《鋼結(jié)構(gòu)建模與應(yīng)用》課件-第二講 鋼結(jié)構(gòu)材料

鋼

結(jié)

構(gòu)

材

料鋼結(jié)構(gòu)建模與應(yīng)用目錄鋼結(jié)構(gòu)用鋼材的分類結(jié)構(gòu)用鋼材的品種與規(guī)格鋼結(jié)構(gòu)用鋼材的分類內(nèi)容12.1鋼結(jié)構(gòu)用鋼材的分類2.1.1鋼材的分類按冶煉時(shí)脫氧程度分類按脫氧程度不同，鋼分為沸騰鋼(代號為F)、

半鎮(zhèn)靜鋼(代號為b)、

鎮(zhèn)靜鋼(代號為Z)和特殊鎮(zhèn)靜鋼(代號為TZ)。按化學(xué)成分分為(1)碳素鋼化學(xué)成分主要是鐵，其次是碳，故也稱碳鋼或鐵碳合金。碳素鋼按含碳量不同可分為：①低碳鋼：含碳量小于0.25%；②中碳鋼：含碳量為0.25%～0.60%;③高碳鋼：含碳量大于0.6%。(2)合金鋼按合金元素總含量不同，合金鋼可分為：①低合金鋼：合金元素總含量小于5%；②中合金鋼：合金元素總含量為5%～10%；③高合金鋼：合金元素總含量大于10%。2.1鋼結(jié)構(gòu)用鋼材的分類2.1.2建筑結(jié)構(gòu)用鋼的分類1.碳素結(jié)構(gòu)鋼(1)牌號及其表示方法《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T700規(guī)定，牌號由Q+數(shù)字(屈服點(diǎn)數(shù)值單位為N/mm2)+質(zhì)量等級符號(如A、B、C、D)+脫氧方法符號(如F、b)4個(gè)部分組成。其中以"Q"代表屈(Qu)服點(diǎn)；屈服點(diǎn)數(shù)

值(os)共分195N/mm2

、215N/mm2

、235N/mm2

、255N/mm2和275N/mm2等5種；質(zhì)量等級以硫、

磷等雜質(zhì)含量由多到少，分別用A、B、C、D符號表示；脫氧方法以F表示沸騰鋼、b表示半鎮(zhèn)靜鋼、Z表示鎮(zhèn)靜鋼和TZ

表示特殊鎮(zhèn)靜鋼；Z和

TZ

在鋼的牌號中予以省略(圖1)。建筑鋼結(jié)構(gòu)中使用的Q235鋼

，A、B兩級鋼的脫氧方法可以是Z、b、F；C級鋼的僅有Z,D級鋼的僅有TZ。圖1Q235鋼的表示法2.1鋼結(jié)構(gòu)用鋼材的分類(2)碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)性能與應(yīng)用不同牌號的碳素鋼在土木工程中有不同的應(yīng)用范圍：Q235是建筑工程中最常用的碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號，其既具有較高強(qiáng)度，又具有較好的塑性、韌性，同時(shí)還具有較好的可焊性。Q235良好的塑性可保證鋼結(jié)構(gòu)在超載、沖擊、焊接、溫度應(yīng)力等不利因素作用下的安全性，因而Q235能滿足一般鋼結(jié)構(gòu)用鋼的要求。Q235A—一般用于只承受靜荷載作用的鋼結(jié)構(gòu)；Q235B—適合用于承受動(dòng)荷載焊接的普通鋼結(jié)構(gòu)；Q235C—適合用于承受動(dòng)荷載焊接的重要鋼結(jié)構(gòu)；Q235D—適合用于低溫環(huán)境使用的承受動(dòng)荷載焊接的重要鋼結(jié)構(gòu)。2.1鋼結(jié)構(gòu)用鋼材的分類1.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼(1)牌號及其表示方法根據(jù)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591-2018,低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼分為Q295、Q355、Q390、Q420和Q460共5個(gè)牌號，其符號的含義和碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號的含義相同。每個(gè)牌號根據(jù)硫、磷等有

害雜質(zhì)的含量，分為A、B、C、D和E五個(gè)等級。Q355、Q390、Q420和Q460是《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50017-2017采用的鋼種。(2)技術(shù)性能與應(yīng)用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼主要用于軋制各種型鋼、鋼板、鋼管及鋼筋，廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，特別適用于各種重型結(jié)構(gòu)、高層結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)及橋梁工程等。(3)高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板一般為Q235GJ、(Q355GJ、Q235GJZ、Q355GJZ)-C(D、E),GJ為

高(Gao)層建(Jian)筑用鋼的拼音首字母。2.1鋼結(jié)構(gòu)用鋼材的分類2.1.3鋼結(jié)構(gòu)用鋼的選擇鋼結(jié)構(gòu)選材應(yīng)遵循技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則，綜合考慮結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、結(jié)構(gòu)形式、應(yīng)力狀態(tài)、連接方法、鋼材厚度、價(jià)格和工作環(huán)境等因素，選用合適的鋼材牌號和材性?！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保障，對焊接結(jié)構(gòu)還應(yīng)具有碳含量的合格保證。焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材還應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格保證。需驗(yàn)算疲勞的鋼材選擇見表1。結(jié)構(gòu)類別結(jié)構(gòu)工作溫度要求下列低溫沖擊韌性合格保證0℃-20℃-40℃要求驗(yàn)算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)或構(gòu)件-20℃<t≤0℃Q235C、Q355CQ390D、Q420Dt≤-20℃

Q235D、Q355DQ390E、Q420E要求驗(yàn)算疲勞的非焊接結(jié)構(gòu)或構(gòu)件t≤-20℃Q235C、Q355CQ390D、Q420D結(jié)構(gòu)用鋼材的品種與規(guī)格內(nèi)容22.2結(jié)構(gòu)用鋼材的品種與規(guī)格2.2.1鋼板和鋼帶建筑鋼結(jié)構(gòu)使用的鋼板(鋼帶)按軋制方法有冷軋板和熱軋板的區(qū)分(圖2)，鋼帶是指成卷交貨，寬度大于或等于600mm的寬鋼帶(寬度小于600mm的稱為窄鋼帶)見圖3。鋼板的供應(yīng)規(guī)格如下：厚鋼板：厚度4.5mm~60mm,寬度600mm~3000mm,長度4m~12m；薄鋼板：厚度0.35mm~4mm,寬度500mm~1500mm,長度0.5m~4m；扁

鋼：厚度4mm~60mm,寬度12mm~200mm,

長度3m~9m。圖2鋼板圖3鋼帶鋼板截面的表示方法是在符號“-”后加“厚度×寬度×長度(單位為mm)”的方法表示。示例：-12×800×2100的含義為厚度為12mm,寬度為800mm,長度為2100mm的鋼板。2.2結(jié)構(gòu)用鋼材的品種與規(guī)格2.2.2軋制H型鋼和焊接H型鋼H型鋼與工字鋼的區(qū)別：(1)翼緣寬，故有寬翼緣工字鋼的說法；(2)翼緣內(nèi)表面無斜度、上下表面平行；(3)H型鋼的截面幾何特性明顯優(yōu)越于傳統(tǒng)的工、槽、角鋼及它們的組合截面，使用有較好的經(jīng)濟(jì)效果。H型鋼的規(guī)格標(biāo)記：H與截面高度h值x寬度b值×腹板厚度t?

值×翼緣厚度t?

值表示(圖4)。寬翼緣H型鋼—HW；中翼緣H型鋼—HM；窄翼緣H型鋼—HN；薄壁H型鋼—HT圖4鋼板示例：H800×300×14×26意為截面高度為800mm,翼緣寬度為300mm的，腹板厚度14mm,翼緣厚度26mm的H型鋼。2.2結(jié)構(gòu)用鋼材的品種與規(guī)格2.2.3矩形管矩形管的分類：鋼管分無縫鋼管熱軋無縫方管、冷拔無縫方管、擠壓無縫方管和焊接方管。其中焊接方管又分為：(1)按工藝分——電弧焊方管、電阻焊方管(高頻、低頻)、氣焊方管、爐焊方管；(2)按焊縫分——直縫焊方管、螺旋焊方管。圖5鋼管2.2結(jié)構(gòu)用鋼材的品種與規(guī)格2.2.4角鋼角鋼是傳統(tǒng)的軋制型材，有等邊角鋼和不等邊角鋼兩大類。根據(jù)《熱軋型鋼》GB/T706-2016的規(guī)定，角鋼的型號以其肢長表示，角鋼的通常長度為4m~19m。

等邊角鋼其規(guī)格以邊寬×

邊厚的毫米數(shù)表示。目前生產(chǎn)的等邊角鋼，其肢寬為20mm~200mm。不等邊角鋼是兩邊互相垂直成角形且寬度不等的熱軋長條鋼材。其規(guī)格以L長邊寬×短邊寬×邊厚的毫米數(shù)表示(圖6)。圖6角鋼2.2結(jié)構(gòu)用鋼材的品種與規(guī)格2.2.5工字鋼工字鋼正如其名稱所示，是一種截面為工字形型材，上下翼緣是齊頭的(圖7)。工字鋼分普通工字鋼和輕型工字鋼兩種，我國生產(chǎn)的普通工字鋼規(guī)格有I10~63a;20或32號以上時(shí)同一型號中又分為a、b上或a、b、c規(guī)格，其中每級的腹板和相應(yīng)翼緣寬度遞增2mm。其中a類腹板最薄、翼緣最窄，b類腹板較厚、翼緣較寬，c類腹板最厚、翼緣最寬。圖7工字鋼2.2結(jié)構(gòu)用鋼材的品種與規(guī)格2.2.6槽鋼從[14開始，有a、b或a、b、c規(guī)格的區(qū)分，其不同之點(diǎn)在于腹板厚度和翼緣的寬度。槽鋼翼緣內(nèi)表面的斜度(1:10)比工字鋼要平緩，緊固連接螺栓比較容易。型號相同的輕型槽鋼比普通槽鋼的翼緣要寬且薄，腹板厚度亦小，截面特性更好一些。熱軋輕型槽鋼的表示方法如[25Q,表示外廓高度為25cm,Q是漢語拼音“輕”的拼音字首。(1)槽鋼型號前面可加符號“[",型號后邊右上角可加符號“#”,如[32c#。(2)在普通槽鋼中，[16~[22的槽鋼，如型號右邊沒有標(biāo)碼，可視為b型槽鋼。圖8槽鋼2.2結(jié)構(gòu)用鋼材的品種與規(guī)格2.2.7剖分T形鋼剖分T形鋼由對應(yīng)的H型鋼沿腹板中部對等剖分而成。部分T型鋼的規(guī)格標(biāo)記采用：T與截面高度h值x寬度b值×腹板厚度t?

值×翼緣厚度t?值

表

示(圖9)。剖分T形鋼分為三類，其代號如下：寬翼緣部分T型鋼—TW；中翼緣部分T型鋼—TM；窄翼緣部分T型鋼—TN。示例：TN225×200即表示截面高度為225mm,翼緣寬度為200mm的窄翼緣剖分T形鋼。圖9T鋼示意圖2.2結(jié)構(gòu)用鋼材的品種與規(guī)格2.2.8結(jié)構(gòu)用鋼管鋼管作為鋼鐵產(chǎn)品的重要組成部分，因其制造工藝及所用管坯形狀不同而分為無縫鋼管和焊接鋼管兩大類。結(jié)構(gòu)用無縫鋼管按《結(jié)構(gòu)用無縫鋼管》GB/T8162-2018規(guī)定，分熱軋和冷拔兩種，冷拔管只限于小管徑，熱軋無縫鋼管外徑從32mm~630mm,壁厚從2.5mm~75mm。規(guī)格以外徑×壁厚(mm)表示(圖10)。示例：φ102×5意為外徑為102mm,壁厚為5mm的鋼管。圖10鋼管y2.2結(jié)構(gòu)用鋼材的品種與規(guī)格2.2.9冷彎薄壁型鋼鋼結(jié)構(gòu)的冷彎薄壁型鋼由厚度1.5~6mm熱軋鋼板或鋼帶經(jīng)冷加工成型，同一截面各部分的厚度相同，截面各轉(zhuǎn)角處呈圓弧形。冷彎型鋼品種繁多，從截面形狀分，有開口的、半閉口和閉口的，主要產(chǎn)品有冷彎槽鋼、角鋼、Z型鋼、冷彎波形鋼板、方管、矩形管，電焊異型鋼管、卷簾門等(圖11)。冷彎薄壁型鋼的規(guī)格用字母“B"(薄(Bo)拼音的首字母)、形狀符號和“長邊寬(或高度)×短邊寬(或?qū)挾?×卷邊寬度×厚度”(長短邊寬相等時(shí)只注一個(gè)邊寬，卷邊寬度只用于卷邊型鋼)。圖11冷彎薄壁型鋼構(gòu)件2.2結(jié)構(gòu)用鋼材的品種