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1、1本章提要本章提要 1.1.钢材的工作性能钢材的工作性能 2.2.钢结构对材料性能的要求钢结构对材料性能的要求3.3.影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素4.4.钢材疲劳的概念和计算方法钢材疲劳的概念和计算方法5.5.结构用钢材的种类和规格结构用钢材的种类和规格第1页/共69页2静力单向拉伸时的性能静力单向拉伸时的性能 1.1.工作条件工作条件 标标准准试试件件（GB228GB2286363），常常温温（2020）下下缓缓慢慢加载，一次完成。含碳量为加载，一次完成。含碳量为0.1%0.1%0.3%0.3%。标准试件：标准试件：lo o/d=5/d=5、1010；lo o-标距；标距；d
2、-d-直径直径2.12.1 钢材的钢材的工作性能工作性能d d第2页/共69页3单击图片播放单击图片播放第3页/共69页42.2.阶段划分阶段划分A.A.有屈服点钢材有屈服点钢材-曲线可以分为曲线可以分为五个阶段五个阶段：(1)(1)弹性阶段弹性阶段(OB(OB段段)OAOA段材料处于纯弹性，段材料处于纯弹性，即即:ABAB段有一定的段有一定的非弹性变形非弹性变形,但但整个整个OBOB段卸载段卸载时，时，=0=0；E=20610E=206103 3N/mmN/mm2 2OBCDAEF第4页/共69页5（2 2）弹塑性阶段（）弹塑性阶段（BC)BC)该段很短该段很短,表现出钢材的非弹性性质表现出
3、钢材的非弹性性质;B B屈服上限屈服上限;C C屈服下限屈服下限(屈服点屈服点)（3 3）塑性阶段（）塑性阶段（CD)CD)该段该段基本基本 保持不变（水保持不变（水 平平),),急剧急剧 增大增大,称为屈称为屈 服台阶或流服台阶或流 幅段幅段,变形模变形模 量量 E=0E=0OBCDAEF第5页/共69页6（4 4）强化阶段(DE(DE段)极限抗拉强度极限抗拉强度f fu u（5 5）颈缩阶段(EF(EF段)随荷载的增加随荷载的增加缓慢增大缓慢增大,但但增加较快增加较快OBCDAEF第6页/共69页7B.B.对无明显屈服点的钢材对无明显屈服点的钢材 该种钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变该
4、种钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变 形小，破坏突然。形小，破坏突然。设计时取相当于设计时取相当于 残余变形为残余变形为0.2%0.2%时所对应的应力时所对应的应力 作为屈服点作为屈服点条件屈服点条件屈服点fy=f0.20.2%fup第7页/共69页83.3.应力应变曲线的简化应力应变曲线的简化1)f1)fy y与与f fp p相差很小；相差很小；2)2)超过超过 f fy y到屈服台阶到屈服台阶终止的变形约为终止的变形约为2.5%-3%2.5%-3%，足以满足，足以满足考虑结构的塑性变形考虑结构的塑性变形发展的要求。发展的要求。（1 1）钢材可以简化为）钢材可以简化为理想弹塑性体理想弹塑性
5、体2.5%-3%fy 00.15%第8页/共69页9 （2 2）钢材在静载作用下：）钢材在静载作用下：强度计算以强度计算以f fy y为依据为依据;f;fu u为结构的安全储备。为结构的安全储备。（3 3）断裂时变形约为弹性变形的）断裂时变形约为弹性变形的200200倍，在破坏前倍，在破坏前 产生明显可见的塑性产生明显可见的塑性 变形，变形，可及时补救，可及时补救，故几乎不可能发生。故几乎不可能发生。O0.15%22%fufyf fu u-f-fy y第9页/共69页104.4.单向拉伸时钢材的机械性能指标单向拉伸时钢材的机械性能指标 （1 1）屈服点屈服点f fy y-应力应变曲线开始产生塑
6、性流动应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力，它是衡量钢材的时对应的应力，它是衡量钢材的承载能力承载能力和确定钢和确定钢材材强度设计值强度设计值的重要指标。的重要指标。（2 2）抗拉强度抗拉强度f fu u-应力应变曲线最高点对应的应应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材最大的抗拉强度。力，它是钢材最大的抗拉强度。第10页/共69页11（3 3）伸长率）伸长率（4 4）断面收缩率）断面收缩率它是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。它是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。当当l0 0/d=5/d=5时，用时，用5 5表示，当表示，当l0 0/d=10/d=10时，用时，用1010表示。表示。A0A1第
7、11页/共69页12同单向拉伸时的性能，屈服点也相差不多。同单向拉伸时的性能，屈服点也相差不多。（二）受压时的性能 采用短试件采用短试件l0 0/d=3,/d=3,屈服点同单向拉伸时的屈服点。屈服点同单向拉伸时的屈服点。（三）受弯时的性能（四）受剪时的性能抗剪强度可由折算应力计算公式得到：抗剪强度可由折算应力计算公式得到：第12页/共69页一、塑性破坏一、塑性破坏 破坏前有明显的破坏前有明显的塑性变形塑性变形，破坏过程长，断口发暗，可以采取补救措施。，破坏过程长，断口发暗，可以采取补救措施。二、脆性破坏二、脆性破坏 坏前没有明显的变形和征兆，破坏时的变形远比材料应有的变形能力小，坏前没有明显的
8、变形和征兆，破坏时的变形远比材料应有的变形能力小，破坏破坏突突然，断口平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。然，断口平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。钢材的破坏形式钢材的破坏形式第13页/共69页一、高周疲劳破坏一、高周疲劳破坏 应力低于屈服强度，达到一定次数后突然破坏，简称疲劳破坏。应力低于屈服强度，达到一定次数后突然破坏，简称疲劳破坏。2.4专门介绍。专门介绍。二、包幸格效应二、包幸格效应 钢材受拉产生塑性变形，反向受压加载时屈服强度降低。钢材受拉产生塑性变形，反向受压加载时屈服强度降低。反复荷载作用下钢材的性能反复荷载作用下钢材的性能第14页/共69页 三、低周疲劳三、低周疲劳 钢材反复应力高于
9、屈服强度，次数不多的情况钢材反复应力高于屈服强度，次数不多的情况下出现突然断裂，如地震作用下破坏下出现突然断裂，如地震作用下破坏-残余应变积残余应变积累破坏。累破坏。第15页/共69页16）材料由弹性转入塑性的强度指标用变形时单位体积中积聚的能量来表达；）材料由弹性转入塑性的强度指标用变形时单位体积中积聚的能量来表达；复杂应力作用下钢材的性能复杂应力作用下钢材的性能假定：假定：）当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变形能时，钢材即由弹性转入塑性。）当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变形能时，钢材即由弹性转入塑性。第16页/共69页17oZXY单元体受复杂应力单元体受复杂应力（应力分量（应
10、力分量）单元体受主应力单元体受主应力第17页/共69页181.1.以应力分量表示以应力分量表示2.2.以主应力表示以主应力表示材料处于弹性状态材料处于弹性状态材料处于塑性状态材料处于塑性状态第18页/共69页19图示简支梁图示简支梁1-11-1截面腹板与翼缘交界截面腹板与翼缘交界A A点的应力点的应力1-1A需折算应力的典型情况需折算应力的典型情况PPMM11AXVY第19页/共69页20一般的梁，只存在正应力和剪应力，则：一般的梁，只存在正应力和剪应力，则：2-2AVM22AYXq第20页/共69页21 3-3APMVP33YXM3-3 3-3 截面仅有剪力，弯矩、局部压力均为零，故该截面仅
11、有剪力，弯矩、局部压力均为零，故该截面除剪应力外，正应力均为零，即为纯剪状态。截面除剪应力外，正应力均为零，即为纯剪状态。第21页/共69页221.1.较高的抗拉强度较高的抗拉强度fu u和屈服点和屈服点fy y2.2.较好的较好的塑性：主要采用伸长率表达塑性：主要采用伸长率表达3.3.良好的冲击韧性良好的冲击韧性 衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应力作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应力作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。时吸收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。2.22.2 钢结构对材料性能的要求钢结构对材料性能的要求第2
12、2页/共69页23(a)(a)梅氏梅氏U U型缺口型缺口 (b)(b)夏比夏比V V型缺口型缺口 由试件断裂吸收的能量CvCv来衡钢材的冲击韧性，单位：J J。CvCv受温度的影响受温度的影响第23页/共69页24冲击韧性试验装置冲击韧性试验装置单击图片播放单击图片播放第24页/共69页254.4.合格的冷弯性合格的冷弯性能能 衡量钢材塑衡量钢材塑性性能和质性性能和质量优劣的综量优劣的综合指标。合指标。add+2.1a第25页/共69页26单击图片播放单击图片播放第26页/共69页275.5.良好的可焊性良好的可焊性 主要取决于钢材的成分，尤其是碳和其它杂质主要取决于钢材的成分，尤其是碳和其它
13、杂质的含量，可通过试验评定。的含量，可通过试验评定。第27页/共69页28 一、一、化学成分化学成分 普通碳素钢中普通碳素钢中FeFe占占99%99%，其他杂质元素占其他杂质元素占1%1%；普通低合金钢中合金元素普通低合金钢中合金元素5%5%。1.1.碳（碳（C C）：钢材强度的主要来源，：钢材强度的主要来源，随其含量增加，随其含量增加，强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。一般控制在一般控制在0.22%0.22%以下，以下，在在0.20.2以下时，可焊性良以下时，可焊性良好。好。2.32.3 影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素第2
14、8页/共69页29 2.2.硫（硫（S S）：有害元素，热脆性。不得超过：有害元素，热脆性。不得超过0.05%0.05%。3.3.磷磷（P P）：有有害害元元素素，冷冷脆脆性性。抗抗腐腐蚀蚀能能力力略略有有提高，可焊性降低。不得超过提高，可焊性降低。不得超过0.045%0.045%。4.4.锰锰（MnMn）：合合金金元元素素。弱弱脱脱氧氧剂剂。与与S S形形成成MnSMnS，熔点熔点16001600，可以消除一部分，可以消除一部分S S的有害作用的有害作用。5.5.硅（硅（SiSi）：合金元素。强脱氧剂。：合金元素。强脱氧剂。6.6.钒钒（V V）：合合金金元元素素。细细化化晶晶粒粒，提提高高
15、强强度度，其其碳碳化化物物具具有有高高温温稳稳定定性性，适适用用于于受受荷荷较较大大的的焊焊接接结结构。构。第29页/共69页307.7.氧（氧（O O）：有害杂质，与：有害杂质，与S相似。相似。8.8.氮（氮（N N）：有害杂质，与：有害杂质，与P相似。相似。9.9.铜铜（CuCu）：提提高高抗抗锈锈蚀蚀性性，提提高高强强度度，对对可可焊焊性有影响。性有影响。二冶金缺陷二冶金缺陷常见的冶金缺陷有：常见的冶金缺陷有：偏析：化学成分分布的不均匀程度；偏析：化学成分分布的不均匀程度；非金属夹杂；非金属夹杂；气孔；气孔；裂纹等。裂纹等。第30页/共69页31三、钢材的硬化三、钢材的硬化 冷冷作作硬硬
16、化化当当荷荷载载超超过过材材料料比比例例极极限限卸卸载载后后，出出现现残残余余变变形形，再再次次加加载载则则比比例例极极限限（或或屈屈服服点点）提提高的现象，也称高的现象，也称“应变硬化应变硬化”。时时效效硬硬化化随随时时间间的的增增长长，碳碳和和氮氮的的化化合合物物从从晶晶体中析出，使体中析出，使材料硬化的现象材料硬化的现象。第31页/共69页32四、温度影响四、温度影响 1 1正温范围正温范围 200200以内对钢材性能以内对钢材性能无大影响无大影响.该范围内随该范围内随温度升高总的趋势是温度升高总的趋势是强度、弹性模量降低，强度、弹性模量降低，塑性增大。塑性增大。800600400200
17、0N/mm2Efufy200400600温度对钢材机械性能的影响温度对钢材机械性能的影响20406080%220210200190180170160E Ex10 x103 3T(0C)第32页/共69页33 250250左左右右抗抗拉拉强强度度略略有有提提高高，塑塑性性降降低低，脆脆性性增增加加蓝蓝脆脆现现象象（表表面面氧氧化化膜膜呈呈蓝蓝色色），该该温温度度区区段称为段称为“蓝脆区蓝脆区”。260260320320产生徐变现象。产生徐变现象。600600左左右右弹弹性性模模量量趋趋于于零零 ，承承载载能能力力几几乎乎完完全全丧失。丧失。第33页/共69页34 当温度低于常当温度低于常温时，钢
18、材的脆性温时，钢材的脆性倾向随温度降低而倾向随温度降低而增加，增加，材料强度略材料强度略有提高，但其塑性有提高，但其塑性和韧性降低，该现和韧性降低，该现象称为低温冷脆。象称为低温冷脆。2 2负温范围负温范围脆性破坏脆性破坏转变过渡区段转变过渡区段塑性破坏塑性破坏反弯点反弯点试验温度试验温度T T0 0C C冲击断裂功冲击断裂功C Cv vT1T2T0冲击韧性与温度的关系曲线冲击韧性与温度的关系曲线第34页/共69页35五、应力集中五、应力集中1.1.应力集中的概念应力集中的概念 构构件件表表面面不不平平整整，有有刻刻槽槽、缺缺口口，厚厚度度突突变变时时，应应力力不不均均匀匀，力力线线变变曲曲折
19、折，缺缺陷陷处处有有高高峰应力峰应力应力集中应力集中。第35页/共69页362.2.减小应力集中现象的措施减小应力集中现象的措施 1:2.5 由于钢材具有良好的塑性性能，当承受静力荷由于钢材具有良好的塑性性能，当承受静力荷载且在常温下工作时，只要符合规范规定的设计要载且在常温下工作时，只要符合规范规定的设计要求，可以不考虑应力集中的影响。求，可以不考虑应力集中的影响。第36页/共69页37一、概念一、概念1 1、循环荷载循环荷载结构或构件承受的随时间变化的荷载。结构或构件承受的随时间变化的荷载。PP11A1-1A2.42.4 钢材的疲劳钢材的疲劳第37页/共69页38（1 1）应力循环）应力循
20、环（2 2）应力循环特征）应力循环特征应力比应力比-构件截面应力构件截面应力随时间的变化。随时间的变化。（3 3）应力幅）应力幅 在在循循环环荷荷载载作作用用下下，应应力力从从最最大大到到最最小小重重复复一一次次为为一一次次循循环环，最最大大应应力力与与最最小应力之差为应力幅小应力之差为应力幅:为常量为常量常幅循环：常幅循环：为变量为变量变幅循环：变幅循环：+-t t第38页/共69页39(b)(b)脉冲循环脉冲循环(a)(a)完全对称循环完全对称循环(c)(c)不完全对称循环不完全对称循环(d)(d)不完全对称循环不完全对称循环第39页/共69页402.2.钢材的疲劳钢材的疲劳 在循环荷载（
21、连续反复荷载）作用下，经过有限次在循环荷载（连续反复荷载）作用下，经过有限次循环，钢材发生破坏的现象，称之为疲劳。循环，钢材发生破坏的现象，称之为疲劳。3.3.疲劳破坏的机理疲劳破坏的机理 疲劳破坏是损伤积累的结果。疲劳破坏是损伤积累的结果。缺陷缺陷微观裂纹微观裂纹宏观裂纹宏观裂纹。4.4.疲劳破坏的特征疲劳破坏的特征属于脆性破坏，截面平均应力小于屈服点。属于脆性破坏，截面平均应力小于屈服点。第40页/共69页415.5.影响钢材疲劳的主要因素影响钢材疲劳的主要因素（1 1）构件和连接的分类）构件和连接的分类 规范将构件和连接的种类分为规范将构件和连接的种类分为 8类类，第第1类类为轧为轧制的
22、型钢（残余应力小）疲劳强度最高；制的型钢（残余应力小）疲劳强度最高；第第8类类为角为角焊缝应力集中最严重疲劳强度最低。焊缝应力集中最严重疲劳强度最低。详见钢结构设详见钢结构设计规范计规范“疲劳计算的构件和连接分类（附表疲劳计算的构件和连接分类（附表2）”。第41页/共69页42焊缝附近主体金焊缝附近主体金属的应力由：属的应力由：实际应力循环均形成在拉应力范围实际应力循环均形成在拉应力范围（2 2）应力幅（应力幅（）和应力循环特征（应力比）和应力循环特征（应力比）A.对于焊接结构：对于焊接结构：第42页/共69页43 应力幅应力幅对焊接结构的疲劳强度有对焊接结构的疲劳强度有很大影很大影响响，而与
23、名义最大应力，而与名义最大应力maxmax和应力比和应力比无无关。关。第43页/共69页44B.对于非焊接结构和轧制钢材对于非焊接结构和轧制钢材 在循环次数在循环次数N N一定的情况下，根据试验资料可以一定的情况下，根据试验资料可以绘出绘出N N次循环的次循环的疲劳图疲劳图(maxmax和和minmin关系曲线关系曲线)。当当=0=0和和=-1=-1时的疲劳强度分别为时的疲劳强度分别为0 0 和和-1-1，连接连接BCBC并延长至并延长至A A、D D。非焊接结构的疲劳图非焊接结构的疲劳图DA第44页/共69页45 由上述推导可知，对于非焊接结构和轧制钢材，由上述推导可知，对于非焊接结构和轧制
24、钢材，疲劳强度与最大应力、应力比、循环次数和缺口效应疲劳强度与最大应力、应力比、循环次数和缺口效应（构造类型的应力集中情况）有关。（构造类型的应力集中情况）有关。ABCDABCD直线方程为直线方程为：DA非焊接结构的疲劳图非焊接结构的疲劳图第45页/共69页46（3 3）应力循环次数）应力循环次数N（疲劳寿命）（疲劳寿命）一般钢结构如应力循环次数一般钢结构如应力循环次数N5105104 4，不需要，不需要进行疲劳计算。进行疲劳计算。在确定的应力条件下，破坏对应的循环在确定的应力条件下，破坏对应的循环次数越多，疲劳寿命越高。次数越多，疲劳寿命越高。0NX105N1N2f fy123456第46页
25、/共69页47 由试验结果，以及上述分析可知钢材的疲劳由试验结果，以及上述分析可知钢材的疲劳强度主要与构件和连接分类（内部缺陷、应力集强度主要与构件和连接分类（内部缺陷、应力集中、残余应力）、应力循环次数和应力幅有关。中、残余应力）、应力循环次数和应力幅有关。焊接部位的疲劳强度与钢材的静力强度焊接部位的疲劳强度与钢材的静力强度(屈服点屈服点fy)基本无关。基本无关。对于只有压应力的应力循环作用，由于钢材内部对于只有压应力的应力循环作用，由于钢材内部缺陷不易开展，则不会发生疲劳破坏，不必进行疲劳缺陷不易开展，则不会发生疲劳破坏，不必进行疲劳计算。计算。第47页/共69页48二、疲劳强度计算二、疲
26、劳强度计算（一）常幅疲劳（一）常幅疲劳 根据试验数据可以绘出构件或连接的应力幅根据试验数据可以绘出构件或连接的应力幅与相应的致损循环次数与相应的致损循环次数N的关系曲线，按试验数据回的关系曲线，按试验数据回归的归的-N-N曲线为平均曲线曲线为平均曲线(图图a)a)，取对数坐标，取对数坐标(图图b)b)。1.1.容许应力幅容许应力幅 由于现阶段对钢材发生疲劳破坏尚处于需要进一由于现阶段对钢材发生疲劳破坏尚处于需要进一步研究阶段，按概率极限状态计算疲劳强度还不成熟，步研究阶段，按概率极限状态计算疲劳强度还不成熟，故采用容许应力幅的计算方法。故采用容许应力幅的计算方法。第48页/共69页49-N-N
27、曲线曲线(a)0N式中：式中：-直线对纵坐标的斜率；直线对纵坐标的斜率；b b1 1-直线在横轴坐标上的截距；直线在横轴坐标上的截距；N-循环次数。循环次数。(b)0N=5104N=5X106.b b1 1第49页/共69页50 考虑试验数据的离散性，取平均值减去考虑试验数据的离散性，取平均值减去2 2倍倍lglgN N的的标准差标准差 s s 作为疲劳强度下限，当作为疲劳强度下限，当lglg为正态分布为正态分布时，保证率为时，保证率为97.7%97.7%。下限值的直线方程为：下限值的直线方程为：此时的此时的即为容许应力幅：即为容许应力幅：式中：式中：系数系数、C C-根据钢结构根据钢结构设计
28、规范设计规范“疲劳计算的构件和疲劳计算的构件和连接分类连接分类”查表得到。查表得到。2S2S 2S2S(b)0N=5104N=5X106.b b1 1第50页/共69页512.2.疲劳强度计算疲劳强度计算式中：式中：-计算部位的应力幅；计算部位的应力幅；对于焊接部位对于焊接部位:=maxmax-minmin；对于其他部位：对于其他部位：=maxmax-0.7-0.7minmin(计算应力幅）。计算应力幅）。maxmax、minmin-计算部位每次应力循环中的最大拉应力和计算部位每次应力循环中的最大拉应力和 最小拉应力或压应力（取负值）。最小拉应力或压应力（取负值）。说明：说明：1 1）计算时用
29、荷载的标准值；）计算时用荷载的标准值；2 2）由于来源于试验，已考虑动力效应，计算）由于来源于试验，已考虑动力效应，计算 时不再考虑动力系数；时不再考虑动力系数；第51页/共69页52（二）变幅疲劳和吊车欠载效应系数（二）变幅疲劳和吊车欠载效应系数maxmin0t欠载效应系数欠载效应系数。重级工作制硬钩吊车。重级工作制硬钩吊车1.01.0；重级工作制软钩吊车；重级工作制软钩吊车0.80.8；中级；中级工作制吊车工作制吊车0.50.5。-循环次数循环次数 n=2X10=2X106 6 的容许应力幅。的容许应力幅。式中：式中：对于吊车梁，按下式计算其疲劳强度：对于吊车梁，按下式计算其疲劳强度：第5
30、2页/共69页53 1 1、不出现拉应力的部位可不计算疲劳。但对出现、不出现拉应力的部位可不计算疲劳。但对出现拉应力的部位，例如拉应力的部位，例如maxmax=140N/mm=140N/mm2 2,minmin=-=-10N/mm10N/mm2 2和和maxmax=10N/mm=10N/mm2 2,minmin=-140N/mm=-140N/mm2 2 两种应两种应力循环的应力幅都是力循环的应力幅都是150N/mm150N/mm2 2 ，疲劳强度相同，疲劳强度相同，显然不合理。显然不合理。2 2、螺螺栓栓受受拉拉时时螺螺纹纹处处的的应应力力集集中中很很大大，疲疲劳劳强强度度很很低低，常常有有疲
31、疲劳劳破破坏坏的的实实例例，但但规规范范没没有有规规定定，应予补充。应予补充。讨论：讨论：第53页/共69页54一、钢的种类一、钢的种类 1 1、碳素结构钢（、碳素结构钢（GB 700-2006GB 700-2006）Q235-Q235-质量等级（质量等级（A A、B B、C C、D D）浇注方法（浇注方法（F F、Z Z、TzTz）A-A-保证保证f fu u、f fy y、，P P、S S含量含量 B-B-保证保证f fu u,f,fy y,冷弯，常温时冷弯，常温时C Cv v，P P，S S，C C含含量；量；C-C-保证保证 f fu u,f,fy y,冷弯冷弯,0,0o oC C时时
32、C Cv v，P P，S S，C C含含量量;D-D-保证保证f fu u,f,fy y,冷弯冷弯,-20,-20o oC C时时C Cv v，P P，S S，C C含含量量;2.52.5 钢材的种类和规格钢材的种类和规格第54页/共69页552.2.低合金钢低合金钢(GB/T 1591-94)(GB/T 1591-94)GB/T 1591-94GB/T 1591-94Q295Q390Q345Q420相应的钢材品种相应的钢材品种（GB/T 1591-94)GB/T 1591-94)09Mn、09Mnb、09Mn2、12Mn12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb15MnV、1
33、5MnTi、16MnNb15MnVN、14MnTiRE 低合金钢的质量等级分低合金钢的质量等级分A A、B B、C C、D D、E E，其中，其中E E主要是要求主要是要求-40-400 0 C C 的冲击韧性。的冲击韧性。第55页/共69页56二、钢材的选择二、钢材的选择（一）选择钢材的原则一）选择钢材的原则1 1结构或构件的重要性；结构或构件的重要性；第56页/共69页572 2荷载情况（静力荷载，动力荷载）；荷载情况（静力荷载，动力荷载）；静力荷载作用下可选择经济性较好的静力荷载作用下可选择经济性较好的Q235Q235钢材。钢材。动力荷载作用下应选择综合性能较好钢材。动力荷载作用下应选择
34、综合性能较好钢材。3 3连接方法（焊接连接、螺栓连接）；连接方法（焊接连接、螺栓连接）；焊接结构对材质的要求严格，应严格控制焊接结构对材质的要求严格，应严格控制C C、S S、P P的的极限含量；非焊接结构对极限含量；非焊接结构对C C的要求可降低一些。的要求可降低一些。4 4结构所处的工作条件（环境温度，腐蚀等）；结构所处的工作条件（环境温度，腐蚀等）；低温下工作的结构应选择低温脆断性能好的镇定钢低温下工作的结构应选择低温脆断性能好的镇定钢5.5.钢材的厚度。钢材的厚度。厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材。厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材。第57页/共69页58（二）钢材选择建议（二）
35、钢材选择建议1 1、承重结构的钢材宜采用、承重结构的钢材宜采用Q235Q235钢、钢、Q345Q345钢、钢、Q390Q390钢钢和和Q420Q420钢，其质量应分别符合国家标准钢，其质量应分别符合国家标准碳素结构钢碳素结构钢GB700GB700和和低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢GB/T1591GB/T1591的规定。的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚符合相应有关标准的规当采用其他牌号的钢材时，尚符合相应有关标准的规定和要求。定和要求。2 2、承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，、承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊
36、接结构尚具有含碳量的合格保证。对焊接结构尚具有含碳量的合格保证。第58页/共69页59 3 3、对于需要验算疲劳的焊接结构，应具有常温冲击韧对于需要验算疲劳的焊接结构，应具有常温冲击韧性的合格保证性的合格保证；当结构工作温度等于或低于当结构工作温度等于或低于00但高于但高于2020时，时，Q235Q235钢和钢和Q345Q345钢应具有钢应具有00冲击韧性合格的冲击韧性合格的保证保证；对于对于Q390Q390钢和钢和Q420Q420钢应具有钢应具有2020冲击韧性的冲击韧性的合格保证合格保证。当结构工作温度等于或低于当结构工作温度等于或低于2020时，对时，对Q235Q235钢和钢和Q345Q
37、345钢应具有钢应具有2020冲击韧性的合格保证；冲击韧性的合格保证；对对Q390Q390和和Q420Q420钢应具有钢应具有4040冲击韧性的合格保证冲击韧性的合格保证。第59页/共69页60 4 4、对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有、对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低当结构工作温度等于或低于于2020时，对时，对Q235Q235钢和钢和Q345Q345钢应具有钢应具有00冲击韧性合冲击韧性合格的保证；格的保证；对对Q390Q390钢和钢和Q420Q420钢应具有钢应具有2020冲击韧性冲击韧性的合格保证。
38、的合格保证。5 5、重要的受拉或受弯的焊接构件中，厚度大于等于、重要的受拉或受弯的焊接构件中，厚度大于等于16mm16mm的钢材应具有常温冲击韧性合格的保证。的钢材应具有常温冲击韧性合格的保证。6 6、当焊接结构为防止钢材的层状撕裂而采用当焊接结构为防止钢材的层状撕裂而采用 Z Z 向钢向钢时，其材质应符合现行国家标准时，其材质应符合现行国家标准厚度方向性能钢板厚度方向性能钢板GB/T5313GB/T5313的规定。的规定。第60页/共69页618 8、对于外露环境，且对大气腐蚀有特殊要求的或在、对于外露环境，且对大气腐蚀有特殊要求的或在腐蚀性气态和固态介质作用下的承重结构，宜采用耐腐蚀性气态
39、和固态介质作用下的承重结构，宜采用耐候钢，其质量要求应符合现行国家标准候钢，其质量要求应符合现行国家标准焊接耐候钢焊接耐候钢GB/T4172GB/T4172的规定。的规定。7、钢板的抗撕裂性能采用厚度方向的断面收缩率钢板的抗撕裂性能采用厚度方向的断面收缩率z z来评定。该标准将沿厚度方向的断面收缩率分为三个来评定。该标准将沿厚度方向的断面收缩率分为三个等级，即等级，即Z15Z15，Z25Z25，Z35Z35，分别对应其允许值。，分别对应其允许值。第61页/共69页62三、钢材的规格三、钢材的规格 热轧成型的热轧成型的钢板钢板和和型钢型钢，冷弯（或冷压）成型，冷弯（或冷压）成型的的薄壁型钢薄壁型
40、钢。（一）热轧钢板（一）热轧钢板（表示方法（表示方法 宽宽厚度厚度长度长度）分为分为:厚板厚板（厚度（厚度4.5-60mm)4.5-60mm)薄板薄板（厚度（厚度0.35-4mm)0.35-4mm)扁钢扁钢：厚度厚度4-60mm4-60mm，宽度宽度20-200mm20-200mm。第62页/共69页63(二）热轧型钢二）热轧型钢1.1.工字钢工字钢2.2.槽钢槽钢工字钢根据截面高度工字钢根据截面高度h h及厚度分类及厚度分类a(a(或或b b、c)c)槽钢根据截面高度槽钢根据截面高度h h及及厚度分类厚度分类a(a(或或b b、c)c)第63页/共69页643.3.角钢角钢肢宽度肢宽度肢厚度
41、肢厚度 等肢角钢等肢角钢长肢宽度长肢宽度短肢宽度短肢宽度肢厚度肢厚度 不等肢角钢不等肢角钢第64页/共69页654.4.H型钢型钢分为：分为：宽翼缘宽翼缘HW、中翼缘、中翼缘HM、窄翼缘、窄翼缘HNbht1t2表示方法：表示方法：H高度高度宽度宽度腹板厚度腹板厚度翼缘厚度翼缘厚度如：如：Hh hb bt t1 1t t2 25.5.钢管钢管tD表示方法：表示方法：外径外径壁厚壁厚分为无缝管和焊接管分为无缝管和焊接管第65页/共69页66（三）冷弯薄壁型钢（三）冷弯薄壁型钢壁厚壁厚1.55mm压型钢板壁厚压型钢板壁厚0.41.5mm第66页/共69页67与与Q235Q235钢相当的国外钢材（钢相
42、当的国外钢材（fy=235fy=235255 N/mm255 N/mm2 2）：A36A36美国）美国），43A43A、43B43B（英国），（英国），St37St37（德国），（德国），SM41SM41（日本），（日本），Fe360Fe360（ISOISO）等。）等。与Q345Q345钢、Q390Q390钢和Q420Q420钢相当的国外钢种为：A242A242，A440A440，A441A441（美国）；50A50AD D，55C55CE E（英国）St52St52，St70St70（德国）；SM50SM50，SM53SM53，SM58SM58（日本）。第67页/共69页68本章小结本章小结 1.1.钢材的工作性能钢材的工作性能 2.2.钢结构对材料性能的要求钢结构对材料性能的要求3.3.影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素4.4.钢材疲劳的概念和计算方法钢材疲劳的概念和计算方法5.5.结构用钢材的种类和规格结构用钢材的种类和规格第68页/共69页69感谢您的观看。第69页/共69页