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1、第八章 建筑金属材料金属材料主要有：金属黑色金属：钢、铁以及钢铁合金有色金属：除黑色金属以外的金属 铝、铜等建筑金属材料 本章学习指导1 钢材的冶炼及分类 2 建筑钢材的力学与工艺性能 3 钢材的化学组成及对性能的影响 4 钢材的强化与加工 5 土木工程常用金属材料的性质及应用 6 钢材的腐蚀与防护 建筑钢材概述建筑钢材是指用于建筑工程方面的各种钢材，包括各种型材、钢板、钢管和用于钢筋混凝土结构中的各种钢筋、钢丝等。优点：组织均匀密实，强度很高，且具有相当高的塑性和韧性，不仅能铸成各种形状的铸件，而且也能承受各种形式的压力加工，能够进行焊接、铆接和切割，便于装配。缺点：主要是容易锈蚀，耐火性差
2、，维修费用大。法国艾菲尔铁塔 日本东京塔历史回顾广州海珠桥的钢材 广州海珠桥已经“年逾八旬”，但其使用的钢材预计已有百年历史。2004年，提供建造海珠桥钢材的英国企业向广州市政部门发来传真，提醒有关部门注意，这些钢材是从当时英国的一座旧钢桥上拆卸下来的，所以就其寿命计算，海珠桥使用的钢材预计已有百年历史，已经进入疲劳期，继续使用则需进行疲劳强度的测试，并根据测试结果进行加固等。 美国纽约的世贸大厦 钢结构， 日 主 、 ， 钢结构 火、的 。 1.1钢材的冶炼和分类、钢的料：铁铁：铁currency1“ 铁方法：高铁fi铁：fl ，钢：铁、铁”钢 钢钢钢 fl 方法：钢法 钢法 钢法钢fi铁的
3、主要：含碳量不同冶炼冶炼基础知识 钢的 。钢与生铁的区分在于含碳量的大小含碳量小于 。的铁碳合金称为钢含碳量大于。的铁碳合金称为生铁1.1 按化学成分分类1.2 按品质（杂质含量）分类1.3 按冶炼时脱氧程度分类 钢的主要成： 铁、 ： 、 、 、 （1）碳素钢 钢 fl 中 钢 fl 高 钢 fl （2）合金钢 合金钢 合金 fl 中合金钢 合金 fl 高合金钢 合金 fl 有害可以调整钢材性能专门加入合金元素1.1 按化学成分分类建筑工程中的 材钢 低 及低合金碳钢钢工程实例分析 钢的 现象原因分析某厂的钢结构屋架用中碳钢焊接而成，使用一段时间后，屋架坍塌。原因分析首先是因为钢材的选用不当
4、，中碳钢的塑性和韧性比低碳钢差；其次是焊接性能较差，焊接时钢材局部温度高，形成了热影响区，其塑性及韧性下降较多，较易产生裂纹。建筑上常用的主要钢种是普通碳素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金高强度结构钢。钢的 1.2 按冶炼时脱氧程度分类 1. 沸腾钢 炼钢时脱氧不充分，钢液中还有较多金属氧化物，浇铸钢锭后钢液冷却到一定的温度，其中的碳会 金属氧化物发 ， 一氧化碳 ， 钢液 沸腾。这 钢材 沸腾钢，其 “F”。其 较 。 2. 钢炼钢时脱氧充分，钢液中金属氧化物 ， 浇铸钢锭时钢液会 冷却固，这 钢 钢，其 “Z”。 3. 钢沸腾钢 钢currency1的钢材，其 “b”。 4. “ 钢 钢脱氧
5、程度fi的钢。 “TZ”。“ 钢的fl ，用 的结工程。 ”讨论A B 钢的 钢材的 程度性能 下图为沸腾钢（图A）与镇静钢（图B）两钢锭的纵剖面，请观察其结构差别，讨论其性能差异。 讨论从图中可见，沸腾钢的气泡明显多于镇静钢，沸腾钢是脱氧不完全的钢，浇铸后在钢 时有大量一氧 碳气 ， 钢 沸腾。沸腾钢 部 和 多， 成分和 性能不 强度低 韧性和可焊性差， 生产成 低，可用于一 建筑结构。而镇静钢是 在浇铸时，钢 静 ， 一氧 碳气 产生,是脱氧较完全的钢。钢 ， ， 成 高。镇静钢可用于 currency1的“要结构。 ，有比镇静钢脱氧度要fi分fl 的钢，其 量，称镇静钢，其使用于别“要
6、的结构。脱氧度与 量 于镇静钢和沸腾钢间的镇静钢，其 量较。 钢的 1.3 按用途分类1.结用 ：钢 钢结用钢 结用钢2.工钢 用 ，等 工，碳 一较，进行 。3.“ 钢 不钢 钢 钢 钢等。 1.4 按质量等级（杂质含量）分类1.普通 ：钢 含硫量0.050；含磷量0.0452. ： 钢 含硫量0.035；含磷量0.0353.高 ： 钢 含硫量0.025；含磷量0.025 4.特 ： 钢 含硫量0.015；含磷量0.025基础知识2 建筑钢材的主要技术性能 2.1 抗拉性能 2.2 冲击韧性2.3 耐疲劳性 2.4 工艺性能、力 性能： 的力 强度和不 大的形：高的韧性 、强度 性能 、塑性
7、 、韧性 、度力 性能工性能性能强度 ”性 塑性 性 （可性） 可焊性2 建筑钢材的主要性能 2.1 抗拉性能 强度的 用下，材料抵抗 形和 裂 的能力。测定 试 。四 段： 性 段、屈” 服 段、强化 段和 段。2.1 抗拉性能 (1) 弹性模量：钢材受力 ， 力 成 ， 力 ， 性， 。 个阶段的最大力 P点对 值 极限 p。 性反映 材料受力时抵 性形的能力，材料的刚度，它是钢材在 作用下计算结构形的个重要指标。拉伸性能是建筑钢材最重要的性能。通 对钢材进行 试验所测的屈服强度、 强度极限强度 和伸 率是钢材的重要性指标。(2)弹性极限： 力超 极限后， 力 曲线略有弯曲，力 不再成正
8、关系，但卸去外力时，试件形能立消失，此阶段产fi的形是 性形。不产fi残留塑性形的最大 力 e点对 值 性极限 e。事实上， p e相当接近。2.1 抗拉性能 ( ) 屈服强度和条件屈服强度当 力超 性极限后，形加快，此时除 产fi 性形外，还产fi部塑性形。当 力达到B点后，塑性 急剧加，曲线 现个波 的小 台， 种现象 屈服。阶段的最大、最小 力 上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的值 稳 ，因此以它作 材料 力的指标，屈服点”屈服强度，用 s表示，设计中般以 强度取值依据。有钢材(如高 钢)无明显的屈服现象，通 以发fi微的塑性形( )时的 力作 该钢材的屈服强度， 条件屈服强度( )。高
9、 钢 伸时的 力 曲线如所示。 无明显流幅的钢筋 力曲线 钢 残余形 对的强度 屈服强度） 抗拉强度 钢材 能的大强度。0b AFb 为大 ， 值得注意：屈强比的概念sbss= 强比 可 性 值越小可靠性越高，安全性越高，但利用率降低，浪费增大。， 大，可 性 低， 全性 低。因，建筑结构钢合理的屈强比一般为0.60-0.75。 伸 率：塑性是钢材的一“要性能 ， 钢材在外力作用下产fi塑性形而不 的能力。用伸 率衡伸 率 、 塑性变形值与原长L0的比率称为伸长率。%100*001LLL L0试件原始标距长度， L1试件拉 伸长 标距 分的长度， 伸 率是衡钢材塑性的指标， 的 值越大， 钢材
10、塑性越 。良好的塑性，可将结构上的 力(超 屈服点的 力)重布，从而避免结构 早 。5 ： L0 5 0的伸长率10 ： L0 10 0时的伸长率 0钢材 2.2 冲击韧性钢材 抗 不 的能 。试 试 的 上， 使切 槽位于受拉的一 ，在 中 间 形缺口。试样冲断时所消耗的冲 功A k A k m g H m g h (J)冲 韧性值 k ：以摆锤冲 V形缺口试件时单位面积所消耗的功钢材的冲 韧性越大 钢材抵 冲 的能力越强。k值试验 度有关。有材料在 时冲 韧性 不 ， 时 现韧性 。但当试验 度 于 值时，k 大幅度下 。钢材的 性：材料无明显塑性形而发fi性断 ， 种性 钢材的 性 性
11、度度：钢材表面 部 积 抵 形的能力测 方法：以 压 钢材表面， 据压力大小和压 面积”压 度 。用指标：布 度 HB 、 度 H 维 度不 用。布 法：用 的压力 火的钢 压 钢材表面，将压力除以压 面积， 布 度 HB 压 大，实验据 、稳 ，不 用于成 验。法：在 度上 据测的压 度计算作单，但压 小，试验度差。度法的压 小，所以 用于断工件的currency1“。 2.3 硬度布 度 试 验 “用 fi的压fl，以相 试验力压 测表面， 时卸 后，测材料表面压 fi，以此计算 度值。2.4 耐疲劳性 疲劳 用， 材在 力低于其屈服强度钢 的情 下突然 生脆性 裂破坏的 象。 一是 的，
12、首先在局部 始形成 小 裂 ， 后由于微裂 尖端的 力集中而使其逐 大，直至纹 纹 突然 生瞬 疲 裂。 时 疲 破坏是在低 力 下突然 生的，所以危害 大 ，往往造成灾 性的事故。 工艺性能1. 冷弯性能冷 性能是指 材在常 下承受 曲 形的能力，以 钢 温 的 曲角度时 和 心直 d 指 表示。 为 钢材的 弯试验是通 fi(” 度) 的试件，用标 的弯fi ” ” ，弯曲到 的度时 ” ， 弯曲有无 、断 及等现象。有 现象 弯性能合。钢材 弯时的弯曲度越大，弯fi越小，表示 弯性能越好。试 意 ：能 试件 的塑性变形，能 钢材currency1 “不fifl 和 杂。试 能钢材的质量”的 ，能 件 currency1 合， 杂。工艺性能2. 焊接性能 材的 接性能是指在一定的 接工 件下，在钢 焊 焊 焊 及其附近 不 生裂 及硬脆 向， 接后 材的力 热区 产 纹 焊 钢 性能，是强度 不 有钢材的强度。2. 焊接： 金属 部加currency1， 接部 ” 状，而的 接 。钢材的焊接性能是指在 的焊接工条件下，在焊及 近 currency1不产fi及 ，焊接后钢材的力 性能， 是强度不 于有钢材的强度。钢材的 成对钢材的可焊性有很大的 。 钢材的fl 、合金及 fl的 高，钢材的可焊性 。钢材的fl 超 时，可焊性明显 fl 时， 焊口产ficurrency1 ， 重
