建筑鋼材概述、性能與結(jié)構(gòu)

1、建筑鋼材概述、性能與結(jié)構(gòu)51 概 述52 建筑鋼材的主要性能53 建筑鋼材的鋼種及牌號54 鋼 筋55 鋼絲及鋼絞線第五章 建筑鋼材51 概 述上海寶鋼一、鋼及其特性鋼理論上，凡是把含碳量小于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(fù)雜截面型鋼：工字鋼、角鋼、槽鋼、鋼軌等。二、建筑鋼材的主要品種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

2、。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。壓型彩鋼板三、 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 .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.電爐煉鋼法白口鐵液態(tài)生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。鋼轉(zhuǎn)爐鋼沸騰鋼電爐鋼平爐鋼按冶煉方法分按脫氧程度分半鎮(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(xué)成分分4.按用途分 分為建筑

3、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)。鋼中碳鋼低合金鋼高碳鋼低碳鋼碳素鋼合金鋼中合金鋼高合金鋼C0.25%C=0.25%C合金總含量5%5%101052 建筑鋼材的主要性能標準試件按照一定的要求，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(yīng)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

4、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CDDDDD強化階段bb 抗拉強度或強度極限。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：2.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。用條件屈服強度來代替屈服強度。條件屈服點 ：使硬鋼產(chǎn)生0.2%塑性變形時的應(yīng)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

5、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耗的功（J/cm2）。影響因素硫、磷含量高，存在化學(xué)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(yīng)力和夾

6、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相近的性能。可焊性受化學(xué)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(yīng)選擇含碳量較低的氧氣轉(zhuǎn)爐或平爐的鎮(zhèn)靜鋼。當(dāng)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(yù)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(yīng)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

7、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。 53 建筑鋼材的鋼種及牌號 一、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235M

8、Pa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(xué)成分、力學(xué)性能、冷彎性能應(yīng)符合GB700規(guī)定。一、碳素結(jié)構(gòu)鋼（非合金鋼）4.應(yīng)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(yīng)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。二、低合金

9、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Q345A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(xué)成分、力學(xué)性能、冷彎性能應(yīng)符合GB/T1591 的規(guī)定二、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼4.應(yīng)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(xué)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

10、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(xué)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)構(gòu)。 54 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

11、鋼筋的力學(xué)性能、工藝性能 應(yīng)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30mm，大多通過卷線機成盤卷供應(yīng)，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

12、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、用途類別符號等五個內(nèi)容表示。 二、低碳熱軋圓盤條4.力學(xué)性能和工藝性能 5.應(yīng)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(xué)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(xué)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

13、理。2.牌號按抗拉強度分為CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五個牌號。 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(xué)性能和工藝性能應(yīng)符合GB13788的相關(guān)規(guī)定 。5.應(yīng)用冷軋帶肋鋼筋用于非預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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

14、RB150。2.規(guī)格公稱直徑6、10mm。3.牌號 有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr三個 。有縱肋無縱肋四、熱處理鋼筋4.力學(xué)性能5.特點及應(yīng)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(yù)應(yīng)力構(gòu)件。但其對應(yīng)力腐蝕及缺陷敏感性強，應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋的力學(xué)性能 公稱直徑mm牌 號0.2b10，%不小于MPa，不小于68.21040Si2Mn48Si2Mn45Si2C鋼絲及鋼絞線 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(yù)應(yīng)力混凝土骨架

15、的鋼絲。 2.分類按交貨狀態(tài)分為冷拉鋼絲和消除應(yīng)力鋼絲兩種；按外形分為光面鋼絲和刻痕鋼絲兩種。3.力學(xué)性能應(yīng)符合相應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力筋 。二、鋼絞線1.生產(chǎn)由多根圓形斷面鋼絲捻制而成。鋼絞線按左捻制成并經(jīng)回火處理消除內(nèi)應(yīng)力。2.規(guī)格鋼絞線按應(yīng)力松弛性能分為兩級：級松弛（代號）、級松弛（代號）。公稱直徑有、三種規(guī)格。3.特點及應(yīng)用鋼絞線與其他配筋材料相比，具有強度高、柔性好、質(zhì)量穩(wěn)定、成盤供應(yīng)不需接頭等優(yōu)點。適用于作大型建筑、公路或鐵路橋梁、吊車梁等大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力鋼筋，廣泛地應(yīng)用于大跨度、重荷載的結(jié)構(gòu)工程中。

16、本章小結(jié)鋼材是建筑工程中常用的建筑材料之一。建筑鋼材主要包括各種型鋼、鋼筋、鋼絲和鋼絞線等； 建筑鋼材的主要性能包括力學(xué)性能、工藝性能和耐久性三個方面；建筑鋼材所用的鋼種包括碳素結(jié)構(gòu)鋼（非合金鋼）、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。 建筑工程中常用的鋼筋，其力學(xué)性能、工藝性能、化學(xué)成分等必須符合相應(yīng)標準的規(guī)定。 鋼絲和鋼絞線具有強度高、變形較小等特點，主要用作普通預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)及大跨度預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋。 習(xí)題一填空題1. 鋼按照化學(xué)成分分為（ ）和（ ）兩類；按質(zhì)量分為（ ）、（ ）和（ ）三種。 答案：1. （碳素鋼）、（合金鋼）、（普通碳素鋼）、（優(yōu)質(zhì)碳素鋼）、（高級優(yōu)質(zhì)鋼）。2.低碳鋼的拉伸過程經(jīng)歷了（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四個階段。高碳鋼的（ ）階段不明顯，以（ ）代替其屈服點。3.鋼材冷彎試驗的指標以（ ）和（ ）來表示。答案：2. （彈性階段）、（屈服階段）、（強化階段）、（頸縮階段）、（屈服）、（條件屈服點）3. （彎曲角度）、（彎心直徑）。 4.熱軋鋼筋按照軋