土木工程材料4

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土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室中心第四章

建筑鋼材授課教師:姚運土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室11土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室鋼材的分類鋼材是以鐵為主要元素，含碳量為0.02%-2.06%，并含有其他元素的合金材料。按化學組成分類碳素鋼---含碳量為0.02%-2.06%的鐵碳合金為碳素鋼。合金鋼---碳素鋼中加入一定量的合金元素為合金鋼。按品質(zhì)分類普通鋼；優(yōu)質(zhì)鋼；高級優(yōu)質(zhì)鋼；特級優(yōu)質(zhì)鋼。按冶煉時脫氧程度分類沸騰鋼(F)---煉鋼時脫氧不充分，鋼中還含有較多的金屬氧化物。鎮(zhèn)靜鋼(Z)---煉鋼時脫氧充分，鋼中含有的技術(shù)氧化物很少。半鎮(zhèn)靜鋼(b)---脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間。特殊鎮(zhèn)靜鋼(TZ)---比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度更充分徹底的鋼。21土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材的主要技術(shù)性能鋼材的主要性能包括力學性能和工藝性能；其中力學性能主要為強度、彈性、塑性和耐疲勞性等，工藝性能主要包括冷彎性能和可焊性?？估阅芸估阅苁墙ㄖ摬淖钪匾牧W性能；建筑鋼材(低碳鋼)受拉時的應(yīng)力-應(yīng)變圖分為四個階段：

彈性階段(O-A)、屈服階段(A-B)、強化階段(B-C)和頸縮階段(C-D)。

31土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材的主要技術(shù)性能屈服點及屈服強度(σs)O-A階段:應(yīng)力與應(yīng)變?yōu)檎?變形為彈性變形，Ａ點相對應(yīng)的應(yīng)力為彈性極限σp。A-B階段:當應(yīng)力超過σp時，產(chǎn)生塑性變形，出現(xiàn)屈服現(xiàn)象。屈服下限對應(yīng)的應(yīng)力為屈服極限值σs。對屈服現(xiàn)象不明顯的鋼，規(guī)定以0.2%殘余變形時的應(yīng)力σ0.2作為屈服強度?？估瓘姸?σb)B-C階段：試件在屈服階段后，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，抵抗塑性變形的能力又重新提高，稱為強化階段。對應(yīng)于最高點C的應(yīng)力稱為抗拉強度σb。σs/σb稱為屈強比。屈強比越小，表示鋼材受力超過屈服點工作時的可靠性越大，結(jié)構(gòu)越安全。但屈強比過小，鋼材有效利用率太低，造成浪費。建筑結(jié)構(gòu)鋼的屈強比般為0.6～0.75。41土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材的主要技術(shù)性能伸長率(δ)與斷面收縮率C-D階段：當鋼材強化達到最高點后，塑料性變形迅速增加，試件斷面急劇縮小，薄弱處出現(xiàn)“頸縮現(xiàn)象”而斷裂。51土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材的主要技術(shù)性能伸長率：標距長度增量與原標距長度的百分比，其值越大，表明鋼材的塑性越好。注：同一種鋼材δ5大于δ10。斷面收縮率：斷面面積的收縮率，其值越大，表面鋼材的塑性越好。61土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材的主要技術(shù)性能沖擊韌性---鋼材抵抗沖擊荷載的能力。測試方法：將擺錘從一定高度自由落下將中間開有V型缺口試件沖斷，以試件在缺口處的最小橫截面積除所作功的值為沖擊韌性，ak單位為J/cm2。影響沖擊韌性的因素鋼材的化學成分、組織狀態(tài)、冶煉及加工；試件的環(huán)境溫度---鋼材的冷脆性。71土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材的主要技術(shù)性能耐疲勞性鋼材在受交變荷載反復作用時，可能在最大應(yīng)力遠低于屈服強度的情況突然破壞，這種破壞稱為疲勞破壞。作用機理：鋼材受交變荷載反復作用時，鋼材在局部形成微小裂紋，隨后由于微裂紋尖端的應(yīng)力集中而使其逐漸擴大，直至突然發(fā)生瞬時疲勞脆斷。影響因素內(nèi)部組織狀態(tài)；成分偏析；各種缺陷如應(yīng)力集中。一般鋼材抗拉強度高，其疲勞極限也較高。鋼材的疲勞破壞的應(yīng)力隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而降低，因此實際測量時常以2×106次應(yīng)力循環(huán)為基準。81土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材的主要技術(shù)性能鋼材的冷彎冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，以實驗時的彎曲角度和彎心直徑為指標表示。用標準規(guī)定的彎頭壓彎試件到規(guī)定的角度(180°或90°)時，檢查彎曲處有無裂紋、斷裂及起層等現(xiàn)象。鋼材冷彎時的彎曲角度越大，彎心直徑與彎曲角度之比越小，表示冷彎性能越好。91土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材的主要技術(shù)性能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)，而牢固的連接起來。焊接由于局部高溫，在焊接部位過熱區(qū)可能產(chǎn)生微裂紋和應(yīng)力集中，鋼材的性能發(fā)生變化。鋼材的焊接性能是指在一定的焊接工藝條件下，焊接后鋼材的性能沒有發(fā)生過大的變化，特別是強度不能低于原來鋼材的強度。隨鋼材的含碳量、合金元素及雜質(zhì)元素含量的提高，鋼材的可焊性大大降低。101土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材的主要技術(shù)性能化學元素對鋼材性能的影響化學因素對鋼材性能的影響可分為兩類：一類能改善鋼材的性能；另一類能劣化鋼材的性能。碳（C）C＜0.8%，強度和硬度提高，塑性和韌性降低。C＞1%，硬度增加，強度、塑性、韌性都降低，可焊性下降，冷脆性增加。硅（Si）Si＜1%，強度提高，塑性、韌性影響不明顯。Si＞1%，塑性和韌性降低，冷脆性增加，可焊性差。錳（Mn）可脫氧和脫硫，提高鋼的強度和硬度，消除鋼的熱脆性。磷（P）提高強度，塑性和韌性降低，形成冷脆性。111土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材的主要技術(shù)性能硫（S）硫在鋼的熱加工時形成熱脆現(xiàn)象。沖擊韌性、疲勞強度、可焊性降低。氧（O）強度降低，熱脆性增加，冷彎、熱加工和焊接性能降低。氮（N）強度提高，塑性及韌性下降，熱加工、焊接和冷彎性能降低。鋁、鈦、釩、鈮（A1、Ti、V、Nb）改善組織、細化晶粒、提高強度、改善韌性。121土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室鋼材的強化與加工冷加工強化將鋼材于常溫下進行冷拉、冷拔或冷軋使其產(chǎn)生塑性變形，從而提高屈服強度，降低塑性韌性，這個過程為冷加工強化處理。冷拉---將熱軋鋼筋在常溫下拉長，使之產(chǎn)生一定的塑性變形。冷拉采用控制應(yīng)力和控制冷拉率兩種方法。冷拉后鋼材的強度和硬度增加但塑性降低。冷拔---將鋼筋通過硬質(zhì)合金拔絲?？讖娦欣?。冷拔時鋼筋不僅受拉，同時還受周圍擠壓。冷拔后鋼材的強度和硬度提高較大，但鋼材失去軟鋼的性能。冷軋---將圓鋼在冷軋機上軋成斷面形狀規(guī)則的鋼筋，可提高其強度及與混凝土的粘結(jié)力。131土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室鋼材的強化與加工時效處理自然時效：常溫下擱置15～20天。人工時效：冷拉后立即加熱到100～200℃，并至少保持2～3h。鋼材時效處理后，屈服強度、抗拉強度及硬度都進一步提高，而塑性及韌性繼續(xù)降低。141土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室鋼材的強化與加工熱處理熱處理是將鋼材按規(guī)定的溫度進行加熱、保溫和冷卻處理，以改變其組織得到需要的性能的一種工藝。淬火---將鋼材加熱至基本組織改變溫度以上，然后投入水或油中急速冷卻。淬火后鋼材的強度和硬度增加，塑性和韌性明顯下降。回火---將比較硬脆的鋼材加熱保溫后按一定制度冷卻至室溫的熱處理的方法為回火。回火后鋼材硬度降低，塑性和韌性得到提高。退火---將鋼材加熱至基本組織轉(zhuǎn)變溫度以下或以上，適當保溫后緩慢冷卻，以消除內(nèi)應(yīng)力，使鋼的塑性和韌性得到提高。正火---將鋼材加熱到基本組織改變溫度以上，然后在空氣中冷卻，鋼材的強度提高而塑性降低。151土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材技術(shù)標準與選用土木工程常用的建筑鋼材主要分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼和鋼結(jié)構(gòu)用鋼。前者主要是鋼絲、鋼筋、鋼絞線等；后者主要是型鋼和鋼板。碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號及表示方法牌號：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275;質(zhì)量等級：A、B、C、D;脫氧程度：特殊鎮(zhèn)靜鋼(TZ)、鎮(zhèn)靜鋼(Z)、半鎮(zhèn)靜鋼(b)和沸騰鋼(F);表示方法：屈服點的字母、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號。例如：Q235-A?F表示:屈服點為235MPa的A級沸騰鋼。牌號增大，含碳量增加，強度和硬度增大，塑性和韌性降低。建筑工程主要用Q235號鋼，有較高的強度，良好的塑性、韌性、可焊性。161土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材技術(shù)標準與選用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼牌號：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460;質(zhì)量等級：A、B、C、D、E;表示方法：屈服點符號、屈服極限值和質(zhì)量等級;例如：Q295—A表示：屈服極限為295MPa，質(zhì)量等級為A的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的選用---輕質(zhì)高強、耐腐蝕、耐低溫性好、抗沖擊性強、使用壽命長、良好的可焊性和冷加工性，軋制各種型鋼、鋼管、鋼筋，用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中。171土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材技術(shù)標準與選用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼分類：按化學成分：碳素結(jié)構(gòu)鋼筋、普通低合金鋼鋼筋；按生產(chǎn)方法：熱軋鋼筋、熱處理鋼筋、冷加工鋼筋、預應(yīng)力鋼筋；按鋼筋外形：光面鋼筋、螺紋鋼筋和刻痕鋼筋。熱軋鋼筋按表面形狀分：光園鋼筋、帶肋鋼筋；按帶肋鋼筋分：月牙肋鋼筋、等高肋鋼筋。181土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材技術(shù)標準與選用191土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材技術(shù)標準與選用牌號HPB235、HPB300(由碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制)、HRB335、HRB400、HRB500(由低合金結(jié)構(gòu)鋼軋制)。熱軋鋼材的選用HPB235光圓鋼筋特點:強度低，塑性、韌性和焊接性好。應(yīng)用:普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的受力及構(gòu)造鋼筋。HRB335、HRB400帶肋鋼筋特點：強度較高，塑性、韌性較好。應(yīng)用：用于大中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋。HRB500帶肋鋼筋特點：強度高，塑性與焊接性較差。應(yīng)用：適宜于做預應(yīng)力鋼筋。201土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材技術(shù)標準與選用熱軋鋼筋的焊接焊接方法：閃光對焊、電渣壓力焊、電弧焊等。鋼筋焊接及驗收規(guī)程：JGJ18-2003。211土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室電渣壓力焊建筑鋼材技術(shù)標準與選用221土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材技術(shù)標準與選用電弧焊(雙面搭接焊)鋼筋機械連接(錐螺紋套筒、直螺紋套筒接頭)231土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材技術(shù)標準與選用熱處理鋼筋預應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋---熱軋帶肋鋼筋經(jīng)淬火和回火等調(diào)質(zhì)熱處理而成。牌號:40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr。牌號表示：含碳量的萬分數(shù)、主要合金元素及含量的百分數(shù)。含量小于1.5%時只標寫元素符號；含量為1.5%～2.49%，則標注“2”；含量為2.5%～3.49%時，則標注“3”。優(yōu)點：強度高、錨固性好，不易打滑、預應(yīng)力值穩(wěn)定、施工簡便，不需調(diào)直及焊接。鋼筋混凝土用余熱處理鋼筋---熱軋后立即穿水，進行表面控制冷卻，然后利用芯部余熱自身完成回火處理所得的成品鋼筋。鋼材牌號：20MnSi強度等級:RRB400。241土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材技術(shù)標準與選用預應(yīng)力混凝土用鋼絲及鋼鉸線鋼絲---用優(yōu)質(zhì)碳素鋼熱軋盤條淬火、回火等調(diào)質(zhì)處理后，冷拔加工制成的高強度鋼絲。鋼絲按加工狀態(tài)分為：冷拉鋼絲(WCD)、低松弛鋼絲(WLR)、普通松弛鋼絲(WNR)。鋼絲按外形分為：光面(P)、刻痕(I)及螺旋肋(H)。特點：強度高、柔性好、無接頭、質(zhì)量穩(wěn)定、安全可靠。應(yīng)用：大跨度屋架和吊車梁、橋梁、軌枕等的預應(yīng)力鋼筋。鋼鉸線---用數(shù)根優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼絲經(jīng)鉸捻和消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理后制成。鋼鉸線分1×2、1×3、1×7三種。應(yīng)用：大跨度、大負荷的后張法預應(yīng)力屋架、橋梁和薄腹梁等結(jié)構(gòu)的預應(yīng)力筋。251土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材技術(shù)標準與選用建筑型鋼熱軋型鋼熱軋型鋼：角鋼、工字鋼、槽鋼、T型鋼、Z型鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235-A，強度適中、可焊性較好、成本低，適合建筑工程。低合金鋼：Q345(16Mn)和Q390(15MnV)型鋼，用于大跨度、承受振動荷載結(jié)構(gòu)。261土木工程系結(jié)構(gòu)工程教研室建筑鋼材技術(shù)標準與選用角鋼等邊角鋼表示：如∟100×10;不等邊角鋼表示：如L100×80×8.工字鋼普通工字鋼(I)、輕型工字鋼(QI)。工字鋼用號數(shù)表示，號數(shù)為鋼外廓高度的厘米數(shù)。如I32a表示截面高度為32cm、腹板厚度為a類的普通工字鋼。槽鋼---分普通槽鋼和輕型槽鋼，型號用符號“[”和“Q[”及號數(shù)(截面高度的厘米數(shù))表示。H型鋼寬翼緣H型鋼、中翼緣H型鋼和窄翼緣H型鋼。用高度×寬度×腹板厚度×翼緣厚度的毫米數(shù)表示。271土木工程系結(jié)構(gòu)工程教