华中科技大学钢结构设计原理钢结构材料PPT课件

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1、 大 纲 要 求 : 1.了 解 钢 结 构 的 两 种 破 坏 形 式 ； 2.掌 握 结 构 用 钢 材 的 主 要 性 能 及 其 机 械 性 能 指 标 ；3.掌 握 影 响 钢 材 性 能 的 主 要 因 素 特 别 是 导 致 钢 材 变 脆 的 主 要 因 素 ；4.了 解 结 构 用 钢 材 的 种 类 、 牌 号 、 规 格 ；5.了 解 钢 材 选 择 的 依 据 ， 做 到 正 确 选 择 钢 材 ；6.掌 握 钢 材 疲 劳 的 概 念 和 疲 劳 计 算 方 法 。 一 基 本 要 求 ：1.较 高 的 抗 拉 强 度 fu和 屈 服 点 fy；2.较 好 的 塑 性

2、 、 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 。 2.1 钢 结 构 对 材 料 的 要 求 二 钢 材 的 组 织 构 造 和 铸 造 缺 陷铁素体+渗碳体珠光体缺陷：偏析,夹杂,气孔,缩孔,裂纹,晶粒带不均等如图为冷却速度不同造成的不同结晶带 1表面细晶粒层 2柱状晶粒区 3心部等轴晶粒区 2.2 钢材的破坏形式 一 、 塑 性 破 坏 破 坏 前 有 明 显 的 塑 性 变 形 ， 破 坏 过 程 长 ， 断 口 发 暗 ， 可 以采 取 补 救 措 施 。 二 、 脆 性 破 坏 坏 前 没 有 明

3、 显 的 变 形 和 征 兆 ， 破 坏 时 的 变 形 远 比 材 料 应 有的 变 形 能 力 小 ， 破 坏 突 然 ， 断 口 平 直 、 发 亮 呈 晶 粒 状 ， 无 机 会补 救 。 一 、 受 拉 、 受 压 、 受 弯 及 受 剪 时 的 性 能（ 一 ） 一 次 拉 伸 时 的 性 能 1.条 件 ： 标 准 试 件 （ GB22863） ， 常 温 （ 20 ） 下 缓 慢 加 载 ，一 次 完 成 。 含 碳 量 为 0.1% 0.3%。 标 准 试 件 ： lo/d=5、 10； lo-标 距 ； d -直 径 2.3 钢 材 的 主 要 性 能Lod 2.阶 段 划

4、 分A.有 屈 服 点 钢 材 - 曲 线 可 以 分 为 五 个 阶 段 ： (1)弹 性 阶 段 (OB段 )OA段 材 料 处 于 纯 弹 性 ,A对应 比 例 极 限 EAB段 有 一 定 的塑 性 变 形 , 但整 个 OB段 卸 载时 ， =0；E=206 10 3N/mm2 u OA EBC DA Ey （2） 弹 塑 性 阶 段 （ BC) 该 段 很 短 ,表 现 出 钢 材 的 非 弹 性 性 质 ; B屈 服 上 限 ; C屈 服 下 限 (屈 服 点 强 度 )（ 3） 塑 性 阶 段 （ CD) 该 段 基 本 保 持 不 变 （ 水 平 ), 急 剧 增 大 ,称

5、为 屈 服 台 阶 或 流 幅 段 ,变 形 模 量 E = 0 u OA EBC DA Ey （ 4） 强 化 阶 段 (DE段 )极 限 抗 拉 强 度 fu（ 5） 颈 缩 阶 段 (EF段 )随 荷 载 的 增 加 缓 慢 增 大 ,但 增 加 较 快 u OA EBC DA Ey B.对 无 明 显 屈 服 点 的 钢 材 该 种 钢 材 在 拉 伸 过 程 中 没 有 屈 服 阶 段 ， 塑 性 变 形 小 ， 破坏 突 然 。 设 计 时 取 相 当 于 残 余 变 形 为 0.2% 时 所 对 应 的 应 力 作 为 屈 服 点 条 件 屈服 点 3.应 力 应 变 曲 线 的

6、 简 化 1)fy与 比 例 极 限 fp相 差 很 小 ；2)超 过 fy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 。 （ 1） 钢 材 可 以 简 化 为 理 想 弹 塑 性 体2.5%-3%fy 00.15% （ 2） 钢 材 在 静 载 作 用 下 ： 强 度 计 算 以 fy为 依 据 ;fu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 变 形 ， 可 及 时 补 救 ， 故 几 乎

7、不 可 能 发 生 。 O 0.15% 22%fufy fu-fy 4.单 向 拉 伸 时 钢 材 的 机 械 性 能 指 标 （ 1） 屈 服 点 fy-应 力 应 变 曲 线 开 始 产 生 塑 性 流 动 时 对 应 的 应 力 ，它 是 衡 量 钢 材 的 承 载 能 力 和 确 定 钢 材 强 度 设 计 值 的 重 要 指 标 。（ 2） 抗 拉 强 度 fu-应 力 应 变 曲 线 最 高 点 对 应 的 应 力 ， 它 是 钢 材 最大 的 抗 拉 强 度 。 LodN NN Ld N（ 3） 伸 长 率 )12(%1000 0 l ll )22(%1000 10 A AA（4

8、）断面收缩率它 是 衡 量 钢 材 塑 性 应 变 能 力 的 重 要 指 标 。当 l0/d=5时 ， 用 5表 示 ， 当 l0/d=10时 ， 用 10表 示 。 A0A1 同 单 向 拉 伸 时 的 性 能 ， 屈 服 点 也 相 差 不 多 。（ 二 ） 受 压 时 的 性 能 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（ 四 ） 受 剪 时 的 性 能 231079)32(3 mmNGff yvy 抗 剪 强 度 可 由 折 算 应 力 计 算 公 式 得 到 ： 二 、 冷 弯 性 能 衡 量 钢

9、材 塑 性 性 能和 质 量 优 劣 及 可 焊性 的 综 合 指 标 。 ad d+2.1a 三 、 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 。 (a)梅 氏 U型 缺 口 (b)夏 比 V型 缺 口 （ 单 位 ：mm） 由 试 件 断 裂 吸 收 的 能 量 Cv来 衡 钢 材 的 冲 击 韧 性 ， 单 位 ： J(N*m)。 Cv受 温 度 的 影 响 冲 击 韧 性 试 验 装 置 钢 材 的

10、机 械 性 能 指 标1、 屈 服 点 fy；2、 伸 长 率 ；3、 抗 拉 强 度 fu；4、 冷 弯 试 验 ；5、 冲 击 韧 性 Cv (包 括 常 温 冲 击 韧 性 、 0度 时 冲 击 韧 性 负 温 冲 击 韧 性 ） 。小 结 一 、 化 学 成 分 的 影 响 普 通 碳 素 钢 中 Fe占 99%， 其 他 杂 质 元 素 占 1%； 普 通 低 合 金 钢 中 合 金 元 素 5%。 1. 碳 （ C） ： 钢 材 强 度 的 主 要 来 源 ， 随 其 含 量 增 加 ， 强 度 增 加 ， 塑 性降 低 ， 可 焊 性 降 低 ， 抗 腐 蚀 性 降 低 。 一

11、般 控 制 在 0.22%以 下 ， 在 0.2 以 下 时 ， 可 焊 性 良 好 。 2.4 各 种 因 素 对 钢 材 性 能 的 影 响 2.硫 （ S） ： 有 害 元 素 ， 热 脆 性 。 不 得 超 过 0.05%。 3.磷 （ P） ： 有 害 元 素 ， 冷 脆 性 。 抗 腐 蚀 能 力 略 有 提 高 ， 塑 韧 性 可 焊性 降 低 。 不 得 超 过 0.045%。 4.锰 （ Mn） ： 合 金 元 素 ,弱 脱 氧 硫 剂 。 与 S形 成 MnS， 熔 点 1600 ， 可以 消 除 一 部 分 S,O的 有 害 作 用 。 5.硅 （ Si） ： 合 金 元

12、 素 。 强 脱 氧 剂 ,生 热 慢 冷 镇 静 钢 6.钒 （ V） ： 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 结 构 。 7.氧 （ O） ： 有 害 杂 质 ， 与 S相 似 。8.氮 （ N） ： 有 害 杂 质 ， 与 P相 似 。9.铜 铬 镍 ： 形 成 保 护 层 提 高 抗 锈 蚀 性 ， 提 高 强 度 ， 对 可 焊 性 有 影 响 。10 氢 ： 有 害 ， 氢 脆 （ 薄 弱 处 富 集 产 生 内 压 力 裂 纹 ， 形 成 氢 白 点 ）二 冶 炼 及 轧

13、 制 的 影 响冶 炼 中 产 生 的 冶 金 缺 陷 有 ：偏 析 （ 化 学 成 分 分 布 不 均 程 度 ） 非 金 属 夹 杂 ,气 孔 ,裂 纹 等 。轧 制 影 响 : 1 厚 钢 板 4.5mm 薄 钢 板 0.254mm泡 纹 焊 合 晶 细 ， 故 设 计 强 度 按 厚 度 分 级 ；2 出 现 分 层 ： 夹 杂 被 压 成 薄 片 （ 对 粗 轧 的 厚 板 ,无 法 焊 合 ） 使 得 沿 轧 向 好 于 垂 轧 向 好 于 厚 度 向 。 P21图 冶 炼 影 响 :按 脱 氧 脱 硫 程 度 分 为 镇 静 钢 ， 半 镇 静 钢 ,沸 腾 钢 三 、 钢 材

14、硬 化 及 热 处 理 的 影 响 冷 作 硬 化 当 荷 载 超 过 材 料 比 例 极 限 卸 载 后 ， 出 现 残 余 变 形 ， 再 次 加 载 则 比例 极 限 （ 或 屈 服 点 ） 提 高 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 。 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 . 人 工 时 效 10 塑 变 ， 加 热

15、至 250度 ， 保 温 1小 时 后 再 作 试 验 ， 来 判 断 硬 化 性能 :即 能 否 用 于 易 脆 性 破 坏 处 。 热 处 理 ： 退 火 ,正 火 ,淬 火 ,回 火 p21 四 、 温 度 影 响 1 正 温 范 围 200 以 内 对 钢 材 性 能 无 大 影响 ， 该 范 围 内 随 温 度 升 高 总 的趋 势 是 强 度 、 弹 性 模 量 降 低 ，塑 性 增 大 。800600400 2000N/mm2 Efu fy200 400 600温 度 对 钢 材 机 械 性 能 的 影 响 20406080% 220210200190180170160Ex103

16、T(0C) 250 左 右 抗 拉 强 度 略 有 提 高 ， 塑 性 降 低 ， 脆 性 增 加 兰 脆 现 象 ， 该 温 度 区 段 称 为 “ 兰 脆 区 ” 。 260 320 产 生 徐 变 现 象 。 600 左 右 弹 性 模 量 趋 于 零 ， 承 载 能 力 几 乎 完 全 丧 失 。 当 温 度 低 于 常 温 时 ，钢 材 的 脆 性 倾 向 随 温 度 降低 而 增 加 ， 材 料 强 度 略 有提 高 ， 但 其 塑 性 和 韧 性 降低 ， 该 现 象 称 为 低 稳 冷 脆 。2 负 温 范 围 脆 性 破 坏 转 变 过 渡 区 段 塑 性 破 坏反 弯 点

17、试 验 温 度 T 0C冲击断裂功Cv T1 T2T0冲 击 韧 性 与 温 度 的 关 系 曲 线 五 、 应 力 集 中 的 影 响1.应 力 集 中 的 概 念 构 件 表 面 不 平 整 ， 有 刻 槽 、 缺 口 ， 厚 度 突 变 时 ， 应 力 不 均 匀 ，力 线 变 曲 折 ， 缺 陷 处 有 高 峰 应 力 易 导 致 脆 性 破 坏 的 现 象 称为 应 力 集 中 。 2.应 力 集 中 的 影 响 3.减 小 应 力 集 中 现 象 的 措 施 1:2.5 由 于 钢 材 具 有 良 好 的 塑 性 性 能 ， 当 承 受 静 力 荷 载 且 在 常 温 下 工 作时

18、 ， 只 要 符 合 规 范 规 定 的 设 计 要 求 ， 可 以 不 考 虑 应 力 集 中 的 影 响 。 六 、 焊 接 残 余 应 力 的 影 响 残 余 应 力 影 响 : 对 强 度 无 影 响 ,对 刚 度 下 降 ,对 压 杆 弱 轴 有 影 响 , 对 低 温 加 速 冷 脆 ,对 疲 劳 残 拉 坏 残 压 好 2.5 复 杂 应 力 作 用 下 钢 材 的 屈 服 条 件 假 定 ： ） 材 料 由 弹 性 转 入 塑 性 的 强 度 指 标 用 变 形 时 单 位 体 积 中 积 聚 的能 量 来 表 达 ； ） 当 复 杂 应 力 状 态 下 变 形 能 等 于 单

19、 轴 受 力 时 的 变 形 能 时 ， 钢 材即 由 弹 性 转 入 塑 性 。 o x z y yz yx xy xz zy zxZX Y单 元 体 受 复 杂 应 力（ 应 力 分 量 ） 1 1 2 2 3 3 单 元 体 受 主 应 力 )52()()()(21 213232221 yred f )42()(3)( 222222 yzxyzxyxzzyyxzyxred f1.以 应 力 分 量 表 示2.以 主 应 力 表 示f yred 材 料 处 于 弹 性 状 态f yred 材 料 处 于 塑 性 状 态 讨 论 ： （ 1） 三 向 受 压 时 (静 水 压 力 ) 理论上

20、不 破 坏 ;（ 2） 三 向 受 拉 时 一 定 破 坏 ; 由 于 三 向 受 拉 限 制 了 材 料 的 塑 性 发 展 ， 材 料 要 发 生 脆 性 破坏 。 能 量 理 论 所 得 的 公 式 只 适 用 于 塑 性 明 显 的 材 料 ， 因 此 形 式上 的 不 破 坏 与 实 际 的 脆 性 破 坏 是 不 矛 盾 ,只 是 实 际 的 脆 性 破 坏 不再 符 合 能 量 理 论 的 基 本 假 定 。 图 示 简 支 梁 1-1截 面 腹 板 与 翼 缘 交 界 A点 的 应 力1-1 x yA对 于 薄 板 ， 厚 度 方 向 的 应 力 很 小 ， 为 平 面 受 力

21、 状 态 。 )62(3 222 yxyyxyxred f PP MM11A XVY 一 般 均 布 荷 载 梁 只 存 在 正 应 力 和 剪 应 力 ， 则 ：2-2 xA )72(3 22 yxyxred f VM22 AY X q 3-3 APMVP44Y X M 3-3 截 面 弯 矩 最 大 ； 4 4截 面 仅 有 剪 力 ， 弯 矩 、 局 部 压 力 均 为 零 ， 故该 截 面 除 剪 应 力 外 ， 正 应 力 均 为 零 ， 即 为 纯 剪 状 态 。 )82(58.03 vyyy fffyred f 3 一 、 概 念1、 循 环 荷 载 结 构 或 构 件 承 受

22、的 随 时 间 变 化 的 荷 载 。PP 11 A 1-1A 2.6 钢 材 的 疲 劳 （ 1） 应 力 循 环（ 2） 应 力 循 环 特 征 应 力 比 )92(maxmin )102(1 -构 件 截 面 应 力 随 时 间 的 变 化 。（ 3） 应 力 幅 - )112( minmax 在 循 环 荷 载 作 用 下 ， 应 力 从 最 大 到 最 小 重 复 一 次 为 一 次 循 环 ， 最 大应 力 与 最 小 应 力 之 差 为 应 力 幅 :为 常 量常 幅 循 环 ： 为 变 量变 幅 循 环 ： +- t (b)脉 冲 循 环(a)完 全 对 称 循 环(c)不 完

23、 全 对 称 循 环 (d)不 完 全 对 称 循 环 2.钢 材 的 疲 劳 在 连 续 交 变 荷 载 作 用 下 ， 钢 材 内 部 结 构 及 应 力 的 非 均 匀 性 导 致 裂 纹 扩 展 ,使 钢 材 在 尚 未 达 到 极 限 强 度 甚 至 低 于 屈 服 点 时 ， 发 生 突 然 的 脆 性 破 坏 的 现 象 。3.疲 劳 破 坏 的 机 理 疲 劳 破 坏 是 积 累 损 伤 的 结 果 。缺 陷 微 观 裂 纹 宏 观 裂 纹 。4.疲 劳 破 坏 的 特 征属 于 脆 性 破 坏 ， 截 面 平 均 应 力 小 于 屈 服 点 。 5.影 响 钢 材 疲 劳 的

24、 主 要 因 素（ 1） 构 件 和 连 接 的 分 类 切 割 ， 轧 制 边 ）残 余 应 力 （ 焊 接 ， 火 焰应 力 集 中构 造 缺 陷材 料 内 部 缺 陷缺 陷 规 范 将 构 件 和 连 接 的 种 类 分 为 8类 ， 第 1类 为 轧 制 的 型 钢 （ 残 余 应力 小 ） 疲 劳 强 度 最 高 ； 第 8类 为 角 焊 缝 应 力 集 中 最 严 重 （ 应 力 集 中 系 数最 大 ） 疲 劳 强 度 最 低 。 详 见 钢 结 构 设 计 规 范 “ 疲 劳 计 算 的 构 件 和 连 接分 类 （ 附 录 E） ” 。 ff yy / 焊 缝 附 近 主 体

25、 金 属 的真 实 应 力 比 ：真 实 应 力 比 与 名 义 应 力 比 不 同 ， 应 力 幅 是 关 键 ： min yf（ 2） 应 力 幅 （ ） 和 应 力 循 环 特 征 （ 应 力 比 ）A. 对于焊接结构： f yf yf yf y f yf y 结论：对焊接结构来讲，应 力 幅 对 焊 接 结 构 的 疲 劳 强 度 有 很 大 影 响 ， 而 与名 义 最 大 应 力 max和 名 义 应 力 比 无 关 。 B. 对 于 非 焊 接 结 构 和 轧 制 钢 材 在 循 环 次 数 N一 定 的 情 况 下 ， 根 据 试 验 资 料 可 以 绘 出 N次 循 环 的

26、疲 劳图 ( max和 min关 系 曲 线 )。 而 当 应 力 比 不 同 时 ， 疲 劳 图 的 形 态 不 同 。因 此 对 于 非 焊 接 结 构 和 轧 制 钢 材 ， 疲 劳 强 度 与 最 大 应 力 、 应 力 比 、 循 环 次数 和 缺 口 效 应 （ 构 造 类 型 的 应 力 集 中 情 况 ） 有 关 。 但 为 了 与 焊 接 结 构在 形 式 上 统 一 ， 仍 然 用 “ 应 力 幅 ” 的 形 式 表 达 ： 即 ： 折 算 应 力 幅 。)122(7.0 minmax （ 3） 应 力 循 环 次 数 N（ 疲 劳 寿 命 ）应 力 循 环 次 数 N5

27、10 4， 不 需 要 进 行 疲 劳 计 算 。 应 力 幅 越 低 ， 作 用 循 环 次 数 越 多 ，疲 劳 寿 命 越 高 ； 应 力 幅 相 同 ， 作 用 的 循 环 次 数 越多 ， 疲 劳 寿 命 越 高 。0 NX10 5 1 N1 2 N2 b fy 1 2 3 4 5 6 由 试 验 结 果 ， 以 及 上 述 分 析 可 知 钢 材 的 疲 劳 强 度 主 要 与 构 件 和 连 接 分 类（ 内 部 缺 陷 、 应 力 集 中 、 残 余 应 力 ） 、 应 力 循 环 次 数 和 应 力 幅 有 关 。 焊 接 部 位 的 疲 劳 强 度 与 钢 材 的 静 力

28、强 度 (屈 服 点 fy)基 本 无 关 。 对 于 只 有 压 应 力 的 应 力 循 环 作 用 ， 由 于 钢 材 内 部 缺 陷 不 易 开 展 ， 则 不 会 发 生 疲 劳 破 坏 ， 不 必 进 行 疲 劳 计 算 。其 他 不 必 验 算 疲 劳 的 情 况 还 有 ： 高 温 ， 地 震 荷 载 ， 非 直 接 动 载 二 、 疲 劳 强 度 计 算（ 一 ） 常 幅 疲 劳 根 据 试 验 数 据 可 以 绘 出 构 件 或 连 接 的 应 力 幅 与 相 应 的 致 损 循 环 次 数 N的 关 系 曲 线 ， 按 试 验 数 据 回归 的 -N曲 线 为 平 均 曲

29、线 (图 a)， 取 对 数 坐 标 (图 b)。1.容 许 应 力 幅 由 于 现 阶 段 对 钢 材 发 生 疲 劳 破 坏 尚 处 于 进 一 步 研 究 阶 段 ， 按 概 率 极 限状 态 计 算 疲 劳 强 度 还 不 成 熟 ， 故 采 用 容 许 应 力 幅 的 计 算 方 法 。 -N曲 线(a)0 N )142()lg(lg 1 bN式 中 ： -直 线 对 纵 坐 标 的 斜 率 ； b1-直 线 在 横 轴 坐 标 上 的 截 距 ； N-循 环 次 数 。 (b)0 NlgN=5 104 N=5X106lg . . . . . . . . . b1 考 虑 试 验 数

30、 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 lg 为 正 态 分 布 时 ， 可 满 足 保 证 率 为 97.7%。 下 限 值 的直 线 方 程 为 ： )lg(2)lg(lg 21 bsbN 可 以 推 出 容 许 应 力 幅 ： )172( 1 NC式 中 ： 系 数 、 c-根 据 钢 结 构 设 计 规 范 “ 疲 劳 计 算 的 构件 和 连 接 分 类 ” 查 表 得 到 。2S 2S(b)0 NlgN=5 104 N=5X106lg . . . . . . . . . b1 )162(10 2 Cb取

31、 2.疲 劳 强 度 计 算 )182( 式 中 ： -计 算 部 位 的 应 力 幅 ； 对 于 焊 接 部 位 : = max- min； 对 于 其 他 部 位 ： = max-0.7 min(计 算 应 力 幅 ） 。 max、 min-计 算 部 位 每 次 应 力 循 环 中 的 最 大 拉 应 力 和 最 小 拉 应 力 或 压 应 力 （ 取 负 值 ） 。说 明 ： 1） 计 算 时 用 荷 载 的 标 准 值 ； 2） 由 于 来 源 于 试 验 ， 已 考 虑 动 力 效 应 ， 计 算 时 不 再 考 虑 动 力 系 数 ； （ 二 ） 吊 车 欠 载 效 应 系 数

32、(简 化 变 幅 为 常 幅 )max min 0 t )192( 6102 nf 欠 载 效 应 系 数 。 重 级 工 作 制 硬 钩 吊 车 1.0； 重 级 工 作 制 软 钩 吊 车0.8； 中 级 工 作 制 吊 车 0.5。 f -循 环 次 数 N=2X106 的 容 许 应 力 幅 。6102 n式 中 ： 对 于 吊 车 梁 ， 按 下 式 计 算 其 疲 劳 强 度 ： 一 、 钢 的 种 类 1、 碳 素 结 构 钢 （ GB/T 700-88） -低 碳 钢 牌 号 Q235-质 量 等 级 （ A、 B、 C、 D特 ） 浇 注 方 法 （ F、 Z、 b,Tz）

33、A-保 证 fu、 fy、 ， P、 S含 量 B-保 证 fu,fy, ,冷 弯 ， 常 温 时 Cv， P， S， C含 量 ； C-保 证 fu,fy, ,冷 弯 ,0oC时 Cv， P， S， C含 量 ; D-保 证 f u,fy, ,冷 弯 ,-20oC时 Cv， P， S， C含 量 ; 2.7 钢 材 的 种 类 和 规 格 2.低 合 金 钢 (GB/T 1591-94)GB/T 1591-94Q295Q390Q345Q420 相应的钢材品种（GB/T 1591-94)09Mn、09Mnb、09Mn2、12Mn12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb15Mn

34、V、15MnTi、16MnNb15MnVN、14MnTiRE 低 合 金 钢 的 质 量 等 级 分 A、 B、 C(C及 C以 上 为 特 级 )、 D、 E， 其 中 E主 要 是 要 求 -400 C 的 冲 击 韧 性 。3.标 注 法 ： 按 Q235-B.F例 ； 屈 服 强 度 类 别 ， 级 别 (钢 号 )， 浇 注 法 二 、 钢 材 的 选 择（一 ） 选 择 钢 材 的 原 则1 结 构 或 构 件 的 重 要 性 ； 2 荷 载 情 况 （ 静 力 荷 载 ， 动 力 荷 载 ） ； 静 力 荷 载 作 用 下 可 选 择 经 济 性 较 好 的 Q235钢 材 。

35、动 力 荷 载 作 用 下 应 选 择 综 合 性 能 较 好 钢 材 。3 连 接 方 法 （ 焊 接 连 接 、 螺 栓 连 接 ） ； 焊 接 结 构 对 材 质 的 要 求 严 格 ， 应 严 格 控 制 C、 S、 P的 极 限 含 量 ； 非 焊 接 结 构 对 C的要 求 可 降 低 一 些 。4 结 构 所 处 的 工 作 条 件 （ 环 境 温 度 ， 腐 蚀 等 ） ； 低 温 下 工 作 的 结 构 应 选 择 低 温 脆 断 性 能 好 的 镇 定 钢5. 钢 材 的 厚 度 。 厚 度 大 的 焊 接 结 构 应 采 用 材 质 较 好 的 钢 材 。6 主 结 构

36、尽 量 使 用 单 一 钢 种 以 便 于 工 程 管 理 （ 二 ） 钢 材 选 择 建 议1、 承 重 结 构 的 钢 材 宜 采 用 Q235钢 、 Q345钢 、 Q390钢 和 Q420钢 ， 其 质 量应 分 别 符 合 国 家 标 准 碳 素 结 构 钢 GB/T700和 低 合 金 高 强 度 结 构 钢 GB/T1591的 规 定 。 当 采 用 其 他 牌 号 的 钢 材 时 ， 尚 符 合 相 应 有 关 标 准 的规 定 和 要 求 。 2、 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

37、 证 ， 对 焊 接 结 构 尚 具 有 含 碳 量 的 合 格 保 证 。 3、 对 于 需 要 验 算 疲 劳 的 焊 接 结 构 ， 应 具 有 常 温 冲 击 韧 性 的 合 格 保 证 ；当 结 构 工 作 温 度 等 于 或 低 于 0 但 高 于 20 时 ， Q235钢 和 Q345钢 应 具有 0 冲 击 韧 性 合 格 的 保 证 ； 对 于 Q390钢 和 Q420钢 应 具 有 20 冲 击 韧性 的 合 格 保 证 。 当 结 构 工 作 温 度 等 于 或 低 于 20 时 ， 对 Q235钢 和 Q345钢 应 具 有 20 冲 击 韧 性 的 合 格 保 证 ；

38、 对 Q390和 Q420钢 应 具 有 40 冲击 韧 性 的 合 格 保 证 。 4、 对 于 需 要 验 算 疲 劳 的 非 焊 接 结 构 的 钢 材 亦 应 具 有 常 温 冲 击 韧 性 的 合格 保 证 ， 当 结 构 工 作 温 度 等 于 或 低 于 20 时 ， 对 Q235钢 和 Q345钢 应 具有 0 冲 击 韧 性 合 格 的 保 证 ； 对 Q390钢 和 Q420钢 应 具 有 20 冲 击 韧 性的 合 格 保 证 。5、 重 要 的 受 拉 或 受 弯 的 焊 接 构 件 中 ， 厚 度 大 于 等 于 16mm的 钢 材 应 具 有常 温 冲 击 韧 性

39、合 格 的 保 证 ， 对 于 低 合 金 钢 用 碳 当 量 来 保 证 可 焊 性 。 7、 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 结 构 ， 宜 采 用 耐 候 钢 ， 其 质 量 要 求 应 符 合 现 行 国 家 标准 焊 接 耐 候 钢 GB/T4172的 规 定 。 6、 钢 板 的 抗 撕 裂 性 能 采 用 厚 度 方 向 的 断 面 收 缩 率 z来 评 定 。 该 标 准 将沿 厚 度 方 向 的 断 面 收 缩 率 分 为 三 个 等 级 ， 即 Z15， Z25

40、， Z35， 分 别 对 应其 允 许 值 。 三 、 钢 材 的 规 格 热 轧 成 型 的 钢 板 和 型 钢 ， 冷 弯 （ 或 冷 压 ） 成 型 的 薄 壁 型 钢 。（ 一 ） 热 轧 钢 板 （ 表 示 方 法 宽 厚 度 长 度 ）分 为 :厚 板 （ 厚 度 4.5-60mm)薄 板 （ 厚 度 0.25-4mm)扁 钢 ： 厚 度 4-60mm， 宽 度 20-200mm。 (二 ） 热 轧 型 钢1.工 字 钢2.槽 钢工 字 钢 根 据 截 面 高 度 h及 厚 度分 类 a(或 b、 c)槽 钢 根 据 截 面 高 度 h及 厚 度 分类 a(或 b、 c) 3.角

41、钢 肢 宽 度 肢 厚 度 等 肢 角 钢 长 肢 宽 度 短 肢 宽 度 肢 厚 度 不 等 肢 角 钢 4.H型 钢分 为 ：宽 翼 缘 HW、 中 翼 缘 HM、 窄 翼 缘 HN b ht1t2表 示 方 法 ： H高 度 宽 度 腹 板 厚 度 翼 缘 厚 度如 ： Hhbt1t25.钢 管 t D表 示 方 法 ： 外 径 壁 厚分 为 无 缝 管 和 焊 接 管 （ 三 ） 冷 弯 薄 壁 型 钢 壁 厚 1.55mm 压 型 钢 板 壁 厚 0.41.5mm 与Q235钢（fy=235255n/mm2）相当的国外钢材： （A36）美国，43A、43B（英国）， St37（德国）

42、， SM41（日本）， Fe360（ISO）等。与Q345钢、Q390钢和Q420钢相当的国外钢种为： A242，A440，A441（美国）； 50AD，55CE（英国） St52，St70（德国）； SM50，SM53，SM58（日本）。 一 基 本 要 求 ：1.较 高 的 抗 拉 强 度 fu和 屈 服 点 fy；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 。 2.1 钢 结 构 对 材 料 的 要 求 冲 击 韧 性 试 验 装 置 钢 材 的 机 械 性 能 指 标1、 屈

43、 服 点 fy；2、 伸 长 率 ；3、 抗 拉 强 度 fu；4、 冷 弯 试 验 ；5、 冲 击 韧 性 Cv (包 括 常 温 冲 击 韧 性 、 0度 时 冲 击 韧 性 负 温 冲 击 韧 性 ） 。小 结 一 般 均 布 荷 载 梁 只 存 在 正 应 力 和 剪 应 力 ， 则 ：2-2 xA )72(3 22 yxyxred f VM22 AY X q 一 、 概 念1、 循 环 荷 载 结 构 或 构 件 承 受 的 随 时 间 变 化 的 荷 载 。PP 11 A 1-1A 2.6 钢 材 的 疲 劳 考 虑 试 验 数 据 的 离 散 性 ， 取 平 均 值 减 去 2倍

44、 lgN的 标 准 差 s 作 为 疲 劳强 度 下 限 ， 当 lg 为 正 态 分 布 时 ， 可 满 足 保 证 率 为 97.7%。 下 限 值 的直 线 方 程 为 ： )lg(2)lg(lg 21 bsbN 可 以 推 出 容 许 应 力 幅 ： )172( 1 NC式 中 ： 系 数 、 c-根 据 钢 结 构 设 计 规 范 “ 疲 劳 计 算 的 构件 和 连 接 分 类 ” 查 表 得 到 。2S 2S(b)0 NlgN=5 104 N=5X106lg . . . . . . . . . b1 )162(10 2 Cb取 2.低 合 金 钢 (GB/T 1591-94)GB

45、/T 1591-94Q295Q390Q345Q420 相应的钢材品种（GB/T 1591-94)09Mn、09Mnb、09Mn2、12Mn12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb15MnV、15MnTi、16MnNb15MnVN、14MnTiRE 低 合 金 钢 的 质 量 等 级 分 A、 B、 C(C及 C以 上 为 特 级 )、 D、 E， 其 中 E主 要 是 要 求 -400 C 的 冲 击 韧 性 。3.标 注 法 ： 按 Q235-B.F例 ； 屈 服 强 度 类 别 ， 级 别 (钢 号 )， 浇 注 法 3、 对 于 需 要 验 算 疲 劳 的 焊 接 结 构 ， 应 具 有 常 温 冲 击 韧 性 的 合 格 保 证 ；当 结 构 工 作 温 度 等 于 或 低 于 0 但 高 于 20 时 ， Q235钢 和 Q345钢 应 具有 0 冲 击 韧 性 合 格 的 保 证 ； 对 于 Q390钢 和 Q420钢 应 具 有 20 冲 击 韧性 的 合 格 保 证 。 当 结 构 工 作 温 度 等 于 或 低 于 20 时 ， 对 Q235钢 和 Q345钢 应 具 有 20 冲 击 韧 性 的 合 格 保 证 ； 对 Q390和 Q420钢 应 具 有 40 冲击 韧 性 的 合 格 保 证 。