建筑钢材教学课件PPT.ppt

建筑钢材 南京长江大桥 钢材的特点 1 具有较高的强度2 具有良好的塑性和韧性3 易于加工和装配4 易锈蚀 耐火性差 按质量分类 普通碳素钢优质碳素钢高级优质钢 按用途分类 结构钢工具钢特殊钢 钢 凡含碳量在2 06 以下 含有害杂质较少的铁碳合金 称为钢 脱氧程度不同 沸腾钢镇静钢半镇静钢 建筑钢材的力学性能 钢材的力学性能 即是指钢材在外力 载荷 作用表现出来的性能 包括 强度 塑性 硬度 韧性和疲劳强度等 1 弹性 塑性和强度 a 弹性 弹性极限 e比例极限 p弹性模量 e e b 塑性 伸长率断面收缩率 屈强比 屈服强度和抗拉强度之比 屈强比反映了钢材的利用率和结构安全可靠程度 伸长率 拉断后的标距长度与试件原标距之差和原标距之比 用于衡量钢材塑性的一个重要指标 对于高碳钢 规定产生残余变形为原标距长度的0 2 时所对应的应力值 作为屈服强度 称为条件屈服点 用表示 冲击韧性 抵抗冲击荷载作用的能力 测试 夏比v形或梅氏u形缺口试件指标 冲击韧性值 k 功 缺口面积 j cm2 摆锤 试件 h0 h1 冲击试验 测量摆锤冲击前后的能量差 摆锤的高度差 摆锤的质量 再测量试件断裂面积 试件放置位置 影响冲击韧性的主要因素 1钢化学成分 尤其是s和p含量2轧制和焊接质量 温度3加工硬化及时效等 脆性转变温度钢的韧性随温度降低而降低 达某一温度范围时 韧性急剧下降 并由韧性转变为脆性 这一温度即称为脆性转变温度 冲击韧性值可灵敏地反应材料内部晶体组织 有害杂质 各种缺陷 应力状态下或环境温度等微小变化对性能的影响 硬度 钢材抵抗另一硬物体压入其内的能力叫硬度 即受压时抵抗局部塑性变形的能力 常用布氏法和洛氏法两种方法测定 布氏硬度测量原理图 洛氏硬度测量原理图 疲劳强度疲劳破坏 钢构件在承受重复或交变荷载作用时 可能在远低于屈服强度的应力作用下突然发生断裂 这种断裂现象称为疲劳破坏 金属的疲劳破坏要经历疲劳裂纹的产生 扩展及断裂三个过程 影响因素 1 材料内部的缺陷 成分偏析 过大的内应力 构件截面延长度方向的急剧变化 构件受力最大处及表面不光滑等 2 应力循环特征值 min max 应力循环次数n 应力集中程度 冷弯性能 衡量 弯曲角度 弯心直径与钢厚度之比 d a反映钢材冷塑性变形的能力大小 更可检验钢材内部组织状态内应力及夹杂物等缺陷 常用作对钢焊接质量的检验 可焊性 焊接是钢结构的连接方式之一 焊接质量主要取决于钢材的可焊性 焊接材料与焊接工艺 影响钢材可焊性的主要因素钢的化学成分 含碳量小于0 25 的低碳钢具有良好的可焊性 冶炼质量 冷加工等 化学成分对钢性质的影响c 随含碳量增大 钢强度和硬度增大 塑性和韧性降低 含碳量大于1 随含碳量增大 钢强度降低 si 小于1 时 提高强度和硬度 对塑性和韧性影响不大 大于1 后 显著降低塑性和韧性 并使可焊性变差 mn 含量小时有益 超过1 后 将降低钢的塑性韧性和可焊性 s 有害 热脆性增大 p 有害 冷脆性增大 o 有害 n 降低塑性韧性 增大时效敏感性和冷脆性 h 显著降低塑性和韧性 使脆性增大 ti v 显著提高强度 细化晶粒改善韧性 合金钢的常用微量元素 热处理对钢性质影响 热处理 对钢进行加热 保温 冷却的综合操作工艺 通过改变钢的晶体组织来改善钢的性能 退火 hb 塑性和韧性 消除内应力 含碳量高的高强度钢筋焊后 多次冷拔的钢丝均需退火处理正火 塑性和韧性 淬火 硬度和耐磨性显著 塑性和韧性显著 内应力 回火 消除内应力和脆性 调质处理 淬火 高温回火 钢材调质处理的目的使钢材具有良好的综合技术性质 加工硬化与时效对钢性质的影响 1基本概念冷加工 冷加工强化 时效2对钢性质的影响冷加工 s hb k 冷加工与时效 s b hb k 冷加工 指钢材在再结晶温度下 一般为常温 进行的机械加工 如冷拉 冷拔或冷轧等 冷加工强化 将钢材在常温下进行冷加工 使其产生塑性变形 从而提高屈服强度 相应降低塑性 韧性的过程 时效处理 将冷加工处理后的钢筋在常温下存放15 20d 自然时效 或加热至100 200 后保持一定时间 人工时效 其屈服强度进一步提高 且抗拉强度也提高 同时塑性和韧性进一步降低 弹性模量则基本恢复的过程 冷拉的目的 主要是 1 利用时效提高强度 2 利用塑性节约钢材3 同时也达到调直的目的4 除锈 建筑钢材种类与选用 建筑钢材主要有二大类钢结构用钢 钢筋混凝土结构用钢 钢结构用钢 碳素结构钢优质结构钢低合金结构钢 碳素结构钢 钢的牌号 碳素结构钢按照屈服强度分为q195 q215 q235和q275四个牌号 每个牌号又根据硫 磷等杂质含量分为a b c d四个质量等级 牌号的顺序屈服强度字母q 屈服强度数值 质量等级 a b c d 脱氧程度符号 f b z tz 例如 q235af 表示屈服强度为235mpa a级沸腾 f 碳素结构钢 钢牌号与性能的关系钢牌号越大 钢的含碳量增加 强度与硬度增高 塑性和韧性降低 可焊性变差 钢材选用原则应根据钢结构的工作条件 荷载类型 连接方式 环境温度与介质的腐蚀情况等综合因素选用 q195和q215号强度较低 塑性和韧性较大 易加工 可用于钢钉 螺栓等 q235a宜使用于承受静载作用的钢结构 q235b可用于承受动载焊接的普通钢结构 q235c可用于承受动载焊接的重要钢结构 q235d可用于低温承受动荷载焊接的钢结构 q275强度较高 塑性和韧性较差 主要用于机械零件等 优质碳素结构钢的表示方法共有31个牌号 表示方法以平均含碳量 含锰量标注 脱氧程度代号组合而成 如 10f 表示平均含碳量为0 10 的沸腾钢 45mn 表示平均含碳高精尖为0 45 较高含锰量的镇静钢 低合金结构钢 1 组成 含有合金元素 si mn ti v cr ni cu等 含碳量 0 2 2 合金元素的作用 a细化结晶 起到细晶强化作用 不仅可提高强度和硬度 还可一定程度上增加塑性和韧性 b强化作用 较硬微粒均匀分散在晶粒内部 阻碍晶粒滑移变形 大大提高钢的强度和硬度 3 牌号 8个 与碳素结构钢一样 用q 屈服强度值 质量等级 a b c d e 表示 低合金高强度结构钢分为q345 q390 q420 q460 q500 q550 q620和q690共八个牌号 根据硫 磷等有害杂质的含量 q345 q390 q420分为a b c d和e五个等级 q460 q500 q550 q620和q690分为c d和e三个等级 应用 适合于大跨度结构 高层建筑和桥梁 比碳素结构钢可节约用钢20 30 减轻结构自重 1 高强度 一般其屈服强度在300mpa以上 2 高韧性 延伸率为15 20 适用于大型焊接构件 3 良好的焊接性能和冷加工成型性能 4 低的冷脆性转变温度 5 良好的耐蚀性 低合金结构钢的特性 混凝土结构用钢 主要品种有热轧钢筋 热处理钢筋 冷轧带肋钢筋 预应力钢丝与钢绞线等 热轧钢筋 牌号有hpb235 hpb300 hrb335 hrbf335 hrb400 hrbf400 hrb400 hrb400八个牌号 冷轧带肋钢筋 由普通低碳钢 优质碳素钢或低合金钢热轧圆盘条为母材 经冷轧减径在表面冷轧成两面或三面有肋的钢筋 crb550 crb650 crb800 crb970四个牌号 crb550为普通钢筋混凝土用钢筋 其他牌号为预应力混凝土用钢筋 crb550钢筋的公称范围4 12mm crb650及以上牌号钢筋的公称直径为4mm 5mm和6mm 预应力混凝土用热处理钢筋 由热轧带肋钢筋经淬火和高温回火调质处理得到 强度高 韧性好 粘结力好和应力松弛小等优点 特别适用于预应力混凝土构件 性能 屈服强度不小于1325mpa 极限强度不小于1470mpa 伸长率不小于6 用途 主要用于预应力混凝土梁 预应力混凝土轨枕和其他预应力混凝土结构 预应力混凝土用钢丝与钢绞线 特性 强度高 柔性好 无接头 质量稳定 不需焊接 设计强度取值以条件屈服点统计值确定用途 大跨度桥梁 屋架 吊车梁 电杆 轨枕等预应力钢筋 预应力混凝土用钢绞线简称预应力钢绞线 是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 钢绞线的公称直径有9 0 12 0 15 0mm三种规格 钢材的腐蚀1 化学腐蚀2 电化学腐蚀 钢材的防护1 合金化2 涂敷保护层3 电化学保护法4 掺入阻锈剂 外部介质通过混凝土保护层裂隙达到钢筋表面引起钢筋锈蚀 钢筋锈蚀产生的裂缝 使钢筋产生锈蚀的原因有 骨料中含氯化盐 外部进入氯化盐 混凝土碳化 保护层不足 过大的裂缝宽度 钢筋锈蚀产生体积膨胀可达原体积的数倍 使钢筋位置处的混凝土受到内压力而产生裂缝 并随之剥落 这种裂缝沿钢筋方向发展 且随着锈蚀的发展混凝土剥离产生空隙 这可从敲击产生的空洞声得到判别 铸铁 含碳量大于2 06 的铁碳合金称为生铁 铸铁性脆 无塑性 抗压强度较高应用 铸铁水管 铝及铝合金 1铝在地壳中的含量占8 13 居第三位2铝化学性质活泼 表面有一层氧化膜 具有一定的耐腐蚀性3铝的塑性很好 伸长率可达35 50 易加工成型4铝的强度硬度 刚度低 铝合金的比强度是钢材的2 3 3 5倍 铝合金的弹性模量只有钢材的1 3 铝合金的线膨胀系数是钢材的2倍 铝合金的耐久性比钢材高 普通压型钢板的使用寿命只有铝合金型板1 3 5 1 5 1 普通碳素钢按屈服点 质量等级及脱氧方法划分为若干个牌号 随牌号提高 钢材的 a 强度提高 伸长率提高b 强度提高 伸长率降低c 强度降低 伸长率降低d 强度降低 伸长率提高 2 钢材抵抗冲击荷载的能力称为 a 塑性b 冲击韧性c 弹性d 硬度 习题 3 建筑中主要应用的是 号钢 a q195b q215c q235d q275 4 钢材经冷加工后 屈服强度和极限强度随时间而提高 伸长率和冲击韧性逐渐降低 弹性模量得以恢复的现象称为 a 时效强化b 时效c 时效敏感性d 钢的冷脆 5 钢材经冷拉 冷拔 冷轧等冷加工后 性能会发生显著改变 以下表现何者不正确 a 强度提高b 塑性增大c 变硬d 变脆 6 直径为20mm的钢筋做拉伸试验 其屈服时的拉力为120kn 拉断时的应力为510mpa 则该钢筋的屈服点是 a 510mpab 380mpac 335mpad 235mpa 7 钢材的强屈比越大 表明 a 钢材使用可靠性越高b 钢材的冲击韧性越差c 钢材强度利用率越高d 钢材的杂质含量越高 8 钢材的伸长率越大 说明钢材的 越好 a 强度b 硬度c 韧性d 塑性 9 在低碳钢拉伸性能实验过程中 在 阶段既产生弹性变形 又产生塑性变形 a 弹性b 屈服c 强化d 颈缩 10 下列碳素结构钢中含碳量最高的是 a q235b q215c q255d q275 1 钢材的屈强比越大 表示结构使用安全度越高 2 碳素结构钢的牌号越大 其强度越高 塑性越差 3 钢结构设计时 对直接承受动荷载的结构