钢结构的材料与计算方法

1、2010年全球共产钢铁14.1亿吨，比2009年增长了16.8%。中国以绝对优势稳定了世界第一产铁国的地位，产量接近6.3亿吨，占世界产量的44.3%。2009年中国的粗钢产量为5.678亿吨，同比增长13.5%，创造了单一国家粗钢年产量的新纪录。另外，2009年中国的粗钢产量比全球总产量增加了47%，比2008年增加了9个百分点。第六章钢结构，6.0概述，钢结构是由钢、型材、薄壁型钢构成的构件通过焊接、铆接、螺栓连接等构成的。与其他材料的结构相比，它具有以下特征：(1)钢材强度高，结构轻便(2)塑性，韧性(3)均匀材料(4)高产业化，6.0.1钢结构的特性，(5)可焊性(6)耐蚀性差异(7)

2、耐化学性差异()，(1)大跨度结构(2)重型结构(3)受动力荷载的工厂结构(4)多层、高层和超高层建筑(5)高耸结构(6)壳体结构(7)可拆卸结构，6.0.2钢铁的应用范围，根据冶炼方法：转炉钢和高炉钢转炉钢目前氧气顶吹转炉钢，成本低于平炉钢；脱氧方法可以从钢号中省略，鞍钢(f)、半沸腾钢(b)、低碳钢(z)特殊镇静钢(TZ)镇静钢和特殊镇静钢代码，镇静钢具有充分的脱氧，沸腾钢是脱氧不良，一般采用镇静钢。6.1.1结构钢品种和等级，6.1钢结构和选择原则，(a)分为钢、轧制钢、锻钢和铸钢，成型方法；按化学成分分类，碳钢和合金钢分为建筑工程中常用的碳结构用钢、低合金钢、高质量碳结构钢。(1)碳素

3、结构钢根据质量等级分为a、b、c、d 4等级，在质量等级中是a等级中最差的，在d等级中是最佳的。在此标准中，钢等级显示方法由四部分组成：字母q、屈服点值、质量等级代码(a、b、c、d)和脱产方法代码(f、b、z、TZ)。Q235、Q345、(N/mm2)、(2)低合金钢中国家标准低合金高强度结构钢(GB/T 1591)按质量等级分为a、b、c、d、e 5等级。使用与碳素结构钢相同的表达方法表示钢厚度(直径)6mm的屈服点大小：钢结构中使用的钢，例如Q345、Q420，主要是热轧钢板、型材、冷弯薄壁型钢和压型板。(1)钢板分为薄钢板、厚钢板、扁钢，规格以符号“”加上宽度厚度的毫米数表示。6001

4、2表示宽度为600mm、厚度为12mm的钢板。薄钢板：厚度0.354.0mm，宽度5001500mm，长度0.54m；厚钢板：厚4.560毫米，宽6003000毫米，长412米；扁钢：厚度460mm，宽度12200mm，长度39m。6.1.2钢规格，(2)热轧钢结构常用的型材为角度、槽钢、I型和h型钢(图示)。也分为用“I”和“QI”符号表示的普通和轻量级。h型钢宽凸缘h型钢(HK)、窄凸缘h型钢(HZ)和h型钢档案(HU)。图6.1热轧钢材，(3)冷弯薄壁和压型板薄壁型钢，用1.55mm薄板成型或冷弯，如图6.2所示。图6.2冷弯薄壁型钢，图6.3压型板，压型板厚0.42毫米钢板，镀锌钢板，

5、彩色涂层钢板冷轧波形板，我国有26个压型板型号。图6.3是其中的几个。(1)屈服强度和抗拉强度建筑用钢的强度和塑性，通常在室温静态载荷下单向拉伸试验曲线中，该试验表明，拉伸试验机中钢的标准试件是根据指定的载荷速度逐渐应用拉伸载荷，逐渐拉伸试样，直到发生拉伸破坏。根据负载加入期间测量的资料，应力应变曲线(即曲线)如图6.4所示，软钢的应力应变曲线、6.1.3钢的机械性质、图6.4软钢的单向拉伸应力应变图、应力超过FP后的应力比应力增长快，到达b点时应变急剧增加，应力基本上保持不变。此阶段称为屈服阶段，应力应变曲线是水平段，钢筋生成相当大的塑性变形，与c点对应的应力fy称为屈服强度。没有明显屈服点

6、和塑料平台的钢在卸载后残余变形为0.2%时，其应力称为屈服点，公称屈服点f0.2。屈服阶段后，钢内部组织将重新调整，直到曲线最高点拉伸强度fu，颈部收缩发生，变形激增，应力减少，最终试样损坏。抗拉强度是钢受损前可承受的最大应力，但为了没有实际意义，仅用作大塑性变形的强度储存。Fy/fu称为降伏率，其值越大，表示钢充分利用。越小，安全储备越大。(2)塑性钢的塑性是应力超过屈服点后可以立即产生重要塑性变形的特性，可以通过试样静态拉伸时的延伸率来测量。延伸率是诗篇拉伸后原始标准距离的延伸率与原始标准距离的百分比，即(3)冷弯性能的冷弯性能表示冷加工时(即在室温下加工)钢的抗裂能力。冷弯试验方法通过材

7、料试验机中的冷弯冲孔压力，将厚度为a、宽度为b的板材按照指定的弯曲直径d弯曲180度，弯曲位置没有裂纹，不能分层。此外，由于可以检查钢的内部缺陷(颗粒组织、结晶、杂质分布等)并确认钢的可焊性，因此冷弯性能是衡量钢质量的综合指标(图6.5)。图6.5冷弯曲试验图，(4)冲击韧性钢的韧性是钢在塑性变形和破坏过程中吸收能量的能力，是钢在动态载荷下抵抗脆性破坏的能力。钢结构用钢的机械性能指标包括表6.1和表6.2，表6.1Q235钢的机械性能，表6.2Q345和Q390钢的机械性能，6.1.4其他因素对钢性能的影响，钢锭在12001300高温下多次热轧制造。热轧改善钢锭的铸造组织，使结晶致密，消除一些

8、缺陷，提高机械性能。钢锭厚度与型钢厚度的比率称为压缩比，压缩率越大，质量越好。1，冶炼和轧制工艺，2，钢铁硬化，随着时间的推移钢铁强度增加塑料，韧性下降现象称为老化硬化。人为时效是钢先发生10%左右的塑性变形，然后加热到250，保持1h，然后在空气中冷却，几小时内完成时效。钢在弹塑性或塑性阶段卸下后重新加载，屈服点增加，弹性工作范围增加，但塑性和韧性减少的现象称为愤世嫉俗。钢在大约250时拉伸强度增加，塑性和韧性减少，这种现象称为蓝色脆性(由于表面氧化膜的蓝色)。在脆温范围内避免热加工。否则很容易出现裂缝。温度在室温下下降，强度会略有增加，但塑料和韧性下降，容易破碎；温度下降到一定区间，冲击韧

9、性急剧下降，破坏特性明显转变为脆性破坏，这就是低温制冷性。3温度的影响，4应力集中的影响，由于截面几何图形的急剧变化，应力线紧密地绞在一起，在孔边，槽口尖端产生局部峰值应力，而其他部分则减少应力，形成所谓的应力集中现象。如图6.6中所示，应力集中程度随零部件形状的变化而变化很大，最大应力很大。承受静态负载的元件必须根据规格防止剖面造型的急剧变异，并且设计时不考虑应力集中问题。图6.6应力集中中，在连续反复载荷下，即使应力低于拉伸强度或屈服点以下，钢的破坏现象也称为钢的疲劳。疲劳破坏之前没有明显的塑性变形或部分收缩，是突然脆性断裂。疲劳是由钢的纹理不均匀和应力分布不均匀引起的。5反复载荷的影响，(1)承重结构中的钢渡边杏使用Q235钢，Q345钢，(2)在以下情况下的承重结构和构件使用Q235沸腾钢：1)焊接结构a .需要承受直接动力载荷或振动载荷并检查疲劳的结构b .如果室外空气温度低于-20C，则需要承受直接动力载荷或振动载荷但无法确认疲劳的结构c .如果室外空气温度低于-30c，则所有承重结构2)如果成本接触结构室外空气温度低于-30C，则需要在-20C处承受直接动力载荷并检查疲劳的结构，6(4)要求疲劳检查焊接结构的钢必须在室温下具有冲击韧性的合格保证。需要检查疲劳的未焊接结构