第2章鋼結(jié)構(gòu)材料§2-1概述§2-2鋼材的生產(chǎn)§2-3鋼材的主要性能第2章鋼結(jié)構(gòu)材料§2-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響§2-5鋼材的疲勞§2-6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用1）有較高的強(qiáng)度，屈強(qiáng)比滿足要求，保證安全儲(chǔ)備2）有足夠的變形能力塑性----破壞前有預(yù)兆，能內(nèi)力重分布韌性----在動(dòng)載下破壞能吸收較大能量§2-1概述4）適應(yīng)低溫、有害介質(zhì)侵蝕及承受疲勞荷載5）易生產(chǎn)、價(jià)格便宜3）有良好的加工性能，適應(yīng)冷熱加工，有良好的可焊性《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2002)推薦的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q345、Q390及Q420符合要求§2-1概述§2-2鋼材的生產(chǎn)2.2.1鋼材的冶煉一.煉鐵二.煉鋼碳素鋼

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼常用的煉鋼爐有三種形式：轉(zhuǎn)爐、平爐和電爐。電爐煉鋼煉成的鋼質(zhì)量好。耗電量大，成本高。轉(zhuǎn)爐煉鋼是利用高壓空氣或氧氣

氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉的鋼中有害元素和雜質(zhì)少，生產(chǎn)周期短，效率高、質(zhì)量好、成本低。

鋼材的生產(chǎn)分為煉鐵、煉鋼和軋制§2-2鋼材的生產(chǎn)§2-2鋼材的生產(chǎn)§2-2鋼材的生產(chǎn)平爐煉鋼，平爐的原料廣泛，容積大，產(chǎn)量高，冶煉工藝簡(jiǎn)單，化學(xué)成分易于控制，煉出的鋼質(zhì)量?jī)?yōu)良。平爐鋼周期長(zhǎng)，效率低成本高三.鋼材的澆注和脫氧按脫氧的方法和程度的不同，碳素結(jié)構(gòu)鋼可分為沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼4類。沸騰鋼采用脫氧能力較弱錳作脫氧劑，脫氧不完全。鋼中留有較多氧化鐵夾雜和氣孔。質(zhì)量較差。

鎮(zhèn)靜鋼采用錳加硅作脫氧劑，脫氧較完全，硅在還原氧化鐵過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生熱量，使鋼液冷卻緩慢，使氣體充分逸出，澆注時(shí)不出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象。質(zhì)量好，成本高。半鎮(zhèn)靜鋼的脫氧程度介于上述二者之間。特殊鎮(zhèn)靜鋼是在錳硅脫氧后，再用鋁補(bǔ)充脫氧，脫氧程度高于鎮(zhèn)靜鋼。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一般都是鎮(zhèn)靜鋼。§2-2鋼材的生產(chǎn)以“Q”代表屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)數(shù)值共分195、215、235、255和275(MPa)5種質(zhì)量等級(jí)按有害成分硫、磷含量由多到少的規(guī)律，分別由A、B、C、D符號(hào)表示脫氧方法以F表示沸騰鋼，b表示半鎮(zhèn)靜鋼，Z表示鎮(zhèn)靜鋼，TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼。Z和TZ在鋼的牌號(hào)中予以省略C級(jí)只能是Z，D級(jí)只能是TZ。例如：Q235A·F表示屈服點(diǎn)為235MPa的A級(jí)沸騰鋼Q215B，表示屈服點(diǎn)為215MPa的B級(jí)鎮(zhèn)靜鋼Q215B·b表示屈服點(diǎn)為215MPa的B級(jí)半鎮(zhèn)靜鋼§2-2鋼材的生產(chǎn)

一.鋼材的組織構(gòu)造碳素結(jié)構(gòu)鋼是在純鐵中加適量的碳來(lái)提高強(qiáng)度鐵素體強(qiáng)度、硬度較低，而塑性、韌性良好滲碳體鐵碳化合物熔點(diǎn)高，硬度大，幾乎沒(méi)有塑性與鐵素體晶粒形成珠光體，在鐵素體晶粒空隙中，形成網(wǎng)狀間層。珠光體強(qiáng)度很高，堅(jiān)硬富有彈性

低合金結(jié)構(gòu)鋼是在低碳鋼中加入少量的合金元素合金元素及其化合物溶解于鐵素體和珠光體中，使強(qiáng)度提高，塑性、韌性和焊接性能不降低2.2.2鋼材的組織構(gòu)造和缺陷§2-2鋼材的生產(chǎn)二.鋼材的鑄造缺陷

冶金缺陷，如偏析、非金屬夾雜、氣孔、縮孔和裂紋等熱加工、冷加工和熱處理三種。將鋼坯加熱至塑性狀態(tài)，依靠外力改變其形狀,產(chǎn)生出各種厚度的鋼板和型鋼，稱為熱加工在常溫下對(duì)鋼材進(jìn)行加工稱為冷加工通過(guò)加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，稱為熱處理2.2.3鋼材的加工§2-2鋼材的生產(chǎn)一.熱加工

開(kāi)軋和鍛壓溫度控制在1150～1300℃

鋼材軋制成鋼板或型鋼，使金屬的晶粒變細(xì)，壓合鋼坯中的氣孔、裂紋等缺陷，改善鋼材的力學(xué)性能。

熱軋薄板和壁厚較薄的熱軋型鋼，因輥軋次數(shù)較多，鋼材的性能改善明顯，其強(qiáng)度、塑性、韌性和焊接性能均優(yōu)于厚板和厚壁型鋼

鋼材強(qiáng)度按板厚分組§2-2鋼材的生產(chǎn)鋼中的硫硫化物和和氧化物物等非金金屬夾雜雜，經(jīng)軋軋制之后后被壓成成薄片會(huì)會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)分層現(xiàn)現(xiàn)象。使使鋼板沿沿厚度方方向受拉拉的性能能惡化鋼材沿軋軋制方向向（縱向向）的性性能優(yōu)于于垂直軋軋制方向向（橫向向）的性性能，使使各向異異性增大大。鋼板部件件應(yīng)沿其其橫向切切取試件件進(jìn)行拉拉伸和冷冷彎試驗(yàn)驗(yàn)?！?-2鋼材的生生產(chǎn)二.冷加工冷軋卷板板和冷軋軋鋼板冷彎薄壁壁型鋼和和壓型鋼鋼板高強(qiáng)鋼絲絲§2-2鋼材的生生產(chǎn)§2-2鋼材的生生產(chǎn)三.熱處理包括退火火、正火火、淬火火和回火火退火和正正火改善善組織以以提高鋼鋼的機(jī)械械性能其操作方方法為：：在爐中中鋼材加加熱保溫溫一段時(shí)時(shí)間后，，隨爐溫溫冷卻至至500℃℃以下，再再放至空空氣中冷冷卻的工工藝稱為為完全退退火若保溫后后從爐中中取出在在空氣中中冷卻的的工藝稱稱為正火火。正火火的冷卻卻速度比比退火快快，強(qiáng)度度和硬度度有所提提高低溫退火火，主要要用來(lái)消消除鑄件件、熱軋軋件、鍛鍛件、焊焊接件和和冷加工工件中的的殘余應(yīng)應(yīng)力§2-2鋼材的生生產(chǎn)淬火工藝是將將鋼件加加熱到900℃℃以上，保保溫后快快速在水水中或油油中冷卻卻增加了鋼鋼材強(qiáng)度度和硬度度，使塑塑性和韌韌性降低低回火工藝將淬淬火后的的鋼材加加熱到某某一溫度度進(jìn)行保保溫，而而后在空空氣中冷冷卻消除殘余余應(yīng)力，，調(diào)整強(qiáng)強(qiáng)度和硬硬度，減減少脆性性，增加加塑性和和韌性，，形成較較穩(wěn)定的的組織。。通常稱淬淬火加高高溫回火火的工藝藝為調(diào)質(zhì)質(zhì)處理。。強(qiáng)度較較高的鋼鋼材，如如Q420中的C、D、E級(jí)鋼和高高強(qiáng)度螺螺栓的鋼鋼材都要要經(jīng)過(guò)調(diào)調(diào)質(zhì)處理理。§2-2鋼材的生生產(chǎn)鋼材有兩兩種完全全不同的的破壞形形式：塑性破壞壞脆性破壞壞塑性破壞壞的主要要特征是是，破壞壞前具有有較大的的塑性變變形，常常在鋼材材表面出出現(xiàn)明顯顯的相互互垂直交交錯(cuò)的銹銹跡剝落落線。破破壞后的的斷口呈呈纖維狀狀，色澤澤發(fā)暗。。脆性破壞壞的主要要特征是是，破壞壞前塑性性變形很很小，或或根本沒(méi)沒(méi)有塑性性變形，，而突然然迅速斷斷裂。破破壞后的的斷口平平直，呈呈有光澤澤的晶粒粒狀或有有人字紋紋。§2-3鋼材的主主要性能能2.3.1鋼材的破破壞形式式§2-3鋼材的主主要性能能鋼材的多多項(xiàng)性能能指標(biāo)通通過(guò)單向向拉伸試試驗(yàn)獲得得給出相應(yīng)應(yīng)鋼材的的單調(diào)拉拉伸應(yīng)力力－應(yīng)變變曲線。。由試驗(yàn)驗(yàn)曲線看看出，在在比例極限限σp以前鋼材材的工作作是彈性性的；比比例極限限以后，，進(jìn)入了了彈塑性性階段；；達(dá)到了了屈服點(diǎn)fy后，塑性性平臺(tái)；；出現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)化階段段，產(chǎn)生生頸縮而而破壞。。2.3.2鋼材在單單向一次次拉伸下下工作性性能§2-3鋼材的主主要性能能一.四個(gè)工作作階段：：1）彈性階段段：2）彈塑性階階段：應(yīng)力由0~比例極限限fp應(yīng)力由fp~屈服點(diǎn)fy3）塑性階段段：應(yīng)力保持持fy不變，應(yīng)應(yīng)變由(0.1~0.2)%~(2~3)%;4）強(qiáng)化階段段：應(yīng)力由fy~抗拉強(qiáng)度度f(wàn)u設(shè)計(jì)以鋼鋼材的屈屈服點(diǎn)fy作為靜力力強(qiáng)度承承載力極極限§2-3鋼材的主主要性能能σεfy如果沒(méi)有有殘余應(yīng)應(yīng)力，比比例極限限與屈服服應(yīng)力合合為一點(diǎn)點(diǎn)，彈塑塑性階段段消失，，為簡(jiǎn)化化計(jì)算，，將應(yīng)力力應(yīng)變關(guān)關(guān)系簡(jiǎn)化化為如圖圖二.理想彈塑塑性體理想彈塑性體應(yīng)力應(yīng)變變關(guān)系1．強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)以以鋼材的的屈服強(qiáng)強(qiáng)度為基基礎(chǔ)，抗抗拉強(qiáng)度度σu是鋼材破破壞前所所承受最最大應(yīng)力力，此時(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)因因塑性變變形很大大而失去去使用性性能，σu／σy值的大小小，作為為鋼材強(qiáng)強(qiáng)度儲(chǔ)備備的參數(shù)數(shù)三.鋼材的機(jī)機(jī)械性能能§2-3鋼材的主主要性能能衡量鋼材材塑性變變形能力力的主要要指標(biāo)是是伸長(zhǎng)率率δ和斷面收收縮率ψ。2．塑性原標(biāo)距間間長(zhǎng)度的的伸長(zhǎng)值值與原標(biāo)標(biāo)距比值值的百分分率。一一般以l0／d0=5為標(biāo)準(zhǔn)試試件。伸伸長(zhǎng)率δ5：式中：l0——試件原標(biāo)標(biāo)距長(zhǎng)度度；d0——試件標(biāo)距距長(zhǎng)度內(nèi)內(nèi)的直徑徑；l1——試件拉斷斷后標(biāo)距距間的長(zhǎng)長(zhǎng)度。§2-3鋼材的主主要性能能斷面的頸頸縮率：：式中：A0——試件標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)斷面的的面積A1——試件拉斷斷后頸縮縮區(qū)的斷斷面積鋼材單調(diào)調(diào)拉伸應(yīng)應(yīng)力－應(yīng)應(yīng)變曲線線提供了了三個(gè)重重要的力力學(xué)性能能指標(biāo)：：抗拉強(qiáng)強(qiáng)度f(wàn)u、伸長(zhǎng)率δ和屈服點(diǎn)點(diǎn)fy?？估瓘?qiáng)度度f(wàn)u是鋼材一一項(xiàng)重要要強(qiáng)度指指標(biāo)，反反映鋼材材受拉時(shí)時(shí)能承受受的極限限應(yīng)力伸長(zhǎng)率δ是衡量鋼鋼材斷裂裂前所具具有的塑塑性變形形能力的的指標(biāo)，，其相應(yīng)應(yīng)伸長(zhǎng)率率分別用用δ5或δ10表示屈服點(diǎn)fy是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)中中應(yīng)力允允許達(dá)到到的最大大限值§2-3鋼材的主主要性能能一.冷彎性能鋼材的冷彎性性能由冷彎試試驗(yàn)確定試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)據(jù)鋼材的牌號(hào)號(hào)和不同的板板厚，按國(guó)家家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)規(guī)定的彎心直直徑，在試驗(yàn)驗(yàn)機(jī)上把試件件彎曲180°以試件表面和和側(cè)面不出現(xiàn)現(xiàn)裂紋和分層為合格冷彎試驗(yàn)不僅僅能檢驗(yàn)材料料承受規(guī)定的的彎曲變形能能力大小，還還能顯示其內(nèi)內(nèi)部的冶金缺缺陷判斷鋼材塑性變形形能力和冶金金質(zhì)量的綜合合指標(biāo)2.3.3鋼材的其它性性能§2-3鋼材的主要性性能冷彎性能試驗(yàn)驗(yàn)方法具有一定彎心心直徑d的沖頭對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件中中部施加荷載載使之彎曲不出現(xiàn)裂紋或或分層，判斷斷鋼材的冷彎彎性能冷彎性能試驗(yàn)驗(yàn)§2-3鋼材的主要性性能二.沖擊韌性單調(diào)拉伸試驗(yàn)驗(yàn)比較不同鋼鋼材在正常情情況下韌性好好壞沖擊韌性是評(píng)評(píng)定帶有缺口口鋼材沖擊荷荷載作用下抵抗脆性破壞壞能力的指標(biāo)標(biāo)，通常用帶有夏夏比V型缺口的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)試件沖擊韌性值隨隨溫度的降低低而降低相當(dāng)溫度下的的沖擊韌性指指標(biāo)：在寒冷地區(qū)承承受動(dòng)力作用用重要承重結(jié)結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)據(jù)工作溫度和和所用鋼材牌牌號(hào)，提出相當(dāng)溫度下的的沖擊韌性指指標(biāo)要求§2-3鋼材的主要性性能鋼材的沖擊韌韌性是指鋼材材在沖擊荷裁裁作用下，斷斷裂過(guò)程中吸吸收機(jī)械動(dòng)能能的一種能力力，是衡量鋼鋼材抵抗沖擊擊荷裁作用我國(guó)以前曾采采用過(guò)梅氏試試件(U形缺口)作沖擊韌性試試驗(yàn)。§2-3鋼材的主要性性能多軸應(yīng)力下，，材料的綜合合強(qiáng)度指標(biāo)要要用變形時(shí)單單位體積中積積聚的能量來(lái)來(lái)衡量形狀改變比能能理論：三向應(yīng)力下，，形狀改變比比能等于單向向拉伸下積聚聚的比能時(shí)，，鋼材由彈性性轉(zhuǎn)入塑性狀狀態(tài)2.3.4鋼材在復(fù)雜應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)下的的屈服條件時(shí)，為塑性狀狀態(tài)；時(shí)時(shí)，，為彈性狀態(tài)態(tài)§2-3鋼材的主要性性能對(duì)塑性材料，，同號(hào)應(yīng)力狀狀態(tài)易發(fā)生脆脆斷，鋼材在在異號(hào)應(yīng)力狀狀態(tài)時(shí)容易發(fā)發(fā)生塑性破壞壞。正應(yīng)力與剪應(yīng)應(yīng)力表示：§2-3鋼材的主要性性能fy單軸拉伸雙軸異號(hào)受力雙軸同號(hào)受力εσ當(dāng)σ1、σ2、σ3為同號(hào)應(yīng)力且且數(shù)值接近時(shí)時(shí)，即使它們各自自都遠(yuǎn)大于fy，折算應(yīng)力σzs仍小于fy說(shuō)明鋼材很難難進(jìn)入塑性狀狀態(tài)破壞表現(xiàn)為脆脆性§2-3鋼材的主要性性能在實(shí)腹梁的腹腹板中：當(dāng)純剪時(shí)：鋼材的抗剪設(shè)設(shè)計(jì)強(qiáng)度為：：平面應(yīng)力狀態(tài)態(tài)下§2-3鋼材的主要性性能碳含碳量低，鋼鋼的強(qiáng)度不高高．但塑性大大．伸長(zhǎng)率和和沖擊韌性高高，鋼質(zhì)柔軟軟，易于冷加加工、切削和和焊接含碳量較高，，鋼的強(qiáng)度高高，但塑性小小，硬度大，，性脆，不易易加工2.4.1化學(xué)成分的影影響§2-4各種因素對(duì)鋼鋼材性能的影影響§2-4各種因素對(duì)鋼鋼材性能的影影響錳元素(Mn)是一種弱脫氧氧劑錳提高鋼材的的屈服強(qiáng)度和和抗拉強(qiáng)度，，改善鋼材的的冷脆傾向，，降低硫、氧氧對(duì)鋼材的熱熱脆影響，改改善鋼材熱加加工性能，不不顯著降低塑塑性和沖擊韌韌性。普通碳素鋼中中，錳含量在在0.3~0.8％，低合金鋼鋼中，在1.2~1.6％之間，過(guò)多多會(huì)使鋼材變變硬變脆．降降低鋼材耐腐腐蝕和可焊性性。硅元素(Si)是一種較強(qiáng)的的脫氧劑。適量的硅可提提高鋼材強(qiáng)度度而對(duì)其塑性性、冷彎性能能、沖擊性能能、可焊性能能無(wú)明顯不良良影響。在碳素鋼中含含量不超過(guò)0.3％，低合金鋼鋼中限制在0.6％以內(nèi)。過(guò)高高硅含量降低低鋼材的塑性性、韌性、抗抗銹性和可焊焊性?！?-4各種因素對(duì)鋼鋼材性能的影影響釩元素(V)是低合金鋼中中合金元素。?？梢约?xì)化鋼鋼材晶粒結(jié)構(gòu)構(gòu)而提高鋼材材屈服強(qiáng)度和和抗拉強(qiáng)度。。釩的化合物物穩(wěn)定，使鋼鋼的高溫硬度度提高，15MnV鋼是在16Mn鋼基礎(chǔ)上加入入適量的釩(0.04~0.12％)熔煉成強(qiáng)度較較高低合金鋼鋼。硫元素(S)是一種有害元元素。硫與鐵鐵化合成硫化化鐵(FeS)散布在純鐵體體層間中，當(dāng)當(dāng)溫度在800～1200℃時(shí)熔化而使鋼鋼材出現(xiàn)熱裂裂紋，且易脆脆斷。稱為熱熱脆現(xiàn)象。使使鋼材焊接性性能和熱加工工性能變壞，，降低鋼材塑塑性和沖擊韌韌性。§2-4各種因素對(duì)鋼鋼材性能的影影響氧、氮是有害元素，，容易從鐵液液中逸出，故故含量甚少。。氧的作用與與硫類似，增增大鋼的熱脆脆性。氮的作用同磷磷類似，能顯顯著降低鋼材材的塑性和沖沖擊韌性，冷冷彎性能和焊焊接性能，特特別是增大鋼鋼材的冷脆性性§2-4各種因素對(duì)鋼鋼材性能的影影響磷元素(P)也是一種有害害元素。磷的存在可提提高鋼材的強(qiáng)強(qiáng)度和抗銹蝕蝕性，但嚴(yán)重重降低鋼材的的塑性、冷彎彎性能、沖擊擊韌性和可焊焊性。在低溫下，鋼鋼材易產(chǎn)生低低溫脆斷,稱為冷脆現(xiàn)象象。鋼材的焊接性性能受含碳量量和合金元素素含量的影響響含碳量超過(guò)時(shí)時(shí)，焊縫及熱熱影響區(qū)容易易變脆一般Q235A的含碳量較高高，因此這一一牌號(hào)通常不不能用于焊接接構(gòu)件。而Q235B、C、D的含碳量控制制在上述的適適宜范圍之內(nèi)內(nèi)，適合焊接接使用在高強(qiáng)度低合合金鋼中，低低合金元素大大多對(duì)可焊性性有不利影響響，《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊焊接技術(shù)規(guī)程程》使用碳當(dāng)量來(lái)來(lái)衡量低合金金鋼的可焊性性，其的計(jì)算算公式如下：：2.4.2鋼材的焊接性性能§2-4各種因素對(duì)鋼鋼材性能的影影響其中C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu分別為分別為為碳、錳、鉻鉻、鉬、釩、、鎳和銅的百百分含量。鋼材焊接性能能的優(yōu)劣除了了與鋼材的碳碳當(dāng)量有直接接關(guān)系之外，，還與母材厚厚度、焊接方方法、焊接工工藝參數(shù)以及及結(jié)構(gòu)形式等等條件有關(guān)。。當(dāng)CE在0.38％～0.45％范圍內(nèi)時(shí)，，鋼材呈現(xiàn)淬淬硬傾向，施施焊時(shí)需要控控制焊接工藝藝、采用預(yù)熱熱措施并使熱熱影響區(qū)緩慢慢冷卻，以免免發(fā)生淬硬開(kāi)開(kāi)裂；當(dāng)CE大于0.45％時(shí)，鋼材的的淬硬傾向更更加明顯，需需嚴(yán)格控制焊焊接工藝和預(yù)預(yù)熱溫度才能能獲得合格的的焊縫?！?-4各種因素對(duì)鋼鋼材性能的影影響鋼材的硬化有有三種情況：：時(shí)效硬化、冷冷作硬化（或或應(yīng)變硬化））和應(yīng)變時(shí)效效硬化在高溫時(shí)溶于于鐵中的少量量氮和碳，隨隨著時(shí)間的增增長(zhǎng)逐漸由固固溶體中析出出，生成氮化化物和碳化物物，散存在鐵鐵素體晶粒的的滑動(dòng)界面上上，對(duì)晶粒的的塑性滑移起起到遏制作用用，從而使鋼鋼材的強(qiáng)度提提高，塑性和和韌性下降。。這種現(xiàn)象稱稱為時(shí)效硬化在冷加工使鋼鋼材產(chǎn)生較大大的塑性變形形的情況下，，卸荷后再重重新加載，鋼鋼材的屈服點(diǎn)點(diǎn)提高，塑性性和韌性降低低的現(xiàn)象稱為為冷作硬化2.4.3鋼材的硬化§2-4各種因素對(duì)鋼鋼材性能的影影響應(yīng)力—應(yīng)變曲線將沿沿圖中EDHK進(jìn)行，屈服點(diǎn)點(diǎn)由D點(diǎn)提高到H點(diǎn)塑性區(qū)和應(yīng)變變硬化區(qū)的范范圍縮小。這這也是一個(gè)對(duì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的不不利因素?！?-4各種因素對(duì)鋼鋼材性能的影影響時(shí)效過(guò)程長(zhǎng)在塑性變形后后對(duì)鋼材加熱熱到200～300C，使時(shí)效在幾幾小時(shí)內(nèi)完成成，稱為人工工時(shí)效。重要結(jié)構(gòu)常需需進(jìn)行人工時(shí)時(shí)效，然后再再測(cè)定其沖擊擊韌性，以保保證鋼材長(zhǎng)期期具有較好的的韌性。當(dāng)截面有裂紋紋(內(nèi)部的或表面面的)、孔洞、刻槽槽、凹角時(shí)以以及截面厚度度或?qū)挾韧蝗蝗桓淖儠r(shí)構(gòu)件中應(yīng)力分分布變得不均均勻。在缺陷陷或截面變化化處附近，應(yīng)應(yīng)力線曲折、、密集、出現(xiàn)現(xiàn)高峰應(yīng)力的的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。當(dāng)數(shù)值相等三三向拉應(yīng)力時(shí)時(shí)，直到材料料斷裂也不屈屈服。三向拉應(yīng)力狀狀態(tài)容易脆性性破壞2.4.4應(yīng)力集中的影影響§2-4各種因素對(duì)鋼鋼材性能的影影響應(yīng)力集中現(xiàn)象象可能由內(nèi)應(yīng)應(yīng)力產(chǎn)生：在澆注、軋制制和焊接加工工過(guò)程中，不不同部位鋼材材冷卻速度不不同產(chǎn)生。焊接殘余應(yīng)力力：在焊縫附近殘殘余拉應(yīng)力常常達(dá)到屈服點(diǎn)點(diǎn)，在焊縫交交叉處經(jīng)常出出現(xiàn)雙向、甚甚至三向殘余余拉應(yīng)力場(chǎng)，，使鋼材局部部變脆。當(dāng)外力引起的的應(yīng)力與內(nèi)應(yīng)應(yīng)力處于不利利組合時(shí)，會(huì)會(huì)引發(fā)脆性破破壞。因此，在進(jìn)行行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量量使構(gòu)件和連連接節(jié)點(diǎn)的形形狀和構(gòu)造合合理，防止截截面的突然改改變。鋼結(jié)構(gòu)焊接構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)和施施工時(shí)，盡量量減少焊接殘殘余應(yīng)力?！?-4各種因素對(duì)鋼鋼材性能的影影響荷載可分為靜靜力的和動(dòng)力力的兩大類。。快速加載動(dòng)動(dòng)力荷載載中的沖擊荷荷載連續(xù)交變荷載載，循環(huán)荷載載吊吊車梁地地震2.4.5荷載類型的影影響一.加載速度的影影響在沖擊荷載作作用下，加載載速度很高，，由于鋼材的的塑性滑移在在加載瞬間跟跟不上應(yīng)變速速率，反映出出屈服點(diǎn)提高高的傾向試驗(yàn)研究表明明，在室溫環(huán)環(huán)境下，雖然然鋼材的屈服服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)強(qiáng)度隨應(yīng)變速速率增加而提提高，塑性變變形能力卻沒(méi)沒(méi)有下降，反反而提高§2-4各種因素對(duì)鋼鋼材性能的影影響二.循環(huán)荷載的影影響鋼材在連續(xù)交交變荷載作用用下，會(huì)逐漸漸累積損傷、、產(chǎn)生裂紋及及裂紋逐漸擴(kuò)擴(kuò)展，直到最最后破壞，這種現(xiàn)象稱為為疲勞疲勞可分為高高周疲勞和低低周疲勞兩類類當(dāng)鋼材承受拉拉力至產(chǎn)生塑塑性變形，卸卸載后，再使使其受拉，其其受拉的屈服服強(qiáng)度將提高高至卸載點(diǎn)（（冷作硬化現(xiàn)現(xiàn)象）；而當(dāng)當(dāng)卸載后使其其受壓，其受受壓的屈服強(qiáng)強(qiáng)度將低于一一次受壓時(shí)所所獲得的值。。這種經(jīng)預(yù)拉拉后抗拉強(qiáng)度度提高，抗壓壓強(qiáng)度降低的的現(xiàn)象稱為包辛格效效應(yīng)§2-4各種因素對(duì)鋼鋼材性能的影影響在150℃以內(nèi)，鋼材的的強(qiáng)度、彈性性模量和塑性性均與常溫相相近。在250℃左右，抗拉強(qiáng)強(qiáng)度有局部性性提高，伸長(zhǎng)長(zhǎng)率和斷面收收縮率均降至至最低，出現(xiàn)現(xiàn)藍(lán)脆現(xiàn)象（（鋼材表面氧氧化膜呈藍(lán)色色）。顯然鋼鋼材的熱加工工應(yīng)避開(kāi)這一一溫度區(qū)段。。在300℃以后，強(qiáng)度和和彈性模量均均開(kāi)始顯著下下降，塑性顯顯著上升。達(dá)到600℃時(shí)，強(qiáng)度幾乎乎為零，塑性性急劇上升，，鋼材處于熱熱塑性狀態(tài)。。2.4.6溫度的影響§2-4各種因素對(duì)鋼鋼材性能的影影響當(dāng)溫度低于常常溫時(shí)，隨著著溫度的降低低，鋼材的強(qiáng)強(qiáng)度提高，而而塑性和韌性性降低，逐漸漸變脆，稱為為鋼材的低溫冷脆。在直接承受動(dòng)動(dòng)力作用的鋼鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中中，為了防止止脆性破壞，，沖擊試驗(yàn)并并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分分析才能得到到。我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)對(duì)不同牌號(hào)號(hào)和等級(jí)的鋼鋼材，規(guī)定了了在不同溫度度下的沖擊韌韌性指標(biāo)對(duì)Q235鋼，除A級(jí)不要求外外，其它各各級(jí)鋼均取取CV=27J對(duì)低合金高高強(qiáng)度鋼，，除A級(jí)不要求外外，E級(jí)鋼采用CV=27J§2-4各種因素對(duì)對(duì)鋼材性能能的影響影響因素：：鋼材的化化學(xué)成分、、組織構(gòu)造造和缺陷等等；構(gòu)造缺缺陷和焊接接加工引起起的應(yīng)力集集中、低溫溫影響、動(dòng)動(dòng)荷作用、、冷作硬化化和應(yīng)變時(shí)時(shí)效硬化等等。防止脆性破破壞的發(fā)生生：(1)合理設(shè)計(jì)。。(2)正確制造。。(3)合理使用。。2.4.7防止脆性斷斷裂的方法法§2-4各種因素對(duì)對(duì)鋼材性能能的影響§2-5鋼材的疲勞勞2.5.1疲勞破壞的的特征1.疲勞的概念念鋼材料在循循環(huán)荷載作作用下，當(dāng)當(dāng)循環(huán)數(shù)達(dá)達(dá)到某一定定值時(shí)，鋼鋼材發(fā)生破破壞的現(xiàn)象象叫做鋼材材的疲勞；；疲勞屬于于脆性破壞壞。內(nèi)部缺陷----應(yīng)力集中----產(chǎn)生微裂紋紋----微裂紋在循循環(huán)荷載下下擴(kuò)展----截面削弱----宏觀裂紋失失穩(wěn)擴(kuò)展----斷裂引起疲勞破破壞的交變變荷載有兩兩種類型常幅交變荷荷載常常幅疲勞勞變幅交變荷荷載變變幅疲勞勞轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械械零件常常幅疲疲勞破壞，，吊車橋、鋼鋼橋變變幅疲勞勞破壞?！?-5鋼材的疲勞勞1)低周疲勞高周疲勞2)特征a突然性b疲勞破壞的的斷口與一一般脆性斷斷口不同，，三個(gè)區(qū)域域：裂紋源源、裂紋擴(kuò)擴(kuò)展區(qū)和斷斷裂區(qū)。擴(kuò)擴(kuò)展區(qū)表面面較光滑，，可見(jiàn)放射射和年輪狀狀花紋，是是疲勞斷裂裂的主要斷斷口特征。。c疲勞對(duì)缺陷陷敏感。缺口裂裂紋組組織缺陷§2-5鋼材的疲勞勞tt平均應(yīng)力：：應(yīng)力比：應(yīng)力輻：循環(huán)應(yīng)力和和變幅應(yīng)力力§2-5鋼材的疲勞勞2影響疲勞的的主要因素素：1）有無(wú)缺陷陷、缺陷的的尺寸，有有無(wú)殘余應(yīng)應(yīng)力。2）應(yīng)力水平平3）應(yīng)力輻4）應(yīng)力比對(duì)彈性材料料，這一因因素影響不不象對(duì)彈塑塑性材料那那樣大。時(shí)，稱常幅幅循環(huán)§2-5鋼材的疲勞勞2.5.2常幅疲勞一.非焊接結(jié)構(gòu)構(gòu)的疲勞疲勞強(qiáng)度與與主主體金屬連連接類類型有關(guān)與循環(huán)應(yīng)力力的應(yīng)力比比ρ循環(huán)次數(shù)n有關(guān)。n＝2×106次，TJ17-74曾根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)得到的簡(jiǎn)簡(jiǎn)化疲勞曲曲線，驗(yàn)算算以拉應(yīng)力力為主的疲疲勞計(jì)算公公式如下：：§2-5鋼材的疲勞勞驗(yàn)算部位最最大拉應(yīng)力力；以拉應(yīng)力為為主的疲勞勞容許強(qiáng)度度；=0時(shí)的疲勞容容許強(qiáng)度，，試驗(yàn)定；；構(gòu)造形式有有關(guān)的系數(shù)數(shù)，試驗(yàn)定定。以應(yīng)力為準(zhǔn)準(zhǔn)則的疲勞勞驗(yàn)算方法法不適用于于焊接結(jié)構(gòu)構(gòu)§2-5鋼材的疲勞勞二.焊接結(jié)構(gòu)的的疲勞焊接結(jié)構(gòu)疲疲勞壽命主主要的因素素構(gòu)件件和連接的的構(gòu)造類型型和應(yīng)力幅幅，而與應(yīng)應(yīng)力比無(wú)關(guān)關(guān)焊接殘余應(yīng)應(yīng)力的影響σfyfyσmaxσminΔσ=σmax-σminfy-Δσt+--(a)(b)(c)焊縫附近的的真是循環(huán)環(huán)應(yīng)力§2-5鋼材的疲勞勞當(dāng)名義循環(huán)環(huán)應(yīng)力為拉拉時(shí)，焊縫縫附近的殘殘余拉應(yīng)力力已達(dá)屈服服點(diǎn)不再增增加，實(shí)際際拉應(yīng)力保保持fy不變；當(dāng)名名義循環(huán)應(yīng)應(yīng)力減小到到最小時(shí)，，焊縫附近近的實(shí)際應(yīng)應(yīng)力將降至至顯然，焊縫縫附近的真真實(shí)應(yīng)力比比為只要應(yīng)力幅幅為常數(shù)，，不管循環(huán)環(huán)荷載下的的名義應(yīng)力力比為何值值，焊縫附附近的真實(shí)實(shí)應(yīng)力比也也為常數(shù)。。焊縫部位位的疲勞壽壽命主要與與有有關(guān)關(guān)。§2-5鋼材的疲勞勞Δσnn1Δσ1lgΔσlgnlgnLg[Δσ]lgCβ1(a)(b)2s應(yīng)力幅與循循環(huán)壽命的的關(guān)系§2-5鋼材的疲勞勞可求得容許許應(yīng)力幅的的表達(dá)式C、β均為不同構(gòu)構(gòu)件和連接接類別的試試驗(yàn)參數(shù)。。循環(huán)次數(shù)n應(yīng)力幅1234疲勞極限新規(guī)范給出出的疲勞曲曲線(Δσ?n)圖§2-5鋼材的疲勞勞三.常幅疲勞驗(yàn)驗(yàn)算1.對(duì)不同的構(gòu)構(gòu)件和連接接類型歸納劃分為為8類2.對(duì)于非焊接接結(jié)構(gòu)，使用螺栓連連接和構(gòu)件件，殘余拉拉應(yīng)力很小小，疲勞壽壽命不僅與與應(yīng)力幅Δσ有關(guān)，也與與名義應(yīng)力力比ρ有關(guān)3.折算應(yīng)力幅幅采用荷載的的標(biāo)準(zhǔn)值容許應(yīng)力設(shè)設(shè)計(jì)法內(nèi)力計(jì)算中中不乘動(dòng)力力系數(shù)試試驗(yàn)包括括動(dòng)力作用用§2-5鋼材的疲勞勞一.變幅疲勞的的一般計(jì)算算方法根據(jù)線性累累積損傷準(zhǔn)準(zhǔn)則等效應(yīng)力幅幅Δσe，計(jì)算公式為為：各應(yīng)力幅Δσi對(duì)應(yīng)循環(huán)次次數(shù)為ni，相對(duì)的疲勞勞壽命為Ni，線性累積損損傷準(zhǔn)則為為：應(yīng)力力幅幅Δσσi循環(huán)環(huán)一一次次時(shí)時(shí)，，將將引引起起1/Ni的損損傷傷，，ni次循循環(huán)環(huán)的的損損傷傷為為ni/Ni；其它它應(yīng)應(yīng)力力幅幅水水平平的的常常幅幅循循環(huán)環(huán)應(yīng)應(yīng)力力也也有有各各自自的的損損傷傷狀狀況況，，當(dāng)當(dāng)這這些些損損傷傷份份額額之之和和等等于于1時(shí)，，將將發(fā)發(fā)生生疲疲勞勞破破壞壞。?；?.5.3變幅幅疲疲勞勞§2-5鋼材材的的疲疲勞勞lgΔσlgnΔσ1Δσ2Δσ3Δσen1n2n3N1N2N3Σniβ1變幅幅疲疲勞勞的的疲疲勞勞曲曲線線§2-5鋼材材的的疲疲勞勞等效效常常幅幅疲疲勞勞應(yīng)應(yīng)力力幅幅Δσσe，循環(huán)環(huán)次次后后：：或?qū)⑸仙鲜鍪龃肴胂孪率绞接械脛t－以以應(yīng)應(yīng)力力循循環(huán)環(huán)次次數(shù)數(shù)表表示示的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)預(yù)預(yù)期期壽壽命命；；ni－應(yīng)力力幅幅水水平平為為Δσσi的應(yīng)應(yīng)力力循循環(huán)環(huán)次次數(shù)數(shù)。。§2-5鋼材材的的疲疲勞勞二.吊車車梁梁的的疲疲勞勞欠載載效效應(yīng)應(yīng)的的等等效效系系數(shù)數(shù)最大大應(yīng)應(yīng)力力幅幅1變幅幅疲疲勞勞工工作作環(huán)環(huán)境境2獲得得一一些些有有代代表表性性的的車車間間的的重重級(jí)級(jí)工工作作制制中級(jí)級(jí)工工作作制制吊吊車車桁桁架架的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)應(yīng)應(yīng)力力譜譜。。3按2××106循環(huán)環(huán)次次數(shù)數(shù)4最大大應(yīng)應(yīng)力力幅幅Δσσ1；常常幅幅設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)應(yīng)應(yīng)力力幅幅Δσσ§2-5鋼材材的的疲疲勞勞2.5.4疲勞勞驗(yàn)驗(yàn)算算中中一一些些值值得得注注意意的的問(wèn)問(wèn)題題(1)疲勞勞驗(yàn)驗(yàn)算算仍仍然然采采用用容容許許應(yīng)應(yīng)力力設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)方方法法，，標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)荷荷載載用容容許許應(yīng)應(yīng)力力幅幅作作為為疲疲勞勞強(qiáng)強(qiáng)度度(2)規(guī)范范中中提提出出的的疲疲勞勞強(qiáng)強(qiáng)度度以以試試驗(yàn)驗(yàn)為為依依據(jù)據(jù)規(guī)定定8種以以外外連連接接構(gòu)構(gòu)造造，，應(yīng)應(yīng)進(jìn)進(jìn)行行專專門門的的研研究究高溫溫、、海海水水腐腐蝕蝕環(huán)環(huán)境境、、焊焊后后經(jīng)經(jīng)熱熱處處理理、、低低周周高高應(yīng)應(yīng)變變疲疲勞勞構(gòu)構(gòu)件件或或連連接接的的疲疲勞勞(3)在應(yīng)應(yīng)力力循循環(huán)環(huán)中中不不出出現(xiàn)現(xiàn)拉拉應(yīng)應(yīng)力力的的部部位位不不計(jì)計(jì)算算疲疲勞勞(4)靜力力強(qiáng)強(qiáng)度度對(duì)對(duì)焊焊接接構(gòu)構(gòu)件件和和連連接接的的疲疲勞勞強(qiáng)強(qiáng)度度無(wú)無(wú)顯顯著著影影響響，，故故可可以以認(rèn)認(rèn)為為，，疲疲勞勞容容許許應(yīng)應(yīng)力力幅幅與與鋼鋼種種無(wú)無(wú)關(guān)關(guān)§2-5鋼材的的疲勞勞§2-6建筑用用鋼的的種類類、規(guī)規(guī)格和和選用用2.6.1建筑用用鋼的的種類類碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼鋼和低低合金金高強(qiáng)強(qiáng)度結(jié)結(jié)構(gòu)鋼鋼優(yōu)質(zhì)碳碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼鋼在冷冷拔碳碳素鋼鋼絲和和連接接用緊緊固件件中厚厚度方方向性性能鋼鋼板、、焊接接結(jié)構(gòu)構(gòu)用耐耐候鋼鋼、鑄鑄鋼一.碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼鋼按國(guó)家家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)《碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼鋼》GB/T700生產(chǎn)的的鋼材材有Q195、Q215、Q235、Q255和Q275種品牌牌，板材厚厚度不不大于于16mm屈服點(diǎn)點(diǎn)分別別為195、215、235、255、275N/mm2Q235含碳量量在0.22％以下下，強(qiáng)強(qiáng)度適適中，，塑性性、韌韌性均均較好好除A級(jí)外，，其它它三個(gè)個(gè)級(jí)別別的含含碳量量均在在0.20％以下下?！?-6建筑用用鋼的的種類類、規(guī)規(guī)格和和選用用二.低合金金高強(qiáng)強(qiáng)度結(jié)結(jié)構(gòu)鋼鋼按國(guó)家家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)《低合金金高強(qiáng)強(qiáng)度結(jié)結(jié)構(gòu)鋼鋼》GB/T1591生產(chǎn)的的鋼材材共有有Q295、Q345、Q390、Q420和Q460板材厚厚度不不大于于16mm屈服點(diǎn)點(diǎn)295、345、390、420和460N/mm2。含碳量量均不不大于于0.20％，合合金元元素的的總量量低于于5％，故故稱為為低合合金高高強(qiáng)度度鋼。。Q345、Q390和Q420均按化化學(xué)成成分和和沖擊擊韌性性劃分分為A、B、C、D、E共5個(gè)質(zhì)量量等級(jí)級(jí)，A、B級(jí)為鎮(zhèn)鎮(zhèn)靜鋼鋼，C、D、E級(jí)為特特種鎮(zhèn)鎮(zhèn)靜鋼鋼，故故可不不加脫脫氧方方法的的符號(hào)號(hào)。三.優(yōu)質(zhì)碳碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼鋼與碳素素結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼的的區(qū)別別在于于鋼中中含雜雜質(zhì)元元素較較少，，磷、、硫等等害元元素含含量均均不大大于0.035％，其其它缺缺陷限限制也也較嚴(yán)嚴(yán)格§2-6建筑用用鋼的的種類類、規(guī)規(guī)格和和選用用一類為為普通通含錳錳量的的鋼一類為為較高高含錳錳量的的鋼兩類的的鋼號(hào)號(hào)均用用兩位位數(shù)字字表示示，它它表示示鋼中中的平平均含含碳量量的萬(wàn)萬(wàn)分?jǐn)?shù)數(shù)，前前者數(shù)數(shù)字后后不加加Mn，后者數(shù)數(shù)字后后加Mn，45號(hào)鋼，，表示示平均均含碳碳量為為0.45％的優(yōu)優(yōu)質(zhì)碳碳素鋼鋼；45Mn號(hào)鋼，，表示示同樣樣含碳碳量、、但錳錳的含含量也也較高高的優(yōu)優(yōu)質(zhì)碳碳素鋼鋼。四.其他鋼鋼防止鋼鋼材的的層狀狀撕裂裂而采采用Z向鋼，處于于外露露環(huán)境境對(duì)耐耐腐蝕蝕有特特殊要要求或或在腐腐蝕性性作用用下的的結(jié)構(gòu)構(gòu)采用用耐候鋼鋼§2-6建筑用用鋼的的種類