鋼結構基礎的第二章主要介紹了鋼材力學性能測試方法和鋼結構焊接技術要點。在鋼材力學性能測試方法中，包括了拉伸試驗、彎曲試驗、沖擊試驗和硬度試驗等幾種常見的測試方式，這些測試可以全面地評估鋼材的性能，如強度、韌性和硬度等。也介紹了一些常用的測試設備和儀器，如萬能材料試驗機、電子萬能試驗機以及硬度計等，這些設備可以幫助我們更準確地測量和分析鋼材的性能。，，在鋼結構焊接技術要點方面，主要包括了焊接前的準備工作、焊接過程中的操作技巧和焊接后的檢查與修復。焊接前的準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以及準備必要的焊接工具和設備等；焊接過程中的操作技巧則包括控制好焊接速度、保護好焊縫區域、避免產生氣孔和裂紋等；焊接后的檢查與修復則包括對焊縫的質量進行檢查和對焊接缺陷進行修復等。

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一、鋼材的主要性能相關答案

（一）力學性能

• 屈服點
  • 屈服點是建筑鋼材的一個重要力學特性。在應力 - 應變關系中，應變在達到屈服點之后不再與應力成正比，而是漸漸加大，應力 - 應變間成曲線關系。屈服點的意義在于它可作為結構計算中材料強度標準或材料抗力標準。同時，達到屈服點后在一個較大的應變范圍內應力不會繼續增加，表示結構一時喪失繼續承擔更大荷載的能力，所以在彈性計算時以屈服點作為強度的標準。此外，屈服點可用于形成理想彈塑性體的模型，為鋼結構計算理論提供基礎（屈服點之前鋼材近于理想彈性體，之后塑性應變范圍很大而應力保持不增長，接近理想塑性體），鋼結構設計規范對塑性設計的規定就以材料是理想彈塑性體的假設為依據，忽略了應變硬化的有利作用。
• 抗拉強度
  • 在屈服平臺之后，應變增長時又需有應力的增長，但相對地說應變增加得快，呈現曲線關系直到最高點，此最高點對應的應力即為抗拉強度。
• 伸長率
  • 伸長率是斷裂前試件的永久變形與原標定長度的百分比。取圓形試件直徑d的五倍或十倍為標定長度，其相應的伸長率用δ5和δ10表示。伸長率代表材料斷裂前具有的塑性變形的能力，在結構制造時，這種能力使材料經受剪切、沖壓、彎曲及錘擊所產生的局部屈服而無明顯損壞。鋼結構中所采用的鋼材都應滿足鋼結構設計規范對這三項力學性能指標（屈服點、抗拉強度和伸長率）的要求。
• 冷彎性能
  • 根據試樣厚度，按規定的彎心直徑將試樣彎曲180度，其表面及側無裂紋或分層則為“冷彎試驗合格”。在重要結構中需要有良好的冷熱加工的工藝性能時，應有冷彎試驗合格保證。
• 沖擊韌性
  • 與抵抗沖擊作用有關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所吸收的能量，用單位體積吸收的能量來表示，其值等于應力 - 應變曲線下的面積。塑性好的鋼材應力 - 應變曲線下的面積大，所以韌性值大。同時，沖擊韌性值受溫度影響，溫度低于某值時將急劇降低。
• 可焊性
  • 可焊性是指采用一般焊接工藝就可完成合格的（無裂紋的）焊縫的性能。碳含量在0.12% - 0.20%范圍內的碳素鋼，可焊性最好。碳含量再高可使焊縫和熱影響區變脆。

（二）破壞形式

• 塑性破壞
  • 鋼材在達到屈服點后會有較大的塑性變形，在破壞前有明顯的征兆，例如構件的變形會逐漸增大等。
• 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，微觀裂縫不斷擴展直至斷裂，這種破壞在截面上的應力低于材料的抗拉強度，甚至低于屈服強度，并且塑形變形很小，是一種無明顯變形的突然破壞，危險性較大。

二、影響鋼材性能的因素相關答案

（一）化學成分的影響

• 碳（C）
  • 碳是碳素結構鋼中僅次于鐵的主要元素，是影響鋼材強度的主要因素。隨著含碳量的增加，鋼材強度提高，但塑性和韌性、尤其是低溫沖擊韌性下降，同時可焊性、抗腐蝕性、冷彎性能明顯降低。因此結構用鋼的含碳量一般不應超過0.22%，對焊接結構應低于0.2%。
• 錳（Mn）
  • 錳是一種弱脫氧劑，適量的錳含量（碳素結構鋼中的含量為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度，又能消除硫、氧對鋼材的熱脆影響，而不顯著降低鋼材的塑性和韌性。
• 硅（Si）
  • 硅是一種強脫氧劑，適量的硅（在鎮靜鋼中0.12% - 0.3%，低合金鋼0.2% - 0.55%）可提高鋼材的強度，而對塑性、韌性、冷彎性能和可焊性無明顯不良影響，但硅含量過大時，會降低鋼材的塑性、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度時會融化使鋼變脆（熱脆），在熱加工或焊接時產生裂，降低沖擊韌性、疲勞強度、抗銹蝕性能、焊接性能，硫化物還會引起厚板分層現象。不同鋼材牌號和質量等級對硫含量有要求，如一般為0.05%，質量要求高的為0.025%，抗層狀撕裂厚鋼板要求S≤0.01%。
• 磷（P）
  • 磷能提高強度、抗銹蝕能力，但會導致低溫冷脆，降低塑性、韌性、冷彎性能、焊接性能，故要控制其含量。鋼材牌號和質量等級不同，磷含量要求也不同，一般為0.045%，質量要求高的為0.025%，當制造含磷合金鋼鋼時為0.12% - 0.13%。
• 鋁（Al）
  • 鋁是強脫氧劑，能細化晶粒，提高強度和低溫韌性。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，會引起熱脆；氮和磷類似，會降低塑性和韌性等性能，不過氮可以生產合金鋼，提高強度和耐腐蝕性，含量一般為0.01% - 0.02%。
• 氫（H）
  • 氫是有害元素，會產生氫脆。破裂面產生氫白點，碳、硫、磷含量少，敏感性低；強度越高，對氫脆越敏感。

（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，焊接性能最好，超過時，焊縫及熱影響區變脆。例如Q235A不宜焊接，當含碳量達到0.45%時，淬硬傾向更明顯，需要嚴格控制焊接工藝和預熱。此外，焊接性能還和母材厚度、焊接方法、工藝及結構形式有關，對于重要結構需要進行可焊性試驗來制定焊接制度和工藝。
• 硬化（時效硬化、冷作硬化等）
  • 時效硬化（老化）是氮化物和碳化物對晶粒塑性滑移起抑制作用，從而增加強度、降低塑性和韌性；冷作硬化（應變硬化）包括應變時效硬化、人工應變時效硬化等情況。
• 應力集中
  • 實際結構不可避免存在孔洞、槽口、截面突變及缺陷，當截面完整性遭到破壞，如有裂紋、空洞、刻槽、凹角時以及截面的厚度或寬度突然改變時，構件中的應力分布將變得很不均勻，在缺陷或潔面變化處附近，會出現應力線曲折密集，出現高峰應力的現象即應力集中。
• 荷載類型
  • 荷載分靜力（永久和可變）和動力（沖擊荷載，吊車荷載和地震作用）兩大類。不同類型的荷載對鋼材性能有影響，例如動力荷載下鋼材的響應與靜力荷載下有所不同，還

鋼結構設計規范詳解

鋼材力學性能測試方法

鋼結構焊接技術要點

鋼結構疲勞破壞案例分析