钢结构基本原理及设计

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1、第2章钢结构材料§2-1概述§2-2钢材的生产§2-3钢材的主要性能第2章钢结构材料§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§2-1概述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3）有良好的加工性能，适应冷热加工，有良好的可焊性《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§2-2钢材的生产2.

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。钢材的生产分为炼铁、炼钢和轧制§2-2钢材的生产§2-2钢材的生产§2-2钢材的生产平炉炼钢，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

3、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

4、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·b表示屈服点为215MPa的B级半镇静钢§2-2钢材的生产一.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2.2.2钢材的组织构造和缺陷§2-2钢材的生产二.钢材

5、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2.2.3钢材的加工§2-2钢材的生产一.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钢材的生产钢中

6、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。§2-2钢材的生产二.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§2-2钢材的生产三.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

7、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