1、第二章 钢结构的材料,2.1钢结构对材料的要求及破坏形式 一.用作钢结构的钢必须符合下列要求: 1.较高的抗拉强度和屈服点 2.较高的塑性和韧性 3.良好的工艺性能(包括冷加工、热加工和可焊性能) 二.钢结构设计规范具体规定:承重结构的钢材应具有抗拉强度,伸长率,屈服点和碳,硫,磷含量的合格证;焊接结构尚应具有冷弯试验的合格保证;对某些承受动力荷载的结构以及重要的受拉或受弯的焊接结构尚应具有常温或负温冲击韧性的合格保证. 三.钢材的破坏形式 1.塑性破坏:由于变形过大,超过了材料或构件可能的应变能力而产生的, 而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉强度后才发生. 2.脆性破坏:破坏前变形很小,甚至
2、没有塑性变形,计算应力可能小于钢材的屈服点,断裂从应力集中处开始。,2.2 钢材的主要性能及影响因素 一.钢材的主要性能: 1.受拉,受压及受剪时的性能 (1)强度性能,(2)塑性性能试件被拉伸时的绝对变形值与试件原标距之比的百分数,称为伸长率. (3)钢材物理性能指标钢材的单向受压(粗而短的试件)时,受力性能基本上和单向受拉时相同.受剪情况也相似,但屈服点及抗剪强度均为受拉时低;剪变模量G也低于弹性模量E. 2.冷弯性能冷弯性能由冷弯试验来确定.试验时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压,使试件弯成180度,如试件外表面不出现裂纹和分层,即为合格. 3.冲击韧性冲击韧性由冲击韧性试验来确定
3、.韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力,它用材料在断裂时所吸收的总能量(包括弹性和非弹性能)来量度, 4.可焊性,二.影响钢材主要性能的因素 1.化学成分 (1)Fe在碳素结构钢中约占99% (2)C在碳素结构钢中的含量仅次于Fe,它直接影响钢材的强度,韧性,塑性和 可焊性等.C含量增加,钢的强度提高,而塑性,任性和疲劳强度下降,同时恶化钢的可焊性和抗腐蚀性.一般不应超过0.22%,在焊接结构中还应低于0.2%. (3)S和P是钢中的有害成分,它们降低钢材的塑性,韧性,可焊性和疲劳强度. S使钢热脆,P使钢冷脆.一般S的含量不超过0.045%,P的含量不超过 0.045%. (4)Si和Mn是钢中的有
4、益元素,它们都是炼钢的脱氧剂.在碳素结构钢中Si的含量不大于0.3%,Mn的含量为0.3%0.8%. (5)O、N是钢中的有害杂质.O使钢热脆,P使钢冷脆. 2.冶金缺陷 (1)偏析:钢中化学成分不一致和不均匀性 (2)非金属杂质:钢中含有硫化物和氧化物等杂质 (3)裂缝 (4)分层,3.钢材硬化 (1)冷作硬化:冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切等冷加工使钢材产生很大塑性变形，从而提高了钢材的屈服点，同时降低了钢材的塑性和韧性。 (2)时效硬化:在高温时融化于钢中的氮和碳,随着时间的增长逐渐从纯铁中析出,形成自由碳化物和氮化物,对纯铁的塑性变形起遏制作用,从而使钢材的强度提高,塑性、韧性下降. 4.
5、温度影响 钢材性能随温度变动而有所变化.总的趋势是:温度升高,钢材强度降低,应变增大;反之,温度降低,钢材强度会略有增加,塑性和韧性却会降低而变脆.如图2.6,5.应力集中 在钢结构的构件中有时存在着孔洞、槽口、凹角、截面突变以及钢材内部缺陷等。此时，构件中的应力分布将不再保持均匀，而是在某些区域产生局部高峰应力，在另外一些区域则应力降低，形成所谓应力集中现象。如图2.8.6.反复荷载作用 钢材在反复荷载作用下,结构的抗力及性能都会发生疲劳破坏.在直接连续反复的动力荷载作用下,根据试验,钢材的强度将降低,即低于一次静力荷载作用下的拉伸试验的极限强度.这种现象称为钢的疲劳.疲劳破坏表现为突然发生
6、的脆性断裂.,2.3钢的种类和钢材规格,一.钢的种类: 1.按用途分为:结构钢、工具钢、特殊钢 2.按脱氧方法:沸腾钢(代号为F)、半镇静钢(代号为b)、镇静钢(代号为Z)、镇静钢(代号为TZ) 3.按成型方法:轧制钢(热轧、冷轧)、锻钢和铸钢 4.在建筑工程中分: (1)碳素结构钢:按质量可以分为A、B、C、D四级，A级钢只保证抗拉强度、屈服点、伸长率，必要时尚可附加冷弯试验的要求，化学成分对碳锰可以不作为交货条件。B、C、D级钢均保证抗拉强度、屈服点、伸长率、冷弯和冲击韧性等力学性能.化学成分对碳、硫、磷的极限含量比旧标准要求更加严格. 钢的牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符
7、号、脱氧方法 符号等四个部分按顺序组成.根据钢的厚度(直径) 16mm时的屈服点数值分别为:Q195、Q215、Q235、Q255、Q275,钢的牌号根据需要可分为: Q215-A(B) 、Q235A(B、C、D) 、Q255A(B、C)等.,(2)低合金高强度结构钢: 采用与碳素结构钢相同的牌号表示方法,仍然根据钢材厚度(直径)时的屈服点大小,分为Q295、Q345、Q390、Q420、Q460.钢的牌号仍有质量登记符号,除与碳素结构钢A、B、C、D四个等级相同外增加一个等级E,主要是要求-40度的冲击韧性.钢的牌号如:Q345-B、Q390-C等等. (3)优质碳素结构钢 二.钢材的选择:
8、 钢材的选择在钢结构设计中是首要的一环,选择的目的的保证安全可靠和做到经济合理. 1.选择钢材时考虑的因素: (1)结构的重要性 (2)荷载的情况 (3)连接方法 (4)结构所处的温度和环境 (5)钢材的厚度,2.选择钢材的方法: (1)静载或间接动载:Q235-A (2)重级工作制吊车梁、桁架:Q235-B（200C）; Q235-C(0T-200) ;Q235-D(T-200) (3)焊接结构:Q235、Q345 (4)动力荷载:Q345 (5)一般结构:Q235-AF 三.型钢规格: 1.热轧钢板: (1)厚板:厚度4.560mm(2)薄板:厚度0.354mm(3)扁钢:厚度460mm,宽度30200mm 钢板的表示方法:-厚宽长 2.热轧型钢: (1)角钢: 等边 : L边宽厚度不等边:L长边宽短边宽厚度(2)槽钢:热轧普通30a(b、c)普通低合金25Q(3)工字钢:工32a(b、c),工32Q(4)钢管:外径壁厚(5)H型钢:高度宽度厚度,3.薄壁型钢: 一般采用Q235或Q345钢,经模压或弯曲制成, 其壁厚一般为1.55mm 可分为:角钢、槽钢、Z型钢圆钢、方钢压型钢板0.41.6mm 思考题一中级工作制、吊车起重量为50T的焊接吊车梁，200C以上工作温度，拟采用Q235钢，应选用哪一种质量等级的钢材？若采用Q345钢，又如何选用？,
