钢结构第二章.

1、第二章 结构钢材及其性能第一节第一节 结构钢一次拉伸的力学性能结构钢一次拉伸的力学性能第二节第二节 钢材的主要机械性能钢材的主要机械性能第三节第三节 结构钢的脆性破坏结构钢的脆性破坏第四节第四节 钢材的种类及选择钢材的种类及选择第一节 结构钢一次拉伸的力学性能 钢材种类繁多，规格、用途也不相同，对建筑钢材种类繁多，规格、用途也不相同，对建筑结构用钢来说，主要有三方面的要求。结构用钢来说，主要有三方面的要求。1 1、较高的强度：结构的承载力大，所需的截面小，、较高的强度：结构的承载力大，所需的截面小，结构的自重轻；结构的自重轻；2 2、较好的塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性破、较好的塑性及韧性：

2、塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载；坏；韧性好，利于承受动力荷载；3 3、良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯、良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯性能以及耐腐性能；性能以及耐腐性能； 据上要求据上要求, ,钢结构设计规范钢结构设计规范GB50017-2003GB50017-2003推荐承重结构用钢宜采用：炭素结构钢中的推荐承重结构用钢宜采用：炭素结构钢中的Q235Q235钢及低合金高强结构钢中的钢及低合金高强结构钢中的Q345Q345、Q390Q390和和Q420Q420钢四种钢材。钢四种钢材。根据钢材单向拉伸性能曲线，工程应用中，根据钢材单向拉伸性能曲线，工程应用中

3、，钢材的性能按理想弹塑性体考虑，钢材的性能按理想弹塑性体考虑，f fy y定为钢定为钢材拉、压强度标准值。材拉、压强度标准值。ABBODAC单向拉伸试验曲线弹性阶段弹性阶段弹塑性阶段弹塑性阶段塑性阶段塑性阶段强化阶段强化阶段第二节 钢材的主要机械性能钢材材性主要有：钢材材性主要有： 强度强度 塑性塑性 韧性韧性 可焊性可焊性 冷弯性冷弯性 耐久性耐久性 Z向伸缩率向伸缩率 一、强度强度体现了材料的承载能力，主要指标有屈服点强度体现了材料的承载能力，主要指标有屈服点fy 和抗拉强度和抗拉强度fu ，通过静力拉伸试验得到。，通过静力拉伸试验得到。 屈服点屈服点 ：为设计时钢材可达到的最大应力。：为

4、设计时钢材可达到的最大应力。 抗拉强度抗拉强度 fu是钢材破坏前能够承受的最大应力。是钢材破坏前能够承受的最大应力。钢材达到钢材达到fu时，已产生很大塑性变形而失去使用时，已产生很大塑性变形而失去使用性能，但性能，但fu高则可以增加结构的安全保障，故高则可以增加结构的安全保障，故fu/fy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。 二、塑性 钢材的塑性为当应力超过屈服点后，能产钢材的塑性为当应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即生显著的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。塑性好坏可用伸长率断裂的性质。塑性好坏可用伸长率 和断面和断面收缩率收缩率 表示。通过

5、静力拉伸试验得到。表示。通过静力拉伸试验得到。伸长率伸长率伸长率 为试件拉断时原标距间长度伸长值与原标距比值的百分率。 L1为试件拉断后标距间长度。断面收缩率断面收缩率是指试件拉断后，颈缩区的断面面积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。缩小值与原断面面积比值的百分率。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，因此料塑性好坏往往决定了结构是否安全可靠，因此钢材塑性指标比强度

6、指标更为重要。钢材塑性指标比强度指标更为重要。 三、冲击韧性钢材的韧性是钢材在塑性变形和断裂的过程中吸钢材的韧性是钢材在塑性变形和断裂的过程中吸收能量的能力，也是表示钢材抵抗因冲击荷载、收能量的能力，也是表示钢材抵抗因冲击荷载、应力集中等而致脆性断裂能力的一项机械性能，应力集中等而致脆性断裂能力的一项机械性能，它是强度与塑性的综合表现。它是强度与塑性的综合表现。用用 材料在断裂时所吸收的总能量来量度，其值为材料在断裂时所吸收的总能量来量度，其值为图中应力应变曲线与横坐标所包围的总面积，面图中应力应变曲线与横坐标所包围的总面积，面积越大韧性越高。积越大韧性越高。 四、可焊性钢材的可焊性是指在一定

7、工艺和结构条件下，钢钢材的可焊性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。材经过焊接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使用性能上的可焊使用性能上的可焊性。性。 施工上的可焊性指对产生裂纹的敏感性，使用性施工上的可焊性指对产生裂纹的敏感性，使用性能上的可焊性是指焊接构件在焊接后的力学性能能上的可焊性是指焊接构件在焊接后的力学性能是否低于母材。是否低于母材。五、冷弯性能冷弯性能是指钢材在冷加工（常温下加工）冷弯性能是指钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。冷

8、弯性能用试验方法来检验钢材承受规定冷弯性能用试验方法来检验钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形性能，检查试件弯曲弯曲程度的弯曲变形性能，检查试件弯曲部分的外面、里面和侧面是否有裂纹、裂部分的外面、里面和侧面是否有裂纹、裂断和分层断和分层。六、耐久性耐久性需要考虑的有：耐腐蚀性、耐久性需要考虑的有：耐腐蚀性、“时效时效”现象、疲劳现象等。现象、疲劳现象等。 时效：随着时间的增长，钢材的力学性能时效：随着时间的增长，钢材的力学性能有所改变。有所改变。 疲劳：多次反复荷载作用下，钢材低于屈疲劳：多次反复荷载作用下，钢材低于屈服点服点fy发生的破坏。发生的破坏。七、钢材Z向收缩率当钢材较厚时，或承受沿厚度方

9、向的拉力当钢材较厚时，或承受沿厚度方向的拉力时，要求钢材具有板厚方向的收缩率要求，时，要求钢材具有板厚方向的收缩率要求，以防厚度方向的分层、撕裂。以防厚度方向的分层、撕裂。2.2 2.2 钢材在多轴应力作用下的工作性能钢材在多轴应力作用下的工作性能一、折算应力一、折算应力由材料力学能量强度理论知，折算应力由材料力学能量强度理论知，折算应力 Ze为：为：2222223zxyzxyxzzyyxzyxzeyyxxzz112233xyyxyzzxxzyyxxxyxyyxyx2211图图2-5 钢材的多轴应力状态钢材的多轴应力状态2.2 2.2 建筑钢材在多轴应力作用下的工作性能建筑钢材在多轴应力作用下

10、的工作性能yyxxzz112233xyyxyzzxxzyyxxxyxyyxyx2211图图2-5 钢材的多轴应力状态钢材的多轴应力状态由材料力学能量强度理论知，折算应力由材料力学能量强度理论知，折算应力 Ze为：为：2222223zxyzxyxzzyyxzyxze用主应力用主应力 、 、 表示时，有表示时，有123)(133221232221ze或或)()()(21213232221ze二、二、 设计公式设计公式 由式（由式（19-119-1）确定，）确定， 钢材抗拉（钢材抗拉（压压）设计强度）设计强度ffzeze 由式由式 知，知，主应力同号时，折算应力小，不容易进入塑性状态，主应力同号时，

11、折算应力小，不容易进入塑性状态，容易发生脆性破坏；容易发生脆性破坏；异号主应力容易进入异号主应力容易进入塑性状态，容易产生塑性状态，容易产生塑性破坏。塑性破坏。（a a）单向拉伸单向拉伸（b b）双向拉伸双向拉伸（c c）双向异号应力双向异号应力图图2-6 双向应力作用下钢材的关系双向应力作用下钢材的关系0yfbyfcyf11(a)(b)(c)()()(21213232221zeP=P0sint/aPPta2.3 2.3 钢材钢材的疲劳强度的疲劳强度一一、疲劳现象、疲劳现象 在连续反复（循环）荷载作用在连续反复（循环）荷载作用下，当应力低于抗拉强度下，当应力低于抗拉强度甚至低于屈服强度便发生甚

12、至低于屈服强度便发生突然脆性断裂。这种现象突然脆性断裂。这种现象称钢材疲劳破坏。称钢材疲劳破坏。二、产生疲劳的原因二、产生疲劳的原因 （1）连续反复荷载）连续反复荷载 （2）材料局部缺陷（工艺微裂纹、焊缝夹渣等）材料局部缺陷（工艺微裂纹、焊缝夹渣等）三、疲劳破坏机理三、疲劳破坏机理（1）形成微裂纹）形成微裂纹 材料已有微裂纹或加载使杂质附近发生应力集中，材料已有微裂纹或加载使杂质附近发生应力集中，造成新的微裂纹。造成新的微裂纹。 （2）反复荷载下微裂纹发展成宏观裂纹）反复荷载下微裂纹发展成宏观裂纹 反复荷载下微裂纹尖端应力集中、材料硬化，裂反复荷载下微裂纹尖端应力集中、材料硬化，裂纹开展，出现

13、宏观裂纹。纹开展，出现宏观裂纹。图图2-1 单轴应力单轴应力 ffpfyfu （3）宏观裂纹发展，断面）宏观裂纹发展，断面削弱，脆性断裂削弱，脆性断裂裂纹尖端应力集中使裂纹开展裂纹尖端应力集中使裂纹开展 恶性循环、脆性断裂恶性循环、脆性断裂 反复荷载继续作用，裂纹尖端材料进一步硬化，反复荷载继续作用，裂纹尖端材料进一步硬化，裂纹继续发展，荷载循环一次，裂纹发展一步，当荷裂纹继续发展，荷载循环一次，裂纹发展一步，当荷载循环到一定次数时，断面极大削弱，导致脆性破坏。载循环到一定次数时，断面极大削弱，导致脆性破坏。加载加载裂纹尖端应力集中裂纹尖端应力集中材料硬化材料硬化卸载卸载裂纹扩大裂纹扩大图图2

14、-1 单轴应力单轴应力 ffpfyfu裂纹尖端应力集中使裂纹开展裂纹尖端应力集中使裂纹开展 疲劳破坏由裂缝发展所致。因此，无拉应疲劳破坏由裂缝发展所致。因此，无拉应力，则无疲劳破坏；无拉应力，不检算疲劳。力，则无疲劳破坏；无拉应力，不检算疲劳。 裂缝反复扩张、闭合，使疲劳断口上有半裂缝反复扩张、闭合，使疲劳断口上有半椭园光滑区，其余部分粗糙；椭园光滑区，其余部分粗糙；有拉应力裂缝张开有拉应力裂缝张开无拉应力裂缝闭合无拉应力裂缝闭合图图2-82-8四、四、影响疲劳强度的主要因素影响疲劳强度的主要因素1 1、应力集中程度、应力集中程度 通过构造手段解决通过构造手段解决2 2、应力循环的特征、应力循

15、环的特征 最大、最小应力之间的相互关系，可以用最大、最大、最小应力之间的相互关系，可以用最大、最小应力之差或之比考虑。最小应力之差或之比考虑。 3 3、应力循环的次数、应力循环的次数 引起疲劳破坏所需的应力大小，随着循环的次数引起疲劳破坏所需的应力大小，随着循环的次数n n增加而减小。增加而减小。应力循环的特征和应力循环的次数的关系应力循环的特征和应力循环的次数的关系 n1ninj1inmax (MPa)n 次数某应力循环特性情况下的疲劳曲线取循环次数为多少时的最大应力为标准呢？取循环次数为多少时的最大应力为标准呢？ 我国建筑钢结构规范以我国建筑钢结构规范以n=n=510104 4作为承受动力

16、荷作为承受动力荷载重复作用的钢结构构件（如吊车梁，吊车桁架和工载重复作用的钢结构构件（如吊车梁，吊车桁架和工作平台梁等）及其连接所作平台梁等）及其连接所具有的最小疲劳极限具有的最小疲劳极限。因此，。因此，当设计要求的应力循环次数当设计要求的应力循环次数nn510104 4时，应进行疲劳时，应进行疲劳检算。检算。五、五、设计检算原则设计检算原则 为保证疲劳寿命，在设计基准期内应力循环次数为保证疲劳寿命，在设计基准期内应力循环次数n n应大于规定的疲劳极限，如国际焊接学会（应大于规定的疲劳极限，如国际焊接学会（IIWIIW）和国）和国际标准化组织（际标准化组织（ISOISO）建议）建议n=5n=5

17、10106 6次为疲劳极限，我次为疲劳极限，我国建筑及桥梁钢结构规范以国建筑及桥梁钢结构规范以n=n=210106 6为疲劳极限。为疲劳极限。1、疲劳检算原则、疲劳检算原则应力比准则：应力比准则： 应力比：循环一周最小、最大应力比应力比：循环一周最小、最大应力比 = min / max应力幅准则：应力幅准则： 应力幅：循环一周最大、最小应力差应力幅：循环一周最大、最小应力差 = max- min “常幅疲劳常幅疲劳”是指在使用期内交变荷载下每次循环是指在使用期内交变荷载下每次循环的应力变化幅值相同；否则称的应力变化幅值相同；否则称“变幅疲劳变幅疲劳”，如上图，如上图所示。承受吊车荷载的吊车梁属

18、变幅疲劳，因为起吊所示。承受吊车荷载的吊车梁属变幅疲劳，因为起吊重量有时满载，有时欠载。重量有时满载，有时欠载。t常幅疲劳常幅疲劳t变幅疲劳变幅疲劳图图2-9按照常幅疲劳和变幅疲劳不同情况分别进行计算。按照常幅疲劳和变幅疲劳不同情况分别进行计算。 应力幅：应力幅： = max- min 2 2、按应力幅准则的检算方法按应力幅准则的检算方法 验算公式验算公式 其中，其中， 标准荷载下标准荷载下检算部位的设计应力幅检算部位的设计应力幅 容许应力幅容许应力幅,N/mm,N/mm2 2。以。以n=2n=210106 6次疲劳次疲劳 强度为基准，只与构件和连接类别有关。强度为基准，只与构件和连接类别有关

19、。 设计应力幅设计应力幅 计算计算 焊接部位：焊接部位： 非焊接部位：非焊接部位：6102minmaxminmax7 . 0 2 2、按应力幅准则的检算方法按应力幅准则的检算方法 （1 1）常幅疲劳）常幅疲劳 3 3、检算方法及公式（按应力幅准则）检算方法及公式（按应力幅准则） （2）变幅疲劳）变幅疲劳 可将变幅疲劳折算为等效的常幅疲劳，可将变幅疲劳折算为等效的常幅疲劳，然后按常幅疲劳检算式检算。然后按常幅疲劳检算式检算。t常幅疲劳常幅疲劳t变幅疲劳变幅疲劳 2.4 2.4 各种因素对钢材性能的影响各种因素对钢材性能的影响一、化学成份一、化学成份二、冶金和轧制过程二、冶金和轧制过程 2.4 2

20、.4 各种因素对钢材性能的影响各种因素对钢材性能的影响 1 1、碳碳 影响强度、塑性、韧性。提高含碳量，影响强度、塑性、韧性。提高含碳量，强度提强度提高高，塑性和韧性下降，可焊性、抗锈蚀性能变劣。，塑性和韧性下降，可焊性、抗锈蚀性能变劣。 钢结构中，不宜采用含碳量高的钢材，一般不钢结构中，不宜采用含碳量高的钢材，一般不超过超过0.22%0.22%。焊接结构中应限制在焊接结构中应限制在0.20%以下。以下。 普通碳素钢中含有多种化学成分，其中铁占普通碳素钢中含有多种化学成分，其中铁占99%99%左右，碳、硅、锰、硫、磷、氮、氧等共占左右，碳、硅、锰、硫、磷、氮、氧等共占1%1%左右。在低合金钢中

21、还有合金元素，他们含量低于左右。在低合金钢中还有合金元素，他们含量低于5%5%。影响钢材主要性能的元素有：。影响钢材主要性能的元素有： 一、一、化学成份化学成份 2 2、硫硫 在高温下（在高温下（800-1000800-1000）生成硫化铁，使钢材变）生成硫化铁，使钢材变脆（热脆），因而脆（热脆），因而降低钢材的冲击韧性、疲劳强度、降低钢材的冲击韧性、疲劳强度、可焊性和抗锈蚀能力。可焊性和抗锈蚀能力。应严格控制钢材中的含硫量，应严格控制钢材中的含硫量，不得超过不得超过0.05%0.05%，1616锰桥钢不超过锰桥钢不超过0.045%0.045%。 3 3、磷磷 可提高强度、提高抗锈蚀能力，但严

22、重降低塑可提高强度、提高抗锈蚀能力，但严重降低塑性、韧性和可焊性，特别易发生低温脆断（冷脆）性、韧性和可焊性，特别易发生低温脆断（冷脆），应严格控制其含量，一般不超过应严格控制其含量，一般不超过0.045%0.045%，1515锰钒钢锰钒钢不超过不超过0.040%0.040%。 4 4、锰锰 提高强度而不明显影响塑性，同时可消除热脆和改善冷提高强度而不明显影响塑性，同时可消除热脆和改善冷脆倾向。是低合金钢中的主要合金元素成分。脆倾向。是低合金钢中的主要合金元素成分。 7 7、氮、氧氮、氧氧氧有害杂质，严格控制。有害杂质，严格控制。氮氮能使钢材强化，但显著降低钢材塑能使钢材强化，但显著降低钢材塑

23、性、韧性、可焊性和冷弯性能，增加时效倾向和冷脆性。性、韧性、可焊性和冷弯性能，增加时效倾向和冷脆性。 6 6、钒钒 可提高钢材强度和焊缝性能。可提高钢材强度和焊缝性能。1515锰钒钢可用于船舶、桥梁锰钒钢可用于船舶、桥梁等荷载大的焊接结构以及高、中压容器。等荷载大的焊接结构以及高、中压容器。 5 5、硅硅 含量不超过含量不超过0.2%0.2%时，可提高钢材强度，而对塑性、韧性和时，可提高钢材强度，而对塑性、韧性和可焊性无明显不良影响。可焊性无明显不良影响。二、冶金与轧制的影响二、冶金与轧制的影响 冶金的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用冶金的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用MnMn为脱氧剂，为脱氧剂，时

24、间快，价格低，质量差；镇静钢用时间快，价格低，质量差；镇静钢用SiSi为脱氧剂，时为脱氧剂，时间慢，价格高，质量好。间慢，价格高，质量好。 反复的轧制可以改善钢材的塑性，同时可以使钢材反复的轧制可以改善钢材的塑性，同时可以使钢材中的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织中的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学密实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性能提高。性能提高。第三节 结构钢材的脆性破坏两种破坏形式两种破坏形式 钢材的破坏分塑性破坏和脆性破坏两种。钢材的破坏分塑性破坏和脆性破坏两种。 塑性破坏：加载后有较大变形，因此破坏前有预

25、塑性破坏：加载后有较大变形，因此破坏前有预兆，断裂时断口呈纤维状，色泽发暗。兆，断裂时断口呈纤维状，色泽发暗。 脆性破坏：加载后，无明显变形，因此破坏前无脆性破坏：加载后，无明显变形，因此破坏前无预兆，断裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。脆预兆，断裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。脆性破坏危险性大。性破坏危险性大。影响脆性的因素化学成分化学成分 冶金缺陷（偏析、非金属夹杂、裂纹、起层）冶金缺陷（偏析、非金属夹杂、裂纹、起层） 温度（热脆、低温冷脆）温度（热脆、低温冷脆） 冷作硬化冷作硬化 时效硬化时效硬化 应力集中应力集中 同号三向主应力状态同号三向主应力状态 1 1、冶冶金金缺缺陷陷n 起起层层

26、 钢材局部有时出现的分层现象钢材局部有时出现的分层现象 裂纹和起层对力学性能有严重影响，应于重视裂纹和起层对力学性能有严重影响，应于重视。n 裂纹裂纹 钢材中存在的微观裂纹。钢材中存在的微观裂纹。n 非金属夹杂非金属夹杂 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。性能变脆。n 偏析偏析 杂质元素分布不均匀的现象。主要是硫和磷偏析，其后果是杂质元素分布不均匀的现象。主要是硫和磷偏析，其后果是偏析区钢材的塑性、韧性、可焊性变坏。偏析区钢材的塑性、韧性、可焊性变坏。2、温度的影响温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。温度的影

27、响，一般可分正温与负温影响两部分。n 正温影响正温影响 总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧性提高，这一现象称之为性提高，这一现象称之为热塑现象热塑现象，温度达，温度达600o左右时，左右时，钢材的强度几乎降至为零，而塑性、韧性极大，易于进钢材的强度几乎降至为零，而塑性、韧性极大，易于进行热加工，此温度称之为行热加工，此温度称之为热煅温度热煅温度。 需要说明：钢材在需要说明：钢材在300o左右时，强度提高，塑性、韧性左右时，强度提高，塑性、韧性下降，钢材表面呈蓝色，这一反覆现象称之为下降，钢材表面呈蓝色，这一反覆现象称之为蓝脆现象蓝脆

28、现象。钢材在钢材在300o以上时应采取以上时应采取隔热措施隔热措施。n 负温影响负温影响 随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆性增大，称之为性增大，称之为低温冷脆低温冷脆，当温度降至某一特定温度时，当温度降至某一特定温度时钢材的脆性急剧增大，称此温度点为钢材的脆性急剧增大，称此温度点为转脆温度转脆温度。3、冷作硬化与时效硬化冷作硬化与时效硬化 由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性下降，增加脆性的现象称之为下降，增加脆性的现象称之为硬化现象硬化现象。 冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪

29、切等），钢材发生冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化冷作硬化。 钢材中的钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形，随着时间的增长和温度的变化，而形成碳化物和氮化物，使钢材变脆的成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化老化”现象称之现象称之为为时效硬化时效硬化。4 4、复杂应力与应力集中的影响、复杂应力与应力集中的影响 钢结构构件中存在的孔洞、槽口、凹角、裂缝、厚度变钢结构构件中存在的孔洞、槽口、凹角、裂缝、厚度变化、形状变化、内部缺陷等使一些区域产生局部高峰应化、形状变化、内部缺陷等使一些区域产生局部高峰

30、应力力，此谓应力集中现象。应力集中越严重此谓应力集中现象。应力集中越严重，钢材塑性越钢材塑性越差。差。 钢材在多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一向钢材在多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一向的限制，而使钢材强度增加，塑性、韧性下降，异号应的限制，而使钢材强度增加，塑性、韧性下降，异号应力场时则相反。力场时则相反。 钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而使构件内产生应力集中，应力集中实际为：局部应力增使构件内产生应力集中，应力集中实际为：局部应力增大并多为同号应力场。大并多为同号应力场。 第四节第四节 钢材的种类和规格钢材的种类

31、和规格 1 1、普通碳素钢、普通碳素钢 按其屈服点高低，由高到低排列，以往分为按其屈服点高低，由高到低排列，以往分为1 1号、号、2 2号、号、3 3号、号、4 4号号等，后来用等，后来用Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235、Q255 Q255 等表示等表示, ,建筑钢结构中最常用的是建筑钢结构中最常用的是3 3号钢号钢(A3F)(A3F)。 目前，我国建筑用钢主要钢种有：目前，我国建筑用钢主要钢种有： 普通碳素钢普通碳素钢与与普通低合金钢普通低合金钢。 一、一、钢种和炉种钢种和炉种 2.5 2.5 钢材的种类和规格钢材的种类和规格 2 2、普通低合金钢、普通低合金钢 按加入的

32、合金元素分为：按加入的合金元素分为：16Mn16Mn钢、钢、16Mnq16Mnq钢、钢、 15MnV15MnV钢、钢、15MnVq15MnVq钢和钢和15MnVN15MnVN钢等。前面数据表示含钢等。前面数据表示含碳量的万分数，后跟合金化学元素符号，最后的碳量的万分数，后跟合金化学元素符号，最后的q q表表示桥梁结构钢的意思。示桥梁结构钢的意思。( (桥钢对含硫量要求更严桥钢对含硫量要求更严) ) 一、钢种和炉种一、钢种和炉种新建筑钢结构规范推荐四种钢：新建筑钢结构规范推荐四种钢： Q235Q235（对应于对应于A3)A3)、 Q345(Q345(对应于对应于16Mn)16Mn) Q390(

33、Q390(对应于对应于15MnV)15MnV)、 Q420(Q420(对应于对应于15MnVN)15MnVN) 我国建筑用钢主要炉种有我国建筑用钢主要炉种有： 2 2、同一炉种钢材又依钢水脱氧程度不同，有镇静、同一炉种钢材又依钢水脱氧程度不同，有镇静钢和沸腾钢之分。镇静钢比沸腾钢脱氧较完全，因而钢和沸腾钢之分。镇静钢比沸腾钢脱氧较完全，因而材质较好，但成本较高。重要构件特别是低温工作的材质较好，但成本较高。重要构件特别是低温工作的焊接构件应采用镇静钢。其它情况可采用沸腾钢。焊接构件应采用镇静钢。其它情况可采用沸腾钢。 1 1、氧气转炉钢是近、氧气转炉钢是近3030年发展起来的新炉种具有和年发展

34、起来的新炉种具有和平炉钢相当的质量，而成本和周期都较平炉钢低，是平炉钢相当的质量，而成本和周期都较平炉钢低，是最主要的炉种。最主要的炉种。 平炉平炉和和氧气转炉氧气转炉。 3、特类钢、特类钢 按机械性能和化学成分供应的钢材按机械性能和化学成分供应的钢材。 钢结构通常采用甲类钢材钢结构通常采用甲类钢材。 2、乙类钢、乙类钢 按化学成分供应的钢材按化学成分供应的钢材。 1、甲类钢、甲类钢 按机械性能供应按机械性能供应。只保证强度和伸长率。化学成分只保证强度和伸长率。化学成分中保证硫、磷含量不超过中保证硫、磷含量不超过规范规范附录中规定的数值。附录中规定的数值。 二、二、碳素钢类别和钢号碳素钢类别和

35、钢号 按按普通碳素钢技术条件普通碳素钢技术条件（GB700-79),GB700-79),普通碳素普通碳素钢根据供应时的保证条件，分为三类：钢根据供应时的保证条件，分为三类： 甲类钢、乙类钢甲类钢、乙类钢和特类钢。和特类钢。 按照新的按照新的碳素结构钢碳素结构钢（GB700-88)规范，规范，根据不同根据不同质量等级质量等级分别规定：分别规定：n碳、锰、硫、磷等含量；碳、锰、硫、磷等含量；n脱氧方法脱氧方法n力学指标力学指标除非订货方要求，除非订货方要求， 一般不再分冶炼炉种一般不再分冶炼炉种 选择使用钢材时，应考虑以下因素：选择使用钢材时，应考虑以下因素：n 结构或构件的重要性；结构或构件的重

36、要性；n 荷载性质（静力荷载还是动力荷载）；荷载性质（静力荷载还是动力荷载）；n 连接方式（焊接还是其它连接）；连接方式（焊接还是其它连接）；n 工作环境（温度及腐蚀介质）。工作环境（温度及腐蚀介质）。 三、钢材的选择三、钢材的选择 规范规定，下列情况的承重结构和构件不应采用规范规定，下列情况的承重结构和构件不应采用Q235沸腾钢：沸腾钢：n 焊接构件焊接构件 直接承接动力荷载或振动荷载且需要验算疲劳的结构；直接承接动力荷载或振动荷载且需要验算疲劳的结构；n 非焊接构件非焊接构件 工作温度等于或低于工作温度等于或低于-20的直接承接动力荷载且需要验算疲的直接承接动力荷载且需要验算疲劳的结构劳的结构 选择钢材时，根据规范还应符合以下条件：选择钢材时，根据规范还应符合以下条件： 三、钢材的选择三、钢材的选择 此外规范对承重结构所