钢结构基本原理课件.ppt

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1、第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）关于钢结构基本原理第1页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）钢材的种类很多，其化学成分不同，性能各异。钢材的性能主要有：力学性能、加工性能和抗侵蚀等性能。因此，必须了解钢材的强度、塑性、冷弯、韧性、可焊性以及影响钢材性能变化的各种因素，才能根据钢结构所受的荷载、工作环境，选择符合要求的钢材。2.1 2.1 钢材的主要力学性能钢材的主要力学性能第2页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2.1.1 钢材

2、的强度指标和塑性指标（1）单向均匀受拉的工作特性 在常温静载情况下，Q235钢材标准试件（图2.1）受单向拉伸试验时的应力应变曲线如图2.2。图2.1 标准试件图2.2 Q235钢单向受拉应力应变曲线第3页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）拉伸曲线反映了钢材的力学特性，描述如下：1)弹性阶段：OAE段 OA直线的斜率称为弹性模量E，fp称为比例极限，fe称为弹性极限。2)弹塑性阶段：EC段 与不呈比例，除弹性变形外还有塑性变形，fy称为屈服强度，又叫屈服点（yield point，材料力学中用s表示）。工作特性工作特性单向受拉应力应

3、变曲线第4页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）3)屈服阶段：CF段 钢材完全屈服，不增加（保持fy），而骤增。4)强化阶段：FB段 经过屈服阶段后，钢材内部组织重新排列，抵抗外力的能力增强。5)颈缩阶段：BD段 应力超过fu后，试件出现“颈缩”而断裂，fu称为抗拉强度(tensile strength，材料力学中用b表示）。工作特性工作特性单向受拉应力应变曲线 根据上述特性，可确定钢材的强度指标和塑性指标。第5页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）(2)强度指标 由于fy、

4、fp、fe很接近，应变很小，0.1%(y0.15%)可以把三点看作为一点，并以屈服点fy作为代表。钢结构设计中，把钢材的屈服点fy作为钢材的强度标准值fkfy。常用结构钢材的强度设计值f（design value）可查材料手册（见附表1.1）。弹性设计时，构件的应力不能大于f值。抗拉强度fu在实际构件中是不允许达到的，钢材的抗拉强度fu值高，可以增加结构的安全保障。第6页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）另外，Q235钢材在屈服前接近理想的弹性体，而屈服后的流变现象接近理想的塑性体，且流变的范围很大（0.15%2.5%）。因此，可认

5、为钢材是理想的弹-塑性体（图2.3）。即假定钢材应力小于fy时是完全弹性的，应力超过fy后则是完全塑性的。利用钢材理想弹塑性假定，可以简化钢构件的弹塑性分析计算。强度指标强度指标图2.3 理想弹塑性的应力应变曲线第7页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）高强度钢材没有明显的屈服台阶，这类钢的屈服点是根据实验分析结果人为规定的，称为条件屈服（用 f0.2表示，定义为试件卸载后其残余应变为2%时所对应的应力）。这类钢材在设计中不宜利用塑性。图2.4 高强度钢的应力应变曲线强度指标强度指标第8页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结

6、构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）钢材在单向受压时（短试件），抗压强度与单向受拉时相同。钢材受扭转时的应力应变曲线也与受拉时相似，但剪切屈服点和抗剪强度低于fy和fu；剪变模量G也低于弹性模量E。钢材和铸钢件的弹性模量、剪变模量、线膨胀系数和质量密度列于表2.1。强度指标强度指标第9页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）断面收缩率：式中l0试件拉伸前标距长度;l1试件拉断后原标距间长度;A0试件截面面积;A1拉断后颈缩区的截面面积。钢材的伸长率愈大，钢材塑性愈好(3)塑性指标延伸率：第10页，此课件共58页哦第第2章章

7、 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2.1.2 2.1.2 冷弯性能冷弯性能 冷弯性能是指钢材在冷加工产生塑性变形（deformed）时，对产生裂缝的抵抗能力。如图2.3所示将试件弯曲成规定的角度后,检查试件弯曲部分的表面有无裂缝、裂断、分层等，没有即为合格。冷弯试验是鉴定钢材质量的一种良好方法，常作为静力拉伸试验和冲击试验的一种补充试验，是一项衡量钢材力学性能的综合指标。图2.5 冷弯1800试件 第11页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2.1.3 2.1.3 冲击韧性冲击韧性 冲击韧性是衡量钢材

8、强度、塑性及材质的一项综合指标。钢材的韧性与轧制方法、环境温度有关。冲击韧性由冲击试验测定。冲击韧性：(Nm/cm2)式中：AK试验机的冲击功（Nm)；A缺口处净截面面积(cm2)。图2.6 冲击韧性试验第12页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2.1.4 2.1.4 可焊性可焊性 焊接后焊缝金属及其附近的热影响区金属不产生裂纹，并且焊缝的力学性能不低于母材的力学性能。2.1.5 2.1.5 耐久性耐久性 耐腐蚀性：钢材耐腐蚀性较差，必须采取防护措施，新建结构需要油漆，已建成的结构需定期维护。耐老化性：随着时间的增长，钢材的力学性能

9、有所改变，出现“时效”现象，即“老化”。“时效”使钢材变脆。耐长期高温性：在长期高温条件下工作的钢材，其破坏强度比常温拉伸试验的强度低得多，应另行测定“强度”。耐疲劳性：钢结构或构件在长期连续的交变荷载或重复荷载作用下，应力虽低于fy也会发生破坏，称为“疲劳破坏”。第13页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2.1.6 2.1.6 钢构件的两种破坏形式钢构件的两种破坏形式1)塑性破坏构件破坏前有明显的变形或破坏前兆。塑性破坏容易被发现而采取补救措施,可避免造成严重后果.2)脆性破坏破坏前构件变形很小,平均应力一般都小于屈服点fy,破坏

10、始于应力集中处,如缺口、裂纹、凹角和多向受拉区域.破坏前没有任何预兆,无法及时被发现和采取补救措施,危及生命财产安全,后果严重。因此，设计时应尽量避免构件出现脆性破坏。BACK第14页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2.2.1 2.2.1 化学成分的影响化学成分的影响主要化学成分铁（Fe，在碳素结构钢中约占99%）少量元素碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）碳碳是决定钢材性能的最重要元素。建筑用钢一般多用碳素结构钢，属于低碳钢，含碳量小于0.25%；工程所用低合金钢，其含碳

11、量小于0.52%。2.2 2.2 影响钢材性能的因素影响钢材性能的因素第15页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）硅 硅是作为脱氧剂存在钢中，是钢中的有益元素。硅含量较低（小于1.0%）时，能提高钢材的强度，而对塑性和韧性无明显影响。锰 锰是炼钢时用来脱氧去硫而存在于钢中的，是钢中的有益元素。锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，能提高钢材的强度和硬度。磷 磷是钢中很有害的元素。随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，加大钢材的冷脆性。影响因

12、素影响因素第16页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）硫 硫是钢中很有害的元素。硫的存在会加大钢材的热脆性，降低钢材的各种机械性能，也使钢材的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。氧氧是钢中的有害元素。随着氧含量的增加，钢材的强度有所提高，但塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差。氧的存在会造成钢材的热脆性。氮 氮对钢材性能的影响与碳、磷相似，随着氮含量的增加，可使钢材的强度提高，塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差，冷脆性加剧。氮在铝、铌、钒等元素的配合下可以减少其不利影响，改善钢材性能，可作为低合金钢的合金元素使用。影响因素影响

13、因素第17页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）钛 钛是强脱氧剂。钛能显著提高强度，改善韧性、可焊 性，但稍降低塑性。钛是常用的微量合金元素。钒 钒是弱脱氧剂。钒加入钢中可减弱碳和氮的不利影响，有效地提高强度，但有时也会增加焊接淬硬倾向，钒也是常用的微量合金元素。影响因素影响因素第18页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2.2.2 2.2.2 冶炼、浇铸、轧制的影响冶炼、浇铸、轧制的影响(1)冶炼 我国目前钢结构用钢主要是平炉和氧气转炉冶炼而成，两种冶炼方法炼制的钢质量大体

14、相当。影响因素影响因素第19页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）(2)脱氧方法 用锰、硅、铝作为脱氧剂进行脱氧（deoxidize）.它们之间的脱氧能力比为锰:硅:铝=1:5:90。按脱氧程度或方法不同而分为沸腾钢(F)、镇定钢(Z)、半镇定钢(b)和特殊镇定钢(TZ)。沸腾钢 组织不够致密，成分不太均匀，硫、磷等杂质偏析较严重，故质量较差。但因其成本低、产量高，故被广泛用于一般工程。镇静钢 成本较高，但其组织致密，成分均匀，含硫量较少，性能稳定，故质量好。适用于预应力混凝土等重要结构工程。半镇静钢 质量较好。特殊镇静钢 质量最好，

15、适用于特别重要的结构工程。影响因素影响因素第20页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）（3）轧制 轧制（rolling）钢材是把钢锭加热到1200-1300高温时进行，这时钢具有较好的热塑性，利用轧钢机压力的作用，可使钢锭中的小气泡、裂纹和质地较疏松部分压合密实，消除组织缺陷和细化钢的晶粒。因此，轧制钢比铸钢质量好。压缩比越大，钢材的力学性能越好。此外，由于轧辊的压延作用，钢材顺轧辊轧制方向的性能比横向的性能好。影响因素影响因素第21页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2.

16、2.3 2.2.3 残余应力的影响残余应力的影响 热轧型钢中的残余应力（remaining stress）是因不均匀冷却而产生的。型钢冷却时其边缘、尖角及薄细部位因与空气接触多而冷却快，先冷却部位常形成强劲的约束（constraint），阻止后冷却部位的自由收缩，从而使后冷却部位受拉，形成自相平衡的复杂的残余应力分布。此后钢材的调直和加工（剪切、气割、焊接等）还将改变这种分布。构件承受荷载时，荷载引起的应力将与残余应力叠加（superposition），使构件有些部位提前达到屈服并发展塑性变形，使截面的弹性区域减少。因此残余应力将降低构件的刚度（stiffness）和稳定性，而对构件的强度不产

17、生影响。影响因素影响因素第22页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2.2.4 2.2.4 温度的影响温度的影响(1)温度升高 当温度升高，钢材的强度和弹性模量的总趋势是降低，但在150以下时变化不大。当温度在250时，钢材的抗拉强度有较大的提高，但塑性、韧性变差，此时的破坏为脆性破坏，称为“蓝脆”。当温度超过300时，其强度和弹性模量开始显著下降，而塑性开始显著增大，钢材产生徐变。达到600时，强度几乎为零。影响因素影响因素第23页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）(2)

18、温度降低 温度下降到负温时，钢材的强度虽有提高，但塑性和韧性降低、脆性增加，出现脆性转变温度。以韧性指标为例（右图），反弯点对应的温度T0即为脆性转变温度。选用钢材时应使结构所处的环境温度高于脆性转变温度的下限值T1，且在环境温度下具有足够的冲击韧性值。影响因素影响因素第24页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2.2.5 2.2.5 钢材硬化的影响钢材硬化的影响(1)冷作硬化 钢材在常温下冷加工（拉、拔、弯、冲切、剪切等）的过程。当加载到强化区间卸载后，钢材的塑性变形不能恢复，再次加时，钢材的屈服强度提高，弹性范围增加，但塑性和伸长

19、率降低。这一性质称为冷作硬化（stiffening）。第25页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）(2)时效硬化 钢材随存放时间延长，会出现屈服强度提高，弹性范围增加，伸长率降低，这一性质称为时效effectiveness for a given period of time）硬化。这是因为随着时间的推移，钢材化学成分中的氮和碳逐渐析出，形成了自由的氮化物和碳化物，他们能起到阻止纯铁体晶粒间的滑移，约束塑性发展，从而提高钢材的强度，降低塑性。人工加载让钢试件先产生10%左右的塑性变形，然后加热至250，并保温一小时后自然冷却（cool

20、ing），这一方法能加速时效进程，称为人工时效。第26页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2.2.6 2.2.6 应力集中的影响应力集中的影响 在构件截面发生变化的区域，截面应力分布并不均匀，突变处将产生局部高峰应力，这种因截面尺寸显著变化而引起应力局部增大的现象称应力集中（stress concentration）。分析表明：应力集中产生的高峰应力区附近总是存在平面或三维应力场，使钢材性能变脆而引发脆性破坏。钢结构中应力集中现象不可避免，但只要在设计和施工时注意采取合理的构件形状和构造措施，使截面的变化平缓过渡，就能降低应力集中的

21、影响。另外，在常温下承受静力荷载作用的钢结构，由于建筑钢材的塑性较好，当应力在局部达到屈服应力后，钢材的塑性变形使应力重分布，应力分布不均匀现象也会趋于平缓。因此，只要符合设计与施工规范的有关规定，计算时可不考虑应力集中的影响。BACK第27页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2.3 2.3 复杂应力下的屈服条件复杂应力下的屈服条件 钢材在单向拉伸时，以屈服点为临界点，应力小于屈服点为弹性工作状态，大于屈服点为塑性状态。实际钢结构中，钢材常是在两向或三向的复杂应力状态下工作，这时钢材的屈服并不取决于某一个方向的应力，而是由反映各方向

22、应力综合影响的相当应力（也称折算应力）来表示。当eq fy时，钢材处于弹性阶段；当eq fy时，钢材处于塑性阶段。根据强度理论，三维应力场的相当应力（equivalent stress）计算表达式为：第28页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）由相当应力计算公式可知，钢材处于同号应力场时，若三个主应力均为拉应力，且应力值都接近单向拉伸时的屈服极限fy，而相当应力却始终小于屈服点，钢材拉断了也不会有明显的塑性变形。因此，在构件中如果出现多向拉应力作用的区域，总是发生脆性破坏。只有两向应力作用时，如：z=xz=yz=0受纯剪时：第29页，

23、此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）设 时的 则BACK第30页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2.4 2.4 钢结构的疲劳破坏和疲劳计算钢结构的疲劳破坏和疲劳计算2.4.1 2.4.1 疲劳破坏疲劳破坏 试验表明，钢构件在连续反复荷载作用下，尽管应力低于抗拉强度，甚至低于屈服点，但经过一定的循环次数后，也会发生断裂破坏。这种经历长期反复荷载作用而发生突然断裂的现象，称为疲劳破坏。疲劳破坏前构件没有明显的变形特征，属于脆性破坏。破坏原因:钢构件上难免有微观裂纹（crack）

24、，如非金属杂质、扎制或加工时造成的微小裂纹等。在荷载作用下，受拉区的微裂纹尖端因应力集中而出现高应力区，并伴随双向或三向拉应力场，使钢材的塑性发展受到限制。在工作初期，由于应力较小，这些微小裂纹不会立刻引起构件断裂。但在长期反复荷载作用下，裂纹尖端的拉应力使裂纹有逐步扩展的趋势并缓慢地扩展，与此同时，构件的有效截面也逐步第31页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）减小。经过一定的循环（circle）次数后，一旦裂纹扩展到构件截面不能承受荷载时，构件出现突然断裂。第32页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构

25、基基本本原原理理（黄呈伟主编）2.4.2 2.4.2 钢材的疲劳强度极限钢材的疲劳强度极限 反复荷载在构件内引起的应力随时间变化的曲线称为循环应力谱（图2.6）。用=min/max来表示（拉应力为正，压应力为负）。例如，=-1表示完全对称（symmetry）循环，=0表示脉冲（pulse）循环。值可以介于-1和+1之间。（a）完全对称循环 =-1 （b）脉动应力循环=0 图2.6 循环应力谱第33页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）应力变化的幅度称为应力幅，用=max-min表示。在应力循环过程中，如果应力幅保持为常量，称为常幅循环

26、应力，否则称变幅应力循环。常幅疲劳试验可以测定钢材的疲劳强度极限。试验用一组（10根）相同材料的光滑小试件，每次将一根试件安装在疲劳试验机上，第一根试件可施加较大的弯矩，使试件受纯弯曲，上缘受拉，下缘受压；图2.7 钢材的疲劳强度极限当电机带动试件旋转时，试件表面各点的应力交替出现拉、压变化，转动一圈完成一次循环，由施加的弯矩可以算出应力幅；当经过某一循环次数n，试件破坏，得到n曲线上的一个点（图2.7）。疲劳极限疲劳极限第34页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）依次对其余试件进行实验，并逐步减小弯矩，也即减小应力幅，试件破坏时的循

27、环次数将不断增加，每一根试件得到n曲线上的一个点。当应力幅小于一定值时，即使有无限次循环，试件也不会产生疲劳破坏。按照有关国际标准建议，将n5106所对应的应力幅称为材料的疲劳极限。疲劳极限疲劳极限第35页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2.4.3 2.4.3 钢结构的疲劳计算钢结构的疲劳计算 钢结构的疲劳计算是针对具体构件或连接部位，特别是连接部位，应力集中和焊接残余应力对疲劳强度影响很大，因此构件或连接的疲劳强度都低于材料的疲劳强度。我国钢结构设计规范（GB5000172003）规定，当构件的工作应力循环次数n5104时，应进

28、行疲劳计算。另外，不同构件或连接形式其疲劳性能各不相同，因此也不能用一个标准来衡量。钢结构设计规范（GB5000172003）将不同构造和受力特点的钢构件和连接，按其疲劳性能的高低归并为八个疲劳计算类别（见附录6）。其中一类疲劳性能最好，八类最差。疲劳计算表达式如下：1)常幅疲劳计算 计算公式：第36页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）式中应力幅。对焊接部位，=max-min；对非焊接部位，=max-0.7min。max计算部位每次应力循环中的最大拉应力（取正值）；min计算部位每次应力循环中的最大压应力（取负值）；常幅疲劳的容许应

29、力幅（N/mm2）,按下式计算：=(c/n)1/式中:n应力循环次；c,系数,根据疲劳计算分类按表2.3取值。疲劳计算疲劳计算第37页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2)变幅疲劳计算 实际工程构件的工作应力幅多为变化的，或称随机荷载，如吊车起吊荷载每次可能都不一样，且多数工作荷载小于设计荷载。对于重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架，按照线性疲劳累积损伤原则，将随机变化的应力幅折算成等效常应力幅按下式计算：式中：欠载效应的等效系数,查表2.4 循环次数n 2106的容许应力幅,可查表2.5。疲劳计算疲劳计算第38页，此课件共

30、58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）进行疲劳计算时需注意以下两点：1）目前疲劳计算仍采用容许应力法，荷载采用标准值，不考虑分项系数和动力系数，并按弹性工作计算。2）钢构件或连接的疲劳破坏是由于循环应力反复作用下疲劳裂纹的生成和扩展而导致断裂。因而疲劳允许应力幅主要取决于应力循环次数，以及构件或连接的具体构造细节和应力集中程度，钢材强度等级对疲劳破坏应力幅或疲劳寿命的影响并不显著，计算时可认为疲劳容许应力幅与钢材种类无关。疲劳计算疲劳计算BACK第39页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编

31、）2.5 2.5 钢材的种类、选用和型钢规格钢材的种类、选用和型钢规格2.5.1 2.5.1 钢材的种类钢材的种类常用钢材碳素结构钢钢低合金高强度桥梁用钢耐候钢第40页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）（1）碳素结构钢 按国家现行标准碳素结构钢(GB700-1988)规定，碳素结构钢的牌号（brand）由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级（A、B、C、D）、脱氧方法符号（F、b、Z、TZ，分别表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢）四个部分顺序组成。目前生产的碳素结构钢有：Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五种

32、，含碳量越多，屈服点越高，塑性越低。Q235的含碳量低于0.22，属于低碳钢，其强度适中，塑性、韧性和可焊性较好，是建筑钢结构常用的钢材品种之一。第41页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）碳素结构钢牌号举例：Q235A.FQ：钢材屈服点代号235:屈服点数值（N/mm2）A:质量等级代号(A、B、C、D)F:脱氧程度代号(F、b、Z、TZ，其中Z、TZ可以省略)第42页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）(2)低合金高强度钢 低合金高强度钢是在碳素钢中加入少量几种合金元素，

33、其总量虽低于5%，但钢的强度明显提高，故称为低合金高强度钢。其牌号按屈服点由小到大排列，有Q295、Q345、Q390、Q420和Q460等五种，牌号意义和碳素结构钢相同。不同的是，低合金高强度钢的质量等级分为A、B、C、D、E五级，A级对冲击韧性无要求；B、C、D级对应温度200C、00C、200C的冲击功34J；E级要求400C的冲击功27J。(3)耐大气腐蚀用钢（耐候钢）在钢的冶炼过程中，加入少量特定的合金元素，一般指铜（Cu）、磷（p）、铬（Cr）、镍（Ni）等，使之在金属基体表面形成保护层，提高钢材耐大气腐蚀性能，这类钢统称为耐大气腐蚀用钢或耐候钢。我国目前生产的耐候钢分为高耐候结构

34、钢和焊接结构用耐候钢两类。钢材的种类钢材的种类第43页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）1）高耐候结构钢 其耐候性能比焊接结构用耐候钢好，故称为高耐候结构钢。按其化学成分分为：铜磷钢和铜磷铬镍钢两种。其牌号表示方法是由分别代表“屈服点”的拼音字母Q、屈服点的数值和“高耐候”拼音字母GNH顺序组成，含Cr、Ni的高耐候钢在牌号后加代号“L”。例如，Q345GNHL表示屈服点为345（N/mm2）、含有铬镍的高耐候钢。若将高耐候结构用于焊接结构，其钢板厚度应不大于16mm。2）焊接结构用耐候钢 这类钢能保持良好的焊接特性，适用厚度达10

35、0mm。其表示方法是由分别代表“屈服点”拼音字母Q、屈服点的数值和“耐候”的拼音字母NH以及质量等级（C、D、E）顺序组成。耐候钢的的化学成分、力学性能等参数可查阅国标（GB/T 41712000）和焊接结构用耐候钢（GB/T4172）。钢材的种类钢材的种类第44页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）(4)桥梁用结构钢 由于桥梁所受荷载性质特殊，桥梁用钢的力学性能、焊接性能等技术要求一般都严于房屋建筑用钢，其牌号表达方式与其他钢材一样，由屈服点拼音字母Q、屈服点数值、桥梁钢拼音字母q和质量等级（C、D、E）四部分顺序组成，如Q235q

36、C。桥梁钢的化学成分、力学性能等参数可查阅国家标准桥梁用结构钢。（5）厚度方向性能钢板由于扎制工艺的原因，厚钢板沿厚度方向（Z向）的力学性能最差。当结构局部构造形成有板厚方向的拉力作用时，很容易沿平行于钢板表面层间内出现层状撕裂。因此，对于重要焊接构件的钢板，还要求厚度方向有良好的抗层间撕裂性能。钢材的种类钢材的种类第45页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）钢板的抗层间撕裂性能采用厚度方向拉伸试验时的断面收缩率来评定。并以此分为Z15、Z25、Z35三个级别，分别代表钢板的厚度方向断面收缩率Yz不小于15%、25%和35%。高层建筑

37、钢结构是首先提出钢板厚度方向性能要求的建筑结构，已颁布行业标准高层建筑结构用钢板（YB4104-2000）。其中，对厚度方向性能有要求的钢板，牌号由代表屈服点拼音字母Q、屈服点数值、高层建筑拼音字母GJ、质量等级（C、D、E）和后缀字母Z组成，如Q235GJZ。第46页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2.5.2 2.5.2 钢材的选用钢材的选用 基本原则：即要保证结构的安全可靠，又要做到用料经济合理。选择钢材时考虑的因素：1)结构的重要性；2)荷载的性质；3)连接方法；4)结构的工作温度钢结构用钢：承重结构宜用Q235、Q345、

38、Q390、Q420。品质保证：承重结构钢材，应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度（通称三项保证）和硫、磷含量的合格保证；焊接结构钢材，除满足上项外，还应有碳含量合格保证，冷弯、冲击韧性等要求；第47页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）有疲劳验算和抗震要求的结构钢材，要求有冲击韧性的合格保证。优先选用型钢。图2.8 型钢截面形式第48页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2.5.3 2.5.3 型钢及规格型钢及规格型钢包括：热轧型钢、冷弯薄壁型钢、钢索。(1)热轧型钢1）钢板钢板

39、（plate）有厚钢板、薄钢板和扁钢。厚钢板：厚度为4.560mm，宽度为600300mm，长度为412m；用于制作焊接组合截面构件，如焊接工字形截面梁翼缘板、腹板等。薄钢板：厚度为0.354mm，宽度为5001500mm，长度为0.54m；用于制作冷弯薄壁型钢。扁钢：厚度为360mm，宽度为10200mm，长度为39m。用于焊接组合截面构件的翼缘板、连接板、桁架节点板和制作零部件等。钢板的表示方法为“-宽度厚度长度”，如：“-40012800”。单位为mm。第49页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）2)角钢 角钢（angle st

40、eel）分等边角钢和不等边角钢。不等边角钢的表示方法为，“长边宽短边宽厚度”，如“100808”，等边角钢表示为“边宽厚度”，如1008。单位为。3)钢管 钢管分无缝钢管（seamless steel tube）和焊接钢管（welded steel pipe）两种，表示方法为“外径壁厚”，如1804。单位为。4)槽钢 槽钢（channel steel）有普通槽钢和轻型槽钢，用截面符号“”和截面高度（cm）表示，高度在20以上的槽钢，还用字母a、b、c表示不同的腹板厚度。如30a，称“30号”槽钢。号数相同的轻型槽钢与普通槽钢相比，其翼缘宽而薄，腹板也较薄。型钢及规格型钢及规格第50页，此课件共

41、58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）角钢角钢槽钢槽钢钢管钢管型钢及规格型钢及规格第51页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）5）工字钢 有普通工字钢和轻型工字钢。用截面符号“I”和截面高度（cm）表示，高度在20以上的普通工字钢，用字母a、b、c表示不同的腹板厚度。如I 20c，称“20号”工字钢。腹板较薄的工字钢用于受弯构件较为经济。轻型工字钢的腹板（web）和翼缘（flange）均比普通工字钢薄，因而在相同重量下其截面模量和回转半径较大。6）H型钢和剖分T型钢 H型钢是目前广泛使用

42、的热轧型钢，与普通工字钢相比，其特点是：翼缘较宽，故两个主轴方向的惯性矩相差较小；另外翼缘内外两侧平行，便于与其它构件相连。为满足不同需要，H型钢有宽翼缘H型钢、中翼缘H型钢和窄翼缘H型钢，分别用标记HW、HM和HN表示。各种H型钢均可剖分为T型钢，相应标记用TW、TM、TN表示。H型钢和剖分T型钢的表示方法是：标记符号、高度宽度 腹板厚度翼缘厚度。例如，HM244175711，其剖分T型钢是TM122175711，单位为mm。型钢及规格型钢及规格第52页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）工字钢工字钢H H型钢型钢型钢及规格型钢及规

43、格第53页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）(2)薄壁型钢 薄壁型钢是用薄钢板经模压或冷弯而制成，其截面形式（图2.9）及尺寸可按合理方案设计。薄壁型钢的壁厚一般为 1.55mm，用于承重结构时其壁厚不宜小于2mm。用于轻型屋面及墙面的压型钢板，钢板厚为0.41.6mm。薄壁型钢能充分利用钢材的强度，节约钢材，已在我国推广使用。图2.9 薄壁型钢的截面形式型钢及规格型钢及规格第54页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）（3）钢索 用高强钢丝组成的平行钢丝束、钢绞线或钢丝绳统

44、称为钢索。平行钢丝束:通常由7根、19根、37根或61根直径为4mm或5mm的钢丝（steel wire）组成，其截面如图2.10(a)、(b)所示。钢绞线（steel strand）:一般由7根钢丝捻成，一根在中心，其余六根在外层同一方向缠绕，标记为（1x7）；也有（1x2）、（1x3）；还有由三层、四层钢丝组成的（1x19）、（1x37）。由于钢绞线中各钢丝的受力不均匀，钢绞线的抗拉强度要比单根钢丝降低1020%，弹性模量也有所降低。型钢及规格型钢及规格第55页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）钢丝绳（steel cable）:

45、通常是由7股钢绞线捻成，以一股钢绞线作为核心，外层的6股钢绞线沿同一方向缠绕。由7股（1+6）的钢绞线捻成的钢丝绳，其标记为绳7（7），股（1+6）。还有一种钢丝绳是由7股（1+6+12）的钢绞线捻成的，其标记为绳7（19），股（1+6+12）。钢丝绳中每股钢绞线的捻向可以相反，也可以相同。钢丝绳的强度和弹性模量略低于钢绞线，其优点是比较柔软，适用于需要弯曲曲率较大的构件。第56页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）钢钢铰铰线线钢钢丝丝绳绳型钢及规格型钢及规格第57页，此课件共58页哦第第2章章 钢结构的材料钢结构的材料钢钢结结构构基基本本原原理理（黄呈伟主编）感感谢谢大大家家观观看看第58页，此课件共58页哦