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(完整)《钢结构设计原理》陈绍蕃讲义
(完整)《钢结构设计原理》陈绍蕃讲义
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(完整)《钢结构设计原理》陈绍蕃讲义
钢结构设计原理
第一章 钢结构的基本性能
建筑工程中,钢结构所用的钢材都是塑性比较好的材料,在拉力作用下,应力-应变曲线在
超过弹性后有明显的屈服点和一段屈服平台,然后进入强化阶段.传统的钢结构设计,以屈服点
作为钢材强度的极限,并把局部屈服作为承载能力的准则。目前利用塑性的设计方法已经提上
了日程。
钢材和其他建筑结构材料相比,强度要高得多。在同样的荷载条件下,钢结构构件截面小,
截面组成部分的厚度也小。因此,稳定问题在钢结构设计中是一个突出的问题。
建筑结构钢材有较好的韧性。因此,钢结构是承受动荷载的重要结构。钢材的韧性也不是
一成不变的。材质、板厚、受力状态、温度等都会对它产生影响。
【钢材的生产及其对材性的影响】
建筑结构所用的钢材包括两大类:一类是热轧型钢和钢板;另一类是冷成型(冷弯、冷冲、
冷轧)的薄壁型钢和压型钢板。
一、钢的熔炼
冶炼按需要生产的钢号进行,它决定钢材的主要化学成分。炼钢的原料为 99%钢水+废钢+
合金元素。平炉炼钢的质量优于转炉炼钢的质量。目前,我国采用转炉炼钢 ,转炉钢具有投资
少、建厂快、生产效率高、原料适应性强等优点.
二、钢的脱氧
脱氧的手段是在钢液中加入和氧的亲和力比铁高的锰、硅和铝.脱氧的程度对钢材的质量
颇有影响。
锰是弱脱氧剂.硅是较强的脱氧剂。铝是强脱氧剂.
钢液中含有较多的FeO,浇注时FeO和碳相互作用,形成CO气体逸出,引起钢液的剧烈沸
腾,这种钢称之为沸腾钢。它夹杂较多 FeO,冷却后有许多气泡。硅在还原氧化铁的过程中放
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(完整)《钢结构设计原理》陈绍蕃讲义
出热量,使钢液冷却缓慢,气体大多可以逸出,所得钢锭称之为镇静钢.冷却后因体积收缩而
在上部形成较大缩孔,缩孔的孔壁有些氧化,在辊轧时不能焊合,必须先把钢锭头部切去。切头
后实得钢材仅为钢锭的80%~85%。对冲击韧性(尤其是低温冲击韧性)要求高的重要结构,
如寒冷地区的露天结构,钢材宜用硅脱氧后再用铝补充脱氧的特殊镇静钢 .这种钢比一般镇静
钢具有更高的室温冲击韧性和更低的冷脆倾向性和时效倾向性。
镇静钢的质量好于沸腾钢。镇静钢成本高。镇静钢偏析小.镇静钢的性能优于沸腾钢,主
要表现在容易保证必要的冲击韧性,包括低温冲击和时效冲击,冲击韧性好可以承受动荷载和
处于低温的结构。
GB50017—2003规范规定沸腾钢不能用于下列焊接结构:需要验算疲劳者;处于-30℃和更
低温度者;工作温度低于-20℃并直接承受动力荷载(但不需验算疲劳)者。鉴定镇静钢和沸腾
钢,可以通过硅的含量来进行。
GB700-88规定,Q235钢分为A、B、C、D四级。前两级可以是沸腾钢、半镇静钢或镇静钢,
C级必须是镇静钢。
三、钢的轧制
辊轧是型钢和钢板成型的工序,是二次熔炼的过程,可以改善钢材的性能。辊轧分热轧和
冷轧,以前者为主。冷轧只用于生产小号型钢和薄板.
经过热轧后,钢材组织密实,力学性能得到改善。这种改善主要表现在沿轧制方向上 ,从
而使钢材在一定程度上不再是各向同性体。经过轧制之后,钢材内部的非金属夹杂物被压成薄
片,出现分层现象.分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化,并且有可能在焊缝收缩时出
现层间撕裂。焊缝收缩诱发的局部应变是屈服点应变的数倍。
型钢和扁钢总是沿辊轧方向受力,不存在
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