第6章建筑鋼材

1、.,第六章 建筑鋼材,一.鋼的分類(lèi) 二.鋼材的技術(shù)性質(zhì) 三.鋼材的冷加工時(shí)效和焊接 四.鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與選用 五.建筑鋼材的腐蝕與防護(hù),.,教學(xué)目的和要求 1、了解建筑鋼材的分類(lèi)、性質(zhì)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及選用原則； 2、掌握鋼材的主要力學(xué)性質(zhì)和工藝性能；建筑用鋼材的標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用；工程中常用鋼材的牌號(hào)表示方法；工程中所用鋼筋的種類(lèi)及性能； 3、熟悉鋼材防腐的原理和方法。 教學(xué)內(nèi)容 1、鋼的分類(lèi)、技術(shù)性質(zhì)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與選用 2、鋼材的冷加工時(shí)效和焊接 3、建筑鋼材的腐蝕與防護(hù) 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn)：鋼的分類(lèi)、技術(shù)性質(zhì)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與選用；鋼材的冷加工時(shí)效和焊接。 教學(xué)難點(diǎn)：鋼材的冷加工時(shí)效和焊接。,.,建筑鋼

2、材的主要品種,1.型鋼 簡(jiǎn)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(wú)縫鋼管、焊接鋼管等。,.,建筑鋼材的主要品種,4.鋼板 光面鋼板、花紋鋼板、彩色涂層鋼板等。,壓型彩鋼板,.,第一節(jié) 鋼的分類(lèi),1.按冶煉方法分 2.按質(zhì)量分 按S和P元素含量，分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。,鋼,轉(zhuǎn)爐鋼,沸騰鋼“F”,電爐鋼,平爐鋼,按冶煉方法分,按脫氧程度分,半鎮(zhèn)靜鋼“b”,鎮(zhèn)靜鋼“Z”,特殊鎮(zhèn)靜鋼“TZ”,按爐襯材料分為酸性鋼和堿性鋼,.,3.按化學(xué)成分分 4

3、.按用途分 分為建筑鋼、結(jié)構(gòu)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%0.60,C0.60,合金總含量5%,5%10,10,.,第二節(jié) 鋼材的技術(shù)性質(zhì),.,標(biāo)準(zhǔn)試件,按照一定的要求，對(duì)表面進(jìn)行車(chē)削加工后的試件。,非標(biāo)準(zhǔn)試件,不經(jīng)過(guò)加工，直接在線材上切取的試件。,低碳鋼的拉伸性能實(shí)驗(yàn),.,.,一、抗拉性能 抗拉性能是建筑鋼材最重要的力學(xué)性能。,拉伸過(guò)程分四個(gè)階段： OA：彈性階段 AB：屈服階段 BC：強(qiáng)化階段 CD：頸縮階段,以下屈服點(diǎn)的應(yīng)力作為鋼材的屈服強(qiáng)度。,鋼材拉伸過(guò)程

4、的-圖,.,p彈性極限，MPa。,p,o,鋼材拉伸彈性階段示意圖,此階段表現(xiàn)為彈性變形。應(yīng)力與應(yīng)變成正比，其數(shù)值為常數(shù)，即彈性模量E，是反映鋼材抵抗變形的能力。,.,鋼材拉伸屈服階段示意圖,放大后,s,s屈服強(qiáng)度，MPa。,o,此階段開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形。應(yīng)變?cè)黾雍芸?，而?yīng)力基本不變,.,鋼材拉伸強(qiáng)化階段示意圖,b 抗拉強(qiáng)度或強(qiáng)度極限， MPa。,B下,o,.,鋼材拉伸頸縮階段示意圖,B下,o,當(dāng)應(yīng)力達(dá)到最高點(diǎn)后，試件薄弱處的橫截面顯著縮小，產(chǎn)生“頸縮現(xiàn)象”，由于試件斷口區(qū)域局部橫截面急劇縮小，此部位塑性變形迅速增加，拉力也隨著下降，最后試件拉斷。,.,拉伸過(guò)程的參數(shù),強(qiáng)度指標(biāo) 屈服強(qiáng)度： 抗拉強(qiáng)

5、度：,鋼材開(kāi)始喪失對(duì)變形的抵抗能力，并開(kāi)始產(chǎn)生大量塑性變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力,屈強(qiáng)比越小，屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度相差越大，鋼材在應(yīng)力超過(guò)屈服強(qiáng)度工作時(shí)的可靠性越大，安全性越高。,可靠性參數(shù),值越小可靠性越高，安全性越高，但利用率降低，浪費(fèi)增大。,鋼材所能承受的最大拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)，鋼材完全喪失了對(duì)變形的抵抗能力而斷裂,.,意義： 值越大，塑性增強(qiáng)，可避免結(jié)構(gòu)過(guò)早破壞；加工性增強(qiáng)，安全性增強(qiáng)。 值有兩種：5表示l0=5d0；10表示l0=10d0，d0鋼材直徑。,式中：lo試件原始標(biāo)距長(zhǎng)度，mm ； l1試件拉斷后測(cè)定出伸長(zhǎng)后標(biāo)距部分的長(zhǎng)度，mm。,塑性指標(biāo) 伸長(zhǎng)率：,斷面收縮率：,式中：

6、A1試樣拉斷后頸縮處的截面積，mm2； A0表示鋼材的原始截面積，mm2。 伸長(zhǎng)率和斷面收縮率均表示鋼材斷裂前經(jīng)受塑性變形的能力。,.,硬鋼（高碳鋼）的拉伸性能,硬鋼強(qiáng)度高，塑性差，拉伸過(guò)程無(wú)明顯屈服階段，無(wú)法直接測(cè)定屈服強(qiáng)度。用條件屈服強(qiáng)度0.2來(lái)代替屈服強(qiáng)度。 條件屈服點(diǎn)0.2 ：以殘余變形為原標(biāo)距長(zhǎng)度的0.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度。,oa總變形。 ba彈性變形99.8%。 ob塑性變形0.2%。,O,.,二、沖擊韌性,沖擊韌性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。 式中：k以試件沖擊破壞時(shí)缺口處單位面積上所消耗的功（J/cm2） W

7、試件沖斷時(shí)所吸收的沖擊能（J） A試件槽口處最小橫截面積（cm2） 。 影響因素： 硫、磷含量高，存在化學(xué)偏析，含非金屬夾雜物，焊接形成裂紋，溫度降低等，均會(huì)降低沖擊韌性。 對(duì)于承受沖擊荷載和振動(dòng)荷載部位的鋼材，必須考慮沖擊韌性。,.,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(yàn)的指標(biāo)：彎心直徑d和彎曲角度（90或180）。試樣彎曲外表面無(wú)肉眼可見(jiàn)裂紋則冷彎合格。 通過(guò)冷彎試驗(yàn)，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。,.,2.可焊性 焊接方式：搭接、對(duì)接 焊接要求： 焊接處（焊縫及其附近過(guò)熱區(qū)）不產(chǎn)生 裂縫及硬脆傾

8、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。,.,一、鋼材的冷加工 將鋼材于常溫下進(jìn)行冷拉、冷拔、冷軋、冷扭等，使之產(chǎn)生一定的塑性變形，強(qiáng)度和硬度明顯提高，塑性和韌性有所降低，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為剛才的冷加工（冷加工強(qiáng)化、冷作強(qiáng)化） 常見(jiàn)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，增加了鋼筋長(zhǎng)度，是節(jié)約鋼材的一種措施。鋼材經(jīng)冷加工后屈服階段縮短，伸長(zhǎng)率減小，材質(zhì)變硬。,第三節(jié) 鋼材的冷加工時(shí)效和焊接,.,二、鋼材的時(shí)效處理 將冷加工后的鋼材于常溫下存放1520d，或加熱到1002

9、00并保持一段時(shí)間,這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為時(shí)效處理。,作用: 鋼筋冷拉以后再經(jīng)過(guò) 時(shí)效處理，其屈服點(diǎn) 進(jìn)一步提高，抗拉強(qiáng) 度亦有所提高，塑性 和韌性則相應(yīng)降低。,自然時(shí)效,人工時(shí)效,.,一、碳素結(jié)構(gòu)鋼（非合金鋼）,1.牌號(hào)表示法 由代表屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法符號(hào)等四個(gè)部分按順序組成； 如：Q235AF表示為屈服點(diǎn)不小于235MPa的A級(jí)沸騰鋼。 2.牌號(hào) 共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五個(gè)牌號(hào)。 3.技術(shù)要求 化學(xué)成分、力學(xué)性能、冷彎性能應(yīng)符合GB700規(guī)定。,第四節(jié) 鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與選用,.,4.應(yīng)用 Q195、Q215，含碳量低，強(qiáng)度低，塑性、韌性、加

10、工性能和可焊性好，主要用于軋制薄板和盤(pán)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(pán)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。,.,二、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼,1.牌號(hào)表示方法 由代表屈服點(diǎn)的拼音字母（Q）、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（A、B、C、D、E）三部分按順序組成。 如Q345A表示屈服點(diǎn)不小于345MPa的A級(jí)鋼。 2.牌號(hào) 共有Q295、Q345、Q390、Q4

11、20、Q460五個(gè)牌號(hào)。 3.技術(shù)要求 其化學(xué)成分、力學(xué)性能、冷彎性能應(yīng)符合GB/T1591 的規(guī)定,.,4.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(duì)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(jí)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)。,.,三、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(lèi) 鋼筋混凝土用熱軋

12、鋼筋分為光圓鋼筋和帶肋鋼筋兩種。 3.牌號(hào) 熱軋直條光圓鋼筋 ：HPB235 熱軋帶肋鋼筋：HRB335、HRB400、HRB500,H、P、R、B分別為熱軋（Hotrolled）、光圓（Plain）、帶肋（Ribbed）、鋼筋（Bars）三個(gè)詞英文首位字母。 推薦公稱(chēng)尺寸： 光圓：8、10、12、16、20mm ； 帶肋：6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm,.,4.熱軋鋼筋的力學(xué)性能、工藝性能應(yīng)符合下表的規(guī)定。,.,四、低碳熱軋圓盤(pán)條,1.概述 低碳熱軋圓盤(pán)條的公稱(chēng)直徑為5.530mm，大多通過(guò)卷線機(jī)成盤(pán)卷供應(yīng)，因此稱(chēng)為盤(pán)條、盤(pán)圓或線材。 2.分類(lèi) 按用途分為：供拉絲

13、用盤(pán)條（代號(hào)L）、供建筑和其他一般用途用盤(pán)條（代號(hào)J）兩種。 3.牌號(hào) 低碳熱軋圓盤(pán)條的牌號(hào)表示方法由屈服點(diǎn)符號(hào)、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法符號(hào)、用途類(lèi)別符號(hào)等五個(gè)內(nèi)容表示。,.,4.力學(xué)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。,低碳熱軋圓盤(pán)條的力學(xué)性能和工藝性能,.,五、冷軋帶肋鋼筋,1.生產(chǎn) 冷軋帶肋鋼筋由熱軋圓盤(pán)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(hào) 按抗拉強(qiáng)度分為CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五個(gè)牌號(hào)。 3.規(guī)格 直徑范圍

14、為412mm，推薦的公稱(chēng)直徑為5、6、7、8、9、10mm。,.,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(pán)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(zhǎng)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)。,.,六、熱處理鋼筋,1.概述 熱處理鋼筋是經(jīng)過(guò)淬火和回火調(diào)質(zhì)處理的螺紋鋼筋。分有縱肋和無(wú)縱肋兩種，其外形分別見(jiàn)右圖。代號(hào)為RB150。 2.規(guī)格 公稱(chēng)直徑6、8.2、10mm。 3.牌號(hào) 有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr三個(gè) 。

15、,有縱肋,無(wú)縱肋,.,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(duì)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,.,七、鋼絲,1.生產(chǎn) 以優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤(pán)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(lèi) 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(chē)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 。,.,八、鋼絞線,1.生

16、產(chǎn) 由多根圓形斷面鋼絲捻制而成。鋼絞線按左捻制成并經(jīng)回火處理消除內(nèi)應(yīng)力。 2.規(guī)格 鋼絞線按應(yīng)力松弛性能分為兩級(jí)：級(jí)松弛（代號(hào)）、級(jí)松弛（代號(hào)）。公稱(chēng)直徑有9.0、12.0、15.0mm三種規(guī)格。 3.特點(diǎn)及應(yīng)用 鋼絞線與其他配筋材料相比，具有強(qiáng)度高、柔性好、質(zhì)量穩(wěn)定、成盤(pán)供應(yīng)不需接頭等優(yōu)點(diǎn)。 適用于作大型建筑、公路或鐵路橋梁、吊車(chē)梁等大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力鋼筋，廣泛地應(yīng)用于大跨度、重荷載的結(jié)構(gòu)工程中。,.,一、鋼材的銹蝕 鋼材表面與其周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而遭到的破壞，稱(chēng)為鋼材的銹蝕。,化學(xué)銹蝕 電化學(xué)銹蝕,鋼材直接與周?chē)橘|(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

17、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。,第五節(jié) 建筑鋼材的腐蝕與防護(hù),.,二、鋼材的防護(hù) 三個(gè)方面：從改變鋼材本身的易腐蝕性、隔離環(huán)境中的侵蝕性介質(zhì)或改變鋼材表面的電化學(xué)過(guò)程。 （1）采用耐候鋼（耐大氣腐蝕鋼） （2）金屬覆蓋 電鍍或噴鍍的方法覆蓋在鋼材表面。 （3）非金屬覆蓋 在鋼材表面用非金屬材料做為保護(hù)膜, 如噴涂涂料、 搪瓷和塑料等。 （4）混凝土用鋼筋的防銹,.,練習(xí)題： 1伸長(zhǎng)率是衡量鋼材的（ ）指標(biāo)。 A彈性 B塑性 C脆性 D耐磨性 2.鋼筋冷拉以后再經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，其屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度及硬度（ ），塑性及韌性（ ）。 A提高 降低 B提高 提高 C降低 降低 D降低 提高 3. Q235AF表示