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1、塑性指标：衡量钢材塑性好坏的主要指标是伸长率和断面收缩率=（l1-l0）/ l0 *100% =（A0-A1）/ A0 *100%式中 lo试件拉伸前标距长度； 11-试件拉断后原标距间长度； Ao-试件截面面积； Al-拉断后颈缩区的截面面积。是标距l0范围内的平均值（包括颈缩区和非颈缩区），不完全代表颈缩区的钢材的最大塑性变形能力，但容易测量。是衡量钢材塑性的一个比较真实和稳定的指标，表示复杂应力的颈缩区的最大塑性变形量，但测量误差大。注：（1）由于实际结构承受的复杂应力、冲击或振动应力、局部应力高峰等，要求钢材具有良好的塑性才能进行“塑性内力重分配”和避免脆性断裂。（2）钢材塑性好坏对于

2、承受活动荷载特别是动力荷载的结构是决定结构是否安全的主要因素之一。在这种意义下可以说钢材塑性指标比强度指标更为重要。（三）韧性韧性：钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性指标：冲击韧性 ak=AK/A N.mcm2式中: Ax试验机的冲击功N.m； A缺口处净截面面积cm2。（1）韧性是反映强度与塑性的综合表现的指标。（2）韧性的显著特点在于它表示钢材抵抗冲击荷载的能力。（3）为了使韧性指标更有实用价值，除了以冲击试验代替静力试验外，试件做成有缺口的（应力集中严重）。（4）目前国际上有三类缺口型式：V形、钥孔形和U形。我国国家标准规定v形。（5）钢材的韧性与温度有关。（6）钢材的韧性与

3、轧制方向有关。（四）冷弯性能冷弯性能：钢材在冷加工产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。冷弯性能指标：冷弯试验通过冷弯冲头加压（d=1a:2a）当试件弯曲至某一规定角度。时（一般a=1800），检查弯曲部分的外面、里面、侧面，如无裂纹、裂断、分层等即合格。冷弯试验一方面是检验钢材能否适应构件制作中的冷加工工艺过程，另一方面通过试 验还能暴露出钢材的内部缺陷（颗粒组织、结晶情况和非金属夹杂物分布等缺陷），鉴定钢材的塑性和可焊性。（五）沿板厚方向性能在焊接承重结构中，对沿厚度方向受拉的接头，必须防止钢材的层状撕裂。对于板厚大于40mm的钢板需进行沿板厚方向性能试验。试件应取沿板厚方向，检查断面收缩

4、率是否满足正方向性能等级要求，其含硫量比一般结构用钢的含硫量严格，要求不大于0.1。（六）可焊性可焊性：在一定材料，工艺和结构条件下，钢材经过焊接后能够获得良好的焊接接头 的性能。可焊性又分为施工上的可焊性和使用性能上的可焊性。施工上的可焊性，指（焊接接头的）焊缝金属产生裂纹的敏感性，以及由于焊接加热的影响，近缝区钢材的硬化和产生裂纹的敏感性，可焊性好就不产生裂纹。使用性能上的可焊性，指焊接接头和焊缝的缺口冲击韧性和热影响区的延伸性（塑性），要求焊接结构在施焊后的力学性能不低于母材的力学性能。（七）耐久性耐腐蚀性：通过油漆等表面防护措施提高钢材的耐腐蚀能力。耐老化性：随着时间的增长，钢材出现所

5、谓“时效”现象，即“老化”现象。耐长期高温性：在长期高温条件下工作的钢材，其破坏强度比静力拉伸试验的强度低得多，应另行测定“持久强度”。耐疲劳性：钢结构或构件在长期连续的交变荷载或重复荷载作用下，虽应力低于人也往往会发生破坏，叫“疲劳破坏”。三、影响钢材力学性能的因素钢材的两种破坏形式：（1）塑性破坏构件的应力超过屈服点fy，并达到fu后，构件产生很大的变形和明显的“颈缩”现象。破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗。特点：破坏前有明显的预兆，破坏常可以预防和避免；破坏前有很大塑性变形，导致内力重分布，对构件有利。（2）脆性破坏破坏前构件变形很小，平均应力亦小（一般都小于屈服点fy）。破坏前没有任何预

6、兆，破坏是突然发生的，断口平直和呈有光泽的晶粒状。在构件的缺口、裂缝处应力集中而引起破坏，后果严重，损失较大，应努力防止脆性破坏。影响钢材力学性能的主要因素有钢材的化学成分，钢材的冶金和轧制过程，时效、冷作硬化，工作温度，复杂应力，加荷速度，焊接影响和制作技术，应力集中和疲劳现象等。（一）化学成分的影响钢材的化学成分直接影响钢的组织构造，从而影响钢材的力学性能。结构用钢的基本元素是铁（Fe），约占99。此外还有其他元素。有益的元素有：碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）等，还有合金元素，如镍Ni、铬Cr、铜Cu、钒v、钼Mo、铝Al、钛Ti等，其总量不超过1.5。有害元素有：硫（S）、磷（P）、氧

7、（O）、氮（N）等，它在冶炼中不易除尽，其总量不超过0.950。1碳（C）碳是除铁以外最主要的元素，它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。碳的含量提高，钢材的屈服强度和抗拉极限强度提高，但塑性和韧性、特别是低温冲击韧性下降。钢材的可焊性、疲劳强度和冷弯性能也会下降。因此结构用钢的含碳量不宜太高，一般不超过0.22，在焊接结构中则低于0.2。2锰（Mn）：弱脱氧剂，锰与铁、碳的化合物能溶解于纯铁体、渗碳体中，起强化作用。一般含量0.3-0.8，含量过高（达1.6以上）会使钢材变脆。3硅（Si：一般作脱氧剂加入，含量0.10-0.30，能使纯铁体结晶均匀，晶粒细致，它能使强度提高而塑性、韧性

8、等不降低。含量过高（达1.0时）则会使钢材变脆。4硫（S）：有害元素，使钢材“热脆”。硫与铁化合为硫化铁（FeS），散布在纯铁体晶粒间层中，含硫量大时，钢材的塑性、韧性、疲劳强度等降低，高温时（80012000C）如焊、铆、热加工等，硫化铁即熔化（熔点为9850C），造成晶界开裂，称为“热脆”，一般结构控制0.055；焊接结构0.050。5磷（P）：有害元素，使钢材“冷脆”。磷与纯铁体结成不稳定的固溶体，有增大纯铁体晶粒的害处。磷可使钢的强度提高，但大大降低塑性和韧性，使钢在低温时变得很脆，即“冷脆”，一般含量0.050，焊接结构0.045。6氧（O）：残留杂质，作用与硫s相似，“热脆”。7氮

9、（N）：残留杂质，作用与磷P相似，“冷脆”。硫、磷含量严重影响钢材质量：普通碳素钢：硫S0055；磷P0045。优质碳素钢：硫S0040一0030；磷P0040一0035。高级优质碳素钢：硫S0030一0020； 磷P0035一0030。为了改善钢材的力学性能，可以掺入一定数量的合金元素，这种钢称为合金钢。钢材 中掺入的合金元素含量较少，称为低合金钢，它可提高钢材强度，对其他性能均无不利影 响。（二）钢材生产过程的影响 结构用钢需经过冶炼、浇铸、轧制和矫正等工序才能成材，分述如下：1冶炼目前冶炼方法根据炼钢炉种不同有三种冶炼方法：氧气顶吹转炉质量好，成本低，投资少、生产效率高、建厂快平炉质量好

10、、成本高、建厂投资大，目前逐渐被氧气顶吹转炉代替电炉质量好、成本最高、冶炼低合金钢冶炼方法中还有侧吹空气转炉和底吹空气转炉。因冶炼质量差，国内已不使用。2浇注钢液出炉后，将铸成钢锭，它是一种脱氧工艺。钢液放在钢罐中使用的脱氧剂种类有：锰、硅、铝（钛）。脱氧能力为1：5：90。根据加入脱氧剂的不同，形成如下四种类型的钢：沸腾钢：仅用锰脱氧、脱氧不充分、氧、氮和一氧化碳等气体从钢中逸出，呈沸腾现 象。冷却快，有害气体来不及逸出，钢的构造不均匀，晶粒粗细不匀、质地差、偏析度大。生产率高、成本低。镇静钢：除用锰外，再加入硅、铝等补充脱氧。脱氧完全、冷却较慢，各种有害物质易于逸出、品质较纯，构造均匀，晶

11、粒组织紧密坚实。偏析度小。切头损耗大（约20），收得率低，成本高。半镇静钢：介于二者之间，用以代替沸腾钢，国内甚少。特殊镇静钢：用TZ表示，它是在采用锰和硅脱氧之后，再用铝或钛进行补充脱氧，钢材质量比镇静钢还好。四种类型钢材的质量，由低到高依次为：沸腾钢（F），半镇静钢（b），镇静钢（z），特殊镇静钢（TZ）。3轧制轧制是将钢锭热轧成钢板或型钢，它可改善钢材的内部组织，改善钢材的力学性能。 一般来讲，钢材愈薄强度愈高。（三）时效的影响随着时间的增长钢材变脆的现象，称为时效。时效的后果是钢材的强度（屈服点和抗拉强度）提高，但塑性（伸长率）降低，特别是冲击韧性大大降低。在交变荷载、重复荷载和温度变

12、化等情况下，容易引起时效。（四）冷作硬化的影响钢结构的冷加工包括剪、冲、辊、压、折、钻、刨、铲、撑、敲等，使钢材内部发生冷作硬化现象。后果是强度提高，但是降低了塑性和冲击韧性，增加了出现脆性破坏的危险性。（五）温度的影响当温度从常温下降时，钢材的强度略有提高而塑性和韧性降低（变脆），特别是当温度下降到某一数值时，钢材的冲击韧性急剧下降，这种现象称为低温冷脆现象。这个转变温度叫冷脆转变温度（或叫冷脆临界温度）。钢材在整个使用过程中，可能出现的最低工作温度，应高于钢材的冷脆转变温度。（六）应力集中的影响在钢结构构件中不可避免地存在着孔洞，槽口、凹角、裂缝、厚度变化、形状变化、内部缺陷等，此时钢材中

13、的应力不再保持均匀分布，而是在某些区域产生局部高峰应力，在另一些区域则应力降低，形成所谓应力集中现象。靠近高峰应力的区域总是存在着同号平面或立体应力场，因而促使该区域钢材转变为脆性状态，而另一些区域可能提早出现塑性变形。（七）钢材疲劳的影响在动力荷载、连续反复荷载或循环荷载作用下的构件及其连接，当应力变化的循环次数n等于或大于5x104次时，虽然应力还低于极限强度（抗拉强度），甚至还低于屈服强度，也会发生破坏，这种现象称为钢材的疲劳现象或疲劳破坏。在疲劳破坏之前并不出现明显的变形和局部收缩，它和脆性破坏一样，是一种突然发生的断裂。四、钢材的晶种、牌号和选用（一）钢材的品种和牌号钢材的品种繁多，

14、性能各异，在钢结构中采用的钢材主要有二个种类，一是碳素结构钢（或称普通碳素钢），二是低合金钢。1碳素结构钢我国碳素结构钢有五种牌号，Q235是钢结构常用的钢材品种。其中Q是屈服点的意思，235代表钢材屈服强度（单位为Nmm2）。Q235按质量等级、脱氧方法不同，分别表示如下：AB（F, b, Z）. C（Z）. D（TZ）ABCD表示质量等级Q235质量等级分为A、B、C、D四级，由A到D表示质量由低到高。不同质量等级要求如下：A提供S、P、C、Mn、Si化学成分和fu、fy、5（10），根据买方需要可提供1800冷弯试验，但无冲击功规定，含炭量和含锰量不作为交货条件。B-提供S、P、C、Mn

15、、Si化学成分和fu、fy、5（10）,冷弯180试验。还提供+200C时冲击功Ak27JC-除与B级要求一样外，还提供00C时冲击功Ak27J。D-除与B级要求一样外，还提供-200C时冲击功Ak27J根据脱氧方法不同，钢材分为沸腾钢（F）、半镇静钢（b）、镇静钢（z）和特殊镇静钢（TZ），对Q235来说，A、B两级钢的脱氧方法可以是Z、F、b，C级钢只能是Z，D级钢只能是TZ，表示牌号时Z和TZ可以省略。例：Q235A-fy=235Nmm2、A级镇静钢；Q235Bb- fy =235Nmm2、B级半镇静钢；Q235D- fy =235Nmm2、D级特殊镇静钢。2低合金钢在钢结构中采用低合金

16、钢品种有Q345、Q390和Q420等。屈服点分别为345Nmm2，390Nmm2 , 420 Nmm2, Q345、Q390、Q420按质量等级用下式表示：质量等级分为五级由A到E表示质量由低到高，各级要求如下：A-提供P、S、C、Mn、Si、V、Nb、Ti化学成分和fu、fy、5（10），根据买方需要提供1800冷弯试验。无冲击功要求；B-提供P、S、C、Mn、Si、V、Nb、Ti化学成分和fu、fy、5（10）、1800冷弯试验+200C时冲击功Ak34J；C除与B级要求一样外，还提供00C 2时冲击功Ak34J；D除与B级要求一样外，还提供-200C时冲击功Ak34J；E除与B级要求一

17、样外，还提供-400C时冲击功Ak27J。脱氧方法为镇静钢和特殊镇静钢时，可省略Z、TZ记号。Q345Dfy =345Nmm2、D级特殊镇静钢；Q390Afy =390Nmm2、A级镇静钢；Q420Efy =420Nmm2、E级特殊镇静钢。（二）选用钢材的原则选定钢材的标号和对钢材的质量提出要求时，应考虑下列结构特点：1结构的类型及重要性由于使用条件、结构所处部位等方面的不同，结构可以分为重要、一般和次要的三类。应根据不同情况，有区别地选用钢材，并对钢材质量提出不同保证项目。2荷载的性质按所承受荷载的性质，结构可分为承受静立节载和承翼动力荷载两种。在承受动力荷载的结构或构件中，又有经常满载和不

18、经常满载莳巨前三因此；飞酝画画质禾同，就应选用不同的钢材，并提出不同的质量保证项目。例如对重级工作制吊车梁，就要选用冲击韧性疲劳性能好的钢材，如Q345C或Q235C。而对于一般承受静力荷载的结构或构件，如普通屋架及柱等（在常温条件下），就可以选用Q235A。3连接方法连接方法不同，对钢材质量要求也不同。例如焊接结构的钢材，由于焊接过程中不可避免地会产生焊接应力、焊接变形和焊接缺陷，在受力性质改变和温度变化的情况下，容易引起缺口敏感，导致构件产生裂纹或裂缝，甚至发生脆性断裂。所以焊接钢结构对钢材的化学成分，力学性能和可焊性都有较高的要求。如钢材中的碳、硫、磷的含量要低、塑性、韧性指标要高，可焊

19、性要好等。但对非焊接结构（如用高强度螺栓或铆钉连接的结构），这些要求就可以放宽。4结构的工作温度结构所处的环境和工作条件，例如室内、室外温度变化、腐蚀作用情况等对钢材的影响很大。钢材有随着温度下降而发生脆断（低温冷脆）的特性。钢材的塑性、冲击韧性都随着温度的下降而降低，当下降到冷脆转变温度时，钢材处于脆性状态，随时都可能突然发生脆性断裂。国内外都有这样的工程事故的实例。而经常在低温条件下工作的焊接结构则更为敏感，选材时必须慎重考虑。5构件的受力性质结构的低温脆断事故，绝大部分是发生在构件内部有局部缺陷（如缺口、刻痕、裂纹、夹渣等）的部位。但同样的缺陷对拉应力比压应力影响更大。因此，经常承受拉力

20、的构件，应选用质量较好的钢材。此外，在设计文件和施工图纸上，对所选用的钢材，除了选定钢材的标号（包括钢类、炉种、钢号和浇注方法）外，还应明确提出所必需的保证条件。（三）钢材的规格和表示方法钢结构所用的钢材主要为热轧成型的钢板和型钢，以及冷弯成型的薄壁型钢，有时也采用圆钢和无缝钢管。1钢板钢板有厚钢板、薄钢板和扁钢（带钢）之分。其规格如下：厚钢板：厚度45-60mm，宽度600-3000mm，长度4-12m；薄钢板：厚度10-4mm，宽度500-1500mm，长度05-4m；扁 钢：厚度3-60mm，宽度l0200mm，长度3-9m。图纸中对钢板规格采用“宽x厚x长”或“宽x厚”表示。-4508

21、31002型钢钢结构常用的型钢是角钢，槽钢、工形钢、宽冀缘H钢、T型钢和钢管等。普通型钢是由钢材热轧而成。（1）角钢角钢有等边角钢和不等边角钢图纸中对角钢规格采用如下表示：L1808（等边角钢） （宽厚）908（不等肢角钢） （长肢宽短肢宽（2）圆钢管圆钢管分为无缝钢管和有缝钢管。其表示方法为1804（外径壁厚）（3）槽钢槽钢表示方法为：20表示槽钢高度200mm，其余尺寸查规格表。（4）工形型钢工字钢表示方法为：I40，表示400mm高度，其尺寸查有关规格表。（5）H型钢H型钢表示方法为：H340x250x9x4（高x宽x腹板厚x冀缘厚）（6）T型钢T型钢由H型钢切割而成，其表示为：T100

22、x200X9X12（高x宽x腹板厚x翼缘厚）3薄壁型钢薄壁型钢系用薄钢板经模压或冷弯制成，其截面形式及尺寸可按合理方案设计。薄壁 型钢能充分利用钢材的强度，节约钢材，所以已在我国逐步推广使用。薄壁型钢的壁厚一般为15-5mm，但承重结构受力构件的壁厚不宜小于2mm。常用 薄壁型钢的截面形式：卷边Z形钢表示为：Z120 X 60X20X3（高x宽x肋x厚）卷边槽钢表示为：C120 X 60X20X3【例15-1-1】有四种厚度不同的Q235钢板,其中（ ）厚度的钢板强度设计值 最高。A. 12mm B. 17mm C. 26mm D. 30mm【解】钢材的强度（抗拉、抗压、抗剪强度）随厚度增厚其

23、强度下降,对Q235当厚度16mm时,其强度最大,对其他Q345、Q390、Q420钢当厚度16mm时,其对应的强度也为最大。故应选A项。【例15-1-2】直接承受动力荷载的钢结构,在计算疲劳和正常使用极限状态的变形 时,其荷载取值为（ ）。A.均采用设计值,应乘动力系数B.均采用设计值,不乘动力系数 C.均采用标准值,应乘动力系数D.均采用标准值,不乘动力系数 【解】钢结构计算疲劳和变形时,均采用标准值,对于动力荷载标准值不乘动力系 数;但在计算强度和稳定性时,应取动力荷载设计值,并应乘以动力系数。所以,本题应 选D项。第二节 钢结构的构件一、受弯构件梁33104141钢梁在工业与民用建筑结

24、构中应用甚广，主要用以承受横向荷载，故又称受弯构件。受弯构件包括实腹式（梁）和格构式（桁架）两类。本章只介绍梁，桁架将在后面另立一节。钢梁最常用于工作平台梁、楼盖梁、墙架梁、吊车梁、框架梁等。钢梁按材料和制作方法可分为型钢梁和组合梁两大类。型钢梁加工简单、制造方便、成本较低，因而广泛用作中小型钢梁。当荷载或跨度相当大时，由于工厂轧制条件的限制，型钢梁的尺寸有限，不能满足构件承载能力和刚度的要求，因此必须采用组合梁。型钢梁常用工字钢或槽钢制成。工字钢的截面材料分布比较符合平面弯曲的特点，用料比较经济，应用最广。槽钢的翼缘较小，材料在截面上的分布不如工字钢合理，而且它的截面不对称，剪力中心在腹板的

25、外侧，弯曲时常同时产生扭转，受力性能较差，应用不如工字钢广泛。用槽钢时应采取措施使荷载的作用线接近剪力中心，或采取构造措施使截面不会产生扭转。薄壁型钢可用作某些受力不大的受弯构件，如檩条和墙梁等，用料比较经济，但因薄壁断面，防锈要求较高，也要防止杆件的扭转和屈曲。组合梁由钢板、型钢用焊缝、铆钉或螺栓连接而成。它的截面组成比较灵活，可使材料在截面上的分布更为合理，节约用料。它常用作荷载或跨度较大的梁。用三块钢板焊成的工字型组合梁构造最简单，制作方便，应用最广泛。有时限于钢板厚度，偶有采用双层翼缘板的组合梁。承受动力荷载的梁，如钢材质量不能满足焊接结构的要求，可采用铆接或高强度螺栓连接。用T型钢和

26、钢板也可焊成工字形梁。当梁承受的荷载很大而其截面高度受到限制时，或承受双向弯矩（Mx和My）时，或承受很大的扭矩时，可采用箱形截面梁。钢梁上常浇有钢筋混凝土楼板，通过连接件（圆柱头焊钉，弯起短钢筋等）将钢梁和混凝土板连接成钢与混凝土组合梁，利用混凝土受压，利用钢材受拉而达到更为经济的效果。在跨度很大而荷载不大时（弯矩很大而剪力较小），将H型钢（宽翼缘工字钢）沿腹板的折线割开再焊成空腹的蜂窝形梁，是一种经济、合理的形式。根据弯曲变形情况，可分为在一个主平面内弯曲的单向受弯梁和两个主平面内弯曲的双向受弯梁（或称斜弯曲梁）。根据梁的支撑情况，可分为简支梁和连续梁。钢梁一般都用简支梁。简支梁制造简单，

27、安装方便，且可避免支座不均匀沉陷所产生的不利影响。（二）梁格布置梁格是由许多梁排列而成的平面体系，例如楼盖和工作平台等。梁格上的荷载一般先由铺板传给次梁，再由次梁传给主梁，然后传到柱或墙，最后传给基础和地基。根据梁的排列方式，梁格可分成下列三种典型的形式：（1）简式梁格只有主梁，适用于梁跨度较小的情况；（2）普通式梁格有次梁和主梁，次梁支承于主粱上；（3）复式梁格除主梁和纵向次梁外，还有支承于纵向次梁上的横向次梁。铺板可采用钢筋混凝土板或钢板，目前大多采用钢筋混凝土板。铺板宜与梁牢固连接使两者共同工作，分担梁的受力，节约钢材，并能增强梁的整体稳定性。（三）受弯构件的计算受弯构件应进行强度、整体稳定、局部稳定和刚度等计算，才能保证构件的安全。1强度计算受弯构件应进行正应力、剪应力、局部承压应力和折算应力等四个方面计算，其中由弯矩产生的正应力和由剪力产生剪应力一般情况都需计算，而局部承压应力和折算应力根据截面构造、受力状态等情况确定是否进行计算。（1）正应力计算 在主平面内受弯的实腹构件（腹板不发生局部失稳），其正应力强度计算公式： 单向受弯构件f （15-2-1） 双向受弯构件+f （15-2-2）式中 Wnx，Wny对x轴和y轴的净截面模量；Mx，My绕x轴和y轴的弯矩（对工字形