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1、第8章建筑钢材 主要内容 q 钢材是重要的工程材料 本幸主要讲述建 筑工程中常用的两奥钢材 普通碳素结构钢和 低合金高强度岵构钢 概迷钢的冶炼 加工及 分类方法 重点掌握建筑钢材的力学性能 工 艺性能及现行国家标准或规范对钢材的性舱及 技术要求 阐迷钢的化学成分 所合合金元素 等对钢材的性能 质量的影响 介绍钢蛄构及 钢筋混凝土蛄构采用的主要钢材品种及特点 如何正确地选材 合理地用材 以及钢材的好 蚀成固与防护方法 q 第8章 建筑钢材 第8章 建筑钢材 q 建筑钢材是重要的建筑材料 它主要指用 于钢结构中各种型材 如角钢 槽钢 工字钢 圆钢等 钢板 钢管和用于钢筋混凝土结 构中的各种钢筋 钢
2、丝等 由于钢材在工厂生 产中有较严格的工艺控制 因此质量通常能够 得到保证 q 建筑钢材具有一系列优良的性能 它有 较高的强度 有良好的塑性和韧性 能承受冲 击和振动荷载 可以焊接或铆接 易于加工和 装配 所以被广泛地应用于建筑工程中 但钢 材也存在易锈蚀及耐火性差的缺点 第8章 建筑钢材 8 1 钢材的分类 钢材的化学成分 生产钢不可避免元素 Si Mn P S N 专门加入的合金元素 Si Mn Ti V Ni Nb及稀土元素 铁 主要元素 碳 0 02 2 06 其他元素 第8章 建筑钢材 8 1 1 分类 1 按化学成分分类 低碳钢 含碳量0 6 1 碳素钢 碳钢 2 合成钢 专门加入
3、合金元素 按合金元素含量分 低合金钢 合金元素总含量10 第8章 建筑钢材 2 按杂质含量 品质 分类 普通钢 含硫量 0 050 含磷量 0 045 优质钢 含硫量 0 035 含磷量 0 035 高级优质钢 含硫量 0 025 含磷量 0 025 牌号后加 高 或 A 特级优质钢 含硫量 0 015 含磷量 0 015 后加 E 第8章 建筑钢材 3 按冶炼时脱氧程度分 沸腾钢 脱氧不充分 代号 F 镇静钢 脱氧充分 代号 2 半镇静钢 脱氧程度介于 F 与 2 之间 代号 b 特殊镇静钢 脱氧彻底 代号 TZ 4 按用途分类 结构钢 建筑结构 机械制造 低 中碳钢 工具钢 各种工具 高碳
4、钢 特殊钢 不锈钢 具有各种特殊的物理化学性质 第8章 建筑钢材 8 1 2 钢材中的常存杂质 硫 来自矿石燃料 生成FeS 钢材加工时易裂缝 热脆性 磷 来自矿石燃料 生成Fe3P 脆性很大 碳 炼钢氧化过程中存于缸中 害处大于一处 故归于有害元素 锰 炼钢时脱氧 硫残留钢中 具有很强的脱氧 硫能力 大大改善 钢材加工性能 硅 脱氧剂 较锰强 两面性 硅很低时 强度增加 硅很高时 其他性能降低 氧 与碳 磷相似 有 害 元 素 第8章 建筑钢材 8 2 建筑材料的主要技术性能 力学性质 强度 弹性 塑性 耐磨性 工艺性质 可加工性 冷弯 可焊性 第8章 建筑钢材 8 2 1 力学性能 1 抗
5、拉性能 是建筑钢钢材最重要的力学性能 拉伸过程分四个阶段 OA 弹性阶段 AB 屈服阶段 BC 强化阶段 CD 颈缩阶段 第8章 建筑钢材 拉伸性能指标 主要有屈服点 抗拉强度和伸长率等 1 屈服强度 屈服点 上屈服强度 试样首次屈服前的最大应力 下屈服强度 不计初始瞬时效应时的最小强度 即屈服点 Fs 屈服阶段最小应力 首次回针所对应的力 N Ao 钢材的截面积 mm2 注意 有些钢材无明显屈服点 合金钢 高碳钢等硬钢 应采用产生残余变形为0 2 原标距长度时的应力 作为屈服点 称条件屈服点 记为 0 2或者 P0 2 第8章 建筑钢材 2 抗拉强度 钢材所能承受的最大强度 Fb 为最大应力
6、 N 相反 值越小 可靠性越低 安全性越低 因此 强屈比一般不低于1 2 抗震结构一般不低于1 25 可靠性参数 值得注意 强屈比的概念 值越大可靠性越高 安全性越高 但利用率降低 浪费增大 第8章 建筑钢材 3 伸长率 塑性指标 意义 值越大 塑性增强 可避免结构过早破坏 加工性 增强 安全性增强 值有两种 5 表示l0 5d0 d0 钢材直径 10 l0 10d0 lo 试件原始标距长度 mm l1 试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度 mm 第8章 建筑钢材 4 断面收缩率 塑性指标 AO 试样拉断后颈缩处的截面积 mm2 A1 表示钢材的原始截面积 mm2 伸长率和断面收缩率均表示钢材
7、断裂前经受塑性变形的能力 第8章 建筑钢材 2 冲击韧性 指钢材抵抗冲击荷载的能力 试验方法 标准试件的弯曲冲击韧性试验 指标 试件缺口处单位截面积上所消耗的功 计作ak J cm2 ak值愈大 钢材的冲击韧性愈好 3 耐疲劳性 疲劳破坏 交变荷载反复作用 钢材在应力低于屈服强度时 突然发出脆性断裂的现象 危害极大 冲击韧性试验原理图 第8章 建筑钢材 8 2 2 工艺性能 冷弯性能 常温下钢材承受弯曲变形的能力 焊接性能 钢结构中90 以上为焊接结构 焊接性非常重要 第8章 建筑钢材 1 冷弯性能 冷弯性能试验 试件被弯曲的角度 90 180 冷弯试验意义 能反映试件弯曲处的塑性变形 能揭示
8、钢材是否存在 内部组织不均匀 内应力和夹杂物等缺陷 冷弯试验也能对钢材的焊接质量进行严格的检验 能揭示焊件受弯表 面是否存在未熔合 裂缝及夹杂物等缺陷 判定标准 若试件弯曲处的 外表面无裂断 裂缝或起层 认为冷弯性能合格 第8章 建筑钢材 2 焊接性能 q 焊接方式 搭接 对接 q 焊接要求 焊接处 焊缝及其附近过热区 不产生 q 裂缝及硬脆倾向 q 焊接处与母材一致 即拉伸试验 强度 q 不低于原钢材强度 q 影响因素 碳 合金元素等杂质元素越多 可焊性越小 第8章 建筑钢材 8 3 钢材的强化与加工 8 3 1 冷加工 指钢材在常温下进行的加工 常见的冷加工方式 冷拉 冷拔 冷轧 冷扭 刻
9、痕等 特点 钢材经冷加工产生塑性变形 从而提高其屈服强度 这一过程称为冷加工强化处理 第8章 建筑钢材 8 3 2 时效处理 将经过冷拉的钢筋于常温下存放15 20d 或 加热到100 200 并保持一段时间 这个过程称为时效处理 自然时效 作用 钢筋冷拉以后再经过 时效处理 其屈服点 进一步提高 塑性继 续有所降低 时效过程中应力的消减 弹性模量可基本恢复 人工时效 第8章 建筑钢材 8 4 钢材的锈蚀与防护 8 4 1 钢材的锈蚀 钢材表面与其周围介质发生化学反应而遭到的破坏 称为钢材的锈蚀 化学锈蚀 电化学锈蚀 钢材直接与周围介质发生化学反应产生锈蚀 多数是 由氧化作用在钢材表面形成疏松
10、氧化物 在干燥环境中反 应缓慢 但温度和湿度较高 锈蚀则发展迅速 钢材本身组成上的原因和杂质的存在 在表面介质 的作用下 各成分电极电位的不同 形成微电池 铁元 素失去了电子成为Fe2 进入介质溶液 与溶液中的OH 离 子结合生成Fe OH 2 锈蚀的结果 在钢材表面形成疏松的氧化物 使钢结构断面减小 降低钢材的性能 因而承载力降低 第8章 建筑钢材 8 4 2 钢材的防护 三个方面 从改变钢材本身的易腐蚀性 隔离环境中的侵蚀 性介质或改变钢材表面的电化学过程 1 采用耐候钢 耐大气腐蚀钢 2 金属覆盖 电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面 3 非金属覆盖 在钢材表面用金属材料做为保护膜 如喷涂涂料
11、 搪瓷和塑料等 4 混凝土用钢筋的防锈 第8章 建筑钢材 8 5 土木工程常用钢材 2 5 1 钢结构用钢 2 5 2 混凝土结构用钢 第8章 建筑钢材 8 5 1 钢结构用钢 1 碳素结构钢 1 碳素结构钢的牌号 表示按顺序 屈服点字母 Q 屈服点数值 单位MPa 质量等级 有A B C D 4级 逐级提高 和脱氧方法 F 沸腾钢 b 半镇钢 Z 镇静钢 TZ 特殊镇钢 牌号表示时Z TZ可省略 例如 Q235 A F 表示屈服点为235MPa A级沸腾钢 Q235 B 表示屈服点为235MPa B级镇静钢 第8章 建筑钢材 2 碳素结构钢的选用 q碳素结构钢依牌号增大 含碳量增加 其强度增
12、大 但塑性和韧性降低 q建筑工程中主要应用Q235号钢 可用于轧制各种型钢 钢板 钢管与钢筋 具有较高的强度 良好的塑性 韧性 可焊性及可加工等综合性能好 且 冶炼方便 成本较低 因此广泛用于一般钢结构 其中C D级可用在重要 的焊接结构 qQ195 Q215号钢材强度较低 但塑性 韧性较好 易于冷加工 可制作 铆钉 钢筋等 Q225 Q275号钢材强度高 但塑性 韧性 可焊性差 可用于钢筋混凝土配筋及钢结构中的构件及螺栓等 q受动荷载作用结构 焊接结构及低温下工作的结构 不能选用A B质量 等级钢及沸腾钢 第8章 建筑钢材 2 低合金高强度结构钢 1 低合金高强度钢的牌号 共有5个牌号 牌号
13、由三部分表示 含碳量 合金元素的种类及含量 前两位 数字表示平均含碳量的万分数 其后的元素符合表示按主次加 入的合金元素 合金元素后面如未附数字 表示其平均含量在 1 5 以下 如附有数字 2 表示其平均含量在1 5 2 5 之间 最后如附有 b 表示为半镇静钢 否则为镇静钢 例如 16Mn 表示平均含碳量为0 16 平均含碳量低于1 5 的镇静钢 第8章 建筑钢材 2 低合金高强度钢的选用 q低合金高强度结构钢具有轻质高强 耐蚀性 耐低温性好 抗冲击性强 使用寿命长等良好的综合性能 具有良好的可焊性及冷加工性 易于加 工与施工 因此 低合金高强度结构钢可以用作高层及大跨度建筑 如 大跨度桥梁
14、 大型厅馆 电视塔等 的主体结构材料 与普通碳素钢相比可节约钢材 具有显著的经济效益 q当低合金钢中的铬含量达11 5 时 铬就在合金金属的表面形成一层惰性 的氧化铬膜 成为不锈钢 不锈钢具有低的导热性 良好的耐蚀性能等优点 缺点是温度变化 时膨胀性较大 不锈钢既可以作为承重构件 又可以作为建筑装饰材料 第8章 建筑钢材 8 5 2 混凝土结构用钢 1 热轧钢筋 1 牌号 热轧钢筋分为R235 HRB335 HRB400 HRB500四个牌号 牌号意义 R代表热轧光圆钢筋 HRB代表热轧带肋钢筋 其中热轧光圆钢筋由碳素结构钢轧制而成 表面光圆 热轧带肋钢筋由低合金钢轧制而成 外表带肋 牌号中的
15、数字 表示热轧钢筋的屈服强度 第8章 建筑钢材 2 热轧钢筋的选用 q光圆钢筋的强度较低 但塑性及焊接性好 便于冷加工 广泛 用做普通钢筋混凝土 q HRB325 HRB400带肋钢筋的强度较高 塑性及焊接性也较好 广泛用做大 中型钢筋混凝土结构的受力钢筋 q HRB500带肋钢筋强度高 但塑性与焊接性较差 适宜作预应 力钢筋 第8章 建筑钢材 2 冷拉热轧钢筋 为为了提高强度以节约钢节约钢 筋 工程中常按施工规规程对对 热轧钢热轧钢 筋进进行冷拉 冷拉热轧钢筋分为 冷拉 级 冷拉 级 冷拉 级 冷拉 级 第8章 建筑钢材 3 冷拉热轧钢筋的选用 q 冷拉I级钢筋适用作非预应力受拉钢筋 q 冷
16、拉 级钢筋强度较高 可用作预应力混凝土结构 的预应力筋 q由于冷拉钢筋的塑性 韧性较差 易发生脆断 因此 冷拉 钢筋不宜用于负温度 受冲击或重复荷载作用的结构 第8章 建筑钢材 3 冷轧带肋钢筋 q冷轧带轧带 肋钢钢筋是用低碳钢热轧圆盘钢热轧圆盘 条经经冷轧轧或冷拔减径后 在其表面冷轧轧成三面有肋的钢钢筋 q冷轧带轧带 肋钢钢筋代号为为CR 按抗拉强度分为为三级级 CRB550 CRB650 CRB800 CRB970 CRB1170 其中数值值表示钢钢筋应应达 到的最小抗拉强度值值 q冷轧带肋钢筋提高了钢筋的握裹力 可广泛用于中 小预应力 混凝土结构构件和普通钢筋混凝土结构构件 也可用于焊接钢 筋网 第8章 建筑钢材 4 冷轧扭钢筋 q加工 冷轧扭钢筋由低碳钢热轧圆盘条经专用钢筋冷轧扭机 调直 冷轧并冷扭一次成型 具有规定截面形状和节 距的连续螺旋状钢筋 q分类 按其截面形状不同分为I型 矩形截面 和 型 菱形 截面 两种类型 代号为LZN q应用 冷轧扭钢筋可适用于钢筋混凝土构件 q特点 冷轧扭钢筋与混凝土的握裹力与其螺距大小有直接关 系 螺距越小 握裹力越大 但加工难度也越大 因
