5建筑鋼材課件課件

1、第五章 建筑鋼材51 概 述一、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，具有良好的韌性和抗沖擊能力；工藝性能良好(可焊），易于加工；但是，鋼材易銹蝕、耐火性差，維修費用高。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。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、鋼的分類1

2、.按冶煉方法分沸騰鋼：脫氧不完全，鋼水澆注后，產(chǎn)生大量CO氣體逸出，引起鋼水沸騰。結(jié)構(gòu)不致密，氣泡多，化學偏析大，成分不均勻，質(zhì)量差，成本低?？捎糜谝话憬ㄖY(jié)構(gòu)。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三、鋼的分類 鎮(zhèn)靜鋼：脫氧充分，鑄錠時無氣泡，在錠模內(nèi)平靜凝固。組織致 密，化學成分均勻，機械性能好，質(zhì)量好，成本高。可用于承受沖擊荷載的結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土中。 半鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度及剛的質(zhì)量介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間。 化學偏析：在鑄錠冷卻過程中，由于鋼內(nèi)某些元素在鐵的液相中溶解度高于固相，使這些元素向凝固較遲的鋼錠中心集中，導(dǎo)致化學成分

3、在鋼錠截面上分布不均勻。其中尤以硫磷偏析最嚴重，偏析現(xiàn)象對鋼的質(zhì)量影響很大。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。三、鋼的分類3.按化學成分分4.按用途分 分為結(jié)構(gòu)鋼（建筑鋼、機械鋼） 、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%0.60C0.60合金總含量5%5%1010三、鋼的分類5.按壓力加工分： 熱加工熱加工：將鋼錠加熱至塑性狀態(tài)，再施加壓力改變其形狀，并使鋼 錠內(nèi)部的氣泡焊合，疏松組織密實。 可使鋼錠軋制成各種型鋼、鋼筋，提高了鋼的強度和質(zhì)量。通常碾壓的次數(shù)越

4、多，鋼的強度越大。 冷加工冷加工：鋼材在常溫下進行的壓力加工。 冷加工方式很多，有冷拉、冷拔、冷軋、冷扭、沖壓、擠壓等。冷軋可軋出厚度很薄、表面光潔度較高的鋼板。 建筑中，常用冷拉、冷拔來提高鋼材的強度和硬度。52 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OA彈性階段AB屈服階段BC強化階段CD頸縮階段A0SB0CDFB上上屈服點B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AS0彈性階段p

5、比例極限，MPa。ppp彈性極限，MPa。注：由于A、S兩點相距較近，一般認為p=p。彈性模量E= / ，反映鋼材抵抗彈性變形的能力。0 鋼材拉伸屈服階段示意圖AS0B下B上BSB下B上B屈服階段放大后s屈服強度（屈服點） s= Fs/AO0 鋼材拉伸強化階段示意圖AS0B下B上BC強化階段bb 抗拉強度或強度極限。極限抗拉強度 b= Fb/AO屈強比=屈服強度/抗拉強度=s / b反映鋼材的利用率和結(jié)構(gòu)安全可靠程度。 抗拉強度在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中不能夠完全利用。 屈強比越小，結(jié)構(gòu)安全可靠程度越高，若取值過小，說明材料的利用率偏低，安全儲備過高，造成鋼材的浪費。 建筑結(jié)構(gòu)鋼合理的屈強比通常為0.60-

6、0.75屈強比 0D鋼材拉伸頸縮階段示意圖AS0B下B上BCCD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：屈強比=屈服強度/抗拉強度0AFss0AFbb（2）拉伸過程的參數(shù)塑性指標 伸長率： 衡量高才塑性的指標。 越大，鋼材的塑性越好，強度較低。 好處：鋼材具有一定得塑性變形能力，可以保證應(yīng)力重新分布（可將結(jié)構(gòu)上超過屈服點的應(yīng)力重新分布），避免應(yīng)力集中，從而提高結(jié)構(gòu)中鋼材的安全性，避免結(jié)構(gòu)過早破壞。 標距 ：塑性變形在標距內(nèi)分布不均，頸縮處變形最大。 原標距/直徑 比值越小，說明頸縮處伸長值在整個伸長值中的比重越大，得到的伸長率就越大%100001lll2.硬鋼（高碳鋼）的拉伸性

7、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(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。二、沖擊韌性冷脆性：沖擊韌性隨溫度

8、降低而降低。開始時下降緩慢，在達到一定溫度時，突然下降很多，呈脆性，稱為鋼材的冷脆性。此時溫度稱為脆性臨界溫度（即脆性轉(zhuǎn)變溫度范圍）。脆性臨界溫度越低，鋼材的低溫沖擊韌性越好。時效;鋼材隨時間的延長而表現(xiàn)出強度提高、塑性和沖擊韌性下降的現(xiàn)象。 時效過程可達數(shù)十年。鋼材經(jīng)冷加工或使用中受振動和反復(fù)荷載作用，時效可迅速發(fā)展。時效敏感性：因時效導(dǎo)致鋼材性能改變的程度。 對于受動荷載和沖擊荷載的重要結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用時效敏感性小的鋼材。疲勞強度疲勞破壞：鋼材在交變荷載反復(fù)多次作用下，可在最大應(yīng)力遠低于抗拉強度的情況下突然破壞。鋼材的疲勞破壞指標：疲勞強度（疲勞極限）。疲勞極限：試件在交變應(yīng)力的作用下，不發(fā)生

9、疲勞破壞的最大應(yīng)力。疲勞破壞過程：疲勞破壞是拉應(yīng)力引起的。先在局部形成微裂紋，在裂紋尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中使得裂紋迅速開展直至鋼材斷裂。疲勞強度影響因素: 化學偏析、非金屬夾雜物、最大應(yīng)力處的表面光潔度、加工損傷、鋼構(gòu)件截面變化、內(nèi)應(yīng)力大小等。硬度硬度：金屬材料抵抗硬物壓入表面局部體積的能力。鋼材硬度：壓入法。以一定靜荷載（壓力），通過壓頭壓在金屬表面，然后測定壓痕的面積和深度來確定硬度布氏硬度：用直徑為D的淬火鋼球以P（N)的荷載將其壓入試件表面，經(jīng)規(guī)定的持續(xù)時間后卸荷，即得直徑為d（mm）的壓痕，以荷載P/壓痕表面積F，所得應(yīng)力值為試件的布氏硬度值HB，以數(shù)字表示，不帶單位。鋼材的HB值與抗拉強

10、度有關(guān)系：材料的強度越高，抵抗塑性變形的能力越強，硬度值越大。碳素鋼：HB175時，b3.6HB HB175時，b3.5HB 因此，可在鋼結(jié)構(gòu)上測出鋼材的HB值，估算該鋼材的b。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、裂斷火分層則冷彎合格。 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

11、否與母體相近的性能。可焊性受化學成分及含量的影響。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。可焊性焊接過程特點：在短時間內(nèi)達到很高溫度，金屬融化的體積很小，由于金屬傳熱快，故冷卻速度也快。因此，在焊件中常產(chǎn)生復(fù)雜的、不均勻的反應(yīng)和變化，存在劇烈的膨脹和收縮，易產(chǎn)生變形、內(nèi)應(yīng)力、裂縫。鋼筋焊接應(yīng)注意的問題： 冷拉鋼筋應(yīng)在冷拉之前焊接 焊接前，焊接部位應(yīng)清除鐵銹、熔渣、油污等 避免不同國家的鋼筋焊

12、接在一起四、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，產(chǎn)生一定塑性變形，屈服強度、硬度提高，塑性、韌性及彈性模量降低。 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。 通常，強

13、度較低的鋼材宜采用自然時效，強度較高的鋼材則應(yīng)采用人工時效。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（四級）、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、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

14、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

15、成分、力學性能、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)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

16、。 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(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HRB335625285033549016180

17、d=3a180d=4aHRB400625285040057014180d=4a180d=5aHRB500625285050063012180d=6a180d=7a一、熱軋鋼筋5、應(yīng)用熱軋光圓鋼筋（HPB235 ）：強度低，塑性&焊接性能好，便于冷加工。 普通鋼筋混凝土構(gòu)件的受力筋及各種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造筋。HRB335&HRB400：強度較高，塑性和焊接性能較好。 大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋。HRB500：強度高，塑性&焊接性能較差，可用作預(yù)應(yīng)力鋼筋。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(yīng)，因此稱為盤條、盤圓

18、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(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)冷軋帶肋鋼筋由低碳鋼熱軋圓盤條

19、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。 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(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，均有橫肋。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 。有縱肋無縱肋四、熱處理鋼筋4.力學性能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)