第2章钢结构基础
钢结构第2章 轻型门式刚架结构
按照不同荷载组合得到的内力计算结果， 按照不同荷载组合得到的内力计算结果，确定控制 截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底、 截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底、柱 柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面， 顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面，控制截 面的内力组合主要有： 面的内力组合主要有： 和同时出现的M及 的较大值 的较大值。 （1）最大轴压力 ）最大轴压力Nmax和同时出现的 及V的较大值。 和同时出现的 和同时出现的N及 的较大值 的较大值。 （2）最大弯矩 ）最大弯矩Mmax和同时出现的 及V的较大值。 和同时出现的 和相应的M及 。 （3）最小轴压力 ）最小轴压力Nmin和相应的 及V。 和相应的 2.3.2.3 变形计算 刚架的柱顶位移(计算值 计算值)限值 表2-1 刚架的柱顶位移 计算值 限值 表2-2 受弯构件的挠度与跨度比限值
2．荷载组合 计算承载能力极限状态时，对于轻型钢结 构可取下述荷载组合 （1）1.2G+1.4L； （3）1.2G+1.4C; （7）1.2G+0.9(1.4C+1.4W); 计算正常使用承载能力时，对于轻型钢结 构可取下述荷载组合：
2.3.2 刚架计算
2.3.2.1 刚架计算模型 计算模型的简化和建立必须符合实际结构的受力 特点；反过来， 特点；反过来，实际结构的设计也必须考虑到现有 理论能够分析其计算模型。 理论能够分析其计算模型。 2.3.2.2 内力计算 门式刚架的内力可采用杆系单元有限元法编制 的程序计算，目前常用的国内软件有建研院STS、 的程序计算，目前常用的国内软件有建研院 、 同济大学3D3S等。计算时可将梁、柱构件分为若 同济大学 等 计算时可将梁、 干段，每段可按等截面确定几何特性参数， 干段，每段可按等截面确定几何特性参数，也可按 楔形单元选取。 楔形单元选取。由于单层门式刚架轻型房屋钢结构 屋盖的自重较小，经验表明，当抗震设防烈度为7 屋盖的自重较小，经验表明，当抗震设防烈度为 度时，一般不需做抗震验算；当为8度及以上时 度及以上时， 度时，一般不需做抗震验算；当为 度及以上时， 横向刚架和纵向框架均需做抗震验算。 横向刚架和纵向框架均需做抗震验算。地震作用效 应可以采用底部剪力法计算， 应可以采用底部剪力法计算，此时单层钢结构房屋 的阻尼比取0.05。 的阻尼比取 。
钢结构复习题 第二章
第二章 钢结构的材料一、名词解释1．塑性2．韧性３．冷脆4．热脆5．塑性破坏6．脆性破坏7．冷弯性能合格8．应力集中9．应力幅10.疲劳寿命二、判断题1．钢材具有良好的塑性，因此钢结构只发生塑性破坏2．钢材的强度设计值f 是以钢材的抗拉极限强度u f 为依据的。
3．钢材材质较均匀，因此在各个方向受拉时的强度均相同。
4．2.0σ就是应力应变曲线上应变值为0.2%时所对应的应力值。
5．应力集中常使该处材质处于双向或三向受拉应力状态，材质转脆。
6．只要设计合理或制造正确就可避免钢结构的脆性断裂。
7．冷加工使钢材强度提高，故普通钢结构设计中可利用此提高的强度来进行结构设计。
8．焊接结构的疲劳强度破坏并不是最大应力重复的结果，而是焊接处足够大小的应力幅重复的结果。
9．按现行钢结构设计规范进行钢结构疲劳验算时，疲劳荷载计算中不考虑其荷载动力系数。
10．钢结构脆性断裂就是当某处应力达到y f 或u f 时发生的突然破坏11．塑性变形是不能恢复的，因此塑性破坏比脆性破坏更危险。
12．应力集中可产生三轴受拉的应力状态，它对钢结构抗低温冷脆性有严重的不良影响，但因为它提高了钢材的屈服点，故对提高钢结构的疲劳强度是有利的。
13．结构钢材的伸长率以δ5和δ10 表示，下标5或时代表标准试件的截面面积为5或10平方厘米。
三、单项选择题1．钢材疲劳验算公式][σσ∆≤∆中σ∆是根据（ ）A:永久荷载设计值 B: 循环荷载设计值C: 永久荷载标准值 D: 循环荷载设计标准值2．下列钢材化学成分中对钢材性能有害的元素是（ ）Ⅰ硼 Ⅱ氧 Ⅲ硅 Ⅳ氮 Ⅴ硫 Ⅵ 磷A: Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ B: ⅡⅣ Ⅴ ⅥC: Ⅰ硼 硅 氮 磷 D: Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ3.锰、硅、铝常作为脱氧剂加入钢水中，它们的脱氧能力从强到弱的顺序是（）A: 铝<锰<硅 B: 硅<锰<铝C: 锰<硅<铝 D: 铝<硅<锰4.钢材冲击韧性V C 随温度降低而显著降低，材料由塑性（温度为2T ）转变为脆性（温度1T ），如图，0T 为转变温度，则结构设计时取用结构所处的温度应大于（ ）A: 2T B: 1T C: 0T D: 2/)(20T T +5．Q235-D 钢材要求保证冲击韧性V C 值时的温度是（ ）A:0℃ B: -20℃ C:-40℃ D:20℃6．钢材应避免在“蓝脆区”进行热加工，以免引起裂纹，“蓝脆区”的温度是（ ）左右 A:250℃ B: 300℃ C:600℃ D:800℃7．焊接结构在循环荷载计算应力幅σ∆作用下，焊接处最大应力max σ为（ ）A ：)(抗拉强度u fB ：)(屈服强度y fC ：σ∆+y fD ：σ∆-y f 8：焊接结构在循环荷载计算应力幅σ∆作用下，焊接处最小应力min σ为（ ）A ：)(抗拉强度u fB ：)(屈服强度y fC ：σ∆+y fD ：σ∆-y f 9：下列说法除（ ）为均为疲劳破坏和脆性破坏共同特点。
钢结构基本概念(1)
质量等级分为A、B、C、D四级，由A到D表示质量由低到 高。不同质量等级钢对化学成分和力学性能的要求不同。A级 无冲击功规定，其碳、锰、硅含量也可以不作为交货条件；B 级、C级、D级分别要求保证20℃、0℃、－20℃时V形缺口冲 击功不小于27J，还要求提供冷弯试验的合格保证，以及碳、 锰、硅、硫和磷等含量的质保。 沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢分别用汉字拼音 字首F、Z、b和TZ表示。对Q235，A、B级钢可以是Z、b或F， C级钢只能是Z，D级钢只能是TZ。Z和TZ可以省略不写。 例如： Q235-AF表示屈服强度为235N／mm2的A级沸腾钢；
玉泉寺铁塔
北宋公元1061年
6
18世纪欧洲工业革命以后，我国由于长期受封建主义 社会制度的束缚，特别是1840年鸦片战争以后，钢结构发 展非常缓慢，与欧美各国差距拉大。但在这段时期，也建 造了一些钢结构厂房、桥梁等工程。
是我国著名桥梁专家茅以升 主持设计的第一座双层式公 路、铁路两用特大桥。为上 下双层钢结构桁梁桥，全长 1453米，宽9.1米。大桥于 1935年4月动工，1937年9月 26日建成通车。
4
崇觉寺铁塔
南北朝（560年）
位于山东省济宁市，铁 塔原来是八角七层楼阁 式塔，明万历九年 （1581年）重修，并增 建为九层，塔通高23.8 米。塔的下部是一砖砌 的八角形基座 。 5
位于湖北省当阳县, 全称“如来舍利宝 塔”, 是我国目前最 高（十三层）、最重 （十万六千六百斤） 和保存最完整的铁塔。
2.5
钢材的规格
钢结构所用的钢材主要为热轧成型的钢板、型钢以及冷弯成型 的薄壁型钢。 1．热轧钢板
钢板有薄钢板（厚度0.35~4mm）、厚钢板（厚度4.5~60mm）、 特厚板（板厚＞60mm）。钢板用“—宽×厚×长(mm)”或“—宽× 厚”表示，如—450×8×3100，—450×8。
第二章 结构钢材及其性能
冷弯性能是判别钢材塑性变形
能力和冶金质量的综合指标。
§2.3 钢材的其它性能
2.Z向收缩率
• 当钢材较厚时，或承受沿厚度方向的拉力时，要求钢材具有板厚方向的 收缩率要求，以防厚度方向的分层、撕裂。
3.冲击韧性 4.可焊性
好的可焊性是指焊接安全、可靠、不发生焊接裂缝，焊接接头 和焊缝的力学性能不低于母材力学性能。
试件有两种标距：l0/ d0=5 和 l0/ d0=10 相应的伸长率用δ5
实际工程中以伸长率代表材料断裂前具有的塑性变形能力。
§2.2 钢材的主要性能
b) 断面收缩率
是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩
小值与原断面面积比值的百分比。
A0 - A1 100% A1
式中：
A1 A0
A0 ——试件原来的断面面积
可以用折算应力和钢材在单向应力时的屈服点相比较来判断。
2 2 2 2 s eq s x2 s y s z2 - s xs y s ys z s zs x 3 xy yz zx （2.4）
s s 用主应力 s 1 、 2 、 3表示时，有:
或 s eq
此时的[Δζ]即为容许应力幅：
C [s ] N
1
(2 - 9)
式中：系数β、C—为不同构件和连接类别的试验 参数，称疲劳特征参数。
3.变幅疲劳
——当应力循环内的应力幅随机变化时为变幅疲劳。
（a）检算公式
s e s
(2.12)
se—等效常幅疲劳应力幅。
[s]—常幅疲劳的容许应力幅。
疲劳破坏中一些值得注意的问题
（1）疲劳验算采用的是容许应力设计法，而不是以概率论为基础的 设计方法。这主要是因为焊接构件焊缝周围的力学性能非常复杂， 目前还没有较好试验或数值方法对其进行以概率论为基础的研究。 采用荷载标准值计算。 （2）对于只有压应力的应力循环作用，由于钢材内部缺陷不易开展， 则不会发生疲劳破坏，不必进行疲劳计算。
钢结构钢结构快速入门教材第一、二章
第一章概论第一节钢结构的特点和应用钢结构的特点：钢结构构件较小，质量较轻，便于运输和安装，便于装拆、扩建。
适用于跨度大、高度高，承载重的结构。
1.钢材的材质均匀，质量稳定，可靠度高；2.钢材的强度高，塑性和韧性好，抗冲击和抗振动能力强；3.钢结构工业化程度高，工厂制造，工地安装，加工精度高，制造周期短，生产效率高，建造速度快；4.钢结构抗震性能好；5.耐腐蚀和耐火性差。
第二节钢结构的应用范围一、大跨度结构：体育场、馆、会展中心、会堂、剧场、飞机库、机车库等。
二、高层建筑：纽约的西尔斯大厦共110层，总高443m；深圳的地王商业大厦总高368m；上海金茂大厦共88层，总高420.5m。
三、工业建筑设有大吨位吊车，炼钢车间，船体车间，水压机车间。
四、轻钢结构后面重点讲解。
五、高耸结构(塔桅结构)高压输电塔，微波站，雷达站，火箭发射塔，海洋石油平台。
随着现代建筑技术发展，塔桅结构由单一功能向多功能方向发展，如加拿大多伦多的电视塔为全钢结构，我国黑龙江省336m高的全钢结构多功能电视塔。
六、活动式结构水工钢闸门，升船机，三峡的升船机120×18×3.5m，最大提升高度113m，重11800T。
七、可拆卸或移动的结构钢栈桥、移动式平台，发挥钢结构重量轻，便于运输和安装的优点。
加拿大已建成120多万吨，可容纳5000多人的海上采油平台。
八、高压容器和大直径管道三峡水利枢纽工程中的发电机组压力钢管内径达12.4m，钢管壁厚60mm。
九、抗震要求高的结构十、特种结构钢烟囱、钢水塔，纪念性建筑（北京的中华世纪坛）城市大型雕塑（南海大佛）。
第三节现代建筑钢材的发展一、高强度钢材随着人们对结构性能要求的提高，研制和应用高强度钢材、优质钢和各种低合金钢，如Q345（16锰钢）、Q390（15锰钒钢）、Q420（15锰钒氮钢），有些西方国家已把钢材的屈服强度为700～800Mpa或更高强度的低合金钢列入设计规范。
钢结构课后习题答案第五版
钢结构课后习题答案第五版钢结构课后习题答案第五版钢结构是一门重要的工程学科，它涉及到建筑、桥梁和其他基础设施的设计和施工。
在学习钢结构的过程中，习题是非常重要的一部分，它能够帮助学生巩固所学的知识，提高解决问题的能力。
本文将为大家提供钢结构课后习题答案第五版，希望对学习者有所帮助。
第一章：钢结构基础知识1. 钢结构的主要特点是什么？钢结构的主要特点是强度高、刚度大、重量轻、施工速度快、耐久性好等。
2. 钢结构的分类有哪些？钢结构可以根据用途分为建筑钢结构、桥梁钢结构和其他工业钢结构；根据结构形式分为框架结构、网架结构和悬索结构等。
3. 钢结构的设计应遵循哪些原则？钢结构的设计应遵循安全、经济、美观和可施工性的原则。
4. 钢结构的设计荷载有哪些？钢结构的设计荷载包括常规荷载（如自重、活载、风荷载等）和非常规荷载（如地震荷载、爆炸荷载等）。
5. 钢结构的连接方式有哪些？钢结构的连接方式包括焊接、螺栓连接和铆接等。
第二章：钢结构设计方法1. 钢结构的设计方法有哪些？钢结构的设计方法包括弹性设计、弹塑性设计和极限状态设计等。
2. 钢结构的荷载组合有哪些？钢结构的荷载组合包括常规组合（如最不利组合、最可能组合等）和非常规组合（如地震组合、爆炸组合等）。
3. 钢结构的稳定性分析有哪些方法？钢结构的稳定性分析包括弯曲屈曲、屈曲扭转和屈曲侧扭等。
4. 钢结构的疲劳分析有哪些方法？钢结构的疲劳分析包括应力范围法、应力振幅法和应力时间法等。
5. 钢结构的设计验算中需要考虑哪些因素？钢结构的设计验算中需要考虑构件的强度、稳定性、疲劳性、可靠性和施工性等因素。
第三章：钢结构的施工工艺1. 钢结构的制作工艺有哪些？钢结构的制作工艺包括切割、焊接、钻孔和涂装等。
2. 钢结构的安装工艺有哪些？钢结构的安装工艺包括吊装、定位、连接和调整等。
3. 钢结构的质量控制包括哪些方面？钢结构的质量控制包括材料的质量控制、制作过程的质量控制和安装过程的质量控制等。
钢结构设计基本原理
二 极限状态设计法(limit-state design method)
极限状态设计法问世于20世纪50年代。它将变异性的设计 参数采用概率分析引入结构设计中。根据应用概率分析的程度 分为三种水准。即半概率极限状态设计法、近似概率极限状态 设计法和全概率极限状态设计法。目前，钢结构设计方法采用 的是近似概率极限状态设计法，有时也称为概率极限状态设计 法。
1ห้องสมุดไป่ตู้2钢结构的应用范围
站在现代建筑结构技术的发展前沿，可以说世 界上没有不能实现的结构，只有不合理的结构。根 据钢结构本身的特点，结合我国国民经济的发展， 钢结构在土木工程领域合理的应用范围大致如下：
1.工业厂房(industrial factory building)
工业厂房可分为轻型、中型和重型工业厂房，主要根 据是否设臵吊车以及吊车吨位的大小和运行频繁程度而定 。例如，炼钢车间、锻压车间等。近年来，轻型门式刚架 结构在工业厂房中的应用十分普遍。
7.其他构筑物
如高炉、运输通廊、栈桥、管道支架等。
1.3钢结构的设计方法
钢结构设计应遵循的一般原则是‚技术先 进、经济合理、安全适用、确保质量‛。钢结 构的设计方法可分为容许应力法和极限状态设 计法两种。分述如下：
一 容许应力法(allowable stress method)
“容许应力法‛也称为‚安全系数法‛或‚定值法‛。 即将影响结构设计的诸因素取为定值，采用一个凭经验选 定的安全系数来考虑设计诸因素变异的影响，以衡量结构 的安全度。其表达式为： (1-1)
n 0 G SGk Q1 SQ1k Qi ci SQik i 2
n 0 G S Gk Qi ci S Qik i 1
钢结构基本原理
钢结构基本原理第一章概述1、钢结构设计是怎样确保结构安全、可靠、经济的？钢结构设计的主要目的是要保证所建造的结构安全适用，能够在设计使用年限内满足各项功能要求并且经济合理。
我国《建筑结构设计统一标准》规定，建筑结构必须满足安全性、适用性和耐久性的要求。
为使建筑物设计符合技术先进、经济合理、安全适用，确保质量的要求，建筑结构方案设计，包括结构选型设计占有重要的地位。
建筑结构方案设计和选型的构思是一项很细致的工作，其有充分考虑各种影响因素并进行全面综合分析，才能做出优化的方案选择。
结构选型应综合考虑建筑对使用空间的要求、结构的合理几何体型、建筑结构材料的种类、结构设计理论的差异、经挤因素等多种影响因素。
4、钢材脆性破坏和塑性破坏的原因、现象及后果是什么?原因：塑性破坏是由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到钢材的抗拉强度后才发生，破坏前构件产生较大的塑性变形；脆性破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢材的屈服点，断裂从应力集中处开始。
现象：塑性破坏加载后有较大变形，因此破坏前有预兆，断裂时断口呈纤维状，色泽发暗。
脆性破坏加载后，无明显变形，因此破坏前无预兆，断裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。
后果：脆性破坏危险性大。
塑性破坏可以及时采取措施予以补救，危险性相对于脆性破坏稍小。
7、钢材为什么会发生疲劳破坏？如何验算疲劳强度？钢材的疲劳断裂是微观裂纹在连续重复荷载循环下不断扩展至断裂的脆性破坏。
第二章钢结构的连接1、钢结构有哪些连接方法？各有什么特点？答：钢结构常用的连接方法有：焊缝连接、螺栓连接、铆接；焊缝连接：属刚接（可以承受弯矩），除了直接承受动力荷载的结构中、超低温状态下，均可采用焊缝连接。
螺栓连接：属铰接（弯矩为零）一般情况下均可使用；特点是现场作业快，容易拆除，维修方便；铆接：当结构受力较小的情况下使用；2、焊缝的连接形式有哪些？简述各种连接形式的适用范围。
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第三节 影响钢材性能的主要因素
一、化学成分的影响
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✓ 单独作用下显示出的各种机械性能。 它们由相应实验得到，试验采用的试件的制作和试验
方法都必须按照各相关国家标准规定进行。
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一、单向拉伸时的性能
标准试件在室温（100C～350C) 、以满足静力
加载的加载速度一次加载所得钢材的应力σ～ ε
应变曲线。
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• 各国的钢号基本上是以强度等级来划分，表示方式为：
字首符号 钢材的强度值 钢材质量等级
字首符号：美国采用A(Alloy)；日本采用SS（一般结 构用轧制钢材，第一个S为Steel的第一个字母）、SM （焊接结构用轧制钢材）、SMA（焊接结构用耐候性轧 制钢材）等；德国采用St（德文钢Stahl）；意大利采用 Fe；法国采用A、E等；独联体各国采用C（俄文钢的第 一个字母）；英国无字首符号。
St37
St44
St50 St60
俄罗斯
C235
C345
C390 C440
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(3) 塑性阶段 也称屈服阶段， σ= fy后钢材暂时不 能承受更大的荷载，且伴随产生很大的变形，因 此钢结构设计取fy作为强度极限承载力的标志。
(4) 强化阶段 试件能承受的最大拉应力 fu为钢材的抗拉强 度。取fy作为强度极限承载力的标志， fu就成为材料的 强度储备。
✓碳素结构钢中的Q235钢
✓低合金结构钢中的Q345钢、Q390钢、 Q420钢
随着研究的深入，必将有一些满足要求的 其它种类钢材可供使用。若选用钢结构设 计规范还未推荐的钢材时，需有可靠的依 据，以确保钢结构的质量。
专用钢结构用材见相关规范。
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第二节 钢材的主要机械性能
钢材的机械性能（力学性能）通常是指 ✓ 钢厂生产供应的钢材 ✓ 在标准条件下 ✓ 拉伸、冷弯和冲击等
(5)颈缩破坏阶段
(6) 可把钢材视为理想弹塑性体。
(7) 伸长率δ =(l1-l0)/ l0*100% ,反映钢材的塑性变形能力。
二、冷弯性能
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将试件弯成180 o，若试件外表面不出现裂 纹• 和分层，即为合格。综合反映钢材的塑性 性能和冶金质量。重要结构中需要有良好的 冷热加工性能时，应有冷弯合格保证。
碳(C )、锰（Mn）、钒（V）是有利元素，但 也要注意对含量的限制。
硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）会 降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳性能。应 严格限制含量。
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弱脱氧剂（锰铁），CO
钢材的强度值:单位一般为N/mm 2 ，但美国为Ksi(千
磅／英寸2 )。强度值有的采用fu，有的采用fy 。ISO国际 标准、欧共体各国、日本等采用fu，美国、独联体各国 等采用fy。
钢材质量等级:分为A第、2章钢B结、构基C础、D、E等。
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各国钢材标准不同，很难明确地找出与我国钢材品 种之间的相应关系，正确做法是检查它们提供的质保 书(化学成分和机械性能)，以确定该钢种与我国哪个钢 种是可代替的。以强度为依据的各国钢材与我国钢材 相应关系列于下表 。
三、冲击韧性
冲击韧性值用击断试样所需
的冲击功AKV表示,单位为J。
冲击韧性与温度有关，当
温度低于某一负温值时，冲击韧性值将急剧降低。因此在 寒冷地区建造的直接承受动力荷载的钢结构，除应有常温 冲击韧性的保证外，尚应依钢材的类别，使其具有-20oC
第二章 钢结构的材料
目的:如何选择钢材 ✓钢材的性能 ➢脆断
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1
第一节 钢结构对所用材料的要求
一、钢材的破坏形式 塑性破坏(plasticity failure)
✓钢材在产生很大的变形以后发生的断裂破坏 ✓也称为延性破坏 脆性破坏(brittle failure) ✓钢材在变形很小的情况下突然发生断裂破坏 ✓也称非延性破坏第2章钢结构基础2源自第2章钢结构基础3
二、钢结构对所用材料的要求 物美价廉
强度fy、fu高。强度高可减轻结构自重 塑性、韧性、耐久性好。可防止脆性破坏，抗
动力荷载好，耐疲劳
良好的加工性能，冷、热加工和可焊性好
耐腐性好
价格便宜
有时还要求钢材具有适应低温、高温等环境的
能力
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《钢结构设计规范（GB50017-2003)》推荐 使用：
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第六节 国外钢材品种和钢号简介
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强脱氧剂（硅、锰）
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各国钢材品种与我国钢材品种对应表
中国 美 国 日 本 英 国 法 国
235 A36
SS400
40
E24
SM400
SMA400
Q345 A572-50
SM490YA SM490YB
50D
E36
SM520
Q390 A572-60 SM570 50F A50
Q420 A572-65
A60
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德国