钢结构材料课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,结构钢材的破坏形式,钢结构材料,结构钢材的破坏形式,钢结构对材料的要求,钢材的主要机械性能,影响钢材性能的主要因素,钢材的疲劳,钢材的钢种、钢号及选择,国外钢材品种和钢号选择,钢结构对材料的要求,结构钢材的破坏形式,特 征,断 口,后 果,塑性破坏,（延性破坏）,构件应力超过屈服点，并且达到抗拉极限强度后，构件产生明显的变形并断裂。,常为杯形，呈纤维状，色泽发暗。,在破坏前有很明显的变形，并有较长的变形持续时间，便于发现和补救。,脆性破坏,在破坏前无明显变形，平均应力也小（一般都小于屈服点），没有任何预兆。,平直和呈有光泽的晶粒。,突然发生的，危险性大，应尽量避免。,钢结构对材料的要求,2-1,较高强度（,Strength,）,足够的变形能力（,Deformation,）,良好的加工性能（,Fabrication,）,胜任恶劣环境的耐久性（,Endurance,）,钢材的生产,钢材的生产,录像,炼钢,钢材生产过程,炼铁,炼钢,浇铸,加工,电炉钢,是利用电热原理，在电弧炉内冶炼。（质量好，但耗电量大，成本高，一般只用来冶炼特种用途的钢材。）,炼钢炉有三种形式：,转炉,、,平炉,和,电炉,。,转炉钢,是利用高压空气或氧气使炉内生铁熔液的碳和其它杂物氧化，在高温下使铁液变为钢液,。（生产周期短，效率高，质量好，成本低，已经成为,国内外发展最快的炼钢方法,。）,平炉钢,是利用煤气和其它燃料供应热能，把废钢、生铁熔液或铸铁块和不同的合金元素等冶炼成各种用途的钢。（生产周期长，效率低，成本高，现已逐步被转炉钢所取代。）,脱氧,炼 钢,根据脱氧方法区分的四种碳素结构钢,按照钢液在炼钢炉中进行脱氧的方法和程度不同，碳素结构钢可分为,沸腾钢,、,半镇静钢,、,镇静钢,和,特殊镇静钢,。,脱 氧,浇铸,特殊镇静钢,在,锰和硅,脱氧后，再用,铝,补充脱氧，其脱氧程度高于镇静钢。,沸腾钢,采用的脱氧剂为脱氧能力较弱的,锰,，因此脱氧不完全，且浇注时会有气体逸出，出现钢液的沸腾现象，由于沸腾钢在铸模中冷却很快，气体逸出不完全，凝固后的钢材中留有较多的杂质和气体，钢的质量较差。,镇静钢,采用,锰加硅,做脱氧剂，脱氧较完全，由于硅在还原的过程中会产生热量，使钢液冷却缓慢，让气体充分逸出，钢的质量好，但成本高。,半镇静钢,脱氧程度和钢材质量介于上述二者之间，一般不用。,脱 氧,加工,浇铸是指把熔炼好的钢液做成钢锭或钢坯。,用,连续铸造法,生产钢坯的工艺和设备，由于机械化、自动化程度高的优势，已经逐渐取代了笨重而复杂的,铸锭,工艺和设备。,浇 铸,冷加工的目的和影响,热处理,指通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢材的组织结构发生变化，以获得所需性能的加工工艺。（退火、正火、淬火和回火）,热加工,指将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状，生产出各种厚度的钢板和型钢。（热加工的开轧和锻压温度控制在,1150-1300,）,冷加工,指在常温（冷）下对钢材进行加工。（,冷作硬化现象,）,加 工,热处理的目的和方法,冷 加 工,钢的种类,（,1,）淬火 把钢材加热至,900,以上，放入水或油中快速冷却，,硬度和强度提高，但塑性和韧性降低。,（,2,）正火 把钢材加热至,850900,以上，在空气中缓慢冷却，,可改善组织，细化晶粒,。,（,3,）回火 把淬火后的钢材加热至,500600,，在空气中缓慢冷却，,可减小脆性，提高钢的综合性能,。,（,4,）淬火,+,回火（也称调质处理） 强度很高的钢材，都要经过调质处理。,热 处 理,常用钢的种类,钢的种类,钢材的主要机械性能,钢的种类,碳素结构钢,低合金钢,优质碳素结构钢主要用作制造冷拔高强钢丝、高强螺栓以及自攻螺钉等。,单向拉伸时的性能,钢材的主要机械性能,单向拉伸时的性能,冷弯性能,冲击韧性,钢材受压和受剪时的性能,可焊性,耐久性,试验条件,标准试件,标准加载方法,标准温度,试验条件,试验曲线,机械性能指标,单向拉伸时的性能,有明显屈服点,-,低碳钢与低合金钢,无明显屈服点,-,高强度钢,（弹性、屈服、强化、颈缩）,（弹性、强化、颈缩）,屈服强度、极限强度、伸长率、断面收缩率,有明显屈服点钢材的应力,-,应变关系,试验条件,（,1,）试件的尺寸要符合国家标准，表面光滑，没有孔洞、刻槽等缺陷。试件的标定长度取其直径的,5,或,10,倍。,（,2,）荷载要分级逐次增加，直到试件破坏。,（,3,）试验温度要控制在室温,20,左右。,d,标准试件,标准试件在室温（,10,0,C,35,0,C,),、以满足静力加载的加载速度一次加载所得钢材的应力,应变,曲线显示的钢材机械性能。,O,B,C,D,A,E,无明显屈服点的钢材,强化阶段,(DE,段,),颈缩阶段,(EF,段,),F,有明显屈服点钢材的应力,-,应变关系,弹性阶段(,OB,段),屈服阶段(,BD,段),单向拉伸时钢材的机械性能指标,设计时以卸载后试件中残余应变为,0.2,所对应的应力,作为屈服点,“,条件屈服点,”或“,名义屈服点,”,f,y,=,f,0.2,0.2%,f,u,p,没有明显屈服点的,钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变形小，破坏突然。,无明显屈服点钢材的应力,-,应变关系,伸长率,单向拉伸时钢材的机械性能指标,屈服强度,f,y,应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力（取屈服阶段波动部分的应力最低值），它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。,极限强度,f,u,应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材破坏前所能承受的最大应力。,钢材的塑性,当应力超过屈服点后，钢材能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。塑性好坏可用,断面收缩率,和伸长率,表示，通过静力拉伸试验得到。,屈强比（,f,y,/f,u,),越小，反映塑性变形的能力越强。,试件,断裂前,的永久变形与原标定长度的百比。,l,0,原标距长,l,1,拉断后标距长度,d,0,试件直径,试件有两种标距：,l,0,/,d,0,=5,和,l,0,/,d,0,=10,相应的伸长率用,5,和,10,表示。,实际工程中以伸长率,代表材料断裂前具有的塑性变形能力。,截面收缩率,伸 长 率,应力,-,应变曲线的简化模型,是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分比。,A,0,试件原来的断面面积,A,1,试件拉断后颈缩区的断面面积,断面收缩率,越大，钢材的塑性越好。由于在测量试件的断面面积时容易产生较大的误差，因而钢材塑性指标仍然采用伸长率作为保证要求。,A,0,A,1,断面收缩率,强度设计指标,应力应变曲线的简化,简化的依据：,1,）钢材在屈服点之前的性质接近理想的弹性体。,2,）屈服点之后的流幅现象又接近理想的塑性体，并且流幅的范围（,e,0.15,-2.5,）已足够用来考虑结构或构件的塑性变形的发展。,2.5%,f,y,0,0.15%,钢材是符合理想中的弹性,-,塑性材料,冷弯性能,强度设计指标,冲击韧性,冷弯性能,冲击试验的缺口形式,韧性,钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。用断裂时吸收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。是衡量钢材抵抗可能因低温、应力集中、冲击荷载作用等而致脆性断裂能力的一项机械性能。,冲击韧性试验,一般采用试件长,55mm,，截面,1010mm,2,，中间一小槽。在摆锤式冲击试验机上进行试验，冲断试件后，读出摆锤消耗的功。,冲击韧性试验,冲击韧性,对韧性的进一步认识,冲击韧性与试件刻槽（缺口）有关,，常用缺口形式为夏氏,V,型，夏氏钥孔型和梅氏,U,型，我国国家标准规定：冲击试验缺口采用夏氏,V,型。,冲击试验试件的缺口形式,冲击韧性还与试验的温度有关。我国钢材标准中将试验分为四档，即,+20, 0,，,-20,和,-40,时的冲击韧性。温度越低，冲击韧性越低。,冲击韧性,对韧性的进一步认识,钢材受压和受剪时的性能,冲击韧性,可焊性,钢材在单向受压（短试件）时，受力性能基本上与单向受拉相同。受剪的情况也相似，但屈服点,y,及抗剪强度,u,均低于,f,y,和,f,u,；剪变模量,G,也低于弹性模量,E,。,钢材受压和受剪时的性能,耐久性,碳含量在,0.12%,0.20%,范围内的碳素钢，可焊性最好（如,Q235B,）。对于高强度低合金钢中，低合金元素大多对可焊性有不利影响，我国行业标准,JGJ81-2002,建筑钢结构焊接技术规程,推荐使用碳当量来衡量低合金钢的可焊性。当碳当量小于,0.38%,，钢材的可焊性好,(,如,Q345),，可不采取措施直接施焊。,可 焊 性,可焊性,指采用一般焊接工艺就可达到合格焊缝性能。,具体表现为：,􀀹,施工上,正常焊接工艺下，焊缝不出现裂纹口,使用上,焊缝力学性能不低于母材力学性能,钢材可焊性与碳、合金元素的含量有关，,需通过试验来鉴定可焊性的好坏、确定焊接工艺要求,影响钢材性能的主要因素,耐 久 性,化学成分的影响,影响钢材性能的主要因素,化学成分的影响,钢材生产过程的影响,温度的影响,冷加工硬化和时效硬化,复杂应力状态的影响,应力集中的影响,荷载类型的影响,防止脆性断裂的方法,生产过程的影响,抗腐蚀性,化学成分的影响,轧制的影响,1.,偏析,金属结晶后化学成分分布不均匀的现象。主要是硫、磷偏析，其后果是偏析区钢材的塑性、韧性、可焊性变坏。,3.,裂纹,钢材中存在的微观裂纹。,2.,非金属夹杂,指钢材中的非金属化合物，如硫化物、氧化物，他们使钢材性能变脆。,4.,气泡,浇铸时由,FeO,和,C,作用所生成的,CO,气体不能充分逸出而滞留在钢锭那形成的微小空洞。,5.,分层,浇铸时的非金属夹杂在轧制后可能造成钢材的分层。,钢材生产过程的影响,薄厚钢板的特点,钢材生产过程的影响,温度的影响,钢材生产过程的影响,正温度对钢材力学性能的影响,f,u,f,y,E,温度的影响,防火措施,在室温,200,范围，钢材强度、弹模、塑性、韧性没大的变化；,在,250,左右时，钢材抗拉强度,，而冲击韧性,，称,“,蓝脆,”,（表面呈蓝色,),，应避免钢材在蓝脆温度范围进行热加工；,超过,300,后，屈服强度,、极限强度,，塑性显著,达到,600,时，强度已很低，不能承载。,负温度的影响,温度的影响,冷加工硬化和时效硬化的影响,2-2,冲击韧性和温度关系示意图,脆性破坏,两种破,坏均有,塑性破坏,转变温度区,冲击断裂功,试验温度,T,1,T,0,T,2,T,从室温下降时，钢材强度略有提高，而塑性和冲击韧性,(,变脆,),。,温度下降到某一数值时，钢材的冲击韧性突然急剧,，称,低温冷脆,。,冲击功曲线的反弯点,T,0,称为,转变温度,。界限温度,T,1,和,T,2,分别为,脆性转变温度,和,全塑性转变温度,。,在脆性转变温度以下，钢材表现为完全的脆性破坏；而在全塑性转变温度以上，钢材则表现为完全的塑性破坏。,不同牌号和等级的钢材具有不同的转变温度区和转变温度，均应通过试验来确定。钢结构设计应使环境温度高于,T1,，但不要求高于,T2,。,温度的影响,冷作硬化,设计要求,钢结构设计一般不利用冷加工硬化造成的强度提高，而且对直接承受动力荷载的钢结构还应设法消除冷加工硬化的影响，如将局部硬化部分用刨边或扩钻予以消除。,时效硬化,人工时效,时效硬化,应变时效硬化,钢材产生一定数量的塑性变形后，铁素体晶体中的固溶碳和氮更容易析出，从而使已经冷作硬化的钢材又发生时效硬化现象。,人工时效,为加快测定钢板时效后的性能，可先使钢材产生,10%,的塑性变形，再加热到,200,300,，然后冷却到室温进行试验，这样可使时效在几小时内完成，称为,人工时效。,目的,有些重要结构要求对钢材进行人工时效，然后测定其冲击韧性，以保证结构具有长期的抗脆性破坏能力。,复杂应力状态的影响,2-3,第四能量强度理论,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,推导,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。,o,Z,X,Y,单元体受复杂应力,状态下的分量,单元体受,主应力,钢材单元体上的复杂应力状态,复杂应力作用下钢材的屈服条件,三向应力状态下钢材的屈服条件,应力状态的简化,在三向应力作用下，钢材由弹性状态转变为塑性状态的条件，可以用折算应力和钢材在单向应力时的屈服点相比较来判断。,（,2-1,）,用主应力 、 、 表示时，有,:,（,2-4,）,或,当时钢材处于弹性阶段,时钢材处于塑性阶段,Von Mises,屈服条件,复杂应力作用下钢材的屈服条件,不同受力状态对钢材性能的影响,当钢材厚度较薄时，厚度方向的应力很小，常可忽略不计，这时三向应力状态可以简化为,平面应力状态,：,一般梁中只存在正应力,和剪应力,，则上式可写为：,（,2-2,）,纯剪时,=0 则有：,（,2-3,）,钢材的剪切屈服点是拉伸屈服点的,0.58,倍,复杂应力作用下钢材的屈服条件,三向应力的影响,不同受力状态对钢材材性的影响,（,a,）,单向拉伸,（,b,）,双向拉伸,（,c,）,双向异号应力,分析结果：,（,1,）相对于单向拉伸而言，钢材在钢材在双向拉力作用下屈服点和抗拉强度提高，但是塑性下降。,双向应力作用下对,钢材材性的影响,0,(,a,),(,b,),(,c,),（,3,）主应力异号时，易屈服，破坏呈塑性，差别越大越明显。,（,2,）主应力同号时，不易屈服，塑性下降，越接近越明显。,应力集中的影响,同号的三向主应力作用,三个主应力相差不大时,（,s,1,s,2,s,3,）,时，即使各主应力很高，材料也很难进入屈服和有明显的变形，但是由于高应力的作用，聚集在材料内的体积改变应变能很大，因而材料一旦遭到破坏，便呈现出无明显症兆的脆性破坏特征。,不同受力状态对钢材材性的影响,应力集中的影响,在钢结构构件中不可避免的存在着孔洞、槽口、凹角、裂缝、厚度变化、形状变化和内部缺陷等，此时截面中的应力分布不再保持均匀，而是在一些区域产生局部高峰应力，形成所谓,应力集中,现象。,应力集中现象,应力集中的影响,荷载类型的影响,由于结构钢材塑性很好，在静力荷载作用下，能使应力进行重分布，直到构件全截面的应力都达到屈服强度，,应力集中一般不影响构件的静力极限承载力,。,有应力集中的钢材，材性变脆。,应力集中处常常产生三向的同号拉应力，易使钢材开裂时也没有明显的塑性变形（,脆断,）。,应力集中对塑性良好的钢结构静力强度影响不大，但是,对负温下或动力荷载作用下的结构的不利影响,很大。,应力集中的影响,防止脆性断裂的方法,荷载可分为静力和动力两大类,1.,加荷速度的影响,这是加载过程中出现的问题。加荷速度过快，构件来不及变形，得到的屈服点也高，且呈脆性。特别在低温时对钢材性能的影响要比常温下大得多。,因此，试验时需规定加载速度；静力加载试验一般应加载,5,分钟后再读数据。,2.,循环荷载的影响,钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐累积损伤，产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直到最后破坏,（疲劳破坏）,。,荷载类型的影响,正确制造,外因,钢材在构造和加工工程中引起的,应力集中,、,低温影响,、,动力荷 载的作用,、,冷作硬化,和,应变时效硬化,等,内因,钢材的,化学成分,、,组织构造,和,缺陷,等,(1,）合理的选用钢材,;,(2,）对于低温工作和受动力荷载的钢结构，应使所选钢材的脆性转变温度低于结构的工作温度,;,(3),尽量使用较薄的型钢和板材，使其具有良好的冲击韧性,;,(4,）设计时结构的构造要合理，避免构件截面的突然改变，使之能均匀、连续的传递应力，从而减小构件的应力集中。,影响钢材出现脆性破坏的因素,合理设计,防止脆性断裂的方法,合理使用,正确制造,(1),严格按照设计要求进行制作，不得随意进行钢材代换，不得随意将螺栓连接改为焊接连接，不得随意加大焊缝厚度。,(2),为了避免冷作硬化现象的发生，应采用钻孔或冲孔后再扩钻的方法，以及对剪切边进行刨边。,(3),为了减少焊接残余应力导致的应力集中，应该制定合理的焊接工艺和技术措施，并由考试合格的焊工施焊，必要时可采用热处理方法消除主要构件中的焊接残余应力。,(4),焊接中不得在构件上任意打火起弧，影响焊接的质量，应按照规范的要求进行。,防止脆性断裂的方法,钢材的疲劳,合理使用,(1),不得随意改变结构使用用途或超负荷使用结构。,(2),原设计在室温工作的结构，在冬季停产时要注意保暖。,(3),不要在主要结构上任意焊接或附加零件悬挂物。,(4),避免因生产和运输不当对结构造成的撞击或机械损伤。,(5),平时对结构应注意检察和维护。,防止脆性断裂的方法,疲劳断裂的过程,定义,：,钢材在循环荷载作用下，应力虽然低于极限强度，甚至低于屈服强度，但仍然会发生断裂破坏，这种破坏形式就称为,疲劳破坏,。,破坏特点,：,（,3,）疲劳对,缺陷,十分,敏感,。,（,2,）疲劳破坏的断口与一般脆性破坏的,断口不同,。一般脆性破坏后的断口平直，呈有光泽的晶粒状或人字纹。而疲劳破坏的主要断口特征是放射和年轮状花纹。,疲劳破坏的特征,（,1,）破坏时塑性变形很小，突然破坏，属于,脆性破坏,范畴，危险性大。,疲劳断裂过程,疲劳破坏的实例,疲劳破坏断口,疲劳破坏的原因,疲劳断裂破坏实例,疲劳破坏的实例,疲劳分类,疲劳断裂破坏实例,引起疲劳破坏的交变荷载不同进行分类,疲劳分类,变幅疲劳,常幅交变荷载,-,常幅应力,-,常幅疲劳,变幅交变荷载,-,变幅应力,-,变幅疲劳,应力循环次数,（n，疲劳寿命）,常幅疲劳,影响疲劳强度的因素,当应力循环内的应力幅随机变化时为,变幅疲劳,。,情形一能够测得使用期内应力变幅规律,i,2,1,i-1,t,变幅荷载,情形二 不能测得使用期内应力变幅规律,变幅疲劳,影响疲劳强度的因素,变幅疲劳,情形一能够测得使用期内应力变幅规律,情形二 不能测得使用期内应力变幅规律,常幅疲劳计算,影响疲劳强度的因素,？,疲劳计算构件和连接的类别,疲劳计算采用,容许应力幅法,，按弹性状态计算。只适用于无高温（,t150,）、无严重腐蚀环境中的高周低应变的疲劳计算（应力循环次数,n,510,4,),。,（,2-5,）,n,应力循环次数；,C、,参数，根据表2-2中的构件和连接的类别按表2-3采用。,常幅疲劳计算,对于焊接部位的设计应力幅,:,= ,max,- ,min,；,对于非焊接部位的折算应力幅：,= ,max,- 0.7,min,max,每次应力循环中，计算部位的最大拉应力（取正值）,min,每次应力循环中，计算部位的最小拉应力或压应力（拉应力取正值，压应力取负值）；,常幅疲劳的容许应力幅,;,焊接结构的疲劳,疲劳计算的构件和连接分类,容许应力幅与钢材的强度无关，这表明不同种类的钢材具有相同的抗疲劳性能。,焊接结构的疲劳,通过大量试验研究表明，控制焊接结构疲劳寿命最主要的因素是,构件和连接的类型,、,应力幅,Ds,以及,循环次数,n,，而与应力比无关。,焊缝部位存在残余拉应力，通常达到钢材的屈服强度,f,y,，,该处是产生和发展疲劳裂纹最敏感的区域。,最大：,最小：,真实应力比：,残余应力的分布,焊缝附近真实应力比的大小取决于应力幅,Ds,的大小,变幅疲劳强度验算方法,e,等效常幅疲劳应力幅。,常幅疲劳的容许应力幅。,情形一能够测得使用期内应力变幅规律,变幅疲劳计算,等效常幅疲劳应力幅计算,不能测得使用期内应力变幅规律,计算,若能预测结构在使用寿命期间各种荷载的应力幅以及次数分布所构成的设计应力谱，则根据累积损伤原理可将变幅疲劳折合为等效常幅疲劳，将随机变化的应力幅折算为等效应力幅,e,按下式进行疲劳计算：,(2-7),n,i,以应力循环次数表示的结构预期使用寿命；,n,i,预期寿命内应力幅水平达到,i,的,应力循环次数,变幅疲劳计算,吊车梁参数取值表格,情形二 不能测得使用期内应力变幅规律,设计,重级工作制吊车的吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架时，,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。如果没有对实际应力幅的统计资料，即属本情形。使用欠载效应系数，按常幅疲劳进行计算。,（,2-9,）,欠载效应的等效系数,循环次数为,n,=210,6,次的容许应力幅。,变幅疲劳计算,疲劳计算应注意的问题,1.0,0.8,0.5,重级工作制硬钩吊车,重级工作制软钩吊车梁,中级工作制吊车,f,吊车梁类别,表,2-4,吊车梁或吊车桁架欠载效应系数,59,69,78,90,103,118,144,176,N/mm,2,n,=210,6,8,7,6,5,4,3,2,1,连接形式类别,表,2-5,n,=210,6,的容许应力幅值,变幅疲劳计算,2),疲劳验算采用的是,容许应力设计法,，而不是以概率论为基础的设计方法。这主要是因为焊接构件焊缝周围的力学性能非常复杂，目前还没有较好试验或数值方法对其进行以概率论为基础的研究。,疲劳计算应注意的问题,3),疲劳计算采用的是,容许应力幅法,，计算公式是以实验为依据的，实验中已包含了动力的影响，故荷载应采用标准值且不乘动力系数，应力幅按弹性工作计算。,1),当,n,10,5,时，应进行疲劳计算。,疲劳计算应注意的问题,钢材的钢种、钢号及选择,5,）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，,不必进行疲劳计算,。,4,）国内外试验证明，大多数焊接连接类别的疲劳强度不受钢材强度的影响，故可认为,疲劳容许应力幅与钢种无关,。,6,）提高疲劳强度和疲劳寿命的措施,（）采取合理构造细节设计，尽可能减少应力集中；,（）严格控制施工质量，减小初始裂纹尺寸；,（）采取必要的工艺措施如打磨、敲打等。,疲劳计算应注意的问题,碳素结构钢牌号及特点,碳素结构钢,1,）碳素结构钢的表达方式由（,屈服点的字母,Q,、屈服点数值、质量等级符号和脱氧方法符号）,四个部分组成。,2),质量等级符号是根据钢材的化学成分和冲击韧性不同化分为,A,、,B,、,C,、,D,共,4,个质量等级。,3),脱氧方法符号也有四种，其中,F,代表沸腾钢，,b,代表半镇静钢，,Z,代表镇静钢，,TZ,代表特种镇静钢，,在具体标注时,Z,和,TZ,可以省略。,4,）,钢结构设计规范,将,Q235,牌号的钢材选为承重结构用钢,。其化学成分和脱氧方法、拉伸和冲击试验以及冷弯试验结果均应符合规范,GB/T700,的要求。,牌号表示方法,碳素结构钢,冲击韧性的规范规定,碳素结构钢,Q235,表示方法,冲击韧性的规范规定,低合金高强度结构钢,低合金高强度结构钢,1),含碳量均,不大于,0.20,，,强度的提高主要依靠添加少量几种合金元素来达到，但合金元素的总量,低于,5,。,2),牌号为,Q345,，,Q390,Q420,的钢材都有较高的强度和较好的塑性、韧性和焊接性能，被,规范,选为承重结构用钢。,3),低合金高强度结构钢的牌号命名与碳素结构钢相似，只是质量等级分为,A,、,B,、,C,、,D,、,E,五等，低合金高强度结构钢采用的脱氧方法均为镇静钢或特殊镇静钢，故,可不加脱氧方法的符号,，例如,Q345,B,，,Q390,D,，,Q420,E,。,4),钢材的化学成分和拉伸、冲击、冷弯试验结果应满足规范,GB/T1591,要求。,低合金高强度结构钢牌号,低合金高强度结构钢表示方法,低合金高强度结构钢,优质碳素钢,低合金钢,Q345,表示方法,钢丝,1),磷、硫等有害元素的含量均,不大于,0.035,，,对于其他缺陷的限制也较严格。,2),主要用作制造,冷拔高强钢丝,、,高强螺栓,以及,自攻螺钉,等。,优质碳素结构钢,(GB/T 699-1988),钢丝、平行钢丝索、钢绞线、钢丝绳的总称。,钢索,优质碳素结构钢、钢索,平行钢丝索,钢 丝,钢绞线,平行钢丝索,钢丝绳,钢 绞 线,专用结构钢,钢 丝 绳,钢材的选择原则,2),耐候钢,在钢材冶炼时加入少量的合金元素如,Cu,、,Cr,、,Ni,、,Mo,、,Nb,、,Ti,、,Zr,、,V,等，提高钢材的耐腐蚀性能。也称为耐大气腐蚀钢。例如,15MnCuCrQT,钢表示含碳量为,0.15%,，合金元素为锰、铜、铬的淬火加回火热处理耐候钢。,3),连接用钢,钢结构连接中的铆钉、高强度螺栓、焊条用钢丝等，也采用满足各自连接件要求的专门用钢。,专用结构钢,1),专用结构钢的钢号用在相应钢号后再加上,专业用途代号,（压力容器、桥梁、船舶和锅炉用钢材的专业用途代号分别为,R,、,q,、,C,和,g,）来表示。,钢材选择的建议,钢材的选择原则,2-4,钢材选择的建议,1,）承重结构的钢材宜采用,Q235,钢、,Q345,钢、,Q390,钢和,Q420,钢，其质量应分别符合国家标准,碳素结构钢,GB/T700,和,低合金高强度结构钢,GB/T1591,的规定。当采用其他牌号的钢材时，应符合相应有关标准的规定和要求。,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，对焊接结构尚具有含碳量的合格保证。,3,）对于需要验算疲劳的焊接结构和非焊接结构，应具有冲击韧性的合格保证。,钢材选择的建议,常用钢材的规格,4,）重要的受拉或受弯的焊接构件中，厚度大于等于,16mm,的钢材应具有常温冲击韧性合格的保证。,5),当焊接结构为防止钢材的层状撕裂而采用,Z,向钢时，其材质应符合现行国家标准,厚度方向性能钢板,GB/T5313,的规定。,6),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，宜采用耐候钢，其质量要求应符合现行国家标准,焊接耐候钢,GB/T4172,的规定。,钢材选择的建议,常用钢材的规格,钢结构所用的钢材主要有,热轧成型的钢板和型钢,，以及,冷加工成型的冷轧薄钢板,和,冷弯薄壁型钢,。,热轧钢板,热轧钢板,1),分为,厚钢板、薄钢板,和,扁钢。,2),表示方法：在符号“,-,”,后加“,宽度,厚度,长度,”,3),供应规格 （单位：,mm,）,厚度,宽度,长度,厚钢板,4.5-60,600-3000,4000-12000,薄钢板,0.35-4,500-1500,500-4000,扁钢,4-60,12-200,3000-9000,热轧型钢,热轧型钢,角钢,常用的热轧型钢有,角钢、工字钢、槽钢、钢管,等。,角钢,1),分为,等边和不等边,两种。,2,）表示方法为在符号“,”,后加“,长边宽,短边宽,厚度,”（对不等边角钢），或加“,边长,厚度,”（对等边角钢）。,3,）我国生产的角钢,最大边长为,200mm,，角钢的供应长度一般为,4-19m,。,肢宽度,肢厚度,等边角钢,长肢宽度,短肢宽度,肢厚度,不等边角钢,钢材的规格,1),分为,普通工字钢、轻型工字钢,和,H,型工字钢,三种。,3) H,型钢的基本类型分为,宽翼缘（,HW,），中翼缘（,HM,）,和,窄翼缘（,HN,）,三类，表示方法为在代号后加“,高度,宽度,腹板厚度,翼缘厚度”,。,2,）普通工字钢的型号用符号“,工,”后面加截面高度的,厘米数,表示，,20,号以上的工字钢，又按腹板的厚度不同，分为,a,、,b,或,a,、,b,、,c,等类别，轻型工字钢的表示方法同普通工字钢。,4,）普通工字钢的型号为,10-63,号,，轻型工字钢的型号为,10-70,号,，供应长度为,5-19m,。,槽钢,热轧型钢,工字钢,槽钢,1),分为,普通槽钢,和,轻型槽钢,两种 。,2,）表示方法和工字钢相似,。,3）国内生产的,最大型号为40c,。,供应长度为,5-19m,。,t,D,钢管,1),分为,无缝钢管,和,焊接钢管,两种,。,2,）型号可用代号“,D,”,后加“,外径,壁厚,”表示。,3,）国产热轧无缝钢管的,最大外径可达,630mm,，,供应长度为,3-12m,。,冷弯薄壁型钢和压型钢板,热轧型钢,冷弯薄壁型钢和压型钢板,冷弯薄壁型钢（,壁厚1.5-6mm,）和压型钢板（,壁厚0.4-1.6mm,），截面形式和尺寸均可按受力特点合理设计，能充分利用钢材的强度，达到节约钢材的目的。在国内外轻钢建筑结构中被广泛应用。,我国目前建筑钢材存在的主要问题,我国目前建筑钢材存在的主要问题,国外钢材品种和钢号简介,1,）,厚板可焊性差,，,Q345,等厚板焊接时，易出现层状撕裂。应采用,Z,向钢，即,厚度方向性能钢板,GB5313,，要求沿厚度方向有良好的抗层状撕裂性能，用厚度方向拉力试验的断面收缩率来评定。应生产优质特厚钢。,2,）,高强度低合金结构钢在冷弯薄壁型钢中的应用尚未解决好,，不能满足轻型房屋钢结构的需要,主要应解决其冲压性差的问题。,3,）我国现只能生产镀锌钢板，,不能生产抗腐蚀性能更好的镀铝锌钢板，,需引进生产线或专利来解决。,4,）,型材品种规格,还不能满足建筑需要，要开发生产薄壁热轧,H,型钢等。,5,）建筑用,高强度低合金结构钢品种太少,，生产耐火钢。,钢材品种比较表,国外钢材品种和钢号简介,各国的钢号基本上是以强度等级来划分，表示方式为：,字首符号钢材的强度值钢材质量等级,字首符号：,美国采用,A(Alloy),；日本采用,SS,（一般结构用轧制钢材，第一个,S,为,Steel,的第一个字母）、,SM,（焊接结构用轧制钢材）、,SMA,（焊接结构用耐候性轧制钢材）等；德国采用,St,（德文钢,Stahl,）；意大利采用,Fe,；法国采用,A,、,E,等；独联体各国采用,C,（俄文钢的第一个字母）；英国无字首符号。,钢材的强度值,:,单位一般为,N/mm,2,，但美国为,Ksi(,千磅英寸,2,),。强度值有的采用,f,u,，有的采用,f,y,。,ISO,国际标准、欧共体各国、日本等采用,f,u,，美国、独联体各国等采用,f,y,。,钢材质量等级,:,分为,A,、,B,、,C,、,D,、,E,等。,铸钢品种比较表,各国钢材品种与我国钢材品种对应表,中国,美 国,日 本,英 国,法 国,德 国,俄罗斯,Q235,A36,SS400,SM400 SMA400,40,E24,St37,C235,Q345,A572-50,SM490YA,SM490YB,SM520,50D,E36,St44,C345,Q390,A572-60,SM570,50F,A50,St50,C390,Q420,A572-65,A60,St60,C440,结束,国外铸钢品种与我国铸钢品种对应表,中 国,(GB),美 国,日本,(JIS),英国,(BS),法国,(NF),德国,（,DIN,）,前苏联,(TOCT),国际标准,（,ISO,）,ASTM,UNS,ZG200-400,J01700,SC360,AW1,CLA9,E20-40M,GS-38,GS-CK16,15 ,200-400,ZG230-450,LC8,J03003,SC410,CLA1Gr.B,E23-45M,GS-52,GS-CK25,25 ,230-450,ZG270-500,J04000,SC480,A2,GS-60,GS-62,35 ,270-480,ZG310-570,80-40,J05002,SCC5,A3,AW2,GS-70,GS-CK45,45 ,340-550,ZG340-640,J05000,55 ,