⑴ 鋼結構工程對鋼材的要求主要有哪些方面
鋼結構工程所使用的鋼材在各種作用下所表現出來的靜、動力特性,如彈性、塑性、強度、韌性、疲勞等力學性能,是結構設計時參考的主要依據。所以鋼結構工程搭建材料要求有多方面,如:
1.有較高的強度
要求鋼材的抗拉強度和屈服點比較高。屈服點高可以減小構件的截面,從而減輕重量,節約鋼材,降低造價。抗拉強度高,可以增加結構的安全性。
2.塑性好
塑性性能好,能使結構前破壞前有較明顯的變形,以免結構發生脆性破壞。塑性好可以調整局部高峰應力,使應力得到重分布,並提高構件的延性,從而提高結構的抗震能力。
3.沖擊韌性好
沖擊韌性好可提高結構抗動力荷載的能力,避免發生裂紋和脆性斷裂。
4.冷加上性能好
鋼材經常在常溫下進行加工,冷加工性能好可保證鋼材加工過程中不發生裂紋或脆斷,不因加工對強度、塑性及韌性帶來較大的影響。
上述1-4條為對鋼材力學性能(機械性能)的要求。
5.可焊性好:
鋼材的可焊性好,是指在一定的工藝和構造條件下,鋼材經過焊接後能夠獲得良好的性能。可焊性是衡量鋼材的熱加工性能。可焊性可分為施工上的可焊性和使用上的可焊性。施工上的可焊性是指在焊縫金屬及近縫區產生裂紋的敏感性,近縫區鋼材硬化的敏感性。可焊性好是指在一定的焊接工藝條件下,焊縫金屬和近縫區鋼材不產生裂紋。使用性能上的可焊性是指焊縫和焊接熱影響區的力學性能不低於母材的力學性能。
6.耐久性好
耐久性是指鋼結構的使用壽命。影響鋼材使用壽命主要是鋼材的耐腐蝕性較差,其次是在長期荷載、反復荷載和動力荷載作用下鋼材力學性能的惡化。
⑵ 鋼結構的材料要求
鋼結構在使用過程中會受到各種形式的作用(荷載、基礎不均勻沉降、溫度等),所以要求鋼材應具有良好的機械性能(強度、塑性、韌性)和加工性能(冷熱加工和焊接性能),以保證結構安全可靠。鋼材的種類很多,符合鋼結構要求的只是少數幾種,如碳素鋼中的Q235,低合金鋼中的l6Mn,用於高強螺栓的20錳釩鋼(20MnV)等。
性能指標
1、強度
鋼材的強度指標由彈性極限σe,屈服極限σy,和抗拉極限σu,設計時以鋼材的屈服強度為基礎,屈服強度高可以減輕結構的自重,節省鋼材,降低造價。抗拉強度σu即是鋼材破壞前所能承受的最大應力,此時的結構因塑性變形很大而失去使用性能,但結構變形大而不垮,滿足結構抵抗罕遇地震時的要求。『σu/σy值的大小,可以看作鋼材強度儲備的參數。
2、塑性
鋼材的塑性一般指應力超過屈服點後,具有顯著的塑性變形而不斷裂的性質。衡量鋼材塑性變形能力的主要指標是伸長率δ和斷面收縮率ψ。
3、冷彎性能
鋼材的冷彎性能是衡量鋼材在常溫下彎曲加工產生塑性變形時對產生裂紋的抵抗能力。鋼材的冷彎性能是用冷彎實驗來檢驗鋼材承受規定彎曲程度的彎曲變形性能。
4、沖擊韌性
鋼材的沖擊韌性是指鋼材在沖擊荷載作用下,斷裂過程中吸收機械動能的一種能力,是衡量鋼材抵抗沖擊荷裁作用,可能因低溫、應力集中,而導致脆性斷裂的一項機械性能。一般通過標准試件的沖擊試驗來獲得鋼材的沖擊韌性指標。
5、焊接性能
鋼材的焊接性能是指在—定的焊接工藝條件下,獲得性能良好的焊接接頭。焊接性能可分為焊接過程中的焊接性能和使用性能上的焊接性能兩種。焊接過程中的焊接性能是指焊接過程中焊縫及焊縫附近金屬不產生熱裂紋或冷卻不產生冷卻收縮裂紋的敏感性。 焊接性能好,是指在一定焊接工藝條件下,焊縫金屬和附近母材均不產生裂紋。使用性能上的焊接性能是指焊縫處的沖擊韌性和熱影響區內延性性能,要求焊縫及熱影響區內鋼材的力學性能不低於母材的力學性能。我國採用焊接過程的焊接性能試驗方法,也採用使用性使用性質上的焊接性能試驗方法。
6、耐久性
影響鋼材耐久性的因素很多。首先是鋼材的耐腐蝕性差,必須採取防護措施,防止鋼材腐蝕生銹。防護措施有:定期對鋼材油漆維護,採用鍍鋅鋼材,在有酸,鹼,鹽等強腐蝕介質條件下,採用特殊防護措施,如海洋平台結構採用「陽極保護」措施防止導管架腐蝕,在導管架上固定上鋅錠,海水電解質會自動先腐蝕鋅錠,從而達到保護鋼導管架的功能。其次由於鋼材在高溫和長期荷載作用下,其破壞強度比短期強度降低較多,故對長期高溫作用下的鋼材,要測定持久強度。鋼材隨時間推移會自動變硬、變脆、即「時效」現象。對低溫荷載作用下的鋼材要檢驗其沖擊韌性。