第一章 钢结构的材料和计算方法PPT讲稿.ppt

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1、第一章第一章 钢结构的材料和钢结构的材料和计算方法计算方法第1页，共66页，编辑于2022年，星期一钢材的生产钢材的生产 钢材的生产钢材的生产一、炼铁一、炼铁一、炼铁一、炼铁氧化物 生铁 二、炼钢二、炼钢二、炼钢二、炼钢 含碳量在2.06以下的铁碳合金称为碳素钢。高炉 一氧化碳、碳 炼钢炉：转炉、平炉和电炉 转炉：使用高压空气或氧气将碳和杂质氧化 三、钢材的浇注和脱氧三、钢材的浇注和脱氧三、钢材的浇注和脱氧三、钢材的浇注和脱氧 脱氧剂的不同：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢 新的冶炼技术：连续铸造法生产钢坯(连铸法)国内大钢厂已很少生产沸腾钢 钢材的生产大致可分为炼铁、炼钢和轧制三道工序。

2、第2页，共66页，编辑于2022年，星期一钢材的主要性能钢材的主要性能 第一节第一节 钢材的主要性能钢材的主要性能n n建筑结构用钢的基本要求：建筑结构用钢的基本要求：(1)(1)较高的强度：结构的承载力大，所需的截面小，较高的强度：结构的承载力大，所需的截面小，结构的自重轻；结构的自重轻；(2)(2)(2)(2)较好的弹性、塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性较好的弹性、塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性较好的弹性、塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性较好的弹性、塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载；破坏；韧性好，利于承受动力荷载；破坏；韧性好，利于承受动力荷载；破坏；韧性好

3、，利于承受动力荷载；(3)(3)(3)(3)良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯性能良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯性能良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯性能良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯性能以及耐腐性能。以及耐腐性能。以及耐腐性能。以及耐腐性能。p p钢结构设计规范钢结构设计规范钢结构设计规范钢结构设计规范GB50017-2003GB50017-2003GB50017-2003GB50017-2003推荐承重结构用钢宜推荐承重结构用钢宜推荐承重结构用钢宜推荐承重结构用钢宜采用：碳素钢中的采用：碳素钢中的采用：碳素钢中的采用：碳素钢中的Q235Q235Q235Q23

4、5钢及低合金高强钢中的钢及低合金高强钢中的钢及低合金高强钢中的钢及低合金高强钢中的Q345Q345Q345Q345、Q390Q390Q390Q390和和和和Q420Q420Q420Q420钢四种钢材。钢四种钢材。钢四种钢材。钢四种钢材。第3页，共66页，编辑于2022年，星期一一、钢材的破坏形式一、钢材的破坏形式钢材的主要性能钢材的主要性能1 1 1 1、塑性破坏、塑性破坏、塑性破坏、塑性破坏2 2 2 2、脆性破坏、脆性破坏、脆性破坏、脆性破坏破坏前具有较大的塑性变形，常在钢材表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线。只有当构件中的应力达到抗拉强度后才会发生破坏，破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗

5、。一般发生在一般发生在静力荷载静力荷载作用时。作用时。破坏前塑性变形很小，或根本没有塑性变形，而突然迅速断裂。破坏后的断口平直，呈有光泽的晶粒状或有人字纹。钢材承受动力荷载动力荷载情况下，常会发生低应力脆性破坏。脆性破坏往往是导致钢结构破坏的主要原因之一。第4页，共66页，编辑于2022年，星期一二、钢材的主要机械性能二、钢材的主要机械性能n强度强度n塑性塑性n n冷弯性能冷弯性能冷弯性能冷弯性能n冲击韧性冲击韧性钢材的主要性能钢材的主要性能单向静力拉伸试验：用规定形状和尺寸的标准单向静力拉伸试验：用规定形状和尺寸的标准件，在常温下以规定的加载速度施加荷载，试验件，在常温下以规定的加载速度施加

6、荷载，试验结果用结果用应力应力应变曲线应变曲线表示。表示。1、强度、强度第5页，共66页，编辑于2022年，星期一比例极限比例极限屈服点屈服点抗拉强度抗拉强度钢材的主要性能钢材的主要性能四个阶段四个阶段:钢材一次单向拉伸时应力钢材一次单向拉伸时应力-应变曲线应变曲线弹性阶段弹性阶段(OA)(OA)屈服阶段屈服阶段(AB)(AB)强化阶段强化阶段(BC)(BC)破坏阶段破坏阶段(CD)(CD)第6页，共66页，编辑于2022年，星期一（）弹性阶段（）弹性阶段（OA段）段）常用低碳钢的弹性模量常用低碳钢的弹性模量常用低碳钢的弹性模量常用低碳钢的弹性模量 E=2.0610 E=2.0610 E=2.

7、0610 E=2.06102 2 Gpa Gpa Gpa Gpa。弹性变形在卸载后可以弹性变形在卸载后可以弹性变形在卸载后可以弹性变形在卸载后可以完全恢复完全恢复完全恢复完全恢复。试件发生弹性变形，应力试件发生弹性变形，应力试件发生弹性变形，应力试件发生弹性变形，应力应变呈线性关系，应变呈线性关系，直线斜率为直线斜率为弹性模量弹性模量E E=/点相对应的应力为点相对应的应力为比例极限比例极限 f f p p第7页，共66页，编辑于2022年，星期一（）屈服阶段（段）（）屈服阶段（段）应力超过应力超过 f f p p 时，应变增加的速度大于应力增长速度，应力与应变不再成比例，开始产生塑性变形。到

8、达屈服点 B 后，应力发生很小的波动，应变却急剧增长，出现屈服台阶。一般以比较稳定的屈服下限对应的应力作为一般以比较稳定的屈服下限对应的应力作为屈服极限值屈服极限值 f f y y。常用低碳钢的 f f y为为185185235 235 MPa。有些钢材没有明显的屈服台阶，一般取卸载后有有些钢材没有明显的屈服台阶，一般取卸载后有 0.2%0.2%残余应变所对应的应力为残余应变所对应的应力为名义屈服极限值名义屈服极限值 0.2 。第8页，共66页，编辑于2022年，星期一钢材名义屈服极限值钢材名义屈服极限值钢材的主要性能钢材的主要性能有些钢材没有明显的屈服台阶，一般取卸载后有有些钢材没有明显的屈

9、服台阶，一般取卸载后有 0.2%残残余应变所对应的应力为名义屈服极限值余应变所对应的应力为名义屈服极限值0.2 。MO第9页，共66页，编辑于2022年，星期一（3 3）强化阶段（）强化阶段（BCBC段）段）超过屈服点以后，试件内部组织结构发生变超过屈服点以后，试件内部组织结构发生变化，抵抗变形能力又重新提高。化，抵抗变形能力又重新提高。C C点对应的应力点对应的应力称为称为抗拉极限强度抗拉极限强度 f u u 。常用低碳钢的常用低碳钢的 f u u 为 375500 MPa。钢材的主要性能钢材的主要性能第10页，共66页，编辑于2022年，星期一（4 4）破坏阶段（）破坏阶段（CDCD段）段

10、）钢材的颈缩现象钢材的颈缩现象钢材强化达到最高点后，在试件薄弱处的截面将显钢材强化达到最高点后，在试件薄弱处的截面将显著缩小，产生著缩小，产生“颈缩现象颈缩现象 ”。由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也就随着下降，最后发生断裂。钢材的主要性能钢材的主要性能第11页，共66页，编辑于2022年，星期一比例极限比例极限比例极限比例极限f fp；屈服点屈服点屈服点屈服点fy：强度设计标准值，设计依据；强度设计标准值，设计依据；抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度f fu u：钢材的最大承载能力，强度储备。n n钢材受均匀压缩或受弯也有类似受拉时的工作特性，但钢材受均匀压缩或受弯也有类似受拉时的

11、工作特性，但是其抗剪要比抗拉强度低很多。是其抗剪要比抗拉强度低很多。钢材的主要性能钢材的主要性能第12页，共66页，编辑于2022年，星期一2、塑性、塑性钢材产生塑变时而不发生脆性断裂的能力，有助于内力重分布，提高结构可靠度。伸长率伸长率是试件拉断后，标距长度的伸长量是试件拉断后，标距长度的伸长量L L与与原标距长度原标距长度 L L0 0 的比值。的比值。钢材拉伸时塑性变形在标距内的分布是不均钢材拉伸时塑性变形在标距内的分布是不均匀的，颈缩处的伸长较大。匀的，颈缩处的伸长较大。钢材拉伸试件取钢材拉伸试件取 L L0 0=5d=5d0 0 或或 10d 10d0 0，则其相应，则其相应的伸长率

12、的伸长率5 5大于大于1010。钢材的主要性能钢材的主要性能第13页，共66页，编辑于2022年，星期一3、冷弯性能、冷弯性能钢材塑性和冷加工性能的指标，对产生裂纹的敏感性，是判别钢材塑性及冶金质量的综合指标。冷弯试验：用标准规定的弯头压弯试件到规定的角度（180或90）时，检查弯曲处有无裂纹、断裂及起层等现象。钢材的主要性能钢材的主要性能第14页，共66页，编辑于2022年，星期一冲击韧性冲击韧性k，钢材在一定温度下塑变及断裂过程中吸收能量的能力，用于表征钢材承受动力荷载的能力（动力指标），按常温（20o）、零温（0o）、负温（-20o、-40o）区分。韧性是强度和塑性的综合表现。韧性是强度

13、和塑性的综合表现。两种测量方法：梅氏试验法和夏比法夏比法(恰贝法)3、冲击韧性、冲击韧性钢材的主要性能钢材的主要性能第15页，共66页，编辑于2022年，星期一钢材的主要性能钢材的主要性能冲击试验冲击试验第16页，共66页，编辑于2022年，星期一可焊性在给定的构造形式和焊接工艺条件下获得可焊性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。不产生裂纹，焊缝符合质量要求的焊缝连接的性能。不产生裂纹，焊缝影响区材性满足有关要求。影响区材性满足有关要求。三、钢材的焊接性能、抗蚀性和防腐蚀措施焊接结构的失事，往往是由于钢材的焊接性能不良，焊接结构的失事，往往是由于钢材的焊接性能不良

14、，在低温和受动载时发生脆性裂断。对于重要的承受动力在低温和受动载时发生脆性裂断。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的鉴定。荷载的焊接结构，应对所用钢材进行焊接性能的鉴定。1 1、钢材的焊接性能、钢材的焊接性能钢的焊接性能与钢的含碳量、塑性及冲击韧性有密切钢的焊接性能与钢的含碳量、塑性及冲击韧性有密切关系，可以间接的用钢材的关系，可以间接的用钢材的冲击韧性冲击韧性冲击韧性冲击韧性来鉴定。冲击韧性来鉴定。冲击韧性合格的钢材，其焊接质量也容易得到保证。合格的钢材，其焊接质量也容易得到保证。钢材的主要性能钢材的主要性能第17页，共66页，编辑于2022年，星期一2 2 2 2、

15、钢材的腐蚀现象、钢材的腐蚀现象、钢材的腐蚀现象、钢材的腐蚀现象钢材的主要性能钢材的主要性能(a)(a)(a)(a)削弱有效截面削弱有效截面削弱有效截面削弱有效截面(b)(b)(b)(b)产生局部锈坑，引起应力集中产生局部锈坑，引起应力集中产生局部锈坑，引起应力集中产生局部锈坑，引起应力集中(c)(c)(c)(c)降低结构承载能力降低结构承载能力降低结构承载能力降低结构承载能力(1)(1)腐蚀对钢结构的危害腐蚀对钢结构的危害(2)(2)(2)(2)水工钢结构的防腐蚀措施水工钢结构的防腐蚀措施水工钢结构的防腐蚀措施水工钢结构的防腐蚀措施(a)(a)(a)(a)涂料防护涂料防护涂料防护涂料防护(b)

16、(b)(b)(b)喷镀防护喷镀防护喷镀防护喷镀防护(c)(c)(c)(c)电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 外接电源的阴极保护法外接电源的阴极保护法外接电源的阴极保护法外接电源的阴极保护法 牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法第18页，共66页，编辑于2022年，星期一一、化学成份一、化学成份二、冶炼及轧制二、冶炼及轧制三、复杂应力与应力集中三、复杂应力与应力集中四、冷作硬化与时效硬化五、残余应力六、温度 第二节第二节 影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素第19页，共66页，编辑于2022年，星期一

17、一、化学成份的影响一、化学成份的影响 基本成份为基本成份为Fe，碳钢中含量占，碳钢中含量占99，C、Si、Mn为杂质元素，为杂质元素，S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。为冶炼过程中不易除尽的有害元素。C：含含C使强度使强度塑性、韧性、可焊性塑性、韧性、可焊性，应控制在，应控制在0.22%，焊接结构应控制在，焊接结构应控制在0.20%。Si：含含Si适量使强度适量使强度 其它影响不大，有益，应控制其它影响不大，有益，应控制0.10.3%Mn：含含Mn适量使强度适量使强度 降低降低S、O的热脆影响，改善热加工的热脆影响，改善热加工性能，对其它性能影响不大，性能，对其它性能影响不大，有益

18、有益。S：含量含量使强度使强度塑性、韧性、性能冷弯、可焊性塑性、韧性、性能冷弯、可焊性；高温；高温时使钢材变脆时使钢材变脆热脆现象热脆现象。P：低温时使钢材变脆低温时使钢材变脆冷脆现象冷脆现象；其它同；其它同SO、N：O同同S；N同同P，控制含量，控制含量0.008%影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素第20页，共66页，编辑于2022年，星期一二、二、冶金与轧制的影响冶金与轧制的影响冶金的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用冶金的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用Mn为脱氧剂，时间快，为脱氧剂，时间快，价格低，质量差；镇静钢用价格低，质量差；镇静钢用Si为脱氧剂，时间慢，价格高，质量为脱氧

19、剂，时间慢，价格高，质量好。好。反复的轧制可以改善钢材的塑性，同时可以使钢材中的气反复的轧制可以改善钢材的塑性，同时可以使钢材中的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密实，晶粒孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性能提高。细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性能提高。三、三、冷作硬化与时效硬化冷作硬化与时效硬化由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性下降，增由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性下降，增加脆性的现象称之为加脆性的现象称之为硬化现象硬化现象。冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生塑性变形冷加工时（常温进

20、行弯折、冲孔剪切等），钢材发生塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化冷作硬化。钢材中的钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形成碳化物，随着时间的增长和温度的变化，而形成碳化物和氮化物，使钢材变脆的和氮化物，使钢材变脆的“老化老化”现象称之为现象称之为时效硬化时效硬化。影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素第21页，共66页，编辑于2022年，星期一四、复杂应力与应力集中的影响四、复杂应力与应力集中的影响钢材在多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一向的限制，钢材在多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一向的限制，而使钢材强度增加，塑性、韧性

21、下降，异号应力场时则相反。而使钢材强度增加，塑性、韧性下降，异号应力场时则相反。钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而使钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而使构件内产生应力集中，应力集中实际为：局部应力增大并构件内产生应力集中，应力集中实际为：局部应力增大并多为同号应力场。多为同号应力场。影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素1、复杂应力、复杂应力 能量强度理论（第四强度理论）能量强度理论（第四强度理论）同号同号应力作用下应力作用下 eqeq 1 1：当：当 1 1f f y y 时，时，eqeq 1 1：当：当 eqeqf f y y 时，时，1 1 、，

22、强度降强度降低低，塑性变形增，塑性变形增大大第22页，共66页，编辑于2022年，星期一孔孔边边应应力力集集中中影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素第23页，共66页，编辑于2022年，星期一五、残余应力的影响五、残余应力的影响钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部自相平衡的内力自相平衡的内力,残余应力虽对构件的强度无影响，残余应力虽对构件的强度无影响，但对构件的变形（刚度）、疲劳以及稳定承载力产生但对构件的变形（刚度）、疲劳以及稳定承载力产生不利影响不利影响。第24页，共66页，编辑于2022年，星期一六、温度的影响 温度

23、的影响，一般可分正温与负温影响两部分。温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。n正温影响正温影响总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧性总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧性提高，这一现象称之为提高，这一现象称之为热塑现象热塑现象，温度达，温度达600o左右时，钢材的左右时，钢材的强度几乎降至为零，而塑性、韧性极大，易于进行热加工，此温强度几乎降至为零，而塑性、韧性极大，易于进行热加工，此温度称之为度称之为热煅温度热煅温度。需要说明：钢材在需要说明：钢材在300o左右时，强度提高，塑性、韧性下降，左右时，强度提高，塑性、韧性下降，钢材表面呈蓝色，这一反覆现象称之为钢材表

24、面呈蓝色，这一反覆现象称之为蓝脆现象蓝脆现象。钢材在。钢材在300o以上时应采取以上时应采取隔热措施隔热措施。n负温影响负温影响 随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆性增随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆性增大，称之为大，称之为低温冷脆低温冷脆，当温度降至某一特定温度时钢材的脆，当温度降至某一特定温度时钢材的脆性急剧增大，称此温度点为性急剧增大，称此温度点为转脆温度转脆温度。影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素第25页，共66页，编辑于2022年，星期一 第三节第三节 钢材的疲劳钢材的疲劳钢材的疲劳钢材的疲劳一、疲劳破坏 钢材在变幅荷载的反复作用下，在

25、应力远小于抗拉强应力远小于抗拉强度度时就发生破坏，破坏时断口较整齐，表面有半椭圆状呈放时就发生破坏，破坏时断口较整齐，表面有半椭圆状呈放射线的疲劳纹理，断裂前无预兆，是射线的疲劳纹理，断裂前无预兆，是脆性断裂脆性断裂。疲劳破坏断口呈现光滑和粗糙两个区域。疲劳破坏断口呈现光滑和粗糙两个区域。规范规定：规范规定：承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当n等于或大于105 5次时，应进行疲劳计算。第26页，共66页，编辑于2022年，星期一n n应力比值：s=min/max对称循环：s=1 脉冲循环：s=0n n应 力 幅：=max min 常幅循环：=常量 变幅循环：=变量应力循环形式应力循环

26、形式钢材的疲劳钢材的疲劳第27页，共66页，编辑于2022年，星期一疲劳强度：试件在变幅应力的作用下，在规定的周期内，试件不发生断裂所能承受的最大应力幅。长期承受频繁循环荷载作用的结构，必须验算结构的疲劳强度。钢材的疲劳钢材的疲劳钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，当荷载变化不大或只承受变化压应力，而不承受拉应力，以及循环次数 n 105 的结构，一般不会发生疲劳破坏，可不进行疲劳验算。第28页，共66页，编辑于2022年，星期一二、疲劳验算 疲劳验算的主要依据是应力幅应力幅 ，在一定循环次数在一定循环次数下，发生疲劳破坏时应力幅的大小取决于构件和连接的细下，发生疲劳破坏时应力幅的大小取决于构

27、件和连接的细部构造部构造 （按残余应力和应力集中的严重程度分为（按残余应力和应力集中的严重程度分为8 8类），每类），每类对应其类对应其 n n曲线或曲线或 log log logn 曲线曲线。第29页，共66页，编辑于2022年，星期一 n n第30页，共66页，编辑于2022年，星期一（1）（2）（3）第31页，共66页，编辑于2022年，星期一1、常幅疲劳验算、常幅疲劳验算焊焊 接接 部部 位位非焊接部位非焊接部位或或第32页，共66页，编辑于2022年，星期一系系系系 数数数数 c、构件和连构件和连接类接类别别系数系数1 12 23 34 45 56 67 78 8c c1940194

28、010101212861861101012123.263.26101012122.812.81101012121.471.47101012120.960.96101012120.650.65101012120.410.4110101212 4 44 43 33 33 33 33 33 3第33页，共66页，编辑于2022年，星期一2、变幅疲劳验算、变幅疲劳验算 根据统计分析预测变幅规律，将应力幅按大小分为 10 级，每级作用的次数为 n i，每级单独作用时，按常幅疲劳计算的疲劳寿命为N i。按线性疲劳累积损伤原则，i 的损伤率为 n i/N i，从而将变幅疲劳折算成常幅疲劳进行计算。第34页，

29、共66页，编辑于2022年，星期一（1）发生变幅疲劳破坏时对每一级应力幅有：对每一级应力幅有：则则第35页，共66页，编辑于2022年，星期一（2）设一等效常幅应力幅 e，疲劳寿命为n i（3）第36页，共66页，编辑于2022年，星期一第四节第四节 钢材的钢号及选用钢材的钢号及选用一、建筑钢的钢号(GB700-88、GB/T1591-94)n n钢材牌号由：钢材牌号由：钢材牌号由：钢材牌号由：“QQ、屈服点值、质量等级、脱氧方法、屈服点值、质量等级、脱氧方法、屈服点值、质量等级、脱氧方法、屈服点值、质量等级、脱氧方法”四部分组成。四部分组成。四部分组成。四部分组成。n nQQ：表示：表示：表

30、示：表示“屈屈屈屈”字拼音首位字母，意为字拼音首位字母，意为字拼音首位字母，意为字拼音首位字母，意为“屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度”（195195275MPa275MPa）；）；）；）；n n质量等级：分质量等级：分质量等级：分质量等级：分ADAD四级；四级；四级；四级；n n脱氧方法：脱氧方法：脱氧方法：脱氧方法：F F沸腾钢；沸腾钢；沸腾钢；沸腾钢；Z Z镇静钢（一般省略）；镇静钢（一般省略）；镇静钢（一般省略）；镇静钢（一般省略）；b b半镇静钢；半镇静钢；半镇静钢；半镇静钢；TZTZ特殊镇静钢。特殊镇静钢。特殊镇静钢。特殊镇静钢。1、碳素结构钢第37页，共66页，编辑于2022年，

31、星期一Q235-AF钢材屈服强度钢材屈服强度钢材屈服强度钢材屈服强度“屈屈屈屈”字拼音首位字母字拼音首位字母字拼音首位字母字拼音首位字母质量等级质量等级质量等级质量等级碳素结构钢分碳素结构钢分碳素结构钢分碳素结构钢分A A、B B、C C、D D 四级四级四级四级脱氧方法脱氧方法脱氧方法脱氧方法F F沸腾钢沸腾钢沸腾钢沸腾钢Z Z镇静钢（一般省略）镇静钢（一般省略）镇静钢（一般省略）镇静钢（一般省略）b b半镇静钢半镇静钢半镇静钢半镇静钢TZTZ特殊镇静钢特殊镇静钢特殊镇静钢特殊镇静钢屈服强度值（屈服强度值（屈服强度值（屈服强度值（MPaMPa）表示：屈服点为表示：屈服点为235 MPa A级

32、沸腾碳素结构钢。级沸腾碳素结构钢。第38页，共66页，编辑于2022年，星期一质量等级质量等级 A A 不要求做冲击试验不要求做冲击试验 B B 要求做常温冲击试验要求做常温冲击试验 C C 要求做要求做00冲击试验冲击试验 D D 要求做要求做2020冲击试验冲击试验第39页，共66页，编辑于2022年，星期一Q235A Q235A 承受静荷载作用的结构承受静荷载作用的结构Q235C和D级 重要的焊接结构Q235D Q235D 较低温度下使用的结构较低温度下使用的结构Q195Q195、Q215Q215钢钉、铆钉、螺栓、铁丝Q255Q255及及Q275 Q275 机械零件和工具碳素结构钢的运用

33、碳素结构钢的运用碳素结构钢的牌号有碳素结构钢的牌号有 Q195 Q195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255、Q275Q275，钢结构规范中推荐使用的碳素结，钢结构规范中推荐使用的碳素结构钢为构钢为 Q235Q235。第40页，共66页，编辑于2022年，星期一n钢材牌号由：钢材牌号由：“Q、屈服点值、质量等级、屈服点值、质量等级”三三部分组成。部分组成。n nQQ：表示：表示：表示：表示“屈屈屈屈”字拼音首位字母，意为字拼音首位字母，意为“屈服屈服强度强度”（295 295 460MPa 460MPa）；n n质量等级：分质量等级：分AE五级（字序越高质量越好）五级（字序越

34、高质量越好）；2、低合金高强度结构钢质量等级质量等级 E 要求做要求做40的冲击试验的冲击试验第41页，共66页，编辑于2022年，星期一新旧低合金高强度结构钢标准牌号对照表第42页，共66页，编辑于2022年，星期一钢结构规范中推荐适用低合金钢中的钢结构规范中推荐适用低合金钢中的钢结构规范中推荐适用低合金钢中的钢结构规范中推荐适用低合金钢中的Q345、Q390、Q420三种钢材。三种钢材。三种钢材。三种钢材。低合金钢具有较高的强度和较好的塑性、韧性和低合金钢具有较高的强度和较好的塑性、韧性和可焊性，主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋可焊性，主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋，广泛用于

35、钢结构和钢筋混凝土结构中，尤其是大跨，广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中，尤其是大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构。度、承受动荷载和冲击荷载的结构。低合金钢的运用低合金钢的运用第43页，共66页，编辑于2022年，星期一3 3 3 3、铸钢、铸钢、铸钢、铸钢 碳素铸钢的牌号由“ZG”符号及屈服强度、抗拉强符号及屈服强度、抗拉强度组成，如度组成，如 ZG 230 ZG 230 450 450。合金合金铸钢的牌号由“ZG”符号及合金结构钢牌号组符号及合金结构钢牌号组成，如成，如 ZG 50Mn2 ZG 50Mn2。铸钢主要用于支承结构（滚轮、轨道）铸钢主要用于支承结构（滚轮、轨道）ZG230450

36、450 ZG25 ZG25ZG270 500 ZG35 ZG35ZG310ZG310 570 ZG45ZG340640 640 ZG55新旧钢号的对应新旧钢号的对应第44页，共66页，编辑于2022年，星期一二、建筑钢的选用选材依据（1 1）荷载特性）荷载特性（2 2）结构类型及重要性）结构类型及重要性（3 3）连接方法）连接方法（4）工作温度和环境第45页，共66页，编辑于2022年，星期一一般承重结构可选用一般承重结构可选用 f y、f f u u、三项保证和和S、P、C 含量合格的 Q235A F；较重要结构可选用增加了较重要结构可选用增加了180冷弯合格，有冷弯合格，有四四项保证项保证

37、的的 Q235A F、Q235B F、Q235A、Q235B；繁重操作的吊车梁等重要结构，在常温工作时可选用再增加了常温冲击韧性合格，有五五项保证项保证的 Q235B、Q235C；在负温工作时，需选用再增加了负温负温冲击韧性合格，有冲击韧性合格，有六项保证的的 Q235Q235DD。承重结构选用承重结构选用Q235Q235钢的方法：钢的方法：第46页，共66页，编辑于2022年，星期一1、钢板、钢板 -宽度 厚度 长度 厚钢板：厚 4.5 60 mm 薄钢板：厚 0.2 4 mm 扁钢板：宽 3 60 mm2 2、角钢、角钢、角钢、角钢 肢宽肢宽 壁厚壁厚 等肢角钢 100 10 不等肢角钢

38、100 8010第五节第五节 轧成钢材的规格及用途轧成钢材的规格及用途第47页，共66页，编辑于2022年，星期一3、工字钢、工字钢 工 高度区别腹板厚度的字母 a、b、c 工20a、工20b4 4、槽钢、槽钢、槽钢、槽钢 高度 区别腹板厚度的字母区别腹板厚度的字母 a、b、c 14a a、14 14b第48页，共66页，编辑于2022年，星期一5、钢管、钢管 外径 厚度 6、压型钢板、压型钢板 YX 高 波距 宽度 压型钢板截面压型钢板截面第49页，共66页，编辑于2022年，星期一第六节第六节 钢结构的计算方法钢结构的计算方法结构计算的目的是构件和连接在使用荷载作用下能安全可靠的工作，恰当

39、的处理可靠性可靠性和经济性经济性两两方面的要求：方面的要求：三、概率极限状态设计法概要三、概率极限状态设计法概要 安全性 适用性适用性 耐久性耐久性1、可靠性第50页，共66页，编辑于2022年，星期一2、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”。3、两类极限状态、两类极限状态 承载能力承载能力极限状态极限状态 达到最大承载能力或出现不能继续承载的过大塑性变形的状态 正常使用极限状态极限状态 达到正常使用或耐久性的极限值的状态，如变达到正常使用或耐久性的极限值的状态，如变形、振动、局部破坏等形、振动、局部破坏等安

40、全是相对的安全是相对的第51页，共66页，编辑于2022年，星期一 荷载效应荷载效应 S S 荷载对结构构件或连接的综合效应。结构抗力 R 结构或构件的抗力。4 4、极限状态方程和功能函数、极限状态方程和功能函数、极限状态方程和功能函数、极限状态方程和功能函数 Z=R-S S R R S，Z S，Z 0 时，可靠状态 当抗力小于荷载效应的概率极小时，即可认为结构是安全可靠的。第52页，共66页，编辑于2022年，星期一5、结构可靠度（P P s s）与失效概率（）与失效概率（P P f f）P P s s=1 1 P P f 失效概率（失效概率（P f f）结构可靠度（结构可靠度（P s s

41、）第53页，共66页，编辑于2022年，星期一R、S为相对独立的服从正态分布的随机变量，则Z也服从正态分布。可靠指标6 6、可靠指标、可靠指标、可靠指标、可靠指标 第54页，共66页，编辑于2022年，星期一 （a）正态分布）正态分布 （b）标准正态分布）标准正态分布 P f有什么关系有什么关系第55页，共66页，编辑于2022年，星期一n n将 隐含到隐含到分项系数分项系数分项系数分项系数中，简化计算：中，简化计算：n n增大 值，则 R R、S S也增大，安全度得到提高（119）n n概率法和定值法的基本区别就在于两者的分项系数不同。7、分项系数分项系数第56页，共66页，编辑于2022年

42、，星期一二、概率极限状态设计方法二、概率极限状态设计方法 GBJ 17-88 GBJ 17-88 钢结构设计规范钢结构设计规范钢结构设计规范钢结构设计规范荷载标准值：荷载标准值：正常情况下的最大值正常情况下的最大值正常情况下的最大值正常情况下的最大值，G G K K、Q K K荷载设计值荷载设计值：G d=G G G K K、Q d=Q Q Q K荷载组合值：荷载组合值：C Q K1、承载能力极限状态、承载能力极限状态第57页，共66页，编辑于2022年，星期一2、正常使用极限状态 GK、QK 是由荷载标准值G G K K、Q Q K K在结构中产在结构中产生的变形值生的变形值第58页，共66

43、页，编辑于2022年，星期一三、容许应力计算方法三、容许应力计算方法 SL74-95 SL74-95 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水工钢结构设计，受荷载涉及水文，泥沙，波水工钢结构设计，受荷载涉及水文，泥沙，波浪等自然条件比较复杂，统计资料不足。浪等自然条件比较复杂，统计资料不足。以结构的极限状态以结构的极限状态以结构的极限状态以结构的极限状态(强度、稳定、变形等强度、稳定、变形等强度、稳定、变形等强度、稳定、变形等)为依据，为依据，为依据，为依据，对影响结构可靠度的某种因素以对影响结构可靠度的某种因素以对影响结构可靠

44、度的某种因素以对影响结构可靠度的某种因素以数理统计数理统计的方法，并的方法，并的方法，并的方法，并结合我国工程实践结合我国工程实践结合我国工程实践结合我国工程实践，进行多系数分析，求出，进行多系数分析，求出，进行多系数分析，求出，进行多系数分析，求出单一的设单一的设计安全系数计安全系数，以简单的容许应力表达。，以简单的容许应力表达。，以简单的容许应力表达。，以简单的容许应力表达。第59页，共66页，编辑于2022年，星期一n n半概率、半经验的极限状态计算方法：n n 内力应根据荷载标准值计算计算K K1 1，K2，K3 3 荷载、强度安全系数和调整系数，K3 3 主要考虑结构重要性、荷载的特

45、异性和受力复杂等。钢材的容许应力。第60页，共66页，编辑于2022年，星期一第61页，共66页，编辑于2022年，星期一四、两种计算方法的异同四、两种计算方法的异同1、概率极限状态设计法是建立在概率统计的基础上，容许应力计算法是建立在半概率、半经验的基础上；2、概率极限状态设计法中采用了不同的分项系数和组合系数，容许应力计算法中采用了同一个安全系数和调整系数；第62页，共66页，编辑于2022年，星期一3、在计算承载能力极限状态时，概率极限状态设计法采用的是荷载的设计值，容许应力计算法采用的是荷载的标准值；4、概率极限状态设计法适用于民用建筑等陆上钢结构，容许应力计算法适用于水工、海工等水下

46、钢结构；5、两种方法在计算正常极限状态时采用的都是荷载的标准值。第63页，共66页，编辑于2022年，星期一本章的主要内容本章的主要内容学习要点：钢材的破坏形式钢材的破坏形式钢材的抗拉性能、塑性、冲击韧性、冷弯性能及钢材的抗拉性能、塑性、冲击韧性、冷弯性能及评定指标评定指标钢材锈蚀的危害和防腐措施钢材锈蚀的危害和防腐措施影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素复杂应力和应力集中对钢材力学性能的影响复杂应力和应力集中对钢材力学性能的影响钢结构的常幅耐疲计算钢结构的常幅耐疲计算钢材的钢号、规格钢材的钢号、规格钢结构的两种极限状态钢结构的两种极限状态两种计算方法的特点和区别两种计算方法的

47、特点和区别 第64页，共66页，编辑于2022年，星期一练习1某某Q345Q345钢构件焊接部位的疲劳类别属于钢构件焊接部位的疲劳类别属于 6 6 类。经测试一类。经测试一年内的应力变化总次数为年内的应力变化总次数为3 3万次，其中各种应力幅的出现频万次，其中各种应力幅的出现频率为：率为：1 1=15 MPa占5%，2=45 MPa占20%，3 3=75=75 MPaMPa占占30%30%，4 4=105 MPa占25%，5=135 MPa=135 MPa占占15%15%，6=165 MPa=165 MPa占占5%5%。（1）以设计基准期 T=50 年考虑，试验算其疲劳强度是否满足设计要求；（2）求该构件的设计疲劳寿命（年）。练习及思考练习及思考第65页，共66页，编辑于2022年，星期一思考1、课本 P33：13、14、18、192、影响钢材力学性能的主要因素。3、如何验算疲劳强度？什么情况下可以不必验算钢材的疲劳？4、钢结构常用钢材的钢号和轧成钢材的规格。练习及思考练习及思考第66页，共66页，编辑于2022年，星期一