钢结构课件 第2章 钢结构的材料
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钢结构第二章 钢结构的材料ppt课件
➢ 3. 良好的加工性能。冷、热加工和可焊性好。 ➢ 4. 耐腐性好。 ➢ 5. 价钱廉价。
➢ 6．有时还要求钢材具有顺应低温、高温等环境的 才干。
➢ 7.<钢构造设计规范〔GB50017)>引荐运用：碳 素构造钢中的Q235钢、低合金构造钢中的Q345 钢、Q390钢、Q420钢。
➢ 8. 随着研讨的深化，必将有一些满足要求的其它 种类钢材可供运用。假设选用钢构造设计规范还 未引荐的钢材时，需有可靠的根据，以确保钢构 造的质量。
一、单向拉伸时的性能〔单向拉伸 实验〕
➢ 强度
➢ 强度表达了资料的承载才干，主要目的有屈服点fy 和抗拉强度fu ，经过静力拉伸实验得到。
➢ 屈服点 为设计时钢材可到达的最大应力。
➢ 抗拉强度 fu是钢材破坏前可以接受的最大应力。 钢材到达 fu 时，已产生很大塑性变形而失去运用 性能，但fu 高那么可以添加构造的平安保证，故 fu/fy 的值可看作钢材强度贮藏系数。
将其轧成所需外形和尺寸的钢材，称为热 轧型钢。轧钢机的压力作用可使钢锭中的 小气泡和裂纹弥合，并使组织密实。钢材 的紧缩比〔钢坯与轧成钢材厚度之比〕愈 大时，其强度和冲击韧性也愈高。
三、温度的影响
➢ 1.正温度范围内〔0℃以上〕 ➢ t<200℃时：钢材的性能变化不大 ➢ 在250℃左右时：钢材塑性和韧性下降，破坏常呈
➢ O：有害元素。引起热脆。普通要求含量小于0.05%。
➢ N：能使钢材强化，但显著降低钢材塑性、韧性、可焊性和 冷弯性能，添加时效倾向和冷脆性。普通要求含量小于 0.008%。
➢ 为改善钢材力学性能，可适量添加锰、硅含量，还可掺入 一定数量的铬、镍、铜、钒、钛、铌等合金元素，炼成合 金钢。钢构造常用合金钢中合金元素含量较少，称为普通 低合金钢。
➢ 6．有时还要求钢材具有顺应低温、高温等环境的 才干。
➢ 7.<钢构造设计规范〔GB50017)>引荐运用：碳 素构造钢中的Q235钢、低合金构造钢中的Q345 钢、Q390钢、Q420钢。
➢ 8. 随着研讨的深化，必将有一些满足要求的其它 种类钢材可供运用。假设选用钢构造设计规范还 未引荐的钢材时，需有可靠的根据，以确保钢构 造的质量。
一、单向拉伸时的性能〔单向拉伸 实验〕
➢ 强度
➢ 强度表达了资料的承载才干，主要目的有屈服点fy 和抗拉强度fu ，经过静力拉伸实验得到。
➢ 屈服点 为设计时钢材可到达的最大应力。
➢ 抗拉强度 fu是钢材破坏前可以接受的最大应力。 钢材到达 fu 时，已产生很大塑性变形而失去运用 性能，但fu 高那么可以添加构造的平安保证，故 fu/fy 的值可看作钢材强度贮藏系数。
将其轧成所需外形和尺寸的钢材，称为热 轧型钢。轧钢机的压力作用可使钢锭中的 小气泡和裂纹弥合，并使组织密实。钢材 的紧缩比〔钢坯与轧成钢材厚度之比〕愈 大时，其强度和冲击韧性也愈高。
三、温度的影响
➢ 1.正温度范围内〔0℃以上〕 ➢ t<200℃时：钢材的性能变化不大 ➢ 在250℃左右时：钢材塑性和韧性下降，破坏常呈
➢ O：有害元素。引起热脆。普通要求含量小于0.05%。
➢ N：能使钢材强化，但显著降低钢材塑性、韧性、可焊性和 冷弯性能，添加时效倾向和冷脆性。普通要求含量小于 0.008%。
➢ 为改善钢材力学性能，可适量添加锰、硅含量，还可掺入 一定数量的铬、镍、铜、钒、钛、铌等合金元素，炼成合 金钢。钢构造常用合金钢中合金元素含量较少，称为普通 低合金钢。
第二章 钢结构的材料
变形外还有塑性变形, fy
0 0.1 0.15
2.5
称为屈服强度，又叫屈
ε /%
22
服点（yield point）.
单向受拉应力－应变曲线
（1）单向均匀受拉的工作特性
———————————————
σ
fu
B
fy
C
F
fe
E
fp A
0 0.1 0.15
2.5
D 3)屈服阶段：CF段
钢材完全屈服，σ不增加
2.5 建筑钢材的类别及选用 (1)类别
———————————————
2.5 建筑钢材的类别及选用 (1)类别
———————————————
2.5 建筑钢材的类别及选用 (1)类别
———————————————
2.5 建筑钢材的类别及选用 (1)类别
———————————————
2.5 建筑钢材的类别及选用 (1)类别
冲击韧性：
αk
Ak A
(N•m/cm2)
式中：AK—试验机的冲击功（N•m)； A—缺口处净截面面积(cm2)。
（—3—）冲—击—韧—性——————————
钢结构设计规范对钢材的冲击韧性Akv有常温和负 温要求的规定。选用钢材时，根据结构的使用情 况和要求提出相应温度的冲击韧性指标要求。常 温(20℃)和低温(0℃，-20℃，-40℃) 试验.
（—2—）生—产—工—艺—的—影—响——c. —轧(—ya)—制 ——
（—2—）生—产—工—艺—的—影—响——d. —热处—理———
（—2—）生—产—工—艺—的—影—响——d. —热处—理———
（—2—）生—产—工—艺—的—影—响——e. —冷加—工—硬化——
0 0.1 0.15
2.5
称为屈服强度，又叫屈
ε /%
22
服点（yield point）.
单向受拉应力－应变曲线
（1）单向均匀受拉的工作特性
———————————————
σ
fu
B
fy
C
F
fe
E
fp A
0 0.1 0.15
2.5
D 3)屈服阶段：CF段
钢材完全屈服，σ不增加
2.5 建筑钢材的类别及选用 (1)类别
———————————————
2.5 建筑钢材的类别及选用 (1)类别
———————————————
2.5 建筑钢材的类别及选用 (1)类别
———————————————
2.5 建筑钢材的类别及选用 (1)类别
———————————————
2.5 建筑钢材的类别及选用 (1)类别
冲击韧性：
αk
Ak A
(N•m/cm2)
式中：AK—试验机的冲击功（N•m)； A—缺口处净截面面积(cm2)。
（—3—）冲—击—韧—性——————————
钢结构设计规范对钢材的冲击韧性Akv有常温和负 温要求的规定。选用钢材时，根据结构的使用情 况和要求提出相应温度的冲击韧性指标要求。常 温(20℃)和低温(0℃，-20℃，-40℃) 试验.
（—2—）生—产—工—艺—的—影—响——c. —轧(—ya)—制 ——
（—2—）生—产—工—艺—的—影—响——d. —热处—理———
（—2—）生—产—工—艺—的—影—响——d. —热处—理———
（—2—）生—产—工—艺—的—影—响——e. —冷加—工—硬化——
第二章钢结构材料
作用则属于连续交变荷载，或称循环荷载。
1） 加载速度的影响
高于此温度时，不论 何种加载方式材料的 韧性性能均好。T3
低于此温度时，不论 何种加载方式材料的 韧性性能均差。T1
常温下某温度时，静载下材料 的韧性最好，中等加载速度下 次之，冲击加载最差。T2
2）循环荷载的影响
钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐积累损伤、 产生裂纹、裂纹逐渐扩展，直到最后破坏，这种现
锰、硅含量不高时可提高钢材强度，但又不会过多 降低塑性和冲击韧性，不过量时是有益元素。
硫、磷、氧、氮均是有害元素，一般情况下其含量
元旦应严格控制。（但也有例外） 2-4-2 钢材的焊接性能 指钢材经过焊接后能获得良好的焊接接头的性能。 包括焊缝金属和近缝区钢材在施焊时不开裂、焊接
构件在施焊后的机械性能不低于母材。
达到屈服点作为评价钢结构承载能力极限状态的标
志，即取屈服强度作为钢材的标准强度。 钢材的伸长率是反映钢材塑性的指标之一。反映钢 材塑性的另一个指标是截面收缩率。 伸长率δ等于试件拉断后原标距间的伸长量和原标 距比值的百分率。原标距长度有10倍标距δ 和5倍标
10
距δ5两种。
断面收缩率ψ是试件拉断后，颈缩区的断面面积 缩小值与原断面面积比值的百分率。 由单向拉伸试验还可以看出钢材的韧性好坏。 韧性用材料破坏过程中单位体积吸收的总能量来衡 量，包括弹性能和非弹性能两部分，其值等于应力
力集中。应力高峰值及应
力分布不均匀的程度与杆件 截面变化急剧的程度有关。
实验表明，应力集中处，不仅有纵向应力，还有横向应力， 常常形成同号应力场，有时还会有三向的同号应力场。这种同 号应力场导致钢材塑性降低，脆性增加，结构发生脆性破坏的 危险性增大。
《钢结构》第二章钢结构的材料资料
主 编
素结构钢，属于低碳钢，含碳量小于0.25%；工程所用低合
） 金钢，其含碳量小于0.52%。
第2章 钢结构的材料
钢 ⑵ 锰（Mn)、硅(Si)
结 构
是作为脱氧剂存在钢中，是钢中的有益元素。能提高钢
基 材的强度，而对塑性和韧性无明显影响。
本 原
⑶ 硫(S)、磷(P)
理
硫、磷是钢中十分有害的元素。硫的存在会加大钢材的
结 构
指钢材在冷加工时，对产生裂缝
基 的抵抗能力。
本 将试件弯曲成规定的角度后,检查
原 理
试件弯曲部分的表面有无裂缝、裂
（ 断、分层等，没有即为合格。
黄 冷弯试验是鉴定钢材质量的一种
呈 伟
良好方法，常作为静力拉伸试验和
主 冲击试验的一种补充试验，是一项
编 ）
衡量钢材力学性能的综合指标。
a
d a
d+2.1a
（ 耐老化性：“老化”使钢材变脆。 黄 呈 耐长期高温性：在长期高温条件下工作的钢材，其破坏强
伟 主
度比常温拉伸试验的强度低得多，应另行测定“强度”。
编 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，应力低于fy也会发生破坏，称为“疲劳破坏”。
第2章 钢结构的材料
钢 结
2.1.6 钢构件的两种破坏形式
图2.5 冷弯1800试件
第2章 钢结构的材料
钢
2.1.3 冲击韧性
结 构
冲击韧性是衡量钢材强度、
基 塑性及材质的一项综合指标。
本 原
冲击韧性由冲击试验测定。
理 冲击韧性：
（ 黄
α
k
(NA•km/cm2)
A
最新2-第2章-钢结构的材料解析精品课件
。 对于没有(méi yǒu)缺陷和
残余应力影响的试件,可认为钢
材是图2-3所示理想弹-塑性体，
经历两个阶段，即假定钢材应
力小于fy时是完全弹性的，应力
超过fy后则是完全塑性的。设计
时，取fy作为强度限值，而取fu
作为材料的强度储备。
图2-3 理想弹-塑性应 力(yìnglì)-应变曲 线图
7
第七页，共52页。
21
第二十一页，共52页。
第三节 影响钢材性能的主要(zhǔyào)因素
一、化学成分的影响(yǐngxiǎng)
钢是含碳量小于2％的铁碳合金，碳大于2％时则为铸铁。钢结构所 用的钢材主要为碳素钢中的低碳钢和普通低合金钢。
碳素结构钢由钝铁、碳及杂质元素组成，其中纯铁约占99％，碳及 杂质元素约占1%。低合金结构钢中，除上述元素外还加入(jiārù)少量合 金元素，后者总量通常不超过3％。碳及其他元素虽然所占比重不大，但 对钢材性能却有重要影响。
学性能指标。
118
第十八页，共52页。
(二)冲击韧性
钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收机械能的能力， 是衡量钢材在冲击荷载作用下抵抗(dǐkàng)脆性破坏能 力的指标。如图2-8，Akv愈大，钢材在断裂时吸收的能 量越多，其韧性愈好。
119
图2-8冲击韧性试验(第s十九h页，ì共y52页à。n)（单位：mm）
钢材应具有良好的冷、热加工，不因制作加工对强度(qiángdù)、 塑性及韧性带来较大的有害影响，同时还应具有良好的可焊性。
钢材的可焊性受含碳量和合金元素含量的影响，含碳量在 0.12%~0.20%范围的碳素钢可焊性良好。含碳量再提高会使焊缝和热影响 区变脆，从而降低可焊性。提高钢材强度(qiángdù)的合金元素大多也对 可焊性有不利影响。可焊性与焊接材料、焊接方法、焊接工艺参数及工艺 措施都有一定关系。
第二章钢结构的材料
（3）脱 氧
钢液中残留的氧，将使钢材晶粒粗细不均匀并发生热脆，降 低钢材的力学性能。
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。
§2.2 钢材的生产
第2章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
§2.2 钢材的主要性能
第2章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
2.3.2 单向拉伸时的工作性能
（1）试验条件
（a）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。 （b）荷载要分级逐次增加，直到试件破坏。 （c）试验温度要控制在室温20℃左右。
钢结构的材料关系到钢结构的计算理论，同时对钢结构
的制造、安装、使用、造价、安全等均有直接联系。本章简
要介绍钢材的生产过程和组织构成，重点介绍钢材的主要性
能以及各种因素对钢材性能的影响；钢材的种类、规格及选
择原则。
§2.1 钢结构对材料的要求
（1） 较高的强度
强度——材料抵 抗外力作用时不 致破坏的能力。
度）fu 试件所能承截面出现了横向收缩，
E
截面面积开始显著缩 小，塑性变形迅速增
B
A CD
F
大，应力不断降低， 变形却延续发展，直
su sy sA
至F点试件断裂。
O
e
s Ee
§2.2 钢材的主要性能
B.对无明显屈服点的钢材
第2章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
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。
钢液中残留的氧，将使钢材晶粒粗细不均匀并发生热脆，降 低钢材的力学性能。
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。
§2.2 钢材的生产
第2章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
§2.2 钢材的主要性能
第2章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
2.3.2 单向拉伸时的工作性能
（1）试验条件
（a）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。 （b）荷载要分级逐次增加，直到试件破坏。 （c）试验温度要控制在室温20℃左右。
钢结构的材料关系到钢结构的计算理论，同时对钢结构
的制造、安装、使用、造价、安全等均有直接联系。本章简
要介绍钢材的生产过程和组织构成，重点介绍钢材的主要性
能以及各种因素对钢材性能的影响；钢材的种类、规格及选
择原则。
§2.1 钢结构对材料的要求
（1） 较高的强度
强度——材料抵 抗外力作用时不 致破坏的能力。
度）fu 试件所能承截面出现了横向收缩，
E
截面面积开始显著缩 小，塑性变形迅速增
B
A CD
F
大，应力不断降低， 变形却延续发展，直
su sy sA
至F点试件断裂。
O
e
s Ee
§2.2 钢材的主要性能
B.对无明显屈服点的钢材
第2章 钢结构的材料
Chapter 2 Material of Steel Structure
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。
钢结构的材料资料课件
铆钉连接的优点
铆钉连接具有较高的承载能力和抗疲劳性能，适用于承受较大载荷和承受重复载荷的结构 。此外，铆钉连接具有较强的密封性能，能够保证结构的防水和气密性。
铆钉连接的缺点
铆钉连接施工工艺较为复杂，需要专业的铆工操作。同时，铆钉连接对钢材的材质和厚度 要求较高，增加了材料成本。此外，铆钉连接后难以拆卸和重新组装。
焊接具有施工简便、连接强度高、密 封性好等优点。同时，焊接能够实现 自动化和机械化，提高生产效率。
螺栓连接
01 02
螺栓连接的定义
螺栓连接是通过螺栓杆穿过两个连接件上的通孔，并拧紧螺母，使螺栓 杆挤压连接件，从而实现两个连接件的紧固。在钢结构中，螺栓连接常 用于梁与梁、梁与柱等位置的连接。
螺栓连接的优点
06
钢结构的优缺点及应用范围
优点
01
强度高
钢材具有较高的屈服强度和抗拉强 度，能够承受较大的荷载。
工业化程度高
钢结构采用预制构件，易于实现工 业化生产，提高了施工效率。
03
02
塑性好
钢材具有良好的塑性变形能力，不 易突然断裂。
环保可持续
钢结构可回收再利用，符合绿色建 筑和可持续发展的理念。
04
缺点
钢结构材料资料课件
目录
• 钢结构的概述 • 钢材的种类与特性 • 钢结构的连接方式 • 钢结构的防腐与防火 • 钢结构的施工工艺 • 钢结构的优缺点及应用范围
01
钢结构的概述
钢结构的定义
总结词
对钢结构的基本定义进行解释
详细描述
钢结构是由钢制材料组成的结构，主要包括各种型材（如角钢、工字钢、钢板 等）和连接件（如螺栓、焊缝等），通过一定的设计和施工工艺，将它们组合 在一起，形成具有一定承载能力的建筑物或构筑物。
铆钉连接具有较高的承载能力和抗疲劳性能，适用于承受较大载荷和承受重复载荷的结构 。此外，铆钉连接具有较强的密封性能，能够保证结构的防水和气密性。
铆钉连接的缺点
铆钉连接施工工艺较为复杂，需要专业的铆工操作。同时，铆钉连接对钢材的材质和厚度 要求较高，增加了材料成本。此外，铆钉连接后难以拆卸和重新组装。
焊接具有施工简便、连接强度高、密 封性好等优点。同时，焊接能够实现 自动化和机械化，提高生产效率。
螺栓连接
01 02
螺栓连接的定义
螺栓连接是通过螺栓杆穿过两个连接件上的通孔，并拧紧螺母，使螺栓 杆挤压连接件，从而实现两个连接件的紧固。在钢结构中，螺栓连接常 用于梁与梁、梁与柱等位置的连接。
螺栓连接的优点
06
钢结构的优缺点及应用范围
优点
01
强度高
钢材具有较高的屈服强度和抗拉强 度，能够承受较大的荷载。
工业化程度高
钢结构采用预制构件，易于实现工 业化生产，提高了施工效率。
03
02
塑性好
钢材具有良好的塑性变形能力，不 易突然断裂。
环保可持续
钢结构可回收再利用，符合绿色建 筑和可持续发展的理念。
04
缺点
钢结构材料资料课件
目录
• 钢结构的概述 • 钢材的种类与特性 • 钢结构的连接方式 • 钢结构的防腐与防火 • 钢结构的施工工艺 • 钢结构的优缺点及应用范围
01
钢结构的概述
钢结构的定义
总结词
对钢结构的基本定义进行解释
详细描述
钢结构是由钢制材料组成的结构，主要包括各种型材（如角钢、工字钢、钢板 等）和连接件（如螺栓、焊缝等），通过一定的设计和施工工艺，将它们组合 在一起，形成具有一定承载能力的建筑物或构筑物。
钢结构材料性质介绍课件ppt
J)
•应力集中的影响
在荷载作用下截面突变的某些 部位产生局部高峰应力，其余 部位的应力较低，且分布极不 均匀 截面槽口改变愈急剧，应力 集中愈高，塑性愈差， 脆性倾向大
使用过程
•温度——高温软化，低温冷脆； •应力集中——局部先破坏； •初应力——降低实际承载力； •多向应力——降低延性，第四强度理论； •动载——脆性； •循环荷载——疲劳脆断；
++ o
生产过程
1、冶炼：平炉、氧气转炉 2、浇铸：脱氧程度不同有沸腾钢、半镇静钢、镇静钢 和特殊镇静钢 沸腾钢：铸锭时弱脱氧剂锰铁 用于一般承重结构F 镇静钢：适量的强脱氧剂硅或铝 Z 半镇静钢：少量的强脱氧剂硅或铝 b 特殊镇静钢：二次补充脱氧 提高焊接性能 TZ 3、轧制：顺轧方向机械性能好 • 热处理——淬火，提高强度、降低韧性； 回火，控制降温过程； • 残余应力——表面不均匀冷却，热轧残余应力。
化学成分
– 钢—Fe+C+有利元素+有害元素； – 有利元素—Mn、Si、V等合金元素(低合 金钢)； – 有害元素—S、P、O、N、H等； S热脆； P冷脆； O类似S; N类似P; H氢脆。
•主要化学元素对钢材性能的影响
碳 硅 锰 磷 硫 镍 铬 铜 矾
fu ++ + + ++ + + + +
2.06×105N/mm2
fy 屈服强度 (yield strength)
fu 抗拉强度 (tensile strength )
5 伸长率 (elongation )
• 三相基本性能指标 fy fu
5
1 0 100% 0
• 冷弯作用显示出的各种机械性能
•应力集中的影响
在荷载作用下截面突变的某些 部位产生局部高峰应力，其余 部位的应力较低，且分布极不 均匀 截面槽口改变愈急剧，应力 集中愈高，塑性愈差， 脆性倾向大
使用过程
•温度——高温软化，低温冷脆； •应力集中——局部先破坏； •初应力——降低实际承载力； •多向应力——降低延性，第四强度理论； •动载——脆性； •循环荷载——疲劳脆断；
++ o
生产过程
1、冶炼：平炉、氧气转炉 2、浇铸：脱氧程度不同有沸腾钢、半镇静钢、镇静钢 和特殊镇静钢 沸腾钢：铸锭时弱脱氧剂锰铁 用于一般承重结构F 镇静钢：适量的强脱氧剂硅或铝 Z 半镇静钢：少量的强脱氧剂硅或铝 b 特殊镇静钢：二次补充脱氧 提高焊接性能 TZ 3、轧制：顺轧方向机械性能好 • 热处理——淬火，提高强度、降低韧性； 回火，控制降温过程； • 残余应力——表面不均匀冷却，热轧残余应力。
化学成分
– 钢—Fe+C+有利元素+有害元素； – 有利元素—Mn、Si、V等合金元素(低合 金钢)； – 有害元素—S、P、O、N、H等； S热脆； P冷脆； O类似S; N类似P; H氢脆。
•主要化学元素对钢材性能的影响
碳 硅 锰 磷 硫 镍 铬 铜 矾
fu ++ + + ++ + + + +
2.06×105N/mm2
fy 屈服强度 (yield strength)
fu 抗拉强度 (tensile strength )
5 伸长率 (elongation )
• 三相基本性能指标 fy fu
5
1 0 100% 0
• 冷弯作用显示出的各种机械性能
《钢结构材料》PPT课件
在负温度范围内 〔t<0oC〕：随着温度降低,塑性 和韧性降低,材料变脆,称为低温冷脆.钢材冲击韧 性与温度的关系曲线反弯点所对应的温度t0称为 脆性转变温度.设计选用钢材时应使其脆性转变 温度区的下限温度t1低于结构所处的工作环境温 度,即可保证钢结构低温工作的安全.
四、冷加工硬化和时效硬化
1.应变硬化 钢材在常温下加工称为冷加工.冷轧、冷弯、冲孔、机械剪切等冷加工使钢材 产生很大的塑性变形,从而使fy提高,但同时降低了钢材的塑性和韧性,这种现象称为冷加工 硬化.
第二章 钢结构的材料
学习本章的主要目的是如何选择钢材.这就要求首先掌 握钢材的性能,其中最重要的是脆断.
第一节 钢结构对所用材料的要求
一、钢材的破坏形式 1.塑性破坏：钢材在产生很大的变形以后发生的断裂破坏称为塑性破坏,也称为延性
破坏. 2.脆性破坏：钢材在变形很小的情况下突然发生断裂破坏.
二、钢结构对所用材料的要求 物美价廉
2. 低合金结构钢
低合金结构钢是在冶炼碳素结构钢时加入一 种或几种适量的合金元素而成的钢.其钢材牌号 的表示方法与碳素结构钢相似,但质量等级分为A、 B、C、D、E五级,且无脱氧方法符号.例如 Q345—B,Q390—D,Q420—E.
3. 专用结构钢 <1>特殊用途的钢结构常采用专用结构钢.专用结构钢的钢号用在相应钢号后再加
<2>弹塑性阶段 σ与ε呈非线性关系,切线模量Et＝ dσ/dε, Et随应力增大而减小,当σ= fy ,Et=0.
<3> 塑性阶段 也称屈服阶段, σ= fy后钢材暂时不 能承受更大的荷载,且伴随产生很大的变形,因此 钢结构设计取fy作为强度极限承载力的标志.
<4> 强化阶段 试件能承受的最大拉应力 fu为钢材 的抗拉强度.取fy作为强度极限承载力的标志, fu 就成为材料的强度储备.
四、冷加工硬化和时效硬化
1.应变硬化 钢材在常温下加工称为冷加工.冷轧、冷弯、冲孔、机械剪切等冷加工使钢材 产生很大的塑性变形,从而使fy提高,但同时降低了钢材的塑性和韧性,这种现象称为冷加工 硬化.
第二章 钢结构的材料
学习本章的主要目的是如何选择钢材.这就要求首先掌 握钢材的性能,其中最重要的是脆断.
第一节 钢结构对所用材料的要求
一、钢材的破坏形式 1.塑性破坏：钢材在产生很大的变形以后发生的断裂破坏称为塑性破坏,也称为延性
破坏. 2.脆性破坏：钢材在变形很小的情况下突然发生断裂破坏.
二、钢结构对所用材料的要求 物美价廉
2. 低合金结构钢
低合金结构钢是在冶炼碳素结构钢时加入一 种或几种适量的合金元素而成的钢.其钢材牌号 的表示方法与碳素结构钢相似,但质量等级分为A、 B、C、D、E五级,且无脱氧方法符号.例如 Q345—B,Q390—D,Q420—E.
3. 专用结构钢 <1>特殊用途的钢结构常采用专用结构钢.专用结构钢的钢号用在相应钢号后再加
<2>弹塑性阶段 σ与ε呈非线性关系,切线模量Et＝ dσ/dε, Et随应力增大而减小,当σ= fy ,Et=0.
<3> 塑性阶段 也称屈服阶段, σ= fy后钢材暂时不 能承受更大的荷载,且伴随产生很大的变形,因此 钢结构设计取fy作为强度极限承载力的标志.
<4> 强化阶段 试件能承受的最大拉应力 fu为钢材 的抗拉强度.取fy作为强度极限承载力的标志, fu 就成为材料的强度储备.
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硫（S） 硫是一种有害元素，降低钢材的塑性、韧性、可焊
性、抗锈蚀性等，在高温时使钢材变脆，即热脆。因此 ，钢材中硫的含量不得超过0.05%，在焊接结构中不超 过0.045%。
34
2.3.1 化学成分的影响
磷(P) 磷既是有害元素也是能利用的合金元素。磷是碳素
钢中的杂质，它在低温下使钢变脆，这种现象称为冷脆 。在高温时磷也能使钢减少塑性。但磷能提高钢的强度 和抗锈蚀能力。
5
组合结构
钢管混凝土
优点：取长补短； 整体塑性、韧性、抗震性能、耐火性能好
6
混合结构
金茂大厦主体结构中部为八角形型钢配筋混凝土(SRC)核 心筒束，筒内井字形墙到56层结束，然后单筒升到 335.3 m ；核心筒四周为八根SRC大柱，截面由 1.5 m×5 m逐渐收至 1 m×3.5 m，以适应逐渐收进的外形。
热处理
• 热处理的目的在于取得高强度的同时能够保持 良好的塑性和韧性。
• 正火：把钢材加热至850～9000C并保持一段时 间后在空气中自然冷却。如果钢材在终止轧制 时温度正好控制在上述温度范围，可得到正火 的效果，称为控轧。
• 回火：将钢材重新加热至6500C并保温一段时间， 然后在空气中自然冷却。
压缩或剪切的应力应变规律 类似于拉伸
24
2.2.2 冷弯性能
钢材的冷弯性能是判 断钢材塑性变形能力和 冶金质量的综合指标。
无裂纹和分层
重要结构中需要有良 好的冷热加工的工艺性 能时，应有冷弯试验合 格保证。
25
2.2.3 冲击韧性
•韧性－反映钢材抵抗冲击荷载、动力荷载的能力，
是钢材在变形和断裂过程中吸收能量的度量。
Lo
d
12
低碳钢和低合金钢拉伸应力-应变曲线
13
14
• 比例极限 σp ≈ 弹性极限。
E 2.06 105 N mm 2
• 应力应变成线性比例关系σ= Eε，卸载后变形消失。
• 该阶段变形很小（Q235的εp＝0.1%） ，是荷载作用下
结构计算采用叠加原理的基础。
15
• AB间实际为上下波动的曲线，以下屈服点作为fy。
氧(O)、氮(N) 氧和氮也是有害杂质，在金属熔化的状态下可以从
空气中进入。氧能使钢热脆，其作用比硫剧烈，氮能使 钢冷脆，与磷相似。
35
2.3.2 成材过程的影响
冶炼
浇铸
轧制
热处理
36
冶炼
冶炼方法 平炉钢
成本
生产率低 成本高
氧气顶吹 生产率高
转炉钢
成本低
侧吹(空气) 转炉钢
电炉钢
同上
耗电 成本高
10
§2.2 钢材的主要性能及其鉴定
屈服强度 fy 抗拉强度 fu 伸长率 δ 冷弯性能 冲击韧性
yield ultimate
11
2.2.1 单向拉伸时工作性能
标准试件一次拉伸试验： 常温（20℃）下缓慢加载，一次完成。含碳量为0.1%
－0.3%。 Lo/d=5、10；Lo-标距； d --直径
2.3.3 其他因素的影响
1 冷加工硬化（应变硬化）
用作冷弯薄壁型钢结构的冷弯型钢，是由钢板或钢带 经冷轧成型的，也有的是经压力机模压成型或在弯板 机上弯曲成型的。屈服强度和抗拉强度都得到不同程 度的提高，由于这个原因，薄壁型钢结构设计中允许 利用因局部冷加工而提高的强度。
42
2.3.3 其他因素的影响
成的结构，如常见的钢一混凝土组合板、组合梁， 型钢混凝土（SRC），钢管混凝土（CFST）和 FRP（Fiber reinforced polymer）约束混凝土等。
• 混合结构一般是指由不同材料的结构构件混合而
成的结构或结构体系，如常见的钢一混凝土混合剪 力墙结构、钢或钢管混凝土框架一钢筋混凝土剪力 墙、钢或钢管混凝土框架一钢筋混凝土核心筒结构 体系等。
7
第2章 钢结构的材料
§2.1 对钢结构用材的要求 §2.2 钢材的主要性能及其鉴定 §2.3 影响钢材性能的因素 §2.4 钢材破坏 §2.5 建筑钢材的类别及钢材的选用
8
§2.1 对钢结构用材的要求
1.较高的强度（较高的抗拉强度fu和屈服强度fy） 2.足够的变形性能（较好的塑性、韧性）； 3.良好的加工性能（冷、热加工，可焊性等工艺性能）； 4.对环境良好适应性（低温、有害介质侵蚀(包括大气锈蚀)
• 淬火：把钢材加热至9000C以上，保温一段时间， 然后放入水或油中快速冷却。
• 调质处理：淬火加回火。
40
2.3.3 其他因素的影响
1 冷加工硬化（应变硬化）
在常温下加工叫冷加工。冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切等加工 使钢材产生很大塑性变形，重新加载时屈服点提高，但塑性和 韧性降低。 σ
ε
由于减小了塑性和韧性，普通钢结构中不利用硬化现象所提高 的强度。重要结构还把钢板因剪切而硬化的边缘部分刨去。41
•良好的韧性使结构抗震能力提高 • 衡量冲击韧性的指标：冲击功
26
2.2.3 冲击韧性
梅氏U型缺口试件: k J / cm2
冲击试验的标准试件型式：
夏比V型缺口试件: CV J
我国采用夏比V型缺口试件
冲击韧性受温度的影响
27
2.2.4 可焊性
可焊性指采用一般焊接工艺就可完成合格的焊缝的性能
称为抗拉强度。
18
V.颈缩阶段
•超过D点后，试件出现横向收缩,称“颈缩”，随后断裂。
19
钢材屈服点的意义
1. 屈服强度 fy 用作为钢结构设计的可达到的
最大应力，即强度标准，原因：
fu
fy
（1）fe、fp、fy及其对应的应变较为弹性与塑性的分界点；
（2）达到fy 后在一个较大的应变范围内应 o 力不会继续增加，表示结构一时丧失继续
钢结构的发展
◆发展高强度、高性能钢材和型钢品种 ◆对结构承载能力的认识 ◆新型结构形式
1
钢结构的发展
发展高强度、高性能钢材和型钢品种
•利用高强度钢材，可以用较少材料做成功效较高的
结构，对跨度和荷载大以及高耸的结构极为有利。 我国钢结构规范推荐的钢材有Q235钢、Q345钢、 Q390钢、Q420钢。鸟巢首次使用Q460钢。
质量 好 接近 平炉钢 差
最好
应用状况
应用减少
发展方向 目前应用
主流
淘汰
用于冶炼 特种钢材
37
浇铸
• 把熔炼好的钢水浇铸成钢锭或钢坯有两种方法，一种 是浇入铸模做成钢锭，另一种是浇入连续浇铸机做成 钢坯。铸锭过程中因脱氧程度不同，最终成为镇静钢、 半镇静钢与沸腾钢。
• 把钢在冶炼及浇铸过程中会不可避免地产生冶金缺陷： 偏析：钢中化学成分分布不均匀，主要的偏析是硫、 磷，将使偏析区钢材的塑性、韧性及可焊性变坏。 非金属夹杂：钢材中存在非金属化合物(硫化物、氧 化物)，使钢材性能变脆。 裂纹、分层：浇注时的非金属夹杂物在轧制中可能造 成钢材的分层，影响钢材的冷弯性能。
31
2.3.1 化学成分的影响
碳（C） 碳是碳素结构钢中仅次于铁的主要元素，是影响钢材强
度的主要因素，随着含碳量的增加，钢材强度提高，而塑性 和韧性、尤其是低温冲击韧性下降，同时可焊性、抗腐蚀性 、冷弯性能明显降低。因此结构用钢的含碳量一般不应超过 0.22%，对焊接结构应低于0.2%。
锰（Mn） 锰是一种弱脱氧剂，适量的锰含量可以有效地提高钢材
钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti) 钒、铌、钛都能使钢材晶粒细化。我国的低合金
钢都含有这三种元素，作为锰以外的合金元素，既可 提高钢材强度，又保持良好的塑性、韧性。
33
2.3.1 化学成分的影响
铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni) 铝是强脱氧剂，用铝进行补充脱氧，不仅进一步减
少钢中的有害氧化物，而且能细化晶粒。铬和镍是提高 钢材强度的合金元素，用于Q390钢和Q420钢。
38
轧制
钢材的轧制能使金属的晶粒变细，也能使气泡、裂纹等焊合， 因而改善了钢材的力学性能。薄板因辊轧次数多，其强度比 厚板略高、浇铸时的非金属夹杂物在轧制后能造成钢材的分 层，所以分层是钢材(尤其是厚板)的一种缺陷。设计时应尽 量避免拉力垂直于板面的情况，以防止层间撕裂。
轧棍
钢的轧制使晶粒细化
39
>0.45焊接性能难
28
2.2.5 钢材性能的鉴定
根据《钢结构工程施工质量验收规范》 (GB502052001)的规定，对进入钢结构工程实施现场的主要材料需 进行进场验收，即检查钢材的质量合格证明文件、中文 标识及检验报告，确认钢材的品种、规格、性能是否符 合现行国家标准和设计要求。
抽样复检的钢材 根据相关的标准和试验方法进行复验。
• 应力应变成非线性关系。 • 卸载后弹性变形消失，但仍残留变形－塑性变形。
16
Et 0, : 0.15% 2.5%
• 水平状的屈服平台，应力不变应变持续发展。 • 卸载后弹性变形消失，但仍残留变形－塑性变形。
17
•钢材内部晶粒重新排列，恢复承载能力。
•应变明显比应力增加得快，最终应力达到最高点fu，
•高性能钢材其他要求——塑性、韧性、耐火、耐候
等。
•型钢类型发展。
2
钢结构的发展
对结构承载能力的认识
• 构件
弹性
整体 弹塑性
• 应力蒙皮效应
• 计算手段的改进（双重非线性的精细化计算）
3
钢结构的发展
新型结构形式 预应力钢结构 混合结构 组合结构
4
钢结构的发展
• 组合结构一般是指由两种或两种以上材料组合而
时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出， 使材料硬化的现象。
应变时效 时效硬化 应变硬化
22
性、抗锈蚀性等，在高温时使钢材变脆，即热脆。因此 ，钢材中硫的含量不得超过0.05%，在焊接结构中不超 过0.045%。
34
2.3.1 化学成分的影响
磷(P) 磷既是有害元素也是能利用的合金元素。磷是碳素
钢中的杂质，它在低温下使钢变脆，这种现象称为冷脆 。在高温时磷也能使钢减少塑性。但磷能提高钢的强度 和抗锈蚀能力。
5
组合结构
钢管混凝土
优点：取长补短； 整体塑性、韧性、抗震性能、耐火性能好
6
混合结构
金茂大厦主体结构中部为八角形型钢配筋混凝土(SRC)核 心筒束，筒内井字形墙到56层结束，然后单筒升到 335.3 m ；核心筒四周为八根SRC大柱，截面由 1.5 m×5 m逐渐收至 1 m×3.5 m，以适应逐渐收进的外形。
热处理
• 热处理的目的在于取得高强度的同时能够保持 良好的塑性和韧性。
• 正火：把钢材加热至850～9000C并保持一段时 间后在空气中自然冷却。如果钢材在终止轧制 时温度正好控制在上述温度范围，可得到正火 的效果，称为控轧。
• 回火：将钢材重新加热至6500C并保温一段时间， 然后在空气中自然冷却。
压缩或剪切的应力应变规律 类似于拉伸
24
2.2.2 冷弯性能
钢材的冷弯性能是判 断钢材塑性变形能力和 冶金质量的综合指标。
无裂纹和分层
重要结构中需要有良 好的冷热加工的工艺性 能时，应有冷弯试验合 格保证。
25
2.2.3 冲击韧性
•韧性－反映钢材抵抗冲击荷载、动力荷载的能力，
是钢材在变形和断裂过程中吸收能量的度量。
Lo
d
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低碳钢和低合金钢拉伸应力-应变曲线
13
14
• 比例极限 σp ≈ 弹性极限。
E 2.06 105 N mm 2
• 应力应变成线性比例关系σ= Eε，卸载后变形消失。
• 该阶段变形很小（Q235的εp＝0.1%） ，是荷载作用下
结构计算采用叠加原理的基础。
15
• AB间实际为上下波动的曲线，以下屈服点作为fy。
氧(O)、氮(N) 氧和氮也是有害杂质，在金属熔化的状态下可以从
空气中进入。氧能使钢热脆，其作用比硫剧烈，氮能使 钢冷脆，与磷相似。
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2.3.2 成材过程的影响
冶炼
浇铸
轧制
热处理
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冶炼
冶炼方法 平炉钢
成本
生产率低 成本高
氧气顶吹 生产率高
转炉钢
成本低
侧吹(空气) 转炉钢
电炉钢
同上
耗电 成本高
10
§2.2 钢材的主要性能及其鉴定
屈服强度 fy 抗拉强度 fu 伸长率 δ 冷弯性能 冲击韧性
yield ultimate
11
2.2.1 单向拉伸时工作性能
标准试件一次拉伸试验： 常温（20℃）下缓慢加载，一次完成。含碳量为0.1%
－0.3%。 Lo/d=5、10；Lo-标距； d --直径
2.3.3 其他因素的影响
1 冷加工硬化（应变硬化）
用作冷弯薄壁型钢结构的冷弯型钢，是由钢板或钢带 经冷轧成型的，也有的是经压力机模压成型或在弯板 机上弯曲成型的。屈服强度和抗拉强度都得到不同程 度的提高，由于这个原因，薄壁型钢结构设计中允许 利用因局部冷加工而提高的强度。
42
2.3.3 其他因素的影响
成的结构，如常见的钢一混凝土组合板、组合梁， 型钢混凝土（SRC），钢管混凝土（CFST）和 FRP（Fiber reinforced polymer）约束混凝土等。
• 混合结构一般是指由不同材料的结构构件混合而
成的结构或结构体系，如常见的钢一混凝土混合剪 力墙结构、钢或钢管混凝土框架一钢筋混凝土剪力 墙、钢或钢管混凝土框架一钢筋混凝土核心筒结构 体系等。
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第2章 钢结构的材料
§2.1 对钢结构用材的要求 §2.2 钢材的主要性能及其鉴定 §2.3 影响钢材性能的因素 §2.4 钢材破坏 §2.5 建筑钢材的类别及钢材的选用
8
§2.1 对钢结构用材的要求
1.较高的强度（较高的抗拉强度fu和屈服强度fy） 2.足够的变形性能（较好的塑性、韧性）； 3.良好的加工性能（冷、热加工，可焊性等工艺性能）； 4.对环境良好适应性（低温、有害介质侵蚀(包括大气锈蚀)
• 淬火：把钢材加热至9000C以上，保温一段时间， 然后放入水或油中快速冷却。
• 调质处理：淬火加回火。
40
2.3.3 其他因素的影响
1 冷加工硬化（应变硬化）
在常温下加工叫冷加工。冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切等加工 使钢材产生很大塑性变形，重新加载时屈服点提高，但塑性和 韧性降低。 σ
ε
由于减小了塑性和韧性，普通钢结构中不利用硬化现象所提高 的强度。重要结构还把钢板因剪切而硬化的边缘部分刨去。41
•良好的韧性使结构抗震能力提高 • 衡量冲击韧性的指标：冲击功
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2.2.3 冲击韧性
梅氏U型缺口试件: k J / cm2
冲击试验的标准试件型式：
夏比V型缺口试件: CV J
我国采用夏比V型缺口试件
冲击韧性受温度的影响
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2.2.4 可焊性
可焊性指采用一般焊接工艺就可完成合格的焊缝的性能
称为抗拉强度。
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V.颈缩阶段
•超过D点后，试件出现横向收缩,称“颈缩”，随后断裂。
19
钢材屈服点的意义
1. 屈服强度 fy 用作为钢结构设计的可达到的
最大应力，即强度标准，原因：
fu
fy
（1）fe、fp、fy及其对应的应变较为弹性与塑性的分界点；
（2）达到fy 后在一个较大的应变范围内应 o 力不会继续增加，表示结构一时丧失继续
钢结构的发展
◆发展高强度、高性能钢材和型钢品种 ◆对结构承载能力的认识 ◆新型结构形式
1
钢结构的发展
发展高强度、高性能钢材和型钢品种
•利用高强度钢材，可以用较少材料做成功效较高的
结构，对跨度和荷载大以及高耸的结构极为有利。 我国钢结构规范推荐的钢材有Q235钢、Q345钢、 Q390钢、Q420钢。鸟巢首次使用Q460钢。
质量 好 接近 平炉钢 差
最好
应用状况
应用减少
发展方向 目前应用
主流
淘汰
用于冶炼 特种钢材
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浇铸
• 把熔炼好的钢水浇铸成钢锭或钢坯有两种方法，一种 是浇入铸模做成钢锭，另一种是浇入连续浇铸机做成 钢坯。铸锭过程中因脱氧程度不同，最终成为镇静钢、 半镇静钢与沸腾钢。
• 把钢在冶炼及浇铸过程中会不可避免地产生冶金缺陷： 偏析：钢中化学成分分布不均匀，主要的偏析是硫、 磷，将使偏析区钢材的塑性、韧性及可焊性变坏。 非金属夹杂：钢材中存在非金属化合物(硫化物、氧 化物)，使钢材性能变脆。 裂纹、分层：浇注时的非金属夹杂物在轧制中可能造 成钢材的分层，影响钢材的冷弯性能。
31
2.3.1 化学成分的影响
碳（C） 碳是碳素结构钢中仅次于铁的主要元素，是影响钢材强
度的主要因素，随着含碳量的增加，钢材强度提高，而塑性 和韧性、尤其是低温冲击韧性下降，同时可焊性、抗腐蚀性 、冷弯性能明显降低。因此结构用钢的含碳量一般不应超过 0.22%，对焊接结构应低于0.2%。
锰（Mn） 锰是一种弱脱氧剂，适量的锰含量可以有效地提高钢材
钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti) 钒、铌、钛都能使钢材晶粒细化。我国的低合金
钢都含有这三种元素，作为锰以外的合金元素，既可 提高钢材强度，又保持良好的塑性、韧性。
33
2.3.1 化学成分的影响
铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni) 铝是强脱氧剂，用铝进行补充脱氧，不仅进一步减
少钢中的有害氧化物，而且能细化晶粒。铬和镍是提高 钢材强度的合金元素，用于Q390钢和Q420钢。
38
轧制
钢材的轧制能使金属的晶粒变细，也能使气泡、裂纹等焊合， 因而改善了钢材的力学性能。薄板因辊轧次数多，其强度比 厚板略高、浇铸时的非金属夹杂物在轧制后能造成钢材的分 层，所以分层是钢材(尤其是厚板)的一种缺陷。设计时应尽 量避免拉力垂直于板面的情况，以防止层间撕裂。
轧棍
钢的轧制使晶粒细化
39
>0.45焊接性能难
28
2.2.5 钢材性能的鉴定
根据《钢结构工程施工质量验收规范》 (GB502052001)的规定，对进入钢结构工程实施现场的主要材料需 进行进场验收，即检查钢材的质量合格证明文件、中文 标识及检验报告，确认钢材的品种、规格、性能是否符 合现行国家标准和设计要求。
抽样复检的钢材 根据相关的标准和试验方法进行复验。
• 应力应变成非线性关系。 • 卸载后弹性变形消失，但仍残留变形－塑性变形。
16
Et 0, : 0.15% 2.5%
• 水平状的屈服平台，应力不变应变持续发展。 • 卸载后弹性变形消失，但仍残留变形－塑性变形。
17
•钢材内部晶粒重新排列，恢复承载能力。
•应变明显比应力增加得快，最终应力达到最高点fu，
•高性能钢材其他要求——塑性、韧性、耐火、耐候
等。
•型钢类型发展。
2
钢结构的发展
对结构承载能力的认识
• 构件
弹性
整体 弹塑性
• 应力蒙皮效应
• 计算手段的改进（双重非线性的精细化计算）
3
钢结构的发展
新型结构形式 预应力钢结构 混合结构 组合结构
4
钢结构的发展
• 组合结构一般是指由两种或两种以上材料组合而
时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出， 使材料硬化的现象。
应变时效 时效硬化 应变硬化
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