⑴ 钢结构工程对钢材的要求主要有哪些方面
钢结构工程所使用的钢材在各种作用下所表现出来的静、动力特性,如弹性、塑性、强度、韧性、疲劳等力学性能,是结构设计时参考的主要依据。所以钢结构工程搭建材料要求有多方面,如:
1.有较高的强度
要求钢材的抗拉强度和屈服点比较高。屈服点高可以减小构件的截面,从而减轻重量,节约钢材,降低造价。抗拉强度高,可以增加结构的安全性。
2.塑性好
塑性性能好,能使结构前破坏前有较明显的变形,以免结构发生脆性破坏。塑性好可以调整局部高峰应力,使应力得到重分布,并提高构件的延性,从而提高结构的抗震能力。
3.冲击韧性好
冲击韧性好可提高结构抗动力荷载的能力,避免发生裂纹和脆性断裂。
4.冷加上性能好
钢材经常在常温下进行加工,冷加工性能好可保证钢材加工过程中不发生裂纹或脆断,不因加工对强度、塑性及韧性带来较大的影响。
上述1-4条为对钢材力学性能(机械性能)的要求。
5.可焊性好:
钢材的可焊性好,是指在一定的工艺和构造条件下,钢材经过焊接后能够获得良好的性能。可焊性是衡量钢材的热加工性能。可焊性可分为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缝金属及近缝区产生裂纹的敏感性,近缝区钢材硬化的敏感性。可焊性好是指在一定的焊接工艺条件下,焊缝金属和近缝区钢材不产生裂纹。使用性能上的可焊性是指焊缝和焊接热影响区的力学性能不低于母材的力学性能。
6.耐久性好
耐久性是指钢结构的使用寿命。影响钢材使用寿命主要是钢材的耐腐蚀性较差,其次是在长期荷载、反复荷载和动力荷载作用下钢材力学性能的恶化。
⑵ 钢结构的材料要求
钢结构在使用过程中会受到各种形式的作用(荷载、基础不均匀沉降、温度等),所以要求钢材应具有良好的机械性能(强度、塑性、韧性)和加工性能(冷热加工和焊接性能),以保证结构安全可靠。钢材的种类很多,符合钢结构要求的只是少数几种,如碳素钢中的Q235,低合金钢中的l6Mn,用于高强螺栓的20锰钒钢(20MnV)等。
性能指标
1、强度
钢材的强度指标由弹性极限σe,屈服极限σy,和抗拉极限σu,设计时以钢材的屈服强度为基础,屈服强度高可以减轻结构的自重,节省钢材,降低造价。抗拉强度σu即是钢材破坏前所能承受的最大应力,此时的结构因塑性变形很大而失去使用性能,但结构变形大而不垮,满足结构抵抗罕遇地震时的要求。‘σu/σy值的大小,可以看作钢材强度储备的参数。
2、塑性
钢材的塑性一般指应力超过屈服点后,具有显著的塑性变形而不断裂的性质。衡量钢材塑性变形能力的主要指标是伸长率δ和断面收缩率ψ。
3、冷弯性能
钢材的冷弯性能是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时对产生裂纹的抵抗能力。钢材的冷弯性能是用冷弯实验来检验钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形性能。
4、冲击韧性
钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷载作用下,断裂过程中吸收机械动能的一种能力,是衡量钢材抵抗冲击荷裁作用,可能因低温、应力集中,而导致脆性断裂的一项机械性能。一般通过标准试件的冲击试验来获得钢材的冲击韧性指标。
5、焊接性能
钢材的焊接性能是指在—定的焊接工艺条件下,获得性能良好的焊接接头。焊接性能可分为焊接过程中的焊接性能和使用性能上的焊接性能两种。焊接过程中的焊接性能是指焊接过程中焊缝及焊缝附近金属不产生热裂纹或冷却不产生冷却收缩裂纹的敏感性。 焊接性能好,是指在一定焊接工艺条件下,焊缝金属和附近母材均不产生裂纹。使用性能上的焊接性能是指焊缝处的冲击韧性和热影响区内延性性能,要求焊缝及热影响区内钢材的力学性能不低于母材的力学性能。我国采用焊接过程的焊接性能试验方法,也采用使用性使用性质上的焊接性能试验方法。
6、耐久性
影响钢材耐久性的因素很多。首先是钢材的耐腐蚀性差,必须采取防护措施,防止钢材腐蚀生锈。防护措施有:定期对钢材油漆维护,采用镀锌钢材,在有酸,碱,盐等强腐蚀介质条件下,采用特殊防护措施,如海洋平台结构采用“阳极保护”措施防止导管架腐蚀,在导管架上固定上锌锭,海水电解质会自动先腐蚀锌锭,从而达到保护钢导管架的功能。其次由于钢材在高温和长期荷载作用下,其破坏强度比短期强度降低较多,故对长期高温作用下的钢材,要测定持久强度。钢材随时间推移会自动变硬、变脆、即“时效”现象。对低温荷载作用下的钢材要检验其冲击韧性。