道路工程材料課件：第七章、建筑鋼材

1、第七章 建筑鋼材 教學目標教學目標 1、重點掌握建筑結(jié)構(gòu)用 鋼材的主要力學性能，建 筑鋼材的分類、選擇使用。 2、理解施工中能鋼材的加工及 防腐處理。 第六章 金屬材料概述：概述： 一、金屬材料類型：一、金屬材料類型：1、黑色金屬：是以鐵元素為主要成分的金屬及其、黑色金屬：是以鐵元素為主要成分的金屬及其 合金，常用的主要有鋼和鐵，鋼合金，常用的主要有鋼和鐵，鋼 應用最廣。應用最廣。2、有色金屬：是除黑色以外的其他金屬，其中鋁、有色金屬：是除黑色以外的其他金屬，其中鋁 是一種重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)和裝飾材料。是一種重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)和裝飾材料。 第一節(jié) 建筑鋼材一、鋼及其特性鋼理論上，凡是把含碳量小于2%，

2、含雜質(zhì)比較少的鐵碳合金稱為鋼。含碳量超過2%，稱為生鐵；含碳量小于0.08%，稱為工業(yè)純鐵。鋼的特點具有強度高，塑性好，具有良好的韌性；工藝性能良好，易于加工；但是，鋼材易銹蝕、耐火性差。二、建筑鋼材的主要品種1.型鋼 簡單截面型鋼：圓鋼、方鋼、六角鋼、八角鋼等； 復雜截面型鋼：工字鋼、角鋼、槽鋼、鋼軌等。2.線材如鋼筋、鋼絲等。二、建筑鋼材的主要品種3.管材無縫鋼管、焊接鋼管等。二、建筑鋼材的主要品種4.板材光面鋼板、花紋鋼板、彩色涂層鋼板等。三、 鋼的冶煉方法簡介按照煉鋼爐的種類，煉鋼方法可分為：1. 空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法 一般煉制普通碳素鋼。2 .氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法 煉制優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼。3 .

3、平爐煉鋼法 用來煉制優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼或有特殊要求的專用鋼。4.電爐煉鋼法液態(tài)生鐵白口鐵吹入空氣或氧氣鋼澆注成鋼錠脫 氧熔融四、鋼的分類1.按冶煉方法分2.按質(zhì)量分 按S和P元素含量，分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和特殊質(zhì)量鋼。轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼平爐鋼鋼按冶煉方法分按脫氧程度分沸騰鋼半鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼按爐襯材料分為酸性鋼和堿性鋼四、鋼的分類3.按化學成分分4.按用途分 分為建筑鋼、結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼（如不銹鋼、耐酸鋼、耐堿鋼、磁鋼等。高合金鋼合金鋼中碳鋼低合金鋼高碳鋼低碳鋼中合金鋼鋼碳素鋼C0.25%C=0.25%0.60C0.60合金總含量5%5%1010五 建筑鋼材的主要性能 標準試件按照

4、一定的要求，對表面進行車削加工后的試件。l0 A0d0l 非標準試件不經(jīng)過加工，直接在線材上切取的試件。頭部頭部工作段（一）、拉伸性能1.低碳鋼的拉伸性能0鋼材拉伸過程的-圖OB彈性階段BC屈服階段CD強化階段DE頸縮階段A0BCB0DCEDFEC上上屈服點C下下屈服點以下屈服點的應力作為鋼材的屈服強度。（1）拉伸試驗過程0鋼材拉伸彈性階段示意圖AB0彈性階段p比例極限，MPa。pBB彈性極限，MPa。注：由于A、B兩點相距較近，一般認為p=B 。0 鋼材拉伸屈服階段示意圖AB0C下C上CBC下C上C屈服階段放大后0 鋼材拉伸強化階段示意圖AB0C下C上CD D D D D強化階段bb 抗拉強

5、度或強度極限。DC0E鋼材拉伸頸縮階段示意圖AB0C下C上CDDE頸縮階段（2）拉伸過程的參數(shù)強度指標屈服強度：抗拉強度：塑性指標伸長率：0AFss0AFbb%100001lll2.硬鋼（高碳鋼）的拉伸性能硬鋼強度高，塑性差，拉伸過程無明顯屈服階段，無法直接測定屈服強度。用條件屈服強度0.2來代替屈服強度。條件屈服點0.2 ：使硬鋼產(chǎn)生0.2%塑性變形時的應力。見左圖。0A0.2%aboa總變形。ba彈性變形99.8%。ob塑性變形0.2%。（二）、沖擊韌性定義及指標指鋼材抵抗沖擊荷載而不被破壞的能力。其大小用沖擊韌性值k表示。k 越大，則沖擊韌性越好。k是以試件沖擊破壞時缺口處單位面積上所消

6、耗的功（J/cm2）。影響因素硫、磷含量高，存在化學偏析，含非金屬夾雜物，焊接形成裂紋，溫度降低等，均會降低沖擊韌性。對于承受沖擊荷載和振動荷載部位的鋼材，必須考慮沖擊韌性。（三）、工藝性能1.冷彎性能 指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。 冷彎試驗的指標：彎心直徑d與試件厚度（直徑）a的比值d/a；彎曲角度（90或180）；試樣彎曲外表面無肉眼可見裂紋則冷彎合格。 通過冷彎試驗，更有助于暴露鋼材的某些內(nèi)在缺陷，它能揭示鋼材是否存在內(nèi)部組織不均勻、內(nèi)應力和夾雜物等缺陷。（三）、工藝性能2.可焊性 可焊性是指在一定焊接工藝條件下，在焊縫及其附近過熱區(qū)是否產(chǎn)生裂縫及脆硬影響，焊接后接頭強度是否與母體

7、相近的性能?？珊感允芑瘜W成分及含量的影響。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均會降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金鋼具有良好的可焊性。 焊接結(jié)構(gòu)應選擇含碳量較低的氧氣轉(zhuǎn)爐或平爐的鎮(zhèn)靜鋼。當采用高碳鋼及合金鋼時，為了改善焊接后的硬脆性，焊接時一般要采用焊前預熱及焊后熱處理等措施。（四）、鋼材的冷加工強化和時效1.冷加工強化 冷加工強化是鋼材在常溫下，以超過其屈服點但不超過抗拉強度的應力對其進行的加工。 建筑鋼材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷軋、刻痕等 。 對鋼材進行冷加工的目的，主要是利用時效提高強度，利用塑性節(jié)約鋼材，同時也達到調(diào)直和除銹的目的。 （四）、鋼材的冷加工強化和時效2.時效

8、鋼材隨時間的延長，其強度、硬度提高，而塑性、沖擊韌性降低的現(xiàn)象稱為時效。時效分為自然時效和人工時效兩種。 自然時效是將其冷加工后，在常溫下放置1520d； 人工時效是將冷加工后的鋼材加熱至100200保持2h以上。經(jīng)過時效處理后的鋼材，其屈服強度、抗拉強度及硬度都將提高，而塑性和韌性降低。 （五）建筑鋼材的鋼種及牌號 碳素結(jié)構(gòu)鋼（非合金鋼）1.牌號表示法由代表屈服點的字母、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等四個部分按順序組成；如：Q235AF表示為屈服點不小于235MPa的A級沸騰鋼。 2.牌號共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五個牌號。3.技術(shù)要求化學成分、力學性能、

9、冷彎性能應符合GB700規(guī)定。碳素結(jié)構(gòu)鋼（非合金鋼）4.應用Q195、Q215，含碳量低，強度低，塑性、韌性、加工性能和可焊性好，主要用于軋制薄板和盤條、制造鉚釘、地腳螺栓等。Q235，含碳適中，綜合性能好，強度、塑性和焊接等性能得到很好配合，用途最廣泛。常軋制成盤條或鋼筋，以及圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼等型鋼，廣泛地應用于建筑工程中。Q255、Q275，強度、硬度較高，耐磨性較好，塑性和可焊性能有所降低。主要用作鉚接與螺栓連接的結(jié)構(gòu)及加工機械零件。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 1.牌號表示方法由代表屈服點的拼音字母（Q）、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號（A、B、C、D、E）三部分按順序組成。如Q3

10、45A表示屈服點不小于345MPa的A級鋼。 2.牌號共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五個牌號。3.技術(shù)要求其化學成分、力學性能、冷彎性能應符合GB/T1591 的規(guī)定低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼4.應用Q295，鋼中只含有極少量合金元素，強度不高，但有良好的塑性、冷彎、焊接及耐蝕性能。主要用于建筑工程中對強度要求不高的一般工程結(jié)構(gòu)。Q345、Q390，綜合力學性能好，焊接性能、冷熱加工性能和耐蝕性能均好，C、D、E級鋼具有良好的低溫韌性。主要用于承受較高荷載的焊接結(jié)構(gòu)。Q420、Q460，強度高，特別是在熱處理后有較高的綜合力學性能。主要用于大型工程結(jié)構(gòu)及要求強度高、荷載大的輕型結(jié)

11、構(gòu)。 鋼筋（一）、熱軋鋼筋1.生產(chǎn) 采用鋼錠經(jīng)加熱軋制自然冷卻而成。2.分類 鋼筋混凝土用熱軋鋼筋分為光圓鋼筋和帶肋鋼筋兩種。 3.牌號 熱軋直條光圓鋼筋 ：HPB235 熱軋帶肋鋼筋：HRB335、HRB400、HRB500 H、R、B分別為熱軋（Hotrolled）、帶肋（Ribbed）、鋼筋（Bars）三個詞英文首位字母。 推薦公稱尺寸：光圓：8、10、12、16、20 ；帶肋：6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm （一）、熱軋鋼筋4.熱軋鋼筋的力學性能、工藝性能 應符合下表的規(guī)定。表面形狀強度等級代號公稱直徑屈服點s，MPa抗拉強度b，MPa伸長率5，%冷彎d彎心

12、直徑a鋼筋公稱直徑不小于光圓HPB23582023537025180d=a月牙肋HRB335625285033549016180d=3a180d=4aHRB400625285040057014180d=4a180d=5aHRB500625285050063012180d=6a180d=7a（二）、低碳熱軋圓盤條1.概述低碳熱軋圓盤條的公稱直徑為5.530mm，大多通過卷線機成盤卷供應，因此稱為盤條、盤圓或線材。2.分類按用途分為：供拉絲用盤條（代號L）、供建筑和其他一般用途用盤條（代號J）兩種。 3.牌號低碳熱軋圓盤條的牌號表示方法由屈服點符號、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號、用途類別

13、符號等五個內(nèi)容表示。 （二）、低碳熱軋圓盤條4.力學性能和工藝性能 5.應用大量用作建筑工程中鋼筋混凝土的配筋外，還適用于供拉絲、包裝及其它用途。 牌 號力學性能冷彎試驗180d=彎心直徑a=試樣直徑屈服點s，MPa抗拉強度b，MPa伸長率5，%不小于Q21521537527d=0Q23523541023d=0.5a低碳熱軋圓盤條的力學性能和工藝性能 （三）、冷軋帶肋鋼筋 1.生產(chǎn)冷軋帶肋鋼筋由熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔減徑后，在表面冷軋成兩面或三面有肋的鋼筋。鋼筋冷軋后允許進行低溫回火處理。2.牌號按抗拉強度分為CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五個牌號。

14、3.規(guī)格直徑范圍為412mm，推薦的公稱直徑為5、6、7、8、9、10mm （三）、冷軋帶肋鋼筋4.力學性能和工藝性能應符合GB13788的相關(guān)規(guī)定 。5.應用冷軋帶肋鋼筋用于非預應力構(gòu)件，與熱軋圓盤條相比，強度提高17%左右，可節(jié)約鋼材30%左右；用于預應力構(gòu)件，與低碳冷拔絲比，伸長率高，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力較大，適用于中、小預應力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也適用于焊接鋼筋網(wǎng)。 （四）、熱處理鋼筋 1.概述 熱處理鋼筋是經(jīng)過淬火和回火調(diào)質(zhì)處理的螺紋鋼筋。分有縱肋和無縱肋兩種，其外形分別見右圖。代號為RB150。2.規(guī)格 公稱直徑6、8.2、10mm。3.牌號 有40Si2Mn、48Si2Mn和45

15、Si2Cr三個 。有縱肋無縱肋（四）、熱處理鋼筋4.力學性能5.特點及應用 熱處理鋼筋具有很高的強度外，還具有較好的塑性和韌性，特別適合于預應力構(gòu)件。 但其對應力腐蝕及缺陷敏感性強，應防止產(chǎn)生銹蝕及刻痕等現(xiàn)象。熱處理鋼筋不適用于焊接和點焊的鋼筋 。預應力混凝土用熱處理鋼筋的力學性能 公稱直徑mm牌 號0.2b10，%不小于MPa，不小于68.21040Si2Mn48Si2Mn45Si2Cr132514706一、鋼絲1.生產(chǎn)以優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條為原料，經(jīng)淬火、酸洗、冷拉制成的用作預應力混凝土骨架的鋼絲。 2.分類按交貨狀態(tài)分為冷拉鋼絲和消除應力鋼絲兩種；按外形分為光面鋼絲和刻痕鋼絲兩種。3.力學性能應符合相應標準規(guī)定。鋼絲主要用作橋梁、吊車梁、電桿、樓板、大口徑管道等預應力混凝土構(gòu)件中的預應力筋 。七、建筑鋼材的銹蝕與防止一、鋼材的銹蝕1化學銹蝕2電化學