建筑金屬材料課件

倫敦千年穹頂

用鋼量：4000噸千年穹頂?shù)脑煨秃芷嫣?-它由12根穿出屋面、高達(dá)100米的鋼桅桿支撐，屋頂采用膜材料覆蓋成圓球形，而膜面則支撐在72根輻射狀的鋼索上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去像一個(gè)白色的大帳篷。

吉隆坡國家石油雙塔大廈

用鋼量：7500噸高452米的吉隆坡國家石油雙塔大廈號(hào)稱目前世界上最高的純鋼結(jié)構(gòu)建筑(外層材料為不銹鋼和玻璃)。雙塔大廈在41層和42層之間還有一座用輕型鋼建造的“空中天橋”連接兩塔，“橋”長(zhǎng)58米、高9米，總重750噸日本明石海峽大橋

用鋼量：30萬噸這座目前世界上主跨最長(zhǎng)的懸橋(全長(zhǎng)3911米，主跨長(zhǎng)1991米)，將日本的本州、九州、北海道和四國島連在了一起。該橋可承受里氏8.5級(jí)的強(qiáng)烈地震和80米/秒的暴風(fēng)。第二章建筑金屬材料C≤2.11％冶煉生鐵鋼水生鐵中的碳氧化，降低含C量，除去雜質(zhì)元素，降低其含量鑄錠鋼鋼材熱加工2.1鋼的分類一.鋼的化學(xué)成分及其對(duì)性能的影響

二.鋼的微觀結(jié)構(gòu)及其對(duì)性能的影響（自學(xué)）

三鋼的分類1.按化學(xué)成分分：2.1鋼的分類三鋼的分類2.按脫氧程度分：3.按質(zhì)量等級(jí)分:普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼、特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼2.1鋼的分類鋼材的脫氧程度對(duì)鋼材質(zhì)量的影響(A)沸騰鋼(B)鎮(zhèn)靜鋼

2.2建筑用鋼的技術(shù)性質(zhì)一.鋼材的力學(xué)性能（一）抗拉性能2.2建筑用鋼的技術(shù)性質(zhì)一.鋼材的力學(xué)性能（一）抗拉性能2.2建筑用鋼的技術(shù)性質(zhì)1.彈性階段一.鋼材的力學(xué)性能（一）抗拉性能2.2建筑用鋼的技術(shù)性質(zhì)一.鋼材的力學(xué)性能（一）抗拉性能2.屈服階段2.2建筑用鋼的技術(shù)性質(zhì)一.鋼材的力學(xué)性能（一）抗拉性能3.強(qiáng)化階段2.2建筑用鋼的技術(shù)性質(zhì)一.鋼材的力學(xué)性能（一）抗拉性能4.頸縮階段2.2建筑用鋼的技術(shù)性質(zhì)一.鋼材的力學(xué)性能（二）塑性1.伸長(zhǎng)率2.斷面收縮率

2.2建筑用鋼的技術(shù)性質(zhì)一.鋼材的力學(xué)性能（三）沖擊韌性

擺錘試件H0H12.2建筑用鋼的技術(shù)性質(zhì)一.鋼材的力學(xué)性能（三）沖擊韌性

2.2建筑用鋼的技術(shù)性質(zhì)一.鋼材的力學(xué)性能（四）硬度

布氏硬度測(cè)定示意圖2.2建筑用鋼的技術(shù)性質(zhì)一.鋼材的力學(xué)性能（五）耐疲勞性疲勞破壞：

在交變應(yīng)力（動(dòng)荷載）作用下，鋼材在應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度的情況下突然發(fā)生脆性斷裂的現(xiàn)象。疲勞強(qiáng)度：鋼材在交變荷載反復(fù)作用下，在規(guī)定的周期基數(shù)內(nèi)（一般取107次），不發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力.

疲勞破壞過程：疲勞裂縫產(chǎn)生→擴(kuò)展→突然斷裂。主要影響因素有：1.內(nèi)部缺陷（晶界、微孔、夾雜物等）；2.成分偏析；3.過大的內(nèi)應(yīng)力，截面沿縱向的突變；4.表面狀態(tài)；5.受力的種類、應(yīng)力循環(huán)特征值、循環(huán)次數(shù)等。2.2建筑用鋼的技術(shù)性質(zhì)1980年3月27日，北海愛科菲斯科油田的A.L.基兒蘭德號(hào)平臺(tái)突然從水下深部傳來一次震動(dòng)，緊接著一聲巨響，平臺(tái)立即傾斜，短時(shí)間內(nèi)翻于海中，致使23人喪生，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

某鋼廠原料跨吊車任務(wù)繁重，而冷軋跨吊車不太繁忙。兩者互按同一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，后者吊車梁使用40多年未發(fā)現(xiàn)裂縫，而前者因產(chǎn)生較多裂縫已更換。請(qǐng)分析裂縫的成因。

工程案例二.建筑用鋼的工藝性能（一）冷彎性能指標(biāo)彎曲角度α彎心直徑與試件厚度的比值d/a結(jié)論α增大d/a增大，表示對(duì)鋼材冷彎性能要求越高2.2建筑用鋼的技術(shù)性質(zhì)二.建筑用鋼的工藝性能（二）焊接性能影響因素：

化學(xué)成分（含碳量、S、P和氣體雜質(zhì)）；冶煉質(zhì)量（鎮(zhèn)靜鋼）冷加工等。

焊接點(diǎn)斷裂點(diǎn)斷裂點(diǎn)2.2建筑用鋼的技術(shù)性質(zhì)某燒結(jié)礦倉庫運(yùn)輸廊道于1965年1月發(fā)生倒塌。事故發(fā)生時(shí)室外氣溫為36℃左右。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及取樣試驗(yàn)可知所用的沸騰鋼含碳0.23％～0.25％，含硫0.06％，焊接質(zhì)量差。請(qǐng)分析事故原因。

原因之一是所使用的鋼材不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，發(fā)生脆性斷裂。所用鋼材含碳量及含硫量均超過用于焊接結(jié)構(gòu)鋼材要求，即含碳不超過0.22％，含硫量不超過0.055％。硫的析出集中點(diǎn)正是弦桿鋼發(fā)生脆性破壞部位。

原因之二是斷裂處焊縫低劣，以及焊接結(jié)構(gòu)處有應(yīng)力集中現(xiàn)象，助長(zhǎng)了此衍架的斷裂破壞。經(jīng)檢查，多處焊縫明顯未焊透，有焊瘤，夾雜缺陷，焊接質(zhì)量差。2.3鋼材的組成結(jié)構(gòu)及其對(duì)性能的影響

加工硬化的效果：屈服強(qiáng)度提高塑性和韌性降低可焊形變壞硬脆傾向增加等。

0σ

p

e

0’2.4.1.鋼材的冷加工強(qiáng)化

冷拉冷拔冷軋

第四節(jié)鋼材的冷加工強(qiáng)化和熱處理2.4.1.鋼材的冷加工強(qiáng)化問題：

直接承受動(dòng)荷載作用的焊接鋼結(jié)構(gòu)是否能使用經(jīng)冷加工的鋼材嗎？為什么？

答：不能。因?yàn)槔浼庸ず箐摬牡乃苄院晚g性大大降低，可焊性變差，增加了焊接后的硬脆傾向，為了防止鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生突然的脆性斷裂，所以不能采用。2.4.2.鋼材的熱處理溫度727

C等溫處理回火淬火正火退火時(shí)間2.5建筑鋼材的性質(zhì)及應(yīng)用2.5.1建筑常用鋼種2.5.2鋼結(jié)構(gòu)用鋼2.5.3鋼筋混凝土用鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度合金鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼2.5.1建筑常用鋼種2.5.1.1碳素結(jié)構(gòu)鋼2.5.1.1碳素結(jié)構(gòu)鋼表2-2碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、等級(jí)和化學(xué)成分牌號(hào)等級(jí)化學(xué)成分/%脫氧方法CMnSiSP不大于Q195—0.06～0.0120.25～0.500.300.0500.045F、b、ZQ215A0.09～0.150.05～0.550.300.0500.045F、b、ZB0.045Q235A0.14～0.220.30～0.650.0350.0500.045F、b、ZB0.12～0.200.30～0.700.045C≤0.180.35～0.800.0400.040ZD≤0.170.035TZQ255A0.18～0.280.40～0.700.300.0500.045F、b、ZB0.045Q275—0.28～0.380.50～0.800.350.0500.045b、Z牌號(hào)等級(jí)拉伸試驗(yàn)屈服點(diǎn)/(N/mm2)抗拉強(qiáng)度(N/mm2)伸長(zhǎng)率/%鋼材厚度(直徑)/mm鋼材厚度(直徑)/mm≤16>16～40>40～60>60～100>100～150>150≤1616～4040～6060～100100～150>150不小于不小于Q195-195185————315～4303332————Q215A

B215205195185175165335～450313029282726Q235A

B

C

D235225215205195185375～500262524232221Q255A

B255245235225215205410～550242322212019Q275—275265255245235225490～630201918171615選用原則：

應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的工作條件、荷載類型、連接方式、環(huán)境溫度與介質(zhì)的腐蝕情況等綜合因素選用。

Q195和Q215號(hào)鋼強(qiáng)度較低，塑性和韌性較大，易彎加工，可用于鋼釘、螺栓等。Q235A使用于承受靜載作用的鋼結(jié)構(gòu)；Q235B可用于承受動(dòng)載焊接的普通鋼結(jié)構(gòu)；Q235C可用于承受動(dòng)載焊接的重要鋼結(jié)構(gòu)；Q235D可用于低溫承受動(dòng)荷載焊接的鋼結(jié)構(gòu)。Q255和Q275強(qiáng)度較高，塑性和韌性較差，主要用于機(jī)械零件等2.5.1.1碳素結(jié)構(gòu)鋼2.5.1.1碳素結(jié)構(gòu)鋼2.5.1.2低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼2.5.1.2低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)：Q295Q345Q390Q420Q4602.5.1.2低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼特性：強(qiáng)度和硬度高有害雜質(zhì)少質(zhì)量高且穩(wěn)定良好的塑性和韌性適當(dāng)?shù)目珊感詰?yīng)用：特別適合于大跨度結(jié)構(gòu)高層建筑橋梁2.5.1.3優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼30~45號(hào)鋼，用于重要結(jié)構(gòu)的鋼鑄件和高強(qiáng)度螺栓；65~80號(hào)鋼，常用于制作碳素鋼絲、刻痕鋼絲和鋼絞線等。2.5.1.3優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼2.5.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼2.5.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼2.5.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼（一）.熱軋鋼筋

1、牌號(hào)：HPB235HRB335HRB400HRB5002、性能與用途：Ⅰ級(jí)鋼筋用作普通鋼筋混凝土的受力筋或構(gòu)造筋；冷加工鋼筋原材料。Ⅱ、Ⅲ級(jí)用于大中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力筋。Ⅳ級(jí)可用作預(yù)應(yīng)力鋼筋。

2.5.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼（二）.冷軋帶肋鋼筋

1、牌號(hào)：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、和CRB1170公稱直徑４—１２mm2、特性：具有較高的強(qiáng)度和較大的伸長(zhǎng)率，且錨固性好。3、用途：可用于沒有振動(dòng)荷載和重復(fù)荷載的工業(yè)與民用建筑物的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

CRB550宜作受力主筋、架立筋、箍筋和構(gòu)造鋼筋；

CRB650、CRB800宜作預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力主筋。這些鋼筋不宜在－30°C以下的環(huán)境使用。

2.5.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼（三）.預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲

1.冷拉鋼絲（L）矯直回火鋼絲（J）刻痕鋼絲（JK）2.公稱直徑３、４㎜、５㎜3.σb達(dá)1500MPa以上σ0.2可達(dá)1100MPa以上。2.5.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼（四）鋼絞線

1.由７根直徑為2.5～5.0㎜的高強(qiáng)度鋼絲，鉸捻后經(jīng)一定熱處理清除內(nèi)應(yīng)力而制成。直徑有9.0㎜、12.0㎜和15.0㎜，整根破壞負(fù)荷可達(dá)220kN，屈服負(fù)荷可達(dá)187kN。2、特性：強(qiáng)度高、柔性好、無接頭，質(zhì)量穩(wěn)定，不需焊接。3、用途：大跨度橋梁、屋架、吊車梁、電桿、軌枕等預(yù)應(yīng)力鋼筋。

2.5.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼

1×7鋼絞線截面圖

1×3鋼絞線截面圖2.5.3鋼結(jié)構(gòu)用鋼2.5.3鋼結(jié)構(gòu)用鋼2.5.3鋼結(jié)構(gòu)用鋼1.熱軋型鋼２.冷彎薄壁型鋼３.棒材、鋼管和板材2.5.3鋼結(jié)構(gòu)用鋼2.5.3鋼結(jié)構(gòu)用鋼2.5.3鋼結(jié)構(gòu)用鋼2.5.3鋼結(jié)構(gòu)用鋼2.5.3鋼結(jié)構(gòu)用鋼2.5.3鋼結(jié)構(gòu)用鋼2.5.3鋼結(jié)構(gòu)用鋼2.5.3鋼結(jié)構(gòu)用鋼2.5.3鋼結(jié)構(gòu)用鋼2.5.3鋼結(jié)構(gòu)用鋼2.5.3鋼結(jié)構(gòu)用鋼2.6鋼的腐蝕與防銹

1、化學(xué)腐蝕

由非電解質(zhì)溶液或各種干燥氣體（O2、CO2、SO3、Cl2、H2S）等所引起的純化學(xué)腐蝕，多數(shù)是氧化作用，在鋼材表面產(chǎn)生疏松的氧化物膜層。2、電化學(xué)腐蝕

鋼材與電解質(zhì)溶液接觸后，由于發(fā)生電化學(xué)作用而引起的腐蝕。2.6.1鋼的腐蝕電化學(xué)腐蝕過程陽極反應(yīng):Fe→Fe2＋+2e(1)陰極反應(yīng):O2+2H2O+4e-→4OH－(吸氧)(2)2H＋+2e→H2(放氫)(3)在介質(zhì)水中：Fe2＋+2OH-→Fe(OH)2(4)進(jìn)一步氧化：4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3(5)氫氧化鐵部分脫水成為鐵銹:2Fe(OH)3－H2O→Fe2O3·H2O(6)或Fe(OH)3－H2O→FeOOH(7)結(jié)論：混凝土有利于鋼筋的防銹堿性環(huán)境對(duì)鋼材銹蝕有何影響？華南地區(qū)某海港油氣碼頭引橋使用僅8年，л型板梁底出現(xiàn)明顯裂縫及鋼筋銹蝕。而л型板卻基本完好請(qǐng)討論其原因。

案例分析碼頭л型板梁混凝土不同深度Cl-分布情況構(gòu)件名稱Cl-含量取樣標(biāo)高/m0～2cm2～4cm4～6cm6～8cm人