第二章钢结构的材料wyj

1、王王 亚亚 军军Material of Steel Structure 2钢结构主主 要要 内内 容容2.1 钢结构对钢结构对材料材料的要求的要求2.2 钢材的钢材的破坏形式破坏形式2.3 钢材的钢材的主要性能主要性能2.4 各种各种因素因素对钢材主要性能的影响对钢材主要性能的影响2.5 复杂应力复杂应力作用下钢材的作用下钢材的屈服条件屈服条件2.6 钢材的钢材的疲劳疲劳2.7 钢的钢的种类种类和钢材和钢材规格规格概概 述述了解了解钢材的生产过程和组织构造，钢材的种类、规钢材的生产过程和组织构造，钢材的种类、规格及选用原则；格及选用原则；掌握掌握钢材的主要性能要求，以及各种因素对钢材性钢材的主

2、要性能要求，以及各种因素对钢材性能的影响。能的影响。（1）较高的强度）较高的强度 fy高可以减小截面，从而减轻自重，节约钢材，降低造高可以减小截面，从而减轻自重，节约钢材，降低造价。价。fu高可以增加结构的安全保障。高可以增加结构的安全保障。（2）有很好的塑性和韧性）有很好的塑性和韧性，即足够的变形能力。，即足够的变形能力。（3）良好的制造加工性能）良好的制造加工性能（冷、热加工、可焊性）。（冷、热加工、可焊性）。（4）特殊工作条件下的某些特有性能。）特殊工作条件下的某些特有性能。如低温、有害介如低温、有害介质及疲劳等。质及疲劳等。2.1 钢结构对材料的要求钢结构对材料的要求钢结构设计规范钢结

3、构设计规范GB50017-2003规定：规定：承重结构承重结构的钢材应具有的钢材应具有抗拉强度抗拉强度、伸长率伸长率、屈服强度屈服强度和和硫、磷含量硫、磷含量的合格保证，对的合格保证，对焊接结构焊接结构尚应具有碳含尚应具有碳含量的合格保证。量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材结构采用的钢材还应具有还应具有冷弯试验冷弯试验的合格保证。需要的合格保证。需要验算验算疲劳疲劳的的焊接结构焊接结构的钢材，应具有的钢材，应具有常温或负温常温或负温冲击冲击韧性韧性的合格保证。对需要验算的合格保证。对需要验算疲劳疲劳的的非焊接结构非焊接结构的钢的钢材应具

4、有材应具有常温常温冲击韧性冲击韧性的合格保证。的合格保证。根据以上要求，钢结构规范根据以上要求，钢结构规范(Structurall steel design codes)（GB50017-2003）推荐用钢：）推荐用钢：规范规范推荐承重推荐承重结构宜采用普通碳素钢结构宜采用普通碳素钢(carbon structural steel)Q235钢钢和低合金结构钢和低合金结构钢(low alloy structural steel)Q345钢、钢、Q390钢及钢及Q420钢。钢。7第二章 钢结构的材料2.2 钢材的破坏形式u 塑性破坏塑性破坏：破坏前：破坏前有有明显的变形明显的变形，破坏历时时，破坏

5、历时时 间长，可以采取补救措施。间长，可以采取补救措施。2.2 钢材的破坏形式钢材的破坏形式u 脆性破坏脆性破坏：破坏前：破坏前没有没有明显的变形明显的变形，破坏发生，破坏发生 突然，没有机会补救。突然，没有机会补救。l脆性破坏的原因脆性破坏的原因：钢材内部缺陷，焊接缺陷、构造：钢材内部缺陷，焊接缺陷、构造 不合理、使用不当等。不合理、使用不当等。 应尽量发挥材料的塑性应尽量发挥材料的塑性 避免一切脆性破坏的可能性避免一切脆性破坏的可能性 塑性破坏（延性破坏）塑性破坏（延性破坏） 构件应力超过屈服点并达到抗拉极限后，构件应力超过屈服点并达到抗拉极限后，构件产生明显变形并断裂。构件产生明显变形并

6、断裂。 断裂前变形明显，断口杯形，可及时发断裂前变形明显，断口杯形，可及时发现补救。现补救。脆性破坏（脆性断裂）脆性破坏（脆性断裂）构件破坏前无明显预兆，突然断裂构件破坏前无明显预兆，突然断裂断口平直、呈有光泽的晶粒状断口平直、呈有光泽的晶粒状断裂前，平均应力较小断裂前，平均应力较小钢材的脆性断裂钢材的脆性断裂裂纹基本形式裂纹基本形式(1) 张开型张开型(2) 滑移型滑移型(3) 撕开型撕开型防止钢材脆性断裂的措施防止钢材脆性断裂的措施(1)加强施焊工艺管理，避免焊接过程中产生加强施焊工艺管理，避免焊接过程中产生裂缝、夹渣、气泡等。裂缝、夹渣、气泡等。(2)焊缝不宜过分集中，约束不应过强，避免

7、焊缝不宜过分集中，约束不应过强，避免产生过大残余应力。产生过大残余应力。(3)合理细部设计，避免应力集中。合理细部设计，避免应力集中。(4)选择合理钢材。选择合理钢材。12第二章 钢结构的材料2.3 钢材的主要性能一、强度一、强度2.3 钢材的主要性能钢材的主要性能强度指标是由钢材的强度指标是由钢材的单向均匀受拉单向均匀受拉试验测得的试验测得的强度指标：强度指标：比例极限比例极限 ；屈服强度屈服强度 ；极限强度极限强度pfyfuf 试验条件试验条件：标准试件标准试件在常温（在常温（20）下缓慢加载，）下缓慢加载， 一次完成一次完成13第二章 钢结构的材料2.3 钢材的主要性能 钢材在单向均匀受

8、拉时工作性能表现为四个阶段钢材在单向均匀受拉时工作性能表现为四个阶段1. 弹性阶段弹性阶段: 应力最高点对应应力最高点对应比例极限比例极限 弹性模量弹性模量 应力应力pf251006. 2mmNE E2. 弹塑性阶段弹塑性阶段: 应力介于应力介于 和和 之间之间 弹塑性模量弹塑性模量 是变数是变数yfpftE3. 塑性阶段塑性阶段: 应力达到屈服强度应力达到屈服强度yf%5 . 2%15. 0:, 0tEuf4. 强化颈缩阶段强化颈缩阶段: 应力最高点对应抗拉极限应力最高点对应抗拉极限Q235标准试件标准试件l0d000.150.12.5ffffAECF22/%BDuyepQ235钢单向受拉应

9、力应变曲线钢单向受拉应力应变曲线钢材单向受拉时的工作性能钢材单向受拉时的工作性能 钢材的荷载钢材的荷载变形曲线变形曲线常温常温静载静载 拉伸曲线反映了钢材的拉伸曲线反映了钢材的力学特性，描述如下：力学特性，描述如下：(1)弹性阶段弹性阶段：OAE段段 OA直线的斜率称为弹性直线的斜率称为弹性模量模量E，fp称为比例极限，称为比例极限，fe称为弹性极限。称为弹性极限。(2)弹塑性阶段弹塑性阶段：EC段段 与与不呈比例，除弹性不呈比例，除弹性变形外还有塑性变形，变形外还有塑性变形，fy称为屈服强度，又叫屈服称为屈服强度，又叫屈服点（点（Yield Point，材料力，材料力学中用学中用s表示）。表

10、示）。00.150.12.5ffffAECF22/%BDuyep单向受拉应力应变曲线单向受拉应力应变曲线(3)屈服阶段屈服阶段：CF段段 钢材完全屈服，钢材完全屈服，不增加不增加（保持（保持fy），而），而骤增。骤增。(4)强化阶段强化阶段：FB段段 经过屈服阶段后，钢材内经过屈服阶段后，钢材内部组织重新排列，抵抗外力部组织重新排列，抵抗外力的能力增强。的能力增强。(5)颈缩阶段颈缩阶段：BD段段 应力超过应力超过fu后，试件出现后，试件出现“颈缩颈缩”而断裂，而断裂， fu称为抗称为抗拉强度拉强度(Tensile Strength，材，材料力学中用料力学中用b表示）。表示）。00.150.1

11、2.5ffffAECF22/%BDuyep单向受拉应力应变曲线单向受拉应力应变曲线 根据上述特性，可确定钢材的根据上述特性，可确定钢材的强度指标强度指标和和塑性指标塑性指标。17第二章 钢结构的材料2.3 钢材的主要性能 钢材的工作性能可以看作理想弹性塑性体钢材的工作性能可以看作理想弹性塑性体1. 计算简便计算简便2. 与与 相差不大相差不大yfpf3. 虽然虽然 ，但，但 对应对应 的应变非常大（不满足正的应变非常大（不满足正 常使用极限状态）常使用极限状态）yfufuf4. 以以 作为设计强度的依据，具有较大的强度储备，作为设计强度的依据，具有较大的强度储备， 若出现偶然因素，使人们有机会

12、补救若出现偶然因素，使人们有机会补救yfl 屈强比屈强比 ：Q235钢为钢为0.57，Q345钢为钢为0.67uyff /18第二章 钢结构的材料2.3 钢材的主要性能 简化计算简化计算, 采用理想弹塑性模型采用理想弹塑性模型 作为钢结构设计的最大应力作为钢结构设计的最大应力yf 作为钢材实际破坏强度作为钢材实际破坏强度uf19第二章 钢结构的材料2.3 钢材的主要性能二、塑性性能二、塑性性能塑性塑性：在：在静力荷载静力荷载作用下，钢材吸收作用下，钢材吸收变形能变形能的能力的能力衡量塑性性能的指标：衡量塑性性能的指标：伸长率伸长率表示以时表示以时5001000010001,5,10试件中间部分

13、的直径试件拉断后的标距长度试件原标距长度%100dldldlllll20拉伸拉伸试验试验a aa ab bc cd de ef f弹性阶段弹性阶段屈服台阶屈服台阶强化阶段强化阶段破坏阶段破坏阶段)(105ufyf碳素钢的应力碳素钢的应力应变曲线应变曲线 fy y1Es理想弹塑性体的应力理想弹塑性体的应力应变曲线应变曲线高强度钢的应力应变曲线高强度钢的应力应变曲线 a0.2%0.2 fu25第二章 钢结构的材料2.3 钢材的主要性能三、冷弯性能三、冷弯性能 冷弯性能冷弯性能是检验钢材适应是检验钢材适应冷加工冷加工（常温下加工）（常温下加工） 的能力和显示的能力和显示钢材内部缺陷钢材内部缺陷状况的

14、一项指标状况的一项指标 冷弯性能冷弯性能是考察钢材在是考察钢材在复杂应力状态复杂应力状态下发展下发展塑性塑性 变形变形能力的指标能力的指标 冷弯性能冷弯性能由由冷弯试验冷弯试验确定确定冷弯性能冷弯性能指钢材冷加工指钢材冷加工(即在常温下加工即在常温下加工)产生塑产生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力。性变形时，对发生裂缝的抵抗能力。冷弯试验冷弯试验试验试验方法方法： 按照规定的弯心直径在试验机按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件弯成上用冲头加压，使试件弯成180180, ,如如试件表面不出现裂纹和分层即试件表面不出现裂纹和分层即为合格为合格。试验试验目的目的： 可直接检验钢材的弯曲变形

15、可直接检验钢材的弯曲变形能力和塑性性能，还可暴露钢材能力和塑性性能，还可暴露钢材内部的冶金缺陷。内部的冶金缺陷。28冷弯试验冷弯试验29钢材的冷弯性能钢材的冷弯性能 衡量钢材塑性衡量钢材塑性性能和质量优性能和质量优劣的综合指标。劣的综合指标。add+2.1a30第二章 钢结构的材料2.3 钢材的主要性能四、冲击韧性四、冲击韧性冲击韧性冲击韧性：在：在动力荷载动力荷载作用下，材料吸收作用下，材料吸收能量能量的能力的能力衡量冲击韧性的指标：衡量冲击韧性的指标：冲击功冲击功 韧性是钢材强度和塑性的综合指标韧性是钢材强度和塑性的综合指标 梅氏梅氏U型缺口型缺口试件试件:冲击试验冲击试验的标准试件型式：

16、的标准试件型式： 夏比夏比V型缺口型缺口试件试件:我国采用夏比我国采用夏比V型缺口试件型缺口试件2/cmJk JCV 冲击韧性受温度的影响冲击韧性受温度的影响冲击韧性冲击韧性由冲击韧性试验获得由冲击韧性试验获得31(a)(a)梅氏梅氏U U型缺口型缺口 (b)(b)夏比夏比V V型缺口型缺口 由试件断裂吸收的能量由试件断裂吸收的能量CvCv来衡钢材的冲击韧性，来衡钢材的冲击韧性， 单位：单位：J J。CvCv受温度的影响受温度的影响32冲击韧性试验冲击韧性试验33第二章 钢结构的材料2.3 钢材的主要性能 钢材物理性能指标钢材物理性能指标l 弹性模量弹性模量l 泊松比泊松比l 剪变模量剪变模量

17、l 线膨胀系数线膨胀系数l 质量密度质量密度2310206mmNE3 . 023107912mmNEGC06/101237850mkg34第二章 钢结构的材料2.4 各种因素对钢材主要性能的影响一、化学成分一、化学成分2.4 各种因素对钢材主要性能的影响各种因素对钢材主要性能的影响普通碳素钢普通碳素钢中中Fe占占99%，其他其他杂质元素占杂质元素占1%普通低合金钢普通低合金钢中有中有5%的合金元素的合金元素碳（碳（C）：钢材强度的主要来源，但是随其）：钢材强度的主要来源，但是随其含量增加含量增加，强度增强度增 加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。一般

18、一般 控制在控制在0.120.2%，在，在0.2以下时，可焊性良好以下时，可焊性良好硫（硫（S）：热脆性热脆性，不得超过，不得超过0.05%磷（磷（P）：冷脆性冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。 不得超过不得超过0.045%35第二章 钢结构的材料2.4 各种因素对钢材主要性能的影响锰（锰（Mn）：合金元素。）：合金元素。弱脱氧剂弱脱氧剂。与。与S形成形成MnS，熔点为，熔点为 1600，可以消除一部分，可以消除一部分S的有害作用。的有害作用。硅（硅（Si）：合金元素。）：合金元素。强脱氧剂强脱氧剂。氧（氧（O）：有害杂质，效果同：有害杂质，效果同S。氮（

19、氮（N）：有害杂质，效果同：有害杂质，效果同P。化学成分影响化学成分影响FeV主要成分主要成分钢材钢材CSiMn有益元素有益元素合金元素合金元素有害元素有害元素PSNO3738第二章 钢结构的材料2.4 各种因素对钢材主要性能的影响二、冶金缺陷二、冶金缺陷常见的常见的冶金缺陷冶金缺陷有有偏析偏析、非金属夹杂非金属夹杂、气孔气孔、裂纹裂纹等。等。偏析偏析化学成分分布的不均匀程度。化学成分分布的不均匀程度。三、加荷速度三、加荷速度 1材性试验要求材性试验要求缓慢加载缓慢加载 2要考虑要考虑动荷载动荷载对结构的对结构的不利影响不利影响加荷速度高加荷速度高，钢材屈服点提高，呈，钢材屈服点提高，呈脆性脆

20、性。因此，。因此，39第二章 钢结构的材料2.4 各种因素对钢材主要性能的影响四、钢材硬化四、钢材硬化时效硬化20yf f p冷加工及时效冷加工及时效后的塑性区冷作硬化后的塑性区40冷作硬化13yf 冷作硬化冷作硬化当加载超过材料当加载超过材料比例极限比例极限卸载后，出现卸载后，出现残余变形残余变形，再，再次加载则次加载则屈服点提高，塑性和韧性降低屈服点提高，塑性和韧性降低的现象，也称的现象，也称“应变硬化应变硬化”应变时效应变时效钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。即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冷作硬化的同时可以加速时效硬化，因此也称，因此

21、也称“人工时效人工时效”。 时效硬化时效硬化随时间的增长随时间的增长，碳和氮的化合物碳和氮的化合物从晶体中析出，使从晶体中析出，使材料硬化的现象。材料硬化的现象。40第二章 钢结构的材料2.4 各种因素对钢材主要性能的影响五、温度的影响五、温度的影响1. 正温范围正温范围 100以内以内 对钢材性能对钢材性能无影响无影响； 100以上以上 随温度升高，总的趋势是随温度升高，总的趋势是强度、弹性模量降低强度、弹性模量降低， 塑性增大塑性增大 250左右左右 抗拉强度略有提高，塑性和韧性降低，脆性增抗拉强度略有提高，塑性和韧性降低，脆性增 加加蓝脆现象蓝脆现象。该温度区段称为。该温度区段称为“蓝脆

22、区蓝脆区”。 260320 在应力不变的情况下，钢材以很缓慢的速度继续在应力不变的情况下，钢材以很缓慢的速度继续 变形变形徐变现象徐变现象。 600左右左右 弹性模量趋于零弹性模量趋于零 ，承载能力几乎完全丧失。，承载能力几乎完全丧失。41低温对钢材冲击韧性的影响1T C t / T cT 2（有兼坏破种两坏破性脆冲击功区度温变转）坏破性塑第二章 钢结构的材料2.4 各种因素对钢材主要性能的影响2. 负温范围负温范围 当温度当温度低于常温低于常温时，钢材的时，钢材的脆脆 性倾向随温度降低而增加性倾向随温度降低而增加。T1 T2 之间之间温度转变脆性区温度转变脆性区，冲，冲击功急剧下降。而且不同

23、的钢材其击功急剧下降。而且不同的钢材其脆性转变区温度不同，必须通过试脆性转变区温度不同，必须通过试验确定。使用验确定。使用温度必须高于温度必须高于T1 ，但不一定高于但不一定高于T242第二章 钢结构的材料2.4 各种因素对钢材主要性能的影响六、应力集中的影响六、应力集中的影响构造缺陷构造缺陷：构件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变等：构件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变等应力集中应力集中：由于构造缺陷，应力不均匀，力线变曲折，：由于构造缺陷，应力不均匀，力线变曲折，缺陷处缺陷处 有高峰应力有高峰应力。应力集中的危害：塑性降低，脆性增加应力集中的危害：塑性降低，脆性增加 构造设计时应构造设计

24、时应避免截面突变和尖锐角避免截面突变和尖锐角的情况的情况七、厚度的影响七、厚度的影响随着厚度的增加，钢材的随着厚度的增加，钢材的抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度均下降均下降43第二章 钢结构的材料2.5 复杂应力作用下钢材的屈服条件2.5 复杂应力作用下钢材的屈服条件复杂应力作用下钢材的屈服条件假定：假定：1. 材料由弹性转入塑性的强度指标用变形时单位体积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；中积聚的能量来表达； 2. 当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变形能当复杂应力状态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。时，钢材即由

25、弹性转入塑性。)(3)(2zx2yz2xyxzzyyx2z2y2xredyredf弹性状态弹性状态yredf塑性状态塑性状态平面应力平面应力状态状态2xyyx2y2x3red梁的应力梁的应力状态状态纯剪应力纯剪应力状态状态223red3red2022-5-1444 金属构件承受交变应力，经过较长时间或较长应力循金属构件承受交变应力，经过较长时间或较长应力循环次数后所发生的突然失效，称为疲劳失效（环次数后所发生的突然失效，称为疲劳失效（fatigue failure）。）。 疲劳失效简称疲劳（疲劳失效简称疲劳（fatigue）。）。 低应力（名义应力）破坏低应力（名义应力）破坏 经历多次应力循环

26、才破坏经历多次应力循环才破坏 脆性断裂脆性断裂 对表面及缺陷敏感对表面及缺陷敏感疲劳断口：疲劳断口：光滑区光滑区+粗糙区粗糙区2.6 钢材的疲劳钢材的疲劳2022-5-1445 疲劳分类疲劳分类 常幅疲劳：交变应力幅为常数常幅疲劳：交变应力幅为常数 变幅疲劳：交变应力幅随时间变化变幅疲劳：交变应力幅随时间变化 需要进行疲劳验算的构件需要进行疲劳验算的构件 直接承受动力荷载作用的构件（如吊车梁）直接承受动力荷载作用的构件（如吊车梁） 且应力变化的循环次数且应力变化的循环次数 常幅疲劳常幅疲劳变幅疲劳变幅疲劳46第二章 钢结构的材料2.6 钢材的疲劳钢材疲劳破坏时，应力钢材疲劳破坏时，应力小于小于

27、材料材料静力强度静力强度；疲劳破坏属于疲劳破坏属于突然突然的的脆性破坏脆性破坏。疲劳破坏的过程疲劳破坏的过程缺陷缺陷 微观裂纹微观裂纹 宏观裂纹宏观裂纹 断裂断裂影响疲劳强度的主要因素影响疲劳强度的主要因素（1）应力幅应力幅（2）应力循环次数应力循环次数 n 材料内部缺陷材料内部缺陷（3）缺陷缺陷 构造缺陷（应力集中）构造缺陷（应力集中） 残余应力残余应力钢材的疲劳试验钢材的疲劳试验应力比（特征值）：应力比（特征值）： 应力幅：应力幅： 循环次数（疲劳寿命）：循环次数（疲劳寿命）： n nmaxminminmax国外大型电液伺服疲劳试验机国外大型电液伺服疲劳试验机(b)(b)脉冲循环脉冲循环(

28、a)(a)完全对称循环完全对称循环(c)(c)不完全对称循环不完全对称循环(d)(d)不完全对称循环不完全对称循环2022-5-1449)lg(lg1bN应力幅应力幅寿命曲线寿命曲线双对数坐标下为直线：双对数坐标下为直线：平均值关系平均值关系取平均值减取平均值减2倍标准差，保证率倍标准差，保证率97.73%sbN2)lg(lg12022-5-1450sbN2)lg(lg1)lg(2bCNb210)(/1)(NC/1nC构件和连接类别构件和连接类别12345678c ( 1012 )19408613.262.181.470.960.650.41 4433333351第二章 钢结构的材料2.6 钢

29、材的疲劳采用页，表类，按类别分为参数，根据构件和连接，应力循环次数，（常幅疲劳的容许应力幅力取负值）（拉应力取正值，压应力中的最小拉应力或压应计算部位每次应力循环值）中的最大拉应力（取正计算部位每次应力循环，力对焊接部位为应力幅，2 . 2188)/7 . 0幅对非焊接部位为折算应/12minmaxminmaxminmaxCnnCmmN2022-5-1452例例1.1 取循环次数取循环次数n=2 106次，试确定构件和连接类别次，试确定构件和连接类别分布为分布为1类和类和2类时的容许应力幅。类时的容许应力幅。解解:/1nC构件和连接类别为构件和连接类别为1类类12101940C44/16121

30、021021019406MPa176构件和连接类别为构件和连接类别为2类类1210861C44/1612102102108616MPa1442022-5-1453对于结构构件的对于结构构件的焊接部位焊接部位minmax对于结构构件的非焊接部位，如高强度螺栓连接和对于结构构件的非焊接部位，如高强度螺栓连接和带孔构件，取折算应力幅带孔构件，取折算应力幅minmax7 . 02022-5-1454从已知变幅交变应力的应力幅水平从已知变幅交变应力的应力幅水平 1、 2、 i、及及其对应的循环次数其对应的循环次数n1、n2、ni、。假设。假设 1、 2、 i、为常幅时，相对应的疲劳寿命是为常幅时，相对应

31、的疲劳寿命是N1、N2、Ni、，则在则在 i作用下，一次循环所引起的损伤为作用下，一次循环所引起的损伤为1/ Ni，ni次循环所次循环所引起的损伤为引起的损伤为ni /Ni。按累积损伤观点，总的损伤应累加计算。按累积损伤观点，总的损伤应累加计算 iiNn迈因纳（迈因纳（Miner）认为中损伤达）认为中损伤达到到1时构件疲劳失效时构件疲劳失效1iiNn.2211iiNnNnNn2022-5-1455/1e)(iiinn变幅疲劳任意一级应力水平变幅疲劳任意一级应力水平CNii)(设另一常幅疲，应力幅设另一常幅疲，应力幅e，应力循环，应力循环 ni次也发次也发生疲劳破坏生疲劳破坏CnNiee)(1i

32、iNne2022-5-1456fe设设为计算应力谱中的最大应力幅，等效应力幅按为计算应力谱中的最大应力幅，等效应力幅按下式计算下式计算/1ef)(iiinn/1)(iiinn则则 f称为变幅疲劳的欠载效应系数称为变幅疲劳的欠载效应系数规范以规范以2 106循环为循环为基准，实测欠载系数基准，实测欠载系数重级工作制硬钩吊车重级工作制硬钩吊车 f=1.0重级工作制软钩吊车重级工作制软钩吊车 f=0.8中级工作制吊车中级工作制吊车 f=0.557吊车梁的疲劳强度条件为吊车梁的疲劳强度条件为6102f吊车工作制吊车工作制工 作 制重 级中 级轻 级经常起重量/额定起重量（%）50 100 50每小时平

33、均操作次数24012060接电持续率Jc（%）402515平均50年使用次数600万次300万次运行速度（m/min）80 15060 90 602022-5-1458吊车梁的疲劳强度符合要求！吊车梁的疲劳强度符合要求！minmax0 . 1fMPa1446102MPa1051050 . 1fMPa105110215MPa144610259第二章 钢结构的材料2.6 钢材的疲劳6102f欠载效应的等效系数力幅时的常幅疲劳的容许应循环次数fn61021026重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架的疲劳可作的疲劳可作为为常幅疲劳常幅疲劳，按下式计算：，

34、按下式计算：吊车类别重级工作制硬钩吊车（如均热炉车间夹钳吊车）1.0重级工作制软钩吊车0.8中级工作制吊车0.5吊车梁和吊车桁架欠载效应的等效系数f60616263第二章 钢结构的材料2.6 钢材的疲劳 疲劳计算时应注意的问题疲劳计算时应注意的问题1. 直接直接承受承受动力荷载动力荷载重复作用重复作用的钢结构构件及其连接，当应的钢结构构件及其连接，当应 力变化的力变化的循环次数循环次数n5104时，应进行疲劳计算。时，应进行疲劳计算。2. 疲劳计算采用疲劳计算采用容许应力幅法，容许应力幅法，荷载采用荷载采用标准值标准值。 3. 由于来源于试验，已考虑动力效应，计算时由于来源于试验，已考虑动力效

35、应，计算时不不再考虑再考虑动力系数动力系数。4. 在应力循环中在应力循环中不出现拉应力不出现拉应力的部位可不计算疲劳。的部位可不计算疲劳。 64第二章 钢结构的材料2.7 钢的种类和钢材规格2.7 钢的种类和钢材规格钢的种类和钢材规格一、一、钢的种类钢的种类1. 化学成分化学成分普通碳素钢普通碳素钢 Q235普通低合金钢普通低合金钢 Q345、Q390、Q420平炉平炉 成本高，质量好（成本高，质量好（6小时小时100t左右）左右）氧气顶吹转炉氧气顶吹转炉 成本低，质量也可（成本低，质量也可（15分钟分钟150t）2. 炉种炉种3. 脱氧程度脱氧程度沸腾钢（沸腾钢（F） 脱氧较差脱氧较差镇静钢

36、（镇静钢（Z） 脱氧充分脱氧充分半镇静钢（半镇静钢（b） 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间特殊镇静钢（特殊镇静钢（TZ）钢材生产钢材生产冶炼冶炼浇铸浇铸轧制轧制 碱性平炉炼钢法碱性平炉炼钢法顶吹氧气转炉炼钢法顶吹氧气转炉炼钢法碱性侧吹转炉炼钢法碱性侧吹转炉炼钢法 沸腾钢沸腾钢 半沸腾钢半沸腾钢 镇静钢镇静钢 特殊镇静钢特殊镇静钢 钢板钢板 型钢型钢 钢材冶炼过程钢材冶炼过程顶吹氧气转炉炼钢法顶吹氧气转炉炼钢法碱性平炉炼钢法碱性平炉炼钢法侧吹转炉炼钢法侧吹转炉炼钢法钢材浇铸过程钢材浇铸过程钢材轧制过程钢材轧制过程6970（1）按用途分为：结构钢）按用途分为：结构钢 工

37、具钢工具钢 特殊钢（如不锈钢）特殊钢（如不锈钢）（2）冶炼方法分：转炉钢（氧气顶吹转炉）冶炼方法分：转炉钢（氧气顶吹转炉） 平炉钢（质量平炉钢（质量好，成本高）好，成本高）（3）按脱氧方法：沸腾钢）按脱氧方法：沸腾钢 半镇静钢半镇静钢 镇静钢镇静钢特殊镇静钢特殊镇静钢（4）按成型方法：轧制钢）按成型方法：轧制钢 锻钢锻钢 铸钢铸钢（5）按化学成分：碳素钢）按化学成分：碳素钢 合金钢合金钢结构中常用普通碳素钢、低合金高强度钢结构中常用普通碳素钢、低合金高强度钢普通碳素钢新标准普通碳素钢新标准GB70088标号：标号：代表屈服点字母代表屈服点字母 屈服点数值屈服点数值 质量等级质量等级 脱氧方法脱

38、氧方法 Q A、B、C、D F（沸腾钢）（沸腾钢） b(半镇静钢半镇静钢) 可省去可省去 Z（镇静钢）（镇静钢） TZ（特镇静钢）（特镇静钢） 如如Q235A屈服强度为屈服强度为235 N/mm2，A级镇静钢（级镇静钢（3号钢）号钢） 质量等级分为四级：质量等级分为四级： A级钢：只保证抗拉强度、屈服点、伸长率、级钢：只保证抗拉强度、屈服点、伸长率、 必要时可附加冷弯试验要求必要时可附加冷弯试验要求, 化学成分对碳、锰含量可不作为交货条件。化学成分对碳、锰含量可不作为交货条件。 B ：保证抗拉强度、屈服点、伸长率：保证抗拉强度、屈服点、伸长率 、冷弯、冷弯、 常温（常温（20 ）冲击韧性）冲击

39、韧性 C ：保证抗拉强度、屈服点、伸长率：保证抗拉强度、屈服点、伸长率 、冷弯、冷弯、 0 冲击韧性冲击韧性 D ：保证抗拉强度、屈服点、伸长率：保证抗拉强度、屈服点、伸长率 、冷弯、冷弯、 20 冲击韧性冲击韧性CCC专用结构钢：专用结构钢：如如16Mnq前两位数表示其平均含碳量为前两位数表示其平均含碳量为0.16 主要合金元素为锰。主要合金元素为锰。低合金钢低合金钢GB/T159194：标号：标号： Q 屈服点数值屈服点数值 质量等级（质量等级（A、B、C、D、E）E ：保证抗拉强度、屈服点、伸长率：保证抗拉强度、屈服点、伸长率 、冷弯、冷弯、40 冲击韧性冲击韧性 如如Q345(16Mn

40、)、Q390(15 MnV)C1.1.选用原则选用原则结构重要性，荷载结构重要性，荷载情况情况，连接方法，工作连接方法，工作 环境环境，钢板厚度钢板厚度( (相同钢号的钢材，相同钢号的钢材，钢材越薄，强度越高钢材越薄，强度越高 )。2.2.设计说明设计说明选择钢号，提出选择钢号，提出机械性能机械性能指标指标f fu u , , f fy y , ,伸长伸长率率, , 冷弯性能冷弯性能, , 冲击韧性，冲击韧性，控制化学成分控制化学成分S,P,CS,P,C含量含量。3.3.材材料料供应供应Q235-BQ235-B、C C、D D保证保证f fu u , , f fy y , ,伸长率伸长率, 冷弯性冷弯性能能, 冲击韧性冲击韧性指标和指标和S,P,CS,P,C含量，只需选钢号含量，只需选钢号。4.4.选用条件选用条件(1)(1)焊接结构严格控制焊接结构严格控制S,P,CS,P,C含量含量。(2)(2)受动载结构受动载结构( (吊车梁，桥梁吊车梁，桥梁) )应提出冲击韧性指标。应提出冲击韧性指标。(3)(3)低温环境低温环境( (室外，露天室外，露天) )应提出低温冲击韧性要求。应提出低温冲击韧性要求。(4)(4)厚板厚板( (高层，大跨高