第二章钢结构的材料和计算方法2.1钢结构对钢材性能的要求2.1.3良好的工艺性能良好的工艺性能包括冷加工、热加工和可焊性能。具有良好的工艺性能的钢材不但易于加工成各种形式的结构，而且不致因加工而对结构的强度、塑性、韧性等造成较大的不利影响。此外，根据结构的具体工作条件，有时还要求钢材具有适应低温、高温、腐蚀性环境以及重复荷载作用等的性能。在符合上述性能的条件下，钢材也应该容易生产，价格便宜。2.2钢材的破坏形式脆性破坏(动载或复杂应力、低温)塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢材的屈服点fy，断裂从应力集中处开始。冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地。破坏前没有任何预兆，破坏是突然发生的，断口平直并呈有光泽的晶粒状。由于脆性破坏前没有明显的预兆，无法及时察觉和采取补救措施，而且个别构件的断裂常会引起整体结构塌毁，后果严重，损失较大。因此，在设计、施工和使用过程中，应特别注意防止钢结构的脆性破坏。注意:不能说发生脆性破坏的一定是脆性材料。2.3钢材的主要性能图2.1低碳钢拉伸曲线示意图钢材的拉伸试验所得屈服点fy、抗拉强度fu和伸长率δ，是钢材机械性能的三项重要指标。钢结构设计中，将钢材屈服点fy作为钢材的标准强度。设计时将曲线简化为如图2.2所示的理想弹塑性的模型。根据这条曲线，认为钢材应力小于fy时是完全弹性的，应力超过后fy则是完全塑性的。设计中以fy作为极限，是因为超过fy就进入应变硬化阶段，材料性能发生改变，使基本的计算假定（理想弹塑性材料）无效。另外，钢材从开始屈服到破坏，塑性区变形范围很大，约为弹性区变形的200倍。同时抗拉强度fu又比屈服点高出很多，因此取屈服点fy作为钢材设计应力极限，可以使钢结构有相当大的强度储备。图2.2理想弹塑性材料的σ-ε曲线钢材的伸长率δ是反映钢材塑性（或延性）的指标之一。其值愈大，钢材破坏时吸收的应变能愈多，塑性愈好。建筑用的钢材不仅要求强度高，还要求塑性好，以便调整局部高峰应力，提高结构抗脆断的能力。截面收缩率ψ是反映钢材塑性（或延性）的另一个指标，其值为试件发生颈缩拉断后，断口处横截面积（即颈缩处最小横截面积）A1与原横截面积A0的缩减百分比，即建筑中有时也使用强度很高的钢材，例如用于制造高强度螺栓的经过热处理的钢材。这类钢材没有明显的屈服台阶（见图2.3），伸长率也相对较小。对于这类钢材，取卸荷后残余应变为0.2%时,所对应的应力作为屈服点，又称为名义屈服点。2.3.2冷弯性能2.3.3冲击韧性钢材的冲击韧性数值随试件缺口形式和使用试验机不同而异。现行国家标准规定采用恰贝（Charpy）V形缺口试件在恰贝试验机上进行[图2.5(a)]，折断试件所消耗的功用Cv表示，单位为J。过去我国长期以来采用梅氏U形缺口试件在梅氏试验机上进行[图2.5(b)]，所得结果以单位截面积上所消耗的冲击功ak表示，单位为J/cm2。由于恰贝试件比梅氏试件具有更为尖锐的缺口，更接近构件中可能出现的严重缺陷，近年来用Cv来表示钢材冲击韧性的方法日趋普遍。2.3.4可焊性2.3.5抗蚀性及防腐蚀措施2.4影响钢材性能的主要因素2.4.2冶炼、浇注、轧制过程及热处理的影响2.4.2冶炼、浇注、轧制过程及热处理的影响轧制钢材的结晶晶粒细密均匀，钢材内部的气泡、裂纹可以得到压合。因此轧制钢材的性能比铸钢优越。轧制次数多的钢材比轧制次数少的性能改善程度要好些，一般薄的钢材的强度及冲击韧性优于厚的钢材。此外钢材性能与轧制方向也有关，一般钢材顺轧制方向的强度和冲击韧性比横方向的要好。对于某些特殊用途的钢材，在轧制后还常经过热处理进行调质，以改善钢材性能。常见的热处理方式有淬火、正火、回火、退火等等。用作高强度螺栓的合金钢，如20MnTiB(20锰钛硼)就要进行热处理调质（淬火后高温回火），使其强度提高，同时又保持良好的塑性和韧性。2.4.3钢材冷加工性能2.4.4温度影响当温度从常温开始下降，特别是在负温度范围内时，钢材强度虽有提高，但其塑性和韧性降低，材料逐渐变脆，这种性质称为低温冷脆。图2.8是钢材冲击韧性与温度的关系曲线。由图可见，随着温度的降低,Cv值迅速下降，材料将由塑性破坏转变为脆性破坏，同时可见这一转变是在一个温度区间内T1T2完成的，此温度区称为钢材的脆性转变温度区，在此区内曲线的反弯点（最陡点）所对应的温度T0称为转变温度。不同钢材的脆性转变温度需要由大量试验资料统计分析确定。在结构设计中要求避免完全脆性破坏，所以结构所处的温度应大于T1。2.4.5应力集中的影响2.4.6重复荷载作用的影响防止钢材的脆性破坏措施:合理的设计正确的制造正确的使用对设计工作来说，不仅要注意适当选择材料和正确处理细部构造设计，对制造