第2章建筑钢材1.ppt

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1、第2章 建筑钢材,概 述,1、建筑钢材 指建筑工程中所用的各种钢材，包括钢结构用的各种型钢（圆钢、角钢、槽钢和工字钢等）、钢筋混凝土结构中用的各种钢筋和钢丝、围护结构和装修工程用的各种深加工钢板和复合板。,概 述,2、建筑钢材的优缺点 自重轻、强度高 品质均匀、性能可靠 弹性、塑性、韧性好 易于连接，可加工性好，施工方便、快捷 易腐蚀 耐热、耐高温、防火性能差。,主要内容,钢材的化学组成、结构与分类 建筑钢材的力学性能 钢材的加工工艺 钢材的防火和防腐蚀 建筑钢材的品种与选用,第一节 钢材的化学组成、结构及分类,钢是由铁、碳、合金元素及杂质组成。 碳C：是决定钢材性能的主要元素。 当碳含量：

2、2%时，称为铁； 2%时，称为钢。 有益元素：主要有硅Si、锰Mn、鈦Ti、钒V、铌Nb等。 有害元素：主要有磷P、硫S、氧O、氮N等。,一、钢材的化学成分及其对性能的影响,二、钢材的晶体结构,钢的基本晶体组织,C的存在方式：固溶、 化合物、 机械混合物 形成三种组织：铁素体、 渗碳体、 珠光体,-（碳(C)与铁的化合）,二、钢材的晶体组织,三、钢的分类,按化学成分： 低碳钢 含碳量 0.6% 低合金钢 合金含量10%,按脱氧程度分： 沸腾钢、镇静钢、半镇静钢、特殊镇静钢。 按品质分： 普通钢、优质钢、高级优质钢。 按用途分： 结构钢、工具钢、特殊性能钢。 按冶炼方法分： 氧气转炉法、平炉法、

3、电炉法,三、钢的分类,第二节 建筑钢材的力学性质,一、抗拉性能,2、强屈比： b / s 强屈比愈大，钢材工作的可靠性愈大，安全性也愈高。一般应大于1.2,1、拉力试验：将钢材的受力过程分以下为四个阶段： 弹性阶段(OA)：p(弹性极限) 屈服阶段(AB)：s(屈服强度) 强化阶段(BC)：b(抗拉强度) 颈缩破坏阶段(CD),一、抗拉性能,注：标距lo通常有5do、10do； 对同一种钢材，通常510,3、塑性指标,伸长率：,断面收缩率：,延伸率愈大，断面收缩率愈大，说明钢材的塑性愈好！,对其进行拉伸试验，测得的应力应变曲线无明显的屈服点。 规定：以发生残余变形达到原始标距L0的0.2%时所

4、对应的应力值作为屈服极限。 用0.2表示,一、抗拉性能,4、硬钢的屈服强度,指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。,要求：在规定弯曲程度下，弯曲处无裂纹、断裂、起层等现象，为冷弯合格。,二、冷弯性能,二、冷弯性能,弯曲程度：包括弯曲角度；弯心直径与试件厚度（或直径）的比值：d/a,可见，弯曲角度愈大， d/a值愈小，冷弯性能愈好。,三、冲击韧性,指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。,值愈大，钢材的冲击韧性愈好！,材料的缺陷 使用温度：材料的冲击韧性随使用温度下降而下降。开始时下降的缓慢，当达到一定温度时，突然下降而呈脆性，此现象称为“冷脆性”，此时的温度是“脆性转变温度”。 使用时间：随时间的延长钢材表

5、现为强度提高，塑性和冲击韧性下降，称为“时效” 。因时效导致性能改变的程度称为“时效敏感性”。,三、冲击韧性,影响因素：,指钢材表面的局部体积内，抵抗外物压入产生塑性变形的能力。,测定方法： 有布氏法、洛氏法、维氏法。 硬度大小是材料强度、塑性及韧性等性能的综合反映。,四、硬度,疲劳破坏：指钢结构或构件在交变应力作用下的，当应力远小于钢材抗拉强度时，发生断裂的现象。 疲劳破坏的危险应力用疲劳强度（极限)r表示。,五、耐疲劳性,疲劳曲线示意图,测试方法：疲劳试验中，试件在交变应力作用下，于规定的周期基数（200万次或400万次以上）内不发生断裂，所承受的最大应力。,钢材在重复荷载作用下，抵抗疲劳

6、破坏的性能。,一、冷加工工艺 二、时效强化 三、热处理工艺 四、钢材的焊接,第三节 钢材的加工工艺,一、冷加工工艺,1、冷加工强化 在常温下对钢材进行加工，使其产生一定的塑性变形，使屈服强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降。亦称冷加工硬化或冷作强化处理。,2、作用（工程意义）： 屈服强度提高，抗拉强度基本不变。 节约钢材。 除锈、调直。,方法：有冷拉、冷拔、冷轧，俗称三冷作业。,二、时效强化,1、时效：钢材在长时间的搁置中，尤其在经冷加工后，会自发地呈现强度和硬度逐渐提高，而塑性和韧性逐渐降低的现象。,人工时效：将经过冷加工的钢筋加热到100C 200 C 并保持一定时间。 自然时效：将经过

7、冷加工的钢筋于常温下存放15 20天。,2、作用 优点：屈服强度、抗拉强度及硬度提高。 缺点：塑性、韧性下降,钢材冷拉前后的应力-应变变化,三、热处理工艺,淬火：将钢材加热至723以上某一温度，并保持一定时间后，迅速置于水中或机油中冷却，这个过程称钢材的淬火处理。,回火：将淬火后的钢材重新加热到723以下某一温度范围，保温一定时间后再缓慢地或较快地冷却至室温，这一过程称为回火处理。,是指将钢材按一定规则加热、保温和冷却，以改变其晶体组织，从而获得所需要性能的一种工艺过程。,三、热处理工艺,退火：是指将钢材加热至723以上，保持一定时间后，在退火炉中缓慢冷却。以消除钢材中的内应力，细化晶粒，均匀

8、组织，使钢材硬度降低，塑性和韧性提高。 正火：是将钢材加热到723以上某一温度，并保持相当长时间，然后在空气中缓慢冷却，而得到均匀细小的显微组织。正火后钢材强度和硬度提高，塑性较退火为小。,四、钢材的焊接,1、焊接方法：有电弧焊和电渣压力焊等。 电弧焊：是由基体金属和焊缝金属（焊条）融合而成。 电渣压力焊：不用焊条，通过电流所形成的高温使钢筋接头处局部熔化，并在机械压力下使接头熔合。,2、检验方法 ：取样试验和原位非破损检测两类,可焊性：是指钢材在焊接后，反映焊接接头牢固程度和硬脆倾向大小的一种性能。,第四节 钢材的防火与防腐蚀,措施：钢结构：设置防火板或涂刷防火涂料等。,一、钢材的防火,混凝

9、土结构：钢筋应确保混凝土保护层的厚度，符合耐火极限要求。,第四节 钢材的防火与防腐蚀,2、防腐措施 钢结构：涂覆（刷漆）的方法。 混凝土结构：提高密实度、确保混凝土保护层的厚度、限制氯盐外加剂及加入防腐剂。,二、钢材的防腐蚀,1、腐蚀的种类 化学腐蚀 电化学腐蚀 应力腐蚀,第五节 建筑钢材的品种与选用,碳素结构钢 低合金高强度结构钢,常用建筑钢材的品种与选用,钢筋混凝土用钢材 钢结构用钢材,建筑钢材的主要钢种,一、建筑钢材的主要钢种-1、碳素结构钢,根据国标碳素结构钢(GB700-2006)的规定：分Q195、Q215、Q235及Q275四个牌号。,脱氧程度代号，F代表沸腾钢；b代表半镇静钢

10、；Z代表镇静钢；TZ代表特殊镇静钢，（Z、TZ符号可予以省略。,钢材屈服点数值,质量等级代号分A、B、C、D四级,钢材屈服点代号，以“屈”字汉语拼音首位字母“Q”表示,如： Q235-C,表示：,Q195、Q215强度不高，但伸长率和韧性大，冷弯性好，易冷加工，常用作钢、铆钉、螺栓及铁丝等。 Q235除A级外，其他级冲击韧性均较好，强度较高，加工性好，是钢结构、钢筋混凝土用钢。可制作低碳热轧圆盘条等。C、D可作重要焊接结构。 Q275强度更高，硬而脆，适用于制作耐磨构件、机械零件和工具，也可用于钢结构构件。,碳素结构钢的应用,2、低合金高强度结构钢,应符合国家标准低合金高强度结构钢(GB/T1

11、591-2008)的规定：分Q345、Q390、Q420、 Q460、 Q500、 Q550、 Q620、及Q690八个牌号。,质量等级符号，分A、B、C、D、E五级,屈服点数值,代表屈服点的汉语拼音字母Q,适用大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构物。,如：Q345-C,二、常用建筑钢材的品种与选用,1、钢结构用钢材,热轧型钢,冷弯薄壁型钢,二、常用建筑钢材品种与选用,1、钢结构用钢材 热轧型钢 冷弯薄壁型钢,钢板和压型钢板,钢板有 厚板：4mm， 薄板：4mm 也分冷轧和热轧两类,二、常用建筑钢材的品种与选用,2、钢筋混凝土用钢材,热轧钢筋 冷轧带肋钢筋 预应力混凝土用热处理钢筋 预应力混凝土

12、用钢丝钢绞线,带肋钢筋,热轧钢筋：分光圆、带肋两种,光圆钢筋：由低碳钢热轧，牌号有HPB235、HPB300； 带肋钢筋：低合金钢热轧，有HRB(F)335、HRB(F)400、HRB500(F)三种。(GB1499.1-2008、GB1499.2-2007),特点：强度高，塑性、可焊性好，与砼的握裹力强，可用于混凝土结构的受力钢筋及预应力钢筋。,低碳钢热轧圆盘条(GB/T701-2008),热轧钢筋的技术性能及用途, 冷轧带肋钢筋,使用低碳钢热轧圆盘条经冷轧或冷拔后，在其表面冷轧成三面有肋的钢筋。 冷轧带肋钢筋(GB13788-2008) 规定：按抗拉强度划分为CRB550、CRB650、C

13、RB800、CRB970四级，其直径范围为4-12mm。 特点：强度高、塑性好，与混凝土粘结牢固、节约钢材、质量稳定。 应用： CRB550宜用做普通混凝土构件的受力主筋、架立筋、箍筋等；其它宜用做中、小型预应力混凝土结构构件中受力主筋。,预应力混凝土用热处理钢筋,热处理钢筋：是将热轧的带肋钢筋（中碳低合金钢）经淬火和高温回火调质处理而成的。 分类：按外形分为有纵肋和无纵肋两种。按直径分6、8.2、10mm三种规格。 特点：塑性降低不大，但强度提高很多，综合性能较理想。 应用：主要用于预应力混凝土梁板和轨枕。,预应力混凝土用钢丝和钢绞线,用优质碳素结构钢经冷加工、再回火、冷轧或绞捻等加工而成的

14、专用产品，也称为优质碳素钢丝及钢绞线。 分类：分为冷拉钢丝和消除应力钢丝；按外形分光面钢丝和刻痕钢丝。 冷拉钢丝：直径有3、4、5、6、7、8mm六种规格，抗拉强度为1470-1670MPa，屈服强度为1100-1250Mpa。 消除应力钢丝：直径有312mm十种规格，抗拉强度为1470-1770MPa，屈服强度为1250-1500Mpa。,预应力混凝土用钢丝和钢绞线,钢绞线：是由两根、三根或七根圆形断面钢丝绞捻成一束经热处理制成的。 GB规定：七根捻制的钢绞线，破坏荷载达300KN，屈服荷载可达255KN。,特点与应用：钢丝和钢绞线均具有强度高、塑性好，使用时不需要接头等优点，尤其适用于需要曲线配筋的预应力混凝土结构、大跨度或重荷载的屋架等。,