建筑鋼材教材課件

1、第七章 建筑金屬材料 7.1 鋼材的分類 鋼材的化學(xué)成分 生產(chǎn)鋼不可避免元素：Si、Mn、P、S、N專門加入的合金元素：Si、Mn、Ti、V、Ni、Nb及稀土元素鐵：主要元素碳：0.02%2.06% 其他元素第7章 建筑金屬材料 7.1.1 分類1.按化學(xué)成分分類低碳鋼：含碳量0.6% （1）碳素鋼 （碳鋼） （2）合成鋼 專門加入合金元素按合金元素含量分 低合金鋼：合金元素總含量10% 第7章 建筑金屬材料 2按雜質(zhì)含量（品質(zhì)）分類普通鋼：含硫量0.050%，含磷量0.045%優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.035%，含磷量0.035%高級優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.025%，含磷量0.025%，牌號后加“高”或“

2、A”特級優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.015%，含磷量0.015%， 后加“E” 第7章 建筑金屬材料 7.1.2 鋼材中的常存雜質(zhì) 硫：來自礦石燃料，生成FeS，鋼材加工時易裂縫，熱脆性。磷：來自礦石燃料，生成Fe3P，脆性很大。 碳：煉鋼氧化過程中存于缸中，害處大于益處，故歸于有害元素。錳：煉鋼時脫氧、硫殘留鋼中，具有很強(qiáng)的脫氧、硫能力，大大改善 鋼材加工性能。硅：脫氧劑，較錳強(qiáng)。 兩面性：硅很低時，強(qiáng)度增加；硅很高時，其他性能降低。氧：與碳、磷相似。 有 害 元 素第7章 建筑金屬材料 7.2 建筑材料的主要技術(shù)性能力學(xué)性質(zhì)：強(qiáng)度、彈性、塑性、耐磨性 工藝性質(zhì)（可加工性）：冷彎、可焊性 第7章 建筑

3、金屬材料 7.2.1 力學(xué)性能 1.抗拉性能是建筑鋼材最重要的力學(xué)性能。 拉伸過程分四個階段： OA：彈性階段 AB：屈服階段 BC：強(qiáng)化階段 CD：頸縮階段第7章 建筑金屬材料 拉伸性能指標(biāo)：主要有屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度和伸長率等。 （1）屈服強(qiáng)度（屈服點(diǎn)） 上屈服強(qiáng)度：試樣首次屈服前的最大應(yīng)力； 下屈服強(qiáng)度：不計(jì)初始瞬時效應(yīng)時的最小強(qiáng)度，即屈服點(diǎn)Fs 屈服階段最小應(yīng)力(首次回針?biāo)鶎?yīng)的力),N；Ao 鋼材的截面積，mm2。 注意：有些鋼材無明顯屈服點(diǎn)（合金鋼、高碳鋼等硬鋼）， 應(yīng)采用產(chǎn)生殘余變形為0.2%原標(biāo)距長度時的應(yīng)力 作為屈服點(diǎn)（稱條件屈服點(diǎn)）,記為0.2或者P0.2。 第7章 建筑金屬材

4、料 （3）伸長率：塑性指標(biāo) 。意義： 值越大，塑性增強(qiáng)，可避免結(jié)構(gòu)過早破壞；加工性 增強(qiáng)， 安全性增強(qiáng)。 值有兩種：5表示l0=5d0，d0鋼材直徑； 10l0=10d0。lo試件原始標(biāo)距長度，mm ；l1試件拉斷后測定出伸長后標(biāo)距部分的長度，mm。 第7章 建筑金屬材料 2.沖擊韌性 指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。 試驗(yàn)方法：標(biāo)準(zhǔn)試件的彎曲沖擊韌性試驗(yàn)。 指標(biāo)：試件缺口處單位截面積上所消耗的功,計(jì)作ak,J/cm2。 ak值愈大，鋼材的沖擊韌性愈好。 3.耐疲勞性疲勞破壞：交變荷載反復(fù)作用，鋼材在應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度時,突然發(fā)出脆性斷裂的現(xiàn)象。 危害極大沖擊韌性試驗(yàn)原理圖第7章 建筑金屬材料 （1）

5、冷彎性能冷彎性能試驗(yàn)：試件被彎曲的角度（90、180）。 冷彎試驗(yàn)意義：能反映試件彎曲處的塑性變形，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)也能對鋼材的焊接質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，能揭示焊件受彎表面是否存在未熔合，裂縫及夾雜物等缺陷。判定標(biāo)準(zhǔn)：若試件彎曲處的外表面無裂斷、裂縫或起層，認(rèn)為冷彎性能合格。第7章 建筑金屬材料 （2）焊接性能 焊接方式：搭接、對接 焊接要求： 焊接處（焊縫及其附近過熱區(qū)）不產(chǎn)生 裂縫及硬脆傾向。 焊接處與母材一致，即拉伸試驗(yàn)，強(qiáng)度 不低于原鋼材強(qiáng)度。 影響因素：碳、合金元素等雜質(zhì)元素越多，可焊性越小。第7章 建筑金屬材料 7.3 鋼材的強(qiáng)化與加

6、工 7.3.1 冷加工 指鋼材在常溫下進(jìn)行的加工。 常見的冷加工方式：冷拉、冷拔、冷軋、冷扭、刻痕等。 特點(diǎn)：鋼材經(jīng)冷加工產(chǎn)生塑性變形，從而提高其屈服強(qiáng)度， 這一過程稱為冷加工強(qiáng)化處理。第7章 建筑金屬材料 7.3.2 時效處理 將經(jīng)過冷拉的鋼筋于常溫下存放1520d，或 加熱到100200并保持一段時間,這個過程稱為時效處理。自然時效作用: 鋼筋冷拉以后再經(jīng)過 時效處理，其屈服點(diǎn) 進(jìn)一步提高，塑性繼 續(xù)有所降低。 時效過程中應(yīng)力的消減， 彈性模量可基本恢復(fù)。人工時效第7章 建筑金屬材料 7.4 鋼材的銹蝕與防護(hù) 7.4.1 鋼材的銹蝕 鋼材表面與其周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而遭到的破壞，稱為鋼材的

7、銹蝕?；瘜W(xué)銹蝕電化學(xué)銹蝕鋼材直接與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生銹蝕，多數(shù)是由氧化作用在鋼材表面形成疏松氧化物。在干燥環(huán)境中反應(yīng)緩慢，但溫度和濕度較高，銹蝕則發(fā)展迅速。鋼材本身組成上的原因和雜質(zhì)的存在，在表面介質(zhì)的作用下，各成分電極電位的不同，形成微電池，鐵元素失去了電子成為Fe2+進(jìn)入介質(zhì)溶液，與溶液中的OH-離子結(jié)合生成Fe（OH）2。銹蝕的結(jié)果：在鋼材表面形成疏松的氧化物，使鋼結(jié)構(gòu)斷面減小， 降低鋼材的性能，因而承載力降低。第7章 建筑金屬材料鋼筋混凝土用鋼力學(xué)與工藝性能標(biāo)準(zhǔn)熱軋光圓與熱軋帶肋鋼筋牌號公稱直徑mm（d）屈服強(qiáng)度Rel（MPa）抗拉強(qiáng)度Rm（MPa）最大力總伸長率Agt%（不小于

8、）段裂伸長率A%（不小于）彎心直徑dHPB22523537010.025.0dHPB300300420HRB3356253354557.5173dHRBF33528404d40505dHRB400HRBF400625400540164d28405d40506dHRB400HRBF400625500630156d28407d40508d普通鋼筋的力學(xué)性能測試方法1）組批規(guī)則每批同一牌號不大于60t，超過60t部分，每增加40t（或不足40t的余數(shù)），增加一個拉伸試樣試驗(yàn)和一個彎曲試樣試驗(yàn)2）取樣數(shù)量低碳熱軋圓盤條冷彎試件外，均從任意兩根中截取，每根鋼筋上截取一個拉伸一個冷彎試件低碳熱軋圓盤條，冷

9、彎試件取自同盤的兩端。切取試件時，在任意端截取500mm后切取。種類每組試件數(shù)量拉伸試驗(yàn)彎曲試驗(yàn)熱軋帶肋鋼筋2根2根熱軋光圓鋼筋2根2根低碳熱軋圓盤條2根2根冷軋帶肋鋼筋逐盤1個每批2個4）拉伸試驗(yàn)步驟：（1）用鋼筋標(biāo)距打點(diǎn)機(jī)打標(biāo)距自由長度范圍內(nèi)，間隔10mm或5mm等間距打上標(biāo)記（2）調(diào)試試驗(yàn)機(jī)試件破壞荷載：全量程的20%80%先夾持下端，確認(rèn)加緊且垂直后，調(diào)整壓力機(jī)上夾具位置，試驗(yàn)機(jī)力值清零，加緊試件上端（3）測量屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度應(yīng)力達(dá)到規(guī)定屈服強(qiáng)度一半后，調(diào)整加載速度范圍在660MPa/s持續(xù)加載，直至試件拉斷。注意上屈服點(diǎn)，和下屈服點(diǎn)的位置。（5）伸長率測量原則上只有斷裂處與最接近標(biāo)

10、距標(biāo)記的距離小于原始標(biāo)距的三分之一有效（可采用下列方法測量），如大于等于規(guī)定值，不管斷裂位置何處均有效。（7）試驗(yàn)結(jié)果數(shù)值的修約強(qiáng)度性能修約至1MPa斷后伸長率修約至0.5%5）冷彎性能試驗(yàn)彎曲壓頭直徑L=（d+3a）0.5a第7章 建筑金屬材料 7.5 土木工程常用鋼材 2.5.1 鋼結(jié)構(gòu)用鋼 2.5.2 混凝土結(jié)構(gòu)用鋼第7章 建筑金屬材料 （2）碳素結(jié)構(gòu)鋼的選用碳素結(jié)構(gòu)鋼依牌號增大，含碳量增加，其強(qiáng)度增大，但塑性和韌性降低。建筑工程中主要應(yīng)用Q235號鋼,可用于軋制各種型鋼、鋼板、鋼管與鋼筋。 具有較高的強(qiáng)度，良好的塑性、韌性，可焊性及可加工等綜合性能好,且 冶煉方便，成本較低，因此廣泛用

11、于一般鋼結(jié)構(gòu)。其中C、D級可用在重要 的焊接結(jié)構(gòu)。Q195、Q215號鋼材強(qiáng)度較低，但塑性、韌性較好，易于冷加工，可制作 鉚釘、鋼筋等。Q235、Q275號鋼材強(qiáng)度高，但塑性、韌性、可焊性差， 可用于鋼筋混凝土配筋及鋼結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件及螺栓等。受動荷載作用結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)及低溫下工作的結(jié)構(gòu)，不能選用A、B質(zhì)量 等級鋼及沸騰鋼。第7章 建筑金屬材料 3.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 （1）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的分類 普通錳含量鋼（0.8%）、較高錳含量鋼（0.7-1.2%）牌號由兩位數(shù)字表示：45鋼：平均含碳量0.45%。45Mn高錳鋼 最后如附有“F”“B”，表示為沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼。 特點(diǎn)：成本高，用于重要結(jié)構(gòu)的鋼鑄件

12、及高強(qiáng)螺栓等。第7章 建筑金屬材料 4.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 （1）低合金高強(qiáng)度鋼的牌號低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 共有8個牌號：Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690牌號由三部分表示：Q、屈服強(qiáng)度、質(zhì)量等級 每個牌號根據(jù)硫、磷等有害雜質(zhì)的含量分為A、B、C、D、E五個等級。 均為鎮(zhèn)靜鋼（2）特點(diǎn)：與碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，具有較高的強(qiáng)度，綜合性能好，可比碳素結(jié)構(gòu)鋼節(jié)省20-30%有利于減輕自重，良好的塑性、韌性、可焊接性、耐磨性、耐蝕性、耐低溫等性能。第7章 建筑金屬材料 （3）用途：軋制各種型鋼、鋼板、鋼管及鋼筋，廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土中。當(dāng)?shù)秃辖痄撝械你t含量達(dá)1

13、1.5%時，鉻就在合金金屬的表面形成一層惰性的氧化鉻膜，成為不銹鋼。 不銹鋼具有低的導(dǎo)熱性，良好的耐蝕性能等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是溫度變化 時膨脹性較大。 不銹鋼既可以作為承重構(gòu)件，又可以作為建筑裝飾材料。第7章 建筑金屬材料 7.5.2 混凝土結(jié)構(gòu)用鋼 類型：混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋、鋼絲1.鋼筋1）熱軋鋼筋 （1）牌號 熱軋光圓鋼筋分為：HPB235、 HPB300 規(guī)格（公稱直徑）（6、8、10、12、14、16、18、20、22） 帶肋筋：普通熱軋鋼筋,HRB335、HRB400、HRB500。 細(xì)晶粒熱軋鋼筋: ,HRBF335、HRBF400、HRBF500。規(guī)格（公稱直徑）（6、8、10、12、1

14、4、16、18、20、22、25、28、32、36、40、50） 牌號意義：HPB代表熱軋光圓鋼筋、HRB代表熱軋帶肋鋼筋， 其中熱軋光圓鋼筋由碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成，表面光圓； 熱軋帶肋鋼筋由低合金鋼軋制而成，外表帶肋。 牌號中的數(shù)字：表示熱軋鋼筋的屈服強(qiáng)度。 第7章 建筑金屬材料 （2）熱軋鋼筋的選用光圓鋼筋的強(qiáng)度較低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，廣泛 用做普通鋼筋混凝土。 HRB325，HRB400帶肋鋼筋的強(qiáng)度較高，塑性及焊接性也較好， 廣泛用做大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋。 HRB500帶肋鋼筋強(qiáng)度高，但塑性與焊接性較差，適宜作預(yù)應(yīng) 力鋼筋。第7章 建筑金屬材料 2）.冷軋帶肋鋼筋

15、冷軋帶肋鋼筋是用低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔減徑后，在其表面冷軋成三面有肋的鋼筋。冷軋帶肋鋼筋代號為CRB，按抗拉強(qiáng)度分為三級：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970，其中數(shù)值表示鋼筋應(yīng)達(dá)到的最小抗拉強(qiáng)度值。冷軋帶肋鋼筋提高了鋼筋的握裹力， CRB550為普通鋼筋混凝土用鋼筋其他可廣泛用于中、小預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也可用于焊接鋼筋網(wǎng)。第7章 建筑金屬材料 3）.冷軋扭鋼筋加工：冷軋扭鋼筋由低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)專用鋼筋冷軋扭機(jī) 調(diào)直、冷軋并冷扭一次成型，具有規(guī)定截面形狀和節(jié) 距的連續(xù)螺旋狀鋼筋。分類：按其截面形狀不同分為I型(矩形截面)和型(菱形 截面)兩

16、種類型。代號為LZN。應(yīng)用：冷軋扭鋼筋可適用于鋼筋混凝土構(gòu)件. 特點(diǎn)：冷軋扭鋼筋與混凝土的握裹力與其螺距大小有直接關(guān) 系。螺距越小,握裹力越大,但加工難度也越大,因此, 應(yīng)選擇適宜的螺距。冷軋扭鋼筋在拉伸時無明顯屈服 臺階，為安全起見，其抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度采用0.8b。第7章 建筑金屬材料 4）.預(yù)應(yīng)力混凝土熱處理鋼筋加工：熱處理鋼筋是用熱軋帶肋鋼筋經(jīng)淬火和回火的調(diào)質(zhì)處理而成的。代號為RB150。種類：按螺紋外形可分為有縱肋和無縱肋兩種。牌號：熱處理鋼筋有40SiMn、48Si2Mn和45Si2Cr等三個牌號。應(yīng)用：目前主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕，用以代替高強(qiáng)度鋼絲。配筋根數(shù)減少,制作方便,錨固性能好

17、,建立預(yù)應(yīng)力穩(wěn)定。也用于預(yù)應(yīng)力混凝土板、梁和吊車梁，使用效果良好。熱處理鋼筋系成盤供應(yīng)（每盤長約20mm），開盤后能自然伸直，不需調(diào)直、焊接，故施工簡單，并可節(jié)約鋼材。第7章 建筑金屬材料 5）.預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線（1）預(yù)應(yīng)力鋼絲分類：按交貨狀態(tài)分為冷拉鋼絲及消除應(yīng)力鋼絲兩種；按外形 分為光面鋼絲、刻痕鋼絲、螺旋鋼絲三種；按松馳能力 分為I級松馳和級松馳兩級。代號：RCD（冷拉鋼絲）、S（消除應(yīng)力鋼絲）、SI（消除應(yīng)力刻痕鋼絲）、SH（消除應(yīng)力螺旋肋鋼絲）。標(biāo)記：直徑-抗拉強(qiáng)度-代號-松弛等級（2）預(yù)應(yīng)力鋼絞線分類：按捻制結(jié)構(gòu)分為三類：用兩根鋼絲捻制的鋼絞線（表示為12）用三根鋼絲捻制的鋼絞線（表示為1