第七章 建筑鋼材12.11課件

1、掌握：建筑鋼材的主要性能。 熟悉：建筑鋼材的常用鋼種及應用。 了解：鋼筋混凝土、鋼結構用鋼材的品種及應用。 本章教學目標 建筑鋼材是建筑工程中使用的各種鋼材，包括鋼結構的各種型鋼、鋼板和用于混凝土結構中的鋼筋、鋼絲以及鋼門窗和各種建筑五金等。l 一、鋼材優(yōu)點一、鋼材優(yōu)點：l 1.強度高：表現在抗拉、壓、彎、剪強度都高;l 2.塑性好：有較大的塑性變形，可進行冷加工;l 3.韌性好：能承受沖擊荷載的作用;l 4.品質均勻、性能可靠;l 5.可焊接、鉚接和切割,便于裝備;l 6.可進行熱處理.l 二、二、 缺點缺點：l 1.易銹蝕、維修費用大;l 2.能耗大，成本高;l 3.耐火性差.第一節(jié)鋼材的

2、分類 鋼是以鐵為主要元素，含碳量為鋼是以鐵為主要元素，含碳量為0.06%0.06% 2.0%2.0%，并含有某些其他元素的合金材料。并含有某些其他元素的合金材料。 鋼的冶煉方法鋼的冶煉方法l 平爐煉鋼l 氧氣轉爐煉鋼l 電爐煉鋼 電爐鋼平爐鋼轉爐鋼）按冶煉方法分（1特殊鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼）按脫氧程度分（2冷加工鋼材熱加工鋼材）按壓力加工方式分（3）量高合金鋼（合金元素總）量中合金鋼（合金元素總）量低合金鋼（合金元素總合金鋼）高碳鋼（含碳量）中碳鋼（含碳量）低碳鋼（含碳量碳素鋼）按化學成分分（10%10%5%5%0.600.60%0.25%0.254），含磷量高級優(yōu)質鋼（含硫量），含磷量優(yōu)質碳素

3、鋼（含硫量），含磷量普通碳素鋼（含硫量）按質量分（0.035%0.027%0.030%0.020%0.040%0.035%0.045%0.030%0.085%0.045%0.065%0.055%5磁鋼等鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、特殊鋼：不銹鋼、耐酸、量具、模具等工具鋼：用于制作刀具機械制造用結構鋼建筑工程用結構鋼結構鋼）按用途分（6第二節(jié)建筑鋼材的主要技術性能 建筑鋼材的技術性能建筑鋼材的技術性能力學性能力學性能工藝性能工藝性能化學性能化學性能抗拉性能抗拉性能沖擊韌性沖擊韌性疲勞強度疲勞強度硬硬 度度冷彎性能冷彎性能焊接性能焊接性能1.1.應力應力 2.2.應變應變3.3.彈性與彈性變形彈性與彈性變

4、形4.4.塑性與塑性變形塑性與塑性變形AFAN0001LLLLLFFALL0L1建筑鋼材的抗拉性能建筑鋼材的抗拉性能鋼材的拉伸演示過程以低碳鋼為例鋼材的拉伸演示過程以低碳鋼為例L0F1F1F2F2F3F3d0L0=5d0或10d0L1L2低碳鋼的受拉過程分為四個階段低碳鋼的受拉過程分為四個階段建筑鋼材的抗拉性能建筑鋼材的抗拉性能0LLOAF彈性階段彈性階段OAOA屈服階段屈服階段ABAB強化階段強化階段BCBC頸縮階段CDABCD低碳鋼受拉的應力應變圖低碳鋼受拉的應力應變圖建筑鋼材的抗拉性能建筑鋼材的抗拉性能一、彈性階段OA 一條通過原點一條通過原點的直線，應力與應變成正比。的直線，應力與應變

5、成正比。 彈性彈性彈性模量彈性模量 E E值的大小反映了鋼材抵抗值的大小反映了鋼材抵抗彈性變形的能力。彈性變形的能力。 A點對應點對應的應力。的應力。tgE:p0LLOAFA低碳鋼受拉的應力應變圖低碳鋼受拉的應力應變圖p E1 E2l圖形的特點：l 試件的特點：l計算的指標：ABCD彈性極限建筑鋼材的抗拉性能建筑鋼材的抗拉性能二、屈服階段AB 一條波動的曲線，應力增加很小，而應變增加很大。 所能承受的拉力增加很小，而塑性變形迅速增加，似乎鋼材不能承受外力 屈服強度（也叫屈服點） 點對應的應力。0LLl圖形的特點：l試件的特點：l計算的指標：OAFA低碳鋼受拉的應力應變圖低碳鋼受拉的應力應變圖p

6、ACDBB上上B下下:s下BsAFss屈服。三、強化階段BC 一段上升的曲線。抵抗塑性變形的能力又重新提高抗拉強度 l圖形的特點：l試件的特點：l計算的指標：0LLOAFA低碳鋼受拉的應力應變圖低碳鋼受拉的應力應變圖pACDBB上上B下下s:bAFbbbC點對應的應力。建筑鋼材的抗拉性能建筑鋼材的抗拉性能強化。四、頸縮階段CD 一段下降的曲線。變形迅速發(fā)展，在有雜質或缺陷處，斷面急劇縮小 ，直到斷裂。伸長率： l圖形的特點：l試件的特點：l計算的指標：AF0LLOApACDBB上上B下下sb%100001LLLL1L0建筑鋼材的抗拉性能建筑鋼材的抗拉性能l計算的指標：頸縮三個重要的指標1.屈服

7、強度s 結構設計中鋼材強度取值的依據2.抗拉強度b 鋼材所能承受的最大應力 屈強比 屈強比，利用率 ，安全可靠程度3.伸長率 衡量鋼材塑性的指標，越大說明鋼材的塑性越好 bsbsAF0LLOApACDBB上上B下下sbsbbs%100001LLL4斷面收縮率L1%1000AAnd0L0L0=5d0或10d0A0、 An前后的截面積5與10誰大2 . 0中碳鋼、高碳鋼的應力應變圖l規(guī)定：產生殘余變形為原始標距的0.2%時所對應的應力值，作為硬鋼的屈服強度，稱為條件屈服強度，用0.2表示。1 鋼材抵抗沖擊荷載的能力。 定義試件計算式FAKkak沖擊韌性。l鋼的化學成分;例：S、P沖擊韌性l冶煉及軋

8、制質量質量沖擊韌性l溫度l溫度，沖擊韌性 ak影響沖擊韌性的因素 受交變荷載反復作用時，鋼材在應力遠低于其屈服強度的情況下突然發(fā)生脆性斷裂破壞的現象，稱為疲勞破壞。 設計承受交變荷載且須進行疲勞驗算的結構時，應當了解所用鋼材的疲勞強度。l硬度是指鋼材抵抗硬物體壓入鋼材的表面的能力。l方法：布氏法、洛氏法和維氏法，常用方法是布氏法和洛氏法。定義測定方法 指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力， 試件被 彎曲角度、彎心直徑與厚度的比值d/a 定義指標l彎曲角度 、 d/a，表示對冷彎性能要求越高。1.碳是決定鋼材性能的主要元素。l隨著含碳量的增加，鋼的強度和硬度提高，塑性和韌性下降。但當含碳量大于1.0

9、%時，由于鋼材變脆，強度反而下降。第三節(jié)鋼的化學成分對鋼材性能的影響含碳量對熱軋?zhí)妓劁撔再|的影響 b抗拉強度；k沖擊韌性；HB硬度；伸長率；面積縮減率 2.硅、錳 l加入硅和錳可以與鋼中有害成分分別形成SiO2、MnO和MnS而進入鋼渣排出，起到脫氧、降硫的作用。 3.硫、磷 l硫使鋼材的熱脆性增加，磷能使鋼的強度、硬度提高，但顯著降低鋼材的塑性和韌性，使鋼材的冷脆性增加。 4.氧、氮l降低了鋼材的強度、冷彎性能和焊接性能。氧還使鋼的熱脆性增加，氮使冷脆性及時效敏感性增加。5.鋁、鈦、釩、鈮l是鋼的強脫氧劑和合金元素。能改善鋼的組織、細化晶粒、改善韌性，并顯著提高強度。 l鋼材的冷加工方式有冷

10、拉、冷拔和冷軋。 第四節(jié)鋼材的冷加工與熱處理( (一一) ) 鋼材的冷加工及時效鋼材的冷加工及時效鋼筋經冷拉時效后應力鋼筋經冷拉時效后應力- -應變圖的變化應變圖的變化 l鋼筋冷拉后屈服強度可提高15%-20%，冷拔后屈服強度可提高40%-60%。(二) 冷加工在工程中的應用l冷加工:s HB kl l 冷加工與時效:s b l HBk第五節(jié)鋼材的標準和選用l普通碳素結構鋼簡稱碳素結構鋼，化學成分主要是鐵，其次是碳，故也稱鐵-碳合金。其含碳量為0.02%-2.06%，此外尚含有少量的硅、錳和微量的硫、磷等元素。（一（一 ）、）、 碳素結構鋼碳素結構鋼一一 、 建筑常用鋼種建筑常用鋼種 鋼的牌號

11、鋼的牌號： 碳素結構鋼按照屈服強度分為Q195、Q215、Q235和Q275四個牌號，每個牌號又根據硫、磷等雜質含量分為A、B、C、D四個質量等級。 牌號的表示：屈服強度字母Q、屈服強度數值、 質量等級（A、B、C、D）、 脫氧程度符號（F、Z、TZ）。 在牌號組成表示方法中，“Z”，“TZ”符號可以省略。 A、B級鋼分沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼 C級鋼全為鎮(zhèn)靜鋼 D級鋼為特殊鎮(zhèn)靜鋼例如：Q235AF，表示屈服強度為235MPa， A級沸騰碳素結構鋼。 Q235A，表示屈服強度為235MPa， A級鎮(zhèn)靜碳素結構鋼。 Q235D，表示屈服強度為235MPa， D級特殊鎮(zhèn)靜碳素結構鋼。技術性能技術性能 鋼牌號

12、越大，鋼的含碳量增加，強度與硬度增高，塑性和韌性降低，冷彎性能變差，同時可焊性降低。 碳素結構鋼的化學成分、機械性能應符合標準規(guī)定。在機械性能中： A級：保證ft,fy,5，不要求沖擊試驗性能，必要時可 附加冷彎試驗的要求。 B級：保證ft,fy,5，冷彎性能，20C沖擊韌性 C級：保證ft,fy,5，冷彎性能，0C沖擊韌性 D級：保證ft,fy,5，冷彎性能，-20C沖擊韌性l選用原則：應根據鋼結構的工作條件、荷載類型、選用原則：應根據鋼結構的工作條件、荷載類型、連接方式、環(huán)境溫度與介質的腐蝕情況等綜合因連接方式、環(huán)境溫度與介質的腐蝕情況等綜合因素選用。素選用。l例如：例如：l Q195和和

13、Q215號鋼強度較低，塑性和韌性較大，號鋼強度較低，塑性和韌性較大，易彎加工，可用于鋼釘、螺栓等。易彎加工，可用于鋼釘、螺栓等。l Q235A使用于承受靜載作用的鋼結構；使用于承受靜載作用的鋼結構；l Q235B可用于承受動載焊接的普通鋼結構；可用于承受動載焊接的普通鋼結構；l Q235C可用于承受動載焊接的重要鋼結構；可用于承受動載焊接的重要鋼結構；l Q235D可用于低溫承受動荷載焊接的鋼結構?？捎糜诘蜏爻惺軇雍奢d焊接的鋼結構。l Q275強度較高，塑性和韌性較差，主要用于機強度較高，塑性和韌性較差，主要用于機械零件等械零件等 鋼的牌號(GB/T699-1999規(guī)定,31個牌號) 由平均含

14、碳量的萬分數，含錳量標注，脫氧程度代號組合而成。如含錳量較高時，在牌號后加注（Mn）。 如：45號鋼，表示平均含碳量為0.45%，普通含錳量的鎮(zhèn)靜鋼。選用：3045號鋼，用于重要結構的鋼鑄件和高強度螺栓；6580號鋼，常用于制作碳素鋼絲、刻痕鋼絲和鋼絞線等。 優(yōu)質碳素鋼的性能主要取決于含碳量（二）、（二）、 優(yōu)質碳素結構鋼優(yōu)質碳素結構鋼l低合金高強度結構鋼綜合性能較為理想，尤其在大跨度、承受動荷載和沖擊荷載的結構中更適用，而且與使用碳素鋼相比，可節(jié)約鋼材20%-30%，但成本并不很高。 （三）、低合金高強度結構鋼（三）、低合金高強度結構鋼 1、組成：含有、組成：含有5%以下的合金元素（以下的合

15、金元素（Si、Mn、Ti、V、Cr、Ni、Cu等），含碳量等），含碳量0.2%。2、合金元素的作用：、合金元素的作用： A 細化結晶細化結晶，起到細晶強化作用，不僅可提高強度和硬，起到細晶強化作用，不僅可提高強度和硬度，還可一定程度上增加塑性和韌性。度，還可一定程度上增加塑性和韌性。 B 彌散強化作用彌散強化作用，較硬微粒均勻分散在晶粒內部，阻礙，較硬微粒均勻分散在晶粒內部，阻礙晶?；谱冃?，大大提高鋼的強度和硬度。晶?；谱冃?，大大提高鋼的強度和硬度。3、牌號（、牌號（5個）：與碳素結構鋼一樣，用個）：與碳素結構鋼一樣，用Q+屈服強度值屈服強度值+質量等級（質量等級（A、B、C、D、E）表示

16、。）表示。4、特性：強度和硬度高，有害雜質少，質量高且穩(wěn)定，良、特性：強度和硬度高，有害雜質少，質量高且穩(wěn)定，良好的塑性和韌性，適當的可焊性。好的塑性和韌性，適當的可焊性。（三）、（三）、低合金高強度結構鋼低合金高強度結構鋼 (1) 高強度：一般其屈服強度在300MPa以上。(2) 高韌性：要求延伸率為15%20%，室溫沖擊韌性大于600kJ/m2800kJ/m2。對于大型焊接構件，還要求有較高的斷裂韌性。(3) 良好的焊接性能和冷成型性能。(4) 低的冷脆性轉變溫度。(5) 良好的耐蝕性。v應用：適合于大跨度結構、高層建筑和橋梁。比碳素結構鋼可節(jié)約用鋼2030%，減輕結構自重鋼材的選用原則1

17、.荷載性質：對經常承受動力或振動荷載的結構，易產生疲勞破壞，需選用材質高的鋼材。2.使用溫度：經常處于低溫狀態(tài)的結構，鋼材易發(fā)生冷脆斷裂，特別是焊接結構，冷脆傾向更加顯著，應選用塑性和低溫沖擊韌性較好的鋼材。3.連接方式：焊接結構對鋼材化學成分和機械性能要求較嚴。4.鋼材厚度：鋼材力學性能隨厚度增大而降低。所以一般結構用的鋼材厚度不宜超過40mm。5.結構重要性：大跨度、重要的結構，須選用質量好的鋼材。l熱軋光圓鋼筋的強度較低，但塑性及焊接性能很好，便于各種冷加工，因而廣泛用作普通鋼筋混凝土構件的受力筋及各種鋼筋混凝土結構的構造筋；HRB335和HRB400鋼筋強度較高，塑性和焊接性能也較好，

18、故廣泛用作大、中型鋼筋混凝土結構的受力鋼筋；HRB500鋼筋強度高，但塑性和焊接性能較差，可用作預應力鋼筋。（一）、（一）、 鋼筋混凝土用熱軋鋼筋鋼筋混凝土用熱軋鋼筋二、鋼筋混凝土用鋼材(a)等高肋鋼筋；(b)月牙肋鋼筋 （二）、（二）、 冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋l冷軋帶肋鋼筋既具有冷拉鋼筋強度高的特點，同時又具有很強的握裹力，混凝土對冷軋帶肋鋼筋的握裹力是同直徑冷拔低碳鋼絲的36倍，大大提高了構件的整體強度和抗震能力。這種鋼筋適用于中、小型預應力混凝土結構構件和普通鋼筋混凝土結構構件。 冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋l熱處理鋼筋經過調質熱處理而成，具有強度高、韌性高、粘結力高和塑性降低小等優(yōu)點，特

19、別適用于預應力混凝土構件 。（三）、預應力混凝土用熱處理鋼筋（三）、預應力混凝土用熱處理鋼筋（四）、預應力混凝土用鋼絲（四）、預應力混凝土用鋼絲l預應力混凝土用鋼絲質量穩(wěn)定、安全可靠、強度高、無接頭、施工方便，主要用于大跨度的屋架、薄腹架、吊車梁或橋梁等大型預應力混凝土構件，還可用于軌枕、壓力管道等預應力混凝土構件。螺旋肋鋼絲外形示意圖 三面刻痕鋼絲外形示意圖 （五）、（五）、 預應力混凝土用鋼絞預應力混凝土用鋼絞線線l鋼絞線具有強度高，與混凝土粘結好，斷面面積大，使用根數少，在結構中排列布置方便，易于錨固等優(yōu)點，主要用于大跨度、大荷載的預應力屋架、薄腹梁等構件。 預應力鋼絞線截面圖 第六節(jié)鋼材的腐蝕與防護 1 1 鋼的腐蝕：是指其表面與周圍介質發(fā)生化學作用或電化學鋼的腐蝕：是指其表面與周圍介質發(fā)生化學作用或電化學作用而受到的破壞。作用而受到的破壞。 a、化學腐蝕:是指鋼材直接與周圍介質發(fā)生化學反應而產生的銹蝕。 這種銹蝕多數是氧化作用，使鋼格表面形成疏松的氧化物。在常溫下，鋼材表面能形成一薄層氧化保護膜FeO，可以防止鋼材進一步銹蝕，故在干燥環(huán)境下，鋼材銹蝕進展緩慢，但在溫度和