20钢结构第二章钢结构的材料摘要.ppt

上节总结：上节总结：◎一、课程内容：一、课程内容：钢结构是采用钢材制作而成的结构，是建筑工程的主要结构钢结构是采用钢材制作而成的结构，是建筑工程的主要结构形式之一课程的主要内容包括材料、连接、基本构件、典型建结构的设计四大部分形式之一课程的主要内容包括材料、连接、基本构件、典型建结构的设计四大部分不同结构形式都是由基本构件不同结构形式都是由基本构件连结连结而成，基本构件的核心问题是而成，基本构件的核心问题是稳定稳定问题◎二、二、钢结构的特点钢结构的特点 ：：可靠性高、材料的强度高，钢结构自重轻，钢材的塑性可靠性高、材料的强度高，钢结构自重轻，钢材的塑性和韧性好，钢结构制造简便，施工工期短和韧性好，钢结构制造简便，施工工期短 ，钢结构密闭性好，钢结构密闭性好,钢材的耐锈蚀性差钢材的耐锈蚀性差 ，钢，钢结构耐热但不耐火，钢材在低温时脆性增大结构耐热但不耐火，钢材在低温时脆性增大 ◎三、钢结构的应用：三、钢结构的应用：1.大跨度结构大跨度结构 2.高层建筑高层建筑3.工业建筑工业建筑 4.轻型结构轻型结构 5.高耸高耸结构结构 6.活动式结构活动式结构 7.可拆卸或移动的结构可拆卸或移动的结构 8.容器和大直径管道容器和大直径管道9.抗震要求高的结构抗震要求高的结构10.急需早日交付使用的工程或运输条件差的工程急需早日交付使用的工程或运输条件差的工程11特种结构特种结构12钢桥钢桥13、住宅、住宅  水工：钢闸门、拦污栅、升船机、压力管（水库、压力前池、调压室向水轮机输送）。

水工：钢闸门、拦污栅、升船机、压力管（水库、压力前池、调压室向水轮机输送）       综上所述，钢结构是在各种工程中广泛应用的一种重要的结构形式随着我国经济综上所述，钢结构是在各种工程中广泛应用的一种重要的结构形式随着我国经济建设的发展和钢产量的提高，钢结构将会发挥日益重要的作用建设的发展和钢产量的提高，钢结构将会发挥日益重要的作用第二节第二节 钢结构的设计方法钢结构的设计方法 设计要求：设计要求：◎不适合采用其他材料结构时采用不适合采用其他材料结构时采用◎优先采用定型和标准化的结构构件和节点优先采用定型和标准化的结构构件和节点◎研究和完善结构型式时，应尽量做到结构简化和材料集中使研究和完善结构型式时，应尽量做到结构简化和材料集中使用（扩大构件）用（扩大构件）◎可靠性保证可靠性保证——运输、安装、使用过程运输、安装、使用过程◎合理选材、精心设计、保证耐久性合理选材、精心设计、保证耐久性◎尽可能先进设计方法、连接方式、结构形式、材料尽可能先进设计方法、连接方式、结构形式、材料减轻自重减轻自重节省钢材，受力明确，发挥钢材性能节省钢材，受力明确，发挥钢材性能◎防腐、防高温、低温防腐、防高温、低温◎造型美观造型美观一．结构设计的目的一．结构设计的目的          任何结构都是为了完成所要求的某些功能而设计的。

工程结构任何结构都是为了完成所要求的某些功能而设计的工程结构必须具备下列功能：必须具备下列功能：•1．．安全性安全性：结构在正常施工和正常使用条件下，承受可能出现的：结构在正常施工和正常使用条件下，承受可能出现的各种作用的能力，以及在偶然事件发生时和发生后，仍保持必要的各种作用的能力，以及在偶然事件发生时和发生后，仍保持必要的整体稳定性的能力整体稳定性的能力 •2．．适用性适用性：结构在正常使用的条件下，满足预定使用要求的能力：结构在正常使用的条件下，满足预定使用要求的能力.•3．．耐久性耐久性：结构在正常维护条件下，随时间变化而仍能满足预定：结构在正常维护条件下，随时间变化而仍能满足预定功能要求的能力功能要求的能力          结构的安全性、适用性、耐久性总称为结构的可靠性结构设计结构的安全性、适用性、耐久性总称为结构的可靠性结构设计（计算）的目的是在满足各种预定功能的前提下，做到技术先进、安（计算）的目的是在满足各种预定功能的前提下，做到技术先进、安全适用、经济合理和确保质量要实现这一目的，必须借助于合理的全适用、经济合理和确保质量要实现这一目的，必须借助于合理的设计方法设计方法。

 二设计方法二设计方法◎1．影响结构可靠性的因素．影响结构可靠性的因素           对于一般的工程结构，影响结构可靠性的因素可以归并为对于一般的工程结构，影响结构可靠性的因素可以归并为荷载效应荷载效应S（荷载作用引起的结构或构件的内力、变形等）和（荷载作用引起的结构或构件的内力、变形等）和结构抗力结构抗力R （结构或构件承受荷载效应的能力，如承载力、刚（结构或构件承受荷载效应的能力，如承载力、刚度等）两个基本变量度等）两个基本变量Z = R- S                                （（1- 1））•         Z—结构完成预定功能状态的函数结构完成预定功能状态的函数•         Z>0结构处于可靠状态；结构处于可靠状态；•         Z<0 结构处于失效状态；结构处于失效状态；•         Z＝＝0结构处于临界状态，一旦超过这一状态，结构将不结构处于临界状态，一旦超过这一状态，结构将不再能满足设计要求因此它也称为极限状态再能满足设计要求因此它也称为极限状态◎2．概率极限状态设计法．概率极限状态设计法1)结构设计应考虑下列两种极限状态：结构设计应考虑下列两种极限状态：•（（1）承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载能力，或）承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载的变形的极限状态。

达到不适于继续承载的变形的极限状态•（（2）正常使用极限状态：结构或构件达到使用功能上允许的）正常使用极限状态：结构或构件达到使用功能上允许的某一限值的极限状态某一限值的极限状态2)结构可靠度：结构可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率预定功能的概率(Pr )                                          Pf =P (z<0)       Pr = P (z≥0) =1- Pf　　　　 　　　　 二．设计方法二．设计方法设计使用年限分类设计使用年限分类类别类别设计使用年限设计使用年限示例示例1 15 5临时性结构临时性结构2 22525易于替换的结构构件易于替换的结构构件3 35050普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物4 4100100纪念性建筑和特别重要的结构纪念性建筑和特别重要的结构3）钢结构设计规范）钢结构设计规范(GB50017)设计方法设计方法◎对于承载能力极限状态采用应力表达式对于承载能力极限状态采用应力表达式◎正常使用极限状态正常使用极限状态4）现行水工、桥梁钢结构专门规范的设计方法）现行水工、桥梁钢结构专门规范的设计方法—容许应力法（如容许应力法（如水利水电工程钢闸门设计规范水利水电工程钢闸门设计规范SL74-95））第三节第三节 钢结构的发展钢结构的发展 一、钢结构快速发展的条件一、钢结构快速发展的条件 ◎我国的钢产量从我国的钢产量从1996年起年产已突破年起年产已突破1亿吨亿吨,2001年年1.57 亿吨，亿吨，2002年达年达1.8亿吨。

钢产量的提高为发展钢结构提供了主要的亿吨钢产量的提高为发展钢结构提供了主要的物质基础物质基础◎一系列的规范和规程的颁发及计算机技术的应用、材料、设一系列的规范和规程的颁发及计算机技术的应用、材料、设计方法、结构体系的发展，使我国的钢结构发展具备了必要计方法、结构体系的发展，使我国的钢结构发展具备了必要的技术基础的技术基础◎《《中国建筑技术政策中国建筑技术政策》》（（1996年年  2010年）中具体地提出了年）中具体地提出了发展钢结构的要求，这是几十年来第一次国家明确提出的政发展钢结构的要求，这是几十年来第一次国家明确提出的政策支持这些将会促进钢结构应用的进一步发展，必将对钢策支持这些将会促进钢结构应用的进一步发展，必将对钢结构提出更多更高的要求结构提出更多更高的要求◎钢结构是环保型的、易于产业化的和可再次利用的或者说可钢结构是环保型的、易于产业化的和可再次利用的或者说可持续发展的结构，应积极合理地扩大在工程中的应用持续发展的结构，应积极合理地扩大在工程中的应用二、钢结构发展的几个方面二、钢结构发展的几个方面◎1.设计方法和计算理论的改进设计方法和计算理论的改进•1）水工、桥梁钢结构应早日采用概率极限状态设计法。

水工、桥梁钢结构应早日采用概率极限状态设计法 •2））(GB50017) 向采用更为先进合理的全概率极限状态设计法的方向采用更为先进合理的全概率极限状态设计法的方向努力•3）设计由构件或某一截面的可靠度，向以整个结构体系可靠度分）设计由构件或某一截面的可靠度，向以整个结构体系可靠度分析为目标的结构设计发展析为目标的结构设计发展•4) 钢结构的计算理论，如稳定计算、塑性设计、优化设计以及在钢结构的计算理论，如稳定计算、塑性设计、优化设计以及在动力荷载作用下的性能等，都需要进一步深入研究动力荷载作用下的性能等，都需要进一步深入研究   二、钢结构发展的几个方面二、钢结构发展的几个方面 ◎2. 优质钢材的应用优质钢材的应用•采用高强度钢材采用高强度钢材:可以用较少的材料做成功效较高的结构，对于可以用较少的材料做成功效较高的结构，对于跨度大、荷载大的结构和移动式结构极为有利国外已把屈服强跨度大、荷载大的结构和移动式结构极为有利国外已把屈服强度为度为700～～800N/mm2或更高强度的低合金结构钢列入设计规范或更高强度的低合金结构钢列入设计规范研究强度更高的钢材及其合理使用将是重要的课题研究强度更高的钢材及其合理使用将是重要的课题。

•生产和推广应用经济断面钢材：生产和推广应用经济断面钢材：如轧制如轧制H型钢、型钢、T型钢、冷弯薄型钢、冷弯薄壁型钢、彩色涂层压型钢板等壁型钢、彩色涂层压型钢板等•研制和应用高功能结构钢：研制和应用高功能结构钢：（（1）耐火钢：我国已生产出了耐火）耐火钢：我国已生产出了耐火耐候钢，并用于工程建设耐候钢，并用于工程建设2）耐大气腐蚀钢（耐候钢）：研）耐大气腐蚀钢（耐候钢）：研究生产新的高性能耐候钢和耐火耐候钢及涂料仍然是今后研究的究生产新的高性能耐候钢和耐火耐候钢及涂料仍然是今后研究的重点12（（3）低屈强比耐震结构钢：钢材的屈强比越低，材料）低屈强比耐震结构钢：钢材的屈强比越低，材料破断前产生稳定塑性变形的能力越高，吸震性能越好破断前产生稳定塑性变形的能力越高，吸震性能越好二、钢结构发展的几个方面二、钢结构发展的几个方面 ◎3.结构型式的革新结构型式的革新 •新型结构：如网架和网壳结构、薄壁型钢结构、悬挂结构、索新型结构：如网架和网壳结构、薄壁型钢结构、悬挂结构、索膜结构、索网结构和其它杂交结构膜结构、索网结构和其它杂交结构 •预应力结构、预应力结构、•钢钢—混凝土组合结构、钢混凝土组合结构、钢—混凝土混合结构、混凝土混合结构、4.制造工业水平的提高制造工业水平的提高 改进钢结构制造的工艺和进行设备更新，提高机械化和自动化水改进钢结构制造的工艺和进行设备更新，提高机械化和自动化水平。

应促进一些结构形成系列化、标准化、产品化，实现工厂平应促进一些结构形成系列化、标准化、产品化，实现工厂化批量生产，作为产品投放市场，降低造价化批量生产，作为产品投放市场，降低造价 5、最优化原理的应用、最优化原理的应用◎结构优化设计包括确定优化的结构形式和确定优化的截面尺结构优化设计包括确定优化的结构形式和确定优化的截面尺寸由于电子计算机的逐步普及，促使结构优化设计得到相寸由于电子计算机的逐步普及，促使结构优化设计得到相应的发展我国编制的钢吊车梁标准图集，就是根据耗钢量应的发展我国编制的钢吊车梁标准图集，就是根据耗钢量最小的条件写出目标函数，把强度、稳定、刚度等一系列设计最小的条件写出目标函数，把强度、稳定、刚度等一系列设计要求作为约束条件，用计算机解得优化的截面尺寸，比过去要求作为约束条件，用计算机解得优化的截面尺寸，比过去的标准设计节省钢材的标准设计节省钢材5％～％～10％优化设计已逐步推广到塔桅％优化设计已逐步推广到塔桅结构、网架结构设计等各个方面结构、网架结构设计等各个方面设计参考资料设计参考资料◎《《水工设计手册水工设计手册》》◎《《水闸水闸》》◎《《水利水电工程钢闸门设计规范水利水电工程钢闸门设计规范》》◎《《钢结构设计规范钢结构设计规范》》2003◎《《水利水电工程结构可靠度设计统一标准水利水电工程结构可靠度设计统一标准》》1991◎《《水工建筑物荷载设计规范水工建筑物荷载设计规范》》1997◎《《船闸总体设计规范船闸总体设计规范》》2001◎《《水电站压力钢管设计规范水电站压力钢管设计规范》》2003练习练习◎大跨度结构应优先选用钢材，其主要原因是。

大跨度结构应优先选用钢材，其主要原因是◎（（A）） 钢结构具有良好的装配性钢结构具有良好的装配性 ◎（（B）） 钢材的韧性好钢材的韧性好 ◎（（C）） 钢材接近均质等向体，力学计算结果与实际结果最符钢材接近均质等向体，力学计算结果与实际结果最符合合 ◎（（D）） 钢材的重量与强度之比小于混凝土等其他材料钢材的重量与强度之比小于混凝土等其他材料上节总结：上节总结：◎一、课程内容：一、课程内容：钢结构是采用钢材制作而成的结构，是建筑工程的主要结构钢结构是采用钢材制作而成的结构，是建筑工程的主要结构形式之一课程的主要内容包括材料、连接、基本构件、典型建结构的设计四大部分形式之一课程的主要内容包括材料、连接、基本构件、典型建结构的设计四大部分不同结构形式都是由基本构件不同结构形式都是由基本构件连结连结而成，基本构件的核心问题是而成，基本构件的核心问题是稳定稳定问题◎二、二、钢结构的特点钢结构的特点 ：：可靠性高、材料的强度高，钢结构自重轻，钢材的塑性可靠性高、材料的强度高，钢结构自重轻，钢材的塑性和韧性好，钢结构制造简便，施工工期短和韧性好，钢结构制造简便，施工工期短 ，钢结构密闭性好，钢结构密闭性好,钢材的耐锈蚀性差钢材的耐锈蚀性差 ，钢，钢结构耐热但不耐火，钢材在低温时脆性增大结构耐热但不耐火，钢材在低温时脆性增大 ◎三、钢结构的应用：三、钢结构的应用：1.大跨度结构大跨度结构 2.高层建筑高层建筑3.工业建筑工业建筑 4.轻型结构轻型结构 5.高耸高耸结构结构 6.活动式结构活动式结构 7.可拆卸或移动的结构可拆卸或移动的结构 8.容器和大直径管道容器和大直径管道9.抗震要求高的结构抗震要求高的结构10.急需早日交付使用的工程或运输条件差的工程急需早日交付使用的工程或运输条件差的工程11特种结构特种结构12钢桥钢桥13、住宅、住宅  水工：钢闸门、拦污栅、升船机、压力管（水库、压力前池、调压室向水轮机输送）。

水工：钢闸门、拦污栅、升船机、压力管（水库、压力前池、调压室向水轮机输送）       综上所述，钢结构是在各种工程中广泛应用的一种重要的结构形式随着我国经济综上所述，钢结构是在各种工程中广泛应用的一种重要的结构形式随着我国经济建设的发展和钢产量的提高，钢结构将会发挥日益重要的作用建设的发展和钢产量的提高，钢结构将会发挥日益重要的作用第二节第二节 钢结构的设计方法钢结构的设计方法 设计要求：设计要求：◎不适合采用其他材料结构时采用不适合采用其他材料结构时采用◎优先采用定型和标准化的结构构件和节点优先采用定型和标准化的结构构件和节点◎研究和完善结构型式时，应尽量做到结构简化和材料集中使研究和完善结构型式时，应尽量做到结构简化和材料集中使用（扩大构件）用（扩大构件）◎可靠性保证可靠性保证——运输、安装、使用过程运输、安装、使用过程◎合理选材、精心设计、保证耐久性合理选材、精心设计、保证耐久性◎尽可能先进设计方法、连接方式、结构形式、材料尽可能先进设计方法、连接方式、结构形式、材料减轻自重减轻自重节省钢材，受力明确，发挥钢材性能节省钢材，受力明确，发挥钢材性能◎防腐、防高温、低温防腐、防高温、低温◎造型美观造型美观一．结构设计的目的一．结构设计的目的          任何结构都是为了完成所要求的某些功能而设计的。

工程结构任何结构都是为了完成所要求的某些功能而设计的工程结构必须具备下列功能：必须具备下列功能：•1．．安全性安全性：结构在正常施工和正常使用条件下，承受可能出现的：结构在正常施工和正常使用条件下，承受可能出现的各种作用的能力，以及在偶然事件发生时和发生后，仍保持必要的各种作用的能力，以及在偶然事件发生时和发生后，仍保持必要的整体稳定性的能力整体稳定性的能力 •2．．适用性适用性：结构在正常使用的条件下，满足预定使用要求的能力：结构在正常使用的条件下，满足预定使用要求的能力.•3．．耐久性耐久性：结构在正常维护条件下，随时间变化而仍能满足预定：结构在正常维护条件下，随时间变化而仍能满足预定功能要求的能力功能要求的能力          结构的安全性、适用性、耐久性总称为结构的可靠性结构设计结构的安全性、适用性、耐久性总称为结构的可靠性结构设计（计算）的目的是在满足各种预定功能的前提下，做到技术先进、安（计算）的目的是在满足各种预定功能的前提下，做到技术先进、安全适用、经济合理和确保质量要实现这一目的，必须借助于合理的全适用、经济合理和确保质量要实现这一目的，必须借助于合理的设计方法设计方法。

 二设计方法二设计方法◎1．影响结构可靠性的因素．影响结构可靠性的因素           对于一般的工程结构，影响结构可靠性的因素可以归并为对于一般的工程结构，影响结构可靠性的因素可以归并为荷载效应荷载效应S（荷载作用引起的结构或构件的内力、变形等）和（荷载作用引起的结构或构件的内力、变形等）和结构抗力结构抗力R （结构或构件承受荷载效应的能力，如承载力、刚（结构或构件承受荷载效应的能力，如承载力、刚度等）两个基本变量度等）两个基本变量Z = R- S                                （（1- 1））•         Z—结构完成预定功能状态的函数结构完成预定功能状态的函数•         Z>0结构处于可靠状态；结构处于可靠状态；•         Z<0 结构处于失效状态；结构处于失效状态；•         Z＝＝0结构处于临界状态，一旦超过这一状态，结构将不结构处于临界状态，一旦超过这一状态，结构将不再能满足设计要求因此它也称为极限状态再能满足设计要求因此它也称为极限状态◎2．概率极限状态设计法．概率极限状态设计法1)结构设计应考虑下列两种极限状态：结构设计应考虑下列两种极限状态：•（（1）承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载能力，或）承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载的变形的极限状态。

达到不适于继续承载的变形的极限状态•（（2）正常使用极限状态：结构或构件达到使用功能上允许的）正常使用极限状态：结构或构件达到使用功能上允许的某一限值的极限状态某一限值的极限状态2)结构可靠度：结构可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率预定功能的概率(Pr )                                          Pf =P (z<0)       Pr = P (z≥0) =1- Pf　　　　 　　　　 二．设计方法二．设计方法设计使用年限分类设计使用年限分类类别类别设计使用年限设计使用年限示例示例1 15 5临时性结构临时性结构2 22525易于替换的结构构件易于替换的结构构件3 35050普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物4 4100100纪念性建筑和特别重要的结构纪念性建筑和特别重要的结构3）钢结构设计规范）钢结构设计规范(GB50017)设计方法设计方法◎对于承载能力极限状态采用应力表达式对于承载能力极限状态采用应力表达式◎正常使用极限状态正常使用极限状态4）现行水工、桥梁钢结构专门规范的设计方法）现行水工、桥梁钢结构专门规范的设计方法—容许应力法（如容许应力法（如水利水电工程钢闸门设计规范水利水电工程钢闸门设计规范SL74-95））计算指标的标准值与设计值计算指标的标准值与设计值◎(1)标准值标准值◎    指某项计算指标在结构使用期间内在正常情况下的最不利指某项计算指标在结构使用期间内在正常情况下的最不利的可能值。

由于各种变异因素，其可能值一般情况下是随机的可能值由于各种变异因素，其可能值一般情况下是随机变量为确保结构计算的可靠性要求，规范规定了各种计算变量为确保结构计算的可靠性要求，规范规定了各种计算参数的标准值取值方法和取值标准参数的标准值取值方法和取值标准◎   例如，结构所承受的各种荷载的标准值应按现行国家标准例如，结构所承受的各种荷载的标准值应按现行国家标准《《建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范》》的规定采用的规定采用 钢材的强度标准值，按钢材的强度标准值，按某种钢材在强度试验时的统计数据以概率统计保证率不低于某种钢材在强度试验时的统计数据以概率统计保证率不低于95％的上限值选取％的上限值选取 (2)设计值设计值◎考虑到设计计算时和施工中许多不可预计与不可避免因素造成的误差，考虑到设计计算时和施工中许多不可预计与不可避免因素造成的误差，以及使用过程中各种偶然因素对结构的影响，为保证结构的可靠度指以及使用过程中各种偶然因素对结构的影响，为保证结构的可靠度指标符合规定要求，在按极限状态进行概率分析时，规定了各种计算参标符合规定要求，在按极限状态进行概率分析时，规定了各种计算参量在设计计算中的取值要求，称为各指标的设计值。

量在设计计算中的取值要求，称为各指标的设计值◎   设计值设计值一般按标准值乘以一般按标准值乘以(或除以或除以)规定的荷载分项系数规定的荷载分项系数(或结构抗力或结构抗力系数系数)取得◎结构抗力指标结构抗力指标(强度、刚度等强度、刚度等)的设计值，通常可由规范提供的相关表的设计值，通常可由规范提供的相关表格中直接查到格中直接查到◎荷载分项系数按结构荷载规范选取同时，我们把按各项计算参量的荷载分项系数按结构荷载规范选取同时，我们把按各项计算参量的设计值要求，计算所得的某项功能指标，称为该指标的设计值例如设计值要求，计算所得的某项功能指标，称为该指标的设计值例如荷载作用下杆件的弯矩设计值、轴力设计值等荷载作用下杆件的弯矩设计值、轴力设计值等 学习本章的主要目的是学习本章的主要目的是如何选择钢材如何选择钢材这就要求首先掌握钢材的性能，其中最重这就要求首先掌握钢材的性能，其中最重要的是脆断要的是脆断 第一节第一节 钢结构对所用材料的要求钢结构对所用材料的要求 ◎1.塑性破坏：塑性破坏：•钢材在产生很大的变形以后发生的断裂破坏称为塑性破坏，也称为延性破坏钢材在产生很大的变形以后发生的断裂破坏称为塑性破坏，也称为延性破坏。

•塑性破坏是由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉强度塑性破坏是由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉强度后才发生后才发生•在塑性破坏前，由于总有较大的塑性变形发生，且变形持续的时间较长，很容易及时发现而采取措施予以补救，不致在塑性破坏前，由于总有较大的塑性变形发生，且变形持续的时间较长，很容易及时发现而采取措施予以补救，不致引起严重后果而且适度的塑性变形能起到调整结构内力分布的作用，使原先结构应力不均匀的，局部高峰的应力部引起严重后果而且适度的塑性变形能起到调整结构内力分布的作用，使原先结构应力不均匀的，局部高峰的应力部分趋于均匀，从而提高结构的承载能力分趋于均匀，从而提高结构的承载能力◎2.脆性破坏：脆性破坏：•钢材在变形很小的情况下突然发生断裂破坏分为一般脆性破坏和疲劳破坏钢材在变形很小的情况下突然发生断裂破坏分为一般脆性破坏和疲劳破坏•应力集中（动力荷载、同号复杂应力）、本身质量问题（低温冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，应力集中（动力荷载、同号复杂应力）、本身质量问题（低温冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地，元素含量、夹杂物、晶粒较粗）、低温、钢板厚度（主应力控制，易于脆性断裂）常是断裂的发源地，元素含量、夹杂物、晶粒较粗）、低温、钢板厚度（主应力控制，易于脆性断裂）•由于脆性破坏具有突然性，无法预测，而且个别构件的断裂常引起整个结构塌毁，危及生命财产的安全，后果严重。

由于脆性破坏具有突然性，无法预测，而且个别构件的断裂常引起整个结构塌毁，危及生命财产的安全，后果严重故比塑性破坏要危险得多，在钢结构工程设计、施工与安装中应采取适当措施尽力避免故比塑性破坏要危险得多，在钢结构工程设计、施工与安装中应采取适当措施尽力避免——选好材、减少应力集中、选好材、减少应力集中、设计构件选用较薄钢板设计构件选用较薄钢板一、钢材的破坏形式一、钢材的破坏形式  钢结构的原材料是钢，钢的种类繁多，性能差别很大，适用钢结构的原材料是钢，钢的种类繁多，性能差别很大，适用于钢结构的钢只是其中的一小部分用作钢结构的钢必须符于钢结构的钢只是其中的一小部分用作钢结构的钢必须符合下列要求：合下列要求：       1、强度、强度fy 、、fu高：高： 2 2、塑性、韧性、耐久性好：、塑性、韧性、耐久性好：可防止脆性破坏，抗动力荷载可防止脆性破坏，抗动力荷载好，耐疲劳好，耐疲劳 3 3、良好的加工性能：、良好的加工性能：冷、热加工和可焊性好冷、热加工和可焊性好 4 4、耐腐性好、耐腐性好 5 5、价格便宜、价格便宜( (易于施工、价格合理易于施工、价格合理) ◎有时还要求钢材具有适应低温、高温等环境的能力。

有时还要求钢材具有适应低温、高温等环境的能力二、二、钢结构对所用材料的要求钢结构对所用材料的要求 规范规定规范规定◎按以上要求，钢结构设计规范具体规定：按以上要求，钢结构设计规范具体规定：◎承重结构采用的钢材应具有承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证硫、磷含量的合格保证◎对焊接结构尚应具有对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证碳含量的合格保证◎焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有有冷弯试验的合格保证冷弯试验的合格保证◎对需要验算疲劳强度的结构用钢材，根据具体情况应当具有对需要验算疲劳强度的结构用钢材，根据具体情况应当具有常温或负温冲击韧性的合格保证常温或负温冲击韧性的合格保证 二、钢结构对所用材料的要求二、钢结构对所用材料的要求◎《《钢结构设计规范（钢结构设计规范（GB50017)》》推荐使用：推荐使用：•碳素结构钢中的碳素结构钢中的Q235钢、钢、•低合金结构钢中的低合金结构钢中的Q345钢、钢、Q390钢、钢、Q420钢          随着研究的深入，必将有一些满足要求的其它种类钢材可供随着研究的深入，必将有一些满足要求的其它种类钢材可供使用。

若选用钢结构设计规范还未推荐的钢材时，需有可靠的依使用若选用钢结构设计规范还未推荐的钢材时，需有可靠的依据，以确保钢结构的质量据，以确保钢结构的质量◎专用钢结构用材见相关规范专用钢结构用材见相关规范第二节　钢材的主要机械性能第二节　钢材的主要机械性能 ◎◎ 钢材的主要性能钢材的主要性能   钢材的主要性能包括钢材的钢材的主要性能包括钢材的力学性能、焊接性能与耐久性能力学性能、焊接性能与耐久性能 ◎钢材的机械性能（力学性能）钢材的机械性能（力学性能）          通常是指钢厂生产供应的钢材在标准条件下拉伸、冷弯和冲通常是指钢厂生产供应的钢材在标准条件下拉伸、冷弯和冲击等单独作用下显示出的各种机械性能击等单独作用下显示出的各种机械性能它包括强度、塑性、它包括强度、塑性、冷弯性能及韧度等冷弯性能及韧度等          它们由相应实验得到，试验采用试件的制作和试验方法它们由相应实验得到，试验采用试件的制作和试验方法都必须按照各相关国家标准规定进行都必须按照各相关国家标准规定进行一、单向拉伸时的性能一、单向拉伸时的性能 （强度性能）（强度性能）   钢材的强度性能可用几个有代表性的强度指标来表述，它包钢材的强度性能可用几个有代表性的强度指标来表述，它包括材料的括材料的比例极限、弹性极限、屈服点与抗拉强度比例极限、弹性极限、屈服点与抗拉强度。

用以下用以下实验显示：实验显示：◎标准试件标准试件在室温（在室温（10℃～～35℃)、以满足静力加载的加载速度一次加载所得钢材的应力、以满足静力加载的加载速度一次加载所得钢材的应力σ～～ε应变曲线显示应变曲线显示的钢材机械性能如下：的钢材机械性能如下： ◎(1)弹性阶段：弹性阶段：σ≤ fp，，σ与与ε呈线性关系，称该直线的斜率呈线性关系，称该直线的斜率E为钢材的弹性模量在钢结构为钢材的弹性模量在钢结构设计中，对所有钢材统一取设计中，对所有钢材统一取E =2.06×105 N/mm2◎比例极限比例极限fp：这是应力一应变图中直线段的最大应力值实际上，比比例极限略高处还存在弹性极限，但弹性极限与比例极限十分接近，所以：这是应力一应变图中直线段的最大应力值实际上，比比例极限略高处还存在弹性极限，但弹性极限与比例极限十分接近，所以通常略去弹性极限的点，将比例极限看做是弹性极限这样，当应力不超过比例极限时，应力与应变成正比，卸荷后变形完全恢复，符合虎通常略去弹性极限的点，将比例极限看做是弹性极限这样，当应力不超过比例极限时，应力与应变成正比，卸荷后变形完全恢复，符合虎克定律这一阶段是弹性阶段克定律。

这一阶段是弹性阶段OA◎(2)弹塑性阶段：弹塑性阶段：σ与与ε呈非线性关系，切线模量呈非线性关系，切线模量Et＝＝dσ/dε, Et随应力增大而减小，当随应力增大而减小，当σ= fy 时，时，Et=0◎应变超过比例极限之后不再与应力成正比，而是逐渐加大，应力一应变成曲线关系，一直到达屈服点这一阶段是弹塑性阶段应变超过比例极限之后不再与应力成正比，而是逐渐加大，应力一应变成曲线关系，一直到达屈服点这一阶段是弹塑性阶段AB，，B点的应点的应力为屈服点这一阶段的变形由弹性变形和塑性变形组成，其中弹性变形在卸载后恢复为零，而塑性变形不能恢复，成为残余变形，或者叫力为屈服点这一阶段的变形由弹性变形和塑性变形组成，其中弹性变形在卸载后恢复为零，而塑性变形不能恢复，成为残余变形，或者叫永久变形永久变形◎(3)塑性阶段，也称屈服阶段：塑性阶段，也称屈服阶段：σ= fy后钢材暂时不能承受更大的荷载，且伴随产生很大的变形，后钢材暂时不能承受更大的荷载，且伴随产生很大的变形，因此，钢结构设计取因此，钢结构设计取 fy作为强度极限承载力的标志作为强度极限承载力的标志◎当应力达到屈服强度后，应力保持不变而应变持续发展，形成水平阶段，即屈服平台当应力达到屈服强度后，应力保持不变而应变持续发展，形成水平阶段，即屈服平台BC。

这时犹如钢材屈服于所施加的荷载，故称为屈服阶段这时犹如钢材屈服于所施加的荷载，故称为屈服阶段实际上由于加载速度及试件状况等使用条件的不同，屈服开始时总是形成曲线上下波动，波动最高点称为上屈服点，最低点为下屈服点下屈实际上由于加载速度及试件状况等使用条件的不同，屈服开始时总是形成曲线上下波动，波动最高点称为上屈服点，最低点为下屈服点下屈服点的数值对试验条件不敏感，所以计算时取下屈服点作为钢材的屈服极限．含碳量高的钢或高强度钢（调质处理低合金钢），一般没有明显服点的数值对试验条件不敏感，所以计算时取下屈服点作为钢材的屈服极限．含碳量高的钢或高强度钢（调质处理低合金钢），一般没有明显的屈服点，这时取对应于残余应变的屈服点，这时取对应于残余应变=0．．2％时的应力作为钢材的屈服点，称为条件屈服点或屈服强度为简单划一，钢结构设计中常不区分钢％时的应力作为钢材的屈服点，称为条件屈服点或屈服强度为简单划一，钢结构设计中常不区分钢材的屈服点或条件屈服点，而统一称作屈服强度考虑应力达到屈服强度后钢材暂时不能承受更大的荷载，且伴随产生很大的变形，因此钢结材的屈服点或条件屈服点，而统一称作屈服强度考虑应力达到屈服强度后钢材暂时不能承受更大的荷载，且伴随产生很大的变形，因此钢结构设计取屈服强度作为钢材的强度承载力极限。

构设计取屈服强度作为钢材的强度承载力极限 （钢材强度标准值）（钢材强度标准值）◎(4)强化阶段：强化阶段：试件能承受的最大拉应力试件能承受的最大拉应力fu为钢材的抗为钢材的抗拉强度fu作为材料的强度储备作为材料的强度储备◎钢材经历了屈服阶段较大的塑性变形后，金属内部结构得到调整，出现应变硬化，产生了继续承受增长荷载的能力，应力钢材经历了屈服阶段较大的塑性变形后，金属内部结构得到调整，出现应变硬化，产生了继续承受增长荷载的能力，应力一应变曲线又开始上升，一直到一应变曲线又开始上升，一直到D点，应变达到点，应变达到20%甚至更大，称为钢材的强化阶段试件能承受的最大拉应力，称为钢甚至更大，称为钢材的强化阶段试件能承受的最大拉应力，称为钢材的抗拉强度在这一阶段的变形模量称为强化模量，它比弹性模量低得多材的抗拉强度在这一阶段的变形模量称为强化模量，它比弹性模量低得多 ◎(5)颈缩破坏阶段颈缩破坏阶段 ◎到达抗拉强度后，试件出现局部横向收缩变形，随后断裂到达抗拉强度后，试件出现局部横向收缩变形，随后断裂◎因为到达屈服强度后，产生较大变形，所以取其为强度标准值，而到达因为到达屈服强度后，产生较大变形，所以取其为强度标准值，而到达D点后，点后，构件开始断裂，构件开始断裂，所以抗拉强度作为强度储备。

屈强比表示强度储备大小所以抗拉强度作为强度储备屈强比表示强度储备大小◎(6)可把钢材视为理想弹塑性体可把钢材视为理想弹塑性体二、塑性变形能力二、塑性变形能力  塑性是指钢材破坏前产生塑性变形的能力，其值可用由静力塑性是指钢材破坏前产生塑性变形的能力，其值可用由静力拉伸试验得到的力学性能指标拉伸试验得到的力学性能指标伸长率伸长率δ =(l1-l0)/ l0*100%与与截截面收缩率面收缩率来衡量值越大，表明钢材塑性越好值越大，表明钢材塑性越好◎截面收缩率还可反映钢材的颈缩部分在三向拉应力情况下的截面收缩率还可反映钢材的颈缩部分在三向拉应力情况下的最大塑性变形能力，这对于需考虑厚度方向抗层状撕裂能力最大塑性变形能力，这对于需考虑厚度方向抗层状撕裂能力的的z向钢板很重要向钢板很重要三、冷弯性能三、冷弯性能 ◎将试件弯成将试件弯成180º，若试件外表面不出，若试件外表面不出现现裂纹裂纹和和分层分层，即为合格即为合格◎比单项拉伸试验更严格，反应钢材比单项拉伸试验更严格，反应钢材的冷加工性能，而且还可暴露钢材的的冷加工性能，而且还可暴露钢材的内部缺陷内部缺陷◎综合反映钢材的综合反映钢材的塑性性能塑性性能和和冶金质冶金质量量。

◎重要结构重要结构中需要有良好的冷热加工中需要有良好的冷热加工性能时，应有冷弯合格保证性能时，应有冷弯合格保证三、冲击韧性三、冲击韧性 （缺口韧性）（缺口韧性） ◎韧性是钢材断裂吸收机械能能力的度量，应力应变曲线下面面积大小，不能用于实际工作中衡量（应力集中韧性是钢材断裂吸收机械能能力的度量，应力应变曲线下面面积大小，不能用于实际工作中衡量（应力集中和动荷载）和动荷载）◎冲击韧性值冲击韧性值用击断带用击断带V形缺口试样所需的冲击功形缺口试样所需的冲击功AkV表示表示,单位为单位为J衡量抵抗脆性破坏的能力衡量抵抗脆性破坏的能力◎冲击韧性与温度有关冲击韧性与温度有关•当温度低于某一负温值时，冲击韧性值将急剧降低当温度低于某一负温值时，冲击韧性值将急剧降低•因此在寒冷地区建造的直接承受动力荷载的钢结构，因此在寒冷地区建造的直接承受动力荷载的钢结构，除应有常温冲击韧性的保证外，尚应依钢材的类别，除应有常温冲击韧性的保证外，尚应依钢材的类别，使其具有使其具有-20℃ 或或-40℃的冲击韧性保证，应的冲击韧性保证，应AkV ≥27J（焦耳）四、钢材受压和受剪时的性能四、钢材受压和受剪时的性能 ◎钢材在单向受压钢材在单向受压（短试件）时，受力性能基本上与单向受拉（短试件）时，受力性能基本上与单向受拉相同。

相同◎受剪的情况受剪的情况也相似，但受剪屈服强度也相似，但受剪屈服强度τy及抗剪强度及抗剪强度τu均低于均低于fy和和fu；剪变模量；剪变模量G也低于弹性模量也低于弹性模量E五、钢材的焊接性能五、钢材的焊接性能◎钢材的焊接性是指在给定的构造形式和焊接工艺条件下获得符合质量钢材的焊接性是指在给定的构造形式和焊接工艺条件下获得符合质量要求的焊缝连接的性能要求的焊缝连接的性能◎焊接性能差的钢材在焊接的热影响区容易发生脆性裂缝焊接性能差的钢材在焊接的热影响区容易发生脆性裂缝(如热裂缝或冷如热裂缝或冷裂缝裂缝)，不易保证焊接质量，除非采用特定的复杂焊接工艺不易保证焊接质量，除非采用特定的复杂焊接工艺◎故对于重要的承受动力荷载的焊接结构故对于重要的承受动力荷载的焊接结构，应对所用钢材进行焊接性能，应对所用钢材进行焊接性能的鉴定◎钢材的焊接性能可用试验焊缝的试件进行试验，以测定焊缝及其热影钢材的焊接性能可用试验焊缝的试件进行试验，以测定焊缝及其热影响区钢材的抗裂性、塑性和冲击韧性等响区钢材的抗裂性、塑性和冲击韧性等◎    钢材的焊接性能除了与钢的含碳量等化学成分密切相关外，还与钢钢材的焊接性能除了与钢的含碳量等化学成分密切相关外，还与钢的塑性及冲击韧性有密切关系。

的塑性及冲击韧性有密切关系一般来说冲击韧性合格的钢材，其焊一般来说冲击韧性合格的钢材，其焊接质量也容易保证接质量也容易保证 ◎焊接工艺评定报告焊接工艺评定报告六、钢材的耐久性能六、钢材的耐久性能◎钢材的耐久性主要表现为其抗腐蚀性能对于长期暴露在空钢材的耐久性主要表现为其抗腐蚀性能对于长期暴露在空气中或经常处于干湿交替环境下的钢结构，容易产生锈蚀破气中或经常处于干湿交替环境下的钢结构，容易产生锈蚀破坏水工钢闸门，坏水工钢闸门，15年承载能力下降）年承载能力下降）◎钢材腐蚀速度：钢材腐蚀速度：普通碳钢每年的腐蚀速度经常能达到普通碳钢每年的腐蚀速度经常能达到0.3-0.4毫米毫米/年，不锈钢腐蚀速率＜年，不锈钢腐蚀速率＜0.005mm/年年 /单位时间单位面单位时间单位面积腐蚀减损的重量积腐蚀减损的重量◎腐蚀对钢结构的危害不仅仅是对钢材有效截面的均匀削弱，腐蚀对钢结构的危害不仅仅是对钢材有效截面的均匀削弱，而且由此产生的局部锈坑会导致应力集中，从而降低结构的而且由此产生的局部锈坑会导致应力集中，从而降低结构的承载力，使其产生脆性破坏故对钢材的防锈蚀问题及防腐承载力，使其产生脆性破坏故对钢材的防锈蚀问题及防腐措施应特别重视。

措施应特别重视 防腐措施防腐措施◎1、涂料保护、涂料保护◎2、喷镀保护、喷镀保护◎3、电化学保护、电化学保护脆断事故脆断事故◎建筑材料中，钢材属弹塑性材料但是，钢材脆性断裂、构件脆性破建筑材料中，钢材属弹塑性材料但是，钢材脆性断裂、构件脆性破坏的工程事故仍时有发生坏的工程事故仍时有发生◎  1．不合格钢筋脆断．不合格钢筋脆断◎  在工程现场，经常发现不合格钢筋被用于建筑工程这些钢筋，一部在工程现场，经常发现不合格钢筋被用于建筑工程这些钢筋，一部分是回炉热轧再生钢筋，一部分是乡镇小厂利用拆船钢或废旧钢材轧分是回炉热轧再生钢筋，一部分是乡镇小厂利用拆船钢或废旧钢材轧制其表面质量差，形状很不规则，甚至伴有竹笋状裂缝或纵向裂缝其表面质量差，形状很不规则，甚至伴有竹笋状裂缝或纵向裂缝这些钢筋力学性能变化幅度很大，有的强度相当高，抗拉试验曲线没这些钢筋力学性能变化幅度很大，有的强度相当高，抗拉试验曲线没有屈服点，弯曲试验裂或断这些不合格钢筋，许多被当作有屈服点，弯曲试验裂或断这些不合格钢筋，许多被当作HRB335钢钢筋用于主体工程，造成质量事故如某电器厂房筋用于主体工程，造成质量事故如某电器厂房880m2的楼面因柱筋偏的楼面因柱筋偏位，用钢筋扳手进行弯折纠偏，有部分柱筋稍加弯曲即断裂。

经取样位，用钢筋扳手进行弯折纠偏，有部分柱筋稍加弯曲即断裂经取样检验，发现该楼层钢筋抗拉强度有的高达检验，发现该楼层钢筋抗拉强度有的高达850～～950MPa、伸长率、伸长率1％左％左右、弯曲试验脆断致该层楼盖拆除重做，损失巨大右、弯曲试验脆断致该层楼盖拆除重做，损失巨大◎    ◎我国现行规范对钢材出厂合格证和现场取样检验都有严格规我国现行规范对钢材出厂合格证和现场取样检验都有严格规定，不合格的钢材不准出厂、不准使用；定，不合格的钢材不准出厂、不准使用；◎并规定并规定“钢筋在加工过程中，如发现脆断、焊接性能不良或钢筋在加工过程中，如发现脆断、焊接性能不良或力学性能显著不正常等现象，尚应根据现行国家标准对该批力学性能显著不正常等现象，尚应根据现行国家标准对该批钢筋进行化学成分检验或其他专项检验钢筋进行化学成分检验或其他专项检验”，，◎“当对钢材的质量有疑义时，应按国家现行标准进行抽样检当对钢材的质量有疑义时，应按国家现行标准进行抽样检验验” 2．钢筋弯曲直径过小脆断．钢筋弯曲直径过小脆断◎    某电厂车间工地现浇平台钢筋隐蔽验收时发现，有部分钢某电厂车间工地现浇平台钢筋隐蔽验收时发现，有部分钢筋在弯曲部位有裂纹，个别甚至已断开，梁筋锚固可能失效，筋在弯曲部位有裂纹，个别甚至已断开，梁筋锚固可能失效，当即停工检查原因。

经检查，该批钢筋是大厂家生产、有出当即停工检查原因经检查，该批钢筋是大厂家生产、有出厂合格证，工地取样送市检其力学性能合格；取样作化学分厂合格证，工地取样送市检其力学性能合格；取样作化学分析，也合格再检查，原来是现场施工的弯曲机用直析，也合格再检查，原来是现场施工的弯曲机用直50mm的弯心去弯曲钢筋的弯心去弯曲钢筋(按规范，直径应不小于按规范，直径应不小于130mm)，致使一，致使一部分钢筋在弯曲部位的外侧产生裂纹；另一部分钢筋则因弯部分钢筋在弯曲部位的外侧产生裂纹；另一部分钢筋则因弯曲过了头，再将之回弯一些，在弯曲部位内侧产生裂纹曲过了头，再将之回弯一些，在弯曲部位内侧产生裂纹冷弯案例冷弯案例案例案例钢材原料质量控制钢材原料质量控制 1．复印件作假、泛滥问题．复印件作假、泛滥问题 许多单位工程中，钢材出厂质量证明书几乎全是建材公司提许多单位工程中，钢材出厂质量证明书几乎全是建材公司提供的复印件供的复印件(或施工单位的再复印件或施工单位的再复印件)，其真实性大有问题：，其真实性大有问题：(1)由于转手太多，复印件上的采购单位、使用单位往往与单由于转手太多，复印件上的采购单位、使用单位往往与单位工程无关。

位工程无关  (2)复印次数无限制，无复印次数无限制，无“验收批验收批”可言，且可言，且“张冠李戴张冠李戴” (3)力学性能复验结果，其屈服点、抗拉强度、伸长率等与复力学性能复验结果，其屈服点、抗拉强度、伸长率等与复印件的数据出入很大鉴于当前复印件作假、泛滥情况，建印件的数据出入很大鉴于当前复印件作假、泛滥情况，建议议对仅持有复印件的钢材，均应按对仅持有复印件的钢材，均应按《《钢结构工程施工质量验钢结构工程施工质量验收规范收规范》》(GB 50205--2001)的规定，视为的规定，视为“对质量有疑义的钢对质量有疑义的钢材材”，应经见证取样、送样进行复验应经见证取样、送样进行复验2．伸长率不足问题．伸长率不足问题◎原材料复验，有时会碰到钢材力学性能试验各项指标均正常，原材料复验，有时会碰到钢材力学性能试验各项指标均正常，仅伸长率低于标准值问题，毛病往往出在试件制作钢材试仅伸长率低于标准值问题，毛病往往出在试件制作钢材试件一般先用氧乙炔粗切割，再上刨床件一般先用氧乙炔粗切割，再上刨床(或铣床或铣床)精加工成标准精加工成标准试件如果粗切割预留量不足，试件周边受火焰切割热影响试件如果粗切割预留量不足，试件周边受火焰切割热影响变脆，会降低钢材的伸长率。

用烧割法取样胚，变脆，会降低钢材的伸长率用烧割法取样胚，规范作法是，规范作法是，试件的每个边应至少预留试件的每个边应至少预留20vm，及不小于该钢材厚度的切削，及不小于该钢材厚度的切削加工余量；火焰切割后，试件应在空气中自然冷却加工余量；火焰切割后，试件应在空气中自然冷却(不能用水不能用水冷却，雨天应在室内进行冷却，雨天应在室内进行)；试件加工不但几何尺寸要准确，；试件加工不但几何尺寸要准确，而且不能留有火焰切割的痕迹而且不能留有火焰切割的痕迹练习练习1、钢材在低温下，强度（），塑性（），冲击韧性（）A提高B下降C不变D可能提高也可能下降2、钢材在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是（）的典型特征A塑性破坏B脆性破坏C强度破坏D失稳破坏3、钢材的设计强度是根据（）确定的A比例极限B弹性极限C屈服点D极限强度4、同类钢种的钢材，厚度越大，（）A强度越低B塑性越好C韧性越好D内部构造缺陷越少练习练习◎1．焊接承重结构的钢材应具有下列哪些力学性能的保证．焊接承重结构的钢材应具有下列哪些力学性能的保证?(    )◎    A．屈服强度、伸长率．屈服强度、伸长率◎    B．抗拉强度、屈服强度、伸长率．抗拉强度、屈服强度、伸长率◎    C．抗拉强度、屈服强度、伸长率、冲击韧性．抗拉强度、屈服强度、伸长率、冲击韧性◎    D．抗拉强度、屈服强度、伸长率、冷弯试验．抗拉强度、屈服强度、伸长率、冷弯试验第三节第三节 影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素 影响因素：影响因素：◎化学成分化学成分◎生产过程生产过程◎温度温度◎冷加工硬化和时效硬化冷加工硬化和时效硬化◎复杂应力状态下复杂应力状态下◎应力集中的影响应力集中的影响◎其他影响因素：反复荷载、残余应力其他影响因素：反复荷载、残余应力一、化学成分的影响一、化学成分的影响◎制造钢结构所用的材料有碳素结构钢中的低碳钢及低合金结构钢。

低合金结构钢中，除上述元制造钢结构所用的材料有碳素结构钢中的低碳钢及低合金结构钢低合金结构钢中，除上述元素外还加入少量合金元素，后者总量通常不超过素外还加入少量合金元素，后者总量通常不超过3％碳和其他元素虽然所占比重不大，但对％碳和其他元素虽然所占比重不大，但对钢材的力学性能有着决定性的影响钢材的力学性能有着决定性的影响化学成分直接影响到钢的颗粒组织和结晶构造，从而影响钢材的化学成分直接影响到钢的颗粒组织和结晶构造，从而影响钢材的力学性能力学性能附录一）（附录一）◎碳碳(C )、、锰锰（（Mn））、、钒钒（（V））是是有有利利元元素素，，但但也也要要注注意意对对含含量的限制量的限制  ◎  硫（硫（S）、磷（）、磷（P）、氧（）、氧（O）、氮（）、氮（N））会降低钢材的塑会降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳性能应严格限制含量性、韧性、可焊性和疲劳性能应严格限制含量  化学成分影响化学成分影响◎ (1)碳碳是碳素结构钢中仅次于铁的元素，是影响钢材强度的主要因碳碳是碳素结构钢中仅次于铁的元素，是影响钢材强度的主要因素随着碳含量的增加，钢材的强度提高，而塑性和韧性下降，同时随着碳含量的增加，钢材的强度提高，而塑性和韧性下降，同时冷弯性能、焊接性能和抗锈蚀性能也变差。

冷弯性能、焊接性能和抗锈蚀性能也变差因此，结构用钢中一般应因此，结构用钢中一般应控制在控制在0．．17％～％～0．．22％，碳含量一般不应超过％，碳含量一般不应超过0．．22％；对焊接结构，％；对焊接结构，为了有良好的焊接性能，碳含量应低于为了有良好的焊接性能，碳含量应低于0．．20 ％◎ (2)硫硫是一种有害元素，它会降低钢材的韧性、疲劳强度、抗锈蚀硫是一种有害元素，它会降低钢材的韧性、疲劳强度、抗锈蚀性能和焊接性能等，尤其在高温时，会使钢材变脆，称为热脆性能和焊接性能等，尤其在高温时，会使钢材变脆，称为热脆硫化铁，高温熔化，焊接和热加工时产生热裂纹化铁，高温熔化，焊接和热加工时产生热裂纹——热脆）热脆）◎因而应严格控制钢材中的含硫量，随着钢材牌号和质量等级的提高，因而应严格控制钢材中的含硫量，随着钢材牌号和质量等级的提高，含硫量的限值由含硫量的限值由0．．05％依次降至％依次降至0．．025％，厚度方向性能钢板％，厚度方向性能钢板(抗层状抗层状撕裂钢板撕裂钢板)，含硫量要求控制在，含硫量要求控制在0．．01％以下化学成分化学成分◎ (3)磷磷既是有害元素也是能利用的合金元素磷的存在使钢材的磷既是有害元素也是能利用的合金元素。

磷的存在使钢材的强度和抗锈蚀能力提高，但严重降低钢材的塑性、韧性、冷弯性能和强度和抗锈蚀能力提高，但严重降低钢材的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能，特别在低温时，会使钢材变脆，称为冷脆焊接性能，特别在低温时，会使钢材变脆，称为冷脆因此，磷的含因此，磷的含量也要严格控制，随着钢材牌号和质量等级的提高，含磷量的限值由量也要严格控制，随着钢材牌号和质量等级的提高，含磷量的限值由0．．045％依次降至％依次降至0．．025％但是当采取特殊的冶炼工艺时，磷可作为％但是当采取特殊的冶炼工艺时，磷可作为一种合金元素来制造含磷的低合金钢，此时其含量可达一种合金元素来制造含磷的低合金钢，此时其含量可达0．．12％～％～o．．13％◎(4)氧和氮均为钢材的有害杂质氧的作用和硫类似，使钢材热脆均为钢材的有害杂质氧的作用和硫类似，使钢材热脆（（0.05%）；而氮的作用和磷类似，使钢材冷脆（）；而氮的作用和磷类似，使钢材冷脆（0.008%）化学成分化学成分◎(5)锰锰是有益元素，在普通碳素钢中，锰锰是有益元素，在普通碳素钢中，是一种弱脱氧化剂，可提高是一种弱脱氧化剂，可提高钢材的强度，消除硫、氧对钢材的热脆影响，改善钢材的热加工性能钢材的强度，消除硫、氧对钢材的热脆影响，改善钢材的热加工性能及热脆倾向。

同时不显著降低钢材的塑性和韧性及热脆倾向同时不显著降低钢材的塑性和韧性在碳素结构钢中锰在碳素结构钢中锰的含量为的含量为0．．3％～％～o．．8％，在低合金钢中为％，在低合金钢中为1．．0％～％～1．．7％但锰可但锰可使钢材的焊接性能降低，因此含量也不宜过多使钢材的焊接性能降低，因此含量也不宜过多    ◎(6)硅硅是有益元素，在普通碳素钢中，硅硅是有益元素，在普通碳素钢中，它是一种强脱氧化剂，适量它是一种强脱氧化剂，适量的硅，可以细化晶粒，提高钢材的强度，而对塑性、韧性、冷弯性能的硅，可以细化晶粒，提高钢材的强度，而对塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能无显著不良影响，和焊接性能无显著不良影响，硅的含量在碳素镇静钢中为硅的含量在碳素镇静钢中为0．．12％～％～o．．30％，在低合金钢中为％，在低合金钢中为0．．2％～％～o．．55％过量的硅会恶化焊接性能过量的硅会恶化焊接性能和抗锈蚀性能和抗锈蚀性能◎为改善钢材的性能，还可掺入一定数量的其他合金元素，如铝、铬、为改善钢材的性能，还可掺入一定数量的其他合金元素，如铝、铬、镍、铜、钛、钒镍、铜、钛、钒 （韧性、抗腐蚀性）（韧性、抗腐蚀性）联练习联练习◎钢中硫和氧的含量超过限制时，会使钢材（）钢中硫和氧的含量超过限制时，会使钢材（）◎(A) 变软变软   (B) 热脆热脆    (C) 冷脆冷脆   (D) 变硬变硬二、钢材生产过程的影响二、钢材生产过程的影响◎钢的脱氧钢的脱氧 钢液中残留的氧，将使钢材晶粒粗细不匀并发生热脆。

因此浇注钢锭时要在炉钢液中残留的氧，将使钢材晶粒粗细不匀并发生热脆因此浇注钢锭时要在炉中或盛钢桶中加入脱氧剂以消除氧中或盛钢桶中加入脱氧剂以消除氧因脱氧程度或方法不同，把钢分为沸腾钢因脱氧程度或方法不同，把钢分为沸腾钢(F)、半镇、半镇静钢静钢(b)、镇静钢、镇静钢(Z)和特殊镇静钢和特殊镇静钢(TZ)◎钢材的轧制钢材的轧制 将钢锭加热至将钢锭加热至1200～～1300℃，通过轧钢机将其轧成所需形状和尺寸的钢材，，通过轧钢机将其轧成所需形状和尺寸的钢材，称为热轧钢材轧钢机的压力作用可使钢锭中的小气泡和裂纹弥合，并使组织密实称为热轧钢材轧钢机的压力作用可使钢锭中的小气泡和裂纹弥合，并使组织密实钢材钢材的压缩比（钢坯与轧成钢材厚度之比）愈大时，其强度和冲击韧性也愈高的压缩比（钢坯与轧成钢材厚度之比）愈大时，其强度和冲击韧性也愈高◎常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂分层、气孔等常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂分层、气孔等◎偏析是指钢中化学成分分布不均匀，特别是硫、磷偏析严重恶化钢材的性能；偏析是指钢中化学成分分布不均匀，特别是硫、磷偏析严重恶化钢材的性能；◎非金属夹杂是指钢中含有硫化物、氧化物等杂质在轧制后能造成钢材的分层，非金属夹杂是指钢中含有硫化物、氧化物等杂质在轧制后能造成钢材的分层，分层分层使钢材沿厚度受拉的性能大大降低。

使钢材沿厚度受拉的性能大大降低◎气孔是浇铸钢锭时，由于氧化铁与碳作用所生成的一氧化碳不能充分逸出而滞留在气孔是浇铸钢锭时，由于氧化铁与碳作用所生成的一氧化碳不能充分逸出而滞留在钢锭内形成的微小孔洞这些缺陷都将降低钢材的性能钢锭内形成的微小孔洞这些缺陷都将降低钢材的性能◎冶金缺陷对钢材性能的影响，不仅在结构或构件受力工作时表现出来，有时在加工冶金缺陷对钢材性能的影响，不仅在结构或构件受力工作时表现出来，有时在加工制作过程中也可表现出来制作过程中也可表现出来三、温度的影响三、温度的影响 ◎正温度范围内正温度范围内(t>0℃)：：•t<200℃时，钢材的性能变化不大时，钢材的性能变化不大•t在在250℃左右左右，钢材塑性和韧性下降，破坏常呈，钢材塑性和韧性下降，破坏常呈脆性破坏特征脆性破坏特征•t =(260～～320)℃时，钢材有徐变现象时，钢材有徐变现象•t>300℃时，钢材的强度和时，钢材的强度和E开始显著下降，而开始显著下降，而δ显著增大显著增大•t>400℃时，钢材的强度和时，钢材的强度和E都急剧降低都急剧降低•t>600℃时时,其承载能力几乎丧失其承载能力几乎丧失150 ℃以上热辐射或可能受到灼热熔化金属侵害应考虑设置隔热以上热辐射或可能受到灼热熔化金属侵害应考虑设置隔热保护层保护层。

三、温度的影响三、温度的影响 ◎负温度范围内负温度范围内(t<0℃)：：•随着温度降低，塑性随着温度降低，塑性和韧性降低，材料变和韧性降低，材料变脆，称为脆，称为低温冷脆低温冷脆•钢材冲击韧性与温度钢材冲击韧性与温度的关系曲线反弯点所的关系曲线反弯点所对应的温度对应的温度T0称为称为脆性转变温度脆性转变温度•设计选用钢材时应使其脆性转变温度区的下限温度设计选用钢材时应使其脆性转变温度区的下限温度t1低于结构低于结构所处的工作环境温度，即可保证钢结构低温工作的安全所处的工作环境温度，即可保证钢结构低温工作的安全•不要求大于不要求大于T2•低温环境工作的结构要有负温冲击韧性的合格保证低温环境工作的结构要有负温冲击韧性的合格保证  四、冷加工硬化和时效硬化四、冷加工硬化和时效硬化 ◎1.应变硬化应变硬化 •钢材在常温下加工称为冷加工钢材在常温下加工称为冷加工•冷轧、冷弯、冲孔、机械剪切等冷加工使钢材产生很大的塑性变形，从而使冷轧、冷弯、冲孔、机械剪切等冷加工使钢材产生很大的塑性变形，从而使 屈服屈服强度强度fy 提高，但同时降低了钢材的塑性和韧性，这种现象称为提高，但同时降低了钢材的塑性和韧性，这种现象称为冷加工硬化。

冷加工硬化◎2.时效硬化时效硬化 •钢材经过一定时间后强度提高但塑性降低，这种现象称为时效硬化钢材经过一定时间后强度提高但塑性降低，这种现象称为时效硬化•不同种类钢材的时效硬化过程可从几小时到数十年不同种类钢材的时效硬化过程可从几小时到数十年 •在高温时融化于铁中的少量氮和碳，随着时间的推移逐渐从纯铁中析出，生成碳在高温时融化于铁中的少量氮和碳，随着时间的推移逐渐从纯铁中析出，生成碳化物和氮化物，对纯铁体的塑性变形起遏制作用，从而使钢材的强度提高，塑性化物和氮化物，对纯铁体的塑性变形起遏制作用，从而使钢材的强度提高，塑性和韧性下降，和韧性下降，这种现象称为时效硬化，俗称老化这种现象称为时效硬化，俗称老化产生时效硬化的过程一般较长，产生时效硬化的过程一般较长，但在振动荷载、反复荷载及温度变化等情况下，会加速发展在钢材产生一定数但在振动荷载、反复荷载及温度变化等情况下，会加速发展在钢材产生一定数量的塑性变形后，铁中的氮和碳将更容易析出，从而使已经冷作硬化的钢材又发量的塑性变形后，铁中的氮和碳将更容易析出，从而使已经冷作硬化的钢材又发生时效硬化现象，称为生时效硬化现象，称为应变时效硬化，应变时效硬化，四、冷加工硬化和时效硬化四、冷加工硬化和时效硬化 ◎3.人工时效人工时效  •使钢材产生使钢材产生10%的塑性变形，再加热到的塑性变形，再加热到200～～300℃，然后冷却，然后冷却到室温进行试验。

到室温进行试验•这样这样 可使时效在几小时内完成检验冲击韧性可使时效在几小时内完成检验冲击韧性  ◎4.设计要求设计要求  •钢结构设计一般不利用冷加工硬化造成的强度提高，钢结构设计一般不利用冷加工硬化造成的强度提高，•而且对直接承受动力荷载的钢结构还应设法消除冷加工硬化的而且对直接承受动力荷载的钢结构还应设法消除冷加工硬化的影响，如将局部硬化部分用刨边或扩钻予以消除影响，如将局部硬化部分用刨边或扩钻予以消除  ◎在复杂应力如平面或在复杂应力如平面或立体应力作用下立体应力作用下•钢材的屈服并不只取钢材的屈服并不只取决于某一方向的应力，决于某一方向的应力，•而是由反映各方向应而是由反映各方向应力综合影响的屈服条力综合影响的屈服条件来确定件来确定◎同号应力场使材料脆性加大同号应力场使材料脆性加大  五、复杂应力状态的影响五、复杂应力状态的影响六、应力集中的影响六、应力集中的影响 ◎钢构件在缺陷或截面变化处附近钢构件在缺陷或截面变化处附近将产生局部高峰应力，其余部位将产生局部高峰应力，其余部位应力较低，称为应力较低，称为应力集中应力集中◎孔洞、凹角、裂缝、截面突变孔洞、凹角、裂缝、截面突变•在应力高峰区域存在着同号的双在应力高峰区域存在着同号的双向或三向应力。

向或三向应力•这种同号的双向或三向应力场有这种同号的双向或三向应力场有使钢材变脆的趋势使钢材变脆的趋势应力集中系应力集中系数越大，变脆的倾向亦愈严重数越大，变脆的倾向亦愈严重◎在负温下或动力荷载作用下，应力集中往往是引起脆性断裂的根在负温下或动力荷载作用下，应力集中往往是引起脆性断裂的根源，设计中应设法避免或减小应力集中，并选用质量优良的钢材源，设计中应设法避免或减小应力集中，并选用质量优良的钢材七、其他因素影响七、其他因素影响◎反复荷载反复荷载——疲劳破坏疲劳破坏◎残余应力残余应力——热轧氧割焊接的加热和冷却过程中在构件内部热轧氧割焊接的加热和冷却过程中在构件内部产生的自相平衡的抗拉应力，对变形、疲劳、稳定承载力不产生的自相平衡的抗拉应力，对变形、疲劳、稳定承载力不利练习练习◎钢材经冷作硬化后，屈服点钢材经冷作硬化后，屈服点(     )，塑性、韧性降低塑性、韧性降低◎    A．降低．降低    B．不变．不变    C．提高．提高    D．视情况而定．视情况而定◎某构件发生了脆性破坏，经检查发现在破坏时构件内存在以某构件发生了脆性破坏，经检查发现在破坏时构件内存在以下问题，但可以肯定的是，下问题，但可以肯定的是，(     )对该破坏无直接影响。

对该破坏无直接影响◎    A．钢材的屈服点过低．钢材的屈服点过低    B．构件的荷载增加速度过快．构件的荷载增加速度过快◎    C．存在冷加工硬化．存在冷加工硬化    D．构件由构造原因引起的应力集．构件由构造原因引起的应力集中中第四节第四节 钢材的疲劳钢材的疲劳 一、钢材疲劳的基本概念一、钢材疲劳的基本概念 ◎钢材在反复荷载作用下钢材在反复荷载作用下, 在应力低于钢材抗拉强度甚至低于屈服点时突在应力低于钢材抗拉强度甚至低于屈服点时突然断裂然断裂, 称为称为钢材的疲劳或疲劳破坏钢材的疲劳或疲劳破坏.•钢结构中总存在有微观裂纹或类似的缺陷钢结构中总存在有微观裂纹或类似的缺陷,导致应力集中导致应力集中•在多次反复荷载作用下，微观裂纹不断开展，应力集中现象越来越严在多次反复荷载作用下，微观裂纹不断开展，应力集中现象越来越严重•当荷载反复循环达一定次数当荷载反复循环达一定次数n（疲劳寿命）时，裂纹扩展使得净截面（疲劳寿命）时，裂纹扩展使得净截面承载力不足以承受外力作用时，构件突然断裂，发生疲劳破坏承载力不足以承受外力作用时，构件突然断裂，发生疲劳破坏•疲劳破坏一般经历疲劳破坏一般经历裂纹形成裂纹形成、、裂纹缓慢扩展裂纹缓慢扩展和最后和最后迅速断裂迅速断裂三个阶段。

三个阶段•钢材的疲劳强度取决于钢材的疲劳强度取决于应力集中应力集中(或缺口效应或缺口效应)和和应力循环次数应力循环次数与静力强度明显关系截面几何形状突然改变处的应力集中、存在残余应力强度明显关系截面几何形状突然改变处的应力集中、存在残余应力，对疲劳尤为不利力，对疲劳尤为不利 循环次数循环次数5万次以上要进行疲劳计算万次以上要进行疲劳计算二、疲劳计算二、疲劳计算 ◎反复荷载作用产生的应力重复一周叫做一个循环反复荷载作用产生的应力重复一周叫做一个循环Δσ=σmax-σmin称为称为应力幅应力幅，表示应力变化的幅度表示应力变化的幅度影响疲劳破坏的主要因素影响疲劳破坏的主要因素◎钢材本身质量、构件几何尺寸和缺陷（结构措施）钢材本身质量、构件几何尺寸和缺陷（结构措施）◎最大应力和应力比越大，越安全最大应力和应力比越大，越安全裂缝传递压应力（非焊接）裂缝传递压应力（非焊接）◎应力循环次数应力循环次数◎应力集中程度应力集中程度（为什么说应力集中是影响钢材性能重要因素）（为什么说应力集中是影响钢材性能重要因素）◎应力幅（焊接）应力幅（焊接）二、疲劳计算二、疲劳计算 （容许应力幅法）（容许应力幅法） ◎试验表明试验表明:•焊接结构发生疲劳破坏并不是名义最大应力焊接结构发生疲劳破坏并不是名义最大应力σmax作用的结果，作用的结果，而是焊缝部位足够大小的而是焊缝部位足够大小的应力幅应力幅反复作用的结果。

反复作用的结果•非焊接结构的的疲劳寿命不仅与应力幅有关，还与其他因素有非焊接结构的的疲劳寿命不仅与应力幅有关，还与其他因素有关最大应力、应力比、循环次数和缺口效应等最大应力、应力比、循环次数和缺口效应等◎规范把疲劳计算公式中的应力幅调整为折算应力幅，以反映规范把疲劳计算公式中的应力幅调整为折算应力幅，以反映其实际工作情况其实际工作情况◎疲劳计算的公式是以试验为依据的，分为疲劳计算的公式是以试验为依据的，分为常幅常幅和和变幅疲劳变幅疲劳两两种情况进行计算种情况进行计算二、疲劳计算二、疲劳计算 ◎1. 常幅疲劳计算常幅疲劳计算    Δσ≤[Δσ]C、、β——参数，根据表参数，根据表2-2中的构件和连接类别按中的构件和连接类别按                表表2-3采用 Δσ ——对焊接部位对焊接部位Δσ =σmax-σmin；对非焊接部；对非焊接部               位位Δσ =σmax-0.7σmin•由上式可见，由上式可见，容许应力幅与钢材的强度无关，这表明不同钢材容许应力幅与钢材的强度无关，这表明不同钢材具有相同的抗疲劳性能具有相同的抗疲劳性能二、疲劳计算二、疲劳计算 ◎2. 变幅疲劳计算变幅疲劳计算•可近似地按照线性疲劳累积损伤原则，将随机变化的应力幅折可近似地按照线性疲劳累积损伤原则，将随机变化的应力幅折算为等效常应力幅算为等效常应力幅ΔσΔσe，按下式进行疲劳计算：，按下式进行疲劳计算：2-12•吊车梁：根据实测结果，推算出设计基准期吊车梁：根据实测结果，推算出设计基准期50年内各种吊车梁年内各种吊车梁的应力循环总次数的应力循环总次数n(等效于满荷载时等效于满荷载时n= 2 2 ××106次次) ，相应的欠，相应的欠载效应的等效系数载效应的等效系数αf值如表值如表2-3所示，重级、中级工作制吊车梁所示，重级、中级工作制吊车梁的疲劳验算公式为的疲劳验算公式为:三、疲劳计算应注意问题三、疲劳计算应注意问题 ◎当当n≥5*104时时，应进行疲劳计算。

应进行疲劳计算◎疲劳计算采用的是容许应力幅法，疲劳计算采用的是容许应力幅法，计算公式是以实验为依据计算公式是以实验为依据的，实验中已包含了动力的影响，故荷载应采用标准值且不的，实验中已包含了动力的影响，故荷载应采用标准值且不乘动力系数、荷载分项系数，应力幅按弹性工作计算乘动力系数、荷载分项系数，应力幅按弹性工作计算◎在完全压应力（不出现拉应力）循环中在完全压应力（不出现拉应力）循环中，由于压应力不会使，由于压应力不会使裂纹继续扩展，故规范规定此种情况可不进行疲劳计算裂纹继续扩展，故规范规定此种情况可不进行疲劳计算第五节第五节 钢材的钢种、钢号及选择钢材的钢种、钢号及选择 一、钢种、钢号一、钢种、钢号 ◎钢种：钢种：•钢材的种类，钢结构常用的是碳素结构钢和低合金结构钢钢材的种类，钢结构常用的是碳素结构钢和低合金结构钢◎钢号：钢号：•钢材的牌号简称为钢号钢材的牌号简称为钢号一、钢种、钢号一、钢种、钢号 ◎1. 碳素结构钢碳素结构钢  钢号由等四个部分按顺序组成钢号由等四个部分按顺序组成:    •代表屈服点的字母代表屈服点的字母Q；；•屈服强度数值：屈服强度数值：fy，单位是，单位是N/mm2；；•质量等级符号：质量等级符号：分为分为A、、B、、C、、D四级四级,质量依次提高质量依次提高;（依据）（依据）•脱氧方法符号：脱氧方法符号：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢的代沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢的代号分别为号分别为F、、b、、Z和和TZ，其中，其中Z和和TZ在钢号中省略不写。

在钢号中省略不写          钢材的质量等级中，钢材的质量等级中，A、、B级钢按脱氧方法可为沸腾钢、半镇级钢按脱氧方法可为沸腾钢、半镇静钢或镇静钢，静钢或镇静钢，C级为镇静钢，级为镇静钢，D级为特殊镇静钢级为特殊镇静钢 Q195及及Q215的强度比较低，而的强度比较低，而Q255的含碳量上限和的含碳量上限和Q275的含碳量都超出低碳钢的范围所以建筑结构在碳素结构钢这一钢种中主要应用的含碳量都超出低碳钢的范围所以建筑结构在碳素结构钢这一钢种中主要应用Q235这这一牌号，该牌号钢材强度适中，塑性、韧性均较好，加工和焊接方面的性能也都比较好一牌号，该牌号钢材强度适中，塑性、韧性均较好，加工和焊接方面的性能也都比较好 例如例如: Q235-B·F    ◎Q235 A·F◎Q235 A．．b◎Q235 A◎ Q235B·F◎ Q235 B．．b◎Q235 B◎ Q235C◎ Q235D◎Q195、、Q215、、Q235、、Q255、、Q275为常用牌号为常用牌号一、钢种、钢号一、钢种、钢号 ◎2.  低合金结构钢低合金结构钢•低合金结构钢是在冶炼碳素结构钢时加入一种或几种适量的合金元素而成低合金结构钢是在冶炼碳素结构钢时加入一种或几种适量的合金元素而成的钢。

钢的强度明显提高，合金元素的总量低于的钢钢的强度明显提高，合金元素的总量低于5％，故称为低合金高强％，故称为低合金高强度结构钢度结构钢 •其钢材牌号的表示方法与碳素结构钢相似，但质量等级分为其钢材牌号的表示方法与碳素结构钢相似，但质量等级分为A、、B、、C、、D、、E五级，且无脱氧方法符号五级，且无脱氧方法符号•低合金高强度结构钢分为低合金高强度结构钢分为Q295、、Q345、、Q390、、Q420、、Q460五种不同强度五种不同强度等级的牌号其中等级的牌号其中Q345、、Q390和和Q420是钢结构设计规范规定选用的钢种，是钢结构设计规范规定选用的钢种，其质量等级分为其质量等级分为A、、B、、C、、D、、E五级，字母顺序越靠后的钢材质量越高，五级，字母顺序越靠后的钢材质量越高，这三种牌号的钢材均具有较高的强度和较好的塑性、韧性、焊接性能其这三种牌号的钢材均具有较高的强度和较好的塑性、韧性、焊接性能其牌号与碳素结构钢牌号的表示方法类似，只是前者的牌号与碳素结构钢牌号的表示方法类似，只是前者的A、、B级属于镇静钢，级属于镇静钢，C、、D、、E级属于特殊镇静钢级属于特殊镇静钢 A•例如例如Q345-B，，Q390-D，，Q420-E。

一、钢种、钢号一、钢种、钢号 ◎3.  专用结构钢专用结构钢   •特殊用途的钢结构常采用特殊用途的钢结构常采用专用结构钢专用结构钢专用结构钢的钢号用在专用结构钢的钢号用在相应钢号后再加上专业用途代号（压力容器、桥梁、船舶和锅相应钢号后再加上专业用途代号（压力容器、桥梁、船舶和锅炉用钢材的专业用途代号分别为炉用钢材的专业用途代号分别为R、、q、、C和和g）来表示•耐候钢：耐候钢：在钢材冶炼时加入少量的合金元素如在钢材冶炼时加入少量的合金元素如Cu、、Cr、、Ni、、Mo、、Nb、、Ti、、Zr、、V等，等，提高钢材的耐腐蚀性能也称为耐大提高钢材的耐腐蚀性能也称为耐大气腐蚀钢气腐蚀钢例如例如15MnCuCr—QT钢表示含碳量为钢表示含碳量为0.15%，合金，合金元素为锰、铜、铬的淬火加回火热处理耐候钢元素为锰、铜、铬的淬火加回火热处理耐候钢•连接用钢：连接用钢：钢结构连接中的铆钉、高强度螺栓、焊钢结构连接中的铆钉、高强度螺栓、焊 条用钢丝等，条用钢丝等，也采用满足各自连接件要求的专门用钢也采用满足各自连接件要求的专门用钢 二、钢材的选择二、钢材的选择           钢材的选择既要确定所用钢材的选择既要确定所用钢材的钢号钢材的钢号，又要提出应有的，又要提出应有的机械性能和化学成分保证项目机械性能和化学成分保证项目，是钢结构设计的首要环节。

是钢结构设计的首要环节•选材的基本原则是既保证安全可靠，又经济合理选材的基本原则是既保证安全可靠，又经济合理•钢材的质量等级愈高，其价格也愈高钢材的质量等级愈高，其价格也愈高•因此应根据结构的不同特点，来选择适宜的钢材因此应根据结构的不同特点，来选择适宜的钢材  综合考虑以下因素综合考虑以下因素 ◎①①结构的重要性根据结构的重要性根据《《建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准》》(GB 50068--2001)中结构破中结构破坏后的严重性，首先应判明建筑物及其构件的分类坏后的严重性，首先应判明建筑物及其构件的分类(为重要、一般还是次要为重要、一般还是次要)及安全等及安全等级级(为一级、二级还是三级为一级、二级还是三级)◎ ②②荷载的性质要考虑结构所受荷载的特性，如是静荷还是动荷，是直接动荷还是荷载的性质要考虑结构所受荷载的特性，如是静荷还是动荷，是直接动荷还是间接动荷间接动荷◎ ③③连接方法需考虑钢材是采用焊接连接还是非焊接连接形式，以便选择符合实际连接方法需考虑钢材是采用焊接连接还是非焊接连接形式，以便选择符合实际要求的钢材要求的钢材◎ ④④结构的工作环境需考虑结构的工作温度及周围环境中是否有腐蚀性介质。

结构的工作环境需考虑结构的工作温度及周围环境中是否有腐蚀性介质◎ ⑤⑤钢材的厚薄程度需选用厚度较大的钢材时，应考虑其厚度方向抗撕裂性能较差钢材的厚薄程度需选用厚度较大的钢材时，应考虑其厚度方向抗撕裂性能较差的因素，从而决定是否选择的因素，从而决定是否选择z向钢◎ 按照上述原则，按照上述原则，《《钢结构设计规范钢结构设计规范》》结合我国多年来的工程实践和钢材生产情况，结合我国多年来的工程实践和钢材生产情况，对承重结构的钢材推荐采用对承重结构的钢材推荐采用Q235、、Q345、、Q390、、Q420钢综合考虑以下因素综合考虑以下因素 ◎沸腾钢质量虽然较差，但在常温、静力荷载下的力学性能和焊接性能与镇静钢的差异并不明显，故仍可用沸腾钢质量虽然较差，但在常温、静力荷载下的力学性能和焊接性能与镇静钢的差异并不明显，故仍可用于一般承重结构然而，于一般承重结构然而，《《钢结构设计规范钢结构设计规范》》对下列情况中的焊接承重结构和构件不应采用对下列情况中的焊接承重结构和构件不应采用Q235沸腾钢◎①①直接承受动力荷载或振动荷载且需验算疲劳的结构直接承受动力荷载或振动荷载且需验算疲劳的结构◎ ②②工作环境温度低于一工作环境温度低于一20℃时的直接承受动力荷载或振动荷载但可不验算疲劳的结构以及承受静荷载的受时的直接承受动力荷载或振动荷载但可不验算疲劳的结构以及承受静荷载的受弯及受拉的重要承重结构。

弯及受拉的重要承重结构◎ ③③工作温度等于或低于一工作温度等于或低于一30℃的所有承重结构的所有承重结构◎  对承重结构的钢材，对承重结构的钢材，应具有抗拉强度、屈服点、伸长率和硫、磷含量的合格保证，应具有抗拉强度、屈服点、伸长率和硫、磷含量的合格保证，◎对焊接结构还应具有对焊接结构还应具有冷弯试验和碳含量的合格保证冷弯试验和碳含量的合格保证这是这是《《钢结构设计规范钢结构设计规范》》的强制性条文，是焊接承重的强制性条文，是焊接承重结构钢材应具有的强度和塑性性能的基本保证，也是焊接性能保证的要求结构钢材应具有的强度和塑性性能的基本保证，也是焊接性能保证的要求◎对于承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构，如一般的屋架、托架、梁、柱、天窗架、操作平台或者类对于承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构，如一般的屋架、托架、梁、柱、天窗架、操作平台或者类似结构的钢材等，可按此要求选用如对似结构的钢材等，可按此要求选用如对Q235钢，可选用钢，可选用Q235-B·F或或Q235-B◎《《钢结构设计规范钢结构设计规范》》进一步规定：对于需要验算疲劳的焊接结构和起重量进一步规定：对于需要验算疲劳的焊接结构和起重量≥50 t的中级工作制吊车梁，以及的中级工作制吊车梁，以及承受静力荷载的重要的受拉及受弯焊接结构的钢材，还应具有常温承受静力荷载的重要的受拉及受弯焊接结构的钢材，还应具有常温(+20℃)冲击韧性的合格保证，即应选用冲击韧性的合格保证，即应选用各钢号的各钢号的B级钢材。

当结构工作温度低于级钢材当结构工作温度低于0 cc但不低于一但不低于一20℃时，时，Q235、、Q345钢应具有钢应具有o℃冲击韧性的合冲击韧性的合格保证，即应选用格保证，即应选用Q235．．C和和Q345一一c钢；对钢；对Q390、、Q420钢应具有一钢应具有一20℃冲击韧性的合格保证，即应选用冲击韧性的合格保证，即应选用Q390—D和和Q420—D钢当结构工作温度低于一钢当结构工作温度低于一20℃时，对时，对Q235、、Q345钢应具有一钢应具有一20℃冲击韧性的合格冲击韧性的合格保证，即应选用保证，即应选用Q235．．D和和Q345一一D钢；对钢；对Q390、、Q420钢应具有一钢应具有一40℃冲击韧性的合格保证，即应选用冲击韧性的合格保证，即应选用Q390—E和和Q420一一E钢三、常用钢材的规格三、常用钢材的规格 ◎钢结构所用钢材主要是热轧成型的钢结构所用钢材主要是热轧成型的钢板、型钢钢板、型钢（和冷加工（和冷加工（冷弯、冷压和冷轧）成型的（冷弯、冷压和冷轧）成型的薄壁型钢薄壁型钢图2-11)1. 热轧钢板热轧钢板             钢板的标注符号是钢板的标注符号是““－（截面代号）宽度－（截面代号）宽度×厚度厚度×长度长度””，单位为，单位为mm，，亦可用亦可用““－宽度－宽度×厚度厚度””或或““－厚度－厚度””来表示。

来表示如如－－360360××1212××36003600，亦可表示如－，亦可表示如－360360××1212或－或－1212◎厚钢板常用来组成焊接构件和连接钢板；薄钢板主要用来制造冷弯薄壁型钢厚钢板常用来组成焊接构件和连接钢板；薄钢板主要用来制造冷弯薄壁型钢    ◎厚钢板：厚度厚钢板：厚度4．．5～～60mm，宽度，宽度600～～3000mm，长度，长度4～～12m；；◎ 薄钢板：厚度薄钢板：厚度0．．35～～4mm，宽度，宽度500～～1500mm，长度，长度0．．5～～4m◎扁钢：厚度扁钢：厚度4～～60mm，宽度，宽度12～～200mm，长度，长度3～～9m三、常用钢材的规格三、常用钢材的规格2. 2. 热轧型钢（角钢、槽钢、工字钢、热轧型钢（角钢、槽钢、工字钢、H H型钢、型钢、T T型钢、钢管）型钢、钢管）（（1 1）角钢）角钢 分为等边和不等边角钢两种角钢标注符号是分为等边和不等边角钢两种角钢标注符号是““∟∟边宽边宽××厚度（等边角钢）或厚度（等边角钢）或∟∟长边宽长边宽××短边宽短边宽××厚度厚度（不等边角钢），单位为（不等边角钢），单位为mmmm””如∟∟100100××8 8和和∟∟100100××8080××8 8。

 主要用来制作桁架等格构式结构的杆件和支撑等连接杆件主要用来制作桁架等格构式结构的杆件和支撑等连接杆件 我国目前生产的角钢最大边长为我国目前生产的角钢最大边长为200mm，角钢的供应长度般，角钢的供应长度般为为4～～19m（（2）槽钢）槽钢  有热轧普通槽钢和轻型槽钢两种槽钢规格用槽钢符号有热轧普通槽钢和轻型槽钢两种槽钢规格用槽钢符号（普通槽钢和轻型槽钢的符号分别为（普通槽钢和轻型槽钢的符号分别为[ 和和Q[）和截面高度（单位为）和截面高度（单位为cm）表示，当腹板厚度不同时，还要标注出腹板厚度类别符号）表示，当腹板厚度不同时，还要标注出腹板厚度类别符号a、、b、、c，例如，例如[10、、[20a、、Q[20a与普通槽钢截面高度相同的轻型槽钢的与普通槽钢截面高度相同的轻型槽钢的翼缘和腹板均较薄，截面面积小但回转半径大翼缘和腹板均较薄，截面面积小但回转半径大3）工字钢）工字钢  有普通工字钢和轻型工字钢两种标注方法与槽钢相同，有普通工字钢和轻型工字钢两种标注方法与槽钢相同，但槽钢符号但槽钢符号““[”” 应改为应改为 ““I””,例如例如I18、、I50a、、QI50  普通工字钢和轻型工字钢的两个主轴方向的惯性矩相差较大，不宜单独用普通工字钢和轻型工字钢的两个主轴方向的惯性矩相差较大，不宜单独用作受压构件，而宜用作腹板平面内受弯的构件，或由工字型和其他型钢组作受压构件，而宜用作腹板平面内受弯的构件，或由工字型和其他型钢组成的组合构件或格构式构件。

成的组合构件或格构式构件 三、常用钢材的规格三、常用钢材的规格 三、常用钢材的规格三、常用钢材的规格（（4））H型钢型钢  H型钢比工字钢的翼缘宽度大并为等厚度，型钢比工字钢的翼缘宽度大并为等厚度，截面抵抗矩较大且质量较小，便于与其它构件连接热截面抵抗矩较大且质量较小，便于与其它构件连接热轧轧H型钢分为宽、中、窄翼缘型钢分为宽、中、窄翼缘H型钢，它们的代号分别为型钢，它们的代号分别为HW、、HM（受压构件：钢柱）（受压构件：钢柱）和和HN（受弯构件：钢梁）（受弯构件：钢梁）标注方法与槽钢相同，但代号标注方法与槽钢相同，但代号““[”” 应改变为应改变为““H”” ，，单位为单位为mm例如HW260a、、HM360、、HN300b我国目前最大型号我国目前最大型号HN700××300300××1313××2424（（5）钢管）钢管  钢结构中常用热轧无缝钢管和焊接钢管用钢结构中常用热轧无缝钢管和焊接钢管用““ФФ外径外径××壁厚壁厚””表示，表示，单位为单位为mmmm，例如，例如ФФ360360××6 63.薄壁型钢薄壁型钢    薄壁型钢通常是用薄壁型钢通常是用1.51.5～～6mm6mm厚的薄钢板冷加工而成，其截面形式和厚的薄钢板冷加工而成，其截面形式和尺寸可按工程要求合理设计。

尺寸可按工程要求合理设计 与相同截面积的热轧型钢相比，其截面抵抗矩大，钢材用量可显著与相同截面积的热轧型钢相比，其截面抵抗矩大，钢材用量可显著减少，减少，在轻钢结构中得到广泛的应用在轻钢结构中得到广泛的应用 但因板壁较薄，对锈蚀影响较但因板壁较薄，对锈蚀影响较为敏感承重）为敏感承重）压型钢板：压型钢板： 0.40.4～～2mm2mm钢板、镀锌钢板、彩色涂层钢板经冷轧而成的波形钢板、镀锌钢板、彩色涂层钢板经冷轧而成的波形板，轻型屋面或墙面板，轻型屋面或墙面         三、常用钢材的规格三、常用钢材的规格 四、其它钢材的使用四、其它钢材的使用 ◎当上述钢材不能满足要求时，还可选用优质碳素结构钢或其当上述钢材不能满足要求时，还可选用优质碳素结构钢或其它低合金钢它低合金钢◎当在有腐蚀介质中使用钢结构时，可采用耐侯钢具体可参当在有腐蚀介质中使用钢结构时，可采用耐侯钢具体可参考考《《钢结构材料手册钢结构材料手册》》 五、我国目前建筑钢材存在的主要问题五、我国目前建筑钢材存在的主要问题 ◎1．厚板可焊性差，．厚板可焊性差，Q345等厚板焊接时，易出现层状撕裂。

等厚板焊接时，易出现层状撕裂应采用应采用Z向钢，即向钢，即《《厚度方向性能钢板厚度方向性能钢板GB5313》》，要求沿厚度，要求沿厚度方向有良好的抗层状撕裂性能，用厚度方向拉力试验的断面收方向有良好的抗层状撕裂性能，用厚度方向拉力试验的断面收缩率来评定应生产优质特厚钢缩率来评定应生产优质特厚钢◎2．高强度低合金结构钢在冷弯薄壁型钢中的应用尚未解决好，．高强度低合金结构钢在冷弯薄壁型钢中的应用尚未解决好，不能满足轻型房屋钢结构的需要主要应解决其冲压性差的问不能满足轻型房屋钢结构的需要主要应解决其冲压性差的问题◎3．我国现只能生产镀锌钢板．我国现只能生产镀锌钢板，不能生产抗腐蚀性能更好的镀，不能生产抗腐蚀性能更好的镀铝锌钢板，需引进生产线或专利来解决铝锌钢板，需引进生产线或专利来解决◎4．型材品种规格还不能满足建筑需要．型材品种规格还不能满足建筑需要要开发生产薄壁热轧要开发生产薄壁热轧H型钢等◎5．建筑用高强度低合金结构钢品种太少．建筑用高强度低合金结构钢品种太少，应用比重较低生，应用比重较低生产耐火钢产耐火钢第六节第六节 国外钢材品种和钢号简介国外钢材品种和钢号简介 ◎各国的钢号基本上是以强度等级来划分，表示方式为：各国的钢号基本上是以强度等级来划分，表示方式为： 字首符号　钢材的强度值　钢材质量等级字首符号　钢材的强度值　钢材质量等级 字首符号：字首符号：美国采用美国采用A(Alloy)A(Alloy)；日本采用；日本采用SSSS（一般结构用轧（一般结构用轧制钢材，第一个制钢材，第一个S S为为SteelSteel的第一个字母）、的第一个字母）、SMSM（焊接结构用轧制（焊接结构用轧制钢材）、钢材）、SMASMA（焊接结构用耐候性轧制钢材）等；德国采用（焊接结构用耐候性轧制钢材）等；德国采用StSt（德（德文钢文钢StahlStahl）；意大利采用）；意大利采用FeFe；法国采用；法国采用A A、、E E等；独联体各国采用等；独联体各国采用C C（俄文钢的第一个字母）；英国无字首符号。

俄文钢的第一个字母）；英国无字首符号 钢材的强度值：钢材的强度值：单位一般为单位一般为N/mm N/mm 2 2 ，但美国为，但美国为Ksi(Ksi(千磅／英千磅／英寸寸2 2 ) )强度值有的采用强度值有的采用f fu u，有的采用，有的采用f fy y ISOISO国际标准、欧共体国际标准、欧共体各国、日本等采用各国、日本等采用f fu u，美国、独联体各国等采用，美国、独联体各国等采用f fy y 钢材质量等级：钢材质量等级：分为分为A A、、B B、、C C、、D D、、E E等 各国的钢号各国的钢号 各国钢材品种与我国钢材品种对应表各国钢材品种与我国钢材品种对应表中国中国美美 国国日日 本本英英 国国法法 国国德德 国国俄罗斯俄罗斯 Q235 Q235A36A36 SS400 SS400 SM400 SM400 SMA400 SMA400 40 40E24E24St37St37C235C235Q345Q345A572-50A572-50SM490YA SM490YA SM490YBSM490YBSM520 SM520 50D 50DE36E36St44St44C345C345Q390Q390A572-60A572-60 SM570 SM57050F50FA50A50St50St50C390C390Q420Q420A572-65A572-65 A60 A60St60St60C440C440 各国钢材标准不同，很难明确地找出与我国钢材品种之间的相各国钢材标准不同，很难明确地找出与我国钢材品种之间的相应关系，正确做法是检查它们提供的质保书应关系，正确做法是检查它们提供的质保书( (化学成分和机械性能化学成分和机械性能) )，以确定该钢种与我国哪个钢种是可代替的。

以强度为依据的各国，以确定该钢种与我国哪个钢种是可代替的以强度为依据的各国钢材与我国钢材相应关系列于下表钢材与我国钢材相应关系列于下表 本章要点：本章要点：本章要点：本章要点：◎4）影响钢材力学性能的因素）影响钢材力学性能的因素◎化学成分、冶炼及轧制工艺、温度、硬化、复杂应力及应力化学成分、冶炼及轧制工艺、温度、硬化、复杂应力及应力集中情况集中情况◎5）钢种、钢号及选择）钢种、钢号及选择◎钢结构常用的是碳素结构钢和低合金结构钢钢结构常用的是碳素结构钢和低合金结构钢◎6）钢材选用的基本原则）钢材选用的基本原则第二章思考题第二章思考题◎1．钢材的塑性破坏和脆性破坏各有何特点．钢材的塑性破坏和脆性破坏各有何特点?如何防止脆性破坏如何防止脆性破坏?◎2．建筑钢材的主要机械性能指标有哪些．建筑钢材的主要机械性能指标有哪些?各反映材料的什么性质各反映材料的什么性质?◎3．什么叫钢材的疲劳．什么叫钢材的疲劳?它属于什么性质的破坏它属于什么性质的破坏?其主要影响因素和防止措施有哪些其主要影响因素和防止措施有哪些?◎4．影响钢材性能的因素有哪些．影响钢材性能的因素有哪些?各有何影响各有何影响?◎5．简述钢材的牌号表示方法。

．简述钢材的牌号表示方法◎6．选择建筑钢材时主要应考虑哪些因素．选择建筑钢材时主要应考虑哪些因素?◎7．钢结构按概率极限状态设计法与容许应力设计法有何不同．钢结构按概率极限状态设计法与容许应力设计法有何不同?◎8、钢结构计算采用什么计算方法？、钢结构计算采用什么计算方法？。