钢结构 第二章.ppt

钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 钢结构对材料的要求 1 较高的抗拉强度fu和屈服点fy 2 塑性 冲击韧性好 3 冷加工性能好 4 可焊性好 5 耐久性好 第二章钢结构的材料Chapter2MaterialofSteelStructure 2 1钢结构所用钢材的主要机械性能 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 1 1钢材单向拉伸时的工作性能 1 试验条件 a 试件的尺寸要符合国家标准 表面光滑 没有孔洞 刻槽等缺陷 试件的标定长度取其直径的5或10倍 b 荷载要分级逐次增加 直到试件破坏 c 试验温度要控制在室温20 左右 1 钢材的应力 应变关系 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 有屈服点钢材s e曲线可以分为几个阶段 a 弹性阶段 OA段 单向拉伸应力 应变曲线 OP段 线弹性阶段s EeP点对应的应力 fp 比例极限 PA段 有一定的塑性变形 但整个OB段卸载时 e 0A点对应的应力 fe 弹性极限 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure b 弹塑性阶段 AB 塑性变形 卸载后试件不能完全恢复原来的长度 不能恢复的这一部分变形称为塑性变形 屈服点 屈服强度 屈服阶段曲线波动部分的最低值 特点 应力与应变不再成正比关系 应变增加很快 应力 应变曲线呈锯齿形波动 出现应力不增加而应变仍然在继续发展 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure d 强化阶段 CD段 抗拉强度 极限强度 fu试件所能承受的最大拉应力 流幅 从屈服阶段的开始到曲线再度上升的应变幅度 c 塑性阶段 BC段 特点 应力不变 变形持续增加 形成塑性流动现象 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 应力 应变曲线反映的钢材性能指标 1 屈服点fy应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力 取屈服阶段波动部分的应力最低值 它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标 2 抗拉强度fu应力应变曲线最高点对应的应力 它是钢材破坏前所能承受的最大应力 3 钢材的塑性当应力超过屈服点后 钢材能产生显著的残余变形 塑性变形 而不立即断裂的性质 塑性好坏可用断面收缩率 和伸长率 表示 通过静力拉伸试验得到 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 4 伸长率 试件断裂后的永久变形与原标定长度的百比 l0 原标距长l1 拉断后标距长度d0 试件直径试件有两种标距 l0 d0 5和l0 d0 10相应的伸长率用 5和 10表示 实际工程中以伸长率 代表材料的塑性变形能力 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 5 断面收缩率 是指试件拉断后 颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分比 式中 A0 试件原来的断面面积A1 试件拉断后颈缩区的断面面积 断面收缩率 越大 钢材的塑性越好 由于在测量试件的断面面积时容易产生较大的误差 因而钢材塑性指标仍然采用伸长率作为保证要求 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 3 应力 应变曲线的简化 曲线简化的依据 1 钢材在屈服点之前的性质接近理想的弹性体 2 屈服点之后的流幅现象又接近理想的塑性体 并且流幅的范围 e 0 15 2 5 已足够用来考虑结构或构件的塑性变形的发展 简化的应力 应变曲线 钢材是符合理想中的弹性 塑性材料 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 1 2在复杂应力作用下钢材的屈服条件 能量屈服强度理论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 钢材单元体上的复杂应力状态 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 在三向应力作用下 钢材由弹性状态转变为塑性状态的条件 可以用折算应力和钢材在单向应力时的屈服点相比较来判断 用主应力 表示时 有 或 当时钢材处于弹性阶段 时钢材处于塑性阶段 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 当钢材厚度较薄时 厚度方向的应力很小 常可忽略不计 这时三向应力状态可以简化为平面应力状态 一般梁中只存在正应力 和剪应力 则上式可写为 纯剪时 0则有 即钢材的剪切屈服点是拉伸屈服点fy的0 58倍 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 1 3钢材的冷弯和冲击性能 冷弯性能是判别钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标 1 冷弯性能 钢材在冷加工 常温下加工 产生塑性变形时 对发生裂缝的抵抗能力 鉴别指标 通过冷弯冲头加压 当试件弯曲至180 时 检察试件弯曲部分的外面 里面和侧面 如果没有裂纹 断裂或分层 即认为试件冷弯性能合格 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 冲击韧性 韧性钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力 用断裂时吸收的总能量 弹性和非弹性能 来表示 韧性指标用冲击韧性值表示 冲击韧性也叫冲击功 单位为J 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 读出摆锤消耗的功 冲击韧性试验 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 冲击试验试件的缺口形式冲击韧性与试件刻槽 缺口 有关 常用缺口形式为夏氏V型 夏氏钥孔型和梅氏U型 我国国家标准规定 冲击试验缺口采用夏氏V型 冲击试验试件的缺口形式 冲击韧性还与试验的温度有关 我国钢材标准中将试验分为四档 即 20 0 20 和 40 时的冲击韧性 温度越低 冲击韧性越低 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 3 可焊性 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 影响钢材可焊性的因素 钢材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影响 碳含量在0 12 0 20 范围内的碳素钢 可焊性最好 如Q235B 对于高强度低合金钢中 低合金元素大多对可焊性有不利影响 我国行业标准JGJ81 2002 建筑钢结构焊接技术规程 推荐使用碳当量来衡量低合金钢的可焊性 当碳当量小于0 38 钢材的可焊性好 如Q345 可不采取措施直接施焊 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 钢材的机械性能指标 1 屈服点fy2 抗拉强度fu3 伸长率 4 断面收缩率 5 冷弯性能6 冲击韧性 小结 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 2钢材的两种破坏形式 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 3影响钢材性能的主要因素 1938 1950年 在 14 C左右的冬季条件下 比利时共有14座大桥断裂 1954年11月 英国制造的32000t油船 世界协和号 在海浪4 5m 6m大海中航行时船底断裂 事故原因 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 3影响钢材性能的主要因素 2 3 1化学成份的影响 钢材的化学成分直接影响钢的组织构造 从而影响钢材的力学性能 建筑钢材主要是碳含量不大于0 22 的普通碳素钢和普通低合金钢 铁 Fe 是钢材的基本元素 普通碳素钢中占99 此外还有碳 C 硅 Si 锰 Mn 等有益元素 及硫 S 磷 P 氧 O 氮 N 等有害元素 这些总含量不大 约1 但对钢材力学性能却有很大影响 低合金钢中有 5 的合金元素 如铜 Cu 钒 V 钛 Ti 铬 Cr 等 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 碳 C 形成钢材强度的主要成分 随其含量增加 强度增加 塑性和韧性降低 可焊性和抗腐蚀性降低 脆性增加 低温脆断危险增加 碳含量小于0 1 或大于0 3 时 钢材没有明显屈服点 钢结构一般控制在0 25 以下 焊接结构0 12 0 2 2 硫 S 钢材中的有害元素 具有热脆性 温度达到800 1000 时 硫化铁会熔化使钢材变脆 从而引发热裂纹 规范规定结构用钢中硫的含量不得超过0 055 焊接结构不允许超过0 05 3 氧 O 有害杂质 与S相似 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 4 磷 P 磷在一定程度上可提高钢的强度和抗锈蚀的能力 钢材中的有害元素 具有冷脆性 温度较低时促使钢材变脆 降低钢材的塑性 韧性 可焊性 因此 磷的含量也要严格控制 规范中规定不得超过0 05 焊接结构中不允许超过0 045 5 氮 N 有害杂质 与P相似 含量规定不得超过0 008 6 锰 Mn 有益元素 在普通碳素钢中 是一种弱脱氧剂 可提高钢材强度 与S形成MnS 熔点1600 可以消除硫对钢材的热脆影响 7 硅 Si 有益元素 在普通碳素钢中 是一种强脱氧剂 常与锰共同除氧 生成镇静钢 含量应控制在0 1 0 3 之内 8 钒 V 有益合金元素 细化晶粒 提高强度 其碳化物具有高温稳定性 适用于受荷较大的焊接结构 9 铜 Cu 属杂质 提高抗锈蚀性 提高强度 对可焊性有影响 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 3 2冶金缺陷的影响 1 偏析金属结晶后化学成分分布不均匀的现象 主要是硫 磷偏析 其后果是偏析区钢材的塑性 韧性 可焊性变坏 3 裂纹钢材中存在的微观裂纹 2 非金属夹杂指钢材中的非金属化合物 如硫化物 氧化物 他们使钢材性能变脆 4 气孔浇铸时由FeO和C作用所生成的CO气体不能充分逸出而滞留在钢锭那形成的微小空洞 5 分层浇铸时的非金属夹杂在轧制后可能造成钢材的分层 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 3 3钢材的硬化影响 冷作硬化 应变硬化 在冷加工或一次加载使钢材产生较大的塑性变形的情况下 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物质析出 使钢材的屈服点和抗拉强度提高 塑性和韧性下降的现象 应变时效硬化钢材产生一定数量的塑性变形后 铁素体晶体中的固溶碳和氮更容易析出 从而使已经冷作硬化的钢材又发生时效硬化现象 在高温作用下会快速发展 人工时效 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 硬化对钢材性能的影响 时效硬化 应变时效 应变硬化 提高钢材的强度 但塑性和韧性严重下降 脆性增加 钢结构中不采用钢材硬化提高钢材的强度 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 3 4温度的影响 正温范围 1 温度在150 以内 钢材材质变化很小 钢结构可用于温度不高于150 的场合 2 温度在250 左右的区间内出现蓝脆现象 fu有局部性提高 同时塑性降至最低 材料有转脆倾向 3 当温度达到600 时 钢材进入热塑性状态 强度下降严重 将丧失承载能力 负温范围 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 钢材的冲击韧性对温度的降低十分敏感 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 3 5应力集中的影响 应力集中现象 构造缺陷 构件表面不平整 有刻槽 缺口 厚度突变等 应力集中 由于构造缺陷 应力不均匀 力线变曲折 缺陷处有高峰应力 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 2 3 5应力集中的影响 构造缺陷 构件表面不平整 有刻槽 缺口 厚度突变等 应力集中 由于构造缺陷 应力不均匀 力线变曲折 缺陷处有高峰应力 应力集中的危害 塑性降低 脆性增加 构造设计时应避免截面突变和尖锐角的情况 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 不同槽口试件静力拉伸试验的应力 应变曲线 应力集中对 曲线关系的影响 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 3 6钢材的疲劳 1疲劳破坏的特征 在每一个循环中 Ds smax smin称为应力幅 此处smax为最大拉应力 smin为最小拉应力或压应力 拉应力取正号而压应力取负号 smax smin 应力比 循环应力中最小的峰值应力smin与最大的峰值应力smax之比 r smin smax 拉应力取正号而压应力取负号 r 1 完全对称循环 r 0 脉冲循环 r 1 静力荷载作用 循环荷载 随时间而变化的荷载 如吊车荷载 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 定义 钢材在持续循环荷载作用下 微观裂缝不断扩展直至断裂的脆性破坏 疲劳破坏时应力低于抗拉强度 甚至低于屈服强度 疲劳破坏的原因 钢材中存在一些局部缺陷 在荷载作用下 缺陷处的截面上应力分布不均 形成应力集中现象 在应力高峰附近出现微观裂纹 而在循环荷载作用下 微观裂纹不断扩展 逐渐形成宏观裂纹 裂纹处的应力集中现象更严重 在应力高峰附近形成双向或三向同号拉应力场 使钢材的削弱处的截面就会发生脆性断裂破坏 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 破坏特点 1 疲劳破坏时的应力小于钢材的屈服强度 钢材的塑性还没有展开 属于脆性破坏 3 疲劳对缺陷十分敏感 2 断口特征 具有光滑和粗糙的两个区域 破坏过程 裂纹的形成 裂纹的扩展 最后的迅速断裂而破坏 实验证明疲劳强度与静力强度fy无明显关系 影响疲劳强度的最主要因素是构造状况 应力集中程度 残余应力 作用的应力幅 及循环荷载的循环次数 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2常幅疲劳 当应力循环内的应力幅保持常量时 应力循环次数 n 疲劳寿命 结构或构件破坏时所经历的应力变化次数 大量疲劳试验证明 应力幅与疲劳寿命n之间呈下图关系 1 应力幅值越低 应力循环次数就越多 疲劳寿命也越高 2 当应力幅值减小到一定程度时 应力循环次数趋向无穷大 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 应力幅 与应力循环次数n 疲劳寿命 的关系 容许应力幅 的定义 1 应力幅 循环次数 红色实线所示 关系曲线为试验回归曲线 反应了平均值之间的关系 2 容许应力幅的表达式 3 式中 系数 C根据 钢结构设计规范 疲劳计算的构件和连接分类 查表得到 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 疲劳计算采用容许应力幅法 当应力循环次数n 5 104时需疲劳验算 常幅疲劳的计算公式 标准荷载下的设计应力幅 对于焊接部位的设计应力幅 max min 对于非焊接部位的折算应力幅 max 0 7 min max每次应力循环中 计算部位的最大拉应力 取正值 min每次应力循环中 计算部位的最小拉应力或压应力 拉应力取正值 压应力取负值 常幅疲劳的容许应力幅 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 计算 max min时 按荷载标准值计算 不考虑动力系数 同时不考虑恒载 注意 以上计算 只适用于常温下 且无强烈腐蚀性环境中 否则 应按有关规定执行 3吊车梁疲劳计算 未知变幅荷载循环规律 受变幅循环荷载作用 若没有测到或无法预测荷载循环规律 按常幅疲劳计算 f 2 106 在计算部位的设计应力幅 最大应力幅 2 106 循环次数n 2 106次的容许应力幅 f 欠载效应的系数 查表 考虑实际变幅荷载有时出现低于设计应力幅的情况 此计算适合于重级工作制吊车梁 重级 中级工作制吊车桁架的疲劳计算 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 疲劳破坏中一些值得注意的问题 1 疲劳验算采用的是容许应力设计法 而不是以概率论为基础的设计方法 这主要是因为焊接构件焊缝周围的力学性能非常复杂 目前还没有较好试验或数值方法对其进行以概率论为基础的研究 2 对于只有压应力的应力循环作用 由于钢材内部缺陷不易开展 则不会发生疲劳破坏 不必进行疲劳计算 3 国内外试验证明 大多数焊接连接类别的疲劳强度不受钢材强度的影响 故可认为疲劳容许应力幅与钢种无关 4 提高疲劳强度和疲劳寿命的措施 采取合理构造细节设计 尽可能减少应力集中 严格控制施工质量 减小初始裂纹尺寸 采取必要的工艺措施如打磨 敲打等 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 钢材的生产 钢材的生产大致分为炼铁 炼钢和轧制三道工序 电炉钢是利用电热原理 在电弧炉内冶炼 质量好 但耗电量大 成本高 一般只用来冶炼特种用途的钢材 炼钢炉有三种形式 转炉 平炉和电炉 转炉钢是利用高压空气或氧气使炉内生铁熔液的碳和其它杂物氧化 在高温下使铁液变为钢液 生产周期短 效率高 质量好 成本低 已经成为国内外发展最快的炼钢方法 平炉钢是利用煤气和其它燃料供应热能 把废钢 生铁熔液或铸铁块和不同的合金元素等冶炼成各种用途的钢 生产周期长 效率低 成本高 现已逐步被转炉钢所取代 1 炼钢 第二章钢结构的材料 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 钢液中残留的氧 将使钢材晶粒粗细不均匀并发生热脆 降低钢材的力学性能 按照钢液在炼钢炉中进行脱氧的方法和程度不同 碳素结构钢可分为沸腾钢 半镇静钢 镇静钢和特殊镇静钢 3 脱氧 浇注是指把熔炼好的钢液做成钢锭或钢坯 用连续铸造法生产钢坯的工艺和设备 由于机械化 自动化程度高的优势 已经逐渐取代了笨重而复杂的铸锭工艺和设备 2 浇注 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 在锰和硅脱氧后 再用铝补充脱氧 其脱氧程度高于镇静钢 沸腾钢 采用的脱氧剂为脱氧能力较弱的锰 因此脱氧不完全 且浇注时会有气体逸出 出现钢液的沸腾现象 由于沸腾钢在铸模中冷却很快 气体逸出不完全 凝固后的钢材中留有较多的杂质和气体 钢的质量较差 镇静钢 采用锰加硅做脱氧剂 脱氧较完全 由于硅在还原的过程中会产生热量 使钢液冷却缓慢 让气体充分逸出 钢的质量好 但成本高 半镇静钢 特殊镇静钢 脱氧程度和钢材质量介于上述二者之间 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 4 加工 热加工 冷加工和热处理 热处理指通过加热 保温 冷却的操作方法 使钢材的组织结构发生变化 以获得所需性能的加工工艺 退火 正火 淬火和回火 热加工指将钢坯加热至塑性状态 依靠外力改变其形状 生产出各种厚度的钢板和型钢 热加工的开轧和锻压温度控制在1150 1300 冷加工指在常温下对钢材进行加工 冷作硬化现象 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 4建筑用钢种类 规格和选用 2 4 1建筑用钢的种类 1 碳素结构钢 GB T700 1988 碳素结构钢的牌号是按屈服点的字母 屈服点数值 质量等级符号 脱氧方法符号的顺序排列 如Q235 A F屈服点的字母 Q屈服点数值 195 215 235 255 275质量等级符号 共分为A B C D四级A级质量最差 D级质量最好 强度低塑性 韧性差 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 脱氧方法 沸腾钢 F 镇静钢 Z 半镇静钢 B 特殊镇静钢 TZ A B级钢 脱氧方法有F BC级钢 脱氧方法只有Z 可省略不写D级钢 脱氧方法只有TZ 可省略不写 A 供方保证fy fu 及Si S P含量 C Mn含量不作为交货条件 C 0 2 B 供方保证fy fu C 冷弯性能及C S Mn D Si P含量 C 0 20 另 20 的冲击韧性 另0 的冲击韧性 另 20 的冲击韧性 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 低合金高强度结构钢 GB T1591 1994 a 含碳量均不大于0 20 强度的提高主要依靠添加少量几种合金元素来达到 但合金元素的总量低于5 c 牌号为Q345 Q390 Q420的钢材都有较高的强度和较好的塑性 韧性和焊接性能 被 规范 选为承重结构用钢 b 低合金高强度结构钢的牌号命名与碳素结构钢相似 只是质量等级分为A B C D E五等 低合金高强度结构钢采用的脱氧方法均为镇静钢或特殊镇静钢 故可不加脱氧方法的符号 每一级的质量保证项目类似碳素结构钢 A级钢应进行冷弯试验 E级质量保证项目同B C D 另外还要保证 40 的AKV 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 3 优质碳素结构钢 GB T699 1988 a 磷 硫等有害元素的含量均不大于0 035 对于其他缺陷的限制也较严格 b 主要用作制造冷拔高强钢丝 高强螺栓以及自攻螺钉等 钢号 如45或45Mn 前面两位数表示含C量的万分数 前者表示含Mn量较少 后者表示含Mn量较多 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 4 2钢材的选择 1 选择钢材的原则安全可靠 经济合理 为了保证承重结构的承载能力 防止出现脆性破坏 在选择钢材时应具体考虑以下因素 结构或构件的重要性 荷载性质 连接方法 工作环境等 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure a 结构或构件的重要性对于重要的结构或构件 框架的横梁 桁架 屋面楼面的大梁等 应采用质量较高的钢材 b 荷载特征静力荷载作用下可选择经济性较好的Q235钢材 动力荷载作用下应选择综合性能较好的钢材 c 连接方式焊接结构对材质的要求严格 应严格控制C S P的极限含量 非焊接结构对C的要求可降低一些 d 工作环境处于低温下工作的结构 应选择抗脆性破坏能力强的钢材 防止钢材的冷脆硬化导致的脆性破坏 表2 6 8国内外钢材牌号对应关系 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 4 3钢材的规格 钢结构所用的钢材主要有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 1 热轧钢板 a 分为厚钢板 薄钢板和扁钢 b 表示方法 在符号 后加 宽度 厚度 长度 c 供应规格 单位 mm 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 2 热轧型钢 常用的热轧型钢有角钢 工字钢 槽钢 钢管等 a 角钢1 分为等边和不等边两种 2 表示方法为在符号 后加 长边宽 短边宽 厚度 对不等边角钢 或加 边长 厚度 对等边角钢 3 我国生产的角钢最大边长为200mm 角钢的供应长度一般为4 19m 肢宽度 肢厚度 等边角钢 长肢宽度 短肢宽度 肢厚度 不等边角钢 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure b 工字钢 1 分为普通工字钢 轻型工字钢和H型工字钢三种 3 H型钢的基本类型分为宽翼缘 HW 中翼缘 HM 和窄翼缘 HN 三类 表示方法为在代号后加 高度 宽度 腹板厚度 翼缘厚度 2 普通工字钢的型号用符号 工 后面加截面高度的厘米数表示 20号以上的工字钢 又按腹板的厚度不同 分为a b c等类别 轻型工字钢的表示方法同普通工字钢 4 普通工字钢的型号为10 63号 轻型工字钢的型号为10 70号 供应长度为5 19m 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure c 槽钢 1 分为普通槽钢和轻型槽钢两种 2 表示方法和工字钢相似 3 国内生产的最大型号为 40c 供应长度为5 19m d 钢管 1 分为无缝钢管和焊接钢管两种 2 型号可用代号 D 后加 外径 壁厚 表示 3 国产热轧无缝钢管的最大外径可达630mm 供应长度为3 12m 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 3 冷弯薄壁型钢和压型钢板 冷弯薄壁型钢 壁厚1 5 6mm 和压型钢板 壁厚0 4 1 6mm 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 达到节约钢材的目的 在国内外轻钢建筑结构中被广泛应用 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 6 4钢材选择的建议 1 承重结构的钢材宜采用Q235钢 Q345钢 Q390钢和Q420钢 其质量应分别符合国家标准 碳素结构钢 GB T700和 低合金高强度结构钢 GB T1591的规定 当采用其他牌号的钢材时 应符合相应有关标准的规定和要求 2 承重结构的钢材应具有抗拉强度 伸长率 屈服强度和硫 磷含量的合格保证 对焊接结构尚具有含碳量的合格保证 3 对于需要验算疲劳的焊接结构和非焊接结构 应具有冲击韧性的合格保证 表2 6 6 第二章钢结构的材料 Chapter2MaterialofSteelStructure 钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure 4 重要的受拉或受弯的焊接构件中 厚度大于等于1