钢结构钢材的性能

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1.6钢材的性能建筑与土木工程 416014610061 张雷

我国 钢结 构主要采用碳素结 构钢 和低 合金 高强度 结构 钢两个种类 钢材 。 碳素结结构钢 常用的钢号 Q 235A, B, C, 和D, 其屈服 强度的 标准为 f v = 235 N mm 2 , 其机械 性能应符合国家标准 GB 700 - 88,大致与美国的屈服强 度为 248 N mm 2 (钢号为 A36)的相当，有的和日本的 屈服 强度为 235 N mm 2 (钢号为 SN 400)的相当。上述钢材拉伸 图的应力 - 应变曲线可以划分为四 个阶段：弹性阶段、弹 塑性阶段、塑性阶段和 强化阶段。它们与钢结 构的稳定 性能直接相关。如下图 所示：

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在弹性阶段，应力和应 变成比例变化。在弹塑 性阶段， 应力与应变呈非线性关 系，直至钢材屈服。在 弹塑性 dδ 阶段，这时曲线上任一 点的变形模量为切线模 量Et = dε 可根据钢材拉伸试验给 出的应力 - 应变曲线确定。也可 参考Ylinen,A建议的切线模量计算公 式(1.48a)或Blcich ,F建议的近似式(1.48b)确定： Et = (δ y δ ) E (δ y αδ ) .......... .................... (1.48a ) Et = δ (δ y δ ) E δ p (δ y δ p ) .......... ...............(1.48b) 式中α是根据不同建筑材料试 验资料概括的系数。

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为了进行弹塑性稳定的理论分析，根据钢材应力 - 应变 曲线的特点，结合钢结构构件的试验研究结果，可将应 力 - 应变关系简化为如图1.21 b,c,d)所示的三种模式 ( 。第一种模式，认为钢材是连续屈服的其应力达到屈服 强度后，会出现滑移面，变形模量Et = 0.03E。第二种模 式，建立在钢材非连续屈服理论基础上的，应力一部分 滑移一部分保留 11E ......................................(1.49) Et = 11 + 49(ε ε y 1)

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第三种模式，如图 1.21d所示，是由两条直线组 成的应力 - 应变关系，把刚才看作 是理想的弹塑性体，当 ε < ε y时 ，刚才的切变模量 G = E [2(1 + ν )], 在强化阶段， Gst 可按下 式确定： 2G Gst = .......... .......... .......... .....(1.50 ) 1 + E [4 Est (1 + ν )] 但是冷加工的钢材则有 所不同，由于被冷加工 的部分经受 了塑性变形，材料经历 了冷加工硬化，屈服强 度和抗拉强 度有所提高，而延伸率 则有所降低。 取弹性模量 E,当 ε ≥ ε y时取切线模量 E t = 0。在弹性阶段

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棱角部分屈服强度的标 准值 f yc 与平板冷加工时塑性变 形 的发展有关，根据 K arren , K .W .的研究成果，可用以下 经验公式确定，并已列 入了 AISI 1996 设计规范： αf y .......... .......... .......... .......... .......... .......... ...(1 .51) f yc = β (r t ) 式中 α 和 β 与平板的抗拉强度和屈 服强度标注值有关的 系数。

α = 3 .69 ( f u f y ) 0 .819 ( f u f y ) 1 .79 .......... .........( 1 .52 )2

β = 0192 ( f u f y ) 0

.068 ........... .......... .......... .......... ..(1 .53 )

如果钢材的强屈比小于 1 .2或棱角处的直径厚度比 大于 7 和弯折角大于 120 0 式(1 .51)不在适用。

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以 A 表示型钢的截面积， Ac 表示棱角处圆角所占的 总面积 ，全截面考虑冷弯效应 后屈服强度的平均值为 Ac Ac f ya = f yc + 1 f y .......... .......... .......... ........( 1 .54 ) A A 黑龙江研究所利用材料 的塑性变形理论得出平 板圆角冷 弯后截面屈服强度的平 均值，对于不带卷边的 ∏ 形截面 fu t f ya = 1 + 2 n × f y .......... .......... .......... .......... ....(1 .55 ) fy l 对于方管截面和带卷边 的截面 5 nt ( f u f y ).......... .......... .......... .......... ...(1.56 ) f ya = f y + l t为板厚， l为截面中线的总长度； n 为截面的棱角数。

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加拿大标注CAN 3S136M 94采用了这种计算方法。 5nt ( fu f y )..................................(1.57) f ya = f y + l

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1.7 钢构件截面残余应力的分布残余应力产生的原因：焊接、热轧、冷轧、切割 等 残余应力的存在将影响构件的稳定承载力，不可 忽视

18号普通工字钢 号普通工字钢

焊接H型钢 焊接 型钢

轻型热轧H型钢 轻型热轧 型钢

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具有火焰切割边的 焊接H型钢 焊接 型钢

厚板焊接H型钢 厚板焊接 型钢

焊接箱形截面