的疲劳
1、疲劳破坏的定义 2、疲劳破坏产生的原因与机理 3、疲劳破坏特征 4、应力循环特征 5、疲劳破坏的影响因素 6、疲劳计算公式 7、疲劳强度计算注意事项
§2-5 钢材的疲劳
钢结构设计原理1-2章
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授人以鱼不如授人以渔
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金茂大厦是由中国上海 对外贸易中心股份有限 公司独家投资5.6亿美元 建设的一座88层的超高 层大厦，建筑高度 420.5米，建筑面积28.9 万平方米，于1998年8 月28日竣工。 总用钢量 14000t，钢筋混凝土核 心筒，外框钢骨混凝土 及钢柱。设计者为美国 S.O.M事务所。
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国家体育场
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“绿色奥运”、“科技奥运”、“人文奥运” 建筑底面面积为80,000m2，屋顶面积76,719m2，地上层数6 层，最高点高度53.00m，可容纳观众数60,000。
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屋顶结构采用钢桁架悬挑结构 。屋面桁架落地，形似露珠 。
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位于北京人民大会堂西 朱明工作室 侧，西长安街以南，总占地 zhubob 面积近12公顷，总建筑面积 近15万平方米，总投资26.88 亿元，目前已进行过网壳部 分设计与施工验收审查会议。 该工程外部围护结构为 钢结构网壳，是半椭圆球形， 东西长轴212.2m，南北短轴 143.64m，总高度46.285。 内设歌剧院（2416席）、音 乐厅（2017席）及戏剧院 （1040席）及公共大厅等。 屋面采用钛金属板，整个网 壳外环绕人工湖35500m2,各 种通道及入口均设在水下 。 设计为法国巴黎机场公司安 德鲁建筑师，北京市建筑设 计研究院参与主体设计 ，整 体结构用钢量达6750t， 195kg/m2。
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上海环球金融中心
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2.2 钢材的主要性能
受拉、受压及受剪时的性能
钢材的主要性能是机械性能，可通过某些试验（拉 伸、冷弯、冲击）确定。
图2.1 碳素结构钢的应力-应变关系
—比例极限
—屈服强度
(强度标准、设计依据 )—极限强度
(最大承载强度、强度 储备)
2.2 钢材的主要性能
塑性：在静力荷载作用下，钢材吸收变形能的能力。
2.3.3 冲击韧性
冲击韧性：在动力荷 载作用下，材料吸收能量 的能力。
韧性是钢材抵抗冲 击荷载的能力，它用材 料在断裂时所吸收的总 能量来量度（）。韧性 是钢材强度和塑性的综 合指标。
图2.4 冲击韧性试 验
2.3 各种因素对钢材性能的影响
2.3.1 化学成分
钢是含碳量小于2%的铁碳合金。钢中基本元 素：、C、、、S、P、N、O。
3、裂纹、分层：浇注时的非金属夹杂物在 轧制中可能造成钢材的分层，影响钢材的冷弯性 能。
2.3 各种因素对钢材性能的影响
钢材硬化
冷作硬化——当加载超过材料比例极限卸载后，出现残 余变形，再次加载则屈服点提高，塑性和 韧性降低的现象，也称“应变硬化”。
时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中 析出，使材料硬化的现象。
徐变：当温度在260—320度时，在应力持续不 变的情况下，钢材以很缓慢的速度继续变形，此种 现象称为徐变。
δ—延伸率（塑性性能）
L1 L0 10% 0
L0
图2.2 高强度钢的应力-应变曲线
条件屈服点：以卸荷后 试件中残余应变为0.2 % 所对应的应力（f0.2)
2.2 钢材的主要性能
2.3.2 冷弯性能
图2.3 钢材冷弯试验示意图
冷弯性能是检验钢材弯 曲变形能力或塑性性能，还 是显示钢材内部缺陷状况的 一项指标；是鉴定钢材在弯 曲状态下塑性应变能力和钢 材质量的综合指标。
2.3 各种因素对钢材性能的影响
冶金缺陷
在冶炼、轧制过程中常常出现的缺陷有偏析、 非金属夹杂、气孔、裂纹和分层。
缩孔
保温帽
冶炼（脱氧）
(a)沸腾钢
(b)镇静钢
图2.5 钢锭剖面
2.3 各种因素对钢材性能的影响
冶金缺陷
轧制பைடு நூலகம்
轧棍
注意：薄钢板的 强度比厚钢板的 强度高。
图2.6 钢的轧制使晶粒细化
2.3 各种因素对钢材性能的影响
普通碳素钢中， 占99%，其余元素占1%。在低 合金钢中，除了上述元素外，还有一定合金元素 （镍、钒、钛等）（含量低于5%）
各种元素对钢材机械性能的影响如下。
2.3 各种因素对钢材性能的影响
碳C ：含量增加，钢材强度提高，而塑性、韧性和 疲劳强度低。同时焊接性能和抗腐蚀性恶 化。一般在碳素结构钢中不应超过0.22 % ； 在焊接结构中还应低于0.2 %。
硅：碳素结构钢中应控制≤0.3 %, 在低合金高强 度钢中硅的含量可达0.55 %。
锰：含适量使强度↑，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
. 在碳素结构钢中锰的含量为0.3 %～0.8 % ， 在低合金高强度钢中锰的含量可达 1.0 % ～1.6%。
2.3 各种因素对钢材性能的影响
钢结构基本原理
土木工程学院 主讲：匡小平
2 钢结构的材料
本章内容: （1） 钢结构对材料的基本要求 （2） 钢材的破坏形式 （3） 钢材的主要机械性 （4） 影响钢材性能的主要因素 （5） 钢的种类和钢材规格
本章重点: 钢材的主要机械性能、各种因素对 钢材性能的影响
本章难点: 影响钢材性能的主要因素
2.1 钢结构对材料的要求
对钢材的基本要求： 1、具有较高的抗拉强度 和屈服点 (结构的承
载力大，所需的截面小，结构的自重轻). 2、具有较好的塑性、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、良好的工艺性能(包括冷加工、热加工以
及焊接性能)
2.1 钢结构对材料的要求
规范规定：承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸 长率、屈服点和碳、硫、磷含量的合格保证；焊接结 构尚应具有冷弯试验的合格保证；对某些承受动力荷 载的结构以及重要的受拉或受弯的焊接结构尚应具有 常温或负温冲击性的合格保证.据上要求,《钢结构设 计规范》50017-2003推荐承重结构用钢宜采用：碳 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。
0.025
0.04~0.045 0.035~0.04 0.03~0. 035
0.025~0.030
0.025~0.03 0.025
(a)镇静钢锭
(b)沸腾钢锭
钢液含硫0.032%
钢液含硫 0.04%
图2.7 钢锭中硫的偏析
图2.8 型钢硫的偏析
2.3 各种因素对钢材性能的影响
冶金缺陷
2、非金属夹杂：钢材中存在非金属化合物 （硫化物、氧化物），使钢材性能变脆。
硫S：降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，
在高温时，使钢材变脆，称之为热脆。含量
应不超过0.045%。 (有害成分)
磷P：降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，
在低温时，使钢材变脆，称之为冷脆。含量
应不超过0.045%。可以提高强度和抗锈蚀
性。
(有害成分)
氧O：降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，
冶金缺陷
1.偏析：钢中化学成分分布不均匀，主要
的偏析
0.035~0.040 0.030~0.035
0.025~0.030
0.09~0.10 0.08~0.09 0.07~0.08 0.06~0.07 0.055~0.06 0.05~0.055 0.045~0. 05
是硫、磷，将使偏 析区钢材的塑性、 韧性及可焊性变坏。
应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易 析出。即冷作硬化的同时可以加速时效硬 化，因此也称“人工时效”。
2.3 各种因素对钢材性能的影响
温度影响
温度升高，钢材强度是降低、应变增大；反之， 温度降低，钢材强度略有增加，塑性和韧性降低而 变脆，见图2.9。
蓝脆：在250度左右时，强度提高而伸长率和 冲击韧性降低，钢材表面氧化膜呈蓝色，此种现象 称为蓝脆现象。
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)
2.3 各种因素对钢材性能的影响
钒和钛：是钢中的合金元素，能提高钢的强度和 抗腐蚀性能，又不显著降低钢的塑性。
铜 ：可显著提高钢的抗腐蚀性能，也可以提 高钢的强度，但对焊接性能有不利影响。