第十四章 钢结构基本知识
拉丝模
钢结构的定义：主要受力构件采用型钢、钢板加工制造而成的结构称为钢结构。
钢结构的优缺点：
缺点：⑴ 钢材容易被腐蚀；⑵耐火性差；⑶ 成本较高。 钢结构的应用：钢结构一般适用于工业建筑及高层建筑结构中。
§14-1 钢结构材料
1、钢材单向均匀受拉时的力学性能
钢材在均匀受拉时的工作性能用单向均匀静力拉伸试验的荷载—变形曲线或应力-应变曲线来表示。
2蓄电池恒温箱、钢结构对材料性能的要求
钢结构对材料性能的要求是多方面的，使用时必须全面的衡量，慎重地选择合适的材料。
钢材材性主要有：强度；塑性；韧性；可焊性；冷弯性能；耐久性；Z向伸缩率 （1）钢材的强度
强度体现了材料的承载能力，主要指标有屈服点fy 和抗拉强度fu ，通过静力拉伸试验得到。
屈服点 为设计时钢材可达到的最大应力。
抗拉强度 fu是钢材破坏前能够承受的最大应力。钢材达到 fu 时，已产生很大塑性变形而失去使用性能，但fu 高则可以增加结构的安全保障，故fu/fy 的值可看作钢材强度储备系数。
（2）钢材的塑性
钢材的塑性为当应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。塑性好坏可用伸长率d 和断面收缩率y表示。通过静力拉伸试验得到。
伸长率d 根据试件原标距长度 l0与试件中间部分的直径d0 的比值为10或5而分为d10或d5，为试件拉断时原标距间长度伸长值与原标距比值的百分率。
断面收缩率是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率。
结构或构件在受力时（尤其承受动力荷载时）材料塑性好坏往往决定了结构是否安全可靠，因此钢材塑性指标比强度指标更为重要。
（3）钢材的韧性
钢材的韧性是钢材在塑性变形和断裂的过程中吸收能量的能力，也是表示钢材抵抗冲击荷载的能力，它是强度与塑性的综合表现。
钢材韧性通过冲击试验，测定冲击功来表示。
钢结构设计规范对钢材的冲击韧性ak有常温和负温要求的规定。选用钢材时，根据结构的使用情况和要求提出相应温度的冲击韧性指标要求。
（4）钢材的可焊性
钢材的可焊性是指在一定工艺和结构条件下，钢材经过焊接能够获得良好的焊接接头的性能。
可焊性分为施工上的可焊性和使用性能上的可焊性。 挂壁式太阳能热水器
施工上的可焊性指对产生裂纹的敏感性，使用性能上的可焊性是指焊接构件在焊接后的力学性能是否低于母材。
（5）钢材的冷弯性能
冷弯性能是指钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。冷弯性能用试验方法来检验钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形性能，检查试件弯曲部分的外面、里面和侧面是否有裂纹、裂断和分层。
（6）钢材的耐久性
耐久性需要考虑的有：耐腐蚀性、“时效”现象、疲劳现象等。
时效：随着时间的增长，钢材的力学性能有所改变。
疲劳：多次反复荷载作用下，低于屈服点fy 发生的破坏。
（7）钢材的Z向伸缩率
钢材的Z向伸缩率是指钢材沿厚度方向的收缩率。
当钢材较厚时，或承受沿厚度方向的拉力时，要求钢材具有板厚方向的收缩率要求，以防厚度方向的分层、撕裂。
二、各种因素对钢材主要性能的影响
影响钢材力学性能的因素有：化学成分；冶金和轧制过程；时效；冷作硬化；温度；应力集中和残余应力；复杂应力状态
1测井电缆、化学成分的影响
钢的基本元素为铁（Fe），普通碳素钢中占99%，此外还有碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）等杂质元素，及硫（S）、磷（P）、氧（23O）、氮（N）等有害元素，这些总含量约1%，但对钢材力学性能却有很大影响。
（1）碳含量对钢材性能的影响：除铁以外最主要的元素。碳含量增加，使钢材强度提高，塑性、韧性，特别是低温冲击韧性下降，同时耐腐蚀性、疲劳强度和冷弯性能也显著下降，恶化钢材可焊性，增加低温脆断的危险性。一般建筑用钢要求含碳量在0.22%以下，焊接结构中应限制在0.20%以下。
（2）硅、锰：作为脱氧剂加入普通碳素钢。适量硅、锰可提高钢材的强度，而对塑性、冲击韧性、冷弯性能及可焊性无显著的不良影响。但其含量过高，会降低钢材塑性、冲击韧性、抗锈性和可焊性。
（3）硫、磷：有害元素。引起钢材热脆，降低钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度和抗锈性等，含量需严格控制。
（4）氧：有害元素，引起热脆。
（5）氮：能使钢材强化，但显著降低钢材塑性、韧性、可焊性和冷弯性能，增加时效倾向和冷脆性。一般要求含量小于0.008%。
为改善钢材力学性能，可适量增加锰、硅含量，还可掺入一定数量的铬、镍、铜、钒、钛
、铌等合金元素，炼成合金钢。钢结构常用合金钢中合金元素含量较少，称为普通低合金钢。
2、冶金和轧制过程的影响
（1）按炉种分：
结构用钢我国主要有三种冶炼方法：碱性平炉炼钢法、顶吹氧气转炉炼钢法、碱性侧吹转炉炼钢法。
平炉钢和顶吹转炉钢的力学性能指标较接近，而碱性侧吹转炉钢的冲击韧性、可焊性、时效性、冷脆性、抗锈性能等都较差，故这种炼钢法已逐步淘汰。
（2）按脱氧程度分：
沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。
沸腾钢脱氧程度低，氧、氮和一氧化碳气体从钢液中逸出，形成钢液的沸腾。沸腾钢的时效、韧性、可焊性较差，容易发生时效和变脆，但产量较高、成本较低；半镇静钢脱氧程
度较高些，上述性能都略好；而镇静钢的脱氧程度最高，性能最好，但产量较低，成本较高。
3、时效和冷作硬化的影响
（1）时效的影响
随着时间的增长，纯铁体中残留的碳、氧固溶物质逐步析出，形成自由的碳化物或氧化物微粒，约束纯铁体的塑性变形，此为时效。
时效将提高钢材的强度，降低塑性、韧性。时效的过程可从几天到几十年。
（2）冷作硬化的影响
钢结构在冷加工过程中引起的强度提高称为冷作硬化。
冷加工包括：剪、冲、辊、压、折、钻、刨、铲、撑、敲等。
4、温度的影响
一般情况下，温度升高，钢材力学性能变化不大。
太阳能电池片回收温度达250°C左右时，钢材抗拉强度提高，塑性、韧性下降，表面氧化膜呈蓝，即发生蓝脆现象。
温度超过300°C以后，屈服点和极限强度显著下降，达到600°C时强度几乎等于零。
温度从常温下降到一定值，钢材的冲击韧性突然急剧下降，试件断口属脆性破坏，这种现象称为冷脆现象。钢材由韧性状态向脆性状态转变的温度叫冷脆转变温度。
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