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第2章建筑钢材 河南理工大学土木工程学院道路与桥梁工程系 主讲 徐平 1 2 3 4 5 钢材的化学组成 建筑钢材的主要力学性能 钢材的冷加工及时效强化 热处理和焊接 钢材的防火和防腐蚀 建筑钢材的品种与选用 目录 contents 一 钢材的优点 1 质量均匀 性能可靠 适合于铸造 锻造 切割 压力加工 冷加工或热处理 也可用铆接和焊接等多种连接方式进行装配式施工 钢材的特点 2 强度 硬度高 适合于制作各种承载较大的构件和结构 以及钢轨和机械加工用的切割工具 一 钢材的优点 钢材的特点 3 塑性 韧性好 常温下能承受较大的塑性变形 便于冷拉 冷拔 冷轧等各种工冷加工 良好的韧性 使得钢材在常温下可以承受较大的冲击作用 适合于制作吊车梁等承受动荷载的结构和构件 钢材的特点 一 钢材的优点 二 钢材的缺点 1 易锈蚀 2 维修费用高 3 耐火性差 钢材的特点 建筑钢材的常见种类 钢结构工程用型钢 角钢 槽钢 工字钢等 钢板和钢管等 钢筋混凝土结构工程用钢筋及钢丝 钢结构网架 槽钢 工字钢 建筑钢材的常见种类 角钢 H型钢 钢管 建筑钢材的常见种类 带肋钢筋 冷轧带肋钢筋 钢绞线 建筑钢材的常见种类 第一节钢材的化学成分 钢与生铁的区分在于含碳量的大小 含碳量小于2 06 的铁碳合金称为钢 含碳量大于2 06 的铁碳合金称为生铁 1 钢材的分类 按化学成分分低碳钢 含碳量小于0 25 碳素钢中碳钢 含碳量0 25 0 6 高碳钢 含碳量大于0 6 低合金钢 合金元素小于5 合金钢中合金钢 合金元素5 10 高合金钢 合金元素大于10 按钢的化学成分分类 建筑工程中 钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢 主要使用非合金钢中的低碳钢 及低合金钢加工成的产品 合金钢亦有少量应用 按钢的化学成分分类 按品质 杂质含量 分类 1 普通钢 含硫量 0 045 0 050 含磷量 0 045 2 优质钢 含硫量 0 035 含磷量 0 035 3 高级优质钢 含硫量 0 025 高级优质钢的钢号后加 高 字或 A 含磷量 0 025 4 特级优质钢 含硫量 0 015 特级优质钢后加 E 含磷量 0 025 按钢的化学成分分类 钢材的成分对性能的影响 除铁 碳外 钢材在冶炼过程中会从原料 燃料中引入一些的其他元素 钢材的成分对性能有重要影响 这些成分可分为两类 一类能改善优化钢材的性能称为合金元素 主要有Si Mn Ti V Nb等 另一类能劣化钢材的性能 属钢材的杂质 主要有氧 硫 氮 磷等 其中硅 锰 钛 钒 铌等为合金元素 磷 氮 硫 氧等为杂质 硅 锰大部分溶于铁素体中 当硅含量小于1 时 可提高钢材的强度 对塑性 韧性影响不大 锰一般含量在1 2 之间 除强化外 能消弱硫和氧引起的热脆性 且改善钢材的热加工性 硅 锰是我国低合金钢的主要合金元素 钛是强脱氧剂 钒 铌是碳化物和氮化物的形成元素 三者皆能细化晶粒 增加强度 在建筑常用的低合金钢中 三者为常用合金元素 化学元素对钢材性能的影响 磷主要溶于铁素体中起强化作用 同时可提高钢材的耐磨 耐蚀性 但塑性 韧性显著降低 当温度很低时 对后二者影响更大 磷的偏析倾向强烈 氮溶于铁素体中或呈氮化物形式存在 对钢材性质影响与C P相似 二者在低合金钢中可配合其它元素作为合金元素 硫 氧主要存在于非金属夹杂物中 降低各种力学性能 硫化物造成的低熔点使钢材在焊接时易于产生热裂纹 显著降低可焊性 且有强烈的偏析作用 氧有促进时效倾向的作用 氧化物所造成的低熔点亦使钢的可焊性变坏 化学元素对钢材性能的影响 化学元素对钢材性能的影响 第二节钢材的力学性质 抗拉性能冷弯性能冲击性能耐疲劳性能硬度 第二节钢材的力学性能 一 抗拉性能1 主要测试指标 屈服强度抗拉强度伸长率 断面收缩率 等2 钢材 低碳钢 的抗拉过程主要包括 弹性阶段屈服阶段强化阶段颈缩阶段 第二节钢材的力学性能 3 相关知识点回顾 1 应力 2 应变 3 弹性与弹性变形 4 塑性与塑性变形 第二节钢材的力学性能 低碳钢的受拉过程分为四个阶段 O 弹性阶段OA 屈服阶段AB 强化阶段BC 颈缩阶段CD 低碳钢受拉的应力 应变图 第二节钢材的力学性能 O A 低碳钢受拉的应力 应变图 E1 E2 图形的特点 试件的特点 计算的指标 弹性极限 第二节钢材的力学性能 屈服阶段AB 一条波动的曲线 应力增加很小 而应变增加很大 所能承受的拉力增加很小 而塑性变形迅速增加 似乎钢材不能承受外力 屈服 屈服强度 也叫屈服点 点对应的应力 O A 低碳钢受拉的应力 应变图 A C D B 第二节钢材的力学性能 强化阶段BC一段上升的曲线 抵抗塑性变形的能力又重新提高 抗拉强度 图形的特点 试件的特点 计算的指标 O A 低碳钢受拉的应力 应变图 A C D B C点对应的应力 强化 颈缩阶段CD一段下降的曲线 变形迅速发展 在有杂质或缺陷处 断面急剧缩小 直到断裂 伸长率 图形的特点 试件的特点 计算的指标 颈缩 第二节钢材的力学性能 三个重要的指标屈服强度 s结构设计中钢材强度取值的依据抗拉强度 b钢材所能承受的最大应力屈强比屈强比 利用率 安全可靠程度强屈比一般不低于1 2 抗震结构一般不低于1 25 伸长率 衡量钢材塑性的指标 越大说明钢材的塑性越好 O A A C D B 4 断面收缩率 A0 An前后的截面积 5与 10谁大 第二节钢材的力学性能 中碳钢 高碳钢的应力 应变图 规定 产生残余变形为原始标距的0 2 时所对应的应力值 作为硬钢的屈服强度 称为条件屈服强度 用 0 2表示 第二节钢材的力学性能 二 冷弯性能 1 定义 冷弯性能是钢材在常温下承受弯曲变形的能力 是钢材的工艺性能指标 2 弯曲测试 弯心直径d与试件直径 或厚度 a的比值d a越小 弯曲角度 越大 说明试件受弯程度越高 对不同的钢材有相应的标准要求 试件受弯处不发生裂缝 断裂或起层 即认为冷弯性能合格 第二节钢材的力学性能 第二节钢材的力学性能 第二节钢材的力学性能 3 冷弯的意义 钢材的冷弯性能和伸长率均是塑性变形能力的反映 但伸长率是在试件轴向均匀变形条件下测定的 而冷弯性能则是在更严格条件下钢材局部变形的能力 它可揭示钢材内部结构是否均匀 是否存在内应力和夹杂物等缺陷 还经常用冷弯来检验焊缝接头 第二节钢材的力学性能 三 冲击韧性 1 定义 是指钢材抵抗冲击荷载的能力 2 冲击韧性指标 是通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定的 以摆锤打击试件 于刻槽处将其打断 试件单位截面积上所消耗的功 即为钢材的冲击韧性指标 用冲击韧性ak cm2 表示 ak值愈大 冲击韧性愈好 第二节钢材的力学性能 冲击试验 冲击实验 第二节钢材的力学性能 3 冷脆性 钢材的化学成分 组织状态 内在缺陷及环境温度都会影响钢材的冲击韧性 试验表明 冲击韧性随温度的降低而下降 其规律是开始下降缓和 当达到一定温度范围时 突然下降很多而呈脆性 这种脆性称为钢材的冷脆性 发生冷脆时的温度称为临界温度 其数值愈低 说明钢材的低温冲击性能愈好 所以在负温下使用的结构 应当选用脆性临界温度较工作温度为低的钢材 第二节钢材的力学性能 第二节钢材的力学性能 四 耐疲劳性 1 定义 钢材在交变荷载反复多次作用下 可在最大应力远低于屈服强度的情况下突然破坏 这种破坏称为疲劳破坏 若 max越大 则次数N越小 第二节钢材的力学性能 2 疲劳破坏的原因 钢材的疲劳破坏是拉应力引起的 首先在局部开始形成微细裂纹 其后由于裂纹尖端处产生应力集中而使裂纹逐渐扩展直至疲劳断裂 钢材内部的晶体结构 成分偏析以及最大应力处的表面光洁程度等因素均会明显影响疲劳强度 第二节钢材的力学性能 五 硬度 1 定义 是指其表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力 常用的测定硬度的方法有布氏法和洛氏法 第二节钢材的力学性能 材料的硬度往往与材料的其它性能有一定的相关系 如 钢材的HB值与抗拉强度之间有较好的相关关系 随时间的延长而表现出强度提高 塑性和冲击韧性下降的现象称为时效 完成时效变化的过程可达数十年 但是钢材如经受冷加工变形 或使用中经受震动和反复荷载的影响 时效可迅速发展 因时效而导致性能改变的程度称为时效敏感性 对于承受动荷载的结构应该选用时效敏感性小的钢材 第二节钢材的力学性能 第三节钢材的强化 热处理及焊接 一 钢材的冷加工1 钢材的冷加工 时效冷加工的主要目的 提高屈服强度 节约钢材 但往往会导致塑性 韧性及弹性模量的降低 形式 冷拉 冷拔 冷轧 第三节钢材的强化 热处理及焊接 冷拉是降低碳钢丝从孔略小于钢丝直径的拔丝模中强力拔出 使断面减小 长度伸长的工艺过程 冷轧是使低碳钢丝通过硬质杂辊 在钢丝表面轧制出呈一定规律分布的砸痕 冷拔 冷轧后的钢丝 强度和硬度明显提高 塑性和韧性则显著下降 第三节钢材的强化 热处理及焊接 冷加工强化的原理 钢材在塑性变形中晶格的缺陷增多 而缺陷的晶格严重畸变 对晶格的进一步滑移将起到阻碍作用 故钢材的屈服点提高 塑性和韧性降低 由于塑性变形中产生内应力 故钢材的弹性模量 降低 第三节钢材的强化 热处理及焊接 2 冷加工在工程中的应用 1 冷加工具有明显的经济效益 2 简化施工工艺 使盘条钢筋的开盘 矫直 冷拉三道工序合为一道 直条钢筋则可使矫直 除锈 冷拉合为一道工序 3 冷加工和时效一般同时采用 通过试验确定冷拉控制参数和时效 第四节钢材的强化与连接 3 时效处理 将经过冷拉的钢筋于常温下存放15 20 或加热到100 200度并保持一段时间 这个过程称为时效处理 前者称为自然时效 后者称为人工时效 第四节钢材的强化与连接 钢筋经冷拉时效后应力 应变图的变化 第三节钢材的强化 热处理及焊接 冷拉以后再经过时效处理的钢筋 其屈服点进一步提高 抗拉强度稍见增长 塑性继续有所降低 由于时效过程中应力的消减 故弹性模量可基本恢复 第三节钢材的强化 热处理及焊接 钢材产生时效的主要原因 溶于 一Fe中的碳 氮原子 向晶格缺陷处移动和集中的速度大为加快 这将使滑移面缺陷处碳 氮原子富集 使晶格畸变加剧 造成其滑移 变形更为困难 因而强度进一步提高 塑性和韧性则进一步降低 而弹性模量则基本恢复 第三节钢材的强化 热处理及焊接 二 钢筋的热处理按照一定的制度 将钢材加热到一定的温度 在此温度下保持一定的时间 再以一定的速度和方式进行冷却 以使钢材内部晶体组织和显微结构按要求进行改变 或者消除钢中的内应力 从而获得人们所需求的机械力学性能 这一过程就称为钢材的热处理 第三节钢材的强化 热处理及焊接 图钢的热处理工艺 图钢的热处理工艺 热处理的几种基本方法 淬火 将钢材加热至723 相变温度 以上某一温度 并保持一定时间后 迅速置于水中或机油中冷却 这个过程称钢材的淬火处理 钢材经淬火后 强度和硬度提高 脆性增大 塑性和韧性明显降低 第三节钢材的强化 热处理及焊接 回火 将淬火后的钢材重新加热到723 以下某一温度范围 保温一定时间后再缓慢地或较快地冷却至室温 这一过程称为回火处理 回火可消除钢材淬火时产生的内应力 使其硬度降低 恢复塑性和韧性 回火温度愈高 钢材硬度下降愈多 塑性和韧性等性能均得以改善 若钢材淬火后随即进行高温回火处理 则称调质处理 其目的是使钢材的强度 塑性 韧性等性能均得以改善 第三节钢材的强化 热处理及焊接 退火 退火是指将钢材加热至723 以上某一温度 保持相当时间后 在退火炉中缓慢冷却 退火能消除钢材中的内应力 细化晶粒 均匀组织 使钢材硬度降低 塑性和韧性提高 正火 是将钢材加热到723 以上某一温度 并保持相当长时间 然后在空气中缓慢冷却 则可得到均匀细小的显微组织 钢材正火后强度和硬度提高 塑性较退火为小 第三节钢材的强化 热处理及焊接 三 钢材的焊接 焊接是钢结构的主要连结方式 类型 电弧焊 电渣压力焊检验方法 取原样试件和原位非破损检测 第三节钢材的强化 热处理及焊接 手工电弧焊 第三节钢材的强化 热处理及焊接 第四节钢材的防火和防腐蚀 第四节钢材的防火和防腐蚀 2 4 1钢材的防火2 4 2钢材的锈蚀与防止1 钢材被腐蚀的原因化学腐蚀电化学腐蚀2 钢材防腐蚀的措施 2 4 1钢材的防火 钢材是不燃性材料 但这并不表明钢材能够抵抗火灾 耐火试验与火灾案例表明 以失去支持能力为标准 无保护层时钢柱和钢屋架的耐火极限只有0 25h 而裸露钢梁的耐火极限为0 15h 温度在200 以内 可以认为钢材的性能基本不变 超过300 以后 弹性模量 屈服点和极限强度均开始显著下降 应变急剧增大 至达600 时已经失去承载能力 所以 没有防火保护层的钢结构是不耐火的 第四节钢材的防火和防腐蚀 钢结构防火保护的基本原理是采用绝热或吸热材料 阻隔火焰和热量 推迟钢结构的升温速率 防火方法以包覆法为主 即以防火涂料 不燃性板材或混凝土和砂浆将钢构件包裹起来 第四节钢材的防火和防腐蚀 美国纽约的世贸大厦为钢结构 2001年9月11日被恐怖主义者袭击 倒塌 给人们提出了钢结构防火 防袭击破坏的新课题 2 4 2钢材的锈蚀与防止 钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐蚀 锈蚀 钢材腐蚀的现象普遍存在 如在大气中生锈 特别是当环境中有各种侵蚀性介质或湿度较大时 情况就更为严重 腐蚀不仅使钢材有效截面积均匀减小 还会产生局部锈坑 引起应力集中 腐蚀会显著降低钢的强度 塑性韧性等力学性能 根据钢材与环境介质的作用原理 腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀 1 钢材被腐蚀的原因 化学腐蚀 化学腐蚀指钢材与周围的介质 如氧气 二氧化碳 二氧化硫和水等 直接发生化学作用 生成疏松的氧化物而引起的腐蚀 在干燥环境中化学腐蚀的速度缓慢 但在温度高和湿度较大时腐蚀速度大大加快 2 电化学腐蚀 钢材由不同的晶体组织构成 并含有杂质 由于这些成分的电极电位不同 当有电解质溶液 如水 存在时 就会在钢材表面形成许多微小的局部原电池 整个电化学腐蚀过程如下 阳极区 Fe Fe2 2e 阴极区 2H2O 2e 1 2O2 2OH H2O 溶液区 Fe2 2OH Fe OH 2 Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 水是弱电解质溶液 而溶有CO2的水则成为有效的电解质溶液 从而加速电化学腐蚀的过程 钢材在大气中的腐蚀 实际上是化学腐蚀和电化学腐蚀共同作用所致 但以电化学腐蚀为主 2 防腐措施 钢材的防腐 钢材的腐蚀既有内因 材质 又有外因 环境介质的作用 因此要防止或减少钢材的腐蚀可以从改变钢材本身的易腐蚀性 隔离环境中的侵蚀性介质或改变钢材表面的电化学过程三方面入手 具体措施有采用耐候钢 金属覆盖 非金属覆盖和混凝土用钢筋的防锈 非金属覆盖 在钢材表面用非金属材料作为保护膜 与环境介质隔离 以避免或减缓腐蚀 如喷涂涂料 搪瓷和塑料等 涂料通常分为底漆 中间漆和面漆 底漆要求有比较好的附着力和防锈能力 中间漆为防锈漆 面漆要求有较好的牢度和耐候性以保护底漆不受损伤或风化 一般应用为两道底漆 或一道底漆和一道中间漆 与两道面漆 要求高时可增加一道中间漆或面漆 使用防锈涂料时 应注意钢构件表面的除锈以及低漆 中间漆和面漆的匹配 常用底漆有 红丹底漆 环氧富锌漆 云母氧化底漆 铁红环氧低漆等 中间漆有 红丹防锈漆 铁红防锈漆等 面漆有 灰铅漆 醇酸磁漆和酚醛磁漆等 第五节建筑钢材的选用与品种 2 5建筑钢材的选用与品种 2 5 1建筑钢材的主要钢种1 碳素结构钢2 低合金高强结构钢2 5 2常用建筑钢材1 钢筋2 型钢 2 5 1建筑钢材的主要钢种 1 碳素结构钢 国家标准GB700 88 碳素结构钢 中规定 牌号由四部分按顺序组成 屈服点的字母 Q屈服点数值 195 215 235 255 275MPa质量等级符号A B C D脱氧方法F BZ Z TZ Q 代表屈服点 屈服点数值共分195MPa 215MPa 235MPa 255MPa和275Mpa五种质量等级以硫 磷等杂质含量由多到少 分别为A B C D符号表示脱氧方法以F表示沸腾钢 b表示半镇静钢 Z TZ表示镇静钢和特殊镇静钢 Z和TZ在钢的牌号中予以省略 随着牌号的增大 对钢材屈服强度和抗拉强度的要求增大 对拉长率的要求降低 例如 Q235 A F表示屈服点为235Mpa的A级沸腾钢 随着牌号的增大 其含碳量增加 强度提高 塑性和韧性降低 冷弯性能逐渐变差 同一钢号内质量等级越高 钢材的质量越好 如Q235C Q235D级优于Q235A Q235B级 2 低合金高强度结构钢的牌号的表示方法为 屈服强度 质量等级 它以屈服强度划分成五个等级 295 Q345 Q390 Q420 Q460 质量也分为五个等级 A B C D E 由于合金元素的强化作用 使低合金结构钢不但具有较高的强度 且具有较好的塑性 韧性和可焊性 低合金高强度结构钢广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构中 特别是大型结构 重型结构 大跨度结构 高层建筑 桥梁工程 承受动力荷载和冲击荷载的结构 鸟巢用钢为Q460高强钢板是中国造 国内建筑结构首次使用Q460托起 鸟巢 钢铁脊梁舞阳钢铁公司 鸟巢 的跨度很大 如果使用低强度的钢材 将使钢材的断面增大 在受力比较复杂的情况下 会带来一系列的问题 比如 110毫米厚的高强度钢材 如果换成低强度钢材 厚度至少要达到220毫米 而钢板越厚 焊接越难 而且 钢材在焊接的部位很容易出现问题 尤其是断面增大之后 在焊接过程中容易产生缺陷 除了焊接不便 低强度钢材体积和负重大是另外一个不足之处 韦明介绍说 钢材出厂后并不是直接使用到建筑上 而是要焊成方形柱或矩形柱来使用 如果用低强度的钢 需要把柱子焊的很大 大尺寸的钢结构不利于加工制作 如果用高强度钢 柱子就可以焊得很小 重量和占地面积都要小 更加方便加工制作 2 5 2常用建筑钢材 1 钢筋低碳钢热轧圆盘条钢筋混凝土用热轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋预应力混凝土用热处理钢筋预应力混凝土用钢丝与钢绞线2 型钢 1 低碳钢热轧圆盘条 普通低碳钢热轧圆盘条由低碳普通碳素结构钢或屈服点较低的碳素结构钢轧制而成 是线材品种中用量最大 使用最广泛的盘条 故又称普通线材 简称普线 主要用途 普线主要用于建筑钢筋混凝土结构作配筋用 也可冷拔拉制成钢丝 作捆扎等用 2 热轧带肋钢筋 热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋 主要有用Q235轧制的光圆钢筋和用合金钢轧制的带肋钢筋两类 混凝土结构用热轧钢筋应有较高的强度 具有一定的塑性 韧性 冷弯和可焊性 螺纹钢是热轧带肋钢筋的俗称 其牌号由HRB和牌号的屈服点最小值构成 H R B分别为热轧 Hotrolled 带肋 Ribbed 钢筋 Bars 三个词的英文首位字母 热轧带肋钢筋分为HRB335 老牌号为20MnSi HRB400 老牌号为20MnSiV 20MnSiNb 20MnTi HRB500三个牌号 第五节钢材的技术标准与选用 混凝土用热轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能 钢筋混凝土用热轧带肋钢筋 混凝土用热轧带肋钢筋是中国钢材产品中用量最大的品种之一 建国以来 从仿制原苏联钢筋到自行研制国产钢筋 从低强度 级钢筋 级钢筋到强度较高的 级钢筋 级钢筋 高低并存 品牌杂多 其发展经历了漫长的过程 虽在使用数量上能够满足工程建设的需要 但低强度的 级钢筋应用比例仍在90 左右 高强度 级钢筋 级钢筋的比例仅占10 左右 这与欧美发达国家相比存在较大差距 发达国家目前基本淘汰了 级钢筋 混凝土结构建筑主要采用的是高强度 综合性能好的 级钢筋 级钢筋 为了加快国民经济发展 追赶世界建筑领域的先进水平 为中国可持续发展做出贡献 混凝土用热轧钢筋的升级换代已势在必行 据统计 目前中国每年新建房屋建筑面积约20亿m2 因大部分采用的是钢筋混凝土结构 所以需要钢筋在6000万t左右 但建筑工程中使用的钢筋等级较低 基本上是以HRB335MPa为主 HRB400MPa为辅 资料表明 2000年中国钢筋总产量2844万t 其中 级钢筋26 5万t 占总量0 9 2001年钢筋总产量3735万t 其中 级钢筋为106 6万t 占总量2 8 2002年钢筋总产量4516万t 其中 级钢筋194 3万t 占总量4 3 2003年钢筋总产量6016万t 其中 级钢筋588 5万t 占总量9 8 到2004年钢筋总产量已达到7000万t 其中 级钢筋为850万t 占总量12 1 不难看出 从2000年以来 级钢筋产量年年都上新台阶 并在热轧钢筋领域中占有一席之地 且中国热轧带肋钢筋质量也逐年提高 各主要钢筋生产企业的实物质量均已达到国际同类产品的先进水平 发展高强度钢筋的优势实践表明 采用400MPa的 级钢筋替代335MPa的 级钢筋可以节约14 的钢筋 以2004年生产7000万t钢筋计算 假设所生产的钢筋全部是400MPa 级钢筋 则仅钢材一项就可节约近1000万t 如果生产更高级的500MPa钢筋 则可节约近2000万t钢筋 相当于十几个中型钢铁企业钢筋年产量的总和 从而在增加建筑物安全储备的同时 减少了铁矿石 合金料 焦炭 水电等原材料的消耗 对合理支配物产资源有较重大的意义 其社会效益显著 GB1499 1998钢筋混凝土用热轧带肋钢筋 保留原标准RL335 原 级 RL400 原 级 取消RL540 原 级 钢筋 增加RL500级钢筋 在表达方式上取消没有明显物理概念的 级 代之以规定屈服强度表示钢筋强度级别 使本标准形成335 400 500MPa强度级别系列 RL540级钢筋即原 级钢筋 在使用中经冷拉提高强度后作预应力钢筋使用 不属于钢筋混凝土用钢筋范畴 故从本标准中取消 HRB500级钢筋在我国尚没有使用实践 但世界各地在已实现普遍采用400MPa级钢筋的基础上 目前趋势是发展500MPa级钢筋 国际标准已纳入500MPa级钢筋 500MPa级钢筋是本次修订增加的 国内尚无成熟的生产经验 它不是原540MPa级 级 钢筋的简单调整 而是一种新级别的钢筋 3 冷轧带肋钢筋 冷轧带肋钢筋使用低碳热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后 在其表面冷轧成三面有肋的钢筋 它克服了冷拉 冷拔钢筋握裹力低的缺点 同时具有和冷拉 冷拔相近的强度 因此在中 小型预应力混凝土结构构件和普通混凝土结构构件中得到了越来越广泛的应用 冷轧带肋钢筋是国家冶金部 建设部 科委联合推广的一种实用新型建筑钢材 执行国家标准 冷轧带肋钢筋 GB13788 2000 冷轧带肋钢筋国外发展情况 1968年由德国 荷兰 比利时研制成功 1973年起在欧州 德国 奥地利 意大利 美国 英国等 就得到了大量发展应用 并有国家标准 国际标准化组织 ISO 也制定了国际标准 作为一种建筑钢材 纳入了各国的混凝土结构规范 在这些国家 冷轧带肋钢筋已广泛用于建筑工程 高速公路 机场 市政 水电管线中 1994年 欧共体年产量450万吨 在中国周边国家 新加坡和马来西亚也早已在建筑工程和市政工程中广泛应用 仅新加坡冷轧带肋钢筋的年使用量就在15万吨以上 冷轧带肋钢筋各国大都以焊网的形式用于工程中 少量用直条钢筋在现场绑扎 其中德国有19家焊网厂 分属6个集团 不论是直条钢筋还是焊网 都实行工厂化生产 按施工进度要求分批送到施工现场 钢筋工只需按图铺放 不需再作任何加工 国内发展概况 我国自八十年代后期起 开始引进冷轧带肋钢筋生产设备 先后有南京 苏州 上海 青岛 沧州 昆明等地分别从德国 意大利等国引进11套设备 九十年代中期又有安徽 广东 江苏等省的合资或外商独资企业 从国外引进几条生产线 与此同时 国内有些科研单位和企业着手研制或仿制冷轧设备 迄今已有十多个单位在生产和销售冷轧带肋钢筋全套设备 分布于北京 辽宁 江苏 河北 天津等地 还有一些设备生产企业 在几年来激烈的市场竞争中 由于产品性能不良或质量低劣被淘汰 冷轧带肋钢筋有如下优点 1 钢材强度高 可节约建筑钢材和降低工程造价 CRB550级冷轧带肋钢筋与热轧光圆钢筋相比 用于现浇结构 特别是楼屋盖中 可节约35 40 的钢材 如考虑不用弯钩 钢材节约量还要多一些 根据目前钢材市场价格 每使用一吨冷轧带肋钢筋 可节约钢材费用800元左右 2 冷轧带肋钢筋与混凝土之间的粘结锚固性能良好 因此用于构件中 从根本上杜绝了构件锚固区开裂 钢丝滑移而破坏的现象 且提高了构件端部的承载能力和抗裂能力 在钢筋混凝土结构中 裂缝宽度也比光圆钢筋 甚至比热轧螺纹钢筋还小 3 冷轧带肋钢筋伸长率较同类的冷加工钢材大 4 预应力混凝土用热处理钢筋 热处理钢筋是钢厂将热轧的带肋钢筋 中碳低合金钢 经淬火和高温回火调质处理而成的 其特点是塑性降低不大 但强度提高很多 综合性能比较理想 其主要用于预应力混凝土轨枕 代替碳素钢丝 还用于预应力梁 板结构及吊车梁等 预应力混凝土用热处理钢筋成盘供应 开盘后能自行伸直 不需调直和焊接 施工方便 且节约钢材 使用荷载下混凝土受拉区开裂难以采用高强度钢筋从型缝宽度的验算中可知 在钢筋混凝土受弯构件中 当裂缝宽度达到其允许限值0 2 0 3mm时 受拉钢筋的应力值不过200N mm2左右 配筋量也往往由裂缝宽度控制 现代冶炼技术已可生产强度高达1600N mm2以上的钢筋 但是将它们用于钢筋混凝土结构 则在其强度远未充分利用之前 裂缝的开展宽度和变形早已超过允许限值 不能满足正常使用要求 因此 在钢筋混凝土结构中 高强度钢筋不能发挥作用 只能采用强度较低的 级 级和 级钢筋 复习提纲 1 初步懂得钢材的几种基本组织 掌握钢材含碳量对钢材组织和性能的影响 2 理解钢材的分类 钢材脱氧程度对性能的影响 3 熟练掌握建筑钢材的力学性能 包括强度 弹性及塑性变形 耐疲劳性 的意义 测定方法及影响因素 着重理解低碳钢在受拉过程中各阶段的应力 应变特征 p s及 b的位置 s b及 0 2的实用意义 理解伸长率与塑性的关系 冲击韧性的定义 表示方法及低温冷脆性 理解钢材的耐疲劳性 4 理解钢材的冷弯性能 并懂得其与伸长率的关系 了解钢材焊接性能的影响因素 5 熟悉建筑钢材的强化机理及强化方法 理解冷加工强化及时效处理的概念 一般性了解热处理工艺 6 掌握土木工程中常用的建筑钢材的分类及其选用原则 理解碳素结构钢牌号的表示方法 结合实例掌握其在工程中选用的条件 7 一般性了解钢材锈蚀的种