钢结构-钢结构的材料与制造

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1、第五章钢结构的材料与制造第一节建筑钢材在单轴应力作用下的工作性能把钢材按规定加工成标准试件，在+20°C的条件下做拉伸试验，得到钢材的应力一应变关系曲线，如图1所示。低碳钢一次拉伸时的工作可分为四个阶段：弹性阶段：应力由0到比例极限fp；弹塑性阶段：由比例极限到屈服点fy；塑性阶段：应力不变，应变不断增大；强化阶段：应力达到抗拉强度fu时，试件发生颈缩现象而发生破坏。建筑钢材的三个机械性能指标：抗拉强度fu，伸长率务或6,屈服点fy。钢材性能还包扌酣令弯要求，它较为严格的表示钢材塑性变形能力的综合指标。抗拉强度fu是衡量钢材经过巨量变形后的抗拉能力，

2、直接反映钢材的内部组织的优劣；屈服点fy衡量结构承载能力的指标。伸长率式反映钢材在荷载作用下的塑性变形能力。高强度钢材没有明显的屈服点，可取相当于残余应变为0.2%时的应力为假想屈服点。注意，在设计钢结构吋，引入抗力分项系数％,得到钢材抗拉、抗压和抗弯的设计强度f：f=fy/yR0第二节建筑钢材在多轴应力作用下的工作性能钢材在多轴应力作用的的屈服条件需要用强度理论来解决。能量强度理论认为材料由弹性状态转入塑性状态时，材料的综合性强度指标要用变形时单位体积中积聚的能量來衡量。由材料力学可知，钢材单向拉伸达到塑性状态时，积聚于单位体积中的形状改变能为：囤

3、］=琴/「当钢材单元体处于三向主应力0、①、6的作用而进入塑性状态时，材料单位体积的形状改变能为：%=+”；+旷；-（06++叭）］由能量理论知：%=叫1贝0：b：=Jof+CT；+tr；_（砂2+66+）=/>,,兀称折算应力。或者：近=Jb；+b；+疋-00.+SQ：+cr：crj+3（叱+T；+T：）=fy当纯剪时，鼻=府=fy,抗剪屈服点//=V3/3fy=0.58/v抗剪设计强度/>0.58/,若f=215N/mm2,则fv=125N/mm2O第三节各种因素对钢材性能的影响化学性能碳的含量直接影响钢材的强度、塑性和韧性。随着含碳量的增加，钢

4、材的强度逐渐提高，而塑性和韧性下降，可焊性和抗锈蚀性等也变劣。一般含碳量不超过0.22%。硫、磷、氮、氧的含量提高，一般均使钢材变脆，应不超过0.04%〜0.05%。猛、硅、锐在合理的含量内可提高钢材强度。如：15MnV钢。冶金缺陷常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、裂纹和起层。构造缺陷一应力集中现象应力集中是造成构件脆性破坏的主要原因之一。加荷速度随着加荷速度的提高，钢材的屈服点提高，脆性增加。钢材的硬化钢材在弹塑性变形阶段，多次间歇重复加荷使弹性变形区域扩大，提高了钢材的屈服点，而使钢材变脆，这种现象称钢材的冷硬现象。随着时间的增长，钢材的强度提高

5、，塑性减小的现象叫时效硬化。温度影响随着温度的升高，总的趋势是强度降低、塑性增大。温度达到600°C时，钢材的强度几乎降为0,因此钢材可以说不耐高温，一般需要在钢构件外表上涂上防火层。第四节钢材和连接的强度设计值一、钢材的强度设计值（N/mmJ钢材抗拉、抗压和抗弯f抗剪fv端面承压（刨平顶紧）fee钢号厚度或直径（mm）Q235钢<16215125320>16〜40200115320〉40〜6019011032016Mn钢<1631518544516Mnq>16〜25300175425钢〉25〜3629017041015MnV<16350205450

6、钢〉16〜2533519543515MnVq钢>25〜36320185415二、焊缝的强度设计值（N/nun?）焊接方构件钢材对接焊缝角焊缝法和焊抗拉和弯曲抗抗拉、条型号钢号厚度或抗压拉厂当焊缝质抗剪抗压直径］r量级别为f:和抗(mm)、三级・、P•男级ff自动焊、Q235<16215215185125160半自动钢>16〜200200170115160焊、40190190160110160E43型焊>40〜条手工60焊自动焊、16Mn<16315315270185200半自动钢〉16〜300300255175200焊、16Mnq2529029024

7、5170200E50型焊钢>25〜条手工36焊自动焊、15MnV<16350350300205220半自动钢>16〜335335285195220焊、15MnVq25320320270185220E55型焊钢>25〜条手工36焊三、螺栓连接的强度设计值（N/mn?）螺栓的钢号（或性能等级）和构件的钢号构件钢材厚度（mm）普通螺栓锚栓承压型高强度螺栓C级螺栓A、B级螺栓抗拉r抗剪承压抗拉r抗剪（［类孑L）承压（I类孔）fe抗拉f,h抗剪承压普通螺栓Q235钢170130170170锚栓Q235钢16Mn钢———————140180——承8.8—————

8、———25—压型高级10.9————————031—强级0度螺栓Q235———30——400——46构钢55