建筑钢材ppt课件

第 六 章 建 筑 钢 材,钢结构厂房,2,钢结构桥梁,3,教学要求： 了解钢材的分类； 认识建筑钢材的力学性质：拉伸性能，冷弯性能、冲击韧性和硬度； 了解建筑钢材的化学成分对钢材性能的影响； 了解钢材的冷加工、热处理和焊接； 教学重点、难点： 建筑钢材的的标准及选用；,6.1 概 述,一、钢材 1、定义： 钢材是一种以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素（磷P、硫S、氧O、氮N、硅Si和锰Mn)的材料；,钢的化学成分： 主要：Fe 合金元素：C、Si、Mn、Ti、V、 Nb 杂质：P、S、O、H,2、建筑钢材的特点 优点：抗拉强度高、塑性和韧性好 能承受冲击和振动荷载 易于加工成板材、型材和线材 良好的焊接和铆接性能 缺点：易锈蚀、维护费用高 耐火性差 生产能耗大,3、建筑钢材：,建筑钢材是指建筑工程中用的各种钢材。 建筑钢材主要包括： 钢结构用各种型材（如工字钢、角钢、方钢、圆钢、扁钢等）； 板材（如钢板等）； 混凝土用各种钢筋、钢丝和钢绞线等；,钢结构用各种型材示意图,6.1 钢的冶炼加工与分类,钢一般是由生铁在炼钢炉中熔炼而成的； 生铁中含有较多的碳（通常为2%4.5%）和其他的杂质； 炼钢的实质： 把熔融的生铁进行氧化，使含碳量降低到2%以下，并且使其他杂质降低到容许的范围；,二、 钢的分类,1、国标钢分类（GB/T1330491） 规定- 按合金元素含量分为： 非合金钢（低碳钢、中碳钢、高碳钢） 低合金钢 合金钢,2. 按质量等级分为三大类 普通质量钢 优质钢 高级优质钢,3. 钢材按用途分为三大类： （1）结构钢：最常用的钢种（碳素结构钢和低合金高强度结构钢）； （2）工具钢：用于各种切削工具的钢； （3）特种钢：具有特殊性能的钢，如耐酸钢、 耐热钢、不锈钢等；,二、钢的冶炼和脱氧及其对钢材 质量的影响,1、大规模炼钢的方法主要有： （1）转炉钢 （2）平炉钢 （3）电弧炼钢,2、钢的脱氧,（1）沸腾钢：仅用弱脱氧剂锰铁进行脱氧，脱氧很不完全的钢； （2）镇静钢：用必要数量的硅、锰和铝等脱氧剂进行彻底脱氧而得到的钢； （3）半镇静钢：脱氧程度以及钢的质量介于沸腾钢和半镇静钢之间；,总结：建筑结构工程中最常用的 钢种是碳素结构钢和低合 金高强度结构钢；,6.2 建筑钢材的主要技术性能 一、力学性能 1、抗拉性能 2、冲击韧性 3、硬度 二、工艺性能 1、可焊性 2、冷弯性能,一、力学性能,1、抗拉性能,一、力学性能,弹性阶段（I）：OA段是一条直线，应力与应变成正比， A 为弹性极限强度； 屈服阶段（II）：AB段，钢材失去了弹性变形的能力，应力增加不大，但应变迅速增加，发生了屈服现象。 强化阶段（III）：BC段，钢材内部组织发生了变化，提高了抵抗外力的能力。 颈缩阶段（IV）：CD段，变形迅速发展，应力下降，到D点发生试件的破坏。,低碳钢受拉到拉断，共经历了四个阶段：,钢筋的拉伸实验,钢筋塑性的表示指标:,伸长率：试件拉段后，标距长度的增量与原标距长度之比,断面收缩率：是指断面口处的面积收缩量与原面积之比,一、力学性能 2、冲击韧性,冲击韧性试验图,一、力学性能 3、硬度,二、工艺性能 1、可焊性,二、工艺性能,2、 冷弯性能 冷弯性能：指钢材在常温下承受弯曲的能力。 冷弯曲实验一般是把钢材按规定的角度（90或180）与 n （ n=弯心直径d/钢材的厚度或直径a）进行弯曲。,钢材冷弯 (a)试样安装；(b)弯曲90； (c)弯曲180；(d)弯曲至两面重合；(e)规定弯心,6.3 钢的冷加工和热处理 一、冷加工强化和时效处理 1、冷加工：指的是钢材在常温下进行的加工，常见的有冷拔、冷拉、冷轧、冷扭、刻痕等； 强化效果：屈服点和硬度提高 塑性降低,冷 拔,钢筋经冷拉时效后应力-应变图的变化,一、冷加工强化和时效处理 2、时效：钢材随着时间的延长，强度和硬度提高，而塑性、韧性下降的现象； 在冷加工状态下，时效性特别明显。 一般建筑用钢筋常利用冷加工、时效作用来提高钢筋的强度。,自然时效:将经过冷拉的钢筋于常温下存放1520； 人工时效:将经过冷拉的钢筋加热到100200并保持一段时间； 以上两个过程都称为时效处理。,工地或预制厂钢筋混凝土施工中常利用这一原理，对钢筋或低碳钢盘条按一定制度进行冷拉或冷拔加工，意义在于： （1）对比使用要求的强度偏低和塑性偏大的 钢筋或低碳盘条钢筋进行冷拉或冷拔并 时效处理，以提高屈服强度和利用率， 节省钢材 （2）调直、除锈的作用 （3）加工所用机械简单，容易操作，效果明 显,二、钢材的热处理 热处理：将钢材按规定的温度，进行加热、 保温和冷却处理，改变钢材组织，得到所需 性能的一种工艺。 基本的热处理工艺有： （1）淬火：加热急冷钢材强度提高，硬脆性增加 （2）回火：加热冷却内应力消除，硬脆性降低， 韧性改善 （3）退火：加热，缓慢冷却塑性、韧性改善 （4）正火：加热冷却强度提高，塑性降低，内应 力消除。,淬火 回火,三、钢的化学成分对钢材性质的影 响,一般钢：碳、磷、硫、氧、氮等 合金钢：为改善钢材的某些性质，特意加入的元素，如锰、硅、钒、钛等,1、 碳,2、锰、硅 为脱氧而有意加入的元素，能显著提高钢材的强度，对塑性与韧性的影响不是很大。 3、 磷 使钢材的拉伸强度提高，塑性和韧性下降，能显著增加钢材的冷脆性，降低钢材的可焊性； 4、 硫 能使钢材产生热脆性，降低钢材的热加工与可焊性； 5、氧、氮 降低钢材的力学性质，严重影响了钢材的韧性，并能促进时效，降低钢材的可焊性；,6.4 建筑钢材的标准与选用,建筑钢材一般分两种：,1、钢结构用钢材:,2、钢筋混凝土结构用钢：,其中低合金结构钢包括：角钢、工字钢、 槽钢和钢管、钢板等；,主要有钢筋、钢丝和钢绞线等,一、 钢结构用钢材,1、碳素结构钢 牌号的表示方法： （如Q235A.F ） （1）按屈服点值分为五种：195、215、 235、355、275MPa； （2）按磷、硫杂质的含量由多到少分为A、 B、C、D四个质量等级； （3）按脱氧方式分为F、b、Z、TZ四种。,碳素结构钢的选用,从表6-1、6-2可见，随着钢材牌号的增加，含碳量是增加的，钢材的屈服点与抗拉强度增加，但是塑性与韧性有所下降。 对碳素结构钢而言，一般选择Q235牌号的钢作为钢结构用钢。,例：碳素结构钢是如何划分牌号的？ 说明Q235AF和Q235号钢在性能上有何区别？ 解：碳素结构钢的牌号按顺序由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值（/mm2）、质量等级符号(A、B、C、D)、脱氧程度符号(F、b、Z、TZ)等四部分组成。Q235AF和Q235D均为235碳素结构钢，是建筑中应用最多的碳素钢。,二者性能差别主要表现在质量等级和脱氧程度上。 1）按硫、磷含量多少来衡量，Q235D磷、硫含量均少于Q235AF, 质量较好； 2）按脱氧程度衡量Q235D为镇静钢，质量最好，Q235AF 为沸腾钢。 3）Q235AF钢，仅适用于承受间接动荷载的静荷载的结构。而Q235D可适用于动荷载作用或处在低温环境下的工作条件。,2、低合金高强度结构钢,牌号的表示方法：如Q295A。 其中Q表示屈服点，295MPa表示屈服点值，A表示质量等级； 分五个牌号：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460； 应用：一般用于大跨度、大型结构,3、钢结构用钢材 1）热轧型钢： 角钢、工字钢、槽钢、T型钢、H型钢、Z型钢 2）冷弯薄壁型钢： 角钢、槽钢等开口薄壁型钢及方形、矩形等空心薄壁型钢 3）钢板、压型钢板,二、 钢筋混凝土用钢 （包括钢筋、钢丝和钢绞线）,钢筋有以下三种： 热轧钢筋：用加热钢坯轧成的条形成品钢筋。 是建筑工程中用量最大的钢材品种之一， 主要用于普通钢筋混凝土的配筋； 冷轧带肋钢筋：热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的横肋。 冷拉钢筋：将热轧钢筋用冷拉设备加力进行张拉，使之伸长。,(a)等高肋钢筋；(b)月牙肋钢筋,（1） 热轧钢筋 根据表面特征不同，热轧钢筋分为光圆钢筋和带肋钢筋。 根据强度的高低，热轧钢筋又分为不同的强度等级，各强度等级热轧钢筋的技术标准见表6-7。 按屈服强度、抗拉强度等力学性能分为IIV级，四个强度等级的钢筋中，除I级钢筋为低碳钢外，其余三级热轧带肋钢筋均为低合金钢。其牌号由HRB和规定屈服强度最小值构成。、分别为热轧、肋、钢筋的英文名称的第一个字母。,（2）冷轧带肋钢筋 是采用由普通低碳钢或低合金钢热轧的圆盘条为母材，经冷轧减径后在其表面冷轧成二面或三面有肋的钢筋； 是热轧圆盘钢筋的深加工产品，是一种新型高效建筑钢材。 冷轧带肋钢筋性质见表6-8。,（3）冷拉钢筋 优点：可使屈服强度提高2030%， 节约钢材1020%。 主要用于：预应力钢筋混凝土轨枕，也用于预应力梁、板结构及吊车梁等。在普通、中小型预应力混凝土构件中应用广泛。,（4）预应力混凝土用钢丝及钢绞线 大型预应力混凝土构件，由于受力很大，常采用高强度钢丝或钢绞线作为主要受力钢筋。 预应力高强度钢丝是用优质碳素结构钢盘条，经酸洗、冷拉或再经回火处理等工艺制成，钢铰线是由根直径为2.55.0的高强度钢丝，铰捻后经一定热处理清除内应力而制成。,三、 钢材的选用原则 （1）荷载性质 （2）使用温度 （3）连接方式 （4）钢材厚度 （5）结构重要性,一、 钢材的锈蚀 钢材的锈蚀是指其表面与周围介质发生化学反应而遭到的破坏。 1. 化学锈蚀 化学锈蚀是指钢材直接与周围介质发生化学反应而产生的锈蚀。 这种锈蚀多数是氧化作用，使钢材表面形成疏松的氧化物。,6.5 钢材的腐蚀和防止,（）电化学锈蚀 电化学锈蚀是指钢材与电解质溶液接触而产生电流，形成微电池而引起的锈蚀。 在阳极，铁失去电子成为Fe2+进入水膜；在阴极，溶于水膜中的氧被还原生成OH-,二、锈蚀的防止 钢结构防止锈蚀的方法通常是表面刷漆。 混凝土配筋的防锈措施，根据结构的性质和所处环境条件等，主要是保证混凝土的密实、保证足够的保护层厚度、限制氯盐外加剂的掺加量和保证混凝土一定的碱度等