钢结构材料课件

鋼結構材料

第一節鋼材在單向均勻受拉時的工作性能1、彈性階段（OA段）

OA段符合虎克定律：σ=Eε2、屈服階段（AC段）3、強化階段（CD段）4、頸縮階段（DE段）討論：1)、因fp與fy的值很接近，實際工程中常以為fy鋼材單向均勻受拉時彈、塑性的分界。

σ

fy時彈性階段；σ＞fy時塑性階段2)、fy為鋼材屈服點，設計中把它看作構件應力可達到的限值。fu為抗拉強度，設計中視為鋼材抗破斷能力的限值，也是鋼材機械性能的一項重要指標。fy/fu稱為屈強比，表明設計強度的儲備能力。fy/fu越大，強度儲備越小。fy/fu越小，強度儲備越大。強度儲備越大，越安全，但fy/fu太小時，強度利用率低，不經濟。第二節鋼結構對材料性能的要求1、強度：fy，fu是兩項重要的強度指標。鋼結構設計強度一般均依據fy確定。2、塑性：當鋼材應力超過屈服點後，能產生顯著的殘餘變形（塑性變形）而不立即破壞的性質。主要指標：伸長率δ：δ＝x100﹪斷面收縮率ψ：ψ＝x100﹪3、韌性：鋼材抵抗衝擊荷載的能力。它與塑性有關但又不完全相同，是強度與塑性的綜合表現。韌性指標：

4、可焊性：

施工上的可焊性：指焊縫金屬產生裂紋的敏感性。使用性能上的可焊性：要求焊縫處的機械性能不低於母材的機械性能。5、冷彎性能

鋼材的冷彎性能是衡量鋼材在常溫下彎曲加工產生塑性變形時對產生裂紋的抵抗能力的一項指標。冷彎試驗是鑒定鋼材品質的一種好方法，常作為靜力拉伸試驗和衝擊試驗的補充試驗。綜上所述：fy，fu,δ被認為是承重鋼結構對鋼材要求所必需的三項基本機械性能指標。機械性能的六項指標：屈服點fy，抗拉強度fu，伸長率δ，180°冷彎，常溫及負溫衝擊韌性。第三節影響鋼材力學性能的因素1、化學成分的影響；2、冶金和軋製過程的影響；3、時效的影響；4、冷作硬化的影響；5、溫度的影響；6、應力集中和殘餘應力的影響；7、複雜應力狀態的影響。1、化學成分的影響；

有益元素：Mn、Si、V、Cu…

有害元素：S、P、O、N…2、冶金和軋製過程的影響：1)、冶煉方法分類：平爐煉鋼法頂吹氧氣轉爐側吹（空氣）轉爐煉鋼2)、去氧方法：沸騰鋼（F）鎮靜鋼（Z）半鎮靜鋼（b）3)、鋼材的軋製：在1200～1300℃高溫下，經軋製細化了鋼的晶粒，焊合了小氣泡、裂紋等缺陷，使金屬組織更緻密。

軋製鋼材強度、塑性、韌性均較好，且薄板比厚板力學性能更好。

3、時效影響：

時效硬化指鋼材僅隨時間的增長而轉脆。4、冷作硬化的影響：鋼結構冷加工過程引起的硬化稱為冷作硬化。如剪、沖、折、鑽…導致強度提高，塑性韌性降低。5、溫度的影響：1).升溫情況：

200～250℃時，fu提高但塑性、韌性有所降低，此時的破壞稱“藍脆”現象。

250～350℃

時，fy

、fu、E顯著降低，δ增大，易產生“徐變”現象。

400～600℃

時，fy

、fu、E急劇下降，600℃

時承載力幾乎完全喪失。2).降溫情況：設計時要防止脆性破壞，因而選材時應使其轉變溫度下限T1低於結構工作環境溫度。如：Q235鋼，計算溫度≥

－15℃。6、應力集中和殘餘應力的影響；7、複雜應力狀態的影響：

在複雜受力情況下，按材力能量強度理論推導可用折算應力σzs

來判斷其工作狀態：三向應力：

σzs＝

當σzs<fy時，彈性狀態。當σzs≥fy時，塑性狀態。雙向應力：

σzs＝

一般梁中，只有和，則σzs＝純剪時，σ＝0，則σzs＝

取σzs＝＝fy,則

＝0.58fy

表示剪應力達到0.58fy時，鋼材將進入塑性狀態第四節鋼材的選用一、鋼的種類和代號結構用鋼：普通碳素鋼（低碳C≤0.25﹪)

合金鋼（低合金，合金元素<5﹪)1、碳素結構鋼主要五種：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275

鋼號表示方法舉例：

Q235－A·FQ235－B·bQ235－CQ235－DQ—

屈服點，235—表示fy=235N/mm2A—

無衝擊要求B—20℃衝擊功＝27JC—0℃衝擊功＝27JD—-20℃衝擊功＝27JF—

沸騰，b—

半鎮靜2、低合金鋼：

16Mn—

含碳量0.16%,合金元素為Mn

15MnV—含碳量0.15%,合金元素為Mn、V3、專用結構鋼：

16Mnq15MnVq二、選用鋼材的原則：結構重要性荷載特性連接方法工作溫度

第五節鋼材的規格1、鋼板：厚鋼板：厚4.5～60mm,寬600～3000mm

薄鋼板：厚0.35～4mm,寬500～1500mm

扁鋼：厚3～60mm,寬100～200mm2、型鋼：角鋼：等邊L100×8

不等邊L140×90×8

工字鋼：Ⅰ20a、Ⅰ20b

槽鋼：[30a[25b

鋼管：Φ102×5＝Φ外徑×壁厚第六節鋼材的疲勞和疲勞強度1、一般概念1)、疲勞破壞的特點：

a)呈現脆性破壞特徵

b)破壞時，截面的應力低於鋼材的抗拉強度，甚至低於

fy,破壞斷口整齊。2)、疲勞破壞：鋼材在迴圈應力多次反復作用下裂紋生成，擴展以致斷裂的破壞現象。3)、疲勞強度：構件在反復荷載作用下，經過一定次數的迴圈後出現疲勞破壞時的最大應力。2、影響疲勞強度的因素1)、與應力迴圈的特徵有關

應力比

或應力幅

2)、與荷載作用性質有關

以拉為主時，疲勞強度較低以壓為主時，疲勞強度較高Δ3)、與迴圈次數有關當n>2×106

次時，σ已趨於穩定，稱為疲勞強度的極限。4)、應力集中和殘餘應力凡出現應力集中的地方，都會加速疲勞的破壞。p第七節結構疲勞計算1、常幅疲勞

對應焊接部位對應非焊接部位

c，—係數，見表8－2(p310)ΔΔ[ΔΔΔ2、變幅疲勞：若能預測結構在使用壽命期間各種荷載應力幅水準以及迴圈次數分佈所構成的設計應力譜。即：已知

,

…

及相應迴圈次數n1,n2…nn

則按積累損傷原理把變幅疲勞折合成等效疲勞問題。3、吊車梁的疲勞驗算（沒有設計應力譜的變幅疲勞）安按等效常幅疲勞計算

即