1、本科教學本科教學 第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼 結(jié) 構(gòu)北京工業(yè)大學 建筑工程學院 何永發(fā)第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪第第2 2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2.1 2.1 鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求（1 1） 較高的強度較高的強度(2(2） 足夠的變形能力足夠的變形能力良好塑性和韌性良好塑性和韌性（3 3） 良好的加工性能良好的加工性能適應(yīng)冷、熱加工，可焊性好適應(yīng)冷、熱加工，可焊性好（4 4） 對環(huán)境的良

2、好適應(yīng)性對環(huán)境的良好適應(yīng)性耐腐蝕、耐火、耐疲勞耐腐蝕、耐火、耐疲勞 鋼結(jié)構(gòu)的材料關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)的計算理論，同時對鋼結(jié)構(gòu)的制造、安裝、使用、造價、安全等均有直接聯(lián)系。本章簡要介紹鋼材的生產(chǎn)過程和組織構(gòu)成，重點介紹鋼材的主要性能以及各種因素對鋼材性能的影響；鋼材的種類、規(guī)格及選擇原則。強度強度材料抵材料抵抗外力作用時不抗外力作用時不致破壞的能力。致破壞的能力。2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪 Chapter 2 Material of Steel Structure2.2 2.2 鋼材的生產(chǎn)鋼材的生產(chǎn)鋼材的生產(chǎn)大致分為鋼材的生產(chǎn)大致分為煉鐵煉鐵、煉鋼煉

3、鋼和和軋制軋制三道工序。三道工序。電爐鋼電爐鋼是利用電熱原理，在電弧爐內(nèi)冶煉。（質(zhì)量好，但耗電是利用電熱原理，在電弧爐內(nèi)冶煉。（質(zhì)量好，但耗電量大，成本高，一般只用來冶煉特種用途的鋼材。）量大，成本高，一般只用來冶煉特種用途的鋼材。） 煉鋼爐有三種形式：煉鋼爐有三種形式：轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐、平爐平爐和和電爐電爐。轉(zhuǎn)爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼是利用高壓空氣或氧氣使爐內(nèi)生鐵熔液的碳和其它雜物是利用高壓空氣或氧氣使爐內(nèi)生鐵熔液的碳和其它雜物氧化，在高溫下使鐵液變?yōu)殇撘貉趸?，在高溫下使鐵液變?yōu)殇撘骸＃ㄉa(chǎn)周期短，效率高，質(zhì)量好，成。（生產(chǎn)周期短，效率高，質(zhì)量好，成本低，已經(jīng)成為國內(nèi)外發(fā)展最快的煉鋼方法。）本低，已經(jīng)成為國內(nèi)外發(fā)

4、展最快的煉鋼方法。）平爐鋼平爐鋼是利用煤氣和其它燃料供應(yīng)熱能，把廢鋼、生鐵熔液或是利用煤氣和其它燃料供應(yīng)熱能，把廢鋼、生鐵熔液或鑄鐵塊和不同的合金元素等冶煉成各種用途的鋼。（生產(chǎn)周期長，效率鑄鐵塊和不同的合金元素等冶煉成各種用途的鋼。（生產(chǎn)周期長，效率低，成本高，現(xiàn)已逐步被轉(zhuǎn)爐鋼所取代。）低，成本高，現(xiàn)已逐步被轉(zhuǎn)爐鋼所取代。） （1 1）煉）煉 鋼鋼2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪 澆注是指把熔煉好的鋼液做成鋼錠或鋼坯。澆注是指把熔煉好的鋼液做成鋼錠或鋼坯。 用用連續(xù)鑄造法連續(xù)鑄造法生產(chǎn)鋼坯的工藝和設(shè)備，由于機械化、自動化生產(chǎn)鋼坯的工藝和設(shè)備，由

5、于機械化、自動化程度高的優(yōu)勢，已經(jīng)逐漸取代了笨重而復雜的程度高的優(yōu)勢，已經(jīng)逐漸取代了笨重而復雜的鑄錠鑄錠工藝和設(shè)備。工藝和設(shè)備。 鋼液中殘留的氧，將使鋼材晶粒粗細不均勻并發(fā)生熱脆，降鋼液中殘留的氧，將使鋼材晶粒粗細不均勻并發(fā)生熱脆，降低鋼材的力學性能。低鋼材的力學性能。 按照鋼液在煉鋼爐中進行脫氧的方法和程度不同，碳素結(jié)構(gòu)鋼按照鋼液在煉鋼爐中進行脫氧的方法和程度不同，碳素結(jié)構(gòu)鋼可分為可分為沸騰鋼沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼和和特殊鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼。 （2 2） 澆澆 注注（3 3）脫）脫 氧氧2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2022-4

6、-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪（4 4）加工（）加工（熱加工熱加工、冷加工冷加工和和熱處理熱處理 ） 熱處理熱處理 指通過加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼材的組指通過加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼材的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的加工工藝。（退火、織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的加工工藝。（退火、正火、淬火和回火）正火、淬火和回火） 熱加工熱加工 指將鋼坯加熱至塑性狀態(tài)，依靠外力改變其形狀，指將鋼坯加熱至塑性狀態(tài)，依靠外力改變其形狀，生產(chǎn)出各種厚度的鋼板和型鋼。（熱加工的開軋和鍛生產(chǎn)出各種厚度的鋼板和型鋼。（熱加工的開軋和鍛壓溫度控制在壓溫度控制在1

7、150-1300 1150-1300 ） 冷加工冷加工 指在常溫下對鋼材進行加工。（指在常溫下對鋼材進行加工。（冷作硬化現(xiàn)象冷作硬化現(xiàn)象） 2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪剪剪 板板自動鋼板切割自動鋼板切割鉆鉆 孔孔2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2.3 2.3

8、鋼材的主要性能鋼材的主要性能p 鋼材的破壞形式鋼材的破壞形式p 單向拉伸時的工作性能單向拉伸時的工作性能p 鋼材的其它性能鋼材的其它性能p 在復雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件在復雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2.3.1 2.3.1 鋼材的破壞形式鋼材的破壞形式特特 征征斷斷 口口后后 果果 塑性破壞塑性破壞（延性破壞）（延性破壞）構(gòu)件應(yīng)力超過屈構(gòu)件應(yīng)力超過屈服點，并且達到服點，并且達到抗拉極限強度后，抗拉極限強度后，構(gòu)件產(chǎn)生明顯的構(gòu)件產(chǎn)生明顯的變形并斷裂。變形并斷裂。常為杯形，呈纖常為杯形，呈纖維狀，色澤發(fā)暗。維狀，色澤發(fā)

9、暗。在破壞前有很明在破壞前有很明顯的變形，并有顯的變形，并有較長的變形持續(xù)較長的變形持續(xù)時間，便于發(fā)現(xiàn)時間，便于發(fā)現(xiàn)和補救。和補救。 脆性破壞脆性破壞在破壞前無明顯在破壞前無明顯變形，平均應(yīng)力變形，平均應(yīng)力也?。ㄒ话愣夹∫残。ㄒ话愣夹∮谇c），沒于屈服點），沒有任何預(yù)兆。有任何預(yù)兆。平直和呈有光澤平直和呈有光澤的晶粒。的晶粒。突然發(fā)生的，危突然發(fā)生的，危險性大，應(yīng)盡量險性大，應(yīng)盡量避免。避免。2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2.3.2 2.3.2 單向拉伸時的工作性能單向拉伸時的工作性能 （1 1）試驗條件）試驗條件 （a a）試件的尺寸要符合

10、國家標準，表面光滑，沒有孔洞、刻槽）試件的尺寸要符合國家標準，表面光滑，沒有孔洞、刻槽等缺陷。試件的標定長度取其直徑的等缺陷。試件的標定長度取其直徑的5 5或或1010倍。倍。（b b）荷載要分級逐次增加，直到試件破壞。）荷載要分級逐次增加，直到試件破壞。（c c）試驗溫度要控制在室溫）試驗溫度要控制在室溫2020左右。左右。 2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪 （2 2）鋼材的應(yīng)力）鋼材的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系 A. A. 有屈服點鋼材有屈服點鋼材s-es-e曲線可以分為四個階段：曲線可以分為四個階段： ( (a) )彈性階段彈性階段( (O

11、B段段) )us彈性階段彈性階段( (OB段段) )esOAsesEBCDAEys單調(diào)拉伸應(yīng)力單調(diào)拉伸應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線OAOA段段：純彈性階段：純彈性階段s s=E=Ee eA A點對應(yīng)的應(yīng)力：點對應(yīng)的應(yīng)力： s sp p（比例極限）（比例極限）ABAB段段：有一定的塑性：有一定的塑性變形變形, , 但整個但整個OBOB段卸段卸載后變形消失載后變形消失, , e e=0=0B B點對應(yīng)的應(yīng)力：點對應(yīng)的應(yīng)力：s se （彈性極限）（彈性極限）屈服階段（屈服階段（BCD)BCD)強化階段強化階段(DE(DE段段) )頸縮階段頸縮階段(EF(EF段段) )2022-4-29第二章第二章 鋼

12、結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪（b）屈服階段（）屈服階段（BCD)塑性變形塑性變形：卸載后試件：卸載后試件不能完全恢復原來的長不能完全恢復原來的長度。不能恢復的這一部度。不能恢復的這一部分變形稱為塑性變形。分變形稱為塑性變形。 屈服點屈服點fy（屈服強度）（屈服強度）：屈服階段曲線波動部分屈服階段曲線波動部分的最低值。的最低值。 流幅流幅：從屈服階段的開：從屈服階段的開始到曲線再度上升的應(yīng)始到曲線再度上升的應(yīng)變幅度稱為流幅。變幅度稱為流幅。 特點特點：應(yīng)力與應(yīng)變進入非線性的彈塑性階段，不再成正比關(guān)系，應(yīng)變增加很快，：應(yīng)力與應(yīng)變進入非線性的彈塑性階段，不再成正比關(guān)系，應(yīng)變增加很快

13、，應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線呈鋸齒形波動，出現(xiàn)應(yīng)力不增加而應(yīng)變?nèi)匀辉诶^續(xù)發(fā)展。應(yīng)變曲線呈鋸齒形波動，出現(xiàn)應(yīng)力不增加而應(yīng)變?nèi)匀辉诶^續(xù)發(fā)展。usesOAsesEBCDAEys2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪（c c）強化階段）強化階段(DE(DE段段) )鋼材內(nèi)部晶粒重新排列，恢復承載能力，隨荷載的增加鋼材內(nèi)部晶粒重新排列，恢復承載能力，隨荷載的增加緩慢增緩慢增大大, ,但但增加較快，最終應(yīng)力達到最高點增加較快，最終應(yīng)力達到最高點E E抗拉強度（極限強抗拉強度（極限強度）度）fu 試件所能承受的最大拉應(yīng)力試件所能承受的最大拉應(yīng)力（d d）頸縮階段）頸縮階

14、段(EF(EF段段) )usesOAsesEBCDAEys截面出現(xiàn)了橫向收縮，截面出現(xiàn)了橫向收縮，截面面積開始顯著縮截面面積開始顯著縮小，塑性變形迅速增小，塑性變形迅速增大，應(yīng)力不斷降低，大，應(yīng)力不斷降低，變形卻延續(xù)發(fā)展，直變形卻延續(xù)發(fā)展，直至至F F點試件斷裂。點試件斷裂。 F F2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪B.B.對無明顯屈服點的鋼材對無明顯屈服點的鋼材 設(shè)計時以卸載后試件中殘余應(yīng)變?yōu)樵O(shè)計時以卸載后試件中殘余應(yīng)變?yōu)?.20.2所對應(yīng)的應(yīng)力所對應(yīng)的應(yīng)力 作為屈服點作為屈服點“條件屈服點條件屈服點”或或“名義屈服點名義屈服點”sefy=f0.

15、20.2%fup 無屈服點鋼材的應(yīng)力無屈服點鋼材的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線沒有明顯屈服點的沒有明顯屈服點的鋼鋼材在拉伸過程中沒有材在拉伸過程中沒有屈服階段，塑性變形屈服階段，塑性變形小，破壞突然。小，破壞突然。 2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪(3)(3)單向拉伸時鋼材的機械性能指標單向拉伸時鋼材的機械性能指標 屈服點屈服點fy應(yīng)力應(yīng)變曲線開始產(chǎn)生塑性流動時對應(yīng)的應(yīng)力（取屈應(yīng)力應(yīng)變曲線開始產(chǎn)生塑性流動時對應(yīng)的應(yīng)力（取屈服階段波動部分的應(yīng)力最低值），它是衡量鋼材的承載能力和確服階段波動部分的應(yīng)力最低值），它是衡量鋼材的承載能力和確定鋼材強度設(shè)計值

16、的重要指標。（定鋼材強度設(shè)計值的重要指標。（作為作為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計可以達到的最可以達到的最大應(yīng)力）大應(yīng)力） 抗拉強度抗拉強度f fu u應(yīng)力應(yīng)變曲線最高點對應(yīng)的應(yīng)力，它是鋼材破應(yīng)力應(yīng)變曲線最高點對應(yīng)的應(yīng)力，它是鋼材破壞前所能承受的最大應(yīng)力。壞前所能承受的最大應(yīng)力。（強度的安全儲備）（強度的安全儲備） 鋼材的塑性鋼材的塑性當應(yīng)力超過屈服點后，鋼材能產(chǎn)生顯著的殘余變當應(yīng)力超過屈服點后，鋼材能產(chǎn)生顯著的殘余變形（塑性變形）而不立即斷裂的性質(zhì)形（塑性變形）而不立即斷裂的性質(zhì)。塑性好壞可用。塑性好壞可用斷面收縮率斷面收縮率 和伸長率和伸長率 表示，通過靜力拉伸試驗得到。表示，通過靜力拉伸試驗得到。

17、 2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪a) 伸長率伸長率試件試件斷裂前斷裂前的永久變形與原標定長度的百比。的永久變形與原標定長度的百比。LodNNNLdN%100001-llll0 原標距長原標距長l1 拉斷后標距長度拉斷后標距長度d0 試件直徑試件直徑試件有兩種標距：試件有兩種標距：l0/ d0=5 和和 l0/ d0=10 相應(yīng)的伸長率用相應(yīng)的伸長率用5和和10表示。伸長率表示。伸長率實際工程中以伸長率實際工程中以伸長率 代表材料斷裂前具有的塑性變形能力。代表材料斷裂前具有的塑性變形能力。2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大

18、學 建筑工程系 沈德洪b) ) 斷面收縮率斷面收縮率 是指試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積縮是指試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積縮小值與原斷面面積比值的百分比。小值與原斷面面積比值的百分比。 %100110-AAA式中：式中： A0 試件原來的斷面面積試件原來的斷面面積 A1 試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積 斷面收縮率斷面收縮率 越大，鋼材的塑性越好。由于在測量試件的斷面面積時容易越大，鋼材的塑性越好。由于在測量試件的斷面面積時容易產(chǎn)生較大的誤差，因而鋼材塑性指標仍然采用伸長率作為保證要求。產(chǎn)生較大的誤差，因而鋼材塑性指標仍然采用伸長率作為保證要求。A0A12022-4-29第二

19、章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪(4) (4) 應(yīng)力應(yīng)變曲線的簡化應(yīng)力應(yīng)變曲線的簡化曲線簡化的依據(jù)：曲線簡化的依據(jù)：1 1）鋼材在屈服點之前的性質(zhì)）鋼材在屈服點之前的性質(zhì)接近理想的彈性體。接近理想的彈性體。2 2）屈服點之后的流幅現(xiàn)象又）屈服點之后的流幅現(xiàn)象又接近理想的塑性體，并且流幅接近理想的塑性體，并且流幅的范圍（的范圍（e e0.150.15-2.5-2.5）已足夠用來考慮結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的已足夠用來考慮結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的塑性變形的發(fā)展。塑性變形的發(fā)展。2.5% fy 00.15% 簡化的應(yīng)力應(yīng)變曲線簡化的應(yīng)力應(yīng)變曲線鋼材是符合理想中的彈性鋼材是符合理想中的彈性- -塑性材

20、料塑性材料 塑性設(shè)計塑性設(shè)計2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2.3.3 2.3.3 鋼材的其它性能鋼材的其它性能 冷彎性能是判別鋼材塑性變形冷彎性能是判別鋼材塑性變形能力和冶金質(zhì)量的綜合指標。能力和冶金質(zhì)量的綜合指標。1.1.冷彎性能冷彎性能鋼材在冷加工（常溫下加工）鋼材在冷加工（常溫下加工）產(chǎn)生塑性變形時，對發(fā)生裂縫產(chǎn)生塑性變形時，對發(fā)生裂縫的抵抗能力。的抵抗能力。 鑒別指標鑒別指標：當試件彎曲至：當試件彎曲至180180時，時，試件表和側(cè)面，無裂紋、斷裂或試件表和側(cè)面，無裂紋、斷裂或分層，即認為試件冷彎性能合格。分層，即認為試件冷彎性能合格。

21、 2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2.2.沖擊韌性沖擊韌性韌性韌性 反映鋼材抵抗沖擊荷載、動力荷載的反映鋼材抵抗沖擊荷載、動力荷載的能力，是鋼材在變形和斷裂中吸收能量的度能力，是鋼材在變形和斷裂中吸收能量的度量。衡量韌性指標用量。衡量韌性指標用沖擊韌性沖擊韌性值表示，也叫值表示，也叫沖擊功，用符號沖擊功，用符號A Akvkv表示，單位為表示，單位為J J。 沖擊韌性試驗沖擊韌性試驗 一般采用試件長一般采用試件長55mm55mm，截，截面面101010mm10mm2 2，中間一小槽。在擺錘式?jīng)_，中間一小槽。在擺錘式?jīng)_擊試驗機上進行試驗，沖斷試件后，

22、讀出擊試驗機上進行試驗，沖斷試件后，讀出擺錘消耗的功。擺錘消耗的功。 沖擊韌性試驗沖擊韌性試驗沖擊韌性還與試驗的溫度有關(guān)。我國鋼材標準沖擊韌性還與試驗的溫度有關(guān)。我國鋼材標準中將試驗分為四檔，即中將試驗分為四檔，即+20, 0+20, 0，-20-20和和- -4040時的沖擊韌性。溫度越低，沖擊韌性越低。時的沖擊韌性。溫度越低，沖擊韌性越低。2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪3.3.可焊性可焊性 好的可焊性是指焊接安全、可靠、不發(fā)生焊接裂縫，焊接接頭好的可焊性是指焊接安全、可靠、不發(fā)生焊接裂縫，焊接接頭和焊縫的力學性能不低于母材力學性能。和焊縫的

23、力學性能不低于母材力學性能。 影響鋼材可焊性的因素影響鋼材可焊性的因素 鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響。碳含量在。碳含量在0.12%0.12%0.20%0.20%范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好（如范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好（如Q235BQ235B）。對于高強度低合金鋼中，低合）。對于高強度低合金鋼中，低合金元素大多對可焊性有不利影響，我國行業(yè)標準金元素大多對可焊性有不利影響，我國行業(yè)標準JGJ81-2002JGJ81-2002建筑鋼結(jié)構(gòu)建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程焊接技術(shù)規(guī)程推薦使用碳當量來衡量低合金鋼的可焊性。當碳當量小于推薦使用碳當量來衡量低合金鋼的

24、可焊性。當碳當量小于0.38%0.38%，鋼材的可焊性好，鋼材的可焊性好( (如如Q235.Q345)Q235.Q345)，可不采取措施直接施焊。，可不采取措施直接施焊。 15ui5or6nECNVMCMCC（2.4.1）2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪鋼材的機械性能指標鋼材的機械性能指標1、屈服點、屈服點 fy2、抗拉強度、抗拉強度 fu3、伸長率、伸長率 4、斷面收縮率斷面收縮率 5、冷彎性能、冷彎性能6、沖擊韌性、沖擊韌性 Akv 小小 結(jié)結(jié)2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2.3.4 2.3.

25、4 在復雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件在復雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件第四能量強度理論第四能量強度理論 材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強度指標用變形時材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強度指標用變形時單位體積中積聚的能量來表達單位體積中積聚的能量來表達推導推導 當復雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時的變形能時，當復雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時的變形能時，鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。osxszsyyzyxxyxzzyzxZXY單元體受復雜應(yīng)力單元體受復雜應(yīng)力狀態(tài)下的分量狀態(tài)下的分量s1s1s2s2s3s3單元體受單元體受主應(yīng)力主應(yīng)力鋼材單元體上的復雜應(yīng)力狀態(tài)鋼材單元體上的復雜應(yīng)力狀態(tài)2022-4-29第二章

26、第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪 在三向應(yīng)力作用下，鋼材由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)的條件，在三向應(yīng)力作用下，鋼材由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)的條件，可以用折算應(yīng)力和鋼材在單向應(yīng)力時的屈服點相比較來判斷。可以用折算應(yīng)力和鋼材在單向應(yīng)力時的屈服點相比較來判斷。2222223zxyzxyxzzyyxzyxzsssssssssss-（2.3.1）用主應(yīng)力用主應(yīng)力 、 、 表示時，有表示時，有: :1s2s3syzf-)(133221232221ssssssssss（2.3.2）)()()(21213232221sssssss-z或或當當時鋼材處于彈性階段，時鋼材處于彈性階段，時鋼材處

27、于塑性階段。時鋼材處于塑性階段。yzsfsyzsfs2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪 當鋼材厚度較薄時，厚度方向的應(yīng)力很小，常可忽略不計，這當鋼材厚度較薄時，厚度方向的應(yīng)力很小，常可忽略不計，這時三向應(yīng)力狀態(tài)可以簡化為平面應(yīng)力狀態(tài)時三向應(yīng)力狀態(tài)可以簡化為平面應(yīng)力狀態(tài)： yxyyxyxzsf-2223sssss（2.3.3）一般梁中只存在正應(yīng)力一般梁中只存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力和剪應(yīng)力，則上式可寫為：，則上式可寫為：yzsf223ss（2.3.4）純剪時純剪時=0 =0 則有：則有：yzsfs332（2.3.5）yyff58. 031 即鋼材的剪切屈服點

28、是拉伸屈即鋼材的剪切屈服點是拉伸屈服點服點f fy y的的0.58 0.58 倍倍2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪不同受力狀態(tài)對鋼材材性的影響不同受力狀態(tài)對鋼材材性的影響（a a）單向拉伸單向拉伸（b b）雙向拉伸雙向拉伸（c c）雙向異號應(yīng)力雙向異號應(yīng)力分析結(jié)果：分析結(jié)果： （1 1）相對于單向拉伸而言，鋼材在鋼）相對于單向拉伸而言，鋼材在鋼材在雙向拉力作用下屈服點和抗拉強度材在雙向拉力作用下屈服點和抗拉強度提高，但是塑性下降。提高，但是塑性下降。 雙向應(yīng)力作用下對雙向應(yīng)力作用下對鋼材材性的影響鋼材材性的影響0yfbyfcyf(a)(b)(c)

29、（3 3）主應(yīng)力異號時，易屈服，破壞呈）主應(yīng)力異號時，易屈服，破壞呈塑性，差別越大越明顯。塑性，差別越大越明顯。 （2 2）主應(yīng)力同號時，不易屈服，塑性）主應(yīng)力同號時，不易屈服，塑性下降，越接近越明顯。下降，越接近越明顯。2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2.4. 2.4. 各種因素對鋼材的影響各種因素對鋼材的影響u 化學成份的影響化學成份的影響u 冶金缺陷的影響冶金缺陷的影響u 鋼材硬化的影響鋼材硬化的影響u 應(yīng)力集中的影響應(yīng)力集中的影響 u 溫度的影響溫度的影響u 荷載類型的影響荷載類型的影響2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料

30、同濟大學 建筑工程系 沈德洪2.4.1 2.4.1 化學成份的影響化學成份的影響鋼材的化學成分直接影響鋼的組織構(gòu)造，從而影響鋼材的力學性能。鋼材的化學成分直接影響鋼的組織構(gòu)造，從而影響鋼材的力學性能。純鐵純鐵FeFe（占（占9999）碳碳C C變脆（強度變脆（強度，塑性、韌性、可焊性，抗腐蝕性塑性、韌性、可焊性，抗腐蝕性）其它主要元素其它主要元素硫硫S S熱脆熱脆、韌性、疲勞強度、抗銹蝕性、可焊性、韌性、疲勞強度、抗銹蝕性、可焊性磷（磷（P P）強度、抗銹蝕能力強度、抗銹蝕能力塑性、韌性、冷彎性能、可焊性塑性、韌性、冷彎性能、可焊性，冷脆，低溫工作性能差。冷脆，低溫工作性能差。氧氧O O 影響

31、同硫影響同硫氮（氮（N N）影響同磷）影響同磷硅硅SiSi 適量適量強度強度，塑性、韌性、冷彎性能、可焊性變化不大，塑性、韌性、冷彎性能、可焊性變化不大錳錳MnMn強度強度消除熱脆，改善冷脆，塑性韌性降低不顯著消除熱脆，改善冷脆，塑性韌性降低不顯著釩釩(V)(V)、鈦、鈦(Ti)(Ti)、鈮、鈮(Nb) (Nb) 等等適量適量強度、韌性強度、韌性、塑性良好塑性良好鋼鋼有有益益元元素素有有害害元元素素2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪鐵（鐵（FeFe）是鋼材的基本元素，普通碳素鋼中占）是鋼材的基本元素，普通碳素鋼中占99%99%，此外還，此外還有碳（

32、有碳（C C）、硅（）、硅（SiSi）、錳（）、錳（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，這些總含量不大，）等有害元素，這些總含量不大，約約1%1%，但對鋼材力學性能卻有很大影響。低合金鋼中有，但對鋼材力學性能卻有很大影響。低合金鋼中有5%5%的合金元素，如銅的合金元素，如銅(Cu)(Cu)、釩、釩(V)(V)、鈦、鈦(Ti)(Ti)、鈮、鈮(Nb)(Nb)、鉻、鉻(Cr)(Cr)等。等。 2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪碳（碳（C C）：形成鋼材強度

33、的主要成分，隨其含量增加，強形成鋼材強度的主要成分，隨其含量增加，強度增加，塑性和韌性降低，可焊性和抗腐蝕性降低。度增加，塑性和韌性降低，可焊性和抗腐蝕性降低。 碳素鋼按碳含量區(qū)分，小于碳素鋼按碳含量區(qū)分，小于0.250.25的為低碳鋼，介于的為低碳鋼，介于0.250.25和和0.60.6之間的為中碳鋼，大于之間的為中碳鋼，大于0.60.6的為高碳鋼。的為高碳鋼。鋼結(jié)構(gòu)用鋼中，碳含量一般控制在鋼結(jié)構(gòu)用鋼中，碳含量一般控制在0.22%0.22%以下，當其含量以下，當其含量在在0.20.2以下時，可焊性良好。以下時，可焊性良好。 2. 2. 硫（硫（S S）：鋼材中的有害元素，具有熱脆性（溫度達到

34、鋼材中的有害元素，具有熱脆性（溫度達到800-1000800-1000時，硫化鐵會熔化使鋼材變脆，從而引發(fā)熱裂時，硫化鐵會熔化使鋼材變脆，從而引發(fā)熱裂紋）。規(guī)范規(guī)定結(jié)構(gòu)用鋼中硫的含量不得超過紋）。規(guī)范規(guī)定結(jié)構(gòu)用鋼中硫的含量不得超過0.05%0.05%。3. 3. 氧（氧（O O）：有害雜質(zhì)，與：有害雜質(zhì)，與S S相似。相似。 2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪4.4.磷（磷（P P）：磷在一定程度上可提高鋼的強度和抗銹蝕的能力。鋼磷在一定程度上可提高鋼的強度和抗銹蝕的能力。鋼材中的有害元素，具有冷脆性（溫度較低時促使鋼材變脆）。因此，材中的有害元素

35、，具有冷脆性（溫度較低時促使鋼材變脆）。因此，磷的含量也要嚴格控制，規(guī)范中規(guī)定不得超過磷的含量也要嚴格控制，規(guī)范中規(guī)定不得超過0.045%0.045%。5.5.氮（氮（N N）：有害雜質(zhì)，：有害雜質(zhì)，與與P P相似相似。6.6.錳（錳（MnMn）：有益元素。在普通碳素鋼中，是一種弱脫氧劑，可提有益元素。在普通碳素鋼中，是一種弱脫氧劑，可提高鋼材強度，與高鋼材強度，與S S形成形成MnSMnS，熔點，熔點16001600，可以消除硫?qū)︿摬牡臒岽?，可以消除硫?qū)︿摬牡臒岽嘤绊憽Ｓ绊憽?7.7.硅（硅（SiSi）：有益元素。在普通碳素鋼中，是一種強脫氧劑，常與有益元素。在普通碳素鋼中，是一種強脫氧劑，

36、常與錳共同除氧，生成鎮(zhèn)靜鋼。錳共同除氧，生成鎮(zhèn)靜鋼。 8.8.釩（釩（V V）：合金元素。細化晶粒，提高強度，其碳化物具有高溫：合金元素。細化晶粒，提高強度，其碳化物具有高溫穩(wěn)定性，適用于受荷較大的焊接結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定性，適用于受荷較大的焊接結(jié)構(gòu)。9.9.銅（銅（CuCu）：提高抗銹蝕性，提高強度，對可焊性有影響。：提高抗銹蝕性，提高強度，對可焊性有影響。2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2.4.2 2.4.2 冶金缺陷的影響冶金缺陷的影響 1.1.偏析偏析 金屬結(jié)晶后化學成分分布不均勻的現(xiàn)象。主要金屬結(jié)晶后化學成分分布不均勻的現(xiàn)象。主要是硫、磷偏析，其

37、后果是偏析區(qū)鋼材的塑性、韌性、可焊是硫、磷偏析，其后果是偏析區(qū)鋼材的塑性、韌性、可焊性變壞。性變壞。3.3.裂紋裂紋 鋼材中存在的微觀裂紋。鋼材中存在的微觀裂紋。 2.2.非金屬夾雜非金屬夾雜 指鋼材中的非金屬化合物，如硫化物、指鋼材中的非金屬化合物，如硫化物、氧化物，他們使鋼材性能變脆。氧化物，他們使鋼材性能變脆。4.4.氣泡氣泡 澆鑄時由澆鑄時由FeOFeO和和C C作用所生成的作用所生成的COCO氣體不能充分逸氣體不能充分逸出而滯留在鋼錠那形成的微小空洞。出而滯留在鋼錠那形成的微小空洞。5.5.分層分層 澆鑄時的非金屬夾雜在軋制后可能造成鋼材的分層。澆鑄時的非金屬夾雜在軋制后可能造成鋼材

38、的分層。2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2.4.3 2.4.3 鋼材的硬化鋼材的硬化冷作硬化冷作硬化在冷加工或一次加載使鋼材產(chǎn)生較大的塑性變形的情況下，在冷加工或一次加載使鋼材產(chǎn)生較大的塑性變形的情況下，卸載后再重新加載，卸載后再重新加載，鋼材的屈服點提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象鋼材的屈服點提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象 。時效硬化時效硬化隨著時間的增加，純鐵體中有一些數(shù)量極少的碳和氮的固熔隨著時間的增加，純鐵體中有一些數(shù)量極少的碳和氮的固熔物質(zhì)析出，物質(zhì)析出，使鋼材的屈服點和抗拉強度提高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象使鋼材的屈服點和抗拉強度提高，塑性和韌性下

39、降的現(xiàn)象 。 在交變荷載、重復荷載和溫度變化等情況下，會加速時效硬化的發(fā)展。在交變荷載、重復荷載和溫度變化等情況下，會加速時效硬化的發(fā)展。 應(yīng)變時效硬化應(yīng)變時效硬化鋼材產(chǎn)生一定數(shù)量的塑性變形后，鐵素體晶體中的鋼材產(chǎn)生一定數(shù)量的塑性變形后，鐵素體晶體中的固溶碳和氮更容易析出，從而使已經(jīng)冷作硬化的鋼材又發(fā)生時效硬固溶碳和氮更容易析出，從而使已經(jīng)冷作硬化的鋼材又發(fā)生時效硬化現(xiàn)象?；F(xiàn)象。在高溫作用下會快速發(fā)展在高溫作用下會快速發(fā)展（人工時效）（人工時效） 2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪 硬化對鋼材性能的影響硬化對鋼材性能的影響a)時效硬化及冷作硬化時

40、效硬化及冷作硬化b) 應(yīng)變時效硬化應(yīng)變時效硬化2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2.4.4 2.4.4 應(yīng)力集中的影響應(yīng)力集中的影響 在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中不可避免的存在著孔洞、槽口、凹角、裂縫、厚度變在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中不可避免的存在著孔洞、槽口、凹角、裂縫、厚度變化、形狀變化和內(nèi)部缺陷等，引起截面中的應(yīng)力分布不均勻，出現(xiàn)局部高化、形狀變化和內(nèi)部缺陷等，引起截面中的應(yīng)力分布不均勻，出現(xiàn)局部高峰應(yīng)力的現(xiàn)象。峰應(yīng)力的現(xiàn)象。應(yīng)力集中應(yīng)力集中現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 應(yīng)力集中現(xiàn)象應(yīng)力集中現(xiàn)象l 有應(yīng)力集中的鋼材，有應(yīng)力集中的鋼材，材性變脆材性變脆。l 應(yīng)力集中處常產(chǎn)生三向的同號拉

41、應(yīng)力，易使鋼材開裂時也沒有明顯的塑性變形。應(yīng)力集中處常產(chǎn)生三向的同號拉應(yīng)力，易使鋼材開裂時也沒有明顯的塑性變形。l 應(yīng)力集中對塑性良好的鋼結(jié)構(gòu)靜力強度影響不大，但應(yīng)力集中對塑性良好的鋼結(jié)構(gòu)靜力強度影響不大，但降低疲勞強度降低疲勞強度。2.4 2.4 各種因素對鋼材的影響各種因素對鋼材的影響2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪不同槽口試件靜力拉伸試驗的應(yīng)力不同槽口試件靜力拉伸試驗的應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 應(yīng)力集中對應(yīng)力集中對-曲線曲線關(guān)系的影響關(guān)系的影響 可以看出截面槽可以看出截面槽口改變愈急劇，應(yīng)口改變愈急劇，應(yīng)力集中現(xiàn)象愈厲害，力集中現(xiàn)象愈厲害，其抗

42、拉強度愈高，其抗拉強度愈高，但塑性愈差，破壞但塑性愈差，破壞的脆性傾向愈大。的脆性傾向愈大。1020300.425100%(N/mm2)10測距100101006007005004003002001002022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2.4.5 2.4.5 荷載類型的影響荷載類型的影響荷載可分為靜力和動力兩大類荷載可分為靜力和動力兩大類1.1.加荷速度的影響加荷速度的影響 這是加載過程中出現(xiàn)的問題。加荷速度過快，構(gòu)件來不及變這是加載過程中出現(xiàn)的問題。加荷速度過快，構(gòu)件來不及變形，得到的屈服點也高，且呈脆性。特別在低溫時對鋼材性能的形，得到的屈服點

43、也高，且呈脆性。特別在低溫時對鋼材性能的影響要比常溫下大得多。影響要比常溫下大得多。 因此，試驗時需規(guī)定加載速度；靜力加載試驗一般應(yīng)加載因此，試驗時需規(guī)定加載速度；靜力加載試驗一般應(yīng)加載5 5分分鐘后再讀數(shù)據(jù)。鐘后再讀數(shù)據(jù)。2.2.循環(huán)荷載的影響循環(huán)荷載的影響 鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會逐漸累積損傷，產(chǎn)生裂紋及鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會逐漸累積損傷，產(chǎn)生裂紋及裂紋逐漸擴展，直到最后破壞裂紋逐漸擴展，直到最后破壞（疲勞破壞）（疲勞破壞）。2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2.4.6 2.4.6 溫度的影響溫度的影響正溫范圍：正溫范圍：T T升高升

44、高（1 1）溫度在）溫度在150150以內(nèi)，鋼材材以內(nèi)，鋼材材質(zhì)變化很小，鋼結(jié)構(gòu)可用于溫度質(zhì)變化很小，鋼結(jié)構(gòu)可用于溫度不高于不高于150150的場合。的場合。（2 2）溫度在）溫度在250250左右的區(qū)間內(nèi)，左右的區(qū)間內(nèi)，fu 有局部性提高，沖擊韌性降低，有局部性提高，沖擊韌性降低，出現(xiàn)出現(xiàn)藍脆現(xiàn)象。藍脆現(xiàn)象。（3 3）當溫度達到）當溫度達到600600時，鋼材時，鋼材進入熱塑性狀態(tài)，強度下降嚴重，進入熱塑性狀態(tài)，強度下降嚴重，將喪失承載能力。將喪失承載能力。 溫度對鋼材力學性能的影響溫度對鋼材力學性能的影響)/(2mmNs(%)fufyE負溫范圍：負溫范圍：T T下降，下降，隨著溫度的降低，

45、鋼材的強度提高，而塑性和韌隨著溫度的降低，鋼材的強度提高，而塑性和韌性降低，逐漸變脆，稱為鋼材的性降低，逐漸變脆，稱為鋼材的低溫冷脆低溫冷脆。鋼材的沖擊韌性對溫度。鋼材的沖擊韌性對溫度的降低十分敏感。的降低十分敏感。 2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪沖擊韌性和溫度關(guān)系示意圖沖擊韌性和溫度關(guān)系示意圖脆性破壞脆性破壞兩種破兩種破壞均有壞均有塑性破壞塑性破壞轉(zhuǎn)變溫轉(zhuǎn)變溫度區(qū)度區(qū)沖擊斷裂功沖擊斷裂功試驗溫度試驗溫度T1T0T2（1 1）沖擊功曲線的反彎點）沖擊功曲線的反彎點T T0 0稱為稱為臨界溫度臨界溫度。界限溫度。界限溫度T T1 1和和T T2

46、2分別為分別為脆性轉(zhuǎn)變溫度脆性轉(zhuǎn)變溫度和全和全塑性轉(zhuǎn)變溫度塑性轉(zhuǎn)變溫度。（2 2）鋼材由塑性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)椋╀摬挠伤苄云茐霓D(zhuǎn)變?yōu)榇嘈云茐氖窃跍囟葏^(qū)間脆性破壞是在溫度區(qū)間T T1 1 T T2 2內(nèi)完成的，此溫度區(qū)間稱為內(nèi)完成的，此溫度區(qū)間稱為鋼材的鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)。（3 3）在脆性轉(zhuǎn)變溫度以下，鋼材表現(xiàn)為）在脆性轉(zhuǎn)變溫度以下，鋼材表現(xiàn)為完全的脆性破壞；而在全塑性轉(zhuǎn)變溫度以完全的脆性破壞；而在全塑性轉(zhuǎn)變溫度以上，鋼材則表現(xiàn)為完全的塑性破壞。上，鋼材則表現(xiàn)為完全的塑性破壞。（4 4）不同牌號和等級的鋼材具有不同的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)和轉(zhuǎn)變溫度，均應(yīng)通過試驗來確定。）不同牌號和等級的鋼材具有不同

47、的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)和轉(zhuǎn)變溫度，均應(yīng)通過試驗來確定。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了防止脆性破壞，選用鋼材時應(yīng)使其工作溫度大于在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了防止脆性破壞，選用鋼材時應(yīng)使其工作溫度大于T T1 1, ,接近接近T T0 0。2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2.4.7 2.4.7 防止脆性斷裂的方法防止脆性斷裂的方法外因外因 鋼材在構(gòu)造和加工工程中引起的鋼材在構(gòu)造和加工工程中引起的應(yīng)力集中應(yīng)力集中、低溫影響低溫影響、動力荷動力荷 載的作用載的作用、冷作硬化冷作硬化和和應(yīng)變時效硬化應(yīng)變時效硬化等等 內(nèi)因內(nèi)因 鋼材的鋼材的化學成分化學成分、組織構(gòu)造組織構(gòu)造和和缺陷缺陷

48、等等(1(1）合理的選用鋼材）合理的選用鋼材; ; (2(2）對于低溫工作和受動力荷載的鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)使所選鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度）對于低溫工作和受動力荷載的鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)使所選鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度低于結(jié)構(gòu)的工作溫度低于結(jié)構(gòu)的工作溫度; ;(3) (3) 盡量使用較薄的型鋼和板材，使其具有良好的沖擊韌性盡量使用較薄的型鋼和板材，使其具有良好的沖擊韌性; ;(4(4）設(shè)計時結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要合理，避免構(gòu)件截面的突然改變，使之能均勻、）設(shè)計時結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要合理，避免構(gòu)件截面的突然改變，使之能均勻、連續(xù)的傳遞應(yīng)力，從而減小構(gòu)件的應(yīng)力集中。連續(xù)的傳遞應(yīng)力，從而減小構(gòu)件的應(yīng)力集中。影響鋼材出現(xiàn)脆性破壞的因素影響鋼材出現(xiàn)脆性破

49、壞的因素合合 理理 設(shè)設(shè) 計計2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪正正 確確 制制 造造(1) (1) 嚴格按照設(shè)計要求進行制作，不得隨意進行鋼材代換，不得隨嚴格按照設(shè)計要求進行制作，不得隨意進行鋼材代換，不得隨意將螺栓連接該為焊接連接，不得隨意加大焊縫厚度。意將螺栓連接該為焊接連接，不得隨意加大焊縫厚度。(2) (2) 為了避免冷作硬化現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)采用鉆孔或沖孔后再擴鉆的為了避免冷作硬化現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)采用鉆孔或沖孔后再擴鉆的方法，以及對剪切邊進行刨邊。方法，以及對剪切邊進行刨邊。(3) (3) 為了減少焊接殘余應(yīng)力導致的應(yīng)力集中，應(yīng)該制定合理的焊

50、接為了減少焊接殘余應(yīng)力導致的應(yīng)力集中，應(yīng)該制定合理的焊接工藝和技術(shù)措施，并由考試合格的焊工施焊，必要時可采用熱處工藝和技術(shù)措施，并由考試合格的焊工施焊，必要時可采用熱處理方法消除主要構(gòu)件中的焊接殘余應(yīng)力。理方法消除主要構(gòu)件中的焊接殘余應(yīng)力。(4) (4) 焊接中不得在構(gòu)件上任意打火起弧，影響焊接的質(zhì)量，應(yīng)按照焊接中不得在構(gòu)件上任意打火起弧，影響焊接的質(zhì)量，應(yīng)按照規(guī)范的要求進行。規(guī)范的要求進行。 2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪合合 理理 使使 用用(1) (1) 不得隨意改變結(jié)構(gòu)使用用途或超負荷使用結(jié)構(gòu)。不得隨意改變結(jié)構(gòu)使用用途或超負荷使用結(jié)構(gòu)。

51、(2) (2) 原設(shè)計在室溫工作的結(jié)構(gòu)，在冬季停產(chǎn)時要注意保暖。原設(shè)計在室溫工作的結(jié)構(gòu)，在冬季停產(chǎn)時要注意保暖。(3) (3) 不要在主要結(jié)構(gòu)上任意焊接或附加零件懸掛物。不要在主要結(jié)構(gòu)上任意焊接或附加零件懸掛物。(4) (4) 避免因生產(chǎn)和運輸不當對結(jié)構(gòu)造成的撞擊或機械損傷。避免因生產(chǎn)和運輸不當對結(jié)構(gòu)造成的撞擊或機械損傷。(5) (5) 平時對結(jié)構(gòu)應(yīng)注意檢察和維護。平時對結(jié)構(gòu)應(yīng)注意檢察和維護。 2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2.6 2.6 建筑用鋼種類、規(guī)格和選用建筑用鋼種類、規(guī)格和選用2.6.1 2.6.1 建筑用鋼的種類建筑用鋼的種類品種品

52、種特點特點碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼用于結(jié)構(gòu)的普通低碳鋼用于結(jié)構(gòu)的普通低碳鋼低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼普通低碳鋼普通低碳鋼+ +若干種合金元素若干種合金元素（錳、釩等，總量（錳、釩等，總量5%5%）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼有害元素少的碳素鋼有害元素少的碳素鋼+ +熱處理熱處理鋼索鋼索鋼絲、平行鋼絲索、鋼絞線鋼絲、平行鋼絲索、鋼絞線鋼絲繩等鋼絲繩等2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪鋼的種類鋼的種類2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪（1 1）碳素結(jié)構(gòu)鋼（）碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700-1988GB/T

53、700-1988）Q275Q215Q255Q235規(guī)范推薦規(guī)范推薦提供提供fy、fu、 保證以及沖擊韌性、冷彎試驗指標保證以及沖擊韌性、冷彎試驗指標化學成分化學成分C、Mn、Si、S、P保證保證供貨供貨含碳量、強度含碳量、強度塑性塑性特點特點Q195牌號牌號 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點的字母屈服點的字母Q Q、屈服點（厚、屈服點（厚度度t16mm)t16mm)的數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號的數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等四部等四部分按順序組成。分按順序組成。2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪可可省省略略2022-4-

54、29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪（2 2）低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼）低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 1591-1994)(GB/T 1591-1994)Q460Q345規(guī)范推薦規(guī)范推薦Q420規(guī)范推薦規(guī)范推薦Q390規(guī)范推薦規(guī)范推薦提供提供fy、fu、 保證以及沖擊韌性、冷彎試驗指標保證以及沖擊韌性、冷彎試驗指標化學成分化學成分C、Mn、Si、S、P、V、Ti保證保證供貨供貨含碳量、強度含碳量、強度特點特點Q295牌號牌號塑性塑性 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點的字母屈服點的字母Q Q、屈、屈服點（厚度服點（厚度t16mm)t16m

55、m)的數(shù)值、質(zhì)量等級符號的數(shù)值、質(zhì)量等級符號等三部分按順等三部分按順序組成。序組成。2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪3904202022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪（3 3）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 699-1988)(GB/T 699-1988)a)a)磷、硫等有害元素的含量均磷、硫等有害元素的含量均不大于不大于0.0350.035，對于其他缺對于其他缺陷的限制也較嚴格。陷的限制也較嚴格。b)b)主要用作制造主要用作制造冷拔高強鋼絲冷拔高強鋼絲、高強螺栓高強螺栓以及以及自攻螺釘自攻螺釘

56、等。等。2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪2.6.2 2.6.2 鋼材的規(guī)格鋼材的規(guī)格（1 1）熱軋鋼板）熱軋鋼板a) a) 分為分為厚鋼板、薄鋼板厚鋼板、薄鋼板和和扁鋼。扁鋼。b) b) 表示方法：在符號表示方法：在符號“- -”后加后加“寬度寬度厚度厚度長度長度” c) c) 供應(yīng)規(guī)格供應(yīng)規(guī)格 （單位：（單位：mmmm） 厚度厚度 寬度寬度 長度長度 厚鋼板厚鋼板4.5-60600-30004000-12000薄鋼板薄鋼板0.35-4500-1500500-4000扁鋼扁鋼4-6012-2003000-9000熱軋鋼板、鋼帶熱軋鋼板、鋼帶熱軋型

57、鋼（焊接）熱軋型鋼（焊接）冷彎薄壁型鋼冷彎薄壁型鋼冷軋鋼板、鋼帶冷軋鋼板、鋼帶2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪（2 2）熱軋型鋼）熱軋型鋼角鋼角鋼工字鋼工字鋼槽鋼槽鋼H H型鋼型鋼T T型鋼型鋼鋼管鋼管等邊角鋼等邊角鋼不等邊角鋼不等邊角鋼角鋼分類角鋼分類型號或表示方法型號或表示方法最小規(guī)格最小規(guī)格最大規(guī)格最大規(guī)格長度長度等邊角鋼等邊角鋼L邊長邊長厚度厚度L203L20024400019000不等邊角鋼不等邊角鋼L長邊長邊短邊短邊厚度厚度L25163L20012518角鋼規(guī)格角鋼規(guī)格 ( (單位單位mm)mm)2022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)

58、材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪工字鋼分類工字鋼分類型號或表示方法型號或表示方法單位單位cm最小規(guī)格最小規(guī)格最大規(guī)格最大規(guī)格長度長度(m)普通工字鋼普通工字鋼I高度高度I10I63519輕型工字鋼輕型工字鋼QI高度高度QI10QI70工字鋼規(guī)格工字鋼規(guī)格槽鋼規(guī)格槽鋼規(guī)格其它幾何參數(shù)查其它幾何參數(shù)查P172附表附表1工字鋼分類工字鋼分類型號或表示方法型號或表示方法單位單位cm最小規(guī)格最小規(guī)格最大規(guī)格最大規(guī)格長度長度(m)普通槽鋼普通槽鋼高度高度540519輕型槽鋼輕型槽鋼Q高度高度Q5Q40其它幾何參數(shù)查其它幾何參數(shù)查P173附表附表22022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材

59、料同濟大學 建筑工程系 沈德洪H H型鋼規(guī)格型鋼規(guī)格H型鋼分類型鋼分類型號或表示方法型號或表示方法單位單位mm最小規(guī)格最小規(guī)格最大規(guī)格最大規(guī)格長度長度(m)寬翼緣寬翼緣H型鋼型鋼HW高高寬寬腹板腹板厚厚翼緣厚翼緣厚HW10010068HW4004001321615中翼緣中翼緣H型鋼型鋼HM高高寬寬腹板腹板厚厚翼緣厚翼緣厚HM15010069HW6003001220窄翼緣窄翼緣H型鋼型鋼HN高高寬寬腹板腹板厚厚翼緣厚翼緣厚HN1005057HN7003001324高頻焊接高頻焊接H型鋼型鋼H高高寬寬腹板厚腹板厚翼緣厚翼緣厚H1005033H3501754.56612其它幾何參數(shù)查其它幾何參數(shù)查P

60、80附表附表52022-4-29第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料同濟大學 建筑工程系 沈德洪T T型鋼規(guī)格型鋼規(guī)格t鋼管規(guī)格鋼管規(guī)格 H型鋼分類型鋼分類型號或表示方法型號或表示方法單位單位mm最小規(guī)格最小規(guī)格最大規(guī)格最大規(guī)格長度長度(m)寬翼緣寬翼緣T型鋼型鋼TW高高寬寬TW50100HW200400615中翼緣中翼緣T型鋼型鋼TM高高寬寬TM74100HW300300窄翼緣窄翼緣T型鋼型鋼TN高高寬寬TN5050HN350200鋼管分類鋼管分類型號或表示方法型號或表示方法單位單位mm最小規(guī)格最小規(guī)格最大規(guī)格最大規(guī)格長度長度(m)熱軋無縫鋼管熱軋無縫鋼管 直徑直徑壁厚壁厚 322.5 351