2015第2章钢结构与钢桥材

第二章钢结构与钢桥的材第第一第二材的主要力学第三材在复杂应力状态下的工作性能第四节影响钢材性能的因素第五材的第六材的种类、牌号和选用第七节钢桥的主要材料 第一一、钢结构对材料的要较高的抗拉强度fu和屈服点 第一二、钢材两种破坏疲劳破坏 第二章钢结构与钢桥的材第一第第二材的主要力学第三节钢材在复杂应力状态下的工作性第四响钢材性能的因素第五节钢材的疲劳第六材的种类、牌号和选用第七节钢桥的主要材料 第二节钢材的主要力学性（a）（1）试（a）（1）试验条，表面光滑，没有孔洞、刻等缺等缺陷。试件的标定长度取其直径的5或10倍（b）荷（c）试验温度要控制在室温20 d标准标准试第一（2）钢材的应力-应变关有屈服点钢材(a性阶段(OBOA段：纯弹A点对应的应力 p(比例极限 uAB段：有一定的塑 y OB段卸载时 单调拉伸应力-应变单调拉伸应力-应变曲e（弹性极限

6第二节钢材的主要力学性（b）屈服阶段-塑性变形：卸载后分变形称为塑性

u

BpA pO

单调拉伸应力-应变曲单调拉伸应力-应变曲 y第二节钢材的主要力学性强化阶段(DE随荷载的增加σ缓慢增大,但ε增加较抗拉强度（极限强度 试件所能承受的最大拉应颈缩阶段(EF

A 大，应力不断降低

u ypOyp

8第二节钢材的主要力学性对无明显屈服点的钢设计时以卸载后试件中残余应变为0.2％所对应的应力作为屈——“条件屈服点”或“名义屈服点

第二节钢材的主要力学性二、单向拉伸时钢材的机械性能指y抗拉强度fu应力应变曲线最高点对应的应力，它 钢 钢材的主要力学性断裂前的永久变形与原标定长度的百分比伸长率δ试 ll0 dLl0—原标距 l—拉断后标距长dd0—试件直d d0=5和l0/d0=10相应的伸长率用δ5实实际工程中以伸长率代表材料断 第二节钢材的主要力学性 A0A1A0——试件原来的断——第二节钢材的主要力学性三、应力—应变曲线的简曲线简化的依据

简化的应力－应钢材是符合理想简化的应力－应 第二节钢材的主要力学性冷弯冷弯性能是判别钢材塑性能力和冶金质量的综合指冷弯性能是判别钢材塑性能力和冶金质量的综合指 第二节钢材的主要力学性韧性钢材在塑性变形和断裂过程冲击韧性试冲击韧性试验一般采用试件长55mm，截面10×10mm2，中间一小槽。在摆锤式冲击试验机上进行试验，冲断试件后，读出冲击韧性试 第二节钢材的主要力学性冲击试验试件的缺口钥孔型和梅氏U型，我 规定：冲击试验缺口采用夏氏V型档，即+200℃，-冲击试验试件的缺口 第二节钢材的主要力学性可焊好的可焊性是指焊接安全、可靠、不发生焊接裂缝，焊接接头和焊缝的冲击韧性以及热影响区的塑性和力学性能都不低于母材。 第二节钢材的主要力学性钢钢材的机械性能指标1、屈服点2、抗拉强度3、塑性(伸长率断面收缩4、冷弯性5、冲击第二章钢结构与钢桥的材第一第三节钢材在复杂应力状态下第三节钢材在复杂应力状态下的工作性第四响钢材性能的因素第五节钢材的疲劳第六节钢材的种类、牌号第七的主要材 第三材在复杂应力状态下的屈服强钢材在单向应力作用下，当应力达到屈服点时钢材屈服而进 第三材在复杂应力状态下的屈服强形能当复杂应力状态下变形能等 xo

112 2Y1 X单元体受复杂应X（应力分量

单元体受主应钢材单元钢材单元体上的复杂应力第三节钢材在复杂应力状态下的屈服强 22

2

用主应力1 3表示时，有z 212223 ) y1212)2)2)2122331

当zsfzsf

时钢材处于塑性阶第三材在复杂应力状态下的屈服强当钢材厚度较薄时，厚度方向的应力很小，常可忽略不时三向应力状态可以简化为平面应力状 22 xy y一般梁中只存在正应力σ和剪应力τ 2 22

zs33

y即钢材的剪切屈服点是拉即钢材的剪切屈服点是拉伸点fy的0.58第三材在复杂应力状态下的屈服强不同受力状态对钢材材性的影—单向拉—双向拉—双向异号应f分析结果 ffc1相对于单向拉伸而言，钢材在钢f材在双向拉力作用下屈服点和抗拉fc强度提高，但是塑性下降。2主应力同号时，不易屈服，塑双向应力作用下钢材材性的双向应力作用下钢材材性的影

ε第二章钢结构与钢桥的材第一第二材的主要力学能第四响钢材性能的第三能第四响钢材性能的第五材的第六材的种类、牌号和选用第七节钢桥的主要材料 第四响钢材性（Fe）%有益元素：碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）合金元素：低合金钢中有＜5%，如铜(Cu)、钒(V(Ti)、铌(Nb)、铬(Cr 第四响钢材性碳（C）：形成钢材强度的主要成分，随其含量增加，强低碳钢中碳钢0.25-0.6％高碳钢:>0.6％钢结构用钢中，碳含量一般控制在0.22%以下，当其含量0.2硫（S）：害元素，具有热脆性（温度达到800-1000℃时，而 ）规范规定结构用钢中硫的含量不得超过 第四响钢材性氧（O）：有害杂质，与S脆）。因此，磷的含量也要严格控制，规范中规定不得0.045%氮（N）：有害杂质，与P相似（Mn）：，SMnS， 1600℃，对。 第四响钢材性硅（Si）：有益元普通碳素钢中，是一种强脱氧剂，常与锰共同除氧，生 铜（Cu）：提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有影二、冶金缺陷的影偏析金属结晶后化学成分分布不均匀的非金属夹杂使钢材性能变裂气分

钢材中存在的微观浇铸时的非金属夹杂在轧制后可能造成钢材的分 第四响钢材性三、钢材的硬化卸载后再重新加载，钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低的现象。时效硬化随着时间的增加，纯铁体中有一些数量极少的碳和氮的固熔在交变荷载、重复荷载和温度变化等情况下，会加速时效硬化的发 在高温作用下会快速发展（人工时效 第四响钢材性硬化硬化对钢材性能的 第四响钢材性四、应力集中的影在钢结构构件中不可避免的存在着孔洞、槽口、凹角、应力集中应力集中现第四响钢材性不同槽口试件静力拉伸试验的应力——应变曲

0

② ④测距 应力集中对σ-ε曲线关应力集中对σ-ε曲线关系的 第四响钢材性五、荷载类型的影加荷速度的影循环荷载的影。 第四响钢材性六、温度的影0-150℃:材质变化很fu有局部性提高，同时塑性降<0℃时:温度降低，强度提

(N/mm2δE

温度温度对钢材力学性能的影钢材的冲击韧性对温度的降低十分敏 冲击断裂第四响冲击断裂脆性两种坏均脆性两种坏均塑性

试验温T0:转变温度;T1,T2:脆性转变温度,全塑性转变温度;T1～T2:脆性转变温度区设计中为设计中为了防止脆性破坏，选材时应使其工作温度>T1,接近第四响钢材性内因钢材的化学成分、组织构造和缺陷外因钢材在构造和加工工程中引起的应力集中、低温影响、(1）合理的选用钢材(2）转变温度低于结构的工作温度;(3)尽量使用较薄的型钢和板材，使其具有良好的冲击韧性;） 第四响钢材性焊接中不得在构件上任意打弧，影响焊接的质量，应 第四响钢材性不得随意改变结构使用用途或超负荷使用结避免因生产 不当对结构造成的撞击或机械损伤平时对结构应注 第二章钢结构与钢桥的材第一第二材的主要力学第五材的第三材在复杂应力状态下的工作性能第四节影响第五材的第六材的种类、牌号和选用第七节钢桥的主要材料 第五材的疲一、疲劳破坏的特破坏过程：裂纹的形成----裂纹的扩 最后的迅速断裂而破破坏特点 第五材的疲疲劳破坏放射和年轮状花 第五材的疲引起疲劳破坏交变荷载的两种常幅常幅交变荷载----常幅应 常幅疲变幅交变荷载----变幅应 变幅疲应力比循环应力中绝对值最小的峰值应力minmax之比。=minmax(拉应力取正号而压应力取负号应力幅minmamin）应力循环次数（n，疲 结构或构件破坏时所经历的应力变化次数 第五材的疲二、常幅疲—当应力循环内的应力幅保持常量时，称为常幅疲劳1.1.非焊接结构的疲有n

k的系数式式=0第五材的疲 ff焊缝部位存在残余拉应力，通ff点fy，该处是产生和发展疲劳裂纹最敏感的区域 fy最大 maxfy

fyf

y真实应力

fyfy fy 焊缝附近焊缝附近真实应力比大小取决于应力幅的大第五材的疲应力幅应力幅与应力循环次数n（疲 ）的关

2

2

应力幅值越低，循环次数就越多，疲 也越当应力幅值减小到一定程度时，应力循环次数趋向无穷 第五材的疲 ...0容许应力幅[]的

..S

.

1 （2考虑到试验的离散性，取平均值减去两倍lgn的标准差（2s）作劳 。 第五材的疲 ...0

..S

.

（3）lgn.％(4）容许应力幅的表达式[]可通过两个相似三角形求[]

CN N

第五材的疲 ...0

..S

.

β、C 第五材的疲33规范将不同构造和受力特点的钢构件和连接，按其疲劳性能的高低1[](N/mm2)（对数尺并划分为8个疲劳计算类别，并对每个1[](N/mm2)（对数尺

n（对数尺疲劳容许应力幅[]与应力循环次数n的关系曲 第五材的疲表2.5.1参数Ｃ和的取12345678Ｃβ44333333

[] 国内外试验国内外试验证明，除了个别在疲劳计算中不起控制作通过表达式（2.5.4）也能说明C1N

第五材的疲疲劳计算采用容许应力幅法计算（℃）、严境高 ×。常常幅疲劳的计算 第五材的疲 标准荷载下的设计应力幅 =max-min；对于非焊接部位的折算应力幅：=max-0.7min

）（拉应力取正值，压应力取负值常幅疲劳的容许应力 上节内容概第二节钢材的主要力学性四、钢材的其它性能（了解）冷弯性能；冲击韧性第三节第四能量强度理论 22

2

z 212223 ) y1212)2)2)2122331

当zsfzsf

塑性阶段上节内容概第四节基本元素：铁有益元素：碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）有害元素：硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）Cu(TiNb)(Cr)偏析、非金属夹杂、裂纹、气泡、分三、钢冷作硬化、时效硬化、应变时效硬化——了 上节内容概第四节四、应力集中的影（）防止脆性断裂的方 内因外钢结构(钢桥)要求合理设 正确制 合理使 上节内容概第五一、疲劳破坏的定义、发展过程及两种类型：常幅疲劳，变幅名词重点应力min应力幅=max-应力循环次数（n，疲 上节内容概二、常幅疲1了疲劳强度影响因素：主体金属、连接类型、循环应力比和循环次数

式=0

k上节内容概疲劳 最主要的因素：构件和连接类型以及循环数n应）fffy应力幅与应力循环次数n（疲 ）的关 fffy ffy0

2

残余应力残余应力的分 上节内容概容许应力幅[]的定

...[]

1C

.. .N N 算3算3

第五材的疲三、变幅疲当应力循环内的应力幅 化时为变幅疲劳σ1情形情形一能够测得使用期内应力变幅规变幅（a）检算公e—等效常幅疲劳应力幅[]—常幅疲劳的容许应力幅 （be

第五材的疲n1e iii 以应力循环次数表示的结构预期使 预 内应力幅水平达到i的应力循环次 第五材的疲情情形二不能测得使用期内应力变幅规计算公f —欠载效应的等

—循环次数为n=2×106次的容许应力 第五材的疲表2-2吊车梁或吊车桁架欠载效应吊车重级中级连接形式类123456786 第五材的疲疲疲劳破坏中一些值得注意的问设 提高疲劳强度和疲 的措（ａ）采取合理构（ｂ）（ｃ）采取必要的工艺措施如打磨、敲 第二章钢结构与钢桥的材第一第二材的主要力学第三材在复杂应力状态下的工作性能第四节影响钢材性能的因素第七的主要材 第六节钢材的一、建筑用钢的种（1）碳素结构钢（GB/T700-aQ）Q235B质量等级符号是根据钢材的化学成分和冲击韧性不同化分为A、BC、D共4个质量等级 Q235GB/T700 第六节钢材的（2）低合金高强度结构钢(GB/T1591-0.20％，％。Q345，Q390,Q420是A、BCDE钢为 殊 。钢材的化学成分和拉伸、冲击、冷弯试验结果应满足GB/T1591要求 第六节钢材的（3）优质碳素结构钢(GB/T699-0.035％，主要用作制造冷拔高强钢丝、高强螺栓以及自攻螺钉 第六节钢材的二、热轧钢分为厚钢板、薄钢板和表示方法：在符号“-”后加“宽度×厚度×长度供应规（单位厚宽长厚钢4.5-600-4000-薄钢0.35-500-500-扁 第六节钢材的热轧型常常用的热轧型钢有角钢、工字钢、槽钢 等角分为等边和不等边（。∠肢宽度×肢

∠长肢宽度×短肢宽度×肢厚不等边角不等边角等边角第六节钢材的工字1)分为普通工字钢、轻型工字钢和H型工字钢2）普通工字钢的型号用符号“工”后面加截面高度的厘米数20、bab、c等3)H型（翼缘内外表面平行）钢的基本类 第六节钢材的槽分为普通槽钢和轻型槽钢两种1)分为无 和焊 两种 型号可用代号“D”后加“外径×壁厚”表示国产热轧无 的最大外径可达 供应长度为3-12m 第六节钢材的冷弯薄壁型钢和压型钢冷弯冷弯薄壁型钢（壁1.5-6mm）和压型钢（壁厚0.4- 第六节钢材的三、钢材的选（1）选择钢材的原 第六节钢材的a）结构或构件的重要荷载特Q235连接方CS、P的极限含量；C工作环 第六节钢材的结构的应力状钢材的厚钢材越厚其强度越低，选 第六节钢材的表2.6.8内中系欧英俄罗澳大利50B、CDA572- 第六节钢材的四、钢材选择的建Q235钢Q345钢、Q390和Q420其合 GB/T700GB/T1591，。表2.6.6） 第六节钢材的4）16mm的 而采用Z向钢时，其 GB/T4172 第二章钢结构与钢桥的材第一第二材的主要力学第三材在复杂应力状态下的工作性能第四节影响钢材性能的因素第五材的第第七的主要材 第七节钢桥的主要材一、钢桥的主要桥梁结构钢桥梁用结构钢（GB/T714-低合金高强度结构钢（GB/TQ235qC（D）;Q345qC(DE);Q370qC(DE);P34-36表1-4-1——1-4-3机械性能及试 钢—第七钢—一、钢桥的主要材钢材规格与表示方钢板：PL-薄钢板、中厚板、厚板、特厚型钢:角钢、工字钢、槽钢、H钢角钢:∟肢宽×肢厚×长度,∟长肢宽×短肢宽×肢厚工字钢:Ⅰ号数(普通)，QI号数(轻型槽钢[号数Q[ 钢第七钢钢材规格与表示方型钢H型钢和T型钢热轧H

宽翼缘窄翼缘：B=1/3-宽翼缘HW、中翼缘HM、窄翼缘HN、H型钢柱—高度(H)×宽度(B)×腹板厚度(t1)×翼缘厚度T由H型钢剖分而成:宽翼缘剖分T型钢TW、TM和—高度(H)×宽度(B)×腹板厚度(t1)×翼缘厚度焊接H由平钢板用高频焊接而成，H高×宽×腹板厚:Φ外径（d）×厚度（t）×长度无缝 第七节钢桥的主要材二、钢材容许应力及其提高系钢材的容许应一般以钢材的屈服强度为依据除以某一安全系数k,同时考虑结公路钢桥规范（JTJ025-86）——表1-4-铁路钢桥规范（TB10002.2-99）——表1-4-《道路桥示方书》及 第七节钢桥的主要材应力种钢材45轴向应-弯曲应剪应端部承压应-----紧密接触的承压自由接触的承压应节点销子的空壁承压力-节点销子的弯曲应----

钢材的容许应力（MPa）—公路钢桥规范（JTJ025- 第七节钢桥的主要材应力种钢材种35号锻轴向———弯曲剪应——销孔承压应—————————————钢材的容许应力（MPa）——铁路钢桥规范（TB10002.2- 第七节钢桥的主要材容许应力的提高系桥梁结构在设计使用期内，几种可变载荷同时出现或:容许应力的提高系数——公路钢桥规范（JTJ025-86）表1-4-构造荷载组提高系组合组合Ⅱ、永久组合组合临时组合Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、 第七节钢桥的主要材常见荷载组1.2×恒荷载+1.4汽车荷1.2恒荷载+1.4汽车荷载+0.81.4人群荷1.2恒荷载+1.4汽车荷载+0.7（1.4人群荷载+1.1风荷载1.2恒荷载+1.4汽车荷载+0.6（1.4人群荷载+1.1风荷载1.4土压力1.2恒荷载+1.4汽车荷载+0.5（1.4人群+1.1风荷载+1.4土压力+1.4汽车制动力 第七节钢桥的主要材容许应力的提高系数——铁路钢桥规范（TB10002.2-99）表1-4-构造物性荷载组提高系备主钢梁工主力+制动主力+风力（或摇摆力主力+次应力+制动力（或风力或力钢梁安

上节内容概钢结构对材料的基本塑性材料—指由于材料原始性能以及在常温、静载并一次荷的工作条件之下能在破坏前发生较大塑性变形的材。—疲劳破坏—在循环荷载（连续反复荷载）作用下，经过有15:环，钢材发生破坏的现象。属于脆性破 上节内容概第二节一、单向均匀受拉时的工作性能（重点）；）二、单向拉伸时钢材的机械性能指标（重点三、应力—应变曲线的简化——理想弹塑性（了解 上节内容概第二节一、单向均匀受拉时的工作性能（重点）；）二、单向拉伸时钢材的机械性能指标（重点）冷弯性能；冲击韧性；可焊 上节内容概第三节第四能量强度理论材料由弹性转入塑性