建筑钢材实用教案

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1、51概述上海宝钢上海宝钢第1页/共52页第一页，共53页。一、钢及其特性(txng)钢理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较少的铁碳合金称为钢。含碳量超过2%，称为生铁；含碳量小于0.08%，称为工业纯铁。钢的特点具有强度高，塑性好，具有良好的韧性和抗冲击能力；工艺性能良好(可焊），易于加工；但是，钢材(gngci)易锈蚀、耐火性差，维修费用高。第2页/共52页第二页，共53页。二、建筑(jinzh)钢材的主要品种1.型钢简单( jindn)截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等；复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等。第3页/共52页第三页，共53页。二、建筑(jinzh)钢材的主要品种

2、2.线材(xinci)如钢筋、钢丝等。第4页/共52页第四页，共53页。二、建筑钢材的主要(zhyo)品种3.管材(unci)无缝钢管、焊接钢管等。第5页/共52页第五页，共53页。二、建筑(jinzh)钢材的主要品种4.板材光面钢板、花纹(huwn)钢板、彩色涂层钢板等。压型(y xn)彩钢板第6页/共52页第六页，共53页。三、钢的分类(fnli)1.按冶炼方法分沸腾钢：脱氧不完全(wnqun)，钢水浇注后，产生大量CO气体逸出，引起钢水沸腾。结构不致密，气泡多，化学偏析大，成分不均匀，质量差，成本低。可用于一般建筑结构。钢转炉(zhun l)钢沸腾钢电炉钢平炉钢按冶炼方法分按脱氧程度分半

3、镇静钢镇静钢特殊镇静钢按炉衬材料分为酸性钢和碱性钢第7页/共52页第七页，共53页。三、钢的分类(fnli)镇静钢：脱氧充分，铸锭时无气泡，在锭模内平静凝固。组织致密，化学成分均匀，机械性能好，质量好，成本高。可用于承受冲击荷载的结构和预应力混凝土中。半镇静钢：脱氧程度及刚的质量介于沸腾钢和镇静钢之间。化学偏析：在铸锭冷却过程中，由于钢内某些元素在铁的液相中溶解度高于固相，使这些元素向凝固较迟的钢锭中心集中(jzhng)，导致化学成分在钢锭截面上分布不均匀。其中尤以硫磷偏析最严重，偏析现象对钢的质量影响很大。2.按质量分按S和P元素含量，分为普通质量钢、优质钢和特殊质量钢。第8页/共52页第八

4、页，共53页。三、钢的分类(fnli)3.按化学成分分4.按用途分分为结构钢（建筑钢、机械钢）、工具钢、特殊性能(xngnng)钢（如不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等）。钢中碳钢低合金钢高碳钢低碳钢碳素钢合金钢中合金钢高合金钢C0.25%C=0.25%0.60C0.60合金(hjn)总含量5%5%1010第9页/共52页第九页，共53页。三、钢的分类(fnli)5.按压力加工分：热加工：将钢锭加热至塑性状态，再施加压力改变其形状，并使钢锭内部的气泡焊合，疏松组织密实。可使钢锭轧制成各种型钢、钢筋，提高了钢的强度和质量。通常碾压的次数越多，钢的强度越大。冷加工：钢材在常温下进行( jnxng)的压

5、力加工。冷加工方式很多，有冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、冲压、挤压等。冷轧可轧出厚度很薄、表面光洁度较高的钢板。建筑中，常用冷拉、冷拔来提高钢材的强度和硬度。第10页/共52页第十页，共53页。52建筑钢材(gngci)的主要性能第11页/共52页第十一页，共53页。标准(biozhn)试件按照一定的要求(yoqi)，对表面进行车削加工后的试件。l0 A0d0l非标准试件不经过(jnggu)加工，直接在线材上切取的试件。头部头部工作段一、拉伸性能1.低碳钢的拉伸性能第12页/共52页第十二页，共53页。第13页/共52页第十三页，共53页。第14页/共52页第十四页，共53页。0钢材拉伸(l shn

6、)过程的-图OA弹性弹性(tnxng)阶段阶段AB屈服屈服(qf)阶段阶段BC强化阶段CD颈缩阶段A0SB0CDFB上上屈服点B下下屈服点以下屈服点的应力作为钢材的屈服强度。（1 1）拉伸试验过程第15页/共52页第十五页，共53页。0钢材拉伸(l shn)弹性阶段示意图AS0弹性阶段p比例(bl)极限，MPa。ppp弹性(tnxng)极限，MPa。注：由于A、S两点相距较近，一般认为p=p。弹性模量E= / ，反映钢材抵抗弹性变形的能力。第16页/共52页第十六页，共53页。0 钢材拉伸屈服(qf)阶段示意图AS0B下B上BSB下B上B屈服阶段放大(fngd)后s屈服(qf)强度（屈服(qf

7、)点） s= Fs/AO第17页/共52页第十七页，共53页。0 钢材拉伸强化(qinghu)阶段示意图AS0B下B上BC强化阶段bb 抗拉强度(kn l qin d)或强度极限。极限(jxin)抗拉强度 b= Fb/AO第18页/共52页第十八页，共53页。屈强比=屈服强度/抗拉强度=s/b反映钢材的利用率和结构安全可靠程度。抗拉强度在结构构件中不能够完全利用。屈强比越小，结构安全可靠程度越高，若取值过小，说明材料的利用率偏低，安全储备过高，造成钢材的浪费。建筑( jinzh)结构钢合理的屈强比通常为0.60-0.75屈强(qqin)比第19页/共52页第十九页，共53页。0D钢材(gngc

8、i)拉伸颈缩阶段示意图AS0B下B上BCCD颈缩阶段颈缩阶段(jidun)第20页/共52页第二十页，共53页。（2 2）拉伸过程(guchng)(guchng)的参数强度(qingd)指标屈服强度(qingd)：抗拉强度(qingd)：屈强比=屈服强度(qingd)/抗拉强度(qingd)第21页/共52页第二十一页，共53页。（2 2）拉伸过程(guchng)(guchng)的参数塑性指标伸长率：衡量高才塑性的指标。越大，钢材的塑性越好，强度较低。好处：钢材具有一定得塑性变形能力，可以保证应力重新分布（可将结构上超过(chogu)屈服点的应力重新分布），避免应力集中，从而提高结构中钢材的安

9、全性，避免结构过早破坏。标距：塑性变形在标距内分布不均，颈缩处变形最大。原标距/直径比值越小，说明颈缩处伸长值在整个伸长值中的比重越大，得到的伸长率就越大第22页/共52页第二十二页，共53页。2.硬钢（高碳钢）的拉伸(lshn)性能硬钢强度高，塑性(sxng)差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强度0.2来代替屈服强度。条件屈服点0.2：使硬钢产生0.2%塑性(sxng)变形时的应力。见左图。0A0.2%aboa总变形(bin xng)。ba弹性变形(bin xng)99.8%。ob塑性变形(bin xng)0.2%。第23页/共52页第二十三页，共53页。二、冲击韧

10、性定义及指标指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。其大小用冲击韧性值k表示。k越大，则冲击韧性越好。k是以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的功（J/cm2）。影响因素硫、磷含量高，存在化学偏析，含非金属夹杂物，焊接形成裂纹(liwn)，温度降低等，均会降低冲击韧性。对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，必须考虑冲击韧性。第24页/共52页第二十四页，共53页。二、冲击韧性冷脆性：冲击韧性随温度降低而降低。开始时下降缓慢，在达到(ddo)一定温度时，突然下降很多，呈脆性，称为钢材的冷脆性。此时温度称为脆性临界温度（即脆性转变温度范围）。脆性临界温度越低，钢材的低温冲击韧性越好。时效;钢材随时间

11、的延长而表现出强度提高、塑性和冲击韧性下降的现象。时效过程可达数十年。钢材经冷加工或使用中受振动和反复荷载作用，时效可迅速发展。时效敏感性：因时效导致钢材性能改变的程度。对于受动荷载和冲击荷载的重要结构，应选用时效敏感性小的钢材。第25页/共52页第二十五页，共53页。疲劳强度疲劳破坏：钢材在交变荷载反复多次作用下，可在最大应力远低于抗拉强度的情况下突然破坏。钢材的疲劳破坏指标：疲劳强度（疲劳极限）。疲劳极限：试件在交变应力的作用下，不发生疲劳破坏的最大应力。疲劳破坏过程：疲劳破坏是拉应力引起的。先在局部形成微裂纹(liwn)，在裂纹(liwn)尖端产生应力集中使得裂纹(liwn)迅速开展直至

12、钢材断裂。疲劳强度影响因素:化学偏析、非金属夹杂物、最大应力处的表面光洁度、加工损伤、钢构件截面变化、内应力大小等。第26页/共52页第二十六页，共53页。硬度(yngd)硬度：金属材料抵抗硬物压入表面局部体积的能力。钢材硬度：压入法。以一定静荷载（压力），通过压头压在金属表面，然后测定压痕的面积和深度来确定硬度布氏硬度：用直径(zhjng)为D的淬火钢球以P（N)的荷载将其压入试件表面，经规定的持续时间后卸荷，即得直径(zhjng)为d（mm）的压痕，以荷载P/压痕表面积F，所得应力值为试件的布氏硬度值HB，以数字表示，不带单位。钢材的HB值与抗拉强度有关系：材料的强度越高，抵抗塑性变形的能

13、力越强，硬度值越大。碳素钢：HB175时，b3.6HBHB175时，b3.5HB因此，可在钢结构上测出钢材的HB值，估算该钢材的b。第27页/共52页第二十七页，共53页。三、工艺性能1.冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。冷弯试验的指标：弯心直径d与试件厚度（直径）a的比值d/a；弯曲角度（90或180）；试样弯曲外表面无肉眼(ruyn)可见裂纹、裂断火分层则冷弯合格。通过冷弯试验，更有助于暴露钢材的某些内在缺陷，它能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。第28页/共52页第二十八页，共53页。三、工艺性能2.可焊性可焊性是指在一定焊接工艺条件(tiojin)下，在焊缝

14、及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬影响，焊接后接头强度是否与母体相近的性能。可焊性受化学成分及含量的影响。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均会降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金钢具有良好的可焊性。焊接结构应选择含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇静钢。当采用高碳钢及合金钢时，为了改善焊接后的硬脆性，焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。第29页/共52页第二十九页，共53页。可焊性焊接过程特点：在短时间内达到很高温度，金属融化的体积很小，由于金属传热快，故冷却速度也快。因此，在焊件中常产生复杂的、不均匀的反应和变化，存在剧烈的膨胀和收缩，易产生变形、内应力、裂缝。钢筋焊接应注意的问题

15、(wnt)：冷拉钢筋应在冷拉之前焊接焊接前，焊接部位应清除铁锈、熔渣、油污等避免不同国家的钢筋焊接在一起第30页/共52页第三十页，共53页。四、钢材(gngci)的冷加工强化和时效1.冷加工强化冷加工强化是钢材在常温下，以超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力对其进行的加工，产生一定塑性变形，屈服强度、硬度提高，塑性、韧性及弹性模量降低。建筑钢材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等。对钢材进行冷加工的目的，主要是利用时效(shxio)提高强度，利用塑性节约钢材，同时也达到调直和除锈的目的。第31页/共52页第三十一页，共53页。四、钢材(gngci)的冷加工强化和时效2.时效钢材随时间的延长，

16、其强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低( jingd)的现象称为时效。时效分为自然时效和人工时效两种。自然时效是将其冷加工后，在常温下放置1520d；人工时效是将冷加工后的钢材加热至100200保持2h以上。通常，强度较低的钢材宜采用自然时效，强度较高的钢材则应采用人工时效。经过时效处理后的钢材，其屈服强度、抗拉强度及硬度都将提高，而塑性和韧性降低( jingd)。第32页/共52页第三十二页，共53页。53建筑钢材的钢种(gngzhng)及牌号第33页/共52页第三十三页，共53页。一、碳素结构钢（非合金钢）1.牌号表示法由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号（四级）、脱氧方法符号等四

17、个部分按顺序组成；如：Q235AF表示为屈服点不小于235MPa的A级沸腾钢。2.牌号共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个牌号。3.技术要求(yoqi)化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB700规定。第34页/共52页第三十四页，共53页。一、碳素结构钢（非合金钢）4.应用Q195、Q215，含碳量低，强度低，塑性、韧性、加工性能和可焊性好，主要用于轧制薄板和盘条、制造铆钉、地脚螺栓等。Q235，含碳适中，综合性能好，强度、塑性和焊接等性能得到很好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或钢筋，以及圆钢、方钢(fnn)、扁钢、角钢、工字钢、槽钢等型钢，广泛地应用于建筑工程中。Q25

18、5、Q275，强度、硬度较高，耐磨性较好，塑性和可焊性能有所降低。主要用作铆接与螺栓连接的结构及加工机械零件。第35页/共52页第三十五页，共53页。二、低合金高强度结构钢1.牌号表示方法由代表屈服点的拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）三部分按顺序组成。如Q345A表示屈服点不小于345MPa的A级钢。2.牌号共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号。3.技术( jsh)要求其化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB/T1591的规定第36页/共52页第三十六页，共53页。二、低合金高强度结构钢4.应用Q295，钢中只含有极少量合金元素，强度不高，

19、但有良好的塑性、冷弯、焊接及耐蚀性能。主要用于建筑工程中对强度要求不高的一般工程结构( jigu)。Q345、Q390，综合力学性能好，焊接性能、冷热加工性能和耐蚀性能均好，C、D、E级钢具有良好的低温韧性。主要用于承受较高荷载的焊接结构( jigu)。Q420、Q460，强度高，特别是在热处理后有较高的综合力学性能。主要用于大型工程结构( jigu)及要求强度高、荷载大的轻型结构( jigu)。第37页/共52页第三十七页，共53页。54钢筋第38页/共52页第三十八页，共53页。一、热轧(rzh)钢筋1.生产采用钢锭(gngdng)经加热轧制自然冷却而成。2.分类钢筋混凝土用热轧钢筋分为光

20、圆钢筋和带肋钢筋两种。3.牌号热轧直条光圆钢筋：HPB235热轧带肋钢筋：HRB335、HRB400、HRB500H、R、B分别为热轧（Hotrolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）三个词英文首位字母。推荐公称尺寸(chcun)：光圆：8、10、12、16、20；带肋：6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm第39页/共52页第三十九页，共53页。一、热轧(rzh)钢筋4.热轧钢筋(gngjn)的力学性能、工艺性能应符合下表的规定。表面形状强度等级代号公称直径屈服点s，MPa抗拉强度b，MPa伸长率5，%冷弯d弯心直径a钢筋公称直径不小于光圆HPB2358202

21、3537025180d=a月牙肋HRB335625285033549016180d=3a180d=4aHRB400625285040057014180d=4a180d=5aHRB500625285050063012180d=6a180d=7a第40页/共52页第四十页，共53页。一、热轧(rzh)钢筋5、应用热轧光圆钢筋（HPB235）：强度低，塑性&焊接性能好，便于冷加工。普通钢筋混凝土构件的受力筋及各种(zhn)钢筋混凝土结构的构造筋。HRB335&HRB400：强度较高，塑性和焊接性能较好。大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋。HRB500：强度高，塑性&焊接性能较差，可用作预应力钢筋。第4

22、1页/共52页第四十一页，共53页。二、低碳热轧(rzh)圆盘条1.概述低碳热轧圆盘条的公称直径为5.530mm，大多通过(tnggu)卷线机成盘卷供应，因此称为盘条、盘圆或线材。2.分类按用途分为：供拉丝用盘条（代号L）、供建筑和其他一般用途用盘条（代号J）两种。3.牌号低碳热轧圆盘条的牌号表示方法由屈服点符号、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号、用途类别符号等五个内容表示。第42页/共52页第四十二页，共53页。二、低碳热轧(rzh)圆盘条4.力学性能和工艺性能5.应用大量用作建筑工程中钢筋混凝土的配筋外，还适用于供拉丝(ls)、包装及其它用途。牌 号力学性能冷弯试验180d=弯心直径

23、a=试样直径屈服点s，MPa抗拉强度b，MPa伸长率5，%不小于Q21521537527d=0Q23523541023d=0.5a低碳热轧(r zh)圆盘条的力学性能和工艺性能 第43页/共52页第四十三页，共53页。三、冷轧带肋钢筋(gngjn)1.生产冷轧带肋钢筋由低碳钢热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在表面冷轧成两面或三面有肋的钢筋。钢筋冷轧后允许进行低温回火处理。2.牌号按抗拉强度分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五个牌号。3.规格直径(zhjng)范围为412mm，推荐的公称直径(zhjng)为5、6、7、8、9、10mm第44页/共52页第四

24、十四页，共53页。三、冷轧带肋钢筋(gngjn)4.力学性能和工艺性能应符合GB13788的相关规定。5.应用冷轧带肋钢筋用于非预应力构件，与热轧圆盘条相比，强度提高17%左右(zuyu)，可节约钢材30%左右(zuyu)；用于预应力构件，与低碳冷拔丝比，伸长率高，钢筋与混凝土之间的粘结力较大，适用于中、小预应力混凝土结构构件，也适用于焊接钢筋网。第45页/共52页第四十五页，共53页。四、热处理钢筋(gngjn)1.概述(ish)热处理钢筋是经过淬火和回火调质处理的螺纹钢筋。分有纵肋和无纵肋两种，均有横肋。其外形分别见右图。代号为RB150。2.规格公称直径6、8.2、10mm。3.牌号有4

25、0Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr三个。有纵肋无纵肋第46页/共52页第四十六页，共53页。四、热处理钢筋(gngjn)4.力学性能5.特点及应用热处理钢筋具有很高的强度外，还具有较好的塑性和韧性，特别适合于预应力构件。但其对应力腐蚀及缺陷敏感性强，应防止产生锈蚀(xish)及刻痕等现象。热处理钢筋不适用于焊接和点焊的钢筋。预应力混凝土用热处理钢筋(gngjn)的力学性能 公称直径mm牌 号0.2b10，%不小于MPa，不小于68.21040Si2Mn48Si2Mn45Si2Cr132514706第47页/共52页第四十七页，共53页。55钢丝(ns)及钢绞线第48页/共52页第四十

26、八页，共53页。一、钢丝(ns)1.生产以优质碳素结构钢盘条为原料，经淬火(cuhu)、酸洗、冷拉制成的用作预应力混凝土骨架的钢丝。2.分类按交货状态分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种；按外形分为光面钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝三种。3.力学性能应符合相应标准规定。钢丝主要用作桥梁、吊车梁、电杆、楼板、大口径管道等预应力混凝土构件中的预应力筋。第49页/共52页第四十九页，共53页。二、钢绞线1.生产由多根圆形断面钢丝捻制而成。钢绞线按左捻制成并经回火处理(chl)消除内应力。2.规格钢绞线按应力松弛性能分为两级：级松弛（代号）、级松弛（代号）。公称直径有9.0、12.0、15.0mm三种规格。3.

27、特点及应用钢绞线与其他配筋材料相比，具有强度高、柔性好、质量稳定、成盘供应不需接头等优点。适用于作大型建筑、公路或铁路桥梁、吊车梁等大跨度预应力混凝土构件的预应力钢筋，广泛地应用于大跨度、重荷载的结构工程中。第50页/共52页第五十页，共53页。本章(bnzhn)小结钢材是建筑工程中常用的建筑材料之一。建筑钢材主要包括各种型钢、钢筋(gngjn)、钢丝和钢绞线等；建筑钢材的主要性能包括力学性能、工艺性能和耐久性三个方面；建筑钢材所用的钢种包括碳素结构钢（非合金钢）、低合金高强度结构钢。建筑工程中常用的钢筋(gngjn)，其力学性能、工艺性能、化学成分等必须符合相应标准的规定。钢丝和钢绞线具有强

28、度高、变形较小等特点，主要用作普通预应力混凝土结构及大跨度预应力结构的预应力筋。第51页/共52页第五十一页，共53页。感谢您的欣赏(xnshng)第52页/共52页第五十二页，共53页。内容(nirng)总结51 概 述。其中尤以硫磷偏析最严重，偏析现象对钢的质量影响很大。对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，必须考虑冲击韧性。冷脆性：冲击韧性随温度降低而降低。疲劳破坏过程(guchng)：疲劳破坏是拉应力引起的。碳素钢：HB175时，b3.6HB。HB175时，b3.5HB。冷拉钢筋应在冷拉之前焊接。HRB335&HRB400：强度较高，塑性和焊接性能较好。按交货状态分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种第五十三页，共53页。