第二章 钢结构的材料主要内容及重点：

钢材的主要性能情况；影响钢材性能的主要因素有哪些；钢材存在疲劳现象；建筑钢材的规格以及选用事宜。

我们设计的目的是将结构或构件设计成延性结构。但并非所有的塑性材料都发生塑性破坏。

一种钢材的塑性变形能力大小，一方面取决于钢材原本的化学成分，以及熔炼与轧制的条件；另一方面也取决于其后来所处的工作条件。倘若原本塑性表现极为出色的钢材，其工作条件发生了改变，例如在极为低的温度下遭受冲击作用，那么就完全有可能呈现出脆性破坏的情况。所以，从严格意义上讲钢结构墙体材料，把钢材划分为塑性和脆性材料这种做法是不合适的。我们应该对材料可能发生的塑性破坏和脆性破坏进行区分。

二个钢构件，材质相同，长度相同：

直径为 d0 且 d0 等于 10mm（刻槽处）的材料在破坏时会拉长较多，且无明显变形；屈服时 fy 为 251N/mm2 或 274N/mm2；拉断时 fu 为 431N/mm2；由此可见，改变工作条件后，即使是塑性材料也可能发生脆性破坏，在设计中应避免这种情况的出现。

1972 年，廊坊因一个杆子脆断导致屋架倒塌。1979 年 12 月中旬，吉林发生煤气罐大爆炸。1995 年，南朝鲜的大桥倒塌。1999 年，四川綦江大桥倒塌。原因包括钢材内部有缺陷、焊接及制造存在缺陷、构造不合理、使用不当等。原则是在制作和使用过程中，要充分考虑各方面因素，尽量让材料发挥塑性，避免出现一切非延性破坏的可能性。

单轴拉伸时的工作性能：在标准试件且常温（20℃）下缓慢加载，一直加载到拉断破坏，且一次完成。其中标准试件的 l0 与 d 的比值为 5 或 10，l0 指标距，d 指直径。

强度指标包括比例极限 f p 、屈服强度 f y 以及极限强度 f u 。 比例极限为 f p ，屈服强度为 f y ，极限强度为 f u 。 比例极限是 f p ，屈服强度是 f y ，极限强度是 f u 。 比例极限称作 f p ，屈服强度称作 f y ，极限强度称作 f u 。 比例极限名为 f p ，屈服强度名为 f y ，极限强度名为 f u 。 比例极限被称为 f p ，屈服强度被称为 f y ，极限强度被称为 f u 。 比例极限为其 f p ，屈服强度为其 f y ，极限强度为其 f u 。 比例极限是其 f p ，屈服强度是其 f y ，极限强度是其 f u 。 比例极限称作其 f p ，屈服强度称作其 f y ，极限强度称作其 f u 。 比例极限名为其 f p ，屈服强度名为其 f y ，极限强度名为其 f u 。 比例极限被称为其 f p ，屈服强度被称为其 f y ，极限强度被称为其 f u 。

a)

σ /MPafu

b)

σ /MPafu

4 00 3 00

fy2 00

fy fp应变硬化 缩裂和破坏 II III IV

弹性 塑性100

10 12 14 16 18 2 0

﹪

ε

ε

钢材在单向均匀受拉时的工作性能呈现出四个阶段。其一为弹性阶段，在此阶段，应力的最高点对应着比例极限 f p 。

弹性模量应力

E 2.06 105 N mm2

塑性阶段：应力达到屈服强度 f y 时，Et 为 0，且应变在 0.15%到 2.5%之间。

4. 强化颈缩阶段: 应力最高点对应抗拉极限 f u

钢材的工作性能能够被视为理想弹性塑性体。其一，其计算较为简便；其二，f y 与 f p 之间的差异不大；其三，尽管 f u 大于 f y ，然而 f u 所对应的应变却非常大，这种应变情况不满足正常使用的极限状态。

以 f y 作为设计强度的依据，这样做具有较大的强度储备。倘若出现偶然因素，那么……

素，让人们有机会进行补救。屈强比 f y / fu 方面，Q235 钢为 0.57，Q345 钢为 0.67。

一次拉伸试验中重要指标：

屈服强度 fy 是材料强度的标准值。当结构或构件的截面达到 fy 时，就认为结构或构件丧失了继续承载的能力。fy 等于 0.2（名义屈服点）。抗拉强度 fu 是构件的最大承载力，它能直接反映钢材内部组织的好坏。fu 越高，强度储备就越高。fu 与 fy 的比值即强屈比，这是钢材塑性设计的一个重要条件。l1 和 l0 以及 5,10 等，其中 100%伸长率 l0 是用来衡量钢材塑性的主要指标。

f y 被用作钢结构设计的最大应力，以进行简化计算，并且采用了理想弹塑性模型，而 f u 则被当作钢材实际的破坏强度。

2.1.3 冷弯性能

冷弯性能由冷弯试验来确定。

冲击韧性指在动力荷载作用下，材料吸收能量的能力。韧性是钢材强度和塑性的综合指标。衡量冲击韧性的指标是冲击功，单位为 kJ/cm²。梅氏 U 型缺口试件是冲击试验的标准试件型式，而我国采用的是夏比 V 型缺口试件，其冲击功用 CVJ 表示。

冲击韧性受温度 的影响

可焊性指在采用特定的焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数以及一定的结构形式等条件下，钢材获得合格焊缝的难易程度。化学成分对可焊性影响较大，碳含量处于 0.12%至 0.20%范围内的碳素钢，其可焊性最佳。若碳含量再升高钢结构墙体材料，会使焊缝和热影响区变脆。

衡量低合金钢可焊性的计算中包含 M n、Cr、Mo、V、Cu、Ni 等元素的百分比以及碳当量 Ceq 和 %C，其中有 6 和 5 以及 15 等相关数据。

Ceq %

=0.38~0.45焊接性能较难>0.45焊接性能难

2.1.6 钢材性能的鉴定

进场验收时，需检查钢材的质量合格证明文件，查看中文标识及检验报告，同时要确认钢材的品种、规格、性能是否符合现行国家标准和设计要求。出现以下情况需进行复检：一是国外进口的钢材；二是钢材混批的情况；三是板厚等于或大于 40mm 且设计有 Z 向性能要求的厚板；四是建筑结构安全等级为一级的情况；五是大跨度钢结构中主要受力构件所采用的钢材；六是设计有复检要求的钢材；七是对质量存在疑义的钢材。

2.2.1 化学成分方面，在普通碳素钢中，Fe 的含量占 99%，而其他杂质元素的含量占 1%。普通低合金钢中则有……

有提高，可焊性降低。 不得超过0.045%