钢结构材料与计算方法.ppt

　　（3） 掌握钢材机械性能和化学成分； 　　（4） 掌握钢材的选用方法； 　　（5） 掌握钢结构的设计方法。 16.1 钢结构的特点、应用范围与发展 　　钢结构是以钢板、型钢、薄壁型钢制成的构件，通过焊接、铆接、螺栓连接等方式而组成的结构，与其他材料的结构相比，具有如下的特点： 　　（1） 钢材强度高，结构自重轻 　　（2） 塑性、韧性好 　　（3） 材质均匀 　　（4） 工业化程度高 16.2 钢材的机械性能与化学成分 （1） 屈服点与抗拉强度 　　建筑钢材的强度和塑性一般由常温静载下单向拉伸试验曲线表明，该试验是将钢材的标准试件在拉伸试验机上，按规定的加荷速度逐渐施加拉力荷载，使试件逐渐伸长，直至拉断破坏。根据加荷过程中所测得的数据画出应力－应变曲线（即σ－ε曲线）。 　　如图16.1所示，为低碳钢的应力－应变曲线。 16.3 其他因素对钢材性能的影响 　　钢按冶炼方式可分为平炉钢与顶吹氧气转炉钢两种，两者在化学成分、机械性能和工艺性能上基本一致，而转炉钢成本较低，宜优先采用。 　　钢按脱氧情况的不同，可分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢。 　　钢锭是在1200~1300℃高温下，经多次热轧而成材的。热轧改善钢锭的铸造组织，使结晶致密，消除部分缺陷，提高了力学性能。钢锭厚度与型钢厚度之比称为压缩比，压缩比愈大，质量愈好。 16.4 钢材的品种与选用 　　钢按用途分结构钢、工具钢和特殊钢，结构钢又可分为建筑用钢和机械用钢； 　　按冶炼方法，钢可分为转炉钢和平炉钢，转炉钢目前采用氧气顶吹转炉钢，成本比平炉钢要低； 　　按脱氧方法分为沸腾钢（F）、半沸腾钢（b）、镇静钢(Z)和特殊镇静钢(TZ)，镇静钢和特殊镇静钢的代号在钢的牌号中可省略，镇静钢脱氧充分，沸腾钢脱氧较差，一般采用镇静钢； 16.5 钢结构的设计方法与设计指标 （1） 承载能力极限状态的设计表达式 　　① 由可变荷载效应控制的组合： 　　 　　② 由永久荷载效应控制的组合： 图16.8　应力集中对钢材性能的影响 　　钢材在连续的重复荷载作用下，虽然应力低于抗拉强度，甚至低于屈服点时，也会发生破坏，这种现象称为钢的疲劳。 　　疲劳破坏之前，并无明显的塑性变形和局部收缩，是一种突然性的脆性断裂。 　　疲劳是因为钢材质地不均匀以及应力分布不均匀而引起的。 16.3.6 重复荷载作用的影响　 16.4.1 结构用钢的品种与牌号 　　按成型方法分为轧制钢、锻钢和铸钢； 　　按化学成分分为碳素钢和合金钢，在建筑工程中常用碳素结构钢、低合金钢和优质碳素结构钢。 （1） 碳素结构钢 　　目前碳素结构钢采用的国家标准《碳素结构钢》（GB 700—88）中按质量等级分为A、B、C、D四级，质量等级中以A级最差，D级最优。 　　该标准中钢材牌号表示方法由字母Q、屈服点数值（N/mm2）、质量等级代号（A、B、C、D）及脱氧方法代号（F、b、Z、TZ）四个部分组成。 　　《碳素结构钢》（GB 700—88）将碳素结构钢按屈服点数值分为5个牌号：Q195、Q215、Q235、Q255和Q275。 （2） 低合金结构钢 　　低合金结构钢的国家标准《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591）中按质量等级分为A、B、C、D、E五级。 　　采用与碳素结构钢相同的表示方法，即用钢材厚度（直径）≤16mm时的屈服点大小表示，共分为5个牌号：Q295、Q345、Q390、Q420及Q460。 　　（1） 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢。 　　（2） 下列情况的承重结构和构件不应采用Q235沸腾钢： 　　焊接结构 　　非焊接结构 　　（3） 承重结构采用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，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 16.4.2 钢材的选用 　　（4） 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。 　　对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证。 　　（5） 吊车起重量不小于50t的中级工作制吊车梁，对钢材冲击韧性的要求应与需要验算疲劳的构件相同。 　　钢结构所用钢材主要为热轧钢板、型钢、冷弯薄壁型钢和压型钢板。 （1） 钢板 　　钢板分为薄钢板、厚钢板和扁钢，其规格用符号“—”加“宽度×厚度”的毫米数来表示。如—600×12表示宽度为600mm、厚度为12mm的钢板。 　　薄钢板：厚0.35~4.0mm，宽500~1500mm，长0.5~4m； 　　厚钢板：厚4.5~60mm，宽600~3000mm，长4~12m； 　　扁钢：厚4~60mm，宽12~200mm，长3~9m。 16.4.3 钢材规格 （2） 热轧型钢 　　钢结构常用的型钢是角钢、槽