學(xué)習(xí)情景2 建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼材

學(xué)習(xí)情景2 建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼材,知識(shí)點(diǎn)： 本項(xiàng)目講述了結(jié)構(gòu)甩鋼材的分類及其化學(xué)成分、 力學(xué)性能，建筑鋼材的品種、規(guī)格以及材質(zhì)的 檢驗(yàn)和驗(yàn)收。 教學(xué)目標(biāo)：通過(guò)學(xué)習(xí)，了解鋼材的品種、熟悉鋼材的性能、 掌握鋼材的選用，能夠根據(jù)施工的需要、設(shè)計(jì) 的要求合理選擇鋼材，以保證正常施工。,一、鋼材的冶煉 從鐵礦石開(kāi)始到最終產(chǎn)品的鋼材為止，鋼材的生產(chǎn)大致可分為煉鐵、煉鋼和軋制三道工序。 1、煉鐵 礦石中的鐵是以氧化物的形態(tài)存在的，要用與氧的親和力比鐵更大的物質(zhì)一氧化碳與碳等還原劑，通過(guò)還原作用從礦石中除去氧，還原出鐵。同時(shí)，為了使砂質(zhì)和粘土質(zhì)的雜質(zhì)（礦石中的廢石）易于熔化為熔渣，常用石灰石作為熔劑。所有這些作用只有在足夠的溫度下才會(huì)發(fā)生，因此鐵的冶煉都是在可以鼓入熱風(fēng)的高爐內(nèi)進(jìn)行。,2、煉鋼 含碳量在2.06以下的鐵碳合金稱為碳素鋼。因此，當(dāng)用生鐵制鋼時(shí)，必須通過(guò)氧化作用除去生鐵中多余的碳和其它雜質(zhì)，使它們轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸镞M(jìn)入渣中，或成氣體逸出。這一作用也要在高溫下進(jìn)行，稱為煉鋼。常用的煉鋼爐有三種形式：轉(zhuǎn)爐、平爐和電爐。,電爐煉鋼是利用電熱原理，以廢鋼和生鐵等為主要原料，在電弧爐內(nèi)冶煉。由于不與空氣接觸，易于清除雜質(zhì)和嚴(yán)格控制化學(xué)成分，煉成的鋼質(zhì)量好。但因耗電量大，成本高，一般只用來(lái)冶煉特種用途的鋼材。 轉(zhuǎn)爐煉鋼是利用高壓空氣或氧氣使?fàn)t內(nèi)生鐵熔液中的碳和其它雜質(zhì)氧化，在高溫下使鐵液變?yōu)殇撘?。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉的鋼中有害元素和雜質(zhì)少，質(zhì)量和加工性能優(yōu)良，且可根據(jù)需要添加不同的元素，冶煉碳素鋼和合金鋼。由于氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐可以利用高爐煉出的生鐵熔液直接煉鋼，生產(chǎn)周期短、效率高、質(zhì)量好、成本低。,平爐煉鋼是利用煤氣或其它燃料供應(yīng)熱能，把廢鋼、生鐵熔液或鑄鐵塊和不同的合金元素等冶煉成各種用途的鋼。平爐的原料廣泛，容積大，產(chǎn)量高，冶煉工藝簡(jiǎn)單，化學(xué)成分易于控制，煉出的鋼質(zhì)量?jī)?yōu)良。但平爐煉鋼周期長(zhǎng)，效率低，成本高，現(xiàn)已逐漸被氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼所取代。 3、鋼材的澆注和脫氧 按鋼液在煉鋼爐中或盛鋼桶中進(jìn)行脫氧的方法和程度的不同，碳素結(jié)構(gòu)鋼可分為沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼4類。,沸騰鋼采用脫氧能力較弱的錳作脫氧劑，脫氧不完全，在將鋼液澆注入鋼錠模時(shí)，會(huì)有氣體逸出，出現(xiàn)鋼液的沸騰現(xiàn)象。沸騰鋼在鑄模中冷卻很快，凝固后在鋼材中留有較多的氧化鐵夾雜和氣孔。鋼的質(zhì)量較差。鎮(zhèn)靜鋼采用錳加硅作脫氧劑，脫氧較完全，硅在還原氧化鐵的過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生熱量，使鋼液冷卻緩慢，使氣體充分逸出，澆注時(shí)不會(huì)出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象。這種鋼質(zhì)量好，但成本高。半鎮(zhèn)靜鋼的脫氧程度介于上述二者之間。特殊鎮(zhèn)靜鋼是在錳硅脫氧后，再用鋁補(bǔ)充脫氧，其脫氧程度高于鎮(zhèn)靜鋼。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一般都是鎮(zhèn)靜鋼。,隨著冶煉技術(shù)的不斷發(fā)展，用連續(xù)鑄造法生產(chǎn)鋼坯（用作軋制鋼材的半成品）的工藝和設(shè)備已逐漸取代了笨重而復(fù)雜的鑄錠開(kāi)坯初軋的工藝流程和設(shè)備。連鑄法的特點(diǎn)是：鋼液由鋼包經(jīng)過(guò)中間包連續(xù)注入被水冷卻的銅制鑄模中，冷卻后的坯材被切割成半成品。連鑄法的機(jī)械化、自動(dòng)化程度高，可采用電磁感應(yīng)攪拌裝置等先進(jìn)設(shè)施提高產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)的鋼坯整體質(zhì)量均勻，但只有鎮(zhèn)靜鋼才適合連鑄工藝。因此國(guó)內(nèi)大鋼廠已很少生產(chǎn)沸騰鋼，若采用沸騰鋼，不但質(zhì)量差，而且供貨困難，價(jià)格并不便宜。,鋼材冶煉的幾個(gè)名詞含義如下： （1）退火- annealing 將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻(通常是緩慢冷卻，有時(shí)是控制冷卻)的一種金屬熱處理工藝。目的是使經(jīng)過(guò)鑄造、鍛軋、焊接或切削加工的材料或工件軟化，改善塑性和韌性，使化學(xué)成分均勻化，去除殘余應(yīng)力，或得到預(yù)期的物理性能。,（2）正火 正火是將工件加熱到Ac：或Acm以上3050，保溫一定時(shí)間后，從爐中取出在空氣中冷卻的一種熱處理工藝。 （3）淬火 淬火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后以大于臨界冷卻速度（Vc）冷卻，以得到馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。,（4）回火 回火是將淬火鋼加熱至A1點(diǎn)以下某一溫度保溫一定時(shí)間后，以適當(dāng)方式冷到室溫的熱處理工藝。它是緊接淬火的下道熱處理工序，同時(shí)決定了鋼在使用狀態(tài)下的組織和性能，關(guān)系著工件的使用壽命，故是關(guān)鍵工序。,二、 鋼材的組織構(gòu)造和缺陷 1、鋼材的組織構(gòu)造(圖2.1) 碳素結(jié)構(gòu)鋼是通過(guò)在強(qiáng)度較低而塑性較好的純鐵中加適量的碳來(lái)提高強(qiáng)度的，一般常用的低碳鋼含碳量不超過(guò)0.25。低合金結(jié)構(gòu)鋼則是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，適當(dāng)添加總量不超過(guò)5的其它合金元素，來(lái)改善鋼材的性能。,a. 碳素鋼多晶體結(jié)構(gòu)示意圖 b.鐵的體心立方晶格 圖2.1 鋼的組織結(jié)構(gòu),2、鋼材的鑄造缺陷 當(dāng)采用鑄模澆注鋼錠時(shí)，與連續(xù)鑄造生產(chǎn)的鋼坯質(zhì)量均勻相反，由于冷卻過(guò)程中向周邊散熱，各部分冷卻速度不同，在鋼錠內(nèi)形成了不同的結(jié)晶帶（圖2.2）?？拷T模外殼區(qū)形成了細(xì)小的等軸晶帶，靠近中部形成了粗大的等軸晶帶，在這二部分之間形成了柱狀晶帶。這種組織結(jié)構(gòu)的不均勻性，會(huì)給鋼材的性能帶來(lái)差異。 鋼材的組織構(gòu)造和缺陷，均會(huì)對(duì)鋼材的力學(xué)性能產(chǎn)生重要的影響。,1-表面細(xì)晶粒層；2-柱狀晶粒區(qū)；3-心部等軸晶粒區(qū) 圖2.2 負(fù)錠組織示意圖,三、鋼材的加工 鋼材的加工分為熱加工、冷加工和熱處理三種。將鋼坯加熱至塑性狀態(tài)，依靠外力改變其形狀，產(chǎn)生出各種厚度的鋼板和型鋼，稱為熱加工。在常溫下對(duì)鋼材進(jìn)行加工稱為冷加工。通過(guò)加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的加工工藝稱為熱處理。,1、熱加工 將鋼錠或鋼坯加熱至一定溫度時(shí)，鋼的組織將完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體狀態(tài)，奧氏體是碳溶入面心立方晶格的鐵的固溶體，雖然含碳量很高，但其強(qiáng)度較低，塑性較好，便于塑性變形。因此鋼材的軋制或鍛壓等熱加工，經(jīng)常選擇在形成奧氏體時(shí)的適當(dāng)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。選擇原則是開(kāi)始熱加工時(shí)的溫度不得過(guò)高，以免鋼材氧化嚴(yán)重，而終止熱加工時(shí)的溫度也不能過(guò)低，以免鋼材塑性差，引發(fā)裂紋。一般開(kāi)軋和鍛壓溫度控制在11501300。,鋼材的軋制是通過(guò)一系列軋輥，使鋼坯逐漸輥軋成所需厚度的鋼板或型鋼，圖2.3是寬翼緣H型鋼的軋制示意圖。鋼材的鍛壓是將加熱了的鋼坯用錘擊或模壓的方法加工成所需的形狀，鋼結(jié)構(gòu)中的某些連接零件常采用此種方法制造。,圖2.3 寬翼緣H型鋼軋制示意圖,熱加工可破壞鋼錠的鑄造組織，使金屬的晶粒變細(xì)，還可在高溫和壓力下壓合鋼坯中的氣孔、裂紋等缺陷，改善鋼材的力學(xué)性能。熱軋薄板和壁厚較薄的熱軋型鋼，因輥軋次數(shù)較多，軋制的壓縮比大，鋼材的性能改善明顯，其強(qiáng)度、塑性、韌性和焊接性能均優(yōu)于厚板和厚壁型鋼。鋼材的強(qiáng)度按板厚分組就是這個(gè)緣故。 熱加工使金屬晶粒沿變形方向形成纖維組織，使鋼材沿軋制方向（縱向）的性能優(yōu)于垂直軋制方向（橫向）的性能，即使其各向異性增大。因此對(duì)于鋼板部件應(yīng)沿其橫向切取試件進(jìn)行拉伸和冷彎試驗(yàn)。,鋼中的硫化物和氧化物等非金屬夾雜，經(jīng)軋制之后被壓成薄片，對(duì)軋制壓縮比較小的厚鋼板來(lái)說(shuō)，該薄片無(wú)法被焊合，會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象。分層使鋼板沿厚度方向受拉的性能惡化，在焊接連接處沿板厚方向有拉力作用（包括焊接產(chǎn)生的約束拉應(yīng)力作用）時(shí)，可能出現(xiàn)層狀撕裂現(xiàn)象（圖2.4），應(yīng)引起重視。,圖2.4因焊接產(chǎn)生的層狀撕裂,2、冷加工 在常溫或低于再結(jié)晶溫度情況下，通過(guò)機(jī)械的力量，使鋼材產(chǎn)生所需要的永久塑性變形，獲得需要的薄板或型鋼的工藝稱為冷加工。冷加工包括冷軋、冷彎、冷拔等延伸性加工，也包括剪、沖、鉆、刨等切削性加工。冷軋卷板和冷軋鋼板就是將熱軋卷板或熱軋薄板經(jīng)帶鋼冷軋機(jī)進(jìn)一步加工得到的產(chǎn)品。在輕鋼結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用的冷彎薄壁型鋼和壓型鋼板也是經(jīng)輥軋或模壓冷彎所制成。組成平行鋼絲束、鋼絞線或鋼絲繩等的基本材料高強(qiáng)鋼絲，就是由熱處理的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條經(jīng)多次連續(xù)冷拔而成的。,鋼材經(jīng)冷加工后，會(huì)產(chǎn)生局部或整體硬化，即在局部或整體上提高了鋼材的強(qiáng)度和硬度，但卻降低了塑性和韌性，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化（或應(yīng)變硬化）。冷拔高強(qiáng)度鋼絲充分利用了冷作硬化現(xiàn)象，在懸索結(jié)構(gòu)中有廣泛的應(yīng)用。冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，可有條件地利用因冷彎效應(yīng)而產(chǎn)生的強(qiáng)度提高現(xiàn)象。但對(duì)截面復(fù)雜的鋼構(gòu)件來(lái)說(shuō)，這種情況是無(wú)法利用的。相反，鋼材由于冷硬變脆，常成為鋼結(jié)構(gòu)脆性斷裂的起因。因此，對(duì)于比較重要的結(jié)構(gòu)，要盡量避免局部冷加工硬化的發(fā)生。,3、熱處理 鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)范圍內(nèi)，施以不同的加熱、保溫和冷卻措施，籍改變其內(nèi)部組織構(gòu)造，達(dá)到改善鋼材性能的一種加工工藝。鋼材的普通熱處理包括退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。 退火和正火是應(yīng)用非常廣泛的熱處理工藝，用其可以消除加工硬化、軟化鋼材、細(xì)化晶粒、改善組織以提高鋼的機(jī)械性能；消除殘余應(yīng)力，以防鋼件的變形和開(kāi)裂；為進(jìn)一步的熱處理作好準(zhǔn)備。,淬火工藝是將鋼件加熱到900以上，保溫后快速在水中或油中冷卻。在極大的冷卻速度下原子來(lái)不及擴(kuò)散，因此含有較多碳原子的面心立方晶格的奧氏體，以無(wú)擴(kuò)散方式轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚舆^(guò)飽和的鐵固溶體，稱為馬氏體。馬氏體是一種不穩(wěn)定的組織，不宜用于建筑結(jié)構(gòu)。 回火工藝是將淬火后的鋼材加熱到某一溫度進(jìn)行保溫，而后在空氣中冷卻。將淬火后的鋼材加熱至500650，保溫后在空氣中冷卻，稱為高溫回火。通常稱淬火加高溫回火的工藝為調(diào)質(zhì)處理。強(qiáng)度較高的鋼材，如Q420中的C、D、E級(jí)鋼和高強(qiáng)度螺栓的鋼材都要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理。,四、鋼材的主要性能 1、鋼材的破壞形式 鋼材有兩種完全不同的破壞形式：塑性破壞（ductile fracture）和脆性破壞（brittle fracture）。鋼結(jié)構(gòu)所用的鋼材在正常使用條件下，雖然有較高的塑性和韌性，但在某些條件下，仍然存在發(fā)生脆性破壞的可能性。,塑性破壞的主要特征是，破壞前具有較大的塑性變形，常在鋼材表面出現(xiàn)明顯的相互垂直交錯(cuò)的銹跡剝落線。只有當(dāng)構(gòu)件中的應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度后才會(huì)發(fā)生破壞，破壞后的斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗。由于塑性破壞前總有較大的塑性變形發(fā)生，且變形持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，容易被發(fā)現(xiàn)和搶修加固，因此不至發(fā)生嚴(yán)重后果。鋼材塑性破壞前的較大塑性變形能力，可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力重分布，鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計(jì)就是建立在這種足夠的塑性變形能力上。,脆性破壞的主要特征是，破壞前塑性變形很小，或根本沒(méi)有塑性變形，而突然迅速斷裂。破壞后的斷口平直，呈有光澤的晶粒狀或有人字紋。由于破壞前沒(méi)有任何預(yù)兆，破壞速度又極快，無(wú)法察覺(jué)和補(bǔ)救，而且一旦發(fā)生常引發(fā)整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞，后果非常嚴(yán)重，因此在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工和使用過(guò)程中，要特別注意防止這種破壞的發(fā)生。,鋼材存在的兩種破壞形式與其內(nèi)在的組織構(gòu)造和外部的工作條件有關(guān)。試驗(yàn)和分析均證明，在剪力作用下，具有體心立方晶格的鐵素體很容易通過(guò)位錯(cuò)移動(dòng)形成滑移，即形成塑性變形；而其抵抗沿晶格方向伸長(zhǎng)至拉斷的能力卻強(qiáng)大得多，因此當(dāng)單晶鐵素體承受拉力作用時(shí)，總是首先沿最大剪應(yīng)力方向產(chǎn)生塑性滑移變形（圖2.5）。,圖2.5 鐵素體單晶體的塑性滑移,實(shí)際鋼材是由鐵素體和珠光體等組成的，由于珠光體間層的限制，阻遏了鐵素體的滑移變形，因此受力初期表現(xiàn)出彈性性能。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值，珠光體間層失去了約束鐵素體在最大剪應(yīng)力方向滑移的能力，此時(shí)鋼材將出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，先前鐵素體被約束了的塑性變形就充分表現(xiàn)出來(lái)，直到最后破壞。顯然當(dāng)內(nèi)外因素使鋼材中鐵素體的塑性變形無(wú)法發(fā)生時(shí)，鋼材將出現(xiàn)脆性破壞。,2、鋼材在單向一次拉伸下的工作性能 鋼材的多項(xiàng)性能指標(biāo)可通過(guò)單向一次（也稱單調(diào)）拉伸試驗(yàn)獲得。試驗(yàn)一般都是在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行的，即：試件的尺寸符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，表面光滑，沒(méi)有孔洞、刻槽等缺陷；荷載分級(jí)逐次增加，直到試件破壞；室溫為20左右。圖2.6給出了相應(yīng)鋼材的單調(diào)拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線。,圖2.6鋼材的單調(diào)拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線,由低碳鋼和低合金鋼的試驗(yàn)曲線看出，在比例極限（proportional limit）p以前鋼材的工作是彈性的；比例極限以后，進(jìn)入了彈塑性階段；達(dá)到了屈服點(diǎn)（yield point或yield strength）fy后，出現(xiàn)了一段純塑性變形，也稱為塑性平臺(tái)；此后強(qiáng)度又有所提高，出現(xiàn)所謂自強(qiáng)階段，直至產(chǎn)生頸縮而破壞。破壞時(shí)的殘余延伸率表示鋼材的塑性性能。調(diào)質(zhì)處理的低合金鋼沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)和塑性平臺(tái)。這類鋼的屈服點(diǎn)是以卸載后試件中殘余應(yīng)變?yōu)?.2所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力人為定義的，稱為名義屈服點(diǎn)或f0.2（見(jiàn)圖2.6）。,鋼材的單調(diào)拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線提供了三個(gè)重要的力學(xué)性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度（tensile strength）fu、伸長(zhǎng)率（elongation）和屈服點(diǎn)fy。抗拉強(qiáng)度f(wàn)u是鋼材一項(xiàng)重要的強(qiáng)度指標(biāo)，它反映鋼材受拉時(shí)所能承受的極限應(yīng)力。伸長(zhǎng)率是衡量鋼材斷裂前所具有的塑性變形能力的指標(biāo)，以試件破壞后在標(biāo)定長(zhǎng)度內(nèi)的殘余應(yīng)變表示。屈服點(diǎn)fy是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)力允許達(dá)到的最大限值，因?yàn)楫?dāng)構(gòu)件中的應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)因過(guò)度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載。承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)滿足相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述三項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)的要求。,斷面收縮率是試樣拉斷后，頸縮處橫斷面積的最大縮減量與原始橫斷面積的百分比，也是單調(diào)拉伸試驗(yàn)提供的一個(gè)塑性指標(biāo)。越大，塑性越好。 由單調(diào)拉伸試驗(yàn)還可以看出鋼材的韌性好壞。韌性可以用材料破壞過(guò)程中單位體積吸收的總能量來(lái)衡量，包括彈性能和非彈性能兩部分，其數(shù)值等于應(yīng)力應(yīng)變曲線（圖2.6）下的總面積。,由圖2.6可以看到，屈服點(diǎn)以前的應(yīng)變很小，如把鋼材的彈性工作階段提高到屈服點(diǎn)，且不考慮自強(qiáng)階段，則可把應(yīng)力應(yīng)變曲線簡(jiǎn)化為圖2.7所示的兩條直線，稱為理想彈塑性體的工作曲線。它表示鋼材在屈服點(diǎn)以前應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系符合虎克定律，接近理想彈性體工作；屈服點(diǎn)以后塑性平臺(tái)階段又近似于理想的塑性體工作。這一簡(jiǎn)化，與實(shí)際誤差不大，卻大大方便了計(jì)算，成為鋼結(jié)構(gòu)彈性設(shè)計(jì)和塑性設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。,圖2.7 理想彈塑性體應(yīng)力應(yīng)變曲線,3、鋼材的其它性能 （1）冷彎性能 鋼材的冷彎性能（cold-bending behavior）由冷彎試驗(yàn)確定。試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)鋼材的牌號(hào)和不同的板厚，按國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的彎心直徑，在試驗(yàn)機(jī)上把試件彎曲180以試件表面和側(cè)面不出現(xiàn)裂紋和分層為合格。冷彎試驗(yàn)不僅能檢驗(yàn)材料承受規(guī)定的彎曲變形能力的大小，還能顯示其內(nèi)部的冶金缺陷，因此是判斷鋼材塑性變形能力和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材，均應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格保證。,（2）沖擊韌性 由單調(diào)拉伸試驗(yàn)獲得的韌性沒(méi)有考慮應(yīng)力集中和動(dòng)荷作用的影響，只能用來(lái)比較不同鋼材在正常情況下的韌性好壞。沖擊韌性也稱缺口韌性（notch toughness）是評(píng)定帶有缺口的鋼材在沖擊荷載作用下抵抗脆性破壞能力的指標(biāo)，通常用帶有夏比V型缺口（Charpy V-notch）的標(biāo)準(zhǔn)試件做沖擊試驗(yàn)，以擊斷試件所消耗的沖擊功大小來(lái)衡量鋼材抵抗脆性破壞的能力。沖擊韌性也叫沖擊功，用AKV或CV表示，單位為J（1J=1N1m，即1焦耳1牛頓1米）。,五、各種因素對(duì)鋼材性能的影響 1、化學(xué)成分的影響 如前所述，鋼是以鐵和碳為主要成分的合金，雖然碳和其它元素所占比例甚少，但卻左右著鋼材的性能。 碳是各種鋼中的重要元素之一，在碳素結(jié)構(gòu)鋼中則是鐵以外的最主要元素。碳是形成鋼材強(qiáng)度的主要成分，隨著含碳量的提高，鋼的強(qiáng)度逐漸增高，而塑性和韌性下降，冷彎性能、焊接性能和抗銹蝕性能等也變劣。,硫是有害元素，常以硫化鐵形式夾雜于鋼中。當(dāng)溫度達(dá)8001000時(shí)，硫化鐵會(huì)熔化使鋼材變脆，因而在進(jìn)行焊接或熱加工時(shí)，有可能引發(fā)熱裂紋，稱為熱脆。此外，硫還會(huì)降低鋼材的沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度、抗銹蝕性能和焊接性能等。非金屬硫化物夾雜經(jīng)熱軋加工后還會(huì)在厚鋼板中形成局部分層現(xiàn)象，在采用焊接連接的節(jié)點(diǎn)中，沿板厚方向承受拉力時(shí)，會(huì)發(fā)生層狀撕裂破壞。,磷可提高鋼的強(qiáng)度和抗銹蝕能力，但卻嚴(yán)重地降低鋼的塑性、韌性、冷彎性能和焊接性能，特別是在溫度較低時(shí)促使鋼材變脆，稱為冷脆。 錳是有益元素，在普通碳素鋼中，它是一種弱脫氧劑，可提高鋼材強(qiáng)度，消除硫?qū)︿摰臒岽嘤绊懀纳其摰睦浯鄡A向，同時(shí)不顯著降低塑性和韌性。錳還是我國(guó)低合金鋼的主要合金元素，其含量為0.81.8。但錳對(duì)焊接性能不利，因此含量也不宜過(guò)多。,釩、鈮、鈦等元素在鋼中形成微細(xì)碳化物，加入適量，能起細(xì)化晶粒和彌散強(qiáng)化作用，從而提高鋼材的強(qiáng)度和韌性，又可保持良好的塑性。 鋁是強(qiáng)脫氧劑，還能細(xì)化晶粒，可提高鋼的強(qiáng)度和低溫韌性，在要求低溫沖擊韌性合格保證的低合金鋼中，其含量不小于0.015。 鉻、鎳是提高鋼材強(qiáng)度的合金元素，用于Q390及以上牌號(hào)的鋼材中，但其含量應(yīng)受限制，以免影響鋼材的其它性能。,銅和鉻、鎳、鉬等其它合金元素，可在金屬基體表面形成保護(hù)層，提高鋼對(duì)大氣的抗腐蝕能力，同時(shí)保持鋼材具有良好的焊接性能。在我國(guó)的焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼中，銅的含量為0.200.40。 鑭、鈰等稀土元素（RE）可提高鋼的抗氧化性，并改善其它性能，在低合金鋼中其含量按0.020.20控制。 氧和氮屬于有害元素。氧與硫類似使鋼熱脆，氮的影響和磷類似，因此其含量均應(yīng)嚴(yán)格控制。,氫是有害元素，呈極不穩(wěn)定的原子狀態(tài)溶解在鋼中，其溶解度隨溫度的降低而降低，常在結(jié)構(gòu)疏松區(qū)域、孔洞、晶格錯(cuò)位和晶界處富集，生成氫分子，產(chǎn)生巨大的內(nèi)壓力，使鋼材開(kāi)裂，稱為氫脆。氫脆屬于延遲性破壞，在有拉應(yīng)力作用下，常需要經(jīng)過(guò)一定孕育發(fā)展期才會(huì)發(fā)生。在破裂面上?？梢?jiàn)到白點(diǎn)，稱為氫白點(diǎn)。含碳量較低且硫、磷含量較少的鋼，氫脆敏感性低。鋼的強(qiáng)度等級(jí)越高，對(duì)氫脆越敏感。,2、鋼材的焊接性能 鋼材的焊接性能受含碳量和合金元素含量的影響。當(dāng)含碳量在0.120.20范圍內(nèi)時(shí)，碳素鋼的焊接性能最好；含碳量超過(guò)上述范圍時(shí)，焊縫及熱影響區(qū)容易變脆。一般Q235A的含碳量較高，且含碳量不作為交貨條件，因此這一牌號(hào)通常不能用于焊接構(gòu)件。而Q235B、C、D的含碳量控制在上述的適宜范圍之內(nèi)，是適合焊接使用的普通碳素鋼牌號(hào)。,在高強(qiáng)度低合金鋼中，低合金元素大多對(duì)可焊性有不利影響，我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程（JGJ81）推薦使用碳當(dāng)量來(lái)衡量低合金鋼的可焊性，其的計(jì)算公式如下： （2.1） 其中C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu分別為分別為碳、錳、鉻、鉬、釩、鎳和銅的百分含量。,鋼材焊接性能的優(yōu)劣除了與鋼材的碳當(dāng)量有直接關(guān)系之外，還與母材厚度、焊接方法、焊接工藝參數(shù)以及結(jié)構(gòu)形式等條件有關(guān)。目前，國(guó)內(nèi)外都采用可焊性試驗(yàn)的方法來(lái)檢驗(yàn)鋼材的焊接性能，從而制定出重要結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的焊接制度和工藝。 3、鋼材的硬化 鋼材的硬化有三種情況：時(shí)效硬化、冷作硬化（或應(yīng)變硬化）和應(yīng)變時(shí)效硬化。,在高溫時(shí)溶于鐵中的少量氮和碳，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸由固溶體中析出，生成氮化物和碳化物，散存在鐵素體晶粒的滑動(dòng)界面上，對(duì)晶粒的塑性滑移起到遏制作用，從而使鋼材的強(qiáng)度提高，塑性和韌性下降（圖2.10a）。這種現(xiàn)象稱為時(shí)效硬化（也稱老化）。產(chǎn)生時(shí)效硬化的過(guò)程一般較長(zhǎng)，但在振動(dòng)荷載、反復(fù)荷載及溫度變化等情況下，會(huì)加速發(fā)展。 在冷加工（或一次加載）使鋼材產(chǎn)生較大的塑性變形的情況下，卸荷后再重新加載，鋼材的屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象（圖2.10a）稱為冷作硬化。,在鋼材產(chǎn)生一定數(shù)量的塑性變形后，鐵素體晶體中的固溶氮和碳將更容易析出，從而使已經(jīng)冷作硬化的鋼材又發(fā)生時(shí)效硬化現(xiàn)象（圖2.10b），稱為應(yīng)變時(shí)效硬化。這種硬化在高溫作用下會(huì)快速發(fā)展,(a）時(shí)效硬化及冷作硬化 (b)應(yīng)變時(shí)效硬化 圖2.10 硬化對(duì)鋼材性能的影響,4、應(yīng)力集中的影響 應(yīng)力集中的嚴(yán)重程度用應(yīng)力集中系數(shù)衡量，缺口邊緣沿受力方向的最大應(yīng)力max和按凈截面的平均應(yīng)力0N/An（An為凈截面面積）的比值稱為應(yīng)力集中系數(shù)。 即： k= max / 0 應(yīng)力集中現(xiàn)象還可能由內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生。因此，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使構(gòu)件和連接節(jié)點(diǎn)的形狀和構(gòu)造合理，防止截面的突然改變。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的焊接構(gòu)造設(shè)計(jì)和施工時(shí)，應(yīng)盡量減少焊接殘余應(yīng)力。,a.薄板圓孔處的應(yīng)力分布； b.薄板缺口處的應(yīng)力分布； c.厚板缺口處的應(yīng)力分布 圖2.11 板件在孔口處的應(yīng)力集中,圖2.12 應(yīng)力集中對(duì)鋼材性能的影響,5、荷載類型的影響 荷載可分為靜力的和動(dòng)力的兩大類。靜力荷載中的永久荷載屬于一次加載，活荷載可看作重復(fù)加載。動(dòng)力荷載中的沖擊荷載屬于一次快速加載，吊車梁所受的吊車荷載以及建筑結(jié)構(gòu)所承受的地震作用則屬于連續(xù)交變荷載，或稱循環(huán)荷載。,1）加載速度的影響 在沖擊荷載作用下，加載速度很高，由于鋼材的塑性滑移在加載瞬間跟不上應(yīng)變速率，因而反映出屈服點(diǎn)提高的傾向。但是，試驗(yàn)研究表明，在20左右的室溫環(huán)境下，雖然鋼材的屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度隨應(yīng)變速率的增加而提高，塑性變形能力卻沒(méi)有下降，反而有所提高，即處于常溫下的鋼材在沖擊荷載作用下仍保持良好的強(qiáng)度和塑性變形能力。 應(yīng)變速率在溫度較低時(shí)對(duì)鋼材性能的影響要比常溫下大得多。因此在鋼結(jié)構(gòu)防止低溫脆性破壞設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮加荷速率的影響。,2）循環(huán)荷載的影響 鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會(huì)逐漸累積損傷、產(chǎn)生裂紋及裂紋逐漸擴(kuò)展，直到最后破壞，此現(xiàn)象稱為疲勞（fatigue）。 按照斷裂壽命和應(yīng)力高低的不同，疲勞分為高周疲勞（high-cycle fatigue）和低周疲勞（low-cycle fatigue）兩類。,6、溫度的影響 鋼材的性能受溫度的影響十分明顯。,圖2.14 低碳鋼在高溫下的性能,7、防止脆性斷裂的方法 由上述介紹可以看出，影響鋼材在一定條件下出現(xiàn)脆性破壞的因素主要有：鋼材的內(nèi)在因素，如鋼材的化學(xué)成分、組織構(gòu)造和缺陷等；鋼材的外在因素，如構(gòu)造缺陷和焊接加工引起的應(yīng)力集中（特別是厚板的應(yīng)力集中）、低溫影響、動(dòng)荷作用、冷作硬化和應(yīng)變時(shí)效硬化等。因此，為了防止脆性破壞的發(fā)生，應(yīng)在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造和使用過(guò)程中注意以下各點(diǎn)：,1) 合理設(shè)計(jì)。首先，應(yīng)正確選用鋼材。隨著鋼材強(qiáng)度的提高，其韌性和工藝性能一般都有所下降。因此，不宜采用比實(shí)際需要強(qiáng)度更高的材料。同時(shí)，對(duì)于低溫下工作、受動(dòng)力荷載的鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)使所選鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度低于結(jié)構(gòu)的工作溫度。構(gòu)造應(yīng)力求合理，避免構(gòu)件截面的突然改變，使之能均勻、連續(xù)地傳遞應(yīng)力，減少構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力集中。在滿足結(jié)構(gòu)的正常使用條件下，應(yīng)盡量減少結(jié)構(gòu)的剛度和整體性，以防斷裂的失穩(wěn)擴(kuò)展。如必須采用焊接連接時(shí)，應(yīng)避免焊縫的密集和交叉，盡量采用焊接殘余應(yīng)力小的構(gòu)造形式，可參考有關(guān)焊接連接的內(nèi)容。,(2) 正確制造。應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行制作，例如不得隨意進(jìn)行鋼材代換，不得隨意將螺栓連接改為焊接連接等等。應(yīng)盡量采用鉆孔或沖孔后再擴(kuò)鉆，以及對(duì)剪切邊進(jìn)行刨邊等方法來(lái)避免冷作硬化現(xiàn)象。為了保證焊接質(zhì)量，盡量減少焊接殘余應(yīng)力，應(yīng)制定合理的焊接工藝和技術(shù)措施，并由考試合格的焊工施焊，必要時(shí)可采用熱處理方法消除主要構(gòu)件中的焊接殘余應(yīng)力。焊接中不得在構(gòu)件上任意打火起弧。在制作和安裝過(guò)程中所造成的缺陷，如定位焊縫、引弧板、吊裝輔件等均應(yīng)進(jìn)行清理和修復(fù)。制作和安裝過(guò)程中及完成后，均要嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量檢驗(yàn)制度。,(3) 合理使用。不得隨意改變結(jié)構(gòu)使用用途或任意超負(fù)荷使用結(jié)構(gòu)；原設(shè)計(jì)在室溫工作的結(jié)構(gòu)，在冬季停產(chǎn)檢修時(shí)要注意保暖；不在主要結(jié)構(gòu)上任意焊接附加零件懸掛重物；避免因生產(chǎn)和運(yùn)輸不當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)造成撞擊或機(jī)械損傷；平時(shí)應(yīng)注意檢查和維護(hù)等。,六、建筑鋼的種類、規(guī)格和選用 1、建筑用鋼的種類 我國(guó)的建筑用鋼主要為碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼兩種，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在冷拔碳素鋼絲和連接用緊固件中也有應(yīng)用。另外，厚度方向性能鋼板、焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼、鑄鋼等在某些情況下也有應(yīng)用。,（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼 按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)碳素結(jié)構(gòu)鋼GB/T700生產(chǎn)的鋼材共有Q195、Q215、Q235、Q255和Q275種品牌，板材厚度不大于16mm的中，塑性、韌性均較好。該牌號(hào)鋼材又根據(jù)化學(xué)成分和沖擊韌性的不同劃分為A、B、C、D共4個(gè)質(zhì)量等級(jí)，按字母順序由A到D，表示質(zhì)量等級(jí)由低到高。除A級(jí)外，其它三個(gè)級(jí)別的含碳量均在0.20以下，焊接性能也很好。因此，規(guī)范將Q235牌號(hào)的鋼材選為承重結(jié)構(gòu)用鋼。,“F”代表沸騰鋼，“b”代表半鎮(zhèn)靜鋼，符號(hào)“Z”和“TZ”分別代表鎮(zhèn)靜鋼和特種鎮(zhèn)靜鋼。在具體標(biāo)注時(shí)“Z”和“TZ”可以省略。例如Q235B代表屈服點(diǎn)為235N/mm2的B級(jí)鎮(zhèn)靜鋼。 在冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的壓型鋼板設(shè)計(jì)中，如由剛度條件而非強(qiáng)度條件起控制作用時(shí)，也允許采用Q215牌號(hào)的鋼材。,（2）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼GB/T1591生產(chǎn)的鋼材共有Q295、Q345、Q390、Q420和Q460等5種牌號(hào)，板材厚度不大于16mm的相應(yīng)牌號(hào)鋼材的屈服點(diǎn)分別為295、345、390、420和460N/mm2。這些鋼的含碳量不大于0.20%，強(qiáng)度的提高主要依靠添加少量幾種合金元素來(lái)達(dá)到，合金元素的總量低于5，故稱為低合金高強(qiáng)度鋼。,其中Q345、Q390和Q420均按化學(xué)成分和沖擊韌性各劃分為A、B、C、D、E共5個(gè)質(zhì)量等級(jí)，字母順序越靠后的鋼材質(zhì)量越高。 這三種牌號(hào)的鋼材均有較高的強(qiáng)度和較好的塑性、韌性、焊接性能，被規(guī)范選為承重結(jié)構(gòu)用鋼。這三種低合金高強(qiáng)度鋼的牌號(hào)命名與碳素結(jié)構(gòu)鋼的類似，只是前者的A、B級(jí)為鎮(zhèn)靜鋼，C、D、E級(jí)為特種鎮(zhèn)靜鋼，故可不加脫氧方法的符號(hào)。,（3）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（quality carbon structure steel）與碳素結(jié)構(gòu)鋼的主要區(qū)別在于鋼中含雜質(zhì)元素較少，磷、硫等有害元素的含量均不大于0.035，其它缺陷的限制也較嚴(yán)格，具有較好的綜合性能。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件GB/T699生產(chǎn)的鋼材共有兩大類，一類為普通含錳量的鋼，另一類為較高含錳量的鋼。,兩類的鋼號(hào)均用兩位數(shù)字表示，它表示鋼中的平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)，前者數(shù)字后不加Mn，后者數(shù)字后加Mn，如45號(hào)鋼，表示平均含碳量為0.45的優(yōu)質(zhì)碳素鋼；45Mn號(hào)鋼，則表示同樣含碳量、但錳的含量也較高的優(yōu)質(zhì)碳素鋼?？砂床粺崽幚砗蜔崽幚恚ㄕ?、淬火、回火）狀態(tài)交貨，用做壓力加工用鋼（熱壓力加工、頂鍛及冷拔坯料）和切削加工用鋼。由于價(jià)格較高，鋼結(jié)構(gòu)中使用較少，僅用經(jīng)熱處理的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼冷拔高強(qiáng)鋼絲或制作高強(qiáng)螺栓、自攻螺釘?shù)取?牌號(hào)由三部分表示：含碳量、合金元素的種類及含量。前兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)；其后的元素符合表示按主次加入的合金元素；合金元素后面如未附數(shù)字，表示其平均含量在1.5%以下；如附有數(shù)字“2”,表示其平均含量在1.5%2.5%之間最后如附有“b”，表示為半鎮(zhèn)靜鋼，否則為鎮(zhèn)靜鋼。 例如：16Mn表示平均含碳量為0.16%，平均含Mn量低于1.5%的鎮(zhèn)靜鋼。,（4）其它建筑用鋼 在某些情況下，要采用一些有別于上述牌號(hào)的鋼材時(shí)，其材質(zhì)應(yīng)符合國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。例如，當(dāng)焊接承重結(jié)構(gòu)為防止鋼材的層狀撕裂而采用Z向鋼時(shí)，應(yīng)符合厚度方向性能鋼板GB/T5313的規(guī)定；處于外露環(huán)境對(duì)耐腐蝕有特殊要求或在腐蝕性氣、固態(tài)介質(zhì)作用下的承重結(jié)構(gòu)采用耐候鋼時(shí)，應(yīng)滿足焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼GB/T4172的規(guī)定；當(dāng)在鋼結(jié)構(gòu)中采用鑄鋼件時(shí)，應(yīng)滿足一般工程用鑄造碳鋼件GB/T11352的規(guī)定等。,2、鋼材規(guī)格 鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材主要為熱軋成型的鋼板和型鋼，以及冷加工成型的冷軋薄鋼板和冷彎薄壁型鋼等。 （1）鋼板 鋼板有厚鋼板、薄鋼板、扁鋼（或帶鋼）之分。厚鋼板常用做大型梁、柱等實(shí)腹式構(gòu)件的翼緣和腹板，以及節(jié)點(diǎn)板等；薄鋼板主要用來(lái)制造冷彎薄壁型鋼；扁鋼可用做焊接組合梁、柱的翼緣板、各種連接板、加勁肋等，鋼板截面的表示方法為在符號(hào)“”后加“寬度厚度”，如20020等。,（2）熱軋型鋼 常用的有角鋼、工字鋼、槽鋼等，見(jiàn)圖2.16af。 角鋼分為等邊（也叫等肢）的和不等邊（也叫不等肢）的兩種，主要用來(lái)制作桁架等格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的桿件和支撐等連接桿件。角鋼型號(hào)的表示方法為在符號(hào)“L”后加“長(zhǎng)邊寬短邊寬厚度”（對(duì)不等邊角鋼，如L125808），或加“邊長(zhǎng)厚度”（對(duì)等邊角鋼，如L1258）。目前我國(guó)生產(chǎn)的角鋼最大邊長(zhǎng)為200mm，角鋼的供應(yīng)長(zhǎng)度一般為419m。,(a)角鋼； (b)工字鋼；(c)槽鋼；(d)H型鋼；(e)T字鋼； (f)鋼管；(g)冷彎薄壁型鋼；(h)壓型鋼板 圖2.16 熱軋型鋼及冷彎薄壁型鋼,工字鋼有普通工字鋼、輕型工字鋼和H型鋼三種。普通工字鋼和輕型工字鋼的兩個(gè)主軸方向的慣性矩相差較大，不宜單獨(dú)用作受壓構(gòu)件，而宜用作腹板平面內(nèi)受彎的構(gòu)件，或由工字鋼和其它型鋼組成的組合構(gòu)件或格構(gòu)式構(gòu)件。寬翼緣H型鋼平面內(nèi)外的回轉(zhuǎn)半徑較接近，可單獨(dú)用作受壓構(gòu)件。 普通工字鋼的型號(hào)用符號(hào)“I”后加截面高度的厘米數(shù)來(lái)表示，20號(hào)以上的工字鋼，又按腹板的厚度不同，分為a、b或a、b、c等類別，例如I20a表示高度為200mm，腹板厚度為a類的工字鋼。輕型工字鋼的翼緣要比普通工字鋼的翼緣寬而薄，回轉(zhuǎn)半徑較大。,H型鋼與普通工字鋼相比，其翼緣板的內(nèi)外表面平行，便于與其它構(gòu)件連接。H型鋼的基本類型可分為寬翼緣（HW）、中翼緣（HM）及窄翼緣（HN）三類。還可剖分成T型鋼供應(yīng)，代號(hào)分別為TW、TM、TN。H型鋼和相應(yīng)的T型鋼的型號(hào)分別為代號(hào)后加“高度H寬度B腹板厚度t1翼緣厚度t2”，例如HW4004001321和TW2004001321等。寬翼緣和中翼緣H型鋼可用于鋼柱等受壓構(gòu)件，窄翼緣H型鋼則適用于鋼梁等受彎構(gòu)件。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的最大型號(hào)H型鋼為HN7003001324。,槽鋼有普通槽鋼和輕型槽鋼二種。適于作檁條等雙向受彎的構(gòu)件，也可用其組成組合或格構(gòu)式構(gòu)件。槽鋼的型號(hào)與工字鋼相似，例如32a指截面高度320mm，腹板較薄的槽鋼。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的最大型號(hào)為40c。供貨長(zhǎng)度為519m。 鋼管有無(wú)縫鋼管和焊接鋼管兩種。由于回轉(zhuǎn)半徑較大，常用作桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼等平面和空間格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的桿件；在鋼管混凝土柱中也有廣泛的應(yīng)用。型號(hào)可用代號(hào)“D”后加“外徑d壁厚t”表示，如D1808等。國(guó)產(chǎn)熱軋無(wú)縫鋼管的最大外徑可達(dá)630mm。供貨長(zhǎng)度為312m。焊接鋼管的外徑可以做的更大，一般由施工單位卷制。,（3）冷彎薄壁型鋼 采用1.56mm厚的鋼板經(jīng)冷彎和輥壓成型的型材（見(jiàn)圖2.16g），和采用0.41.6mm的薄鋼板經(jīng)輥壓成型的壓型鋼板（見(jiàn)圖2.16h），其截面形式和尺寸均可按受力特點(diǎn)合理設(shè)計(jì)，能充分利用鋼材的強(qiáng)度、節(jié)約鋼材，在國(guó)內(nèi)外輕鋼建筑結(jié)構(gòu)中被廣泛地應(yīng)用。近年來(lái)，冷彎高頻焊接圓管和方、矩形管的生產(chǎn)和應(yīng)用在國(guó)內(nèi)有了很大的進(jìn)展，冷彎型鋼的壁厚已達(dá)12.5mm（部分生產(chǎn)廠的可達(dá)22mm，國(guó)外為25.4mm）。,3、鋼材的選擇 （1）鋼材選用原則和建議 鋼材的選用既要確保結(jié)構(gòu)物的安全可靠，又要經(jīng)濟(jì)合理，必須慎重對(duì)待。為了保證承重結(jié)構(gòu)的承載能力，防止在一定條件下出現(xiàn)脆性破壞，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、連接方法、工作環(huán)境、應(yīng)力狀態(tài)和鋼材厚度等因素綜合考慮，選用合適牌號(hào)和質(zhì)量等級(jí)的鋼材。,（2）國(guó)內(nèi)外鋼材的互換問(wèn)題 隨著經(jīng)濟(jì)全球化時(shí)代的到來(lái)，不少國(guó)外鋼材進(jìn)入了中國(guó)的建筑領(lǐng)域。由于各國(guó)的鋼材標(biāo)準(zhǔn)不同，在使用國(guó)外鋼材時(shí)，必須全面了解不同牌號(hào)鋼材的質(zhì)量保證項(xiàng)目，包括化學(xué)成分和機(jī)械性能，檢查廠家提供的質(zhì)保書，并應(yīng)進(jìn)行抽樣復(fù)驗(yàn)，其復(fù)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求，方可與我國(guó)相應(yīng)的鋼材進(jìn)行代換。,七、鋼材的材質(zhì)檢驗(yàn)及驗(yàn)收 1、一般要求 鋼結(jié)構(gòu)工程采用的鋼材，都應(yīng)具有質(zhì)量證明書，當(dāng)對(duì)鋼材的質(zhì)量有疑義時(shí)，可按國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)。鋼材通用的檢驗(yàn)項(xiàng)目、取樣數(shù)量和試驗(yàn)方法參見(jiàn)表2.8。鋼材應(yīng)成批進(jìn)行驗(yàn)收，每批由同一牌號(hào)、同一尺寸、同一交貨狀態(tài)組成，重量不得大于60t。有A級(jí)鋼或B級(jí)鋼允許同一牌號(hào)、同一質(zhì)量等級(jí)、同一冶煉和澆筑方法、不同爐罐號(hào)組成目合批，但每批不得多于6個(gè)爐罐號(hào)，且每爐罐號(hào)含碳量之差不得大于0.02%.含錳量之差不得大于0.15%。,符合下列情況的，鋼結(jié)構(gòu)工程用的鋼材須同時(shí)具備材質(zhì)質(zhì)量保證書和試驗(yàn)報(bào)告：國(guó)外進(jìn)口的鋼材；鋼材不同批次混淆；鋼材質(zhì)量保證書的項(xiàng)目少于設(shè)計(jì)要求(應(yīng)提供缺少項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)報(bào)告單)；設(shè)計(jì)有特殊要求的鋼結(jié)構(gòu)用鋼材。,表2.8鋼材通用檢驗(yàn)項(xiàng)目規(guī)定,2、鋼材性能復(fù)驗(yàn) （1）化學(xué)成分分析 常見(jiàn)項(xiàng)目，對(duì)鋼廠生產(chǎn)能力有懷疑，鋼材表面銘牌標(biāo)記不清，鋼號(hào)不明時(shí)一般都要取樣做化學(xué)成分分析。 按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，復(fù)驗(yàn)屬于成品分析，試樣必須在鋼材具有代表性的部位采取?；瘜W(xué)分析用試樣樣屑，可以鉆取、刨取或用其他工具機(jī)制取。采樣時(shí)嚴(yán)禁接觸油類，防止油類中的碳使復(fù)試結(jié)果發(fā)生偏差；為防止浮銹物和表面脫碳等影響試驗(yàn)結(jié)果，必須去除鋼材表面銹蝕或氧化鐵皮并有足夠的深度。,（2）鋼材性能試驗(yàn) 鋼材性能復(fù)試項(xiàng)目中主要是力學(xué)性能和工藝性能酌復(fù)試。由于鋼材軋制方向等方面原因，鋼材各個(gè)都位的性能不盡相同，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定截取試樣才能正確反映鋼材的性能。 1)試樣切取位置 a)板材試樣。對(duì)鋼板和寬度大于或等于400mm的扁鋼，應(yīng)在距離一邊約1/4板寬位置切取，見(jiàn)圖2.17。 b)型材試樣。球扁鋼、T型鋼、角鋼、槽鋼、工字鋼切取部位見(jiàn)圖2.17。,圖2.17 各種型材試樣切取位置,c)管材試樣。對(duì)于外徑小于30mm的鋼管，應(yīng)取整個(gè)管段作試樣；當(dāng)外徑大于30mm時(shí)，應(yīng)剖管取縱向或橫向試樣；對(duì)大口徑鋼管，其壁厚小于8mm時(shí)，應(yīng)取條狀試樣；當(dāng)壁厚大于8mm時(shí)，也可加工成圓形比例試樣，見(jiàn)圖2.18。,圖2.18管材試樣試樣切取位置,2)試樣切取方法 a)拉伸試樣。板材試樣主軸線與最終軋制方向垂直；型鋼試樣主軸線與最終軋制方向平行。 b)沖擊試樣?？v向沖擊試樣主軸絨與最終軋制方向平行；橫向沖擊試樣主軸線與最終軋制方向垂直。,3)試驗(yàn)方法 a)鋼材拉伸試驗(yàn)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)金屬拉伸試樣方法(GB 228-87)的規(guī)定。 b)鋼材沖擊試驗(yàn)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)金屬夏比(V形缺口)沖擊試驗(yàn)方法(GB/T229-94)的規(guī)定。 c)鋼材彎曲試驗(yàn)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)金屬?gòu)澢囼?yàn)方法(GB232-88)的規(guī)定。,3、試驗(yàn)取樣數(shù)量 常用鋼材化學(xué)成分分析和鋼材性能試驗(yàn)取樣數(shù)量見(jiàn)表2.9。,表2.9鋼材化學(xué)成分分析和鋼材性能試驗(yàn)取樣數(shù)量,4、鋼材的驗(yàn)收 鋼材驗(yàn)收應(yīng)達(dá)到以下要求： (1) 鋼材的品種和數(shù)量是否與訂貨單一致。 (2)鋼材的質(zhì)量保證書是否與鋼材上打印的記號(hào)相符。 (3)核對(duì)鋼材的規(guī)格尺寸，測(cè)量鋼材尺寸是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，尤其是鋼板厚度的偏差。 (4)鋼材表面質(zhì)量檢驗(yàn)，表面不允許有結(jié)疤、裂紋、折疊和分層等缺陷，鋼材表面的銹蝕深度不得超過(guò)其厚度負(fù)偏差值的一半，有以上問(wèn)題的鋼材應(yīng)另行堆放，以便研究處理。,