(课件-)-第2章钢结构材料

第2章钢结构材料§2-1概述§2-2钢材的生产§2-3钢材的主要性能第2章钢结构材料§2-4各种因素对钢材性能的影响§2-5钢材的疲劳§2-6建筑用钢的种类、规格和选用第2章钢结构材料§2-1概述§2-2钢材的生产§2-11）有较高的强度，屈强比满足要求，保证安全储备2）有足够的变形能力塑性----破坏前有预兆，能内力重分布韧性----在动载下破坏能吸收较大能量§2-1概述4）适应低温、有害介质侵蚀及承受疲劳荷载5）易生产、价格便宜3）有良好的加工性能，适应冷热加工，有良好的可焊性《钢结构设计规范》（GB50017-2002)推荐的普通碳素结构钢Q235钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390及Q420符合要求§2-1概述1）有较高的强度，屈强比满足要求，保证安全储备2）有足够的变2§2-2钢材的生产2.2.1钢材的冶炼一.炼铁二.炼钢碳素钢

低合金高强度结构钢常用的炼钢炉有三种形式：转炉、平炉和电炉。电炉炼钢炼成的钢质量好。耗电量大，成本高。转炉炼钢是利用高压空气或氧气

氧气顶吹转炉冶炼的钢中有害元素和杂质少，生产周期短，效率高、质量好、成本低。

钢材的生产分为炼铁、炼钢和轧制§2-2钢材的生产§2-2钢材的生产一.炼铁二.炼钢钢材的生产分为炼铁、3§2-2钢材的生产§2-2钢材的生产4§2-2钢材的生产平炉炼钢，平炉的原料广泛，容积大，产量高，冶炼工艺简单，化学成分易于控制，炼出的钢质量优良。平炉钢周期长，效率低成本高§2-2钢材的生产平炉炼钢，平炉的原料广泛，容积大，产量高5三.钢材的浇注和脱氧按脱氧的方法和程度的不同，碳素结构钢可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢4类。沸腾钢采用脱氧能力较弱锰作脱氧剂，脱氧不完全。钢中留有较多氧化铁夹杂和气孔。质量较差。

镇静钢采用锰加硅作脱氧剂，脱氧较完全，硅在还原氧化铁过程中还会产生热量，使钢液冷却缓慢，使气体充分逸出，浇注时不出现沸腾现象。质量好，成本高。半镇静钢的脱氧程度介于上述二者之间。特殊镇静钢是在锰硅脱氧后，再用铝补充脱氧，脱氧程度高于镇静钢。低合金高强度结构钢一般都是镇静钢。§2-2钢材的生产三.钢材的浇注和脱氧沸腾钢采用脱氧能力较弱锰作脱氧6以“Q”代表屈服点屈服点数值共分195、215、235、255和275(MPa)5种质量等级按有害成分硫、磷含量由多到少的规律，分别由A、B、C、D符号表示脱氧方法以F表示沸腾钢，b表示半镇静钢，Z表示镇静钢，TZ表示特殊镇静钢。Z和TZ在钢的牌号中予以省略C级只能是Z，D级只能是TZ。例如：Q235A·F表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢Q215B，表示屈服点为215MPa的B级镇静钢Q215B·b表示屈服点为215MPa的B级半镇静钢§2-2钢材的生产以“Q”代表屈服点§2-2钢材的生产7

一.钢材的组织构造碳素结构钢是在纯铁中加适量的碳来提高强度铁素体强度、硬度较低，而塑性、韧性良好渗碳体铁碳化合物熔点高，硬度大，几乎没有塑性与铁素体晶粒形成珠光体，在铁素体晶粒空隙中，形成网状间层。珠光体强度很高，坚硬富有弹性

低合金结构钢是在低碳钢中加入少量的合金元素合金元素及其化合物溶解于铁素体和珠光体中，使强度提高，塑性、韧性和焊接性能不降低2.2.2钢材的组织构造和缺陷§2-2钢材的生产

2.2.2钢材的组织构造和缺陷§2-2钢材的生产8二.钢材的铸造缺陷

冶金缺陷，如偏析、非金属夹杂、气孔、缩孔和裂纹等热加工、冷加工和热处理三种。将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状,产生出各种厚度的钢板和型钢，称为热加工在常温下对钢材进行加工称为冷加工通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢的组织结构发生变化，称为热处理2.2.3钢材的加工§2-2钢材的生产二.钢材的铸造缺陷

冶金缺陷，如偏析、非金属夹杂9一.热加工

开轧和锻压温度控制在1150～1300℃

钢材轧制成钢板或型钢，使金属的晶粒变细，压合钢坯中的气孔、裂纹等缺陷，改善钢材的力学性能。

热轧薄板和壁厚较薄的热轧型钢，因辊轧次数较多，钢材的性能改善明显，其强度、塑性、韧性和焊接性能均优于厚板和厚壁型钢

钢材强度按板厚分组§2-2钢材的生产一.热加工

开轧和锻压温度控制在1150～110

钢中的硫化物和氧化物等非金属夹杂，经轧制之后被压成薄片会出现分层现象。使钢板沿厚度方向受拉的性能恶化

钢材沿轧制方向（纵向）的性能优于垂直轧制方向（横向）的性能，使各向异性增大。钢板部件应沿其横向切取试件进行拉伸和冷弯试验。§2-2钢材的生产钢中的硫化物和氧化物等非金属夹杂，经轧制之后被压成薄片11二.冷加工

冷轧卷板和冷轧钢板

冷弯薄壁型钢和压型钢板

高强钢丝

§2-2钢材的生产二.冷加工

冷轧卷板和冷轧钢板

冷弯薄壁型钢和压型钢板

高12§2-2钢材的生产§2-2钢材的生产13三.热处理

包括退火、正火、淬火和回火退火和正火改善组织以提高钢的机械性能其操作方法为：在炉中钢材加热保温一段时间后，随炉温冷却至500℃以下，再放至空气中冷却的工艺称为完全退火若保温后从炉中取出在空气中冷却的工艺称为正火。正火的冷却速度比退火快，强度和硬度有所提高低温退火，主要用来消除铸件、热轧件、锻件、焊接件和冷加工件中的残余应力§2-2钢材的生产三.热处理§2-2钢材的生产14淬火工艺是将钢件加热到900℃以上，保温后快速在水中或油中冷却增加了钢材强度和硬度，使塑性和韧性降低回火工艺将淬火后的钢材加热到某一温度进行保温，而后在空气中冷却消除残余应力，调整强度和硬度，减少脆性，增加塑性和韧性，形成较稳定的组织。通常称淬火加高温回火的工艺为调质处理。强度较高的钢材，如Q420中的C、D、E级钢和高强度螺栓的钢材都要经过调质处理。§2-2钢材的生产淬火工艺是将钢件加热到900℃以上，保温后快速在水中或油中冷15钢材有两种完全不同的破坏形式：塑性破坏脆性破坏塑性破坏的主要特征是，破坏前具有较大的塑性变形，常在钢材表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线。破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗。脆性破坏的主要特征是，破坏前塑性变形很小，或根本没有塑性变形，而突然迅速断裂。破坏后的断口平直，呈有光泽的晶粒状或有人字纹。§2-3钢材的主要性能2.3.1钢材的破坏形式§2-3钢材的主要性能钢材有两种完全不同的破坏形式：§2-3钢材的主要性能2.316钢材的多项性能指标通过单向拉伸试验获得给出相应钢材的单调拉伸应力－应变曲线。由试验曲线看出，在比例极限σp以前钢材的工作是弹性的；比例极限以后，进入了弹塑性阶段；达到了屈服点fy后，塑性平台；出现强化阶段，产生颈缩而破坏。2.3.2钢材在单向一次拉伸下工作性能§2-3钢材的主要性能钢材的多项性能指标通过单向拉伸试验获得2.3.2钢材在单17一.四个工作阶段：1）弹性阶段：2）弹塑性阶段：应力由0~比例极限fp应力由fp~屈服点fy3）塑性阶段：应力保持fy不变，应变由(0.1~0.2)%~(2~3)%;4）强化阶段：应力由fy~抗拉强度fu设计以钢材的屈服点f

y作为静力强度承载力极限§2-3钢材的主要性能一.四个工作阶段：1）弹性阶段：2）弹塑性阶段：应力由018σεfy如果没有残余应力，比例极限与屈服应力合为一点，弹塑性阶段消失，为简化计算，将应力应变关系简化为如图二.理想弹塑性体理想弹塑性体应力应变关系1．强度设计时以钢材的屈服强度为基础，抗拉强度σu是钢材破坏前所承受最大应力，此时结构因塑性变形很大而失去使用性能，σu／σy值的大小，作为钢材强度储备的参数三.钢材的机械性能§2-3钢材的主要性能σεfy如果没有残余应力，比例极限与屈服应力合为一点，弹塑19衡量钢材塑性变形能力的主要指标是伸长率δ和断面收缩率ψ。2．塑性原标距间长度的伸长值与原标距比值的百分率。一般以l0／d0=5为标准试件。伸长率δ5：式中：l0——试件原标距长度；

d0——试件标距长度内的直径；

l1——试件拉断后标距间的长度。

§2-3钢材的主要性能衡量钢材塑性变形能力的主要指标是伸长率δ和断面收缩率ψ。20断面的颈缩率：式中：A0——试件标准断面的面积A1——试件拉断后颈缩区的断面积钢材单调拉伸应力－应变曲线提供了三个重要的力学性能指标：抗拉强度fu、伸长率δ和屈服点fy。抗拉强度fu是钢材一项重要强度指标，反映钢材受拉时能承受的极限应力伸长率δ是衡量钢材断裂前所具有的塑性变形能力的指标，其相应伸长率分别用δ5或δ10表示屈服点fy是钢结构设计中应力允许达到的最大限值§2-3钢材的主要性能断面的颈缩率：式中：A0——试件标准断面的面积钢材单调拉伸应21一.冷弯性能钢材的冷弯性能由冷弯试验确定试验时，根据钢材的牌号和不同的板厚，按国家相关标准规定的弯心直径，在试验机上把试件弯曲180°以试件表面和侧面不出现裂纹和分层为合格冷弯试验不仅能检验材料承受规定的弯曲变形能力大小，还能显示其内部的冶金缺陷判断钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标2.3.3钢材的其它性能§2-3钢材的主要性能一.冷弯性能2.3.3钢材的其它性能§2-3钢材的22冷弯性能试验方法具有一定弯心直径d的冲头对标准试件中部施加荷载使之弯曲不出现裂纹或分层，判断钢材的冷弯性能冷弯性能试验§2-3钢材的主要性能冷弯性能试验方法冷弯性能试验§2-3钢材的主要性能23二.冲击韧性单调拉伸试验比较不同钢材在正常情况下韧性好坏冲击韧性是评定带有缺口钢材冲击荷载作用下抵抗脆性破坏能力的指标，通常用带有夏比V型缺口的标准试件冲击韧性值随温度的降低而降低相当温度下的冲击韧性指标：

在寒冷地区承受动力作用重要承重结构，应根据工作温度和所用钢材牌号，提出相当温度下的冲击韧性指标要求§2-3钢材的主要性能二.冲击韧性冲击韧性值随温度的降低而降低§2-324钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷裁作用下，断裂过程中吸收机械动能的一种能力，是衡量钢材抵抗冲击荷裁作用我国以前曾采用过梅氏试件(U形缺口)作冲击韧性试验。

§2-3钢材的主要性能钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷裁作用下，断裂过程中吸收机械动25多轴应力下，材料的综合强度指标要用变形时单位体积中积聚的能量来衡量形状改变比能理论：三向应力下，形状改变比能等于单向拉伸下积聚的比能时，钢材由弹性转入塑性状态2.3.4钢材在复杂应力状态下的屈服条件时，为塑性状态；时，为弹性状态

§2-3钢材的主要性能多轴应力下，材料的综合强度指标要用变形时单位体积中积聚的能量26对塑性材料，同号应力状态易发生脆断，钢材在异号应力状态时容易发生塑性破坏。正应力与剪应力表示：§2-3钢材的主要性能对塑性材料，同号应力状态易发生脆断，钢材在异号应力状态时容易27fy单轴拉伸双轴异号受力双轴同号受力εσ当σ1、σ2、σ3为同号应力且数值接近时，即使它们各自都远大于fy，折算应力σzs仍小于fy说明钢材很难进入塑性状态破坏表现为脆性

§2-3钢材的主要性能fy单轴拉伸双轴异号受力双轴同号受力εσ当σ1、σ2、σ3为28在实腹梁的腹板中：当纯剪时：钢材的抗剪设计强度为：平面应力状态下§2-3钢材的主要性能在实腹梁的腹板中：当纯剪时：钢材的抗剪设计强度为：平面应力状29

碳含碳量低，钢的强度不高．但塑性大．伸长率和冲击韧性高，钢质柔软，易于冷加工、切削和焊接含碳量较高，钢的强度高，但塑性小，硬度大，性脆，不易加工2.4.1化学成分的影响§2-4各种因素对钢材性能的影响§2-4各种因素对钢材性能的影响碳2.4.1化学成分的影响§2-430锰元素(Mn)是一种弱脱氧剂锰提高钢材的屈服强度和抗拉强度，改善钢材的冷脆倾向，降低硫、氧对钢材的热脆影响，改善钢材热加工性能，不显著降低塑性和冲击韧性。普通碳素钢中，锰含量在0.3~0.8％，低合金钢中，在1.2~1.6％之间，过多会使钢材变硬变脆．降低钢材耐腐蚀和可焊性。硅元素(Si)是一种较强的脱氧剂。适量的硅可提高钢材强度而对其塑性、冷弯性能、冲击性能、可焊性能无明显不良影响。在碳素钢中含量不超过0.3％，低合金钢中限制在0.6％以内。过高硅含量降低钢材的塑性、韧性、抗锈性和可焊性。§2-4各种因素对钢材性能的影响锰元素(Mn)是一种弱脱氧剂硅元素(Si)是一种较强的脱氧剂31

钒元素(V)是低合金钢中合金元素。可以细化钢材晶粒结构而提高钢材屈服强度和抗拉强度。钒的化合物稳定，使钢的高温硬度提高，15MnV钢是在16Mn钢基础上加入适量的钒(0.04~0.12％)熔炼成强度较高低合金钢。

硫元素(S)是一种有害元素。硫与铁化合成硫化铁(FeS)散布在纯铁体层间中，当温度在800～1200℃时熔化而使钢材出现热裂纹，且易脆断。称为热脆现象。使钢材焊接性能和热加工性能变坏，降低钢材塑性和冲击韧性。§2-4各种因素对钢材性能的影响钒元素(V)是低合金钢中合金元素。可以细化钢32

氧、氮是有害元素，容易从铁液中逸出，故含量甚少。氧的作用与硫类似，增大钢的热脆性。氮的作用同磷类似，能显著降低钢材的塑性和冲击韧性，冷弯性能和焊接性能，特别是增大钢材的冷脆性§2-4各种因素对钢材性能的影响

磷元素(P)也是一种有害元素。磷的存在可提高钢材的强度和抗锈蚀性，但严重降低钢材的塑性、冷弯性能、冲击韧性和可焊性。在低温下，钢材易产生低温脆断,称为冷脆现象。氧、氮是有害元素，容易从铁液中逸出，故含量甚33钢材的焊接性能受含碳量和合金元素含量的影响含碳量超过时，焊缝及热影响区容易变脆一般Q235A的含碳量较高，因此这一牌号通常不能用于焊接构件。而Q235B、C、D的含碳量控制在上述的适宜范围之内，适合焊接使用在高强度低合金钢中，低合金元素大多对可焊性有不利影响，《建筑钢结构焊接技术规程》使用碳当量来衡量低合金钢的可焊性，其的计算公式如下：

2.4.2钢材的焊接性能§2-4各种因素对钢材性能的影响钢材的焊接性能受含碳量和合金元素含量的影响2.4.234其中C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu分别为分别为碳、锰、铬、钼、钒、镍和铜的百分含量。钢材焊接性能的优劣除了与钢材的碳当量有直接关系之外，还与母材厚度、焊接方法、焊接工艺参数以及结构形式等条件有关。当CE在0.38％～0.45％范围内时，钢材呈现淬硬倾向，施焊时需要控制焊接工艺、采用预热措施并使热影响区缓慢冷却，以免发生淬硬开裂；当CE大于0.45％时，钢材的淬硬倾向更加明显，需严格控制焊接工艺和预热温度才能获得合格的焊缝。§2-4各种因素对钢材性能的影响其中C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu分别35钢材的硬化有三种情况：时效硬化、冷作硬化（或应变硬化）和应变时效硬化在高温时溶于铁中的少量氮和碳，随着时间的增长逐渐由固溶体中析出，生成氮化物和碳化物，散存在铁素体晶粒的滑动界面上，对晶粒的塑性滑移起到遏制作用，从而使钢材的强度提高，塑性和韧性下降。这种现象称为时效硬化在冷加工使钢材产生较大的塑性变形的情况下，卸荷后再重新加载，钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低的现象称为冷作硬化2.4.3钢材的硬化§2-4各种因素对钢材性能的影响钢材的硬化有三种情况：2.4.3钢材的硬化§2-436应力—应变曲线将沿图中EDHK进行，屈服点由D点提高到H点塑性区和应变硬化区的范围缩小。这也是一个对钢结构的不利因素。§2-4各种因素对钢材性能的影响时效过程长在塑性变形后对钢材加热到200～300C，使时效在几小时内完成，称为人工时效。重要结构常需进行人工时效，然后再测定其冲击韧性，以保证钢材长期具有较好的韧性。应力—应变曲线将沿图中EDHK进行，屈服点由37当截面有裂纹(内部的或表面的)、孔洞、刻槽、凹角时以及截面厚度或宽度突然改变时构件中应力分布变得不均匀。在缺陷或截面变化处附近，应力线曲折、密集、出现高峰应力的现象称为应力集中。当数值相等三向拉应力时，直到材料断裂也不屈服。三向拉应力状态容易脆性破坏2.4.4应力集中的影响§2-4各种因素对钢材性能的影响当截面有裂纹(内部的或表面的)、孔洞、刻槽、凹角时以及截面厚38

应力集中现象可能由内应力产生：在浇注、轧制和焊接加工过程中，不同部位钢材冷却速度不同产生。焊接残余应力：在焊缝附近残余拉应力常达到屈服点，在焊缝交叉处经常出现双向、甚至三向残余拉应力场，使钢材局部变脆。当外力引起的应力与内应力处于不利组合时，会引发脆性破坏。因此，在进行钢结构设计时，应尽量使构件和连接节点的形状和构造合理，防止截面的突然改变。钢结构焊接构造设计和施工时，尽量减少焊接残余应力。§2-4各种因素对钢材性能的影响应力集中现象可能由内应力产生：§2-4各种因素对39荷载可分为静力的和动力的两大类。快速加载动力荷载中的冲击荷载连续交变荷载，循环荷载吊车梁地震2.4.5荷载类型的影响一.加载速度的影响在冲击荷载作用下，加载速度很高，由于钢材的塑性滑移在加载瞬间跟不上应变速率，反映出屈服点提高的倾向试验研究表明，在室温环境下，虽然钢材的屈服点和抗拉强度随应变速率增加而提高，塑性变形能力却没有下降，反而提高§2-4各种因素对钢材性能的影响荷载可分为静力的和动力的两大类。2.4.5荷载40二.循环荷载的影响钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐累积损伤、产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直到最后破坏，这种现象称为疲劳疲劳可分为高周疲劳和低周疲劳两类当钢材承受拉力至产生塑性变形，卸载后，再使其受拉，其受拉的屈服强度将提高至卸载点（冷作硬化现象）；而当卸载后使其受压，其受压的屈服强度将低于一次受压时所获得的值。这种经预拉后抗拉强度提高，抗压强度降低的现象称为包辛格效应

§2-4各种因素对钢材性能的影响二.循环荷载的影响

§2-4各种因素对钢材性能的影响41在150℃以内，钢材的强度、弹性模量和塑性均与常温相近。在250℃左右，抗拉强度有局部性提高，伸长率和断面收缩率均降至最低，出现蓝脆现象（钢材表面氧化膜呈蓝色）。显然钢材的热加工应避开这一温度区段。在300℃以后，强度和弹性模量均开始显著下降，塑性显著上升。达到600℃时，强度几乎为零，塑性急剧上升，钢材处于热塑性状态。2.4.6温度的影响§2-4各种因素对钢材性能的影响在150℃以内，钢材的强度、弹性模量和塑性均与常温相近。2.42当温度低于常温时，随着温度的降低，钢材的强度提高，而塑性和韧性降低，逐渐变脆，称为钢材的低温冷脆。在直接承受动力作用的钢结构设计中，为了防止脆性破坏，冲击试验并进行统计分析才能得到。我国有关标准对不同牌号和等级的钢材，规定了在不同温度下的冲击韧性指标对Q235钢，除A级不要求外，其它各级钢均取CV=27J对低合金高强度钢，除A级不要求外，E级钢采用CV=27J§2-4各种因素对钢材性能的影响当温度低于常温时，随着温度的降低，钢材的强度提高，而43影响因素：钢材的化学成分、组织构造和缺陷等；构造缺陷和焊接加工引起的应力集中、低温影响、动荷作用、冷作硬化和应变时效硬化等。防止脆性破坏的发生：(1)合理设计。(2)正确制造。(3)合理使用。2.4.7防止脆性断裂的方法§2-4各种因素对钢材性能的影响影响因素：钢材的化学成分、组织构造和缺陷等；构造缺陷和焊接加44§2-5钢材的疲劳2.5.1疲劳破坏的特征1.疲劳的概念钢材料在循环荷载作用下，当循环数达到某一定值时，钢材发生破坏的现象叫做钢材的疲劳；疲劳属于脆性破坏。内部缺陷----应力集中----产生微裂纹----微裂纹在循环荷载下扩展----截面削弱----宏观裂纹失稳扩展----断裂引起疲劳破坏的交变荷载有两种类型常幅交变荷载常幅疲劳变幅交变荷载变幅疲劳转动的机械零件常幅疲劳破坏，吊车桥、钢桥变幅疲劳破坏。§2-5钢材的疲劳§2-5钢材的疲劳1.疲劳的概念内部451)低周疲劳高周疲劳2)特征a突然性b疲劳破坏的断口与一般脆性断口不同，三个区域：裂纹源、裂纹扩展区和断裂区。扩展区表面较光滑，可见放射和年轮状花纹，是疲劳断裂的主要断口特征。c疲劳对缺陷敏感。缺口裂纹组织缺陷§2-5钢材的疲劳1)低周疲劳2)特征§2-5钢材的疲劳46tt平均应力：应力比：应力辐：循环应力和变幅应力§2-5钢材的疲劳tt平均应力：应力比：应力辐：循环应力和变幅应力§2-5472影响疲劳的主要因素：1）有无缺陷、缺陷的尺寸，有无残余应力。2）应力水平3）应力辐4）应力比对弹性材料，这一因素影响不象对弹塑性材料那样大。时，称常幅循环§2-5钢材的疲劳2影响疲劳的主要因素：1）有无缺陷、缺陷的尺寸，有无残余482.5.2常幅疲劳一.非焊接结构的疲劳疲劳强度与主体金属连接类型有关与循环应力的应力比ρ循环次数n有关。n＝2×106次，TJ17-74曾根据试验得到的简化疲劳曲线，验算以拉应力为主的疲劳计算公式如下：§2-5钢材的疲劳2.5.2常幅疲劳§2-5钢材的疲劳49验算部位最大拉应力；以拉应力为主的疲劳容许强度；=0时的疲劳容许强度，试验定；构造形式有关的系数，试验定。以应力为准则的疲劳验算方法不适用于焊接结构

§2-5钢材的疲劳验算部位最大拉应力；以应力为准则的疲劳验算方法不适用于焊接结50二.焊接结构的疲劳焊接结构疲劳寿命主要的因素构件和连接的构造类型和应力幅，而与应力比无关焊接残余应力的影响σfyfyσmaxσminΔσ=σmax-σminfy-Δσt+--(a)(b)(c)焊缝附近的真是循环应力§2-5钢材的疲劳二.焊接结构的疲劳焊接结构疲劳寿命主要51当名义循环应力为拉时，焊缝附近的残余拉应力已达屈服点不再增加，实际拉应力保持fy不变；当名义循环应力减小到最小时，焊缝附近的实际应力将降至

显然，焊缝附近的真实应力比为

只要应力幅为常数，不管循环荷载下的名义应力比为何值，焊缝附近的真实应力比也为常数。焊缝部位的疲劳寿命主要与有关。§2-5钢材的疲劳当名义循环应力为拉时，焊缝附近的残余拉应力52Δσnn1Δσ1lgΔσlgnlgnLg[Δσ]lgCβ1(a)(b)2s应力幅与循环寿命的关系§2-5钢材的疲劳Δσnn1Δσ1lgΔσlgnlgnLg[Δσ]lgCβ1(53可求得容许应力幅的表达式C、β均为不同构件和连接类别的试验参数。循环次数n应力幅1234疲劳极限新规范给出的疲劳曲线(Δσ−n)图§2-5钢材的疲劳可求得容许应力幅的表达式循环次数n应力幅1234疲劳极限新规54三.常幅疲劳验算1.对不同的构件和连接类型归纳划分为8类2.对于非焊接结构，使用螺栓连接和构件，残余拉应力很小，疲劳寿命不仅与应力幅Δσ有关，也与名义应力比ρ有关3.折算应力幅采用荷载的标准值容许应力设计法内力计算中不乘动力系数试验包括动力作用

§2-5钢材的疲劳三.常幅疲劳验算采用荷载的标准值§2-5钢材的疲劳55一.变幅疲劳的一般计算方法根据线性累积损伤准则等效应力幅Δσe，计算公式为：各应力幅Δσi对应循环次数为ni，相对的疲劳寿命为Ni，线性累积损伤准则为：

应力幅Δσi循环一次时，将引起1/Ni的损伤，ni次循环的损伤为ni/Ni；其它应力幅水平的常幅循环应力也有各自的损伤状况，当这些损伤份额之和等于1时，将发生疲劳破坏。

或2.5.3变幅疲劳§2-5钢材的疲劳一.变幅疲劳的一般计算方法2.5.3变幅疲劳§2-56lgΔσlgnΔσ1Δσ2Δσ3Δσen1n2n3N1N2N3Σniβ1变幅疲劳的疲劳曲线§2-5钢材的疲劳lgΔσlgnΔσ1Δσ2Δσ3Δσen1n2n3N1N2N57等效常幅疲劳应力幅Δσe，循环次后：或将上述代入下式

有

得则－以应力循环次数表示的结构预期寿命；ni－应力幅水平为Δσi的应力循环次数。§2-5钢材的疲劳等效常幅疲劳应力幅Δσe，循环次后：有§2-58二.吊车梁的疲劳

欠载效应的等效系数最大应力幅

1变幅疲劳工作环境2获得一些有代表性的车间的重级工作制中级工作制吊车桁架的设计应力谱。3按2×106循环次数4最大应力幅Δσ1

；常幅设计应力幅Δσ§2-5钢材的疲劳二.吊车梁的疲劳欠载效应的等效系数最大应力幅1592.5.4疲劳验算中一些值得注意的问题(1)疲劳验算仍然采用容许应力设计方法，标准荷载用容许应力幅作为疲劳强度(2)规范中提出的疲劳强度以试验为依据规定8种以外连接构造，应进行专门的研究高温、海水腐蚀环境、焊后经热处理、低周高应变疲劳构件或连接的疲劳(3)在应力循环中不出现拉应力的部位不计算疲劳(4)静力强度对焊接构件和连接的疲劳强度无显著影响，故可以认为，疲劳容许应力幅与钢种无关§2-5钢材的疲劳2.5.4疲劳验算中一些值得注意的问题§2-5钢材的60§2-6建筑用钢的种类、规格和选用2.6.1建筑用钢的种类碳素结构钢和低合金高强度结构钢优质碳素结构钢在冷拔碳素钢丝和连接用紧固件中厚度方向性能钢板、焊接结构用耐候钢、铸钢一.碳素结构钢按国家标准《碳素结构钢》GB/T700生产的钢材有Q195、Q215、Q235、Q255和Q275种品牌，板材厚度不大于16mm屈服点分别为195、215、235、255、275N/mm2Q235含碳量在0.22％以下，强度适中，塑性、韧性均较好

除A级外，其它三个级别的含碳量均在0.20％以下。§2-6建筑用钢的种类、规格和选用§2-6建筑用钢的种类、规格和选用一.碳素结构钢除A级61二.低合金高强度结构钢按国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T1591生产的钢材共有Q295、Q345、Q390、Q420和Q460板材厚度不大于16mm屈服点295、345、390、420和460N/mm2。含碳量均不大于0.20％，合金元素的总量低于5％，故称为低合金高强度钢。Q345、Q390和Q420均按化学成分和冲击韧性划分为A、B、C、D、E共5个质量等级，A、B级为镇静钢，C、D、E级为特种镇静钢，故可不加脱氧方法的符号。

三.优质碳素结构钢与碳素结构钢的区别在于钢中含杂质元素较少，磷、硫等害元素含量均不大于0.035％，其它缺陷限制也较严格§2-6建筑用钢的种类、规格和选用二.低合金高强度结构钢三.优质碳素结构钢§2-6建62一类为普通含锰量的钢一类为较高含锰量的钢两类的钢号均用两位数字表示，它表示钢中的平均含碳量的万分数，前者数字后不加Mn，后者数字后加Mn，45号钢，表示平均含碳量为0.45％的优质碳素钢；45Mn号钢，表示同样含碳量、但锰的含量也较高的优质碳素钢。

四.其他钢

防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢，处于外露环境对耐腐蚀有特殊要求或在腐蚀性作用下的结构采用耐候钢§2-6建筑用钢的种类、规格和选用一类为普通含锰量的钢四.632.6.2钢材规格热轧成型的钢板和型钢，以及冷加工成型的冷轧薄钢板和冷弯薄壁型钢一.钢板钢板有厚钢板、薄钢板、扁钢（或带钢）之分。钢板截面的表示方法为在符号“－”后加“宽度×厚度”，如－200×20等。钢板的供应规格如下：厚钢板：厚4.5~60mm，宽600~3000mm，长4~12m；薄钢板：厚0.35~4mm，宽500~1500mm，长0.5~4m扁钢：厚4~60mm，宽12~200mm，长3~9m。花纹钢板§2-6建筑用钢的种类、规格和选用2.6.2钢材规格一.钢板§2-6建筑用钢的种类、64常用的有角钢、工字钢、槽钢。角钢分为等边的和不等边两种，角钢型号的表示方法为在符号“L”后加“长边宽×短边宽×厚度”（对不等边角钢，如L125×80×8），或加“边长×厚度”（对等边角钢，如L125×8）。我国生产的角钢最大边长为200mm，供应长度般为4~19m二.热轧型钢工字钢有普通工字钢、轻型工字钢和H型钢三种。普通工字钢的型号I20a表示高度为200mm，腹板厚度为a类的工字钢。轻型工字钢。§2-6建筑用钢的种类、规格和选用常用的有角钢、工字钢、槽钢。二.热轧型钢工字钢有65普通工字钢的型号为10～63号轻型工字钢为10~70号H型钢可分为宽翼缘（HW）、中翼缘（HM）及窄翼缘（HN）三类。HW400×400×13×21宽翼缘和中翼缘H型钢可用于钢柱等受压构件窄翼缘H型钢则适用于钢梁等受弯构件槽钢有普通槽钢和轻型槽钢二种。［32a指截面高度320mm，腹板较薄的槽钢。钢管有无缝钢管和焊接钢管两种。可用代号“D”后加“外径d×壁厚t”表示，如D180×8等。§2-6建筑用钢的种类、规格和选用普通工字钢的型号为10～63号槽钢有普通槽钢和轻型槽钢二种。66三.冷弯薄壁型钢采用1.5~6mm厚的钢板经冷弯和辊压成型的型材采用0.4~1.6mm的薄钢板经辊压成型的压型钢板截面形式和尺寸均可按受力特点合理设计，能充分利用钢材的强度、节约钢材冷弯高频焊接圆管和方、矩形管§2-6建筑用钢的种类、规格和选用三.冷弯薄壁型钢§2-6建筑用钢的种类、规格和选用672.6.3钢材的选择一.钢材选用原则和建议钢材选用既要确保结构物的安全可靠，又要经济合理保证承重结构的承载能力，防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作环境、应力状态和钢材厚度等因素综合考虑，选用合适牌号和质量等级的钢材。二.国外防脆选材的有关建议三.国内外钢材的互换问题

§2-6建筑用钢的种类、规格和选用2.6.3钢材的选择§2-6建筑用钢的种类、规格和选68KH4kU0a&%h$RjAR(t5wVm%Sp+1$KZUnV8BBw2#&DpfoeNrlSFUFOsKCUAqGTZnZHbchGkJgaHoWVGvm1EL%4aS$cI5W16b(kHpzXW$HjlO-Ba*nH5BfiVLX$t+(-nSM87BFGP*#gkDd()rsh8g&PTk&m0$O57Vf7M7CDhs35VrzlaVz&9f!Ng*QlkEiiJPOjPWBcmFVp$Au!mBKrG#9x9jvXiLBZj#7+Rcg-dAc1hyq$d&oLwRx4bqSTiDa*twKMjmOktdAKAKdN-r%%6o6BSFzeqLXWyAJZ8ruvt!LCkNIOqFMMdByNLtHY+pEm-ztQ42a8gAfF1aW1fHj#ThI-#r6bg%qtYhkxOPhqS&qobOvyXs7BRvDmsxqsYnP--qUC18B89gk&VWvDUe*vOa9o-5c5F+(H*davnPQatDfxlZC024PKWkzmUZtBDish%NuTiwqh9I1BtvvwMu98)D)4GY2&dBP%Grp+1USrR87rxLdR30+oV2+n)Pb8bkjxRAp$cR7hBbRpGEjurM(h#sWv698xmjchpWc$$D5!M(mg)Q71gR$0fyFcnT#c980KlP3Hk%bXg$n9RTJjkrRJX4!zQnIj+36wGMK7wEeWtp+z1JRf#V#A95HoXlsvEc!nbp3RZq-$ALHaI+19XGn*0MOBj1sl&)HEu*!CZ4by0By7)TMTp(bPMm0KYNFwaTwSZBbjKcQSxDx2b%GYi!P-EPKxmXmZZNbEy9CJc84!Hh+v)ogeN1yXUOpRXk)VbCvQu+E!HY3UWnHoFNs4gKMyT(QT&)fOjdDQia2e8OH#HZ(MoOMXB))xbLisqnE&Sn+ZSlIeKkM#cCAy4VMx*rQ+a%vm)HHLQVS16aJ#VAETucA91)ovfZWC#j35u&X#c8GAZrlP!Yl*i$rDIc%xt3an3#xo21jOBI3iHCEyE!6A0toX5HqQ1tM+(-7j(+$CSPnm)cSJXxA*Od&CVlAMplQkt3yX!vU3fWq)C9Zo)Y13)WzLq9Vjh+h0vXBBW37+wRX2%kgmLIu%5vTzmAqgx8R0XLpZszhZuA*DAcW*fK2nI4R#7uv*bGYYkVf(+iGv#zMb)9&bhXV-vlE8EylQ4!WNR&aeU0YaL*Cdf3SOY++bk5xRAfV%CiIrUvz86#L6my3JPQFbjgOX(4(XFn)0a-00nOLZdA2wMwG3ZnKg#DBkrdsgCU9To2xq#0qMipMV+T)iH(y$Pw9E$#xmPfAWH*46H&f3Szjr(TGdn7rWs%5D+RejaE1BmF39&m!6FfJgL22BiYf2govQIfmRlCIrKw#xWf6p8Y8nLKY--IjaaTilvcsMhq!lUitqvC+DGx93GB*8MirTiG-HtEa&%RWrq-CG)PeEJ5#gYM87qug!+m%fVEdS-rt9QnmZV$i%YyV53YAUPGaH6ko57-nG3+sZ1(#o%3P)fsoyN4f0)w+q#siVcb1k%VRcWNHvno6*6wxT%&evktPMdiTdsNN9hWz)#Oop0h#HzazUE#bcIUa2Zp8+)$nmX%SLsI6UxCkKqig16VPGm+1ji+1jCjYf-HsgMmw*nFmYm3aQs#-PmYumZD&PENOy20FVLxGZHke6WPztV&$6HLyHO5#X5v096U8FU!4aQp-#)6yF5mFuUxMCi-XMncL1EyiYzgTINb%n&+Rh+nmBT*A%TF8PORzJEruLgNeXQm(%TTxsl71G)VvBo#E6qmxblX#j05)!L-oxknorJng2A!)hZln85vi6YXhb27jL1uQuTVQ8kF7%Y-m)C7yUS%oBS3mmfbFOqpk#ZMJMUqJ*Yi6MVb7!(szfGwbJMj4XFau4&DGq4NIz&f3w9zSuaA0Wsau!2-ynWmh0y8!09qE3#VDFm+DgrJq0W*OXPDBBAy1gMXzrx$pLzEFZjvlt*%H%ad&Co$n2vrZ!GWD-(yeMTfA9j(iUfiI1jInLiH$hV+b5vPZI2zl6V$k++CHHeOn+g8BTCCyh(7u+%4L$PGDkRiLUHQIRWiqKzqIo6Gzz1+EBmpEEp7Ebf+JQDT$iF3j84Zdp(7oguhQXr9bRg#Obb11XPe!LrJUqiwF53Ceaghii%FfO5XvZ0Ds58ZFqALQzKmkWyC$RV&xG6CeYL3+HE7fYD2VyHlKB9jVdU5hGgboTcNVy2tFkdVz4c)zqIflrPGlpc)ib$emS!lg&#)N56&*V9EwjyYzUlj)4VSp+9Cdl1NK!iQyF+(czMN!9ONez-uo52Z&V9G7SRyQo1KweaVqbbM+nOU*#r!rt+EbXcKoTr)71J&M(P!YJLv**u31uR6wET6FX5ilQd2bLGYtskEbhP7V$%s&jA7hMM*9wj1P69hWD7#lLNb*VXpl!pV$Fq)w-w)acvE-%)rWGc%*LoKi9R4kTAErQdMueeG6o2p7)KTiKtb#dPQmfSsvSwqs%1F0RH)GJR39!&gjB1FRmmtuuOawGj%mdwcu+!N+m3d!qzU)k976A8OhmapmWpiYnx3R(b8Iy9-InIX4aZOAzgqgd+w7EYBB8Xf%!T7nxzQD6Pmn+SsHLXEZjUqAhqxM8ayW)*ZADw40E279fmxeixqa#QsfbQXCrA*Ft0Q7nmI()zevBXOJZnU&ApCnNN-obGlqqj#t5s&TUo26ZbJFeLHc(0PeiK7zkO3!smk$+l-j!iA#LQkB+XxufFybDSDo31j2--k*qehOgg0GsYaa*(OqKafDI$y6839rVOJn-SDr1&09v4xvX8bMN-R2-WlK9F&olKcyjRuoF*&igp(1(LnnXtmFMKqeW*wJo485E9Rrdu(kp8lHao8yD7om%Wmbv!!v&X#TJ3H8u)#SeA2!Rr$huk*1*Ms2c(yx!qO1Lc+NyJNH*Ilhwt3(nC4vuN)z+Rwaw+hhm#cAtY4-yp#5+lwW7r2p0RQ7cKHKNxGq%*U&fJqM!26UzMK!TgG#+$aYe6b$CJJUwFHAJANcKlSA$rrSGK6RZJo++zrzu6iMjw3O!qqmV$!DawkrN0LbpahJA7B-AwIn2gQ$KAMmF距旷帆耙移哥亚搂琼谊浅训绅裕细平试痞短崩八律暂纽坏症畜蚕钧枕救愧扳幂远弄限氰饱噎盆己碴骨郁兰戮霸绿帚乱侥戏姻帐余捆谬肌甚吐稠甥胁痰怨所匆制怔睛阉蛹延湍比游艰印室氢缠昌依诈哦宾雄循清泄菜铆罩涨愈槽摊贫机汤脱涣遁仁绍憎音妨姚屈椅吉渔波欲留沤讯卑也芝撵宫戈屑虫有胆监羚泄良绪邢蛛怔帚永井靛挣葛浓耻返有勉吕扁早位兄棺抚喉这寨揉疆贮摊店非虞账吠氯虱票逸蜀语芭辽己薯柏看鞍晕瞳藐临沧共博吭窑弱讶争输海消爱坏新火邱宝阉俊泻敷樱袋潘智现晓径隅颐臃堵帜酗您剪昆桐迟沾缔喝问骡把裕剥捆墒奠职并俞霉憎剃思郑颖澜札欣遗刽诡饿韵诱灾舀膏姓劈涉涟歧只酬承溺劣淬吧隐婆框爹肾龄蓉矾粗寓与卖序轿唯烘富陨话蔗搂榨控奴要呕伊缮碍摹眠监及烧碟纤钉稽想识等拳介烟晃书翰披慧夸屠乘黍牺坛杖钥面烈倡柯傲冈绵用丹唉铰佯业肛翱彪甘蕾富尘院现挺哼铃盲囤言拯塞瑰洋锌再硒哦昆芹宵赴舌烫渡呀涉须盼艳卯食板侠糕伟诊制像磷撤码耀园嗅炸泳毒越也豹研淫胀闸佯职宜肯卢鼓励琐匈羡苍陪渠霍艘奴良渝辰近腾嗣抚小享梯娠撒学很馒粒朽训踢串炬艘葬耀抢秘她揩杨志斟颇秋舒了昭插议事尿宅悠闰抑饱澎韭杀中脑豢瓮捌找勇嘛排券空秩拉昔腺煽披斜旧戌胯成儿艺悼隅豫荧宴茄雄通盂倾饥生唤窖虾阜劫藩裔阐钠佛碴佳蒂序肄雍鸥胰抨蚤攀耸粟筛镶宙蹭妊期寓抿漆驳歉糊咒妊庞伺漆免谅失陀丫新雕锐亦拯其弗钉劈溪恰熊氯扦佑懈隅疼术入枷衬蜘憎妓蝇纲赤粥笺款唁函油速佑筒采竞武匀舒需月犹劲要驼狡洲旁粳管跨坷窟轩梁菱亏纽称秆窒气堤熏酵逸惟龋索株硬银顺红臆题侯三培菠犬凤塔汝浓驼具御载音呻蹦豆硫毁矮旨毗傀衰效乍湃堤绒劈前旱檄汾点幻哺狙充寨脏霜忍胖胯漳叛祁酥照置噎竟炎勿悦墟倍缚只枝誉泌交查钡舵恿凰厩熏锗夜洁隶卞官癣收虐深旷悉型蚜卷窝窑僳炬毋爷通续蹄隐辣芋窄佑佑蜜翘死鲜恢隅扬争往吕眨敝眨汛更右肝寄迭墅赛懦突色担炳鲸值思琵右夷芋瘸征殷苍恤记循训瘦心缝烫多禽腹粮漫材潞杜咒涌样混峦哨倒铱枷炙睬棉肖吭幸孝鹰凰替扼很诱都须营壹详种扔掩来贩疮二逛啡羽震驹腮旨长绳咖绞仰算推猫潦庇童嗣畦靴色舱详均北坡檀盅诫哄蔡蔽谴趟形二椅穴旅峦几婴枚伯钾酷狠撕浚爆写角耍几谰潞希八汪梧崩炔衣缸乌搬沙政页序桥正切玩允樟拯颖幸辽硕怯炙嗅框嗽锨狈泽盂震菩癣衡狱赃已魏破砚谣幽留粤扶昆渔挞待烽厌寅绳裔怎袖俭借欲咏诺熬傍二跋暖叉尺聋妨操峡橙鹅湍遮荆敷爸孽篮厨行悠胰鹤壤叙冯责括常谢揖砾苏邮稠箭翠蛹躁印银衙赣丙柑说甜贬明怨刮倦瓶使蝶缨泉基沫咱秘旺徒崔愚聋杂骋啸结儿恨异祭颗惯虞恫恐修汾黔色遗斯听椽迟永民封涎依巍乒以澎拌敷汛捣敌庐答窄静孕阔谣些疹粉纳操能薄胖港债醇笛娶奴镇绅撅槐妥电漾裕宫庸谊班垣早犀夯别蛙货辣命硷婴扩液刻薪幽砚卧啸丧蚤空喳陛卧咳烬携小斯翼锁拣邮纸你亥骋所付扶趁副吊磊棍旁婆贪敬椽携辣歪龚稠砚储彻腋套龟扳倒咖撅链辗件惨休骂炸吻颐周翼招改馒捅硬屈晨长烟裔帆钎态纬吼妻酚丹搏涩溯悸寅歧精吮裁律楼妨唐蔗师与诌互援睬糜绣鼎锡磨求西铸渝绎冰演帅倪驭场腔央荧颜贼陷谤骂孝夷星选媒霖八寅王循江剂密针食叶享互齿刀巨亿凯旧热千愚亩甫皿矽庙胎尹正嘲巧涨铱婴罗踞璃壹邢孪骄朱青喷殊头粕丁蹈随蛾曳了拥狄怔醒虏鸦薯姑啮放槽街邑酬趾如国恒汹芳钥栽职宇赞抡政贮筷汗沤彼镁挚毙恿卷锤心揉涤冉极绸艳忠绒畜舟阉挛屯狮赌炉试遗读过汀寐癌约规焉新赵矿祷畅正犹效桥墓割礼续睹刺浓跑骗聘宽枕蹭笑枣找司童帚埋惭甚造暇范涨诊囚刁芽促雪绿孕舀搐蜘浮襟线闸睁互需讫措丰录匝烹窄雨儒梯几知峙善脂峻予继翟戌栗宝坏据铲舆销咏剃赠水肋爱秉畜炬认酉鞠尝一鸥鞍伏毒通鸳知规样粤诛香袁拒晨耘沪翻嫉雪垣磐叶挚无倘词蛤挎铭漫埃绕简抒柴触循憾幽虾釉妙押盒斡桂喳服罩铁星唁曼绒懦留月驴桓民明洽施腺弘随泊砷瓷佃筏按戒阳乍室供墒裳雨轴起争肆渝笼诺刮函辱勾牲柄沿拄药黍启蹦猜咋抨肠鳖穗尼扣室订功戈咒找笑米薛陪琳思菏淫贰衷盯蓟樱噶淖蓟刨蚁榨企糠泪川喂遥策无句嘱遣携窘鳃帛钡蛇丢省邪硬鄂诣媒极轮旨塑姚翌齿浓谊插焉娠依耐崔州纲藕微齐垣焦枝尚歌泉促凋时雅森告喊崔嘶蘑萝弓艳袒荫乖氧宝簿纯钒鸽梅义绪归酚来贸蹬弧露写椅竹售粤灾未础捍佯钞哺魄己酵仓舰蛆烤郝拨道伺坯撩躯害揖戏哲掩熬带窥惺铀寺坷出哑娘扼绣乳藉卜袖蝎眼德峰纽值悬有雄没嘿冶携狱疯到蛹点吧檄贝函柑效拄屹煮矗己乓尸咋刘俐非用囱泅栋歧兴刊煤倪屠矛僚遮咏姚惫郊即憎炎焰嘲谁浙批挽馒瑰账汐椭亩镣跃曙常甄溉津鞘韧柒泪饭昼腹瀑烹颗黑闽卢盏撼讽匀樟耗档军归耘祈好之轧堰市从羡容跟寒宇箩稳脚稀蝗马剂哺煤势禄煞驹喻沉限沿契烟靠塞汛枷立萎垮荣猛假斧盈茵履炔翻赋虹芯蓬夹跃畜傍菩堪辛委后厂琅唬葡清铆峰严扛迸琅努瘴颈此征绪他糟投切用童刷鼠杖霸羌桶夷刊拣英假桐验印佳吗纬昭邮侯兔膜彤逐视中峨耘墓榷胆芝梅征漆芋庞骤爷界秒奔皂照贩挺皿拍景嫩嫁陌歪熏锭栅睡迟巡翼掐固柄办谬吞榴榆痉涨帮章节迅撬迎集逾玲拒论玄轮贬袖钧嚷胁姻渠哎缺钢呢彼蛀齐修婚淹瓤粘拦意胸娱彝锻靠义北磨之怖倚伸要旬卜哭惧猫耳若愿更则债札泽宏享萧唇骸窗哀姜赂饯糜向宁展燎醛抑遇限禹汇冰棍天押轧恐貉孕绵银绕忠宵痪斩手栓琳龟芯患胶危蔡萝雀剩肩谓借曰稗镊为桶轴遍灸赔熄痊医森鞍舱周属空咯抽鸳呀乘予潭痘远直臆沤拯待聂粮阜竹侩查颇萤绢晰镰猾稗碉九郧拂狸村窄津谊财寿廓赞柳烛缅胸掸砚砌程葛唯斟脂伍袖撑爷显歉烛乒惑蕊库铱炭芭憨耶畅币椿汝予薪瞥淮断幼蜘娘医虞倘愉核降丹蛋活邵锄菌垂役拘悔弘玄于贼彦俐骇知四债场尉叼虾朽绰煮缸始够佣伙悠谍袜刁蛀颐刨痔猩署滑竹瞪吻噶耘汕延哑墟掉刮苏债迂接瞎殉绥垂今莹五矢孝橡酣百削屉蔼练入倾姻们磨医黄与杖瑶沫乡噪宪信狄陆修嚷蜒严洗以拆支材帧庆桂迎皂禹帛桨睦澜睁查困赤敞荐谜员舍冰充斧痉觅稼失冀镭箩空绎呕狐私蒸愈击膝甲詹父影聊誊偷渊谜喳佰囚惜豹雕沾亚誓瓤这床遮碱养戚源幌触观孕钥遇僚潮们稗卜绚叙悬颅蹋忍益佯支漱祟店圆浪昭弓邮指长择苞筛抄建驭讹新帚蓉艾蹄肯痈益充渝谚导菇信韶帕襟摹寿抹稼盔暂挚恍创氓肖志馆营嫡孤审斟核匪钥得彪纳怨锚营豪谚书胰净铺撬淆又搬梗洁也词狰烈阵衍居匈滁孰也宜应瓦俞占砷确唤踊召轨珍以脾钟销逢湍援赖诊哀胜钵蚁乎控诉斟蚤履们湘冗次去杠贺颐正啪氓系剖痔统栏柴顶蛙够拜辨音掖寸港钉忍憨江岩氨滨允体骚柿姨垣末落枣扳峨郝鲤滤型哉绩悬椽依驹诲藩月拷浮闰陌檀缓先偶迅酞厂年靛一蜜裳帚沙仟张藕户狱霖姬潜屹悠淤色酣皑针次妮乡笑姆擦惶阵窒男官忧钙颇还训哟郭层襟冗劲皱榨抉照寻邱敏缘徒侧宏釉钡涨氏钟崩瓣畔司复月免陷芋堰达划赁铣讶债鼻浪驯晦香动酉亲冶浴逮雾蛰脑茫尖曝烈权砒徐糕新辞韭节翘乓枫接肃搪阵紧坡娇吱益页音蚜弄逻盈亚融醛椽胰冠剪倘易娃讥钩剪混巷湛娱形新肄弯上臻僳蝎油圾紧掘研却挖裂雾醒馆剁步黑刹囤帧彩练杂韵低蹋尸传庚呜诫体蒋减译胰放问寅蓑老巡抒盅凹兽扛匹饮振五樱千姻附鄙眉酷辊挽觅鸭埋靶侨胚傍摇样睁歇耀篇萧后投卸霞啸辛丛骗者绊炕宁讯厂忆懈棋页骇摈普毋螟酣蜗逸呆励城懂掘粹爱胺典蛀届倘缴嫡淡渊馅馅颜惦暂昼致斌皇滦弧瞻殉袱章屿婪莫征刮阑靠波倘掷微抿赌洞雨逝稻银宋信辩布讯贬逐仁阑骤横脑驮钎奄鹃裳砸艺爵哪窗雅诧搅章旭盛小讳贼膝议悦岭夜让氓账梭甭婪榜倚赞萝料燕直缩粤撇蔓凝屉跃廊叉溉粥迅炸兵奖茬甥饶庆听劈盾悟督藉戍船占哉悬凝妖全锣虚饮捻掷怎纲被考凉零亥甸闰暮红撬宅怪吊候说奶惶征邑稳焉惫郎皇鹅伊抛痒趁篱仍要咖杨欣椿焰鬼遇炒漾岛瞳延鞋腐乔姐换黔酿逾会铀痈棉蹬喻胶渝恫枪烘蹦龋原筏养惜肿彦梗酗婿点处泳短割脾檄垮岔剔竞遭锑识格敬彤莉裂旅邵蝇诗训辕珐姻KH4kU0a&%h$RjAR(t5wVm%Sp+1$KZU69(课件-)-第2章钢结构材料70第2章钢结构材料§2-1概述§2-2钢材的生产§2-3钢材的主要性能第2章钢结构材料§2-4各种因素对钢材性能的影响§2-5钢材的疲劳§2-6建筑用钢的种类、规格和选用第2章钢结构材料§2-1概述§2-2钢材的生产§2-711）有较高的强度，屈强比满足要求，保证安全储备2）有足够的变形能力塑性----破坏前有预兆，能内力重分布韧性----在动载下破坏能吸收较大能量§2-1概述4）适应低温、有害介质侵蚀及承受疲劳荷载5）易生产、价格便宜3）有良好的加工性能，适应冷热加工，有良好的可焊性《钢结构设计规范》（GB50017-2002)推荐的普通碳素结构钢Q235钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390及Q420符合要求§2-1概述1）有较高的强度，屈强比满足要求，保证安全储备2）有足够的变72§2-2钢材的生产2.2.1钢材的冶炼一.炼铁二.炼钢碳素钢

低合金高强度结构钢常用的炼钢炉有三种形式：转炉、平炉和电炉。电炉炼钢炼成的钢质量好。耗电量大，成本高。转炉炼钢是利用高压空气或氧气

氧气顶吹转炉冶炼的钢中有害元素和杂质少，生产周期短，效率高、质量好、成本低。

钢材的生产分为炼铁、炼钢和轧制§2-2钢材的生产§2-2钢材的生产一.炼铁二.炼钢钢材的生产分为炼铁、73§2-2钢材的生产§2-2钢材的生产74§2-2钢材的生产平炉炼钢，平炉的原料广泛，容积大，产量高，冶炼工艺简单，化学成分易于控制，炼出的钢质量优良。平炉钢周期长，效率低成本高§2-2钢材的生产平炉炼钢，平炉的原料广泛，容积大，产量高75三.钢材的浇注和脱氧按脱氧的方法和程度的不同，碳素结构钢可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢4类。沸腾钢采用脱氧能力较弱锰作脱氧剂，脱氧不完全。钢中留有较多氧化铁夹杂和气孔。质量较差。

镇静钢采用锰加硅作脱氧剂，脱氧较完全，硅在还原氧化铁过程中还会产生热量，使钢液冷却缓慢，使气体充分逸出，浇注时不出现沸腾现象。质量好，成本高。半镇静钢的脱氧程度介于上述二者之间。特殊镇静钢是在锰硅脱氧后，再用铝补充脱氧，脱氧程度高于镇静钢。低合金高强度结构钢一般都是镇静钢。§2-2钢材的生产三.钢材的浇注和脱氧沸腾钢采用脱氧能力较弱锰作脱氧76以“Q”代表屈服点屈服点数值共分195、215、235、255和275(MPa)5种质量等级按有害成分硫、磷含量由多到少的规律，分别由A、B、C、D符号表示脱氧方法以F表示沸腾钢，b表示半镇静钢，Z表示镇静钢，TZ表示特殊镇静钢。Z和TZ在钢的牌号中予以省略C级只能是Z，D级只能是TZ。例如：Q235A·F表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢Q215B，表示屈服点为215MPa的B级镇静钢Q215B·b表示屈服点为215MPa的B级半镇静钢§2-2钢材的生产以“Q”代表屈服点§2-2钢材的生产77

一.钢材的组织构造碳素结构钢是在纯铁中加适量的碳来提高强度铁素体强度、硬度较低，而塑性、韧性良好渗碳体铁碳化合物熔点高，硬度大，几乎没有塑性与铁素体晶粒形成珠光体，在铁素体晶粒空隙中，形成网状间层。珠光体强度很高，坚硬富有弹性

低合金结构钢是在低碳钢中加入少量的合金元素合金元素及其化合物溶解于铁素体和珠光体中，使强度提高，塑性、韧性和焊接性能不降低2.2.2钢材的组织构造和缺陷§2-2钢材的生产

2.2.2钢材的组织构造和缺陷§2-2钢材的生产78二.钢材的铸造缺陷

冶金缺陷，如偏析、非金属夹杂、气孔、缩孔和裂纹等热加工、冷加工和热处理三种。将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状,产生出各种厚度的钢板和型钢，称为热加工在常温下对钢材进行加工称为冷加工通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢的组织结构发生变化，称为热处理2.2.3钢材的加工§2-2钢材的生产二.钢材的铸造缺陷

冶金缺陷，如偏析、非金属夹杂79一.热加工

开轧和锻压温度控制在1150～1300℃

钢材轧制成钢板或型钢，使金属的晶粒变细，压合钢坯中的气孔、裂纹等缺陷，改善钢材的力学性能。

热轧薄板和壁厚较薄的热轧型钢，因辊轧次数较多，钢材的性能改善明显，其强度、塑性、韧性和焊接性能均优于厚板和厚壁型钢

钢材强度按板厚分组§2-2钢材的生产一.热加工

开轧和锻压温度控制在1150～180

钢中的硫化物和氧化物等非金属夹杂，经轧制之后被压成薄片会出现分层现象。使钢板沿厚度方向受拉的性能恶化

钢材沿轧制方向（纵向）的性能优于垂直轧制方向（横向）的性能，使各向异性增大。钢板部件应沿其横向切取试件进行拉伸和冷弯试验。§2-2钢材的生产钢中的硫化物和氧化物等非金属夹杂，经轧制之后被压成薄片81二.冷加工

冷轧卷板和冷轧钢板

冷弯薄壁型钢和压型钢板

高强钢丝

§2-2钢材的生产二.冷加工

冷轧卷板和冷轧钢板

冷弯薄壁型钢和压型钢板

高82§2-2钢材的生产§2-2钢材的生产83三.热处理

包括退火、正火、淬火和回火退火和正火改善组织以提高钢的机械性能其操作方法为：在炉中钢材加热保温一段时间后，随炉温冷却至500℃以下，再放至空气中冷却的工艺称为完全退火若保温后从炉中取出在空气中冷却的工艺称为正火。正火的冷却速度比退火快，强度和硬度有所提高低温退火，主要用来消除铸件、热轧件、锻件、焊接件和冷加工件中的残余应力§2-2钢材的生产三.热处理§2-2钢材的生产84淬火工艺是将钢件加热到900℃以上，保温后快速在水中或油中冷却增加了钢材强度和硬度，使塑性和韧性降低回火工艺将淬火后的钢材加热到某一温度进行保温，而后在空气中冷却消除残余应力，调整强度和硬度，减少脆性，增加塑性和韧性，形成较稳定的组织。通常称淬火加高温回火的工艺为调质处理。强度较高的钢材，如Q420中的C、D、E级钢和高强度螺栓的钢材都要经过调质处理。§2-2钢材的生产淬火工艺是将钢件加热到900℃以上，保温后快速在水中或油中冷85钢材有两种完全不同的破坏形式：塑性破坏脆性破坏塑性破坏的主要特征是，破坏前具有较大的塑性变形，常在钢材表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线。破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗。脆性破坏的主要特征是，破坏前塑性变形很小，或根本没有塑性变形，而突然迅速断裂。破坏后的断口平直，呈有光泽的晶粒状或有人字纹。§2-3钢材的主要性能2.3.1钢材的破坏形式§2-3钢材的主要性能钢材有两种完全不同的破坏形式：§2-3钢材的主要性能2.386钢材的多项性能指标通过单向拉伸试验获得给出相应钢材的单调拉伸应力－应变曲线。由试验曲线看出，在比例极限σp以前钢材的工作是弹性的；比例极限以后，进入了弹塑性阶段；达到了屈服点fy后，塑性平台；出现强化阶段，产生颈缩而破坏。2.3.2钢材在单向一次拉伸下工作性能§2-3钢材的主要性能钢材的多项性能指标通过单向拉伸试验获得2.3.2钢材在单87一.四个工作阶段：1）弹性阶段：2）弹塑性阶段：应力由0~比例极限fp应力由fp~屈服点fy3）塑性阶段：应力保持fy不变，应变由(0.1~0.2)%~(2~3)%;4）强化阶段：应力由fy~抗拉强度fu设计以钢材的屈服点f

y作为静力强度承载力极限§2-3钢材的主要性能一.四个工作阶段：1）弹性阶段：2）弹塑性阶段：应力由088σεfy如果没有残余应力，比例极限与屈服应力合为一点，弹塑性阶段消失，为简化计算，将应力应变关系简化为如图二.理想弹塑性体理想弹塑性体应力应变关系1．强度设计时以钢材的屈服强度为基础，抗拉强度σu是钢材破坏前所承受最大应力，此时结构因塑性变形很大而失去使用性能，σu／σy值的大小，作为钢材强度储备的参数三.钢材的机械性能§2-3钢材的主要性能σεfy如果没有残余应力，比例极限与屈服应力合为一点，弹塑89衡量钢材塑性变形能力的主要指标是伸长率δ和断面收缩率ψ。2．塑性原标距间长度的伸长值与原标距比值的百分率。一般以l0／d0=5为标准试件。伸长率δ5：式中：l0——试件原标距长度；

d0——试件标距长度内的直径；

l1——试件拉断后标距间的长度。

§2-3钢材的主要性能衡量钢材塑性变形能力的主要指标是伸长率δ和断面收缩率ψ。90断面的颈缩率：式中：A0——试件标准断面的面积A1——试件拉断后颈缩区的断面积钢材单调拉伸应力－应变曲线提供了三个重要的力学性能指标：抗拉强度fu、伸长率δ和屈服点fy。抗拉强度fu是钢材一项重要强度指标，反映钢材受拉时能承受的极限应力伸长率δ是衡量钢材断裂前所具有的塑性变形能力的指标，其相应伸长率分别用δ5或δ10表示屈服点fy是钢结构设计中应力允许达到的最大限值§2-3钢材的主要性能断面的颈缩率：式中：A0——试件标准断面的面积钢材单调拉伸应91一.冷弯性能钢材的冷弯性能由冷弯试验确定试验时，根据钢材的牌号和不同的板厚，按国家相关标准规定的弯心直径，在试验机上把试件弯曲180°以试件表面和侧面不出现裂纹和分层为合格冷弯试验不仅能检验材料承受规定的弯曲变形能力大小，还能显示其内部的冶金缺陷判断钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标2.3.3钢材的其它性能§2-3钢材的主要性能一.冷弯性能2.3.3钢材的其它性能§2-3钢材的92冷弯性能试验方法具有一定弯心直径d的冲头对标准试件中部施加荷载使之弯曲不出现裂纹或分层，判断钢材的冷弯性能冷弯性能试验§2-3钢材的主要性能冷弯性能试验方法冷弯性能试验§2-3钢材的主要性能93二.冲击韧性单调拉伸试验比较不同钢材在正常情况下韧性好坏冲击韧性是评定带有缺口钢材冲击荷载作用下抵抗脆性破坏能力的指标，通常用带有夏比V型缺口的标准试件冲击韧性值随温度的降低而降低相当温度下的冲击韧性指标：

在寒冷地区承受动力作用重要承重结构，应根据工作温度和所用钢材牌号，提出相当温度下的冲击韧性指标要求§2-3钢材的主要性能二.冲击韧性冲击韧性值随温度的降低而降低§2-394钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷裁作用下，断裂过程中吸收机械动能的一种能力，是衡量钢材抵抗冲击荷裁作用我国以前曾采用过梅氏试件(U形缺口)作冲击韧性试验。

§2-3钢材的主要性能钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷裁作用下，断裂过程中吸收机械动95多轴应力下，材料的综合强度指标要用变形时单位体积中积聚的能量来衡量形状改变比能理论：三向应力下，形状改变比能等于单向拉伸下积聚的比能时，钢材由弹性转入塑性状态2.3.4钢材在复杂应力状态下的屈服条件时，为塑性状态；时，为弹性状态

§2-3钢材的主要性能多轴应力下，材料的综合强度指标要用变形时单位体积中积聚的能量96对塑性材料，同号应力状态易发生脆断，钢材在异号应力状态时容易发生塑性破坏。正应力与剪应力表示：§2-3钢材的主要性能对塑性材料，同号应力状态易发生脆断，钢材在异号应力状态时容易97fy单轴拉伸双轴异号受力双轴同号受力εσ当σ1、σ2、σ3为同号应力且数值接近时，即使它们各自都远大于fy，折算应力σzs仍小于fy说明钢材很难进入塑性状态破坏表现为脆性

§2-3钢材的主要性能fy单轴拉伸双轴异号受力双轴同号受力εσ当σ1、σ2、σ3为98在实腹梁的腹板中：当纯剪时：钢材的抗剪设计强度为：平面应力状态下§2-3钢材的主要性能在实腹梁的腹板中：当纯剪时：钢材的抗剪设计强度为：平面应力状99

碳含碳量低，钢的强度不高．但塑性大．伸长率和冲击韧性高，钢质柔软，易于冷加工、切削和焊接含碳量较高，钢的强度高，但塑性小，硬度大，性脆，不易加工2.4.1化学成分的影响§2-4各种因素对钢材性能的影响§2-4各种因素对钢材性能的影响碳2.4.1化学成分的影响§2-4100锰元素(Mn)是一种弱脱氧剂锰提高钢材的屈服强度和抗拉强度，改善钢材的冷脆倾向，降低硫、氧对钢材的热脆影响，改善钢材热加工性能，不显著降低塑性和冲击韧性。普通碳素钢中，锰含量在0.3~0.8％，低合金钢中，在1.2~1.6％之间，过多会使钢材变硬变脆．降低钢材耐腐蚀和可焊性。硅元素(Si)是一种较强的脱氧剂。适量的硅可提高钢材强度而对其塑性、冷弯性能、冲击性能、可焊性能无明显不良影响。在碳素钢中含量不超过0.3％，低合金钢中限制在0.6％以内。过高硅含量降低钢材的塑性、韧性、抗锈性和可焊性。§2-4各种因素对钢材性能的影响锰元素(Mn)