钢结构材料及其性能ppt课件

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1、本科教学本科教学 第二章 钢构造资料钢 结 构第二章第二章 钢结构材料钢结构材料第第2 2章章 钢构造的资料钢构造的资料 Chapter 2 Material of Steel Structure Chapter 2 Material of Steel Structure第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.1 2.1 钢构造对资料的要求钢构造对资料的要求1 1 较高的强度较高的强度(2(2 足够的变形才干足够的变形才干良好塑性和韧性良好塑性和韧性3 3 良好的加工性能良好的加工性能顺应冷、热加工，可焊性好顺应冷、热加工，可焊性好4 4 对环境的良好顺应性对环境的良好顺应性耐腐蚀、耐火、耐疲劳

2、耐腐蚀、耐火、耐疲劳 钢构造的资料关系到钢构造的计算实际，同时对钢构造的制造、安装、运用、造价、平安等均有直接联络。本章简要引见钢材的消费过程和组织构成，重点引见钢材的主要性能以及各种要素对钢材性能的影响；钢材的种类、规格及选择原那么。强度强度资料抵资料抵抗外力作用时不抗外力作用时不致破坏的才干。致破坏的才干。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2.2 2.2 钢材的消费钢材的消费钢材的消费大致分为炼铁、炼钢和轧制三道工序。钢材的消费大致分为炼铁、炼钢和轧制三道工序。电炉钢是利用电热原理，在电弧炉内冶炼。质量好，但耗电电

3、炉钢是利用电热原理，在电弧炉内冶炼。质量好，但耗电量大，本钱高，普通只用来冶炼特种用途的钢材。量大，本钱高，普通只用来冶炼特种用途的钢材。炼钢炉有三种方式：转炉、平炉和电炉。炼钢炉有三种方式：转炉、平炉和电炉。转炉钢是利用高压空气或氧气使炉内生铁熔液的碳和其它杂物转炉钢是利用高压空气或氧气使炉内生铁熔液的碳和其它杂物氧化，在高温下使铁液变为钢液。消费周期短，效率高，质量好，本氧化，在高温下使铁液变为钢液。消费周期短，效率高，质量好，本钱低，曾经成为国内外开展最快的炼钢方法。钱低，曾经成为国内外开展最快的炼钢方法。平炉钢是利用煤气和其它燃料供应热能，把废钢、生平炉钢是利用煤气和其它燃料供应热能，

4、把废钢、生铁熔液或铸铁块和不同的合金元素等冶炼成各种用途的钢。铁熔液或铸铁块和不同的合金元素等冶炼成各种用途的钢。消费周期长，效率低，本钱高，现已逐渐被转炉钢所取消费周期长，效率低，本钱高，现已逐渐被转炉钢所取代。代。1 1炼炼 钢钢第二章第二章 钢结构材料钢结构材料 浇注是指把熔炼好的钢液做成钢锭或钢坯。浇注是指把熔炼好的钢液做成钢锭或钢坯。用延续铸造法消费钢坯的工艺和设备，由于机械化、自动化用延续铸造法消费钢坯的工艺和设备，由于机械化、自动化程度高的优势，曾经逐渐取代了笨重而复杂的铸锭工艺和设备。程度高的优势，曾经逐渐取代了笨重而复杂的铸锭工艺和设备。钢液中残留的氧，将使钢材晶粒粗细不均匀

5、并发生热脆，钢液中残留的氧，将使钢材晶粒粗细不均匀并发生热脆，降低钢材的力学性能。降低钢材的力学性能。按照钢液在炼钢炉中进展脱氧的方法和程度不同，碳素按照钢液在炼钢炉中进展脱氧的方法和程度不同，碳素构造钢可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。构造钢可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。2 2 浇浇 注注3 3脱脱 氧氧第二章第二章 钢结构材料钢结构材料第二章第二章 钢结构材料钢结构材料4 4加工热加工、冷加工和热处置加工热加工、冷加工和热处置 热处置热处置 指经过加热、保温、冷却的操作方法，使钢指经过加热、保温、冷却的操作方法，使钢材的组织构造发生变化，以获得所需性能的加工材的组织

6、构造发生变化，以获得所需性能的加工工艺。退火、正火、淬火和回火工艺。退火、正火、淬火和回火 热加工热加工 指将钢坯加热至塑性形状，依托外力指将钢坯加热至塑性形状，依托外力改动其外形，消费出各种厚度的钢板和型钢。改动其外形，消费出各种厚度的钢板和型钢。热加工的开轧和锻压温度控制在热加工的开轧和锻压温度控制在1150-1150-1300 1300 冷加工冷加工 指在常温下对钢材进展加工。冷作硬化景指在常温下对钢材进展加工。冷作硬化景象象 第二章第二章 钢结构材料钢结构材料第二章第二章 钢结构材料钢结构材料剪剪 板板自动钢板切割自动钢板切割钻钻 孔孔第二章第二章 钢结构材料钢结构材料第二章第二章 钢

7、结构材料钢结构材料第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.3 2.3 钢材的主要性能钢材的主要性能p 钢材的破坏方式钢材的破坏方式p 单向拉伸时的任务性能单向拉伸时的任务性能p 钢材的其它性能钢材的其它性能p 在复杂应力作用下钢材的屈服条件在复杂应力作用下钢材的屈服条件第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.3.1 2.3.1 钢材的破坏方式钢材的破坏方式特特 征征断断 口口后后 果果 塑性破坏塑性破坏延性破坏延性破坏构件应力超越屈构件应力超越屈服点，并且到达服点，并且到达抗拉极限强度后，抗拉极限强度后，构件产生明显的构件产生明显的变形并断裂。变形并断裂。常为杯形，呈纤常为杯形，呈纤维状，色泽发暗

8、。维状，色泽发暗。在破坏前有很明在破坏前有很明显的变形，并有显的变形，并有较长的变形继续较长的变形继续时间，便于发现时间，便于发现和补救。和补救。脆性破坏脆性破坏在破坏前无明显在破坏前无明显变形，平均应力变形，平均应力也小普通都小也小普通都小于屈服点，没于屈服点，没有任何预兆。有任何预兆。平直和呈有光泽平直和呈有光泽的晶粒。的晶粒。忽然发生的，危忽然发生的，危险性大，应尽量险性大，应尽量防止。防止。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.3.2 2.3.2 单向拉伸时的任务性能单向拉伸时的任务性能 1 1实验条件实验条件 a a试件的尺寸要符合国家规范，外表光滑，没有孔洞、试件的尺寸要符合国家规

9、范，外表光滑，没有孔洞、刻槽等缺陷。试件的标定长度取其直径的刻槽等缺陷。试件的标定长度取其直径的5 5或或1010倍。倍。b b荷载要分级逐次添加，直到试件破坏。荷载要分级逐次添加，直到试件破坏。c c实验温度要控制在室温实验温度要控制在室温2020左右。左右。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料 2 2钢材的应力钢材的应力-应变关系应变关系 A.A.有屈服点钢材有屈服点钢材s-es-e曲线可以分为四个阶段：曲线可以分为四个阶段：(a)(a)弹性阶段弹性阶段(OB(OB段段)u弹性阶段弹性阶段(OB(OB段段)OAEBCDAEy单调拉伸应力单调拉伸应力-应变曲线应变曲线OAOA段：纯弹性阶段段：

10、纯弹性阶段s=Ees=EeA A点对应的应力：点对应的应力：sp sp比例极限比例极限ABAB段：有一定的塑性段：有一定的塑性变形变形,但整个但整个OBOB段卸段卸载后变形消逝载后变形消逝,e=0,e=0B B点对应的应力：点对应的应力：se se 弹性极限弹性极限屈服阶段屈服阶段BCD)BCD)强化阶段强化阶段(DE(DE段段)颈缩阶段颈缩阶段(EF(EF段段)第二章第二章 钢结构材料钢结构材料b屈服阶段屈服阶段BCD)塑性变形：卸载后试件塑性变形：卸载后试件不能完全恢复原来的长不能完全恢复原来的长度。不能恢复的这一部度。不能恢复的这一部分变形称为塑性变形。分变形称为塑性变形。屈服点屈服点f

11、yfy屈服强度：屈服强度：屈服阶段曲线动摇部分屈服阶段曲线动摇部分的最低值。的最低值。流幅：从屈服阶段的开流幅：从屈服阶段的开场到曲线再度上升的应场到曲线再度上升的应变幅度称为流幅。变幅度称为流幅。特点：应力与应变进入非线性的弹塑性阶段，不再成正比关系，应变添加很快，特点：应力与应变进入非线性的弹塑性阶段，不再成正比关系，应变添加很快，应力应力-应变曲线呈锯齿形动摇，出现应力不添加而应变依然在继续开展。应变曲线呈锯齿形动摇，出现应力不添加而应变依然在继续开展。uOAEBCDAEy第二章第二章 钢结构材料钢结构材料c c强化阶段强化阶段(DE(DE段段)钢材内部晶粒重新陈列，恢复承载才干，随荷载

12、的添加钢材内部晶粒重新陈列，恢复承载才干，随荷载的添加缓慢增缓慢增大大,但但添加较快，最终应力到达最高点添加较快，最终应力到达最高点EE抗拉强度极限强抗拉强度极限强度度fu fu 试件所能接受的最大拉应力试件所能接受的最大拉应力d d颈缩阶段颈缩阶段(EF(EF段段)uOAEBCDAEy截面出现了横向收缩，截面出现了横向收缩，截面面积开场显著减截面面积开场显著减少，塑性变形迅速增少，塑性变形迅速增大，应力不断降低，大，应力不断降低，变形却延续开展，直变形却延续开展，直至至F F点试件断裂。点试件断裂。F F第二章第二章 钢结构材料钢结构材料B.B.对无明显屈服点的钢材对无明显屈服点的钢材 设计

13、时以卸载后试件中剩余应变为设计时以卸载后试件中剩余应变为0.20.2所对应的应力所对应的应力 作为屈服点作为屈服点“条件屈服点或条件屈服点或“名义屈服点名义屈服点fy=f0.20.2%fup 无屈服点钢材的应力无屈服点钢材的应力-应变曲线应变曲线没有明显屈服点的钢没有明显屈服点的钢材在拉伸过程中没有材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变形屈服阶段，塑性变形小，破坏忽然。小，破坏忽然。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料(3)(3)单向拉伸时钢材的机械性能目的单向拉伸时钢材的机械性能目的 屈服点屈服点fy应力应变曲线开场产生塑性流动时对应的应力取应力应变曲线开场产生塑性流动时对应的应力取屈服阶段动摇部

14、分的应力最低值，它是衡量钢材的承载才干和屈服阶段动摇部分的应力最低值，它是衡量钢材的承载才干和确定钢材强度设计值的重要目的。作为钢构造设计可以到达的确定钢材强度设计值的重要目的。作为钢构造设计可以到达的最大应力最大应力 抗拉强度抗拉强度fu应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材破应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材破坏前所能接受的最大应力。强度的平安贮藏坏前所能接受的最大应力。强度的平安贮藏 钢材的塑性当应力超越屈服点后，钢材能产生显著的剩余变钢材的塑性当应力超越屈服点后，钢材能产生显著的剩余变形塑性变形而不立刻断裂的性质。塑性好坏可用断面收缩率形塑性变形而不立刻断裂的性质。塑性好坏可用断面

15、收缩率和伸长率和伸长率表示，经过静力拉伸实验得到。表示，经过静力拉伸实验得到。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料a)伸长率伸长率试件断裂前的永久变形与原标定长度的百比。试件断裂前的永久变形与原标定长度的百比。LodNNNLdN%100001llll0 原标距长原标距长l1 拉断后标距长度拉断后标距长度d0 试件直径试件直径试件有两种标距：试件有两种标距：l0/d0=5 和和 l0/d0=10 相应的伸长率用相应的伸长率用5和和10表示。伸长率表示。伸长率实践工程中以伸长率实践工程中以伸长率代表资料断裂前具有的塑性变形才干。代表资料断裂前具有的塑性变形才干。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料b)

16、断面收缩率断面收缩率 是指试件拉断后，颈缩区的断面面积减是指试件拉断后，颈缩区的断面面积减少值与原断面面积比值的百分比。少值与原断面面积比值的百分比。%100110AAA式中：式中：A0 A0 试件原来的断面面积试件原来的断面面积 A1 A1 试件拉断后颈缩区的断面面积试件拉断后颈缩区的断面面积 断面收缩率断面收缩率 越大，钢材的塑性越好。由于在丈量试件的断面面积时容易越大，钢材的塑性越好。由于在丈量试件的断面面积时容易产生较大的误差，因此钢材塑性目的依然采用伸长率作为保证要求。产生较大的误差，因此钢材塑性目的依然采用伸长率作为保证要求。A0A1第二章第二章 钢结构材料钢结构材料(4)(4)应

17、力应变曲线的简化应力应变曲线的简化曲线简化的根据：曲线简化的根据：1 1钢材在屈服点之前的性质钢材在屈服点之前的性质接近理想的弹性体。接近理想的弹性体。2 2屈服点之后的流幅景象又屈服点之后的流幅景象又接近理想的塑性体，并且流幅接近理想的塑性体，并且流幅的范围的范围e0.15e0.15-2.5-2.5已足够用来思索构造或构件的已足够用来思索构造或构件的塑性变形的开展。塑性变形的开展。2.5%fy 00.15%简化的应力应变曲线简化的应力应变曲线钢材是符合理想中的弹性钢材是符合理想中的弹性-塑性资料塑性资料 塑性设计塑性设计第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.3.3 2.3.3 钢材的其它性能

18、钢材的其它性能 冷弯性能是判别钢材塑性变形才干和冶金质量的综合目的。1.1.冷弯性能冷弯性能钢材在冷加工常温下加工钢材在冷加工常温下加工产生塑性变形时，对发生裂痕产生塑性变形时，对发生裂痕的抵抗才干。的抵抗才干。鉴别目的：当试件弯曲至鉴别目的：当试件弯曲至180180时，时，试件表和侧面，无裂纹、断裂或试件表和侧面，无裂纹、断裂或分层，即以为试件冷弯性能合格。分层，即以为试件冷弯性能合格。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.2.冲击韧性冲击韧性韧性韧性 反映钢材抵抗冲击荷载、动力荷载的反映钢材抵抗冲击荷载、动力荷载的才干，是钢材在变形和断裂中吸收能量的度才干，是钢材在变形和断裂中吸收能量的度

19、量。衡量韧性目的用冲击韧性值表示，也叫量。衡量韧性目的用冲击韧性值表示，也叫冲击功，用符号冲击功，用符号AkvAkv表示，单位为表示，单位为J J。冲击韧性实验冲击韧性实验 普通采用试件长普通采用试件长55mm55mm，截，截面面101010mm210mm2，中间一小槽。在摆锤式冲，中间一小槽。在摆锤式冲击实验机上进展实验，冲断试件后，读出击实验机上进展实验，冲断试件后，读出摆锤耗费的功。摆锤耗费的功。冲击韧性实验冲击韧性实验冲击韧性还与实验的温度有关。我国钢材规范冲击韧性还与实验的温度有关。我国钢材规范中将实验分为四档，即中将实验分为四档，即+20,0+20,0，-20-20和和-4040时

20、的冲击韧性。温度越低，冲击韧性越低。时的冲击韧性。温度越低，冲击韧性越低。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料3.3.可焊性可焊性 好的可焊性是指焊接平安、可靠、不发生焊接裂痕，焊接接头好的可焊性是指焊接平安、可靠、不发生焊接裂痕，焊接接头和焊缝的力学性能不低于母材力学性能。和焊缝的力学性能不低于母材力学性能。影响钢材可焊性的要素影响钢材可焊性的要素 钢材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影响。碳含量在钢材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影响。碳含量在0.12%0.20%范围内的碳素钢，可焊性最好如范围内的碳素钢，可焊性最好如Q235B。对于高强度低合金钢中，低。对于高强度低合金钢中，低合金元素大

21、多对可焊性有不利影响，我国行业规范合金元素大多对可焊性有不利影响，我国行业规范JGJ81-2002引荐运用碳当量来衡量低合金钢的可焊性。当碳当量小于引荐运用碳当量来衡量低合金钢的可焊性。当碳当量小于0.38%，钢材的可焊性好，钢材的可焊性好(如如Q235.Q345)，可不采取措施直接施焊。，可不采取措施直接施焊。15ui5or6nECNVMCMCC2.4.1第二章第二章 钢结构材料钢结构材料钢材的机械性能目的钢材的机械性能目的1、屈服点、屈服点 fy2、抗拉强度、抗拉强度 fu3、伸长率、伸长率 4、断面收缩率、断面收缩率 5、冷弯性能、冷弯性能6、冲击韧性、冲击韧性 Akv 小小 结结第二章

22、第二章 钢结构材料钢结构材料2.3.4 2.3.4 在复杂应力作用下钢材的屈服条件在复杂应力作用下钢材的屈服条件第四能量强度实际第四能量强度实际 资料由弹性转入塑性的强度目的用变形时资料由弹性转入塑性的强度目的用变形时单位体积中积聚的能量来表达单位体积中积聚的能量来表达推导推导 当复杂应力形状下变形能等于单轴受力时的变形能时，当复杂应力形状下变形能等于单轴受力时的变形能时，钢材即由弹性转入塑性。钢材即由弹性转入塑性。oxzyyzyxxyxzzyzxZXY单元体受复杂应力单元体受复杂应力形状下的分量形状下的分量112233单元体受单元体受主应力主应力钢材单元体上的复杂应力形状钢材单元体上的复杂应

23、力形状第二章第二章 钢结构材料钢结构材料 在三向应力作用下，钢材由弹性形状转变为塑性形状的条件，在三向应力作用下，钢材由弹性形状转变为塑性形状的条件，可以用折算应力和钢材在单向应力时的屈服点相比较来判别。可以用折算应力和钢材在单向应力时的屈服点相比较来判别。2222223zxyzxyxzzyyxzyxzs2.3.1用主应力用主应力 、表示时，有表示时，有:123yzf)(1332212322212.3.2)()()(21213232221z或或当当时钢材处于弹性阶段，时钢材处于弹性阶段，时钢材处于塑性阶段。时钢材处于塑性阶段。yzsfyzsf第二章第二章 钢结构材料钢结构材料 当钢材厚度较薄时

24、，厚度方向的应力很小，常可忽略不计，这当钢材厚度较薄时，厚度方向的应力很小，常可忽略不计，这时三向应力形状可以简化为平面应力形状：时三向应力形状可以简化为平面应力形状：yxyyxyxzsf22232.3.3普通梁中只存在正应力普通梁中只存在正应力和剪应力和剪应力，那么上式可写为，那么上式可写为：yzsf2232.3.4纯剪时纯剪时=0=0 那么有：那么有：yzsf3322.3.5yyff58.031 即钢材的剪切屈服点是拉伸屈即钢材的剪切屈服点是拉伸屈服点服点fyfy的的0.58 0.58 倍倍第二章第二章 钢结构材料钢结构材料不同受力形状对钢材材性的影响不同受力形状对钢材材性的影响a a单向

25、拉伸单向拉伸b b双向拉伸双向拉伸c c双向异号应力双向异号应力分析结果：分析结果：1 1相对于单向拉伸而言，钢材在相对于单向拉伸而言，钢材在钢材在双向拉力作用下屈服点和抗钢材在双向拉力作用下屈服点和抗拉强度提高，但是塑性下降。拉强度提高，但是塑性下降。双向应力作用下对双向应力作用下对钢材材性的影响钢材材性的影响0yfbyfcyf(a)(b)(c)3 3主应力异号时，易屈服，破坏呈主应力异号时，易屈服，破坏呈塑性，差别越大越明显。塑性，差别越大越明显。2 2主应力同号时，不易屈服，塑性主应力同号时，不易屈服，塑性下降，越接近越明显。下降，越接近越明显。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.4.

26、2.4.各种要素对钢材的影响各种要素对钢材的影响u 化学成份的影响化学成份的影响u 冶金缺陷的影响冶金缺陷的影响u 钢材硬化的影响钢材硬化的影响u 应力集中的影响应力集中的影响 u 温度的影响温度的影响u 荷载类型的影响荷载类型的影响第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.4.1 2.4.1 化学成份的影响化学成份的影响钢材的化学成分直接影响钢的组织构造，从而影响钢材的力学性能。钢材的化学成分直接影响钢的组织构造，从而影响钢材的力学性能。纯铁纯铁FeFe占占9999碳碳CC变脆强度变脆强度，塑性、韧性、可焊性，抗腐蚀性，塑性、韧性、可焊性，抗腐蚀性其它主要元素其它主要元素硫硫SS热脆、韧性、疲劳

27、强度、抗锈蚀性、可焊性热脆、韧性、疲劳强度、抗锈蚀性、可焊性磷磷P P强度、抗锈蚀才干强度、抗锈蚀才干塑性、韧性、冷弯性能、可焊性塑性、韧性、冷弯性能、可焊性，冷脆，低温任务性能差。冷脆，低温任务性能差。氧氧O O 影响同硫影响同硫氮氮N N影响同磷影响同磷硅硅Si Si 适量适量强度强度，塑性、韧性、冷弯性能、可焊性变化不大，塑性、韧性、冷弯性能、可焊性变化不大锰锰MnMn强度强度消除热脆，改善冷脆，塑性韧性降低不显著消除热脆，改善冷脆，塑性韧性降低不显著钒钒(V)(V)、钛、钛(Ti)(Ti)、铌、铌(Nb)(Nb)等适量等适量强度、韧性强度、韧性、塑性良好、塑性良好钢钢有有益益元元素素有

28、有害害元元素素第二章第二章 钢结构材料钢结构材料铁铁FeFe是钢材的根本元素，普通碳素钢中占是钢材的根本元素，普通碳素钢中占99%99%，此外还，此外还有碳有碳C C、硅、硅SiSi、锰、锰MnMn等有益元素，及硫等有益元素，及硫S S、磷磷P P、氧、氧O O、氮、氮N N等有害元素，这些总含量不大，等有害元素，这些总含量不大，约约1%1%，但对钢材力学性能却有很大影响。低合金钢中有，但对钢材力学性能却有很大影响。低合金钢中有5%5%的合金元素，如铜的合金元素，如铜(Cu)(Cu)、钒、钒(V)(V)、钛、钛(Ti)(Ti)、铌、铌(Nb)(Nb)、铬、铬(Cr)(Cr)等。等。第二章第二章

29、 钢结构材料钢结构材料碳碳C C：构成钢材强度的主要成分，随其含量添加，强：构成钢材强度的主要成分，随其含量添加，强度添加，塑性和韧性降低，可焊性和抗腐蚀性降低。度添加，塑性和韧性降低，可焊性和抗腐蚀性降低。碳素钢按碳含量区分，小于碳素钢按碳含量区分，小于0.250.25的为低碳钢，的为低碳钢，介于介于0.250.25和和0.60.6之间的为中碳钢，大于之间的为中碳钢，大于0.60.6的为高碳的为高碳钢。钢构造用钢中，碳含量普通控制在钢。钢构造用钢中，碳含量普通控制在0.22%0.22%以下，当其以下，当其含量在含量在0.20.2以下时，可焊性良好。以下时，可焊性良好。2.2.硫硫S S：钢材

30、中的有害元素，具有热脆性温度到达：钢材中的有害元素，具有热脆性温度到达800-1000800-1000时，硫化铁会熔化使钢材变脆，从而引发热裂时，硫化铁会熔化使钢材变脆，从而引发热裂纹。规范规定构造用钢中硫的含量不得超越纹。规范规定构造用钢中硫的含量不得超越0.05%0.05%。3.3.氧氧O O：有害杂质，与：有害杂质，与S S类似。类似。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料4.4.磷磷P P：磷在一定程度上可提高钢的强度和抗锈蚀的才干。钢：磷在一定程度上可提高钢的强度和抗锈蚀的才干。钢材中的有害元素，具有冷脆性温度较低时促使钢材变脆。因此，材中的有害元素，具有冷脆性温度较低时促使钢材变脆。因

31、此，磷的含量也要严厉控制，规范中规定不得超越磷的含量也要严厉控制，规范中规定不得超越0.045%0.045%。5.5.氮氮N N：有害杂质，与：有害杂质，与P P类似。类似。6.6.锰锰MnMn：有益元素。在普通碳素钢中，是一种弱脱氧剂，可提：有益元素。在普通碳素钢中，是一种弱脱氧剂，可提高钢材强度，与高钢材强度，与S S构成构成MnSMnS，熔点，熔点16001600，可以消除硫对钢材的热脆，可以消除硫对钢材的热脆影响。影响。7.7.硅硅SiSi：有益元素。在普通碳素钢中，是一种强脱氧剂，常与：有益元素。在普通碳素钢中，是一种强脱氧剂，常与锰共同除氧，生成镇静钢。锰共同除氧，生成镇静钢。8.

32、8.钒钒V V：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接构造。稳定性，适用于受荷较大的焊接构造。9.9.铜铜CuCu：提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有影响。：提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有影响。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.4.2 2.4.2 冶金缺陷的影响冶金缺陷的影响 1.1.偏析偏析 金属结晶后化学成分分布不均匀的景象。主要金属结晶后化学成分分布不均匀的景象。主要是硫、磷偏析，其后果是偏析区钢材的塑性、韧性、可焊是硫、磷偏析，其后果是偏析区钢材的塑性、韧性、可焊性变坏。性变坏。3.3.裂纹裂纹

33、 钢材中存在的微观裂纹。钢材中存在的微观裂纹。2.2.非金属夹杂非金属夹杂 指钢材中的非金属化合物，如硫化物、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。氧化物，他们使钢材性能变脆。4.4.气泡气泡 浇铸时由浇铸时由FeOFeO和和C C作用所生成的作用所生成的COCO气体不能充分逸气体不能充分逸出而滞留在钢锭那构成的微小空洞。出而滞留在钢锭那构成的微小空洞。5.5.分层分层 浇铸时的非金属夹杂在轧制后能够呵斥钢材的分层。浇铸时的非金属夹杂在轧制后能够呵斥钢材的分层。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.4.3 2.4.3 钢材的硬化钢材的硬化冷作硬化在冷加工或一次加载使钢材

34、产生较大的塑性变形的情况下，冷作硬化在冷加工或一次加载使钢材产生较大的塑性变形的情况下，卸载后再重新加载，钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低的景象卸载后再重新加载，钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低的景象 。时效硬化随着时间的添加，纯铁体中有一些数量极少的碳和氮的固熔时效硬化随着时间的添加，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，塑性和韧性下降的景象物质析出，使钢材的屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性下降的景象 。在交变荷载、反复荷载和温度变化等情况下，会加速时效硬化的开展。在交变荷载、反复荷载和温度变化等情况下，会加速时效硬化的开展。应变时效硬化钢材产生一定数量

35、的塑性变形后，铁素体晶体中的应变时效硬化钢材产生一定数量的塑性变形后，铁素体晶体中的固溶碳和氮更容易析出，从而使曾经冷作硬化的钢材又发生时效硬固溶碳和氮更容易析出，从而使曾经冷作硬化的钢材又发生时效硬化景象。化景象。在高温作用下会快速开展人工时效在高温作用下会快速开展人工时效 第二章第二章 钢结构材料钢结构材料 硬化对钢材性能的影响硬化对钢材性能的影响a)时效硬化及冷作硬化时效硬化及冷作硬化b)应变时效硬化应变时效硬化第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.4.4 2.4.4 应力集中的影响应力集中的影响 在钢构造构件中不可防止的存在着孔洞、槽口、凹角、裂痕、厚度变在钢构造构件中不可防止的存在着

36、孔洞、槽口、凹角、裂痕、厚度变化、外形变化和内部缺陷等，引起截面中的应力分布不均匀，出现部分顶化、外形变化和内部缺陷等，引起截面中的应力分布不均匀，出现部分顶峰应力的景象。应力集中景象。峰应力的景象。应力集中景象。应力集中景象应力集中景象l 有应力集中的钢材，材性变脆。有应力集中的钢材，材性变脆。l 应力集中处常产生三向的同号拉应力，易使钢材开裂时也没有明显的塑性变形。应力集中处常产生三向的同号拉应力，易使钢材开裂时也没有明显的塑性变形。l 应力集中对塑性良好的钢构造静力强度影响不大，但降低疲劳强度。应力集中对塑性良好的钢构造静力强度影响不大，但降低疲劳强度。2.4 2.4 各种要素对钢材的影

37、响各种要素对钢材的影响第二章第二章 钢结构材料钢结构材料不同槽口试件静力拉伸实验的应力不同槽口试件静力拉伸实验的应力应变曲线应变曲线 应力集中对应力集中对-曲线关系的影响曲线关系的影响 可以看出截面槽可以看出截面槽口改动愈急剧，应口改动愈急剧，应力集中景象愈厉害，力集中景象愈厉害，其抗拉强度愈高，其抗拉强度愈高，但塑性愈差，破坏但塑性愈差，破坏的脆性倾向愈大。的脆性倾向愈大。1020300.425100%(N/mm2)10测距10010100600700500400300200100第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.4.5 2.4.5 荷载类型的影响荷载类型的影响荷载可分为静力和动力两大类

38、荷载可分为静力和动力两大类1.1.加荷速度的影响加荷速度的影响 这是加载过程中出现的问题。加荷速度过快，构件来不及变这是加载过程中出现的问题。加荷速度过快，构件来不及变形，得到的屈服点也高，且呈脆性。特别在低温时对钢材性能的形，得到的屈服点也高，且呈脆性。特别在低温时对钢材性能的影响要比常温下大得多。影响要比常温下大得多。因此，实验时需规定加载速度；静力加载实验普通应加载因此，实验时需规定加载速度；静力加载实验普通应加载5 5分分钟后再读数据。钟后再读数据。2.2.循环荷载的影响循环荷载的影响 钢材在延续交变荷载作用下，会逐渐累积损伤，产生裂纹及钢材在延续交变荷载作用下，会逐渐累积损伤，产生裂

39、纹及裂纹逐渐扩展，直到最后破坏疲劳破坏。裂纹逐渐扩展，直到最后破坏疲劳破坏。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.4.6 2.4.6 温度的影响温度的影响正温范围：正温范围：T T升高升高1 1温度在温度在150150以内，钢材材以内，钢材材量变化很小，钢构造可用于温度量变化很小，钢构造可用于温度不高于不高于150150的场所。的场所。2 2温度在温度在250250左右的区间内，左右的区间内，fu fu 有部分性提高，冲击韧性降低，有部分性提高，冲击韧性降低，出现蓝脆景象。出现蓝脆景象。3 3当温度到达当温度到达600600时，钢材时，钢材进入热塑性形状，强度下降严重，进入热塑性形状，强度下降

40、严重，将丧失承载才干。将丧失承载才干。温度对钢材力学性能的影响温度对钢材力学性能的影响)/(2mmN(%)fufyE负温范围：负温范围：T T下降，随着温度的降低，钢材的强度提高，而塑性和韧下降，随着温度的降低，钢材的强度提高，而塑性和韧性降低，逐渐变脆，称为钢材的低温冷脆。钢材的冲击韧性对温度性降低，逐渐变脆，称为钢材的低温冷脆。钢材的冲击韧性对温度的降低非常敏感。的降低非常敏感。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料冲击韧性和温度关系表示图冲击韧性和温度关系表示图脆性破坏脆性破坏两种破两种破坏均有坏均有塑性破坏塑性破坏转变温转变温度区度区冲击断裂功冲击断裂功实验温度实验温度T1T0T21 1冲

41、击功曲线的反弯点冲击功曲线的反弯点T0T0称为临界温度。界限温度称为临界温度。界限温度T1T1和和T2T2分别为脆性转变温度分别为脆性转变温度和全塑性转变温度。和全塑性转变温度。2 2钢材由塑性破坏转变为钢材由塑性破坏转变为脆性破坏是在温度区间脆性破坏是在温度区间T1 T1 T2T2内完成的，此温度区间称为内完成的，此温度区间称为钢材的脆性转变温度区。钢材的脆性转变温度区。3 3在脆性转变温度以下，钢材表现为在脆性转变温度以下，钢材表现为完全的脆性破坏；而在全塑性转变温度以完全的脆性破坏；而在全塑性转变温度以上，钢材那么表现为完全的塑性破坏。上，钢材那么表现为完全的塑性破坏。4 4不同牌号和等

42、级的钢材具有不同的转变温度区和转变温度，均应经过实验来确定。不同牌号和等级的钢材具有不同的转变温度区和转变温度，均应经过实验来确定。在钢构造设计中，为了防止脆性破坏，选用钢材时应使其任务温度大于在钢构造设计中，为了防止脆性破坏，选用钢材时应使其任务温度大于T1,T1,接近接近T0T0。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.4.7 2.4.7 防止脆性断裂的方法防止脆性断裂的方法外因外因 钢材在构造和加工工程中引起的应力集中、低温影响、动力荷钢材在构造和加工工程中引起的应力集中、低温影响、动力荷 载的作用、冷作硬化和应变时效硬化等载的作用、冷作硬化和应变时效硬化等 内因内因 钢材的化学成分、组织

43、构造和缺陷等钢材的化学成分、组织构造和缺陷等(1(1合理的选用钢材合理的选用钢材;(2(2对于低温任务和受动力荷载的钢构造，应使所选钢材的脆性转变温度对于低温任务和受动力荷载的钢构造，应使所选钢材的脆性转变温度低于构造的任务温度低于构造的任务温度;(3)(3)尽量运用较薄的型钢和板材，使其具有良好的冲击韧性尽量运用较薄的型钢和板材，使其具有良好的冲击韧性;(4(4设计时构造的构造要合理，防止构件截面的忽然改动，使之能均匀、设计时构造的构造要合理，防止构件截面的忽然改动，使之能均匀、延续的传送应力，从而减小构件的应力集中。延续的传送应力，从而减小构件的应力集中。影响钢材出现脆性破坏的要素影响钢材

44、出现脆性破坏的要素合合 理理 设设 计计第二章第二章 钢结构材料钢结构材料正正 确确 制制 造造(1)(1)严厉按照设计要求进展制造，不得随意进展钢材代换，不得随严厉按照设计要求进展制造，不得随意进展钢材代换，不得随意将螺栓衔接该为焊接衔接，不得随意加大焊缝厚度。意将螺栓衔接该为焊接衔接，不得随意加大焊缝厚度。(2)(2)为了防止冷作硬化景象的发生，应采用钻孔或冲孔后再扩钻的为了防止冷作硬化景象的发生，应采用钻孔或冲孔后再扩钻的方法，以及对剪切边进展刨边。方法，以及对剪切边进展刨边。(3)(3)为了减少焊接剩余应力导致的应力集中，应该制定合理的焊接为了减少焊接剩余应力导致的应力集中，应该制定合

45、理的焊接工艺和技术措施，并由考试合格的焊工施焊，必要时可采用热处工艺和技术措施，并由考试合格的焊工施焊，必要时可采用热处置方法消除主要构件中的焊接剩余应力。置方法消除主要构件中的焊接剩余应力。(4)(4)焊接中不得在构件上恣意打火起弧，影响焊接的质量，应按照焊接中不得在构件上恣意打火起弧，影响焊接的质量，应按照规范的要求进展。规范的要求进展。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料合合 理理 使使 用用(1)(1)不得随意改动构造运用用途或超负荷运用构造。不得随意改动构造运用用途或超负荷运用构造。(2)(2)原设计在室温任务的构造，在冬季停产时要留意保暖。原设计在室温任务的构造，在冬季停产时要留意保

46、暖。(3)(3)不要在主要构造上恣意焊接或附加零件悬挂物。不要在主要构造上恣意焊接或附加零件悬挂物。(4)(4)防止因消费和运输不当对构造呵斥的撞击或机械损伤。防止因消费和运输不当对构造呵斥的撞击或机械损伤。(5)(5)平常对构造应留意检察和维护。平常对构造应留意检察和维护。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.6 2.6 建筑用钢种类、规格和选用建筑用钢种类、规格和选用2.6.1 2.6.1 建筑用钢的种类建筑用钢的种类种类种类特点特点碳素构造钢碳素构造钢用于构造的普通低碳钢用于构造的普通低碳钢低合金高强度构造钢低合金高强度构造钢普通低碳钢普通低碳钢+假设干种合金元素假设干种合金元素锰、钒等

47、，总量锰、钒等，总量5%5%优质碳素构造钢优质碳素构造钢有害元素少的碳素钢有害元素少的碳素钢+热处置热处置钢索钢索钢丝、平行钢丝索、钢绞线钢丝、平行钢丝索、钢绞线钢丝绳等钢丝绳等第二章第二章 钢结构材料钢结构材料钢的种类钢的种类第二章第二章 钢结构材料钢结构材料1 1碳素构造钢碳素构造钢GB/T700-1988GB/T700-1988Q275Q215Q255Q235规范引规范引荐荐提供提供fy、fu、保证以及冲击韧性、冷弯实验目保证以及冲击韧性、冷弯实验目的的化学成分化学成分C、Mn、Si、S、P保证保证供货供货含碳量、强度含碳量、强度塑性塑性特点特点Q195牌号牌号 碳素构造钢的牌号由代表屈

48、服点的字母碳素构造钢的牌号由代表屈服点的字母Q Q、屈服点厚、屈服点厚度度t16mm)t16mm)的数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四部的数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四部分按顺序组成。分按顺序组成。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料可可省省略略第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2 2低合金高强度构造钢低合金高强度构造钢(GB/T 1591-1994)(GB/T 1591-1994)Q460Q345规范引规范引荐荐Q420规范引规范引荐荐Q390规范引规范引荐荐提供提供fy、fu、保证以及冲击韧性、冷弯实验目保证以及冲击韧性、冷弯实验目的的化学成分化学成分C、Mn、Si、S、P、V、Ti

49、保证保证供货供货含碳量、强度含碳量、强度特点特点Q295牌号牌号塑性塑性 低合金高强度构造钢的牌号由代表屈服点的字母低合金高强度构造钢的牌号由代表屈服点的字母Q Q、屈、屈服点厚度服点厚度t16mm)t16mm)的数值、质量等级符号等三部分按顺的数值、质量等级符号等三部分按顺序组成。序组成。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料390420第二章第二章 钢结构材料钢结构材料3 3优质碳素构造钢优质碳素构造钢(GB/T 699-1988)(GB/T 699-1988)a)a)磷、硫等有害元素的含量均不大于磷、硫等有害元素的含量均不大于0.0350.035，对于其他缺，对于其他缺陷的限制也较严厉。陷的

50、限制也较严厉。b)b)主要用作制造冷拔高强钢丝、高强螺栓以及自攻螺钉等。主要用作制造冷拔高强钢丝、高强螺栓以及自攻螺钉等。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.6.2 2.6.2 钢材的规格钢材的规格1 1热轧钢板热轧钢板a)a)分为厚钢板、薄钢板和扁钢。分为厚钢板、薄钢板和扁钢。b)b)表示方法：在符号表示方法：在符号“-“-后加后加“宽度宽度厚度厚度长度长度 c)c)供应规格供应规格 单位：单位：mmmm 厚度厚度 宽度宽度 长度长度 厚钢板厚钢板4.5-60600-30004000-12000薄钢板薄钢板0.35-4500-1500500-4000扁钢扁钢4-6012-2003000-9

51、000热轧钢板、钢带热轧钢板、钢带热轧型钢焊接热轧型钢焊接冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢冷轧钢板、钢带冷轧钢板、钢带第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2 2热轧型钢热轧型钢角钢角钢工字钢工字钢槽钢槽钢H H型钢型钢T T型钢型钢钢管钢管等边角钢等边角钢不等边角钢不等边角钢角钢分类角钢分类型号或表示方法型号或表示方法最小规格最小规格最大规格最大规格长度长度等边角钢等边角钢L边长厚度边长厚度L203L20024400019000不等边角钢不等边角钢L长边短边厚度长边短边厚度L25163L20012518角钢规格角钢规格 (单位单位mm)mm)第二章第二章 钢结构材料钢结构材料工字钢分类工字钢分类型号或表

52、示方法型号或表示方法单位单位cm最小规格最小规格最大规格最大规格长度长度(m)普通工字钢普通工字钢I高度高度I10I63519轻型工字钢轻型工字钢QI高度高度QI10QI70工字钢规格工字钢规格槽钢规格槽钢规格其它几何参数查其它几何参数查P428附表附表8.5、8.6工字钢分类工字钢分类型号或表示方法型号或表示方法单位单位cm最小规格最小规格最大规格最大规格长度长度(m)普通槽钢普通槽钢高度高度540519轻型槽钢轻型槽钢Q高度高度Q5Q40其它几何参数查其它几何参数查P429附表附表8.7、8.8第二章第二章 钢结构材料钢结构材料H H型钢规格型钢规格H型钢分类型钢分类型号或表示方法型号或表

53、示方法单位单位mm最小规格最小规格最大规格最大规格长度长度(m)宽翼缘宽翼缘H型钢型钢HW高宽腹板高宽腹板厚翼缘厚厚翼缘厚HW10010068HW4004001321615中翼缘中翼缘H型钢型钢HM高宽腹板高宽腹板厚翼缘厚厚翼缘厚HM15010069HW6003001220窄翼缘窄翼缘H型钢型钢HN高宽腹板高宽腹板厚翼缘厚厚翼缘厚HN1005057HN7003001324高频焊接高频焊接H型钢型钢H高宽腹板厚高宽腹板厚翼缘厚翼缘厚H1005033H3501754.56612其它几何参数查其它几何参数查P431附表附表8.9第二章第二章 钢结构材料钢结构材料T T型钢规格型钢规格t钢管规格钢管规

54、格 H型钢分类型钢分类型号或表示方法型号或表示方法单位单位mm最小规格最小规格最大规格最大规格长度长度(m)宽翼缘宽翼缘T型钢型钢TW高宽高宽TW50100HW200400615中翼缘中翼缘T型钢型钢TM高宽高宽TM74100HW300300窄翼缘窄翼缘T型钢型钢TN高宽高宽TN5050HN350200钢管分类钢管分类型号或表示方法型号或表示方法单位单位mm最小规格最小规格最大规格最大规格长度长度(m)热轧无缝钢管热轧无缝钢管 直径壁厚直径壁厚 322.5 35116312电焊钢管电焊钢管直焊缝、螺旋焊缝直焊缝、螺旋焊缝 直径壁厚直径壁厚 322 1525.5其它几何参数查其它几何参数查P43

55、4附表附表8.10其它几何参数查其它几何参数查P436附表附表8.11、8.12第二章第二章 钢结构材料钢结构材料3 3冷弯薄壁型钢和压型钢板冷弯薄壁型钢和压型钢板冷弯薄壁型钢壁厚冷弯薄壁型钢壁厚1.5-6mm1.5-6mm和压型钢板和压型钢板壁厚壁厚0.4-1.6mm0.4-1.6mm，截面方式和尺寸均可按截面方式和尺寸均可按受力特点合理设计，能受力特点合理设计，能充分利用钢材的强度，充分利用钢材的强度，到达节约钢材的目的。到达节约钢材的目的。在国内外轻钢建筑构造在国内外轻钢建筑构造中被广泛运用。中被广泛运用。冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢压型钢板压型钢板几何参数查几何参数查6附表附表8.138.

56、20第二章第二章 钢结构材料钢结构材料压型钢板的运用压型钢板的运用第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.6.3 2.6.3 钢材的选择钢材的选择 选择钢材的原那么：选择钢材的原那么：平安可靠，满足运用要求，平安可靠，满足运用要求，经济合理。经济合理。为了保证承重构造的承载才干，为了保证承重构造的承载才干，防止出现脆性破坏，在选择钢材时防止出现脆性破坏，在选择钢材时应详细思索以下要素：应详细思索以下要素：构造或构件的重要性、荷载特征、构造或构件的重要性、荷载特征、衔接方式、任务环境、构造的应力衔接方式、任务环境、构造的应力形状、钢材的厚度。形状、钢材的厚度。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料思索

57、构造特点思索构造特点构造构造重要性重要性重要重要普通普通次要次要荷载荷载特征特征动载动载静载静载任务任务环境环境任务任务温度温度环境环境介质介质低温低温常温常温腐蚀性腐蚀性普通普通衔接衔接方式方式焊接焊接非焊接非焊接应力应力形状形状拉力拉力压力压力钢材钢材厚度厚度厚板厚板薄板薄板第二章第二章 钢结构材料钢结构材料表表2.6.8 2.6.8 国内外钢材牌号对应关系国内外钢材牌号对应关系中国中国美国美国日本日本欧盟欧盟英国英国俄罗斯俄罗斯澳大利亚澳大利亚Q235A36SS400 SM400 SN400Fe36040C235250 C250Q345A242 A441 A572-50 A588SM49

58、0 SN490Fe510 FeE35550B、C、DC345350C350Q39050FC390400Hd400Q420A572-60SA440B SA440CC440第二章第二章 钢结构材料钢结构材料2.6.4 2.6.4 钢材选择的建议钢材选择的建议1 1承重构造的钢材宜采用承重构造的钢材宜采用Q235Q235钢、钢、Q345Q345钢、钢、Q390Q390钢和钢和Q420Q420钢，其质量应分别符合国家规范钢，其质量应分别符合国家规范 GB/T700GB/T700和和 GB/T1591GB/T1591的规定。当采用其他牌号的钢的规定。当采用其他牌号的钢材时，应符合相应有关规范的规定和要求

59、。材时，应符合相应有关规范的规定和要求。2 2承重构造的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和承重构造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，对焊接构造尚具有含碳量的合格硫、磷含量的合格保证，对焊接构造尚具有含碳量的合格保证。保证。3 3对于需求验算疲劳的焊接构造和非焊接构造，应具有冲对于需求验算疲劳的焊接构造和非焊接构造，应具有冲击韧性的合格保证。表击韧性的合格保证。表2.6.62.6.6 第二章第二章 钢结构材料钢结构材料4 4重要的受拉或受弯的焊接构件中，厚度大于等于重要的受拉或受弯的焊接构件中，厚度大于等于16mm16mm的的钢材应具有常温冲击韧性合格的保证。钢材应具有常温冲击韧性合格的保证。5)5)当焊接构造为防止钢材的层状撕裂而采用当焊接构造为防止钢材的层状撕裂而采用Z Z向钢时，其材向钢时，其材质应符合现行国家规范质应符合现行国家规范 GB/T5313GB/T5313的规定。的规定。6)6)对于外露环境，且对大气腐蚀有特殊要求的或在腐蚀性对于外露环境，且对大气腐蚀有特殊要求的或在腐蚀性气态和固态介质作用下的承重构造，宜采用耐候钢，其质量气态和固态介质作用下的承重构造，宜采用耐候钢，其质量要求应符合现行国家规范要求应符合现行国家规范 GB/T4172GB/T4172的规定。的规定。本科教学本科教学