钢结构第二讲材料

钢结构基本原理及设计

§2-1 概述 §2-2 钢材的生产 §2-3 钢材的主要性能 §2-4 各种因素对钢材性能的影响 §2-5 钢材的疲劳§2-6 建筑用钢的种类、规格和选用

第2章 钢结构材料

第2章 钢结构材料

钢结构基本原理及设计

§2-1 概述1)有较高的强度，屈强比满足要求，保证安全储备 2)有足够的变形能力 塑性----破坏前有预兆，能内力重分布 韧性----在动载下破坏能吸收较大能量 3)有良好的加工性能，适应冷热加工，有良好的可焊性 4)适应低温、有害介质侵蚀及承受疲劳荷载 5)易生产、价格便宜 《钢结构设计规范》(GB50017-2002)推荐的普通碳素 结构钢Q235钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390及Q420符 合要求§2-1 概述

钢结构基本原理及设计

§2-2 钢材的生产钢材的生产分为炼铁、炼钢和轧制

2.2.1 钢材的冶炼一. 炼铁 二. 炼钢碳素钢 低合金高强度结构钢 常用的炼钢炉有三种形式：转炉、平炉和电炉。 电炉炼钢炼成的钢质量好。 耗电量大，成本高。 转炉炼钢是利用高压空气或氧气 氧气顶吹转炉冶炼的钢中有害元素和杂质少，生产周 期短，效率高、质量好、成本低。§2-2 钢材的生产

钢结构基本原理及设计

§2-2 钢材的生产

钢结构基本原理及设计

平炉炼钢，平炉的原料广泛，容 积大，产量高，冶炼工艺简单， 化学成分易于控制，炼出的钢质 量优良。 平炉钢周期长，效率低成本高§2-2 钢材的生产

钢结构基本原理及设计

三. 钢材的浇注和脱氧按脱氧的方法和程度的不同，碳素结构钢可分为 沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢4类。沸腾钢采用脱氧能力较弱锰作脱氧剂，脱氧不完全。钢 中留有较多氧化铁夹杂和气孔。质量较差。 镇静钢采用锰加硅作脱氧剂，脱氧较完全，硅在还原氧 化铁过程中还会产生热量，使钢液冷却缓慢，使气体充分逸 出，浇注时不出现沸腾现象。质量好，成本高。 半镇静钢的脱氧程度介于上述二者之间。 特殊镇静钢是在锰硅脱氧后，再用铝补充脱氧，脱氧程 度高于镇静钢。 低合金高强度结构钢一般都是镇静钢。§2-2 钢材的生产

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以“Q”代表屈服点 屈服点数值共分195、215、235、255和275(MPa)5种 质量等级按有害成分硫、磷含量由多到少的规律，分别 由A、B、C、D符号表示 脱氧方法以F表示沸腾钢，b表示半镇静钢，Z表示镇静 钢，TZ表示特殊镇静钢。Z和TZ在钢的牌号中予以省略 C级只能是Z,D级只能是TZ。 例如：Q235A· F表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢 Q215B,表示屈服点为215MPa的B级镇静钢 Q215B· 表示屈服点为215MPa的B级半镇静钢 b

§2-2 钢材的生产

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2.2.2 钢材的

组织构造和缺陷一. 钢材的组织构造碳素结构钢是在纯铁中加适量的碳来提高强度 铁素体 强度、硬度较低，而塑性、韧性良好 渗碳体 铁碳化合物 熔点高，硬度大，几乎没有塑性 与铁素体晶粒形成珠光体，在铁素体晶粒空隙中， 形成网状间层。珠光体强度很高，坚硬富有弹性低合金结构钢是在低碳钢中加入少量的合金元素 合金元素及其化合物溶解于铁素体和珠光体中，使 强度提高，塑性、韧性和焊接性能不降低§2-2 钢材的生产

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二. 钢材的铸造缺陷冶金缺陷，如偏析、非金属夹杂、气孔、缩孔和裂纹等

2.2.3 钢材的加工热加工、冷加工和热处理三种。 将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状,产生 出各种厚度的钢板和型钢，称为热加工 在常温下对钢材进行加工称为冷加工 通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢的组织结 构发生变化，称为热处理

§2-2 钢材的生产

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一. 热加工开轧和锻压温度控制在1150~1300℃ 钢材轧制成钢板或型钢，使金属的晶粒变细，压合钢坯中 的气孔、裂纹等缺陷，改善钢材的力学性能。 热轧薄板和壁厚较薄的热轧型钢，因辊轧次数较多，钢材 的性能改善明显，其强度、塑性、韧性和焊接性能均优于厚板 和厚壁型钢 钢材强度按板厚分组

§2-2 钢材的生产

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钢材沿轧制方向(纵向)

的性能优于垂直轧制方向(横 向)的性能，使各向异性增大。钢板部件应沿其横向切取试件 进行拉伸和冷弯试验。 钢中的硫化物和氧化物等非 金属夹杂，经轧制之后被压成薄 片 会出现分层现象。使钢板沿 厚度方向受拉的性能恶化

§2-2 钢材的生产

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二. 冷加工冷轧卷板和冷轧钢板 冷弯薄壁型钢和压型钢板 高强钢丝

§2-2 钢材的生产

钢结构基本原理及设计

§2-2 钢材的生产

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三. 热处理包括退火、正火、淬火和回火 退火和正火改善组织以提高钢的机械性能 其操作方法为：在炉中钢材加热保温一段时间后，随炉 温冷却至500℃以下，再放至空气中冷却的工艺称为完全退 火 若保温后从炉中取出在空气中冷却的工艺称为正火。正 火的冷却速度比退火快，强度和硬度有所提高 低温退火，主要用来消除铸件、热轧件、锻件、焊接件 和冷加工件中的残余应力

§2-2 钢材的生产

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淬火工艺是将钢件加热到900℃以上，保温后快速在 水中或油中冷却 增加了钢材强度和硬度，使塑性和韧性降低 回火工艺将淬火后的钢材加热到某一温度进行保温， 而后在空气中冷却

消除残余应力，调整强度

和硬度，减少脆性，增加 塑性和韧性，形成较稳定的组织。通常称淬火加高温回火的工艺为调质处理。强度较 高的钢材，如Q420中的C、D、E级钢和高强度螺栓的钢 材都要经过调质处理。

§2-2 钢材的生产

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§2-3 钢材的主要性能2.3.1 钢材的破坏形式钢材有两种完全不同的破坏形式： 塑性破坏 脆性破坏 塑性破坏的主要特征是，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。破坏 后的断口呈纤维状，色泽发暗。 脆性破坏的主要特征是，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。§2-3 钢材的主要性能

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2.3.2 钢材在单向一次拉伸下工作性能钢材的多项性能指标通过单向拉伸试验获得 给出相应钢材的单调拉伸应力-应变曲线。由试验曲线 看出，在比例极限ζp以前钢材的工作是弹性的；比例极限以 后，进入了弹塑性阶段；达到了屈服点fy后，塑性平台；出 现强化阶段，产生颈缩而破坏。

§2-3 钢材的主要性能

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一. 四个工作阶段：1)弹性阶段： 应力由 0 ~比例极限fp

fu

2)弹塑性阶段： 应力由 fp ~屈服点 fy3)塑性阶段： 应力保持 fy 不变，应变由

fyfp

(0.1~0.2)% ~ (2~3)%; 4)强化阶段：应力由 fy ~抗拉强度 fu

设计以钢材的屈服点 f y 作为静力强度承载力极限

§2-3 钢材的主要性能

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二. 理想弹塑性体

σ

fy

如果没有残余应力，比例 极限与屈服应力合为一点，弹塑 性阶段消失，为简化计算，将应 力应变关系简化为如图

三. 钢材的机械性能

ε理想弹塑性体应力应变关系

1.强度 设计时以钢材的屈服强度为基础，抗拉强度ζu是钢材破坏 前所承受最大应力，此时结构因塑性变形很大而失去使用性 能，ζu/ζy值的大小，作为钢材强度储备的参数

§2-3 钢材的主要性能

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