關(guān)鍵詞 鋼結(jié)構(gòu)；原材料；選用因素

　　1 鋼結(jié)構(gòu)定義及應(yīng)用

　　用型鋼或鋼板制成基本構(gòu)件，根據(jù)使用要求，通過焊接或螺栓連接等方法，按照一定規(guī)律組成的承載結(jié)構(gòu)叫鋼結(jié)構(gòu)。

　　鋼結(jié)構(gòu)在各項(xiàng)工程建設(shè)中的應(yīng)用廣泛，如鋼橋、鋼廠房、高層建筑和塔軌結(jié)構(gòu)等。在我國，全國市場(chǎng)去年對(duì)鋼材的總需求達(dá)到2.1億噸，21世紀(jì)無疑是鋼結(jié)構(gòu)的時(shí)代。

　　2 鋼結(jié)構(gòu)的主要工作特點(diǎn)

　　1）鋼結(jié)構(gòu)自重較輕。

　　2）鋼結(jié)構(gòu)工作的可靠性高（強(qiáng)度、塑性、韌性好）。

　　3）材質(zhì)均勻重力計(jì)算的假定比較符合。

　　4）鋼結(jié)構(gòu)制作簡便施工工期短。

　　5）拱結(jié)構(gòu)密閉性好。

　　6）鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差。

　　7）鋼材耐熱但耐火性差。

　　8）低溫可能發(fā)生脆斷。

　　3 鋼結(jié)構(gòu)對(duì)原材料的選擇

　　鋼結(jié)構(gòu)的原材料是鋼，但鋼的種類繁多，性能差別很大，適用于鋼結(jié)構(gòu)的鋼只是其中的一小部分。用于鋼結(jié)構(gòu)的鋼必須符合一下要求：

　　1）具有較高的抗拉強(qiáng)度fu和屈服點(diǎn)fy。fy是衡量結(jié)構(gòu)承載力的指標(biāo)，fy高者可減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)約鋼材和降低工程造價(jià)。fu是衡量鋼材經(jīng)過較大變形后的抗拉能力，他直接反映鋼材內(nèi)部組織的優(yōu)劣，同時(shí)f u高可以增加結(jié)構(gòu)的安全保障。

　　SC段S點(diǎn)為屈服點(diǎn)f y。

　　B點(diǎn)為極限抗拉強(qiáng)度或極限強(qiáng)度f u。

　　2）較高的塑形和韌性。塑性和韌性好，結(jié)構(gòu)在靜載和動(dòng)載作用下有足夠的應(yīng)變能力，既可以減輕結(jié)構(gòu)脆性破壞的傾向，又能通過較大的塑性變形調(diào)整局部應(yīng)力，同時(shí)又具有較好的重復(fù)荷載作用的能力。

　　3）良好的工藝性能（包括冷加工、熱加工和可焊性能）良好的工藝性能不但要易于加工成各種形式的結(jié)構(gòu)，而且不致因加工而對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、塑形、韌性等造成較大的不利影響。

　　此外，根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體工作條件，有時(shí)還要求鋼材具有適應(yīng)低溫、高溫和腐蝕性環(huán)境的能力。

　　4 各種因素對(duì)鋼材基本性能的影響

　　4.1 化學(xué)成份

　　鋼是由各種化學(xué)成份組成的，化學(xué)成份及其含量對(duì)鋼的性能有著重要的影響。鐵是鋼材的基本元素，在碳素結(jié)構(gòu)鋼中占99%，雖然碳和其他元素僅占1%，但這對(duì)鋼材的力學(xué)性能起著決定性的影響。碳含量增加，鋼的強(qiáng)度提高，而塑形、韌性和疲勞強(qiáng)度下降，同時(shí)惡化鋼的可焊性和抗腐蝕性。碳雖然是鋼材獲得足夠強(qiáng)度的主要因素，但鋼結(jié)構(gòu)中采用的碳素鋼對(duì)含碳量加以限制，一般不超過0.22%，在焊接結(jié)構(gòu)中還應(yīng)低于0.20%。

　　硫和磷是鋼材中的有害成份，他們降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞剛度。氧和氮都是鋼中的有害雜質(zhì)，氧的作用和硫類似，使鋼熱脆；氮的作用和磷類似使鋼冷脆。

　　此外，如果加入了如：銅（Cu）、釩（V）、鈦（Ti）、鉻（Cr）等5%合金元素則會(huì)形成的低合金鋼。例如：釩（V）、鈦（Ti）的加入能提高鋼的強(qiáng)度和抗腐蝕性能，又不顯著降低鋼的塑性。

　　4.2 冶金缺陷

　　常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋及分層等。偏析是鋼中含有硫化物與氧化物等雜質(zhì)，氣孔是澆筑鋼錠時(shí)，由氧化鐵與碳作用所生成的一氧化碳?xì)怏w不能充分逸出而形成的。這些缺陷都將影響鋼材的力學(xué)性能。叫豬似的非金屬夾雜物在軋制后能造成鋼材的分層，會(huì)嚴(yán)重降低鋼材的冷彎性能。冶金缺陷對(duì)鋼材性能的影響，不僅在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受力工作時(shí)表現(xiàn)出來，有時(shí) 在加工制作過程中也可表現(xiàn)出來。

　　4.3 鋼材硬化

　　冷拉、冷彎、沖孔、機(jī)械剪切等冷加工使鋼材產(chǎn)生很大塑形變形，從而提高了鋼的屈服點(diǎn)，同時(shí)降低了鋼的塑性和韌性，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化。隨著是時(shí)間的增長，其塑性和韌性的下降也會(huì)產(chǎn)生時(shí)效硬化。在一般鋼結(jié)構(gòu)中，不利用硬化所提高的強(qiáng)度，有些重要結(jié)構(gòu)要求對(duì)鋼材進(jìn)行人工時(shí)效后檢驗(yàn)其中沖擊韌性，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗脆性破壞能力。另外，應(yīng)將局部硬化部分用刨邊或擴(kuò)鉆予以消除。

　　4.4 溫度影響

　　鋼材性能隨著溫度變動(dòng)而有所變化�？偟内厔�(shì)是：溫度升高，鋼材強(qiáng)度降低，應(yīng)變?cè)龃�；反之，溫度降低，鋼材�?qiáng)度會(huì)略有增加，塑性和韌性會(huì)降低而變脆。

　　4.5 應(yīng)力集中

　　鋼材的工作性能和力學(xué)性能指標(biāo)是以軸心受拉桿件中應(yīng)力沿截面均勻分布的情況作為基礎(chǔ)的。實(shí)際上在鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中有時(shí)存在著孔洞、槽口、凹角、截面突然改變及鋼材內(nèi)部缺陷等。此時(shí)，構(gòu)件中的應(yīng)力分布將不再保持保持均勻，而是在某些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，在另外一些區(qū)域則應(yīng)力降低，形成所謂應(yīng)力集中現(xiàn)象。研究表明，在應(yīng)力高峰區(qū)總是存在著同號(hào)的雙向或三向應(yīng)力。應(yīng)力集中系數(shù)越大，變脆的傾向益嚴(yán)重。但由于建筑鋼材塑性好，在一定程度上能促使應(yīng)力進(jìn)行重分配，使應(yīng)力分布嚴(yán)重不均勻的現(xiàn)象趨于平緩。故受靜荷載作用的構(gòu)件在常溫下工作時(shí)，在計(jì)算中可以不考慮應(yīng)力集中的影響。但在負(fù)溫下或動(dòng)力荷載作用下工作的結(jié)構(gòu)，應(yīng)力集中的不利影響將十分突出，往往是引起脆性破壞的根源，故在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取措施避免或減小應(yīng)力集中，并選用質(zhì)量優(yōu)良的鋼材。

　　4.6 反復(fù)荷載作用

　　鋼材在反復(fù)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的抗力及性能都會(huì)發(fā)生重要變化，甚至發(fā)生疲勞破壞。在直接的連續(xù)反復(fù)的動(dòng)力荷載作用下，根據(jù)試驗(yàn)，鋼材的強(qiáng)度將降低，即低于一次靜力荷載作用下的拉伸試驗(yàn)的極限強(qiáng)度f u，這種現(xiàn)象稱為鋼的疲勞。鋼的疲勞表現(xiàn)為突然發(fā)生的脆性斷裂。

　　但是，實(shí)際上疲勞破壞是累計(jì)損傷的結(jié)果。材料總是有“缺陷”的，在反復(fù)作用下，先在其缺陷發(fā)生塑形變形和硬化而生成一些極小的裂痕，此后這種微觀裂痕逐漸發(fā)展成宏觀裂紋，試件截面削弱，而在裂紋根部出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，使材料處于三向拉抻應(yīng)力狀態(tài)，塑性變形收到限制，當(dāng)反復(fù)荷載達(dá)到一定的循環(huán)次數(shù)時(shí)，材料終于破壞，并表現(xiàn)為突然的脆性斷裂。

　　5 結(jié)束語

　　鋼材的脆性破壞往往是多種因素影響的結(jié)果，例如：當(dāng)溫度降低，荷載速度增大，使用應(yīng)力較高，特別是這些因素同時(shí)存在時(shí)，材料或構(gòu)建就有可能發(fā)生脆性斷裂。根據(jù)現(xiàn)階段研究情況來看，鋼材的合理應(yīng)用應(yīng)該是一個(gè)由設(shè)計(jì)、制造及使用等多方面來共同加以防止的事情。

　　研究和分析這些影響的最終目的是了解建筑鋼材在什么條件下會(huì)意外破壞（脆性破壞），從而可以在選用方面采取措施予以防止。

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