钢结构设计原理-第二章-钢结构的材料.教学文案

1、钢结构设计原理-第二章-钢结构的材料. 根据以上要求，我国根据以上要求，我国现行钢结构设计规范现行钢结构设计规范GB50017-2003推荐承重结构钢材推荐承重结构钢材:Q235、 Q345 、 Q390、 Q420钢钢 首者应符合国家标准首者应符合国家标准碳素结构钢碳素结构钢GB/T700的规定，的规定，后三者应符合后三者应符合低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢GB/T1590的要求，的要求，其中其中Q420钢是新推荐的。钢是新推荐的。 鸟巢所用钢材名为鸟巢所用钢材名为Q460EZ235，这种钢的强度是普通钢材，这种钢的强度是普通钢材的两倍，能达到最高级别，而这种钢材完全由我国自主创新的两

2、倍，能达到最高级别，而这种钢材完全由我国自主创新研究出来。研究出来。名为名为Q460EZ235的钢材是顶级建筑用钢，的钢材是顶级建筑用钢，“460”指的是钢材指的是钢材的强度，这表明这种钢的强度是普通钢材的两倍，的强度，这表明这种钢的强度是普通钢材的两倍，“E”指的指的是是零下零下40度的冲击韧性指标，这表明此钢的韧性十足，而度的冲击韧性指标，这表明此钢的韧性十足，而“Z235”则表明鸟巢钢材的性能是最高级的。则表明鸟巢钢材的性能是最高级的。一、钢材的两种破坏形式一、钢材的两种破坏形式 塑性破坏和脆性破坏塑性破坏和脆性破坏 建筑用钢材是理想的弹塑性材料，塑性性能比较好，建筑用钢材是理想的弹塑性

3、材料，塑性性能比较好，但在有些情况下也存在脆性，或由塑性转化为脆性。但在有些情况下也存在脆性，或由塑性转化为脆性。钢材有两种可能的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。钢材有两种可能的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。2-2建筑钢材的主要性能建筑钢材的主要性能1、塑性破坏（延性破坏）：、塑性破坏（延性破坏）：1）现象）现象：从钢材静力拉伸试验可以看出，构件应力大于：从钢材静力拉伸试验可以看出，构件应力大于屈服点后，构件产生很大的变形和明显的屈服点后，构件产生很大的变形和明显的“颈缩颈缩”现象并断现象并断裂，塑性破坏断口为杯形，呈纤维状，色泽发暗。裂，塑性破坏断口为杯形，呈纤维状，色泽发暗。2）特点）特点：

4、破坏前有明显的变形，有预兆，故可预防和避免，：破坏前有明显的变形，有预兆，故可预防和避免，且塑性变形后出现的且塑性变形后出现的应力重分布现象应力重分布现象可使构件应力趋于均匀可使构件应力趋于均匀，可提高构件的承载力。，可提高构件的承载力。2、脆性破坏：、脆性破坏：1）现象：）现象：在破坏前无明显变形，平均应力也小（一在破坏前无明显变形，平均应力也小（一般小于屈服点），脆性破坏断口平直，呈有光泽的晶粒般小于屈服点），脆性破坏断口平直，呈有光泽的晶粒状。状。 2）特点：）特点：破坏是突然发生的，无任何预兆，后果严重。破坏是突然发生的，无任何预兆，后果严重。二、单向均匀应力作用下的静力工作性能二、单

5、向均匀应力作用下的静力工作性能单向拉伸试验：单向拉伸试验：s se eacdefufyfb弹性阶段弹塑性阶段屈服阶段强化阶段破坏阶段比例极限比例极限fp-弹弹性阶段和塑性性阶段和塑性阶段分界点处阶段分界点处的应力的应力屈服强度屈服强度fy- 屈服阶段最低屈服阶段最低点处的应力点处的应力抗拉强度抗拉强度fu-也也称极限强度，称极限强度，曲线最高点处曲线最高点处的应力的应力碳素结构钢材的应力碳素结构钢材的应力- -应变曲线应变曲线弹塑性阶段强化阶段（一）强度指标（一）强度指标 为了简化计算，通常假定屈服点之前材料为完全弹性的，为了简化计算，通常假定屈服点之前材料为完全弹性的，屈服点之后变为一塑性材

6、料（如图所示）。因此钢结构在屈服点之后变为一塑性材料（如图所示）。因此钢结构在按弹性设计时，以按弹性设计时，以屈服点屈服点 作为强度计算的依据，并据以作为强度计算的依据，并据以确定钢材的强度设计值；在按塑性设计时，则有意识地利确定钢材的强度设计值；在按塑性设计时，则有意识地利用材料的塑性性质获得节约钢材的效果。用材料的塑性性质获得节约钢材的效果。 e es syf 抗拉强度抗拉强度 fu是钢材破坏前能够承受的最大应力。钢材达到是钢材破坏前能够承受的最大应力。钢材达到 fu 时，已产生很大塑性变形而失去使用性能，但时，已产生很大塑性变形而失去使用性能，但fu 高则可以增加高则可以增加结构的安全保

7、障，故屈强比结构的安全保障，故屈强比fy/fu 的值可看作钢材强度储备系数的值可看作钢材强度储备系数。 yf由应力由应力应变图得到的几个结论：应变图得到的几个结论： 1、在设计时取屈服点为钢材可以达到的最大应力，且作为在设计时取屈服点为钢材可以达到的最大应力，且作为钢材静力强度的标准值。钢材静力强度的标准值。2、钢材为理想的弹塑性体钢材为理想的弹塑性体钢材在屈服以前接近于理想弹性体，在屈服后接近于理想钢材在屈服以前接近于理想弹性体，在屈服后接近于理想塑性体。塑性体。3、塑性变形大塑性变形大钢材破坏前的塑性变形差不多等于弹性变形的钢材破坏前的塑性变形差不多等于弹性变形的200倍，产生倍，产生破坏

8、时容易发现和补救，不致引起严重后果。破坏时容易发现和补救，不致引起严重后果。4、安全储备大安全储备大 屈强比屈强比 的比值为衡量钢材强度储备的一个系数。的比值为衡量钢材强度储备的一个系数。uyff塑性塑性：钢材的塑性是指钢材受力时，在应力达到：钢材的塑性是指钢材受力时，在应力达到 fy以后，能以后，能产生显著的塑性变形，而不立即断裂的性质。产生显著的塑性变形，而不立即断裂的性质。 塑性好坏可用塑性好坏可用伸长率伸长率 和断面收缩率和断面收缩率 表示。通过静力拉伸试验表示。通过静力拉伸试验得到。得到。 伸长率伸长率 为试件拉断时原标距间长度伸长值与原标距比值为试件拉断时原标距间长度伸长值与原标距

9、比值的百分率。的百分率。 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率面积比值的百分率。 A0 试件原来的断面面积；试件原来的断面面积； A1 试件拉断后颈缩区的断面面积；试件拉断后颈缩区的断面面积； 结构或构件在受力时（尤其承受动力荷载时）材料塑性好坏往往结构或构件在受力时（尤其承受动力荷载时）材料塑性好坏往往决定了结构是否安全可靠，因此决定了结构是否安全可靠，因此钢材塑性指标比强度指标更为重钢材塑性指标比强度指标更为重要。要。 %10001olll%100010AAA（二）塑性指标（二）塑性指标韧性：韧性：

10、是指钢材在塑性变性和断裂过程中吸收能量的能力，是指钢材在塑性变性和断裂过程中吸收能量的能力，也是表示钢材抵抗冲击荷载的能力。也是表示钢材抵抗冲击荷载的能力。钢材韧性通过冲击试验，测定冲击功来表示。钢材韧性通过冲击试验，测定冲击功来表示。 式中：式中： ak冲击韧性值；冲击韧性值； Ak冲击功；冲击功； An试件缺口处的净截面积。试件缺口处的净截面积。 三、冲击荷载下的韧性指标三、冲击荷载下的韧性指标-韧性试验得到韧性试验得到钢结构设计规范对钢材的冲击韧性钢结构设计规范对钢材的冲击韧性ak有有常温常温和和负温负温要要求的规定。选用钢材时，根据结构的使用情况和要求求的规定。选用钢材时，根据结构的使

11、用情况和要求提出相应温度的冲击韧性指标要求。提出相应温度的冲击韧性指标要求。 nkkAAa 四、四、1800冷弯性能冷弯性能-冷弯试验得到（定性指标）冷弯试验得到（定性指标）冷弯试验见图冷弯试验见图2.4(P11)冷弯性能：是指钢材常温下承受弯曲变形冷弯性能：是指钢材常温下承受弯曲变形 的能力，同时也能反映钢材质量。是一个综合指标。的能力，同时也能反映钢材质量。是一个综合指标。 钢材的钢材的可焊性可焊性是指在一定工艺和结构条件下，钢材经过焊接是指在一定工艺和结构条件下，钢材经过焊接能够获得良好的焊接接头的性能。能够获得良好的焊接接头的性能。 可焊性分为可焊性分为施工上的可焊性施工上的可焊性和和

12、使用性能上的可焊性使用性能上的可焊性。 施工上的可焊性指对产生裂纹的敏感性，使用性能上的可焊施工上的可焊性指对产生裂纹的敏感性，使用性能上的可焊指焊接构件在焊接后的力学性能是否低于母材指焊接构件在焊接后的力学性能是否低于母材。 五、钢材的可焊性五、钢材的可焊性 我国现行钢结构设计规范推荐的几种建筑钢材均有良好的我国现行钢结构设计规范推荐的几种建筑钢材均有良好的可焊性可焊性 。 2-3影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素一、组织构造一、组织构造-主要针对低碳钢而言主要针对低碳钢而言纯铁体：已结晶形式存在，占纯铁体：已结晶形式存在，占99%，性质为，性质为强度低，强度低，塑、韧性好。塑、韧

13、性好。渗碳体：以渗碳体：以Fe3C的化合物形式出现，的化合物形式出现，较硬脆较硬脆，在钢，在钢材中一般不存在单独的渗碳体，它与纯铁体混合而材中一般不存在单独的渗碳体，它与纯铁体混合而成珠光体。成珠光体。1.珠光体：前两者的混合物，性质为珠光体：前两者的混合物，性质为强度高，塑、韧强度高，塑、韧性差。性差。二、影响钢材性能的主要因素二、影响钢材性能的主要因素1、化学成分的影响、化学成分的影响碳碳C:是除铁以外的最主要元素，是除铁以外的最主要元素，C元素含量提高，钢材强元素含量提高，钢材强度提高，塑、韧性下降，可焊性和抗腐蚀性能恶化。度提高，塑、韧性下降，可焊性和抗腐蚀性能恶化。规范规范推荐的建筑

14、用钢材含碳量推荐的建筑用钢材含碳量一般结构一般结构0.22%焊接结构焊接结构 0.20%Si含量含量0.1-0.3%Mn含量含量0.3-0.8%Si含量含量0.1-0.55%Mn含量含量1.0-1.6% 硅硅Si、锰、锰Mn：作为作为脱氧剂脱氧剂加入钢材中，是有加入钢材中，是有益益的元素，适量的元素，适量Si、Mn使钢材的强度提高，但对钢材塑、韧性影响不大。使钢材的强度提高，但对钢材塑、韧性影响不大。 Si 的脱氧的脱氧能力高于能力高于Mn。碳素结构钢碳素结构钢低合金结构钢低合金结构钢磷磷P、硫、硫S：有害的元素，使钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳有害的元素，使钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度

15、降低。强度降低。S元素使钢材产生元素使钢材产生“热脆热脆”现象，现象，P元素使钢材产生元素使钢材产生“冷脆冷脆”现象。现象。在钢材中含量在钢材中含量 S0.045%P1500C时，应采取时，应采取隔热措施，如：加挡板、加外包层或在构件周围设循环水套。隔热措施，如：加挡板、加外包层或在构件周围设循环水套。对于处于低温承受动载的结构，应根据使用温度要求提出对冲对于处于低温承受动载的结构，应根据使用温度要求提出对冲击韧性值的要求，如要求击韧性值的要求，如要求-200C甚至甚至-400C时的冲击韧性指标。时的冲击韧性指标。1. 应力集中影响应力集中影响-应力集中是造成构件脆性破坏的主要原因之一，应力集

16、中是造成构件脆性破坏的主要原因之一，设计时，应采取构造措施，如避免截面突然变化来减少应力集设计时，应采取构造措施，如避免截面突然变化来减少应力集中。中。6、重复荷载的影响、重复荷载的影响 在直接的连续反复荷载作用下，钢材强度下降。具体见教科书在直接的连续反复荷载作用下，钢材强度下降。具体见教科书钢材屈服条件钢材屈服条件单向受力构件：单向受力构件：s s=fy复杂应力构件：复杂应力构件：s sred=fys sred折算应力折算应力 则则s sred fy 塑性阶段塑性阶段)( 3)(222222zxyzxyxzzyyxzyxredssssssssss折算应力折算应力 可由材力能量强度理论或第四

17、强度理论得到如下：可由材力能量强度理论或第四强度理论得到如下：s ss sys sxs sz2-4 复杂应力下钢材的屈服条件复杂应力下钢材的屈服条件一般三向应力有一向较小，可以忽略一般三向应力有一向较小，可以忽略,呈平呈平面应力状态。则上述公式简化为：面应力状态。则上述公式简化为：)( 3.22222zxyzxyyxyxredssssssysxxyyx而在普通的受弯构件而在普通的受弯构件-梁中，只存在梁中，只存在s s和和 ，则有：，则有：21213ssreds s1 1纯剪时，则有：纯剪时，则有： yredf23s则则3yyf由此得由此得fffv58.03 所以规范依此为依据，取钢材的抗剪设

18、计强度所以规范依此为依据，取钢材的抗剪设计强度 fv 为抗拉设计为抗拉设计强度强度 f 的的0.58倍，直接确定倍，直接确定 fv 而不需再做材料的剪切试验。而不需再做材料的剪切试验。2-5钢种、钢号、钢材的选用及钢材的规格钢种、钢号、钢材的选用及钢材的规格一、钢种、钢号一、钢种、钢号建筑钢结构所用钢材可分为建筑钢结构所用钢材可分为碳素结构钢碳素结构钢低合金结构低合金结构优质碳素结构钢优质碳素结构钢1、1、碳素结构钢、碳素结构钢国家标准（国家标准（GB/T700-88)中，规定碳素结构钢的钢号表示中，规定碳素结构钢的钢号表示方法是由四部分按顺序组成：方法是由四部分按顺序组成：21213ssre

19、d如：如：Q235-A-F; Q235-BQ 屈服点数值屈服点数值 质量等级代号质量等级代号 脱氧方法脱氧方法字母字母 N/mm2 A B C D F b Z TZ 代号可以省略代号可以省略(1)钢材质量等级不同钢材质量等级不同,其化学成分、脱氧方法和冲击韧性要其化学成分、脱氧方法和冲击韧性要求也就不同对后两者的不同要求见下表：求也就不同对后两者的不同要求见下表：钢材牌号钢材牌号要求冲击韧性试验温度要求冲击韧性试验温度脱氧方法脱氧方法常温常温（20）0 0 -2020 合格标准合格标准Q235A不做冲击韧性试验不做冲击韧性试验F、b、ZQ235B27JF、b、ZQ235CZQ235DTZ不同质

20、量级别的不同质量级别的Q235钢的不同要求钢的不同要求（）钢材质量级别不同，只要是（）钢材质量级别不同，只要是Q235钢，其由拉伸试验得钢，其由拉伸试验得来的三个力学性能指标抗拉强度来的三个力学性能指标抗拉强度(极限强度极限强度)、伸长率和屈服点、伸长率和屈服点都相同。但这三个指标中的屈服强度和伸长率随着钢材厚度分都相同。但这三个指标中的屈服强度和伸长率随着钢材厚度分级降低，抗拉强度则不随厚度变化。级降低，抗拉强度则不随厚度变化。（3）钢材的供应基本上要求同时保证力学性能和化学成分。）钢材的供应基本上要求同时保证力学性能和化学成分。冶炼方法采用氧气转炉、平炉或电炉。除非需有特殊要求并冶炼方法采

21、用氧气转炉、平炉或电炉。除非需有特殊要求并在合同中注明，冶炼方法一般由供方自行确定。在合同中注明，冶炼方法一般由供方自行确定。（规范规定：（规范规定：承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。)（4）A级钢除保证力学性能外，其含碳量和含锰量不作为级钢除保证力学性能外，其含碳量和含锰量不作为交货条件。交货条件。A级钢的冷弯试验在需方有要求时才进行。级钢的冷弯试验在需方有要求时才进行。2、低合金结构钢、低合金结构钢国家标准（国家标准

22、（GB/T1591-94)规定，不用钢的的品种表示钢的规定，不用钢的的品种表示钢的牌号，采用与碳素结构钢相同的表示方法。牌号，采用与碳素结构钢相同的表示方法。GB/T1591-94GB1591-88Q29509MnV,09MnNb, 09MnZ,12MnQ34512MnV,14MnNb,16Mn,18NbQ39015MnV, 15MnTi,16MnNbQ42015MnVN,14MnVTiRE新旧低合金高强度结构新旧低合金高强度结构钢标准牌号对照表钢标准牌号对照表 其质量等级除有其质量等级除有A、B、C、D外，另增加外，另增加E类钢。主要是类钢。主要是要求要求-400的冲击韧性保证。的冲击韧性保

23、证。低合金钢一般为镇静钢低合金钢一般为镇静钢，因此不，因此不注明脱氧方法。注明脱氧方法。3、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢 与普通碳素钢的区别主要在于钢中含杂质元素较少与普通碳素钢的区别主要在于钢中含杂质元素较少,硫、磷含硫、磷含量也少量也少（0.040%），其他缺陷的限制也较严格，具有较好的综合性能。优质），其他缺陷的限制也较严格，具有较好的综合性能。优质碳素钢的牌号用钢中平均含碳量的万分数表示，碳素钢的牌号用钢中平均含碳量的万分数表示，如用于高强螺栓的如用于高强螺栓的45号钢号钢表示表示 平均含碳量为平均含碳量为0.45%，优质碳素钢在一般钢结构中使用较，优质碳素钢在一般钢结构中使用较少，

24、仅用作高强度螺栓等有特殊要求的零件。少，仅用作高强度螺栓等有特殊要求的零件。二、钢材的选用二、钢材的选用选择目的：安全可靠，经济合理。选择目的：安全可靠，经济合理。选择因素：选择因素：结构的重要性结构的重要性-建筑物安全等级不同，要求钢材质量不同。建筑物安全等级不同，要求钢材质量不同。荷载情况荷载情况-承受动载的钢材质量要求比静载要高。承受动载的钢材质量要求比静载要高。连接方法连接方法-焊接结构钢材的质量要求比非焊接结构要高。焊接结构钢材的质量要求比非焊接结构要高。1. 结构所处的环境和温度结构所处的环境和温度-低温、有害介质下钢材质量要求高。低温、有害介质下钢材质量要求高。1）薄板薄板：厚：

25、厚:0.354mm，宽宽:5001800mm，长，长:0.46m2）厚板厚板：厚：厚:4.560mm，宽宽:7003000mm，长，长:412m3）特厚板特厚板：厚：厚:60mm，宽宽:6003800mm，长，长:49m4）扁钢扁钢：厚：厚:460mm，宽宽:12200mm，长，长:39m图纸中钢板规格采用图纸中钢板规格采用“宽宽厚厚长长”或或“宽宽厚厚”表示表示例：例： 5001010000表示钢板宽表示钢板宽500mm, 厚厚10mm，长，长10m。三、建筑钢材的规格三、建筑钢材的规格钢结构采用的型材有钢结构采用的型材有冷、热轧成型的钢板冷、热轧成型的钢板热轧成型的型钢热轧成型的型钢冷弯成

26、型的薄壁型钢冷弯成型的薄壁型钢1、钢板、钢板2、热轧型钢、热轧型钢角钢角钢 等肢和不等肢等肢和不等肢工字钢工字钢 普通、轻型普通、轻型槽钢槽钢 普通、轻型普通、轻型H型钢型钢T型钢型钢钢管钢管 无缝钢管、焊接钢管无缝钢管、焊接钢管1）角钢）角钢：等边角钢等边角钢： L10010不等边角型不等边角型：L1251008普通工字钢：普通工字钢：I36a、b、c2）工字型）工字型：轻型工字钢：轻型工字钢：QI36a、b、c3）槽钢）槽钢：普通槽钢：普通槽钢： 36a、b、c轻型槽钢：轻型槽钢： Q36a、b、c5）T型钢：型钢：宽翼缘：宽翼缘：TW2004001321中翼缘：中翼缘：TM2943001

27、220窄翼缘：窄翼缘：TN25020010166）钢管）钢管：热轧无缝钢管：热轧无缝钢管： 10010焊接钢管：焊接钢管： 100103、薄壁型钢：是由薄钢板经模压或弯曲而制成、薄壁型钢：是由薄钢板经模压或弯曲而制成其截面形式见教科书其截面形式见教科书P32宽翼缘：宽翼缘：HW4004001321中翼缘：中翼缘：HM5883001220窄翼缘：窄翼缘：HN50020010164）H型钢型钢：2-6钢材的疲劳（自学）钢材的疲劳（自学）思考题：思考题：疲劳产生的原因？疲劳产生的原因？何谓常幅疲劳？何谓变幅疲劳？何谓常幅疲劳？何谓变幅疲劳？常幅疲劳和变幅疲劳的计算方法？常幅疲劳和变幅疲劳的计算方法？

28、疲劳计算方法与概率极限状态设计方法有何不同？疲劳计算方法与概率极限状态设计方法有何不同？疲劳：疲劳：钢材在连续反复荷载作用下，虽然应力还低于极钢材在连续反复荷载作用下，虽然应力还低于极限强度，甚至应力还低于屈服点，而发生的断裂。限强度，甚至应力还低于屈服点，而发生的断裂。 钢材在疲劳破坏之前，并不出现明显的变形和局部收钢材在疲劳破坏之前，并不出现明显的变形和局部收缩，它和脆性破坏一样，是一种突然发生的断裂。缩，它和脆性破坏一样，是一种突然发生的断裂。 钢材的疲劳过程可分为裂纹的形成，裂纹缓慢扩展和钢材的疲劳过程可分为裂纹的形成，裂纹缓慢扩展和最后迅速断裂三个阶段。最后迅速断裂三个阶段。 疲劳强

29、度与反复荷载引起的应力种类（拉应力、压应疲劳强度与反复荷载引起的应力种类（拉应力、压应力、剪应力和复杂应力等）、应力循环形式、应力循环力、剪应力和复杂应力等）、应力循环形式、应力循环次数、应力集中程度和残余应力等有关。次数、应力集中程度和残余应力等有关。 一、钢材的疲劳和疲劳强度一、钢材的疲劳和疲劳强度2-6钢材的疲劳钢材的疲劳对钢结构进行疲劳计算时有如下规定：对钢结构进行疲劳计算时有如下规定： 1）承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，）承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力变化循环次数当应力变化循环次数n等于或大于等于或大于105次时，应进行疲劳次时，应进行疲劳计算；计算；

30、2）在应力循环中不出现拉应力的部位，可不计算）在应力循环中不出现拉应力的部位，可不计算疲劳；疲劳； 3）计算疲劳时，应采用荷载的标准值；）计算疲劳时，应采用荷载的标准值； 4）对于直接承受动力荷载的结构，计算疲劳时，动）对于直接承受动力荷载的结构，计算疲劳时，动力荷载标准值不应乘以动力系数；力荷载标准值不应乘以动力系数； 5）计算吊车梁或吊车桁架及其制动结构的疲劳时，）计算吊车梁或吊车桁架及其制动结构的疲劳时，吊车荷载应按作用在跨间内起重量最大的一台吊车确定。吊车荷载应按作用在跨间内起重量最大的一台吊车确定。 二、疲劳计算方法二、疲劳计算方法1、常幅疲劳、常幅疲劳当应力循环内的应力幅保持常量时

31、，称为常幅疲劳。当应力循环内的应力幅保持常量时，称为常幅疲劳。 常幅疲劳的验算公式为：常幅疲劳的验算公式为： 式中式中 ： 对焊接部位称为应力幅，其值为对焊接部位称为应力幅，其值为 ， 对非焊接部位称为折算应力幅，其值为对非焊接部位称为折算应力幅，其值为 ， 每次应力循环中，计算部位的最大拉应力（取正值），每次应力循环中，计算部位的最大拉应力（取正值）， 每次应力循环中，计算部位的最小拉应力或压应力（拉应每次应力循环中，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）；力取正值，压应力取负值）； 容许应力幅（容许应力幅（ N/mm2），按构件和连接的类别及应力循），按构件和连接的类别

32、及应力循环次数环次数n由下式确定：由下式确定： sssmaxsminsminmaxsssminmax7.0sssss1c式中参数式中参数c和和 根据构件和连接的类别按下表采用根据构件和连接的类别按下表采用 参数参数c 、 构件连接类别12345678c1940101286110123.2610122.1810121.4710120.9610120.6510120.41101244333333对我国规范推荐的对我国规范推荐的Q235、Q345、Q390三种钢材，三种钢材，c和和 与钢号无关。与钢号无关。 疲劳计算的构件和连接分类见相关知识，其中给出了疲劳计算的构件和连接分类见相关知识，其中给出了

33、19种种不同情况的构件或连接，分属于不同情况的构件或连接，分属于1到到8的八个类别。类别数的八个类别。类别数字愈大，则其疲劳性能愈差。字愈大，则其疲劳性能愈差。 2、变幅疲劳、变幅疲劳当应力循环内的应力幅随机变化时为变幅疲劳。若能预当应力循环内的应力幅随机变化时为变幅疲劳。若能预测结构在使用寿命期间各种荷载的应力幅以及次数分布测结构在使用寿命期间各种荷载的应力幅以及次数分布所构成的设计应力谱，则根据累积损伤原理可将变幅疲所构成的设计应力谱，则根据累积损伤原理可将变幅疲劳折合为等效常幅疲劳，按下式计算：劳折合为等效常幅疲劳，按下式计算： 式中式中: : 为变幅疲劳的等效应力幅，按下式计算为变幅疲

34、劳的等效应力幅，按下式计算： 以应力循环次数表示的结构预期使用寿命；以应力循环次数表示的结构预期使用寿命； 预期寿命内应力幅水平达到预期寿命内应力幅水平达到 的应力循环次数。的应力循环次数。 对于没有设计应力谱的变幅疲劳钢结构可作为常幅疲劳对于没有设计应力谱的变幅疲劳钢结构可作为常幅疲劳计算，计算时循环次数计算，计算时循环次数 n 应根据构件使用中满负荷的程应根据构件使用中满负荷的程度予以折减。度予以折减。 sseesss1)(iiiennininis3、吊车辆及吊车桁架疲劳计算、吊车辆及吊车桁架疲劳计算重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架（桁架式重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁

35、架（桁架式吊车梁）的疲劳可按下式计算：吊车梁）的疲劳可按下式计算： 式中：式中： 为为所验算部位的应力幅或折算应力幅；所验算部位的应力幅或折算应力幅； 为欠载效应的等效系数；为欠载效应的等效系数； 为循环次数为循环次数 次的容许应力幅。次的容许应力幅。 吊车梁和吊车桁架欠载效应的等效系数吊车梁和吊车桁架欠载效应的等效系数吊车类别吊车类别重级工作制硬钩吊车重级工作制硬钩吊车1.0重级工作制软钩吊车重级工作制软钩吊车0.8中级工作制吊车中级工作制吊车0.5 6102ssfsf 6102s6102nf循环次数为循环次数为n =2=210106 6次的容许应力幅（次的容许应力幅（ N/mmN/mm2

36、2） 构件和连接类别构件和连接类别12345678n =2=210106 617614411810390786959第二章复习要点第二章复习要点v基本要求基本要求掌握钢结构对材料的要求掌握钢结构对材料的要求掌握钢材在不同条件下可能产生的两种破坏形式，理解掌握钢材在不同条件下可能产生的两种破坏形式，理解两种破坏形式对钢材正确使用和设计的意义两种破坏形式对钢材正确使用和设计的意义通过钢材的一次单向拉伸试验、冷弯试验，掌握钢材在通过钢材的一次单向拉伸试验、冷弯试验，掌握钢材在正常情况下的静力工作性能，了解规范对钢材机械性能正常情况下的静力工作性能，了解规范对钢材机械性能指标规定的依据和意义指标规定的

37、依据和意义通过钢材的冲击韧性试验，了解钢材的动力工作性能通过钢材的冲击韧性试验，了解钢材的动力工作性能了解各种因素对钢材性能的影响了解各种因素对钢材性能的影响应根据具体条件和要求，正确选用钢材，了解钢材的规应根据具体条件和要求，正确选用钢材，了解钢材的规格和型号格和型号v单元测试单元测试1、名词解释、名词解释 (1)韧性韧性 (2)低温冷脆低温冷脆 (3)硬化硬化 (4)容许应力幅容许应力幅 (5)冷弯性能冷弯性能 (6)Q235B2、单向选择、单向选择 (1)钢材在复杂应力作用下是否进入屈服可由钢材在复杂应力作用下是否进入屈服可由（ ）判断。判断。折算应力折算应力 s sredred= =f

38、y y 最大主应力最大主应力 s s1 1=fy y最小主应力最小主应力s s3 3= =fy y 三向主应力同时三向主应力同时s s1 1= =f fy y s s2 2= =f fy y s s3 3= =f fy y(2)(2)钢材的强度设计值是以（钢材的强度设计值是以（ ）除以材料的分项系数。）除以材料的分项系数。1 1）比例极限）比例极限f fp p 2 2）屈服点）屈服点f fy y 3 3）极限强度）极限强度f fu u （3）钢材中的有害元素是（）钢材中的有害元素是（ ）1）硫、磷、碳、锰）硫、磷、碳、锰 2）硫、磷、硅、锰）硫、磷、硅、锰 3）硫、磷、氧、氮）硫、磷、氧、氮

39、4）氧、氮、硅、锰）氧、氮、硅、锰（4）应力集中越严重，钢材（）应力集中越严重，钢材（ ）1）变形越大）变形越大 2） 强度越低强度越低 3）弹塑性越高）弹塑性越高 4）变的越脆）变的越脆(5)当剪应力等于（当剪应力等于（ ）fy时，受纯剪作用的钢材剪转入塑性工作状态时，受纯剪作用的钢材剪转入塑性工作状态3121321）2）3）4） 1）关于钢材规格，下列哪种说法是不正确的是）关于钢材规格，下列哪种说法是不正确的是_（A）热轧钢板）热轧钢板-6001012000表示钢板宽表示钢板宽600mm,厚厚10mm，长，长12m。（B）L10010代表等边角钢，肢宽代表等边角钢，肢宽100mm，肢厚，肢厚10mm。（C）L100808代表不等边角钢，长肢宽代表不等边角钢，长肢宽100mm，短肢宽，短肢宽80mm， 肢厚肢厚8mm。（D）40a、40b、40c表示工字钢，按腹板厚度表示工字钢，按腹板厚度40a40b40c。3、判断题、判断题2）关于常用建筑钢材，下列说法正确的是）关于常用建筑钢材，下列说法正确的是_。 （A）碳素结构钢和低合金高强度结构钢在建筑中最常用。）碳素结构钢和低合金高强度结构钢在建筑中最常用。（B）碳素结构钢）碳素结构钢Q235与与Q215相比，强度更高，塑性更好。相比，强度更高，塑性更好。（C）低合金高强度结构）低合金高强度结构Q34