建筑材料电子教案7

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1、建筑钢材,掌握：建筑钢材的主要性能。,熟悉：建筑钢材的常用钢种及应用。,了解：钢筋混凝土用钢材的品种及应用。,本章教学目标,本 章 内 容,第一节 概述 第二节 建筑钢材的主要技术性能 第三节 建筑钢材的常用钢种 第四节 钢筋混凝土用钢材,第一节 钢的冶炼和分类,一、建筑钢材的类型,型材 板材 线材 管材,结构用的角钢 I字钢（基础支撑） 槽钢 方钢 吊车轨 钢板桩,薄板 厚板,钢筋 钢丝 钢绞线,供水、供气（汽）管线等。,二、建筑钢材的应用,重型工业厂的屋架、吊车梁； 大跨度房屋结构； 大跨度桥梁； 多层、高层房屋的梁架； 移动式结构； 轻型结构； 在抗震要求比较高的地方。,三、建筑钢材的特

2、点,优点 缺点,承载力高而重量较轻； 材质均匀、致密，可靠性高； 钢材的塑性和韧性好； 加工性能好，便于安装； 耐热性较好。,易锈蚀； 耐火性差； 能耗大、成本高；,特点,四、钢的生产,钢的生产 钢的铸锭 钢的压力加工,钢的生产过程 钢的生产方法,铸锭 脱氧处理 化学偏析,热加工 冷加工,氧气转炉法 空气转炉法 平炉炼钢法 电炉炼钢法,炼钢生铁+氧,钢的生产过程示意图,比重较大，生成矿渣,加 Mn、Si,五、钢的分类,按化学成分 按脱氧程度 按有害物质含量 按冶炼方法 按用途,碳素钢 合金钢,低碳钢 中碳钢 高碳钢,低合金钢 中合金钢 高合金钢,沸腾钢F一般工程 镇静钢Z预应力砼 半镇静钢B

3、特殊镇静钢TZ特别重要工程,普通钢 优质钢 高级优质钢 特级优质钢,平炉、转炉、电炉,结构钢、工具钢、特殊钢,0.02%C2.06 Fe C S P,f 塑性韧性,塑性 韧性,(1)沸腾钢 (2)镇静钢 (3)半镇静钢,根据脱氧程度分为：,二 钢的分类,第二节 建筑钢材的 主要技术性能,钢的主要技术性能,力学性能 加工工艺性能,抗拉性能 冲击韧性 耐疲劳性 硬度,冷弯性能 冷加工性能 时效强化 焊接性能,建筑钢材的技术性能,冷弯性能,1.应力 2.应变 3.弹性与弹性变形 4.塑性与塑性变形,A,建筑钢材的抗拉性能,一、钢材的拉伸性能,钢材的拉伸演示过程以低碳钢为例,L0=5d0或10d0,低

4、碳钢的受拉过程分为四个阶段,建筑钢材的抗拉性能,O,弹性阶段OA,屈服阶段AB,强化阶段BC,颈缩阶段CD,低碳钢受拉的应力应变图,建筑钢材的抗拉性能,一、弹性阶段OA 一条通过原点 的直线，应力与应变成正比。 弹性 弹性模量 E值的大小反映了钢材抵抗 弹性变形的能力。 A点对应 的应力。,O,A,低碳钢受拉的应力应变图,E1 E2,图形的特点：,试件的特点：,计算的指标：,弹性极限,建筑钢材的抗拉性能,二、屈服阶段AB 一条波动的曲 线，应力增加很小，而应变增加 很大。 所能承受的拉 力增加很小，而塑性变形迅速 增加，似乎钢材不能承受外力 屈服强度（也叫屈服点） 点对应的应力。,图形的特点：

5、,试件的特点：,计算的指标：,O,A,低碳钢受拉的应力应变图,A,C,D,B,屈服。,三、强化阶段BC 一段上升的曲线。 抵抗塑性变形的能力又重新 提高 抗拉强度,图形的特点：,试件的特点：,计算的指标：,O,A,低碳钢受拉的应力应变图,A,C,D,B,C点对应的应力。,建筑钢材的抗拉性能,强化。,四、颈缩阶段CD 一段下降的曲线。 变形迅速发展，在有杂质或 缺陷处，断面急剧缩小 ，直到断裂。 伸长率：,图形的特点：,试件的特点：,计算的指标：,建筑钢材的抗拉性能,计算的指标：,颈缩,三个重要的指标 1.屈服强度s 结构设计中钢材强度取值的依据 2.抗拉强度b 钢材所能承受的最大应力 屈强比

6、屈强比，利用率 ，安全可靠程度 3.伸长率 衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材的塑性越好,O,A,A,C,D,B,4断面收缩率,A0、 An前后的截面积,5与10谁大,中碳钢、高碳钢的应力应变图,规定：产生残余变 形为原始标距的0.2% 时所对应的应力值， 作为硬钢的屈服强度， 称为条件屈服强度， 用0.2表示。,二、冲击韧性,钢材抵抗冲击荷载的能力。,定义,试件,讨论与分析,计算式,测试方法,演示,ak冲击韧性。,钢的化学成分; 例：S、P冲击韧性 冶炼及轧制质量 质量冲击韧性 温度 温度，冲击韧性,ak,影响冲击韧性的因素,三、疲劳强度,受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突

7、然发生脆性断裂破坏的现象,称为疲劳破坏。 钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，首先在局部开始形成细小断裂，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。 疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。,钢材疲劳曲线示意图,四、钢材的硬度,硬度是指钢材抵抗硬物体压入钢材的表面的能力。 方法：布氏法、洛氏法和维氏法，常用方法是布氏法和洛氏法。,定义,测定方法,演示,讨论与分析,材料的硬度往往与材料的其它性能有一定的相关系，如：钢材的HB值与抗拉强度之间有较好的相关关系。,五、钢材的冷弯性能,指钢材在常温下承受弯曲变形的能力， 试件被 弯曲角度、弯心

8、直径与厚度的比值d/a,定义,指标,试验演示,弯曲角度 d/a ，表示对冷弯性能要求越高。,结论,钢材的冷弯,钢材的冷加工方式有冷拉、冷拔和冷轧。,六 钢材的冷加工,(一) 钢材的冷加工及时效,冷加工强化处理是指常温下对钢材进行冷拉、冷拔或冷轧，使其产生塑性变形并提高屈服点。,1、冷拉：常温下对钢材进行拉长，这时屈服点提高了，长度增加了，抗拉强度基本不变，塑性和韧性有所下降。,时效：冷拉的钢筋，常温下存放一定时间。,时效处理：一般常温下存放1520天，用于级钢筋（自然时效）；加热100200并保持一定时间（2h），用于、级 钢筋（人工时效）,冷拉：屈服强度提高、 抗拉强度不变、 延伸率降低。,

9、时效：屈服强度进一步提高、 抗拉强度提高、 延伸率进一步降低。,钢筋冷拉后屈服强度可提高15%-20%，冷拔后屈服强度可提高40%-60%。,钢筋经冷拉时效后应力-应变图的变化,2、冷拔：将钢筋通过比原来直径小的拔丝摸拔出，钢筋受挤压后更密实、均匀。 效果：屈服强度和抗拉强度提高； 塑性、韧性下降 ，脆性升高。 在常受冲击荷载作用、低温的环境中，不宜采用冷拔钢筋。,（四）钢的热处理,热处理：按照一定规则加热、保温和冷却，以改变钢材组织，从而获得需要的性能的一种工艺过程。 常用的方法有：淬火、回火、退火和正火,淬火是指将钢材加热到723以上某一温度，经保温停留一段时间后在盐水、冷水或油中急速处理

10、的过程。 经过淬火的钢材硬度极高，脆性大而塑性小。,淬火,对淬火处理的钢，再进行加热，冷却的过程称为回火，回火的温度低于723。其目的是、消除淬火钢件的内应力，适当降低淬火钢件的硬度并提高其韧性。,回火,将钢材加热到800850，经保温停留一段时间，然后随炉温冷却或埋在细纱中，缓慢冷却处理的过程称为退火。 退火可降低钢材的原有硬度，改善钢材的塑性和韧性及加工性能，也可以消除加工及焊接时的内应力。,退火,将钢加热经保温停留后，在空气中冷却处理的过程叫正火。 与退火相比，经正火的钢材强度和硬度更高，而塑性减小。,正火,(二)焊接性能,焊接：把两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状态，

11、而牢固的连接起来。它是钢结构的主要连接形式。 焊接性能：是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。 影响因素：钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。 选择：焊接结构用钢，选含碳量较低的氧气转炉或平炉镇静钢。对高碳钢及合金钢，需要采用焊前预热及焊后热处理等措施。,某烧结矿仓库运输廊道于1965年1月发生倒塌。事故发生时室外气温为36左右。经现场调查及取样试验可知所用的沸腾钢含碳0.230.25，含硫0.06，焊接质量差。请分析事故原因。,案例分析,分析答案,分析：,原因之一是所使用的钢材不符合标准要求，发生脆性

12、断裂。所用钢材含碳量及含硫量均超过用于焊接结构钢材要求，即含碳不超过0.22，含硫量不超过0.055 。硫的析出集中点正是弦杆钢发生脆性破坏部位。 原因之二是断裂处焊缝低劣，以及焊接结构处有应力集中现象，助长了此衍架的断裂破坏。经检查，多处焊缝明显未焊透，有焊瘤，夹杂缺陷，焊接质量差。,1.碳是决定钢材性能的主要元素。 随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。但当含碳量大于1.0%时，由于钢材变脆，强度反而下降。,七 钢的化学成分对钢材性能的影响,含碳量对热轧碳素钢性质的影响,b抗拉强度；k冲击韧性；HB硬度； 伸长率；面积缩减率,2.硅、锰 加入硅和锰可以与钢中有害成分FeO和

13、FeS分别形成SiO2、MnO和MnS而进入钢渣排出，起到脱氧、降硫的作用。,3.硫、磷 硫使钢材的热脆性增加，磷能使钢的强度、硬度提高，但显著降低钢材的塑性和韧性，使钢材的冷脆性增加。,“热脆”：硫能生成易于熔化的硫化铁，当热加工及焊接使温度达8001000时，使钢材出现裂纹、变脆的现象。 “冷脆”：在低温时，磷使钢材的冲击韧性大幅度下降的现象。,4.氧、氮 降低了钢材的强度、冷弯性能和焊接性能。氧还使钢的热脆性增加，氮使冷脆性及时效敏感性增加。,5.铝、钛、钒、铌 是钢的强脱氧剂和合金元素。能改善钢的组织、细化晶粒、改善韧性，并显著提高强度。,第三节 建筑钢材的 常用钢种,普通碳素结构钢简

14、称碳素结构钢，化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁-碳合金。其含碳量为0.02%-2.06%，此外尚含有少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。,一 碳素结构钢,碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧程度符号四部分按顺序组成。,(一) 碳素结构钢的牌号表示方法,随着牌号的增大钢的碳含量、抗拉强度增大，塑性、韧性、冷弯性能降低。,(二) 碳素结构钢的技术要求 (三) 碳素结构钢的性能和应用,低合金高强度结构钢综合性能较为理想，尤其在大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构中更适用，而且与使用碳素钢相比，可节约钢材20%-30%，但成本并不很高。,二 低合金高强度结构钢,低合金高强

15、度结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号三部分按顺序组成,共有5个牌号。,(一)低合金高强度结构钢的牌号表示方法,(二)低合金高强度结构钢的技术要求 (三)低合金高强度结构钢的性能和应用,注：低合金高强度结构钢的A、B级属于镇静钢， C、D、E级属于特殊镇静钢。,第四节 钢筋混凝土用钢材,热轧钢筋：由冶金工厂直接热轧成型； 冷加工钢筋：主要是为了节约钢材而采用的，有冷拉钢筋、冷拔低碳钢丝； 预应力砼用钢丝、钢绞线：用优质碳素钢条加工而成，分矫直回火钢丝、颗痕钢丝、冷拉钢丝； 预应力砼热处理钢筋：一般经过淬火、回火处理，具有较好的塑性和强度。,混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。用钢筋增强混凝土，可大大扩展混凝土的应用范围，而混凝土又对钢筋起保护作用。钢筋混凝土结构的钢筋，主要由碳素结构钢和优质碳素钢制成。,一、热轧钢筋 混凝土结构用热轧钢筋应有较高的强度，具有一定的塑性、韧性、冷弯和可焊性。热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋，主要有用Q235轧制的光圆钢筋和用合金钢轧制的带肋钢筋两类。,带肋钢筋 (a)月牙肋钢筋(b)等高肋钢筋,(a)等高肋钢筋；(b)月牙肋钢筋,热轧钢筋的力学性能和工艺性能,热轧光圆钢筋HPB235级：强度较低，但塑性及焊接性能很好，便于各种冷加工，用作普通钢筋混凝土构件的受