(4学时) 主要内容主要内容 2.12.1钢结构用材的要求钢结构用材的要求 2.2 2.2钢材的主要性能及其鉴定钢材的主要性能及其鉴定 2.3 2.3影响钢材性能的因素影响钢材性能的因素 2.42.4钢材疲劳钢材疲劳 2.5 2.5建筑用钢种类及选用建筑用钢种类及选用 重点：重点：钢材的主要性能及其钢材的主要性能及其影响因素影响因素第第2 2章章 钢结构材料钢结构材料(4(4学时）学时）钢结构材料课件 本次课程内容本次课程内容 钢结构用材的要求钢结构用材的要求 钢材的主要性能及其鉴定钢材的主要性能及其鉴定 影响钢材性能的因素影响钢材性能的因素 重点：重点：钢材的主要性能钢材的主要性能 影响钢材性能的因素影响钢材性能的因素钢结构材料课件 虽然钢材有几百种，符合钢结构性能要求虽然钢材有几百种，符合钢结构性能要求 的只有碳素钢及合金钢中的少数几种。的只有碳素钢及合金钢中的少数几种。 钢结构的钢材必须具备下列性能：钢结构的钢材必须具备下列性能： 较高的强度。即抗拉强度和屈服点比较高。较高的强度。即抗拉强度和屈服点比较高。 足够的变形能力。即塑性韧性性能好。足够的变形能力。即塑性韧性性能好。 良好的加工性能。即适合冷、热加工。良好的加工性能。即适合冷、热加工。 良好的可焊性。良好的可焊性。 还应具有适应低温、有害介质侵蚀、重复还应具有适应低温、有害介质侵蚀、重复 荷载作用。荷载作用。2.12.1钢结构用材的要求钢结构用材的要求钢结构材料课件 钢结构设计规范（钢结构设计规范（GB50017GB5001720022002） 推荐的承重钢结构用钢：推荐的承重钢结构用钢： 碳素结构钢碳素结构钢(carbon structural steels)(carbon structural steels) Q235Q235钢钢 低合金高强度结构钢（低合金高强度结构钢（high strength lowhigh strength low alloy structural steels ) alloy structural steels ) Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420钢钢 钢材有两种破坏形式钢材有两种破坏形式 2.22.2钢材的主要性能及其鉴定钢材的主要性能及其鉴定 2.2.12.2.1钢材的破坏形式钢材的破坏形式钢结构材料课件 塑性破坏（塑性破坏（ductile fracture)ductile fracture) 破坏前具有较大的塑性变形；破坏前具有较大的塑性变形； 破坏后断口呈纤维状，色泽发暗；破坏后断口呈纤维状，色泽发暗； 应力达到抗拉强度后才会发生破坏；应力达到抗拉强度后才会发生破坏； 破坏过程较长，容易被发现和抢修加固，破坏过程较长，容易被发现和抢修加固， 不致发生严重后果。不致发生严重后果。 钢材塑性破坏前的较大塑性变形能力，可钢材塑性破坏前的较大塑性变形能力，可 以实现构件和结构中的内力重分布，钢结构以实现构件和结构中的内力重分布，钢结构 的塑性设计就是建立在这种足够的塑性变形的塑性设计就是建立在这种足够的塑性变形 能力上。能力上。 钢结构材料课件 脆性破坏（脆性破坏（brittle fracture)brittle fracture) 破坏前塑性变形很小，甚至没有。破坏前塑性变形很小，甚至没有。 破坏后断口平直，呈有光泽的晶粒状。破坏后断口平直，呈有光泽的晶粒状。 破坏时应力低于抗拉强度，甚至低于屈服破坏时应力低于抗拉强度，甚至低于屈服 强度强度 破坏速度极快，无法察觉和补救，一旦发破坏速度极快，无法察觉和补救，一旦发 生破坏后果非常严重。生破坏后果非常严重。 钢结构在设计、施工和使用过程重，要特钢结构在设计、施工和使用过程重，要特 别注意防止脆性破坏发生。别注意防止脆性破坏发生。钢结构材料课件 钢材拉伸试验可获得三个重要的力学性能钢材拉伸试验可获得三个重要的力学性能 指标：指标： 抗拉强度抗拉强度(tensile strength)(tensile strength)：反映钢材：反映钢材 受拉时所能承受的极限应力。受拉时所能承受的极限应力。 伸长率伸长率(elongation)(elongation)：衡量钢材断裂前所：衡量钢材断裂前所 具有的塑性变形能力的指标。具有的塑性变形能力的指标。 屈服强度屈服强度(yield strength)(yield strength)：衡量钢材在：衡量钢材在 单向应力作用下屈服的标志。是钢结构设计单向应力作用下屈服的标志。是钢结构设计 中应力允许达到的最大限值。中应力允许达到的最大限值。 2.2.22.2.2钢材在单向一次拉伸下的工作性能钢材在单向一次拉伸下的工作性能钢结构材料课件 钢结构材料课件拉伸试验Steel钢结构材料课件 根据试样厚度，按规定根据试样厚度，按规定 的弯心直径将试样弯曲的弯心直径将试样弯曲180180 度，表面及侧面无裂纹或分度，表面及侧面无裂纹或分 层则为层则为“冷弯合格冷弯合格”，图，图2-12-1。 冷弯性能是衡量钢材在冷弯性能是衡量钢材在 常温下冷加工弯曲时产生塑常温下冷加工弯曲时产生塑 性变形的能力，及判别钢材性变形的能力，及判别钢材 图图2-1 冷弯试验冷弯试验 内部缺陷和可焊性的综合指内部缺陷和可焊性的综合指 标。重要结构需要有良好的冷热加工的工艺性标。重要结构需要有良好的冷热加工的工艺性 能时，应有冷弯合格保证。能时，应有冷弯合格保证。2.2.3 2.2.3 冷弯性能（冷弯性能（cold-bending behavior)cold-bending behavior)钢结构材料课件Steel冷弯试验钢结构材料课件 冲击韧性衡量钢材断裂时吸收机械能量的冲击韧性衡量钢材断裂时吸收机械能量的 能力，是强度与塑性的综合指标。能力，是强度与塑性的综合指标。 现行国家标准碳素结构钢现行国家标准碳素结构钢(GB700 -88) 规定采用国际上通用的夏比试验法，夏比缺规定采用国际上通用的夏比试验法，夏比缺 口韧性用口韧性用 表示，其值为试件折断所表示，其值为试件折断所 需要的功，单位为焦耳，需要的功，单位为焦耳，图图2-22-2。 对重要结构要根据相应的环境温度对应提对重要结构要根据相应的环境温度对应提 出出常温常温 (+20 ) 冲击韧性、冲击韧性、0 冲击韧性或冲击韧性或 负温负温 (负温负温 -20 、 -40 ) 冲击韧性的合格冲击韧性的合格 保证。保证。2.2.4 冲击韧性冲击韧性( (notch toughness)notch toughness)钢结构材料课件 图图2-3 2-3 夏比夏比V V型缺口冲击试验型缺口冲击试验 1- 1-摆锤；摆锤；2-2-试件；试件；3-3-试验机台座；试验机台座；4-4-刻度盘；刻度盘；5-5-指针指针钢结构材料课件冲击韧性试验钢结构材料课件 可焊性是指采用一般焊接工艺就可以完成可焊性是指采用一般焊接工艺就可以完成 合格的焊缝的性能。合格的焊缝的性能。 钢材钢材的可焊性受碳含量和合金元素含量的的可焊性受碳含量和合金元素含量的 影响。碳含量在影响。碳含量在0.12-0.20%0.12-0.20%范围内的碳素钢，范围内的碳素钢， 可焊性最好。含碳量再高可使焊缝和热影响可焊性最好。含碳量再高可使焊缝和热影响 区变脆。一般区变脆。一般Q235AQ235A通常不能用于焊接构件，通常不能用于焊接构件， 而而Q235BQ235B、Q235CQ235C、Q235DQ235D适合焊接使用。适合焊接使用。 高强度低合金钢中，合金元素对可焊性由高强度低合金钢中，合金元素对可焊性由 不利影响。不利影响。2.2.5 2.2.5 可焊性可焊性钢结构材料课件 我国行业标准建筑钢结构焊接技术规程我国行业标准建筑钢结构焊接技术规程 JGJ81- 2002 JGJ81- 2002，推荐使用碳当量来衡量低合金，推荐使用碳当量来衡量低合金 钢可焊性，公式如下：钢可焊性，公式如下： ( 2-1) ( 2-1) 当碳当量不超过当碳当量不超过0.38%0.38%时钢材可焊性很好；当时钢材可焊性很好；当 在在0.38%0.38%0.45% 0.45% 时施焊时需要控制焊接工艺时施焊时需要控制焊接工艺 和预热措施；大于和预热措施；大于0.45%0.45%时，需要严格控制焊时，需要严格控制焊 接工艺和预热措施。接工艺和预热措施。钢结构材料课件 钢材质量性能指标有：抗拉强度、伸长率、钢材质量性能指标有：抗拉强度、伸长率、 屈服强度、冷弯性能、冲击韧性。工艺性能和屈服强度、冷弯性能、冲击韧性。工艺性能和 化学成分也是反映钢材性能的重要因素。根据化学成分也是反映钢材性能的重要因素。根据 钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-(GB50205- 2001) 2001)的规定，对于进入施工现场的的规定，对于进入施工现场的钢材需进钢材需进 行进场验收，即检查钢材的质量合格证明文件、行进场验收，即检查钢材的质量合格证明文件、 中文标识及验收报告，确认钢材的品种、规格、中文标识及验收报告，确认钢材的品种、规格、 性能是否符合现行国家标准和设计要求。性能是否符合现行国家标准和设计要求。 钢材质量的抽样检验应由有相应资质的质检钢材质量的抽样检验应由有相应资质的质检 单位进行。单位进行。2.2.62.2.6钢材钢材性能的鉴定性能的鉴定钢结构材料课件课间休息课间休息2钢结构材料课件 2.3.12.3.1化学成分的影响化学成分的影响 钢材化学成分有铁钢材化学成分有铁 (Fe)，占占 99% 左右，此左右，此 外是碳外是碳( (C) C) 、硅硅 ( (Si) Si) 、锰、锰 ( (Mn) Mn) 、硫硫 ( (S) S) 、 磷磷( (P) P) 、氧氧 (0) (0) 、氮、氮 ( (N) N) 、钒、钒 ( (V) V) 等。等。 碳是形成钢材强度的重要成分，随着含碳碳是形成钢材强度的重要成分，随着含碳 量的提高，钢材强度逐渐增高，而塑性和韧性量的提高，钢材强度逐渐增高，而塑性和韧性 下降，冷弯性能、焊接性能和抗锈蚀性能也变下降，冷弯性能、焊接性能和抗锈蚀性能也变 劣。劣。2.3 2.3 影响钢材性能的因素影响钢材性能的因素钢结构材料课件 低碳钢低碳钢含碳量小于含碳量小于0.25%0.25%的钢材；的钢材； 中碳钢中碳钢含碳量介于含碳量介于0.25%0.25%和和0.6%0.6%之间的之间的 钢材；钢材； 高碳钢高碳钢含碳量大于含碳量大于0.6%0.6%的钢材。的钢材。 钢结构所用钢材中碳含量钢结构所用钢材中碳含量0.22%0.22%，对于焊，对于焊 接结构严格控制在接结构严格控制在0.2%0.2%以内。以内。 锰是有益锰是有益元素，是一种弱脱氧剂，可提高元素，是一种弱脱氧剂，可提高 钢材的强度，改善钢的冷脆倾向，但却降低焊钢材的强度，改善钢的冷脆倾向，但却降低焊 接性能，应控制含量，在低合金钢中含量为接性能，应控制含量，在低合金钢中含量为 1.2% 1.2%1.6% 1.6% 。钢结构材料课件 硅是强脱氧剂，可使钢材粒度变细，提高硅是强脱氧剂，可使钢材粒度变细，提高 强度且不影响其他性能。在普通碳素钢中强度且不影响其他性能。在普通碳素钢中(Si)(Si) 含量在含量在0.12% 0.12% 0.3%, 0.3%, 在低合金钢中含量在低合金钢中含量0.2%0.2% 0.55%0.55%。 过量硅会恶化焊接性能和抗腐蚀性过量硅会恶化焊接性能和抗腐蚀性 能。能。 硫是有害元素，能生成易于熔化的硫化硫硫是有害元素，能生成易于熔化的硫化硫 化铁。温度达化铁。温度达8008001000 1000 时，出现裂纹，称时，出现裂纹，称 为热脆，还会降低钢的冲击韧性，影响疲劳性为热脆，还会降低钢的冲击韧性，影响疲劳性 能和抗锈蚀性能，故对硫的质量分数应严格控能和抗锈蚀性能，故对硫的质量分数应严格控 制在制在0.05%0.05%以内。以内。钢结构材料课件 磷也是有害元素，在低温下会使普通碳素磷也是有害元素，在低温下会使普通碳素 钢变脆，称为冷脆；高温时则使钢的塑性降低，钢变脆，称为冷脆；高温时则使钢的塑性降低， 故含量应限制在故含量应限制在0.045%0.045%以内。以内。 氧也是有害元素，氧能使钢热脆。氧也是有害元素，氧能使钢热脆。 氮也是有害元素，使钢冷脆，故含量应严氮也是有害元素，使钢冷脆，故含量应严 加控制加控制 。 钒、铌、钛适量钒、铌、钛适量可提高钢的强度、韧性和可提高钢的强度、韧性和 抗锈蚀能力，而不显著降低塑性。抗锈蚀能力，而不显著降低塑性。 铝是强脱氧剂，提高铝是强脱氧剂，提高钢的强度、低温韧性钢的强度、低温韧性 含量不含量不小于小于0.015%0.015%。 钢结构材料课件 冶炼方法冶炼方法炉种的影响；炉种的影响； 浇铸脱氧浇铸脱氧因脱氧程度的不同，形成因脱氧程度的不同，形成 镇静钢、半镇静钢、沸腾钢；镇静钢、半镇静钢、沸腾钢； 冶金缺陷冶金缺陷偏析、非金属夹杂、气泡、偏析、非金属夹杂、气泡、 裂纹等；裂纹等； 轧制轧制使金属的晶粒变细，使气泡、裂使金属的晶粒变细，使气泡、裂 纹等焊合，改善了力学性能，钢板越薄强度纹等焊合，改善了力学性能，钢板越薄强度 越高；越高； 2.3.2 2.3.2 成材过程的影响成材过程的影响钢结构材料课件 热处理热处理是指金属在固态夏通过改变温是指金属在固态夏通过改变温 度、保温和随后调整至室温，实现改变金属组度、保温和随后调整至室温，实现改变金属组 织，获得所需性能的工艺方法。目的在于取得织，获得所需性能的工艺方法。目的在于取得 高强度的同时保持良好的塑性和韧性。其工艺高强度的同时保持良好的塑性和韧性。其工艺 分为退火、正火、淬火、回火。分为退火、正火、淬火、回火。 时效硬化时效硬化 钢材中的氮和碳，随时间的增钢材中的氮和碳，随时间的增 长从固体中析出，从而使钢材的强度提高，塑长从固体中析出，从而使钢材的强度提高，塑 性韧性性韧性 降低，脆性增大。这种现象称为时效硬降低，脆性增大。这种现象称为时效硬 化，也称老化。化，也称老化。如图如图 2-3 2-3所示。所示。2.3.32.3.3硬化的影响硬化的影响钢结构材料课件 图图2-3 2-3 硬化对钢材性能的影响硬化对钢材性能的影响 冷作硬化冷作硬化( (应变硬化）应变硬化） 钢结构不考虑此种钢结构不考虑此种 方法提高强度的，因为它容易引起裂缝。方法提高强度的，因为它容易引起裂缝。 应变时效硬化应变时效硬化 钢材经冷加工硬化后又经钢材经冷加工硬化后又经 时效而硬化变脆的现象。时效而硬化变脆的现象。钢结构材料课件 在截面形状改变处在截面形状改变处 , 如孔眼、切口、加粗等，如孔眼、切口、加粗等， 会出现应力集中现象，图会出现应力集中现象，图2-42-4。 图图2-52-5应力集中应力集中2.3.42.3.4应力集中的影响应力集中的影响钢结构材料课件 图图2-5 2-5 应力集中对钢材性能的影响应力集中对钢材性能的影响 钢结构材料课件 在正温度范围内，总的趋势是随着温度的升在正温度范围内，总的趋势是随着温度的升 高，钢材的强度降低，塑性增大。高，钢材的强度降低，塑性增大。 在在250 250 左右时，钢材的强度略有提高，而左右时，钢材的强度略有提高，而 塑性降低，钢材呈脆性，此现象称为塑性降低，钢材呈脆性，此现象称为蓝脆现象。蓝脆现象。 在在250250350350时，钢材会产生徐变现象。时，钢材会产生徐变现象。 在在600600 时钢材的强度很低不能承担荷载，时钢材的强度很低不能承担荷载， 如图如图2-62-6。 钢结构规范规定在超过钢结构规范规定在超过150150时结构表面时结构表面 需要加设隔热保护层。需要加设隔热保护层。 2.3.5 温度的影响温度的影响钢结构材料课件 在负温范围内，随着温度降低，钢材的脆性在负温范围内，随着温度降低，钢材的脆性 倾向逐渐增加，钢材的冲击韧性下降。当冬季倾向逐渐增加，钢材的冲击韧性下降。当冬季 计算温度等于或计算温度等于或 低于低于20 20 时，时， 不同不同不同钢种，不同钢种， 特别是受动力荷特别是受动力荷 载的结构，要有载的结构，要有 负温冲击韧性的负温冲击韧性的 保证。保证。 图图2-62-6低碳钢在高温下性能低碳钢在高温下性能钢结构材料课件 荷载可分为静力荷载和动力荷载两大类。荷载可分为静力荷载和动力荷载两大类。 静力荷载中的永久荷载属于一次加载，可变静力荷载中的永久荷载属于一次加载，可变 荷载看作重复加载。荷载看作重复加载。 动力荷载中的冲击荷载属于一次快速加载，动力荷载中的冲击荷载属于一次快速加载， 吊车梁所受的吊车荷载及建筑结构所承受的地吊车梁所受的吊车荷载及建筑结构所承受的地 震作用则属于连续交变荷载，或称循环荷载。震作用则属于连续交变荷载，或称循环荷载。 加荷速度的影响加荷速度的影响 由图由图2-7 2-7 看出，随着加荷速率的减小，曲线看出，随着加荷速率的减小，曲线 向温度低侧移动。在温度较高和较低两侧，三向温度低侧移动。在温度较高和较低两侧，三 条曲线趋于接近，应变速率的影响不十分明显，条曲线趋于接近，应变速率的影响不十分明显，2.3.62.3.6荷载类型的影响荷载类型的影响钢结构材料课件 当在常温范围当在常温范围 内加荷速率越内加荷速率越 高，缺口试件高，缺口试件 断裂时吸收的断裂时吸收的 能量越低，变能量越低，变 得越脆。因此得越脆。因此 在钢结构防止在钢结构防止 低温脆性破坏低温脆性破坏 设计中应考虑设计中应考虑 图图2-62-6不同应变速率下钢材断裂吸收不同应变速率下钢材断裂吸收 加荷速度影响。加荷速度影响。 能量随温度的变能量随温度的变钢结构材料课件 请同学们预习下次课内容请同学们预习下次课内容 钢材的疲劳：疲劳的定义；钢材的疲劳：疲劳的定义； 疲劳破坏的特征；疲劳破坏的特征； 疲劳验算。疲劳验算。 建筑用钢的种类及选用：建筑用钢的种类及选用： 钢材种类规格钢材种类规格 钢材的选择钢材的选择 钢结构材料课件下次课再见下次课再见钢结构材料课件 本次课的内容本次课的内容 疲劳的定义疲劳的定义 钢材的疲劳钢材的疲劳 疲劳破坏的特征疲劳破坏的特征 疲劳验算疲劳验算 钢材种类规格钢材种类规格 建筑用钢的种类及选用建筑用钢的种类及选用 钢材的选择钢材的选择 重点：重点：疲劳破坏的特征疲劳破坏的特征 难点：难点：疲劳验算疲劳验算钢结构材料课件 钢材在连续交变荷载作用下，逐渐积累损伤、钢材在连续交变荷载作用下，逐渐积累损伤、 产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直到最后突然破坏产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直到最后突然破坏 的现象称为的现象称为疲劳疲劳(fatigue)(fatigue)。 按照断裂寿命和应力高低的不同，疲劳分为按照断裂寿命和应力高低的不同，疲劳分为 高周疲劳高周疲劳和和低周疲劳低周疲劳两类。高周疲劳的断裂寿两类。高周疲劳的断裂寿 命长，断裂前的应力循环次数大于等于命长，断裂前的应力循环次数大于等于5000050000， 断裂应力水平较低，应力小于屈服应力，因此断裂应力水平较低，应力小于屈服应力，因此 也称为低应力疲劳或疲劳，一般常见的疲劳多也称为低应力疲劳或疲劳，一般常见的疲劳多 属于这种疲劳。属于这种疲劳。2.42.4钢材的疲劳钢材的疲劳 2.4.12.4.1疲劳的定义疲劳的定义钢结构材料课件 低周疲劳的断裂寿命较短，断裂前的应力循低周疲劳的断裂寿命较短，断裂前的应力循 环次数常在环次数常在1001005000050000，断裂应力较高，应力，断裂应力较高，应力 大于等于屈服应力，伴有塑性应变发生，因此大于等于屈服应力，伴有塑性应变发生，因此 也称为应变疲劳或高应力疲劳。也称为应变疲劳或高应力疲劳。 引起疲劳破坏的交变荷载由两种类型：一种引起疲劳破坏的交变荷载由两种类型：一种 为常幅交变荷载，引起的应力称为常幅循环应为常幅交变荷载，引起的应力称为常幅循环应 力；一种为变幅交变荷载，引起的应力称为变力；一种为变幅交变荷载，引起的应力称为变 幅循环应力幅循环应力，图，图 2-8 2-8。由。由这两种荷载引起的疲这两种荷载引起的疲 劳破坏分别称为常幅疲劳和变幅疲劳。劳破坏分别称为常幅疲劳和变幅疲劳。 2.4.22.4.2疲劳破坏的特征疲劳破坏的特征钢结构材料课件 图图2-72-7常幅循环应力和变幅循环应力常幅循环应力和变幅循环应力 (a) (a)常幅循环应力常幅循环应力(b)(b)变幅循环应力变幅循环应力 疲劳破坏具有疲劳破坏具有突然性，破坏前没有明显的宏突然性，破坏前没有明显的宏 观塑性变形，属于脆性断裂。观塑性变形，属于脆性断裂。 但于一般脆断的瞬间断裂不同，疲劳是在名但于一般脆断的瞬间断裂不同，疲劳是在名 义应力低于屈服点的低应力循环下，经历了长义应力低于屈服点的低应力循环下，经历了长 期的积累损伤过程后才突然发生的。期的积累损伤过程后才突然发生的。钢结构材料课件 其破坏过程经历三个阶段，即裂纹的萌生、其破坏过程经历三个阶段，即裂纹的萌生、 裂纹的缓慢扩展和最后迅速断裂。裂纹的缓慢扩展和最后迅速断裂。 疲劳疲劳破坏的断口与一般脆性断口不同，可破坏的断口与一般脆性断口不同，可 分为三个区域：裂纹源、裂纹扩展区和断裂区，分为三个区域：裂纹源、裂纹扩展区和断裂区， 图图2-92-9。 疲劳对疲劳对缺陷缺陷 十分敏感。缺陷十分敏感。缺陷 部位应力集中严部位应力集中严 重，会加快疲劳重，会加快疲劳 破坏的裂纹萌生破坏的裂纹萌生 和发展。和发展。 图图2-8 2-8 疲劳破坏断口特征疲劳破坏断口特征钢结构材料课件 1.1.基本概念基本概念 一次循环一次循环：连续：连续 重复荷载之下应力重复荷载之下应力 往复变化一周（图往复变化一周（图 2-10). 2-10). 常幅应力循环常幅应力循环： 一次应力循环中应一次应力循环中应 力幅为常数。力幅为常数。 应力比应力比：等于按：等于按 绝对值计算的最小绝对值计算的最小 图图2-9 2-9 循环应力谱循环应力谱 2.4.32.4.3常幅疲劳常幅疲劳钢结构材料课件 最小应力和最大应力之比，即最小应力和最大应力之比，即 （拉为（拉为 正，压为负）。图正，压为负）。图2-9(a) 2-9(a) 为完全对称循环为完全对称循环, , （c c）脉冲循环，（）脉冲循环，（d d）相当于静荷载作用。）相当于静荷载作用。 应力幅应力幅：应力变化的幅度：应力变化的幅度 。 试验表明：疲劳强度除与试验表明：疲劳强度除与主体金属主体金属和和连接类型连接类型 有关外，还与循环应力的有关外，还与循环应力的应力比应力比和和循环次数循环次数有有 关。关。 2. 2. 疲劳验算疲劳验算 直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件及直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件及 连接，当应力循环连接，当应力循环次数次数 时应进行疲劳时应进行疲劳 验算。验算。 钢结构材料课件 （2-1)2-1) 式中式中 (2-2) (2-2) 表表2.1 2.1 系系 数数 钢结构材料课件 将变幅应力幅折算为常幅等效应力幅将变幅应力幅折算为常幅等效应力幅 ，然，然 后按常幅疲劳进行验算，公式后按常幅疲劳进行验算，公式 (2-3)(2-3) 式中式中 2.4.42.4.4变幅疲劳验算变幅疲劳验算钢结构材料课件课间休息课间休息3钢结构材料课件 2.5.1 2.5.1建筑用钢的种类建筑用钢的种类 我国的建筑用钢主要为碳素结构钢和低合金我国的建筑用钢主要为碳素结构钢和低合金 高强度钢两种。高强度钢两种。 1.1.碳素碳素结构钢结构钢 按国家标准按国家标准 GB/700-1998 GB/700-1998 生产的钢材共有生产的钢材共有 Q195 Q195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255、Q275 Q275 等等5 5种。其中种。其中 Q235 Q235 含碳量在含碳量在0.22%0.22%以下，属于低碳钢，强度以下，属于低碳钢，强度 适中，塑性、韧性均好。根据化学成分和冲击适中，塑性、韧性均好。根据化学成分和冲击 韧性的不同划分为韧性的不同划分为A A、B B、C C、D D 共共4 4个质量等级，个质量等级， 按字母顺序由按字母顺序由A A到到D D，表示质量等级由低到高。，表示质量等级由低到高。2.52.5建筑用钢的种类及选用建筑用钢的种类及选用钢结构材料课件 碳素结构钢的钢号由代表屈服点的字母碳素结构钢的钢号由代表屈服点的字母 Q Q、 屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号四屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号四 个部分组成。个部分组成。F-F-沸腾钢，沸腾钢，b-b-半镇静钢，半镇静钢，Z-Z-镇静镇静 钢，钢，TZ-TZ-特种镇静钢。特种镇静钢。Z Z、TZTZ可省略。可省略。 2.2.低合金高强度钢低合金高强度钢 按国家标准按国家标准GB/T1591-1994 GB/T1591-1994 生产的钢材共有生产的钢材共有 Q295 Q295、Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420、Q460Q460等等5 5种。按化种。按化 学成分和冲击韧性划分为学成分和冲击韧性划分为A A、B B、C C、D D、E E共共5 5个个 质量等级。质量等级。 Q345 Q345、Q390Q390、Q420 Q420 有较高的强度有较高的强度 和塑性、韧性、焊接性能。和塑性、韧性、焊接性能。 钢结构材料课件 钢板钢板 有厚钢板、薄钢板、扁钢。表示方法有厚钢板、薄钢板、扁钢。表示方法 为在符号为在符号“”后加后加“宽度宽度厚度厚度”。 厚钢板：厚度厚钢板：厚度4.54.5 60mm60mm，宽度，宽度600600 3000mm3000mm， 长度长度4m4m 12m12m； 热轧型钢热轧型钢 常用有角钢、工字钢、槽钢等，图常用有角钢、工字钢、槽钢等，图2-10a2-10a f f。 冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢 采用采用1.51.5 6mm6mm厚的钢板冷弯和辊压成型的型厚的钢板冷弯和辊压成型的型 材图材图2-10g2-10g；采用；采用0.40.4 1.6mm 1.6mm 的薄钢板经辊压的薄钢板经辊压 成型的压型钢板图成型的压型钢板图2-10h2-10h。2.5.22.5.2钢材规格钢材规格钢结构材料课件 图图2-102-10热轧型钢及冷弯薄壁型钢热轧型钢及冷弯薄壁型钢 钢结构材料课件 选用原则选用原则 保证结构安全可靠，符合使用要求，尽可能保证结构安全可靠，符合使用要求，尽可能 地节省钢材和降低工程造价。具体应考虑下列地节省钢材和降低工程造价。具体应考虑下列 因素：因素： （1) 1) 结构的重要性。结构的重要性。 （2 2）荷载特征。）荷载特征。 （3) 3) 连接方式。连接方式。 （4 4）结构的工作环境。）结构的工作环境。 （5 5）钢材厚度。）钢材厚度。2.5.32.5.3钢材的选择钢材的选择钢结构材料课件 1. 1.钢材有哪两种破坏形式钢材有哪两种破坏形式? ? 2. 2.衡量钢材性能的好坏常用哪些指标衡量钢材性能的好坏常用哪些指标? ? 3. 3.影响钢材性能的主要化学成分有哪些影响钢材性能的主要化学成分有哪些? ? 4. 4.碳、硫磷对钢材的性能有那些影响？碳、硫磷对钢材的性能有那些影响？ 5. 5.影响钢材性能的主要因素有那些影响钢材性能的主要因素有那些? ? 6. 6.钢材在温度作用下的力学性能如何钢材在温度作用下的力学性能如何? ? 7. 7.硬化是如何影响钢材性能的硬化是如何影响钢材性能的? ? 8. 8.疲劳破坏的特征是什么疲劳破坏的特征是什么? ? 9. 9.哪些因素可使钢材变脆哪些因素可使钢材变脆? ? 10. 10.钢材的选用主要考虑那些因素钢材的选用主要考虑那些因素? ?思考题思考题钢结构材料课件 请同学们预习下次课内容请同学们预习下次课内容 钢结构连接形式：焊接连接；钢结构连接形式：焊接连接； 铆钉和螺栓连接；铆钉和螺栓连接； 轻钢结构的紧固连接。轻钢结构的紧固连接。 对接焊缝设计：对接焊缝的构造对接焊缝设计：对接焊缝的构造 对接焊缝的计算对接焊缝的计算 钢结构材料课件下次课再见下次课再见钢结构材料课件