模塊6建筑鋼材

建筑材料模塊6建筑鋼材6.3建筑工程用鋼61鋼材的基本知識(shí)6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)6.4鋼材的運(yùn)輸、驗(yàn)收和儲(chǔ)存了解鋼材的分類、優(yōu)缺點(diǎn)及工程應(yīng)用，鋼材中主要元素及其對(duì)鋼材性能的影響。掌握鋼材的力學(xué)性能，掌握冷加工時(shí)效處理的方法、目的和應(yīng)用。掌握各種鋼的牌號(hào)表示方法、意義及工程應(yīng)用。了解鋼材驗(yàn)收內(nèi)容、驗(yàn)收方法、運(yùn)輸及儲(chǔ)存注意事項(xiàng)。

知識(shí)目標(biāo)模塊6建筑鋼材6.1鋼材的基本知識(shí)1.優(yōu)點(diǎn)6.1.1鋼材的特點(diǎn)材質(zhì)均勻，性能可靠。1.強(qiáng)度高。2.塑性和冷加工性好。3.比強(qiáng)度較大。4.施工方便。5.6.1鋼材的基本知識(shí)2.缺點(diǎn)

建筑鋼材生產(chǎn)能耗大，成本較高；使用和儲(chǔ)存不利極易生銹，維護(hù)和維修費(fèi)用大；耐火能力較差。6.1鋼材的基本知識(shí)1.按化學(xué)成分分類6.1.2鋼材的分類

(1)碳素鋼。碳素鋼又稱非合金鋼，其化學(xué)組成中除鐵以外的主要元素是碳，在煉鋼過(guò)程中殘留于鋼水中的少量合金元素（硅、錳、硫、磷、氧、氮等），對(duì)鋼材的性能影響不大。根據(jù)碳元素的含量不同，碳素鋼又可進(jìn)一步分為以下幾種。①低碳鋼。②中碳鋼。③高碳鋼。（2)合金鋼。在低碳鋼或中碳鋼冶煉時(shí)，人為地添加了一種或多種如硅、鈦、鉻、鎳、釩等合金元素后得到的鋼材，其中合金元素起著改善碳素鋼的使用性能和工藝性能的作用。據(jù)合金元素?fù)饺氲目偭坎煌?，合金鋼又可分為以下幾種。①低合金鋼。②中合金鋼。③高合金鋼。6.1鋼材的基本知識(shí)2.按質(zhì)量分類Eye-CatchingVisual（1）普通碳素鋼。（2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼。（3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼。6.1鋼材的基本知識(shí)3.按用途分類

（1）結(jié)構(gòu)鋼。（2）工具鋼。（3）特殊鋼。6.1鋼材的基本知識(shí)4.按生產(chǎn)工藝分類（3）冷拔低碳鋼絲。（4）鋼絞線。（2）冷拉鋼筋。（1）熱軋鋼筋。6.1鋼材的基本知識(shí)5.按冶煉時(shí)脫氧程度分類（1）沸騰鋼（F）。（2）鎮(zhèn)靜鋼（Z）。（3）半鎮(zhèn)靜鋼（b）。（4）特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）。6.1鋼材的基本知識(shí)1.主要元素6.1.3化學(xué)元素對(duì)鋼材性能的影響

鋼是鐵碳合金，碳元素是鋼材中除鐵以外的主要元素。碳元素的含量在一定程度上決定著鋼材的性能。當(dāng)含碳量低于0.8%時(shí)，隨含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度和硬度相應(yīng)提高，而塑性和韌性則相應(yīng)降低；當(dāng)含碳量高于0.8%時(shí)，鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性增加，抗大氣腐蝕性和可焊性降低。6.1鋼材的基本知識(shí)2.合金元素

合金元素是為了使鋼材滿足實(shí)際使用和可加工性能的要求，人為地加入到鋼材中的一些有益元素。（1）錳。錳是低合金鋼的主加合金元素，錳元素主要起著脫氧去硫的作用。（2）硅。硅是合金鋼的主加合金元素，硅元素主要起著脫氧的作用。（3）釩、鈮、鈦。釩、鈮、鈦都是合金鋼的合金元素，在煉鋼時(shí)做脫氧劑，可改善鋼材的組織結(jié)構(gòu)，提高鋼的強(qiáng)度，增加鋼材的韌性。6.1鋼材的基本知識(shí)3.有害元素（1）硫、磷。（2）氧、氮。6.1鋼材的基本知識(shí)

1.鋼的化學(xué)成分主要是鐵和（），此外還有少量的磷、硫、氧、氮等雜質(zhì)元素，這些元素中（）元素對(duì)鋼的性能影響最大。2.硫元素是煉鋼時(shí)殘留在鋼水中的（）元素，硫容易使鋼材在高溫下產(chǎn)生裂紋，稱為鋼材的（）性。磷也是煉鋼時(shí)殘留在鋼水中的（）元素，磷容易導(dǎo)致鋼材的（）性，使鋼材在（）溫下的韌性、塑性、冷彎性能和可焊性均降低。跟蹤自測(cè)6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)1.拉伸性能6.2.1力學(xué)性質(zhì)

拉伸是建筑鋼材的主要受力形式，拉伸性能是評(píng)價(jià)鋼材力學(xué)性能和選用鋼材的重要指標(biāo)。圖6-1為低碳鋼（軟鋼）拉伸試驗(yàn)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系圖。從圖中可以看出，低碳鋼從受拉至拉斷，共經(jīng)歷了彈性階段（O→A）、屈服階段（A→B）、強(qiáng)化階段（B→C）和頸縮階段（C→D）四個(gè)階段。圖6-1低碳鋼在拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)

值得說(shuō)明的是，某些合金鋼或含碳量較高的中碳鋼和高碳鋼（如預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼筋和鋼絲）被拉伸時(shí)沒(méi)有明顯的屈服階段，很難測(cè)定其屈服強(qiáng)度。由圖6-2的應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以看出，中碳鋼和高碳鋼的抗拉強(qiáng)度很高，但拉伸時(shí)的伸長(zhǎng)率卻很小，斷裂時(shí)呈脆性斷裂。圖6-2中碳鋼、高碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)

屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度不但是工程設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)，也是建筑鋼材購(gòu)銷和檢驗(yàn)工作中的評(píng)價(jià)指標(biāo)。建筑工程中不同結(jié)構(gòu)用鋼及其屈強(qiáng)比要求見(jiàn)表6-1。圖6-1不同用途鋼材要求的屈強(qiáng)比6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)

在圖6-1中，鋼材受力達(dá)到最高點(diǎn)-C點(diǎn)后，抵抗變形的能力明顯降低，即應(yīng)力逐漸下降，變形卻快速增長(zhǎng)，最后鋼材試件在有雜質(zhì)或結(jié)構(gòu)缺陷的薄弱處出現(xiàn)斷面急劇縮減、變形急劇增加的現(xiàn)象，稱為“頸縮”，如圖6-3所示。頸縮達(dá)到一定程度后鋼材被拉斷。圖6-3鋼材拉伸頸縮6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)

如圖6-4所示，標(biāo)距為L(zhǎng)0的標(biāo)準(zhǔn)鋼材試件，受力拉斷后其標(biāo)距范圍內(nèi)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，則伸長(zhǎng)率δ按式(6-2)計(jì)算。δn=(L1-L0)/L0×100%（6-2）式中，L1為試件拉斷后標(biāo)距間的長(zhǎng)度（mm）；L0為試件的原標(biāo)距長(zhǎng)度（mm）；n為試件長(zhǎng)度與直徑之比（n取5或10）。圖6-4鋼材拉伸斷裂后增加的長(zhǎng)度6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)2.沖擊韌性

沖擊韌性是評(píng)價(jià)鋼材抵抗沖擊荷載作用的能力，用沖斷試件所需能量的多少表示。如圖6-5所示，將有缺口的試件放在沖擊試驗(yàn)機(jī)的支座上，用擺錘打斷試件，測(cè)得試件單位面積上所消耗的功即為沖擊韌性，用沖擊值表示，按式(6-3)計(jì)算。ak=A/Ak（6-3）圖6-5鋼材沖擊試驗(yàn)6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)3.疲勞強(qiáng)度

鋼材受交變荷載反復(fù)作用時(shí)，在應(yīng)力遠(yuǎn)低于屈服強(qiáng)度的情況下突然發(fā)生破壞的現(xiàn)象稱為疲勞破壞。疲勞破壞是在低應(yīng)力狀態(tài)下突然發(fā)生的，所以危害性極大。評(píng)價(jià)疲勞破壞的指標(biāo)是疲勞強(qiáng)度，又稱疲勞極限。一般把鋼材承受交變荷載106～107次時(shí)不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力作為疲勞極限。一般來(lái)說(shuō)，鋼材的抗拉強(qiáng)度高，其疲勞極限也較高。6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)4.硬度

硬度是鋼材表面抵抗更硬物體壓入而引起局部塑性變形的抵抗力。鋼材的硬度常用布氏硬度表示，以布氏硬度值（HB）衡量。如圖6-6所示，試驗(yàn)時(shí)用直徑為D（mm）的硬鋼球，在一定荷載P（N）作用下壓入鋼材表面，并持續(xù)一定時(shí)間后卸荷，量出壓痕直徑d（mm），計(jì)算每單位壓痕球面積所承受的荷載值，即布氏硬度值（HB）。HB是以10MPa計(jì)的數(shù)字表示，如HB=150，即表示HB值為1500MPa。6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)圖6-6布氏硬度試驗(yàn)1—鋼球；2—試件；P—施加于鋼球上的荷載；d—壓痕直徑；h—壓痕深度6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)1.冷彎性能6.2.2工藝性能

冷彎性能用于評(píng)價(jià)鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。評(píng)價(jià)指標(biāo)為“彎曲角度、彎心直徑（d）與鋼筋直徑（a）或試件厚度的比值”。圖6-7鋼材冷彎試驗(yàn)鋼材的冷彎試驗(yàn)如圖6-7所示，將直徑(或厚度)為a的試件，采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的彎心直徑d（d=na，n為整數(shù)），彎曲到規(guī)定的角度時(shí)（180°或90°），若在彎曲處的拱面和兩側(cè)面均無(wú)裂紋、斷裂和起層等現(xiàn)象出現(xiàn)，即認(rèn)為鋼材的冷彎性能合格。6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)圖6-6布氏硬度試驗(yàn)6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)

我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)把鋼材的彎曲分成如圖6-8所示的三種類型：達(dá)到某規(guī)定的角度α的彎曲，如圖6-8（a）所示；繞著彎心彎到兩面平行，如圖6-8（b）所示；繞著彎心彎到兩面重合，如圖6-8（c)所示。圖68鋼材的彎曲類型6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)2.焊接性能

焊接是把兩塊金屬局部加熱，并使其接縫部分迅速呈熔融或半熔融狀態(tài)而牢固地連接起來(lái)的操作。焊接是鋼結(jié)構(gòu)的主要連接形式，在建筑工程的鋼結(jié)構(gòu)中,90％以上都是焊接結(jié)構(gòu)。焊接質(zhì)量取決于鋼材母材與焊接材料間的可焊性、母材中的化學(xué)成分及焊接工藝水平。6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)3.冷加工強(qiáng)化處理及時(shí)效

（1）冷加工強(qiáng)化處理。冷加工強(qiáng)化處理是指將鋼材在常溫下進(jìn)行冷加工處理，使之產(chǎn)生塑性變形，同時(shí)強(qiáng)度、塑性和韌性均發(fā)生改變的過(guò)程。冷拉和冷拔是建筑工程中兩種常用的冷加工強(qiáng)化處理方法。①冷拉。②冷拔。（2）時(shí)效。鋼材的時(shí)效分自然時(shí)效和人工時(shí)效兩種。圖6-9為鋼筋冷拉時(shí)效后的應(yīng)力應(yīng)變情況。6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)圖6-9鋼筋冷拉時(shí)效后應(yīng)力-應(yīng)變的變化6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)1.耐腐蝕性6.2.3耐久性

（1）腐蝕的類型。根據(jù)產(chǎn)生銹蝕作用的原因不同，將鋼材的銹蝕分為化學(xué)銹蝕和電化學(xué)銹蝕兩種。（2）腐蝕的危害。鋼材銹蝕后，在其表面局部會(huì)出現(xiàn)坑槽。對(duì)于用于鋼結(jié)構(gòu)中的鋼材，銹蝕使鋼材的受力截面減小，應(yīng)力集中，承載力和疲勞強(qiáng)度均降低，尤其是沖擊韌性大幅度下降，容易產(chǎn)生脆斷現(xiàn)象；混凝土中的鋼筋銹蝕后，會(huì)產(chǎn)生較大的體積膨脹而出現(xiàn)順筋開(kāi)裂現(xiàn)象。（3）防止鋼材腐蝕措施。①科學(xué)儲(chǔ)存。②合理選用，嚴(yán)格檢驗(yàn)。③制作保護(hù)層。④提高鋼筋混凝土的質(zhì)量。6.2鋼材的技術(shù)性質(zhì)2.耐熱性（1）強(qiáng)度降低。（2）變形速率加大。6.3

建筑工程用鋼1.鋼結(jié)構(gòu)用鋼的形式6.3.1鋼結(jié)構(gòu)用鋼

（1）型鋼。按截面形狀不同，型鋼可分為簡(jiǎn)單截面和復(fù)雜截面或稱異型截面兩大類；按不同工藝，型鋼又分成熱軋型鋼和冷彎薄壁型鋼兩種。圖6-10為常用的幾種型鋼示意圖。（2）鋼板和鋼帶。鋼板是指一種寬厚比和表面積都很大的扁平鋼材。鋼帶一般是指長(zhǎng)度很長(zhǎng)，可成卷供應(yīng)的鋼板。6.3

建筑工程用鋼2.鋼結(jié)構(gòu)用鋼的種類1）碳素結(jié)構(gòu)鋼

碳素結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)及其表示方法。碳素結(jié)構(gòu)鋼的特性及應(yīng)用。（1）（2）（3）6.3建筑工程用鋼圖6-10熱軋型鋼的形狀6.3

建筑工程用鋼

Q235鋼在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用如下。

Q235—A一般用于只承受靜荷載作用的鋼結(jié)構(gòu)。

Q235—B適合用于承受動(dòng)荷載焊接的普通鋼結(jié)構(gòu)。

Q235—C適合用于承受動(dòng)荷載焊接的重要鋼結(jié)構(gòu)。

Q235—D適合用于低溫環(huán)境使用的承受動(dòng)荷載焊接的重要鋼結(jié)構(gòu)。知識(shí)拓展6.3

建筑工程用鋼2）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

（1）牌號(hào)及其表示方法。（2）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T1591—2008）。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分和拉伸性能分別應(yīng)符合表6-4和表6-5的要求。（3）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的特性及應(yīng)用。6.3

建筑工程用鋼

【工程案例】工程概況：某廠的鋼結(jié)構(gòu)屋架是用中碳鋼焊接而成的，在使用一段時(shí)間后出現(xiàn)了屋架坍塌事故，請(qǐng)分析事故原因?！景咐治觥吭蚴卿摬钠贩N選用不當(dāng)。由于中碳鋼的塑性、韌性、焊接性能都較差，焊接時(shí)容易產(chǎn)生裂紋，承載能力下降，因此使用一段時(shí)間后，出現(xiàn)了屋架坍塌事故。正確的做法是選用普通碳素鋼中的低碳鋼和合金鋼中的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。6.3

建筑工程用鋼1.熱軋光圓鋼筋6.3.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼

按照《鋼筋混凝土用鋼第1部分：熱軋光圓鋼筋》（GB1499.1—2008/XG1—2012）規(guī)定，熱軋光圓鋼筋的屈服強(qiáng)度特征值為300級(jí)，其牌號(hào)表示及含義見(jiàn)表6-6。1）熱軋光圓鋼筋的牌號(hào)及表示圖6-6熱軋光圓鋼筋的分級(jí)和牌號(hào)表示6.3

建筑工程用鋼

GB1499.1—2008/XG1—2012對(duì)熱軋光圓鋼筋的化學(xué)成分、力學(xué)性能及工藝性能的要求見(jiàn)表6-7和表6-8。2）技術(shù)要求圖6-7熱軋光圓鋼筋的化學(xué)成分圖6-8熱軋光圓鋼筋的力學(xué)性能和工藝性能6.3

建筑工程用鋼2.熱軋帶肋鋼筋

熱軋帶肋鋼筋俗稱螺紋鋼，它是用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼軋制成的橫截面為圓形的條形鋼筋，通常表面帶有兩道縱肋和沿長(zhǎng)度方向均勻分布的橫肋；按肋紋的形狀不同，又分為月牙肋和等高肋兩種。帶肋鋼筋的幾何形狀如圖6-11所示。圖6-11帶肋鋼筋形狀6.3建筑工程用鋼1）熱軋帶肋鋼筋的分級(jí)和牌號(hào)表示表6-9熱軋帶肋鋼筋的分級(jí)和牌號(hào)表示6.3

建筑工程用鋼2）技術(shù)要求

GB1499.2—2007/XG1—2009對(duì)熱軋帶肋鋼筋的化學(xué)成分、力學(xué)性能和工藝性能等都做了相關(guān)要求。（1）化學(xué)成分要求見(jiàn)表6-10。（2）力學(xué)性能和工藝性能要求見(jiàn)表6-11。表6-10熱軋帶肋鋼筋的化學(xué)成分6.3建筑工程用鋼表6-11熱軋帶肋鋼筋的力學(xué)性能和工藝性能6.3

建筑工程用鋼

（3）工藝性能。①?gòu)澢阅?。?guī)范規(guī)定，熱軋帶肋鋼筋在規(guī)定的彎心直徑上彎曲180°后，鋼筋受彎部位表面不得產(chǎn)生裂紋。不同牌號(hào)、不同公稱直徑帶肋鋼筋彎曲彎心直徑見(jiàn)表6-11。②反向彎曲性能。根據(jù)使用方的要求，鋼筋有時(shí)需要進(jìn)行反向彎曲試驗(yàn)。③焊接性能。熱軋鋼筋的焊接工藝及焊接接頭質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收應(yīng)符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。6.3

建筑工程用鋼

1.建筑鋼材可分為鋼結(jié)構(gòu)用（）鋼和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用（）兩類。

2.在建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)所用的各種型鋼，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所用的各種鋼筋、鋼絲、錨具等鋼材，基本上都是普通（）鋼和（）合金結(jié)構(gòu)鋼等鋼種。

3.Q235-A.F表示（）點(diǎn)強(qiáng)度為235MPa的（）級(jí)沸騰鋼。跟蹤自測(cè)6.3

建筑工程用鋼1.熱處理鋼筋6.3.3預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼

熱處理鋼筋是指低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)熱軋后立即淬火進(jìn)行表面控制冷卻，然后利用芯部余熱自身完成回火調(diào)直處理所得的成品鋼筋。按外形分為有縱肋（公稱直徑為8.2mm和10mm）和無(wú)縱肋（公稱直徑為6mm和8.2mm）兩種。預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋的力學(xué)性能見(jiàn)表6-12。表6-12預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋的力學(xué)性能6.3

建筑工程用鋼2.精軋螺紋鋼筋

用于預(yù)應(yīng)力混凝土的螺紋鋼筋亦稱精軋螺紋鋼筋，是用熱軋方法在整根鋼筋上軋有不連續(xù)的外螺紋的大直徑、高強(qiáng)度、高尺寸精度的無(wú)縱肋的直條鋼筋。該鋼筋在任意截面處，均可用帶有匹配形狀的內(nèi)螺紋的連接器或錨具進(jìn)行連接或錨固，如圖6-12所示。圖6-12精軋螺紋鋼筋6.3

建筑工程用鋼2.精軋螺紋鋼筋

螺紋鋼筋以屈服強(qiáng)度劃分級(jí)別，其代號(hào)用“PSB”加上規(guī)定屈服強(qiáng)度最小值表示。P、S、B分別為prestressing、screw、bars的英文首位字母。例如，PSB830表示屈服強(qiáng)度最小值為830MPa的鋼筋。螺紋鋼筋的力學(xué)性能見(jiàn)表6-13。6.3建筑工程用鋼表6-13精軋螺紋鋼筋的力學(xué)性能6.3

建筑工程用鋼3.優(yōu)質(zhì)鋼絲及鋼絞線

（1）預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲。預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲是將優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤(pán)條經(jīng)高溫、淬火、酸洗、冷拔加工而制成的高強(qiáng)鋼絲。按外形不同，預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲可分為光圓鋼絲（P）、刻痕鋼絲（I）、螺旋肋鋼絲（H）三種；按加工狀態(tài)不同，可分為冷拉鋼絲（WCD）、消除應(yīng)力鋼絲兩類；其中的消除應(yīng)力鋼絲按照松弛性能又分為低松弛級(jí)鋼絲（WLR）及普通松弛級(jí)鋼絲（WNR）兩種。冷拉鋼絲的力學(xué)性能應(yīng)符合表6-14的規(guī)定。6.3建筑工程用鋼表6-14冷拉鋼絲的力學(xué)性能6.3建筑工程用鋼

消除應(yīng)力刻痕鋼絲的力學(xué)性能應(yīng)符合表6-16的規(guī)定。表6-15消除應(yīng)力光圓及螺旋肋鋼絲的力學(xué)性能6.3建筑工程