任务三建筑钢材试验ppt课件

单击此处编辑母版标题 样式 单击此处编辑母版副标题样式 *1 钢 材 试 验 钢材的概念 钢材的主要品种 钢材的冶炼 钢材的分类 钢材的性能 概 述 上海宝上海宝钢钢 英 国 福 斯 湾 河 桥 南京长江大桥 南京长江大桥 位于江苏省南京市， 跨越长江的公路铁路两用 钢桁架桥。正桥有1孔， 共长1576m，包括1孔 128m简支桁架梁和3联3 孔各160m连续桁架梁。 正桥为公路铁路双层钢连 续桁梁桥，上层为四车道 公路桥，下层为双线铁路 桥。 芜湖长江大桥 九江长江大桥 九江长江大桥 位于江西九江，跨越长 江的公铁两用（4车道加双 线）桥。正桥11孔，跨度 3X162+3X162+(180+216+ 180)+2X126米，架4联三 角形桁架式钢连续梁，3个 大孔增设拱系构件加强。 主跨216米，为中国当时铁 路钢桥跨度之最。钢梁设 双层桥面，上层公路下层 铁路 。 预制主梁 拼装焊接 一、钢及其特性 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；工艺性能 良好，易于加工；但是，钢材易锈蚀、耐火性差。 二、建筑钢材的主要品种 1.型钢 简单截面型钢：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。 型钢 线材 管材 板材 二、建筑钢材的主要品种 2.线材 如钢筋、钢丝等。 钢筋混凝土和预应力用钢筋和钢丝 二、建筑钢材的主要品种 3.管材 无缝钢管、焊接 钢管等。 二、建筑钢材的主要品种 4.板材 光面钢板、花纹钢板、 彩色涂层钢板等。 压型彩钢板 三、 钢的冶炼方法简介 按照炼钢炉的种类，炼钢方法可分为： 1. 空气转炉炼钢法 一般炼制普通碳素钢。 2 .氧气转炉炼钢法 炼制优质碳素钢和合金钢。 3 .平炉炼钢法 用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特 殊要求的专用钢。 4.电炉炼钢法 白口铁液态生铁吹入空气或氧气 钢浇注成钢锭脱 氧 熔融 四、钢的分类 1.按冶炼方法分 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。 钢 转炉钢 沸腾钢 电炉钢 平炉钢 按冶炼方法分 按脱氧程度分 半镇静钢 镇静钢 特殊镇静钢 按炉衬材料分 为酸性钢和碱 性钢 四、钢的分类 3.按化学成分分 4.按用途分 分为建筑钢、结构钢、工具钢、特殊性钢（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%0.60 C0.60 合金总含量5% 5%10 10 建筑钢材的主要性能 拉伸性能 冲击韧性 工艺性能 钢材的冷加工强化和时效 标标准试试件 按照一定的要求，对对表面进进行车车削加工后的试试件。 l0 A0 d0 l 非标标准试试件 不经过经过 加工，直接在线线材上切取的试试件。 头部 头部 工作段 一、拉伸性能 1.低碳钢的拉伸性能 低碳钢 硬钢（高碳钢） 万能材料试验机 0 钢材拉伸过程的-图 OB弹性阶段 BC屈服阶段 CD强化阶段 DE颈缩阶 段 A 0 BCB 0 D C E D F E C上 上屈服点 C下 下屈服点 以下屈服点的应应力作 为钢为钢 材的屈服强度。 （1）拉伸试验过程 A-比例极限p OA段应力与应变成正 比，卸去荷载，试件将恢 复到原来的长度，钢材主 要表现为弹性。在弹性变 形阶段内，钢材在受力时 能抵抗弹性变形的能力成 为刚性。反应钢材刚性的 指标是弹性模量E。A点的 应力为应力和应变能保持 正比的最大应力，称为比 例极限。 钢材在荷载作用下，开始丧 失对变形的抵抗能力，并产 生明显的塑性变形。在屈服 阶段，锯齿形的最高点所对 应的应力称为上屈服点。最 低点所对应的应力称为下屈 服点。由于屈服下限较为稳 定，故以此作为钢材的屈服 点，其所对应的应力为屈服 强度。设计中一般以屈服强 度作为钢结构容许应力的取 值。 应变随应力的增加而继 续增加，钢材又恢复了 抵抗塑性变形的能力， 曲线上升到最高点D。 该点的应力称为强度极 限。 钢材的变形速度明显 加快，而承载能力明 显下降。此时在试件 的某一部位，截面急 剧缩小，出现颈缩现 象，钢材将在此处断 裂。 （2）拉伸过程的参数 强度指标 屈服强度： 抗拉强度： 塑性指标 伸长率： 2.硬钢（高碳钢）的拉伸性能 硬钢强度高，塑性差，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%塑性变形时的 应力。见左图。 0 A 0.2% ab oa总变 形。 ba弹性变形99.8% 。 ob塑性变形0.2%。 二、冲击韧性 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，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。 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可 见裂纹则冷弯合格。 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。 三、工艺性能 2.可焊性 可焊性是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其 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。 四、钢材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。 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。 四、钢材的冷加工强化和时效 2.时效 钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、 冲击韧性降低的现象称为时效。 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。 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。 建筑钢材的钢种及牌号 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 、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成； “Q”,屈服点数值、质量等级符号（A.B.C.D),脱氧程 度符号（F-沸腾钢；b-半沸腾钢；Z-镇定钢；TZ-特 殊镇定钢） 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 化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB700规定。 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、扁钢、角钢、工字钢、 槽钢等型钢，广泛地应用于建筑工程中。 Q255、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。 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.技术要求 其化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB/T1591 的规定 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，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。 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。 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及要求强度 高、荷载大的轻型结构。 钢 筋 热轧钢筋 一、热轧钢筋 1.生产 采用钢锭经加热轧制自然 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、HRB500 H、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： 光圆：8、10、12、16、20 ； 带肋：6、8、10、12、16、20、25、 32、40和50mm 月牙肋钢筋 一、热轧钢筋 4.热轧钢筋的力学性能、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HPB23582023537025180d=a 月牙 肋 HRB335 625 2850 33549016 180d=3a 180d=4a HRB400 625 2850 40057014 180d=4a 180d=5a HRB500 625 2850 50063012 180d=6a 180d=7a 二、低碳热轧圆盘条 1.概述 低碳热轧圆盘条的公称直径为5.530mm，大多通过 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。 二、低碳热轧圆盘条 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、包装及其它用途。 牌 号力学性能冷弯试验 180 d=弯心直径 a=试样 直 径 屈服点s， MPa 抗拉强度b ，MPa 伸长率5， % 不小于 Q21521537527d=0 Q23523541023d=0.5a 低碳热轧圆盘 条的力学性能和工艺性能 三、冷轧带肋钢筋 1.生产 冷轧带肋钢筋由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 直径范围为412mm，推荐的公称直径为5、6、7、 8、9、10mm 三、冷轧带肋钢筋 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，可节约钢材30%左右； 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。 四、热处理钢筋 1.概述 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 ，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40Si2Mn、48Si2Mn和 45Si2Cr三个 。 有纵肋 无纵肋 四、热处理钢筋 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 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 理钢筋的力学性能 公称直径 mm 牌 号 0.2b10，% 不小于 MPa，不小于 6 8.2 10 40Si2Mn 48Si2Mn 45Si2Cr 132514706 钢丝及钢绞线 一、钢丝 1.生产 以优质碳素结构钢盘条为原料，经淬火、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和刻痕钢丝两种。 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 。 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.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。 课后小结 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、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，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。 第二节 集 料 图 集料 不同粒径、尺寸较小的石料颗粒的集合体 道路建筑材料石料与集料 集料 概述：笼统的说集料就是粒状石质材料,在混合料中起到骨架和填充作用。 分类 总分类：包括天然砂、人工砂、卵石、碎石，另有工业冶金矿渣 集料形成的过程不同：分为卵石(又称砾石)和碎石 粒径大小的不同：分为粗集料和细集料 粗细粒径的界限：水泥混凝土4.75mm，沥青混凝土2.36mm，大于或等于 该尺寸的颗粒为粗集料，余为细集料。 最大粒径：集料最大粒径和集料公称最大粒径 物理性质 物理常数集料的级配颗粒形状和表面特征含泥量和泥块含量 力学性质：在结构层或混合料中，粗集料起骨架作用，其性能用压碎值、 磨光值、磨耗值和冲击值等指标表示。 岩石集料的技术要求：以粗细两种类型的集料分别提出各自的技术要求。 最大粒径：集料的最大粒径这一概念由两个不同定义构成 | 集料最大粒径:指集料100%都要求通过的最小标准筛筛孔尺寸。 | 集料公称最大粒径:指集料可能全部通过或允许有少量不通过 (一般容许筛余不超过10%)的最小标准筛筛孔尺寸。 道路建筑材料石料与集料 这两个定义涉及的粒径有着明显区别，通常集料公称最大 粒径比最大粒径要小一个粒级。但在实际使用过程中、甚至在 一些书本资料上也经常不加严格区别，容易引起混淆。实际工 程中所指的最大粒径往往是指公称最大粒径，这一点在今后的 应用中要加以区分。 道路建筑材料石料与集料 公路工程水泥混凝土路面、沥青路面及各类基层集料用 标准筛均以方孔筛为准，相应的筛孔尺寸依次为: 75635337.531.526.51916 0.0750.150.30.61.182.364.759.513.2 单位(mm) 75635337.531.526.51916 单位(mm) 道路建筑材料石料与集料 举例：已知质量为集料用套筛筛分，筛分结果如下： 对应筛孔（mm） 通过率（%） 19 100 16 100 13.2 95 9.5 35 4.75 0 （1）最大粒径？ （2）公称最大粒径？ 二、 集料的物理性质 （一）物理性质 1、物理常数 （1）密度 图图1-2 1-2 集料的体积组成集料的体积组成 孔隙：矿物之间的空间孔隙：矿物之间的空间V V n n + +V V i i 空隙：集料颗粒之间的空间空隙：集料颗粒之间的空间V V v v 颗粒之间的 空间体积 （1）密度 表观密度、毛体积密度与石料相应密度在概念上相同，仅在 实际的密度测定方法上有所区别。 表干密度 矿料实体质量+吸入 开口孔隙水质量 （1）密度 装填密度 堆积（松装）密度集料按自由下落方式装样 振实（紧装）密度集料振摇方式装样 捣实密度集料捣实方式装样 颗粒之间的 空间体积 （2）空隙率n：集料空隙体积占集料总体积的百分比 集料堆积体积 Vf=Vs+Vn+Vi+Vv 石料和集料涉及多种密度，现将这些密度归纳在下页表中： 道路建筑材料石料与集料 砂石材料密度概念小结 2 粗集料针片状颗粒含量 沥青混合料针片状最长与最小尺寸之比大于3； 水泥混凝土 针状：长度大于其平均粒径2.4倍的颗粒 片状：厚度小于其平均粒径0.4倍的颗粒 理想集料颗粒形状是球状或立方体。不取用扁平、薄片、细长状的颗粒。 粗骨料的颗粒形状及表面特征同样会影响 其与水泥的粘结及混凝土拌合物的流动性 ，最关键的因素是针片状含量。针片状含 量超过15%时坍落度下降明显，混凝土流 动性降低。 1、压碎值：石料抵抗压碎的能力 （1）压碎值 方法：将9.513.2mm碎石3000g分三层夯实，在10min内加压至 400kN，稳压5s卸载，过2.36mm筛 （二）粗集料的力学性质 2、磨光值 ( PSV ) 反映石料抵抗轮胎磨光作用能力的指标。 磨光值试件磨光值试件 试件试件（金刚砂），经（金刚砂），经6h6h磨光后，磨光后， 用摆式仪测摩擦系数（用摆式仪测摩擦系数（BPNBPN）磨光值磨光值 粗集料磨光值和磨耗值的区别？ 磨耗值是反映石料抵抗表面磨损的能力， 用于评定道路路面表层所用粗集料抵抗车 轮磨耗作用的能力； 磨光值是反映石料抵抗轮胎磨光作用能 力的指标，集料磨光值是决定某种集料能 否用于沥青路面抗滑磨耗层的关键性指标 。 第三节 级配 级配：集料各级粒径颗粒的分配情况。 1、集料级配的表示方法 （1）筛分试验（2）细集料的细度模数（3）集料的级配曲线 采用标准套筛对集料进行过筛分析，以确定集料粗细颗 粒的分布即级配就是所谓筛分试验。通过筛分试验，求得集 料试样的级配参数。 以细集料的筛分为例： 道路建筑材料石料与集料 在筛分试验中，称量一定量的试样充分过筛，根据试样存 留在各筛上的筛余质量，分别计算出分计筛余百分率、累计筛 余百分率、通过百分率。 分计筛余百分率 ：是指某号筛上的筛余质量占试样总质量 百分率 式中：mi 存留在某号筛上的试样质量，g； M 集料风干试样的总质量，g。 道路建筑材料石料与集料 累计筛余百分率 ：是指某号筛的分计筛余百分率和大于该号筛的各筛 分计筛余百分率之总和。 式中：a1， a2 .a1， 各筛的分计筛余百分率，% 通过百分率 ：是指通过某号筛的试样质量占试样总质量的百分率，即 100与某号筛累计筛余百分率之差。 式中：Ai 某号筛的累计筛余百分率，% （2）细集料的细度模数 道路建筑材料石料与集料 用于评价细集料粗细程度的指标，是细集料筛分试验中各号筛 上的累计筛余百分率之和（以水泥混凝土用细集料为例）： 式中：Mf 砂的细度模数； A4.75 , A2.36, A0.15 分别为4.75mm、2.36mm、0.15mm各 筛的累计筛余百分率，% 细度模数愈大，表示细集料愈粗。砂按细度模数分为粗、中、细三种规 格，相应的细度模数分别为： 粗砂 Mf = 3.73.1；中砂Mf = 3.0 2.3；细砂Mf = 2.21.6 总结： 细度（粗度）模数越大,表示细集料愈粗. 筛孔 （mm)9.54.752.361.180.60.3 0.15 筛余量（g ）0102045100135190 分计筛 余百分率（%）0249202738 累计筛 余百分率（%）026153562100 通过百分率（%）10098948565380 （2）细集料的细度模数 细砂 解：解： T 03162005粗集料压碎值试验 1目的与适用范围 集料压碎值用于衡量石料在 逐渐增加的荷载下抵抗压碎的 能力，是衡量石料力学性质的 指标，以评定其在公路工程中 的适用性 2仪具与材料 (1)石料压碎值试验仪：由内 径150、两端开口的钢制圆 形试筒、压柱和底