建筑鋼材第八章

建筑鋼材第八章8.1鋼的冶煉和分類建筑鋼材（定義）：是以鐵為主要元素，含碳量為0.02%~2.06%，并含有其他元素的合金材料。優(yōu)點(diǎn)：抗拉、抗壓和抗沖擊性能好，可切割、可焊接、可鉚接，裝配方便。缺點(diǎn)：容易生銹，耐火性差。鋼材在建筑工程中的應(yīng)用鋼材在建筑工程中的應(yīng)用鋼材在建筑工程中的應(yīng)用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。建筑鋼材的主要品種2.線材如鋼筋、鋼絲等。建筑鋼材的主要品種3.管材無縫鋼管、焊接鋼管等。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。鋼結(jié)構(gòu)用各種型材示意圖8.1.1鋼的冶煉1鋼的生產(chǎn)分為以下兩步(1)煉鐵鐵礦砂在熔爐（高爐）中提煉的過程為煉銑。(2)煉鋼白口鐵液態(tài)生鐵吹入空氣或氧氣鋼澆注成鋼錠脫氧熔融根據(jù)煉鋼設(shè)備的不同，常用的煉鋼方法有氧氣轉(zhuǎn)爐法、平爐法、電爐法。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法。氧氣轉(zhuǎn)爐法是以熔鐵水為原料，用純氧代替空氣由爐頂向轉(zhuǎn)爐內(nèi)吹入高壓氧氣，能有效的去除磷、硫等雜質(zhì)，使鋼的質(zhì)量顯著提高，而成本卻較低。平爐煉鋼法。以固體或液體生鐵、鐵礦石或廢鋼為原料，用煤氣或重油進(jìn)行冶煉。電爐煉鋼法。電爐煉鋼法是以生鐵或廢鐵為原料，利用電能順?biāo)偌訜徇M(jìn)行煉鋼。氧氣

轉(zhuǎn)爐法平爐煉鋼法電爐煉鋼法8.1.2鋼的分類合金鋼

碳素鋼按化學(xué)成分分

沸騰鋼,F半鎮(zhèn)靜鋼,B

鎮(zhèn)靜鋼,Z特殊鎮(zhèn)靜鋼,TZ按脫氧程度分8.2建筑鋼材的技術(shù)性能建筑鋼材的技術(shù)性能力學(xué)性能工藝性能化學(xué)性能抗拉性能塑性沖擊韌性耐疲勞性冷彎性能焊接性能8.2.1力學(xué)性能1.抗拉性能

抗拉伸是建筑鋼材的主要工作形式，所以抗拉性能是表示鋼材性能和選用鋼材的重要指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)試件按照一定的要求，對表面進(jìn)行車削加工后的試件。l0

A0d0頭部頭部工作段l非標(biāo)準(zhǔn)試件不經(jīng)過加工，直接在線材上切取的試件。低碳鋼的受拉過程分為四個(gè)階段彈性階段OA屈服階段AB強(qiáng)化階段BC頸縮階段CDABCD低碳鋼受拉的應(yīng)力－應(yīng)變圖O一、彈性階段OA一條通過原點(diǎn)的直線，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。彈性彈性模量

E值的大小反映了鋼材抵抗彈性變形的能力。

A點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力。圖形的特點(diǎn)：

試件的特點(diǎn)：計(jì)算的指標(biāo)：彈性極限αO低碳鋼受拉的應(yīng)力－應(yīng)變圖ABCD二、屈服階段AB一條波動(dòng)的曲線，應(yīng)力增加很小，而應(yīng)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(qiáng)度（也叫屈服點(diǎn)）點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力。圖形的特點(diǎn)：試件的特點(diǎn)：計(jì)算的指標(biāo)：屈服。α低碳鋼受拉的應(yīng)力－應(yīng)變圖CDBB上B下三、強(qiáng)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(qiáng)度

圖形的特點(diǎn)：試件的特點(diǎn)：計(jì)算的指標(biāo)：強(qiáng)化。C點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力。α低碳鋼受拉的應(yīng)力－應(yīng)變圖CB上B下四、頸縮階段CD

一段下降的曲線。變形迅速發(fā)展，在有雜質(zhì)或缺陷處，斷面急劇縮小——，直到斷裂。伸長率δ：

圖形的特點(diǎn)：試件的特點(diǎn)：計(jì)算的指標(biāo)：頸縮αOAACDBB上B下L1L0三個(gè)重要的指標(biāo)1.屈服強(qiáng)度σs結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼材強(qiáng)度取值的依據(jù)2.抗拉強(qiáng)度σb鋼材所能承受的最大應(yīng)力屈強(qiáng)比

屈強(qiáng)比，利用率，安全可靠程度3.伸長率δ

衡量鋼材塑性的指標(biāo)，越大說明鋼材的塑性越好

↑↑↓αOCDB上B下拉伸性能是建筑鋼材最重要的性能。通過對鋼材進(jìn)行抗拉試驗(yàn)所測的的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長率是鋼材的四個(gè)重要技術(shù)性質(zhì)指標(biāo)?？估阅?、塑性

建筑鋼材應(yīng)具有很好的塑性。鋼材的塑性通常用伸長率和斷面收縮率表示。

3、沖擊韌性

鋼材的沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載而不被破壞的能力。

沖擊韌性性隨溫度的降低而下降，當(dāng)達(dá)到一定溫度范圍時(shí)，突然下降很多而呈脆性，這種形制為鋼材的冷脆性。

4、耐疲勞性

受交變荷載反復(fù)作用時(shí)，剛才在應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度的情況下突然發(fā)生脆性斷裂破壞的現(xiàn)象，稱為疲勞破壞。

在一定條件下，鋼材疲勞破壞的應(yīng)力值隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而降低。

鋼材在無窮次交變荷載作用下而不至于引起斷裂的最大循環(huán)應(yīng)力值，稱為疲勞強(qiáng)度極限。

一般來說，鋼材的抗拉強(qiáng)度高，其疲勞極限值也較高。

8.2.2工藝性能1、冷彎性能2、焊接性能3、冷加工性能及時(shí)效處理

1、冷彎性能冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，是鋼材的重要工藝性能。指標(biāo)：彎曲角度、彎心直徑鋼材冷彎時(shí)的彎曲角度越大，彎心直徑越小，則表示冷彎性能越好。鋼筋冷彎冷彎試驗(yàn)試驗(yàn)時(shí)采用的彎曲角度愈大，彎心直徑對試件厚度（或直徑）的比值愈小，表示對冷彎性能的要求愈高。冷彎檢驗(yàn)是：按規(guī)定的彎曲角度和彎心直徑進(jìn)行彎曲后，檢查試件彎曲處外面及側(cè)面不發(fā)生裂縫、斷裂或起層,即認(rèn)為冷彎性能合格。冷彎是鋼材處于不利變形條件下的塑性，而伸長率則是反映鋼材在均勻變形下的塑性。因此，冷彎是對鋼材塑性更嚴(yán)格的檢驗(yàn)，它能揭示鋼材是否存在內(nèi)部組織不均勻、內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺陷。冷彎試驗(yàn)對焊接質(zhì)量也是一種嚴(yán)格的檢驗(yàn)，能揭示焊件在受彎表面存在未熔合、微裂紋及夾雜物等缺陷。

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狀態(tài)，而老牢固連接起來。它是鋼結(jié)構(gòu)主要的連接形式。鋼材的焊接性能（定義）鋼材的化學(xué)成分對鋼材的焊接性有很大的影響。隨鋼材的含碳量、合金元素及雜雜質(zhì)元素含量的提高，鋼材的可焊性降低。焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)方法測量：將焊接的鋼材試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，要求斷裂處不在焊接點(diǎn)上。合格不合格鋼材的可焊性試驗(yàn)焊接點(diǎn)斷裂點(diǎn)斷裂點(diǎn)3、冷加工性能及時(shí)效處理（1）.冷加工強(qiáng)化冷加工強(qiáng)化是鋼材在常溫下，以超過其屈服點(diǎn)但不超過抗拉強(qiáng)度的應(yīng)力對其進(jìn)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(jìn)行冷加工的目的，主要是利用時(shí)效提高強(qiáng)度，利用塑性節(jié)約鋼材，同時(shí)也達(dá)到調(diào)直和除銹的目的。3、冷加工性能及時(shí)效處理（2）.時(shí)效鋼材隨時(shí)間的延長，其強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、沖擊韌性降低的現(xiàn)象稱為時(shí)效。時(shí)效分為自然時(shí)效和人工時(shí)效兩種。自然時(shí)效是將其冷加工后，在常溫下放置15～20d；人工時(shí)效是將冷加工后的鋼材加熱至100～200℃保持2h以上。經(jīng)過時(shí)效處理后的鋼材，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及硬度都將提高，而塑性和韌性降低。8.2.3鋼材成分對性能的影響（1）鋼材化學(xué)成分以生鐵冶煉鋼材，經(jīng)過一定的工藝處理后，鋼材中除主要含有鐵和碳外，還有少量硅、錳、磷、硫、氧、氮等難以除凈的化學(xué)元素。另外，在生產(chǎn)合金鋼的工藝中，為了改善鋼材的性能，還特意加入一些化學(xué)元素，如錳、硅、礬、鈦等?；瘜W(xué)成分有益因素錳硅（2）化學(xué)元素鋼材性能的影響碳化學(xué)成分有害因素硫磷

氧、氮、氫8.3建筑鋼材的種類和選用建筑工程用鋼可分為鋼結(jié)構(gòu)用鋼和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼兩類，前者采用型鋼和鋼板，后者主要采用鋼筋和鋼絲。鋼結(jié)構(gòu)用鋼的母材主要有碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼三種。薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)中主要采用薄壁型鋼、圓鋼、和小角鋼。鋼結(jié)構(gòu)用鋼常見的類型有熱軋鋼型鋼、冷彎薄壁型鋼、棒材、和板鋼。8.3.1碳素結(jié)構(gòu)鋼1、碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號及其表示方法

代表屈服點(diǎn)的字母屈服點(diǎn)名稱質(zhì)量等級符號牌號組成脫氧程度符號牌號與性能的關(guān)系共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五個(gè)牌號。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB700-88的規(guī)定，碳素結(jié)構(gòu)鋼按屈服點(diǎn)分為五個(gè)牌號，當(dāng)牌號增大時(shí)，鋼材的含碳量提高，強(qiáng)度提高，伸長率降低，塑性和韌性降低，冷彎性能逐漸變差。同一鋼號內(nèi)質(zhì)量等級越高，鋼材的質(zhì)量越好，如Q235C、Q235D級優(yōu)于Q235A、Q235B級。2.碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)性能與應(yīng)用Q195、Q215，含碳量低，強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)械零件。8.3.2低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼1.牌號表示方法共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五個(gè)牌號。牌號組成屈服點(diǎn)字母Q屈服點(diǎn)數(shù)值質(zhì)量等級2、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的性能及應(yīng)用Q295，鋼中只含有極少量合金元素，強(qiáng)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(qiáng)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。主要用于承受較高荷載的焊接結(jié)構(gòu)。Q420、Q460，強(qiáng)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(qiáng)度高、荷載大的輕型結(jié)構(gòu)。8.3.3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼1、熱軋鋼筋2、冷軋帶肋鋼筋3、熱處理鋼筋4、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲5、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線1、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、HRB500H、R、B分別為熱軋（Hotrolled）、帶肋（Ribbed）、鋼筋（Bars）三個(gè)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50mm2.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(jìn)行低溫回火處理。2.牌號按抗拉強(qiáng)度分為CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五個(gè)牌號。3.規(guī)格直徑范圍為4～12mm，推薦的公稱直徑為5、6、7、8、9、10mm2.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(qiáng)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)。3.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45Si2Cr三個(gè)。3.熱處理鋼筋4.力學(xué)性能5.特點(diǎn)及應(yīng)用熱處理鋼筋具有很高的強(qiáng)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(qiáng)，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(diǎn)焊的鋼筋。預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋的力學(xué)性能4、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲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(biāo)準(zhǔn)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。5、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線1.生產(chǎn)由多根圓