建筑結(jié)構(gòu)(鋼結(jié)構(gòu))

主講人：王瑾鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求

用作鋼結(jié)構(gòu)的鋼必須符合下列要求1.較高的抗拉強度fu和屈服點fy①fy是衡量結(jié)構(gòu)承載能力的指標，fy高則可減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)約鋼材和降低造價。②fu是衡量鋼材經(jīng)過較大變形后的抗拉能力，它直接反映鋼材內(nèi)部組織的優(yōu)劣，fu高可以增加結(jié)構(gòu)的安全保障。2.較高的塑性和韌性①減輕脆性破壞的傾向②具有較好的抵抗重復(fù)荷載的能力3.良好的工藝性能(冷加工、熱加工、可焊性能)①易于加工成各種形式的結(jié)構(gòu)②不致因加工使結(jié)構(gòu)的強度、塑性、韌性降低太多。[結(jié)論]：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定：①承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有抗拉強度、伸長率、屈服點和碳、硫、磷含量的合格保證。②焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有冷彎試驗的合格保證。③對某些承受動力荷載的結(jié)構(gòu)以及重要的受拉或受彎的焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有常溫或負溫沖擊韌性的合格保證?！?-1建筑鋼材的兩種破壞形式(脆性破

壞、塑性破壞)塑性破壞脆性破壞變形顯著很小，甚至沒有塑性變形吸收的能量很大很小變形持續(xù)時間較長極短應(yīng)力≥fu可能＜fy其它塑性破壞易于發(fā)現(xiàn)和補救破壞發(fā)生突然，斷裂從應(yīng)力集中處開始§2-2鋼材的性能定義：鋼材在各種作用下所表現(xiàn)出來的各種特性，如強度、塑性、韌性、冷彎性能等統(tǒng)稱為鋼材的力學(xué)性能。相應(yīng)的衡量指標稱為鋼材力學(xué)性能指標。(是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要依據(jù))<一>鋼材的強度和塑性

常溫靜載下的單向拉伸試驗。(標準試件、拉伸試驗機)標準試件：長試件l0＝10d0短試件l0＝5d01．彈性階段：①沒有殘余的永久變形②應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系符合虎克定律σ＝εE式中：E──在數(shù)值上為OA段直線的斜率，稱為鋼材的彈性模量。E=2.06×105N/mm2③fp為比例極限2．彈塑性階段①鋼材的變形包括彈性變形和塑性變形②B點的應(yīng)力稱為鋼材的屈服點(或屈服應(yīng)力、屈服極限)3．屈服階段(BC)①荷載不增加，應(yīng)力不增加，應(yīng)變卻持續(xù)增加→形成BC②BC為水平段，稱為屈服臺階(屈服平臺)③鋼材處于完全塑性狀態(tài)。BC↑，塑性越好。[說明]鋼材的屈服點fy是衡量鋼材承載能力的一個重要指標，這是因為鋼材屈服后，將暫時失去繼續(xù)承受荷載的能力，并且伴隨產(chǎn)生較大的變形，因此，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中常把屈服點fy定為構(gòu)件應(yīng)力可以達到的極限，并將其作為強度承載能力極限狀態(tài)的指標。4.強化階段(CD)D點→fu，稱為鋼材的抗拉強度①鋼材抗破斷能力的極限②是衡量鋼材強度的一項重要指標5.頸縮階段(DE)應(yīng)力達到fu時，在試件某一薄弱截面處，橫截面急劇變細收縮，形成頸縮現(xiàn)象。6.理想彈塑性材料σ─ε圖通常假定：①屈服點以前的材料為完全彈性。②屈服點以后的材料為完全塑性。從而把鋼材視為理想彈－塑性材料。

<二>鋼材的塑性性能伸長率斷面收縮率①伸長率是衡量鋼材塑性性質(zhì)的主要指標δ↑，塑性↑。(即：鋼材被拉斷前產(chǎn)生永久塑性變形的能力愈強)②當試件標距長度與試件的直徑d之比為10時，以δ10表示。l0/d＝10→δ10當l0/d＝5→δ51.伸長率試件被拉斷后標距長度的伸長量與原標距長度比值的百分數(shù)稱為鋼材的伸長率，用δ表示：δ＝2．斷面收縮率試件被拉斷后，其斷口處橫截面面積的縮小值與原截面面積比值的百分數(shù)稱為鋼材的斷面收縮率，用ψ表示。①斷面收縮率ψ是衡量鋼材塑性性質(zhì)的又一個重要指標。ψ↑，塑性↑。②斷面收縮率反映了鋼材在頸縮區(qū)的三向同號拉應(yīng)力狀態(tài)下可能產(chǎn)生的最大塑性變形能力。<三>鋼材的冷彎性能冷彎性能是由冷彎試驗來確定。試驗時按照規(guī)定的彎心直徑在試驗機上用沖頭加壓，使試件變成α＝180o；如試件外表面不出現(xiàn)裂紋和分層，即為合格。①冷彎委性能預(yù)是考謎查鋼皺材在血復(fù)雜控應(yīng)力貫狀態(tài)網(wǎng)下發(fā)茶展塑建性變茄形的看能力萄和鋼怠材質(zhì)蠟量的池綜合腿指標池。②閉冷彎旨試驗攪直接額檢驗澡鋼材綢的：A．彎造曲變譽形能望力及屑塑性淘性能館。B．鋼氧材能夾否適恢應(yīng)加肌工制銷作中籮的冷舅作工智藝。C．暴扔露鋼注材內(nèi)孤部的冶金什缺陷(非金謝屬摻槽雜情川況、限分層亂、氣污泡等)<四>鋼材饅的韌惑性韌性疊：是兄鋼材帝抵抗診沖擊蘇荷載恢的能按力，忠它用材料恒在斷牽裂時疏所吸鐘收的睜總能公量來違度量農(nóng)。①腳韌性參是鋼愁材強求度和蛇塑性跌的綜尼合指基標。②非沖擊盜韌性雷的大茅小與凱鋼材氧的軋厲制方猛向有賣關(guān)縱向叨切取滋的AKV值＞公橫向驚切取怠的AKV值(∵縱向(順著已軋制嘴方向)由于減鋼材負經(jīng)受熱碾壓次遍數(shù)多陳，內(nèi)爭部結(jié)皂晶構(gòu)已造細個密，工性能賭好)③沖擊挑韌性誼與試靜驗溫毫度有仙關(guān)。試驗袋溫度逝↓沿，沖聲擊韌英性AKV值↓低溫非對鋼茶材的水脆性揮破壞恭有顯藥著的疼影響謀，在惕寒冷已地區(qū)彎建造眉的結(jié)蘆構(gòu)不偷但要會求鋼躁材具枝有常疾溫(2寇0℃捏)沖擊昆韌性戴指標郵，還怎要求寒具有醋負溫(0愧℃，－20漢℃或－40倍℃)沖擊緊韌性雙指標繩，以絮保證蒼結(jié)構(gòu)錢具有蠢足夠竟的抗負脆性專破壞桿能力<五>可焊筐性①辜可焊盈性衡歐量指俱標-Ce澤q;江Pc似m②彼可焊繞性良頂好的錘鋼材睡，用只普通絨的焊光接方理法焊與接后桐，焊隆縫金贈屬及拖其附速近熱扇影響發(fā)區(qū)的臟金屬概不產(chǎn)仙生裂隊紋，徑并且缺其機散械性狀能不駕低于訪木材姿的機主械性盛能?！?少-3影響痰鋼材擋性能晉的主摩要因扯素一、筑化學(xué)干成分鋼的困主要勸化學(xué)它成分鐵(F怨e)：90％碳和濟其它情元素助：僅俱占1％，安但對詳鋼材亦的力難學(xué)性濁能卻列有決蹲定性枝影響虧。1．碳C：隨外含碳賢量↑禿，鋼必的強首度↑普，塑梯性和邁韌性轉(zhuǎn)↓，度可焊塑性↓戶，抗僻銹性況能↓愚。2．有毅益元合素硅Si鋁Al寬→強脫族氧劑老→昂鎮(zhèn)臨靜鋼(脫氧幕劑)錳Mn→弱脫卷氧劑曉→岡沸騰夏鋼3．有漫害元極素硫S蛙S↑勒→熱脆(Fe盯S)升∴S的含顫量＜0.錢04撞5％磷P衛(wèi)P↑像→冷脆過∴P的含爹量＜0.撓04道5％4.釩：追作為俘一種衡合金轎元素魚，可腸以提賤高鋼烏的強拜度，磨抗銹籠性昏能積↑，大同時庸又不受會顯并著降液低鋼亂的塑派性。5．氧(O勒)、氮(N舞)、氫(H頓)傾→有害繞元素液，雜切質(zhì)?！W↓熱脆籮冷凱脆，睡類似堡磷二、易冶煉聽、澆鋒注、盤軋制投過程井及熱犧處理避的影出響。1．冶藝煉法占：平竿爐和敲氧氣拒轉(zhuǎn)爐①圾這兩化種方目法煉劈燕出的毒鋼材質(zhì)量相當驕。②健氧氣古轉(zhuǎn)爐技鋼比世平爐摟鋼的騾沖擊它韌性巴高(約高20％～30％)，含禮氮量增低，項含氧撓量也澤略低分，成蹄本較思低。力學(xué)石性能島，主糖要化診學(xué)元稿素的太含量拘以及獲冷加哨工性鍵能，倦熱加堂工性抗能，交可焊懼性都霉基本匙一致嫩。2．澆幻玉注過抖程的遵影響①源質(zhì)量曠：沸癢騰鋼涌＜半割鎮(zhèn)靜饑鋼＜精鎮(zhèn)靜瞞鋼＜款特殊惠鎮(zhèn)靜衰鋼②沸騰順鋼：海錳(Mn)作為躺脫氧右劑(弱)鎮(zhèn)靜懸鋼：Mn+硅(強脫碗氧劑)半鎮(zhèn)唉靜鋼澡：性來能優(yōu)亡于沸策騰鋼逝，與測鎮(zhèn)靜滔鋼相宵似，染而其成吹本又穴接近爆于沸臘騰鋼③暖特殊隊鎮(zhèn)靜奮鋼：湊先SiMn脫氧徹，再Al殖Ti脫氧革，其每性能術(shù)明顯渡改善謝，可僚焊性移顯著鏟提高盯。3．軋拒制過門程的襲影響①駛軋制障使鋼困材內(nèi)異部的牧氣泡粘、可嬸以得寸到壓怎合。②乒軋制隨鋼材設(shè)的性拴能比廉鋼錠太好。③纖軋制磚次數(shù)袖越多乞，越塞薄的坦鋼材友，強墾度、轟塑性易和沖付擊韌補性就盛越好啊。三、傷鋼材硬化的影也響(冷作枝硬化勒、時釀效硬么化、菠人工識硬化)1．冷作硬化意：鋼塊材受喉荷載孕作用司，進翅入彈迫塑性健階段介以后聞，間卷歇重蛋復(fù)加誤載將而使彈融性范虛圍擴漿大的霧現(xiàn)象杰稱為腐冷作提硬化①賽冷作敏：冷悶彎、逼冷拉乓、沖社孔、脅機械重剪切②鋸屈服我點↑于，強殲度↑涌，塑尖性和傲韌性貨↓2．時漢效硬因化：在高善溫時匠熔化繭于鐵恢中的爭少量覆氮和您碳，廚隨時喝間的腎增長鳴逐漸招從純棟鐵中棉析出復(fù)，形儲成自緩由碳堡化物鈔和氮谷化物之，對狂純鐵愛的塑衣性變以形起過遏制喝作用泡，從肅而使救鋼材稀的強廣度提向高，史塑性疾、韌使性下毅降，肝這種歲現(xiàn)象喪稱為股時效棄硬化際，俗暑稱老融化。盒（時箏間很禿長，解幾個玻月，鉤幾年速后才仔發(fā)生凝）3．人倦工時去效：兵若鋼傳材經(jīng)雄過冷珠加工露而塑鑄性變儲形后博加熱恐，可晉使時搜效過碌程發(fā)封展特清別迅鄭速。4．時弄效、訂人工懶、冷夏作硬勺化的揮共同腰點和背不同恥點。共同輩點：的擴大冤彈性印工作嗎范圍系，減敘少了即鋼材護的塑誦性。不同猾點：凡時效炎硬化巴和人治工時包效在仔擴大縫彈性慰范圍的的同時漿，還從提高代了鋼接材的矩抗拉廟強度津。四、梢溫度亞的影愚響溫度t↑，強宣度，奶應(yīng)變垃增大析。溫度t↓，強傷度略磁有增忙加，遺塑性桶和韌秋性都淹會降卷低而業(yè)變脆寨。五、惠復(fù)雜蒜應(yīng)力殖、應(yīng)云力集慮中及險殘余靠應(yīng)力貪的影殊響。1．復(fù)雜雖應(yīng)力的影遵響踏：鋼學(xué)材的飲屈服驕由折漁算應(yīng)虎力（σeq）判滲別(二向震應(yīng)力腳、三發(fā)向應(yīng)帆力)①折算緞應(yīng)力弓的計光算當σeq＜fy：鋼絲式材處厚于彈武性工戲作狀沖態(tài)當σeq≥fy：鋼鬧材處箱于塑鴨性工座作狀仿態(tài)A)當平干面應(yīng)值力狀折態(tài)時(即σ3＝0)B)對于單向秋受彎的實球腹梁奮的腹盞板：(一般猛只存律在正尿應(yīng)力σ和剪廁應(yīng)力τ)C)當受純剪翻切時(σ謠=0恩)：(只有刺剪應(yīng)伏力τ)在極欺限屈僻服狀遣態(tài)下:[說明]：《規(guī)范》取鋼裳材抗爆剪強劑度設(shè)療計值fv＝0.著58石f的整棒數(shù)值適。(f鼓─測─鋼材億抗拉瘡強度皆設(shè)計薦值，占見附晃一)②奏復(fù)雜凡應(yīng)力軍的影地響。鋼材患受同浴號復(fù)貸雜應(yīng)住力作摸用時思，強漲度提新高，夜塑性低降低諒，性罩能變佳脆。舟當受織異號隸復(fù)雜聰應(yīng)力背作用士時，像強度扛降低障，塑權(quán)性增媽加，寧將發(fā)嫂生塑嫂性破儉壞。六．全應(yīng)力趣集中①縱名詞萍：構(gòu)料件收茂到外絨力作因用，晴在截克面的壇突變安處，釀特別磁是孔善洞的凈邊緣睜，將忠出現(xiàn)參局部級高峰板應(yīng)力昆，而焰在其斜它部耐位則叨應(yīng)力舊相對樓變小遵，從轉(zhuǎn)而使沖應(yīng)力肯分布搶很不哭均勻定，這激種現(xiàn)霜象即耐為應(yīng)易力集尾中。②醬易形進成應(yīng)貪力集狂中的鬧部位兩：孔最洞、乏缺口塞、凹彩角、嗽變截豎面處匆。③應(yīng)力雙集中在靜桂載荷鏟下：擴可因到材料普本身江具有城塑性謙而得厲到緩啄解在動都載荷溪下，碎常是棕導(dǎo)致懸材料參脆性窮破壞史的原毫因?！咀⒁狻緼）設(shè)姑計時淹應(yīng)盡稠量避持免截底面突覆變，衣采用息圓滑竊過渡愈，必丟要時裕應(yīng)進付行表頭面加注工。B）構(gòu)邀件制生造、膨運輸后和安屑裝過劃程中頭，也嫂應(yīng)盡庸可能畜防止藥造成酒刻槽饑等缺榮陷。七．幟殘余教應(yīng)力窄的影久響(先冷胸卻部款分阻奴止后監(jiān)冷卻釋部分膛自由郵收縮)①名詞幣：殘寺余應(yīng)羊力是校鋼材斑在熱蒙軋、檢焊接綿、氣蠟割等畫不均斧勻冷聲卻和捷不均竟勻加獅熱過唉程中贏，由新于截掩面上處各部濃分散監(jiān)熱速錢度不集同而磚引起外的內(nèi)岸部不巾同步餓收縮塞所產(chǎn)厭生的在在截億面內(nèi)倡自相鉗平衡株的內(nèi)柏應(yīng)力橋。②殘余左應(yīng)力令的影威響。A.構(gòu)件脅的剛樓度和在穩(wěn)定須性引起B(yǎng).沖擊戒韌性煙和抗俗疲勞線破壞咱的能懶力C.低溫外環(huán)境粘下，門更易自引起仙脆性擋破壞八、圖鋼材影的疲帶勞(脆性言斷裂)1．疲修勞破翠壞：粥鋼材改在循霸環(huán)應(yīng)少力作伴用下耍裂紋曉產(chǎn)生蓋、擴棕展以雷致斷丟裂破減壞的螺現(xiàn)象扎稱為施鋼材抵的疲節(jié)勞或坑疲勞糊破壞偵。2．疲購勞破蓄壞的饞特點崖：強酷度降梨低，他材料惕轉(zhuǎn)為猴脆性彼，破震壞突工然發(fā)設(shè)生。障缺口材效應(yīng)3．影挖響疲谷勞強妻度的霸因素①洞構(gòu)造彼狀況(應(yīng)力治集中戀程度和殘賓余應(yīng)洽力)②循環(huán)剪次數(shù)③應(yīng)力源幅⊿σ：應(yīng)力煌譜中表最大懼應(yīng)力愿與最敲小應(yīng)骨力之正差。⊿σ＝σma果x－σmi物n4．疲壺勞的豆原因局部徒缺陷→疤應(yīng)峽力集逮中貝→州在設(shè)拉應(yīng)村力高暗峰出慰現(xiàn)微勇裂縫形→選形成下宏觀志裂縫雜質(zhì)戒、微粱裂縫壯、加悠工、價刻槽占、孔瓶洞§2逢-4鋼材拾的種艙類及膽選用一、庫鋼的狼種類<一>依據(jù)雞分類院方法螞的不扒同，結(jié)鋼結(jié)秀構(gòu)可塞按下益列幾淺種方式劃雨分1．按舟用途結(jié)構(gòu)艘鋼干建筑轎用鋼機械查用鋼工具爬鋼特殊羞鋼(不銹擱鋼)2．按喘冶煉害方法轉(zhuǎn)爐構(gòu)鋼平爐乖鋼：晌質(zhì)量秘好，捕但冶縫煉時吐間長危，成必本高電爐蠶鋼：抱→未特殊限合金縣鋼，露不用鞋于建嶺筑3．按旱脫氧搏方法沸騰并鋼(F扒)半沸摟騰鋼(b槐)鎮(zhèn)靜情鋼(Z債)特殊撐鎮(zhèn)靜櫻鋼(T鄰Z)4．按旁成型遣方法傲：軋羞制鋼鑰、鍛豪鋼、僚鑄鋼5．按拖化學(xué)蛋成分榮分類企：碳繳素鋼嶄、合蜓金鋼<二>碳素到結(jié)構(gòu)感鋼鋼己材牌逃號說謹明①Q(mào)─困─屈服馬點數(shù)園值(N謝/m蝕m2)例：Q2扁35頸→屈服把點為23黑5加N/談mm2②按質(zhì)殊量等色級將乏鋼分盈為：A、B、C、D四級未。A級最冤差，D級最蝕優(yōu)A