鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的第二章主要介紹了鋼材力學(xué)性能測(cè)試方法和鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)要點(diǎn)。在鋼材力學(xué)性能測(cè)試方法中，包括了拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和硬度試驗(yàn)等幾種常見的測(cè)試方式，這些測(cè)試可以全面地評(píng)估鋼材的性能，如強(qiáng)度、韌性和硬度等。也介紹了一些常用的測(cè)試設(shè)備和儀器，如萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)以及硬度計(jì)等，這些設(shè)備可以幫助我們更準(zhǔn)確地測(cè)量和分析鋼材的性能。，，在鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)要點(diǎn)方面，主要包括了焊接前的準(zhǔn)備工作、焊接過(guò)程中的操作技巧和焊接后的檢查與修復(fù)。焊接前的準(zhǔn)備工作包括選擇合適的焊接材料、制定合理的焊接工藝參數(shù)以及準(zhǔn)備必要的焊接工具和設(shè)備等；焊接過(guò)程中的操作技巧則包括控制好焊接速度、保護(hù)好焊縫區(qū)域、避免產(chǎn)生氣孔和裂紋等；焊接后的檢查與修復(fù)則包括對(duì)焊縫的質(zhì)量進(jìn)行檢查和對(duì)焊接缺陷進(jìn)行修復(fù)等。

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一、鋼材的主要性能相關(guān)答案

（一）力學(xué)性能

• 屈服點(diǎn)
  • 屈服點(diǎn)是建筑鋼材的一個(gè)重要力學(xué)特性。在應(yīng)力 - 應(yīng)變關(guān)系中，應(yīng)變?cè)谶_(dá)到屈服點(diǎn)之后不再與應(yīng)力成正比，而是漸漸加大，應(yīng)力 - 應(yīng)變間成曲線關(guān)系。屈服點(diǎn)的意義在于它可作為結(jié)構(gòu)計(jì)算中材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)或材料抗力標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，達(dá)到屈服點(diǎn)后在一個(gè)較大的應(yīng)變范圍內(nèi)應(yīng)力不會(huì)繼續(xù)增加，表示結(jié)構(gòu)一時(shí)喪失繼續(xù)承擔(dān)更大荷載的能力，所以在彈性計(jì)算時(shí)以屈服點(diǎn)作為強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)。此外，屈服點(diǎn)可用于形成理想彈塑性體的模型，為鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算理論提供基礎(chǔ)（屈服點(diǎn)之前鋼材近于理想彈性體，之后塑性應(yīng)變范圍很大而應(yīng)力保持不增長(zhǎng)，接近理想塑性體），鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)塑性設(shè)計(jì)的規(guī)定就以材料是理想彈塑性體的假設(shè)為依據(jù)，忽略了應(yīng)變硬化的有利作用。
• 抗拉強(qiáng)度
  • 在屈服平臺(tái)之后，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)時(shí)又需有應(yīng)力的增長(zhǎng)，但相對(duì)地說(shuō)應(yīng)變?cè)黾拥每?，呈現(xiàn)曲線關(guān)系直到最高點(diǎn)，此最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為抗拉強(qiáng)度。
• 伸長(zhǎng)率
  • 伸長(zhǎng)率是斷裂前試件的永久變形與原標(biāo)定長(zhǎng)度的百分比。取圓形試件直徑d的五倍或十倍為標(biāo)定長(zhǎng)度，其相應(yīng)的伸長(zhǎng)率用δ5和δ10表示。伸長(zhǎng)率代表材料斷裂前具有的塑性變形的能力，在結(jié)構(gòu)制造時(shí)，這種能力使材料經(jīng)受剪切、沖壓、彎曲及錘擊所產(chǎn)生的局部屈服而無(wú)明顯損壞。鋼結(jié)構(gòu)中所采用的鋼材都應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)這三項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)（屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率）的要求。
• 冷彎性能
  • 根據(jù)試樣厚度，按規(guī)定的彎心直徑將試樣彎曲180度，其表面及側(cè)無(wú)裂紋或分層則為“冷彎試驗(yàn)合格”。在重要結(jié)構(gòu)中需要有良好的冷熱加工的工藝性能時(shí)，應(yīng)有冷彎試驗(yàn)合格保證。
• 沖擊韌性
  • 與抵抗沖擊作用有關(guān)的鋼材的性能是韌性，吸收較多能量才斷裂的鋼材是韌性好的鋼材。鋼材在一次拉伸靜載作用下斷裂時(shí)所吸收的能量，用單位體積吸收的能量來(lái)表示，其值等于應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線下的面積。塑性好的鋼材應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線下的面積大，所以韌性值大。同時(shí)，沖擊韌性值受溫度影響，溫度低于某值時(shí)將急劇降低。
• 可焊性
  • 可焊性是指采用一般焊接工藝就可完成合格的（無(wú)裂紋的）焊縫的性能。碳含量在0.12% - 0.20%范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好。碳含量再高可使焊縫和熱影響區(qū)變脆。

（二）破壞形式

• 塑性破壞
  • 鋼材在達(dá)到屈服點(diǎn)后會(huì)有較大的塑性變形，在破壞前有明顯的征兆，例如構(gòu)件的變形會(huì)逐漸增大等。
• 脆性破壞
  • 脆性破壞具有突然性，破壞前沒有明顯的宏觀塑性變形。如疲勞破壞就屬于脆性斷裂，在常幅交變荷載或變幅交變荷載作用下，微觀裂縫不斷擴(kuò)展直至斷裂，這種破壞在截面上的應(yīng)力低于材料的抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)度，并且塑形變形很小，是一種無(wú)明顯變形的突然破壞，危險(xiǎn)性較大。

二、影響鋼材性能的因素相關(guān)答案

（一）化學(xué)成分的影響

• 碳（C）
  • 碳是碳素結(jié)構(gòu)鋼中僅次于鐵的主要元素，是影響鋼材強(qiáng)度的主要因素。隨著含碳量的增加，鋼材強(qiáng)度提高，但塑性和韌性、尤其是低溫沖擊韌性下降，同時(shí)可焊性、抗腐蝕性、冷彎性能明顯降低。因此結(jié)構(gòu)用鋼的含碳量一般不應(yīng)超過(guò)0.22%，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)低于0.2%。
• 錳（Mn）
  • 錳是一種弱脫氧劑，適量的錳含量（碳素結(jié)構(gòu)鋼中的含量為0.3% - 0.8%，在低合金鋼中一般為1.0% - 1.7%）可以有效地提高鋼材的強(qiáng)度，又能消除硫、氧對(duì)鋼材的熱脆影響，而不顯著降低鋼材的塑性和韌性。
• 硅（Si）
  • 硅是一種強(qiáng)脫氧劑，適量的硅（在鎮(zhèn)靜鋼中0.12% - 0.3%，低合金鋼0.2% - 0.55%）可提高鋼材的強(qiáng)度，而對(duì)塑性、韌性、冷彎性能和可焊性無(wú)明顯不良影響，但硅含量過(guò)大時(shí)，會(huì)降低鋼材的塑性、韌性、抗銹蝕性和可焊性。
• 硫（S）
  • 硫是有害元素，以硫化鐵夾雜于鋼中，在800 - 1000度時(shí)會(huì)融化使鋼變脆（熱脆），在熱加工或焊接時(shí)產(chǎn)生裂，降低沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度、抗銹蝕性能、焊接性能，硫化物還會(huì)引起厚板分層現(xiàn)象。不同鋼材牌號(hào)和質(zhì)量等級(jí)對(duì)硫含量有要求，如一般為0.05%，質(zhì)量要求高的為0.025%，抗層狀撕裂厚鋼板要求S≤0.01%。
• 磷（P）
  • 磷能提高強(qiáng)度、抗銹蝕能力，但會(huì)導(dǎo)致低溫冷脆，降低塑性、韌性、冷彎性能、焊接性能，故要控制其含量。鋼材牌號(hào)和質(zhì)量等級(jí)不同，磷含量要求也不同，一般為0.045%，質(zhì)量要求高的為0.025%，當(dāng)制造含磷合金鋼鋼時(shí)為0.12% - 0.13%。
• 鋁（Al）
  • 鋁是強(qiáng)脫氧劑，能細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和低溫韌性。在低溫沖擊韌性要求保證的鋼材中鋁含量為0.015%。
• 鉻（Cr）、鎳（Ni）
  • 鉻、鎳能提高強(qiáng)度（常見于Q390以上鋼材），但要限制含量以免影響其它性能，并且它們與銅等元素可在金屬表面形成保護(hù)層，提高抗銹蝕性且保持良好焊接性。
• 氧（O）、氮（N）
  • 氧和硫一樣是有害元素，會(huì)引起熱脆；氮和磷類似，會(huì)降低塑性和韌性等性能，不過(guò)氮可以生產(chǎn)合金鋼，提高強(qiáng)度和耐腐蝕性，含量一般為0.01% - 0.02%。
• 氫（H）
  • 氫是有害元素，會(huì)產(chǎn)生氫脆。破裂面產(chǎn)生氫白點(diǎn)，碳、硫、磷含量少，敏感性低；強(qiáng)度越高，對(duì)氫脆越敏感。

（二）其他因素的影響

• 焊接性能
  • 鋼材的焊接性能受含碳量和其它合金含量影響，含碳量在0.12% - 0.2%時(shí)，焊接性能最好，超過(guò)時(shí)，焊縫及熱影響區(qū)變脆。例如Q235A不宜焊接，當(dāng)含碳量達(dá)到0.45%時(shí)，淬硬傾向更明顯，需要嚴(yán)格控制焊接工藝和預(yù)熱。此外，焊接性能還和母材厚度、焊接方法、工藝及結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，對(duì)于重要結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行可焊性試驗(yàn)來(lái)制定焊接制度和工藝。
• 硬化（時(shí)效硬化、冷作硬化等）
  • 時(shí)效硬化（老化）是氮化物和碳化物對(duì)晶粒塑性滑移起抑制作用，從而增加強(qiáng)度、降低塑性和韌性；冷作硬化（應(yīng)變硬化）包括應(yīng)變時(shí)效硬化、人工應(yīng)變時(shí)效硬化等情況。
• 應(yīng)力集中
  • 實(shí)際結(jié)構(gòu)不可避免存在孔洞、槽口、截面突變及缺陷，當(dāng)截面完整性遭到破壞，如有裂紋、空洞、刻槽、凹角時(shí)以及截面的厚度或?qū)挾韧蝗桓淖儠r(shí)，構(gòu)件中的應(yīng)力分布將變得很不均勻，在缺陷或潔面變化處附近，會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力線曲折密集，出現(xiàn)高峰應(yīng)力的現(xiàn)象即應(yīng)力集中。
• 荷載類型
  • 荷載分靜力（永久和可變）和動(dòng)力（沖擊荷載，吊車荷載和地震作用）兩大類。不同類型的荷載對(duì)鋼材性能有影響，例如動(dòng)力荷載下鋼材的響應(yīng)與靜力荷載下有所不同，還

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范詳解

鋼材力學(xué)性能測(cè)試方法

鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)要點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞案例分析