钢结构上第二章建筑钢材.ppt

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1、钢钢 结结 构构主主 讲：陈建锋讲：陈建锋第第 2 2 章章 钢结构的材料钢结构的材料 本章讲述钢结构用钢，本章讲述钢结构用钢，简称结构钢（简称结构钢（Q235Q235、Q345Q345、Q390Q390及及Q420Q420）的主要机械的主要机械性能及影响这些性能的主性能及影响这些性能的主要因素；钢材受力的两种要因素；钢材受力的两种破坏形式及防止脆性破坏破坏形式及防止脆性破坏的措施；介绍我国目前生的措施；介绍我国目前生产的建筑钢材品种及规格。产的建筑钢材品种及规格。结构钢：用于建造钢结构的钢材。2.1 建筑钢材的基本要求建筑钢材的基本要求v较高的强度较高的强度v较好的塑性及韧性较好的塑性及韧性

2、v良好的加工性能良好的加工性能v良好的可焊性良好的可焊性v较好的抗锈蚀能力较好的抗锈蚀能力v价格便宜价格便宜 现行钢结构设计规范（现行钢结构设计规范（GBJ50017GBJ50017）推荐承重推荐承重结构的钢材宜采用碳素结构钢中的结构的钢材宜采用碳素结构钢中的Q235Q235，及低合金高及低合金高强度结构钢中的强度结构钢中的Q345Q345、Q390Q390及及Q420Q420钢。钢。2.2.2 2 建筑钢材的两种破坏形式建筑钢材的两种破坏形式塑性破坏：塑性破坏：塑性破坏：塑性破坏：破坏前变形明显，破坏时应力达破坏前变形明显，破坏时应力达fy，有明显颈，有明显颈缩现象。缩现象。塑性变形后出现内

3、力重分布，应力趋于均匀。塑性变形后出现内力重分布，应力趋于均匀。吸收很大的能量，延续时间长，有明显的塑性变形，吸收很大的能量，延续时间长，有明显的塑性变形，断裂时断口呈纤维状，色泽发暗。易发现可补救。断裂时断口呈纤维状，色泽发暗。易发现可补救。脆性破坏：脆性破坏：脆性破坏：脆性破坏：破坏前变形很小，破坏时应力低于破坏前变形很小，破坏时应力低于fy，突然断，突然断裂，危险性大。裂，危险性大。断裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。脆性破坏危险断裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。脆性破坏危险性大。破坏突然无先兆无法采取补救措施。性大。破坏突然无先兆无法采取补救措施。设计、施工中应防止出现脆性破坏设计、施工

4、中应防止出现脆性破坏钢材的断裂破坏通常是在受拉状态下发生，分为以下钢材的断裂破坏通常是在受拉状态下发生，分为以下两种破坏方式：两种破坏方式：2.3 建筑钢材的主要机械性能建筑钢材的主要机械性能钢材的主要机械性能钢材的主要机械性能：也称钢材的力学性能，是钢厂生：也称钢材的力学性能，是钢厂生产供应的钢材在标准条件下，拉伸、冷弯、冲击等单独产供应的钢材在标准条件下，拉伸、冷弯、冲击等单独作用下所显示出的各种机械性能。作用下所显示出的各种机械性能。一单向拉伸时的性能1依据：金属材料室温拉伸实验方法GB/T228-2002。2过程：结构钢标准试件在室温以满足静力加载的加载速度一次加载得到的应力应变曲线，

5、屈服强度fy 强度极限承载应力标准fy (4)强化阶段：抗拉强度fu，强度储备;强化模量Est (5)颈缩阶段 应力达到抗拉强度fu后，承载力最弱截面急剧收缩，荷载下降直至拉断破坏。反应钢材塑性变形能力的指标：伸长率；截面收缩率。fy、fu、伸长率是钢结构对钢材要求所必需的三项基本机械性能指标。(1)弹性阶段：E、fp、fe(2)弹塑性阶段：Et=d/d (3)塑性阶段（屈服阶段）：上（下）屈服强度条件屈服强度0.2图图2-1 2-1 单轴应力单轴应力 ffpfyfu单轴拉伸试验单轴拉伸试验反应结构钢反应结构钢 强度强度和和塑性塑性看看看看静力拉伸试验动画静力拉伸试验动画静力拉伸试验动画静力拉

6、伸试验动画看应力看应力看应力看应力 应变应变应变应变 曲线曲线曲线曲线动画动画动画动画 屈服强度屈服强度(yield strength)fy 抗拉强度抗拉强度(tensile strength)fu 伸长率伸长率(elongation)弹性模量弹性模量EE为为常常量量，低低碳碳钢钢有有明明显显屈屈服服点点，fy作作为为破破坏坏标标志志，fu/fy为强度储备为强度储备，伸长率伸长率 表示塑性变表示塑性变形形能力能力。图图2-1 2-1 单轴应力单轴应力 ffpfyfu指标指标指标指标:0 fy图图 2-2 为了简化计算，将图为了简化计算，将图2-12-1所示应力所示应力-应变关系简应变关系简化为

7、图化为图2-22-2。实际设计中对实际设计中对 曲线的简化曲线的简化 fy,完全塑性完全塑性 f fu u 作作为为安全安全储备储备伸长率伸长率 根据试件原标距长度根据试件原标距长度 l l0 0与试件中间部分的直径与试件中间部分的直径d d0 0 的比值为的比值为1010或或5 5而分为而分为 1010或或 5 5，为试件拉断时原标距间长，为试件拉断时原标距间长度伸长值与原标距比值的百分率。度伸长值与原标距比值的百分率。式中式中 ：l l1 1 为试件拉断后标距间长度。为试件拉断后标距间长度。断面收缩率断面收缩率 是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与

8、原断面面积比值的百分率。与原断面面积比值的百分率。式中：式中：A A0 0 试件原来的断面面积；试件原来的断面面积；A A1 1 试件拉断后颈缩区的断面面积；试件拉断后颈缩区的断面面积；1 1依据：依据：我国标准金属材料弯曲试验方法GB/T232-1999，由冷弯试验来确定钢材的冷弯性能。2 2过程：过程：以规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件弯曲180度。3 3作用：作用：冷弯试验不仅反映材料的弯曲变形及塑性变形能力，同时也可反映金属的冶金质量，材质均匀性，加工性能。是反应钢材质量的一个综合指标。二、二、冷弯冷弯(cold bending)试验试验冷弯角冷弯角a4 4指标：指标：将根据

9、试件厚度按规定的弯曲直径将试件弯曲180度，如表面无裂纹或分层则合格。看动画看动画看动画看动画三、三、冲击冲击韧性韧性3大小：钢材韧性通过冲击试验，测定冲击功大小：钢材韧性通过冲击试验，测定冲击功(冲击韧性值冲击韧性值Cv v单位单位J J或或ak k单位单位J J /cm/cm2 2)来表示。来表示。钢结构设计规范对钢材的冲击韧性钢结构设计规范对钢材的冲击韧性Cv有常温和负温要求的有常温和负温要求的规定。选用钢材时，根据结构的使用情况和要求提出相应温规定。选用钢材时，根据结构的使用情况和要求提出相应温度的冲击韧性指标要求。度的冲击韧性指标要求。常温常温(20)和低温和低温(0，-20，-40

10、)试验试验.1 1钢材的冲击钢材的冲击韧性韧性：钢材在冲击荷载作用下，：钢材在冲击荷载作用下，在塑性变形在塑性变形和断裂的过程中吸收能量的能力和断裂的过程中吸收能量的能力。是衡量钢材抵抗可能因温。是衡量钢材抵抗可能因温度、应力集中、冲击荷载作用等而至度、应力集中、冲击荷载作用等而至脆性断裂脆性断裂能力的一项机能力的一项机械性能。械性能。它是它是强度与塑性强度与塑性的综合表现，表现材料的综合表现，表现材料动力性能动力性能。2依据：缺口冲击试验测定冲击韧性依据依据：缺口冲击试验测定冲击韧性依据金属夏比缺口金属夏比缺口冲击试验方法冲击试验方法GB/T229-1994。用带缺口（用带缺口（V V型或型

11、或U U型）的标准试件（下图）进行型）的标准试件（下图）进行冲击试验，试件破坏时截面单位面积吸收的能量，冲击试验，试件破坏时截面单位面积吸收的能量，称称冲击韧性。冲击韧性。冲击韧性越好，表明钢材越不易脆断。冲击韧性越好，表明钢材越不易脆断。(a)(b)冲击韧性试件冲击韧性试件P四、四、可焊性可焊性(weld ability)焊焊接接接接头头和和焊焊缝缝的的冲冲击击韧韧性性及及近近缝缝区区塑塑性性不不低低于于母母材材性性能。能。(使用性能上的可焊性使用性能上的可焊性)（1 1）可焊性好意味着钢材施焊后能获得）可焊性好意味着钢材施焊后能获得良好的焊接接头性能良好的焊接接头性能。（2 2）评定可焊性

12、好的标志）评定可焊性好的标志 在在一一定定的的焊焊接接工工艺艺条条件件下下，焊焊缝缝和和近近缝缝区区均均不产生不产生裂纹裂纹(施工上的可焊性施工上的可焊性)2.4 2.4 影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素vv一、化学成分的影响一、化学成分的影响(chemical compositions)chemical compositions)普普通通碳碳素素钢钢中中含含有有多多种种化化学学成成分分，其其中中，铁铁占占99%99%左左右右，碳碳、硅硅、锰锰、硫硫、磷磷、氮氮、氧氧等等共共占占1%1%左左右右。在在低低合合金金钢钢中中还还有有合合金金元元素素，他他们们含含量量低低于于5%5%。影

13、影响响钢钢材材主主要要性性能能的的元元素素有有：C C、SiSi、MnMn、S S、P P、O O、N N基本有利元素：基本有利元素：基本有利元素：基本有利元素：1 1 1 1、碳、碳、碳、碳 影影响响强强度度、塑塑性性、韧韧性性。提提高高含含碳碳量量，强强度度提提高高，塑塑性性、韧韧性性、疲疲劳劳强强度度下下降降，可可焊焊性性、抗抗锈锈蚀蚀性能变劣。性能变劣。钢钢结结构构中中，不不宜宜采采用用含含碳碳量量高高的的钢钢材材，一一般般不不超过超过0.22%0.22%。2 2 2 2、硅、硅、硅、硅 脱脱氧氧剂剂，适适量量（含含量量不不超超过过0.2%0.2%时时）可可提提高高钢钢材强度，而对塑性

14、、韧性和可焊性无明显不良影响。材强度，而对塑性、韧性和可焊性无明显不良影响。3 3 3 3、锰、锰、锰、锰 适适量量可可提提高高强强度度而而不不明明显显影影响响塑塑性性，同同时时可可消消除除热热脆脆和和改改善善冷冷脆脆倾倾向向。是是低低合合金金钢钢中中的的主主要要合合金金元素成分。元素成分。4 4 4 4、钒、钒、钒、钒 可提高钢材强度和焊缝性能。可提高钢材强度和焊缝性能。1515MnVMnV钢可用于船舶、钢可用于船舶、桥梁等荷载大的焊接结构以及高中压容器。桥梁等荷载大的焊接结构以及高中压容器。1 1 1 1、硫、硫、硫、硫 在在高高温温下下（800-1000800-1000）生生成成硫硫化化

15、铁铁，使使钢钢材材变变脆脆（热热脆脆），因因而而降降低低钢钢材材的的冲冲击击韧韧性性、疲疲劳劳强强度度、可可焊焊性性和和抗抗锈锈蚀蚀能能力力。应应严严格格控控制制钢钢材材中中的的含含硫硫量量，不得超过不得超过0.05%0.05%，1616锰桥钢不超过锰桥钢不超过0.045%0.045%。2 2 2 2、磷、磷、磷、磷 可可提提高高强强度度、提提高高抗抗锈锈蚀蚀能能力力，但但严严重重降降低低塑塑性性、韧韧性性和和可可焊焊性性，特特别别易易发发生生低低温温脆脆断断（冷冷脆脆），应应严严格格控控制制其其含含量量，一一般般不不超超过过0.045%0.045%，1515锰锰钒钒钢钢不超过不超过0.040

16、%0.040%。有害元素：有害元素：有害元素：有害元素：7 7 7 7、氮、氧、氮、氧、氮、氧、氮、氧 有害杂质，严格控制。有害杂质，严格控制。氧类似硫氧类似硫 热脆热脆氮类似磷氮类似磷 冷脆冷脆v二、冶炼、浇注、轧制过程及热处理的影响二、冶炼、浇注、轧制过程及热处理的影响3 3 3 3、裂纹、裂纹、裂纹、裂纹 钢材中存在的微观裂纹。钢材中存在的微观裂纹。2 2 2 2、夹层、夹层、夹层、夹层 钢钢材材中中的的夹夹层层是是由由于于钢钢锭锭内内留留有有气气泡泡，有有时时气气泡泡内内害害有有非非金金属属杂杂质质夹夹渣渣，当当轧轧制制温温度度及及压压力力不不够够时时，不不能能使使气气泡泡压压合合，气

17、气泡泡被被压压扁扁延延伸，形成夹层。伸，形成夹层。1 1 1 1、偏析、偏析、偏析、偏析 金属结晶后化学成分分布不均匀。（金属结晶后化学成分分布不均匀。（S S、P P偏析恶化材性）偏析恶化材性）4 4 4 4、热处理热处理热处理热处理(heat treatment)heat treatment)heat treatment)heat treatment)轧制后的钢轧制后的钢材，通过热处理，控制降温速度或材，通过热处理，控制降温速度或 重新加热，重新加热，改改变晶体结构和材性，变晶体结构和材性，以期达到调质的目的。以期达到调质的目的。淬火淬火(quench)：加热加热900度以上，水冷快速降温

18、，度以上，水冷快速降温，提高强度提高强度硬度硬度、降低降低塑性韧性塑性韧性；回回火火(temper)：淬火后的钢材，加热淬火后的钢材，加热500-600度，自度，自然然降温降温空冷空冷；减小脆性，提高综合性能。；减小脆性，提高综合性能。正正火火(normalize)：800-900度，空气中自然度，空气中自然降温；降温；改改善组织善组织，细化晶粒。，细化晶粒。退退火火(anneal)：炉中控制，缓慢炉中控制，缓慢降温降温；降低硬度，降低硬度，消除残余应力，细化消除残余应力，细化晶粒晶粒，消除组织缺陷。，消除组织缺陷。vv三、钢材硬化的影响三、钢材硬化的影响 超超过过比比例例极极限限后后卸卸载载

19、，再再加加载载时时提提高高了了屈屈服服强度，却牺牲了塑性。这种现象称冷硬。强度，却牺牲了塑性。这种现象称冷硬。冷冷硬硬提提高高了了钢钢材材的的弹弹性性范范围围，被被广广泛泛用用于于提提高高承承载载力力。但但却却使使钢钢材材变变脆脆，牺牺牲牲了了塑塑性性，对对于于承承受受动动力力荷荷载载重重要要构构件件，不不应应使使用用经经过过冷冷硬硬的的钢钢材。材。1、冷作硬化、冷作硬化回顾应力应变曲线回顾应力应变曲线2、时效硬化、时效硬化随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使使材料硬化的现象材料硬化的现象。时效硬化。时效硬化使使fy、fu提高提高，C Cv v

20、、降低。降低。人工快速时效：人工快速时效：钢材产生塑性变形时，再经钢材产生塑性变形时，再经加热至加热至200300度，可加速时效硬化。仅需度，可加速时效硬化。仅需几小时，时效就可以完成。几小时，时效就可以完成。也称也称“人人工时效工时效”。vv四、应力集中的影响四、应力集中的影响四、应力集中的影响四、应力集中的影响 钢结构构件中存在的孔洞、槽口、凹角、裂缝、钢结构构件中存在的孔洞、槽口、凹角、裂缝、厚度变化、形状变化、内部缺陷等使一些区域产厚度变化、形状变化、内部缺陷等使一些区域产生局部高峰应力生局部高峰应力，此谓应力集中现象。应力集中此谓应力集中现象。应力集中越严重越严重，钢材塑性越差。钢材

21、塑性越差。应力集中应力集中应力集中应力集中vv五、残余应力的影响五、残余应力的影响由于不均匀的加热或冷却，使得钢由于不均匀的加热或冷却，使得钢材收缩和膨胀不均匀，先冷却部分材收缩和膨胀不均匀，先冷却部分与后冷却部分相互牵制，从而在截与后冷却部分相互牵制，从而在截面内形成面内形成自相平衡自相平衡的内应力的内应力。残余应力残余应力残余应力残余应力：1.中柱一端不焊死中柱一端不焊死给中柱升温，塑变，再降温。升温中柱上顶，超过给中柱升温，塑变，再降温。升温中柱上顶，超过600度，度，中柱塑性变形，降温后中柱收缩，柱高小于原长。中柱塑性变形，降温后中柱收缩，柱高小于原长。2.中柱两端都焊死中柱两端都焊死

22、 升降温后中柱受拉，边柱受压，产生升降温后中柱受拉，边柱受压，产生自平衡残余应力。自平衡残余应力。高温区受拉，低温区受压高温区受拉，低温区受压vv六、温度的影响六、温度的影响 对于正温范围（正常温度以上），总的趋势是：对于正温范围（正常温度以上），总的趋势是：随着温度增加，钢材强度下降随着温度增加，钢材强度下降(下表下表)，塑性增大。，塑性增大。2020100100 200200 300300 400400 500500 600600F Fy y(%)(%)100100959582826565404010100 0 温度超过温度超过300300 C C以后以后，屈服点和极限强度显著下降屈服点和

23、极限强度显著下降，达到达到600600 C C时强度几乎丧失殆尽。时强度几乎丧失殆尽。蓝脆现象蓝脆现象蓝脆现象蓝脆现象钢材受温度影响总的趋势是随温度升高，钢材受温度影响总的趋势是随温度升高，fy、fu、E下降，但下降，但温度达温度达250250 C C左右左右时，钢材抗拉强度提高时，钢材抗拉强度提高，塑性、韧性下塑性、韧性下降降，表面氧化膜呈蓝色表面氧化膜呈蓝色，即发生即发生蓝脆现蓝脆现象象。低温冷脆低温冷脆低温冷脆低温冷脆在负温范围，即当温度从常温下降时，在负温范围，即当温度从常温下降时，塑性、韧性降低，下降到某一温度时塑性、韧性降低，下降到某一温度时冲击韧性突然变得很降，发生脆性破冲击韧性

24、突然变得很降，发生脆性破坏，这就是坏，这就是低温冷脆现象低温冷脆现象。vv七、复杂应力的影响七、复杂应力的影响单向应力作用下单向应力作用下单向应力作用下单向应力作用下 =fy,塑性状态塑性状态复杂应力作用下复杂应力作用下复杂应力作用下复杂应力作用下eqeq =fy 塑性状态塑性状态复杂应力状态下钢材屈服条件可用复杂应力状态下钢材屈服条件可用折算应力折算应力eq与单向应力时的屈服与单向应力时的屈服点点fy来比较来比较折算应力折算应力 eqeq 的的计算计算1 1、用主应力、用主应力 、表示时表示时或或yyxxzz112233xyyxyzzxxzyyxxxyxyyxyx2211 钢材的多轴应力状态

25、钢材的多轴应力状态2 2、用三向受力应力分量表示、用三向受力应力分量表示3 3、当两向受力（、当两向受力（3=0=0或或z=zx=yz=0 0）时时或或oZXY单元体受复杂应力单元体受复杂应力（应力分量（应力分量）oZXY单元体受复杂应力单元体受复杂应力（应力分量（应力分量）单元体受主应力单元体受主应力4 4、在单向受弯梁内（、在单向受弯梁内（只只和 ）纯剪状态下：纯剪状态下：剪应力达剪应力达0.58fy时，钢材进入塑性，规范取钢材抗时，钢材进入塑性，规范取钢材抗剪强度为抗拉强度设计值得剪强度为抗拉强度设计值得0.58倍。倍。复杂应力对钢材性能的影响复杂应力对钢材性能的影响复杂应力对钢材性能的

26、影响复杂应力对钢材性能的影响异号复杂应力：强度降低，塑性提高异号复杂应力：强度降低，塑性提高同号复杂应力：强度提高，塑性降低，性能变脆同号复杂应力：强度提高，塑性降低，性能变脆vv八、钢材的疲劳八、钢材的疲劳P=P0sint/aPPta1 1 1 1、疲劳现象、疲劳现象、疲劳现象、疲劳现象在循环荷载（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，当应力低于抗拉强度甚至低于屈服强度便发循环，当应力低于抗拉强度甚至低于屈服强度便发生突然脆性断裂。这种现象称钢材疲劳破坏。生突然脆性断裂。这种现象称钢材疲劳破坏。一、疲劳现象及破坏特征一、疲劳现象及破坏特征一、疲劳现

27、象及破坏特征一、疲劳现象及破坏特征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。疲劳破坏的特征：疲劳破坏的特征：属于脆性破坏，截属于脆性破坏，截面平均应力小于屈面平均应力小于屈服点。服点。2 2 2 2、产生疲劳的原因、产生疲劳的原因、产生疲劳的原因、产生疲劳的原因（1 1）连续反复荷载）连续反复荷载（2 2）材料局部缺陷（工艺微裂纹、焊缝夹渣等）材料局部缺陷（工艺微裂纹、焊缝夹渣等）3 3 3 3、疲劳破坏机理、疲劳破坏机理、疲劳破坏机理、疲劳破坏机理（1 1）形成微裂纹）形成微裂纹 材料已有微裂纹或加载使杂质附近发生应力集材料已有微裂纹或加载使杂质附近

28、发生应力集中，造成新的微裂纹。中，造成新的微裂纹。（2 2）反复荷载下微裂纹发展成宏观裂纹）反复荷载下微裂纹发展成宏观裂纹 反复荷载下微裂纹尖端应力集中、材料硬化，反复荷载下微裂纹尖端应力集中、材料硬化，裂纹开展，出现宏观裂纹。裂纹开展，出现宏观裂纹。（3）宏观裂纹发展，断面削弱，脆性断裂）宏观裂纹发展，断面削弱，脆性断裂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 4 4、疲劳强度、疲劳强度、疲劳强度、疲劳强度钢材在某一连续反复荷载作用下，经过钢材在某一连续反复荷载作用下，经过n次循次循环后，出现疲劳破坏，相应的最大应力环后，出现疲劳

29、破坏，相应的最大应力 称称为疲劳强度。当循环次数为无限大时的最大应为疲劳强度。当循环次数为无限大时的最大应力成为疲劳强度极限力成为疲劳强度极限 (一般取一般取n5x106)5 5 5 5、影响疲劳强度的因素、影响疲劳强度的因素、影响疲劳强度的因素、影响疲劳强度的因素（1）构造状态（冶金缺陷，应力集中程度，残余应力）构造状态（冶金缺陷，应力集中程度，残余应力）tt（2）应力幅）应力幅（3）应力循环次数）应力循环次数n（4）应力比）应力比0 同号循环同号循环0 异号循环异号循环应力循环及应力幅：在循环荷载作用下，应力从应力循环及应力幅：在循环荷载作用下，应力从最大到最小重复一次为一次循环，最大应力

30、与最最大到最小重复一次为一次循环，最大应力与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：应力幅越低，作用循环次数越多，疲劳寿命越高；应力幅越低，作用循环次数越多，疲劳寿命越高；应力幅相同，作用的循环次数越多，疲劳寿命越高。应应力幅相同，作用的循环次数越多，疲劳寿命越高。应力循环次数力循环次数N5104，不需要进行疲劳计算。，不需要进行疲劳计算。二、疲劳计算二、疲劳计算二、疲劳计算二、疲劳计算规范采用容许应力幅的方法计算疲劳。规范采用容许应力幅的方法计算疲劳。常幅疲劳常幅疲劳计算公式计算公式计算公式计算公式 其中，其中，标准荷载下标准荷载

31、下检算部位的设计应力幅检算部位的设计应力幅 容许应力幅容许应力幅,N/mmN/mm2 2。计算部位每次应力循环中的最大拉应力（取正值）计算部位每次应力循环中的最大拉应力（取正值）计算部位每次应力循环中的最小拉应力（取正值）计算部位每次应力循环中的最小拉应力（取正值）或压应力（取负值）或压应力（取负值）d)tb)ta)tc)t 设计应力幅设计应力幅设计应力幅设计应力幅 计算计算计算计算 焊接部位：焊接部位：非焊接部位：非焊接部位：容许应力幅容许应力幅容许应力幅容许应力幅 计算计算计算计算 根根据据构构件件、连连接接形形式式类类别别及及预预期期的的循循环环次次数数按按下式计算下式计算 此此式式是是

32、对对大大量量试试验验资资料料进进行行统统计计整整理理、并并考考虑安全系数后得出的。虑安全系数后得出的。式中式中 nn应力循环次数应力循环次数 c c、系数。由规范给出，见表系数。由规范给出，见表2-12-1。构件和构件和连接类别连接类别12345678C1940101286110123.2610122.1810121.4710120.9610120.6510120.411012 44333333参数参数C、表2-1 试验表明：构件无连接处的主体金属不同（轧制工字试验表明：构件无连接处的主体金属不同（轧制工字钢、两边为轧制边或刨边的钢板、两边为自动、半自动切钢、两边为轧制边或刨边的钢板、两边为自

33、动、半自动切割边钢板等）参数割边钢板等）参数C C、不同，连接焊缝性质不同（横向不同，连接焊缝性质不同（横向焊缝对接焊缝、纵向对接焊缝、翼缘连接焊缝等）焊缝对接焊缝、纵向对接焊缝、翼缘连接焊缝等）参数参数C C、不同。因此，规范按不同。因此，规范按8 8种类别给出参数种类别给出参数C C和和。i-121it图图 变幅荷载变幅荷载变幅疲劳变幅疲劳 可可将将变变幅幅疲疲劳劳折折算算为为等等效效的的常常幅幅疲疲劳劳，然然后后按按常幅疲劳检算式检算。常幅疲劳检算式检算。情形情形11能够测得使用期内应力变幅规律能够测得使用期内应力变幅规律 情形情形2 2不能测得使用期内应力变幅规律不能测得使用期内应力变

34、幅规律 设计设计重级工作制吊车的吊车梁时，重级工作制吊车的吊车梁时，应力幅是按满应力幅是按满载得出的，实际上常常发生不同程度欠载情况。如果载得出的，实际上常常发生不同程度欠载情况。如果没有对实际应力幅的统计资料，即属情形没有对实际应力幅的统计资料，即属情形2 2。使用。使用欠载欠载效应系数效应系数 ，按常幅疲劳进行计算。，按常幅疲劳进行计算。计算公式计算公式欠载效应的等效系数欠载效应的等效系数.取值见下表。取值见下表。吊车梁类别吊车梁类别 f f重级工作制硬钩吊车重级工作制硬钩吊车 重级工作制软钩吊车梁重级工作制软钩吊车梁中级工作制吊车中级工作制吊车 1.01.00.80.80.50.5表：吊

35、车梁或吊车桁架欠载效应系数表：吊车梁或吊车桁架欠载效应系数循环次数为循环次数为n=2106次的容许应力幅。次的容许应力幅。可从规范查出，也可用下式计算。可从规范查出，也可用下式计算。2.5 建筑钢材的种类、规格及选择建筑钢材的种类、规格及选择v 一、建筑钢材的种类一、建筑钢材的种类建筑用钢建筑用钢 普通碳素钢普通碳素钢 普通低合金钢。普通低合金钢。1 1 1 1、普通碳素钢、普通碳素钢、普通碳素钢、普通碳素钢 按其屈服点高低，由高到低排列，分为按其屈服点高低，由高到低排列，分为1 1号、号、2 2号、号、3 3号、号、4 4号号77号等，号等，钢号越高，其含碳钢号越高，其含碳量越高，强度越高，

36、塑性越低量越高，强度越高，塑性越低。建筑钢结构中。建筑钢结构中最常用的是最常用的是3 3号钢。号钢。命名规则命名规则命名规则命名规则“Q QXXXXXX ”，例如例如Q235 Q235 AF AF、Q235 Q235 Bb Bb、Q345 Q345 EZEZ。其中其中 Q Q：屈服强度的第一个拼音字母。屈服强度的第一个拼音字母。XXXXXX ：屈服强度值，单位为屈服强度值，单位为N/mmN/mm2 2，结构用钢常有结构用钢常有235235、345345、390390。：质量等级，有：质量等级，有A A、B B、C C、D D、E E五等。其中五等。其中A A无冲击功规定；无冲击功规定；B B有

37、有2020 C C时的冲击功要求；时的冲击功要求；C C有有0 0 C C时的冲击功要求；时的冲击功要求；D D有有2020 C C时的时的 冲击功要求；冲击功要求；E E 有有4040 C C时的冲击功要求，时的冲击功要求，低合金钢才有低合金钢才有E E等。等。：脱氧方法，可分为：脱氧方法，可分为F F、b b、Z Z和和TZTZ，F F表示沸腾钢，表示沸腾钢，b b表示表示 半镇静钢，半镇静钢，Z Z表示镇静钢，表示镇静钢，TZTZ表示特殊镇静钢，其中表示特殊镇静钢，其中Z Z和和TZTZ 可不写。可不写。2 2 2 2、普通低合金钢、普通低合金钢、普通低合金钢、普通低合金钢 普通低合金钢

38、是在普通碳素钢中添加少量的一种普通低合金钢是在普通碳素钢中添加少量的一种或几种合金元素（总量或几种合金元素（总量55）以提高其强度、耐腐蚀）以提高其强度、耐腐蚀性、耐热性、低温冲击韧性。其含碳量性、耐热性、低温冲击韧性。其含碳量0.2%0.2%，以便，以便钢材的加工和焊接。按加入的合金元素有：钢材的加工和焊接。按加入的合金元素有：1616MnMn钢、钢、1616MnqMnq钢、钢、15 15MnVMnV钢、钢、1515MnVqMnVq钢和钢和1515MnVNMnVN钢等。钢等。1515MnVMnV命名规则命名规则命名规则命名规则 15表示含碳量为万分之表示含碳量为万分之15，Mn，V后后无无阿

39、拉伯数字，表示其含量均阿拉伯数字，表示其含量均1.5，若有数字，表示其含量的百分数。若有数字，表示其含量的百分数。如：如：36Mn2Si,其中其中Mn的的含量为含量为2。另外，在桥梁、造船、压力容器、锅炉等专业用钢材，分另外，在桥梁、造船、压力容器、锅炉等专业用钢材，分别在末尾加别在末尾加“q”、“c”、“r”、“g”，如：如：1616MnqMnq，1515MnVqMnVq3 3 3 3、特种钢、特种钢、特种钢、特种钢Z向钢向钢耐候钢耐候钢vv二、建筑钢材的规格二、建筑钢材的规格1 1、钢板钢板(plate)（1）热轧热轧钢钢板板和和钢带钢带（2）冷轧冷轧钢钢板板和和钢带钢带，（3）花纹涂板）

40、花纹涂板(用作走道板和梯子踏板用作走道板和梯子踏板)，（4）高层建筑结构用钢板）高层建筑结构用钢板；薄板薄板40mm；常用热轧板常用热轧板625mm，冷轧板冷轧板0.62mm。表示表示“宽宽厚厚长长”2 2、热轧型钢热轧型钢(hot-rolled section)工工字字钢钢，H型型钢钢，T型型钢钢，槽槽钢钢，角角钢钢，圆圆管，方管，圆钢管，方管，圆钢。工字钢工字钢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)角钢角钢肢宽度肢宽度肢厚度肢厚度 等肢角钢等肢角

41、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HNbht1t23 3、焊接型钢焊接型钢(welded section)I形，形，H形，形，T形，箱形形，箱形，十字型，十字型。bht1t2焊接焊接H型钢型钢表示方法：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 24 4、冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢(cold-formed section)L型钢，型钢，C型钢，型钢，Z

42、型钢，型钢，S S型钢型钢等等。5、压型压型钢钢板板vv三、建筑钢材的选择三、建筑钢材的选择(1)(1)结构或构件的重要性（主要的、一般的、次要的）结构或构件的重要性（主要的、一般的、次要的）(2)(2)荷载性质（静力荷载还是动力荷载）荷载性质（静力荷载还是动力荷载）(3)(3)连接方式（焊接还是其它连接）连接方式（焊接还是其它连接）(4)(4)工作环境（温度及腐蚀介质）工作环境（温度及腐蚀介质）1、原则：、原则：保证结构可靠安全，同时要经济合理，节约钢材。保证结构可靠安全，同时要经济合理，节约钢材。2 2、选择使用钢材时，应考虑的主要因素：、选择使用钢材时，应考虑的主要因素：3 3、承重钢结

43、构用钢材的保证项目、承重钢结构用钢材的保证项目三项三项保证保证五项保证五项保证六项保证（低合金钢）六项保证（低合金钢）1 1结构或构件的重要性；结构或构件的重要性；2 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。6.6.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。