钢结构设计原理

低碳钢拉伸曲线依次有比例极限 $f_p$、弹性极限 $f_e$、屈服点 $f_y$ 与屈服平台。比例阶段 $\sigma=E\epsilon$，$E=\tan\alpha$。设计常取下屈服点；并常简化为理想弹塑性。高强度钢无明显屈服平台，取残余应变 $0.2\%$ 对应的条件屈服点 $f_{0.2}$。

强化段峰值应力为抗拉强度 $f_u$；$f_u/f_y$ 反映强度储备。塑性指标用伸长率 $\delta$（$\delta_5$/$\delta_{10}$）。物理常数：$E=206\times 10^3\,\mathrm{N/mm}^2$，$G=79\times 10^3\,\mathrm{N/mm}^2$，线膨胀系数 $\alpha=12\times 10^{-6}/^{\circ}\mathrm{C}$，密度 $\rho=7850\,\mathrm{kg/m}^3$。

冷弯性能：试件绕直径 $d$ 的弯心弯 $180^{\circ}$，外侧无裂纹、分层为合格。它综合反映弯曲塑性与内部冶金缺陷（硫磷偏析、夹杂等）。

冲击韧性反映抗冲击能力，常用夏比 V 型缺口试件吸收功 $C_V$（单位 J）。一般强度提高则韧性下降。寒冷地区须在 $0^{\circ}\mathrm{C}$、$-20^{\circ}\mathrm{C}$ 或 $-40^{\circ}\mathrm{C}$ 做冲击试验。

可焊性指用一般焊接工艺获得无裂纹合格焊缝的能力。碳含量约 $0.12\%\sim 0.20\%$ 时可焊性较好。低合金钢用碳当量：$C_E=C+\frac{\mathrm{Mn}}{6}+\frac{1}{5}(\mathrm{Cr}+\mathrm{Mo}+\mathrm{V})+\frac{1}{15}(\mathrm{Ni}+\mathrm{Cu})$。$C_E\le 0.38\%$ 可焊性优良（如 Q235、Q345）；$0.38\%<C_E\le 0.45\%$ 需预热等工艺；$C_E>0.45\%$ 淬硬倾向大，须更高预热与严格工艺。

Q235B 碳含量较适宜焊接；Q235A 碳含量要求较宽且不保证冲击，一般不用于焊接承重结构。板厚较大时即使 CE 合格也可能需预热。