第2章建筑钢材2.ppt

箍筋加工 钢材的冷弯试验 2 3建筑钢材的工艺性能 2 3 1冷弯性能一 定义 指钢材在常温下承受弯曲变形的能力 以试验时的弯曲角度 和弯心直径d为指标表示 二 弯曲角度越大 d a值越小 冷弯性能越好 即试件的弯曲处不发生裂缝 断裂或起层 钢材的冷弯 三 伸长率越大 冷弯性能越好 表明钢材的塑性越好 2 3 2焊接性能 一 可焊性 钢材在焊接后 焊头联结的牢固程度和硬脆倾向大小的性能 1 闪光对焊 2 电阻点焊 用于交叉钢筋的焊接 3 电弧焊 利用弧焊机使焊条与焊件之间产生高温电弧 使焊条和电弧燃烧范围内的焊件熔化 凝固后形成焊缝 用于钢筋搭接接长 4 电渣压力焊 用于竖向钢筋焊接接长 二 检验 在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向 特别是强度不低于原有钢材的强度 将焊接的钢材试件进行拉伸试验 要求断裂处不在焊接点上 2 3 3冷加工和时效强化 1 冷加工强化处理 将钢材在常温下进行冷加工 如冷拉 冷拔或冷轧 使之产生塑性变形 从而提高屈服强度 经强化处理过的钢材塑性和韧性降低 弹性模量降低 可焊形变坏 硬脆倾向增加等 问题 直接承受动荷载作用的焊接钢结构是否能使用经冷加工的钢材吗 为什么 答 不能 因为冷加工后钢材的塑性和韧性大大降低 可焊性变差 增加了焊接后的硬脆倾向 为了防止钢结构发生突然的脆性断裂 所以不能采用 3 时效 随时间延长而自发地呈现强度和硬度提高 而塑性和韧性下降的现象 人工时效 加热到100 C 200 C并保持一定时间 适合于高强钢筋 自然时效 常温下存放15 20天 适合用于低强度钢筋 2 目的 提高屈服强度 节约钢材 4 时效敏感性 因时效而导致性能改变的难易程度 含碳量越大 时效敏感性越大 实际意义 承受动载或处于中温的钢结构 要求钢材具有较小的时效敏感性 但对于建筑上用的钢筋来说 可提高其屈服强度 钢材的热处理工艺 2 3 4钢材热处理 加热 保温 冷却 以改变组织 获得所需性能 四把火 钢晶体粒度的细化 热处理对钢材性质的影响 退火可降低钢的硬度 提高塑性和韧性 消除加工处理中形成的缺陷和内应力 正火提高塑性和韧性 强度降低较小 使三者之间良好配合 淬火提高钢材的硬度和耐磨性 但降低了塑性和韧性 回火消除淬火后钢材的内应力和脆性 淬火和高温回火的联合处理称为调值 可使钢材既有较高的强度 又有良好的塑性和韧性 2 4 1钢材的防火 一 原因 温度升高 蠕变导致应力松驰 持久强度显著下降 2 4钢材的防火和防腐蚀 二 包覆措施 钢材的锈蚀 定义 钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作锈蚀 发生 钢材锈蚀的现象普遍存在 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 一 原因 化学锈蚀电化学锈蚀应力腐蚀 2 4 2钢材的锈蚀与防止 电化学腐蚀过程 阴极反应 Fe 2e Fe2 1 阳极反应 O2 2H2O 4e 4OH 吸氧 2 2H 2e H2 放氢 3 在介质水中 Fe2 2OH Fe OH 2 4 进一步氧化 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 5 氢氧化铁部分脱水成为铁锈 2Fe OH 3 H2O Fe2O3 H2O 6 或Fe OH 3 H2O FeOOH 7 不同形式锈蚀的形态 二 钢材锈蚀的危害 减小钢材的受力面积 降低承载力 产生体积膨胀 毁坏钢筋混凝土结构 三 钢材防腐蚀的措施 1 制成合金钢加入合金元素铬 镍制成不锈钢 或加入铜制成合金钢 可显著提高抗锈蚀能力 2 表面覆盖在钢材表面电镀或喷镀一层覆盖物 如 镀锌 镀锡 镀铬 镀银等 或在钢材表面涂防锈涂料或油漆 底漆如红丹 面漆如灰铅油 使之与腐蚀性介质隔离 可起到防锈作用 3 设置阳极或阴极混凝土中钢筋的防锈 主要靠水泥石的高碱度介质 使钢筋表面形成钝化膜保护 提高混凝土密实度 确保保护层厚度 限制氯盐外加剂及加入防锈剂 2 5 1建筑主要钢种 一 碳素结构钢 碳素结构钢的牌号由4个要素组成 2 5钢材品种与选用 5个牌号 Q195和Q215号钢强度较低 塑性和韧性较大 易弯加工 可用于钢钉 螺栓等 Q235A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 二 低合金高强结构钢 特点 在碳素钢的基础上添加总量小于5 合金元素 强度高 塑性和低温冲击韧性好 耐锈蚀 应用 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 牌号 问题 与碳素钢相比 低合金结构钢有何特点 答 不但具有较高的屈服强度和抗拉强度 而且具有较好的塑性 韧性和适当的焊接性 耐低温性较好 时效敏感性也较小 在构件使用前 对结构构件受拉区的钢筋在弹性范围之内拉伸 利用钢筋的弹性回缩 对受拉区的混凝土预先施加预压应力 以提高构件的刚度 抗裂性和耐久性 普通钢筋混凝土构件的抗拉极限应变只有0 0001 0 00015 构件混凝土受拉不开裂时 构件中受拉钢筋的应力只有20 30N mm2 即使允许出现裂缝的构件 因受裂缝宽度限制 受拉钢筋的应力也仅达150 200N mm2 钢筋的抗拉强度未能充分发挥 预应力混凝土是解决这一问题的有效方法 即在构件承受外荷载前 预先在构件的受拉区对混凝土施加预压应力 当构件在使用阶段时外荷载作用下产生的拉应力 首先要抵消预压应力 这就推迟了混凝土裂缝的出现并限制了裂缝的开展 从而提高了构件的抗裂度和刚度 对混凝上构件受拉区施加预压应力的方法 是张拉受拉区中的预应力钢筋 通过预应力钢筋和混凝土间的粘结力或锚具 将预应力钢筋的弹性收缩力传递到混凝土构件上 并产生预压应力 先张法施工 施工工艺 台座准备 刷隔离剂 铺放预应力筋等 张拉并锚固 安侧模 安预埋件 浇混凝土 养护 放张 脱模 堆放 起拱 后张法施工 一 施工工艺 铺底模 支侧模 绑扎钢筋 埋管制孔 浇混凝土 抽管 养护拆模 穿预应力筋 预应力筋张拉 孔道灌浆 起吊运输 现场金属波纹管铺设 主要品种有 热轧钢筋 冷轧带肋钢筋 预应力混凝土热处理钢筋 预应力混凝土用钢丝与钢绞线 一 钢筋 2 5 2常用建筑钢材 一 热轧钢筋 1 牌号 有 四个级别 其中 为带肋钢筋 牌号为 HRB 屈服强度的最小值构成 级为光圆钢筋 牌号为HPB215和HPB235 级为热轧带肋钢筋有HRB335 HRB400 HRB500三个牌号 2 性能与用途 级钢筋的强度不高 弹塑性和可焊性好 用作预应力混凝土的受力筋或构造筋 级强度高 塑性和可焊性也好 用于大中型钢筋混凝土结构的受力筋 级钢筋强度高 弹塑性和可焊性较差 可用作预应力钢筋 二 冷轧带肋钢筋 以普通低碳钢或低合金钢热轧圆条为母材 经多道冷轧 拔 减径和一道压痕而成的三面带肋钢筋 1 牌号 按抗拉强度分为CRB550 CRB650 CRB800 CRB970 CRB1170五个级别 2 特性 具有较高的强度 且锚固性好 3 用途 可用于构件 带肋钢筋 a 月牙肋钢筋 b 等高肋钢筋 三 预应力钢筋混凝土用热处理钢筋 有热轧带肋钢筋经淬火和高温回火调质处理得到 代号RRB500 不能焊接 性能 屈服强度不小于1350MPa 极限强度不小于1470MPa 伸长率不小于6 应符合GB4463 84的规定 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 四 预应力混凝土用钢丝与钢绞线 1 预应力混凝土钢丝使用牌号为60 80的优质碳素钢盘条 经酸洗 冷拉或冷拉再回火等工艺制成 分冷拉钢丝 L 和矫直回火钢丝 J 两种 为了增加握裹力 进行表面压痕 形成刻痕钢丝 JK 2 特性 强度高 柔性好 无接头 质量稳定 不需焊接 3 用途 大跨度桥梁 屋架 吊车梁 电杆 轨枕等预应力钢筋 钢结构厂房 二 钢结构用钢 常用品种 角钢 工字钢 槽钢 T形钢 H形钢 Z形钢等 特点 截面形式合理 材料在截面上分布对受力最为有利 且构件间连接方便 所以是钢结构中采用的主要钢材 规格 通常以反映其断面形状的主要轮廓尺寸来表示 一 热轧型钢 工字钢 二 冷弯薄壁型钢 由2 6mm薄钢板冷弯或模压而成 有角钢 槽钢等开口薄壁型钢及方形 矩形等空心薄壁型钢 主要用于轻型钢结构 三 钢板 压型钢板 由光面轧辊轧制而成的扁平钢材 平板状态称钢板 卷状称钢带 建筑用钢板及钢带主要是碳素结构钢 钢板可弯曲制型钢 厚板可用于焊接 薄板可用作屋面或墙面等维护结构 或作涂层钢板的原材料 彩钢板的表面涂层 1 钢材冷弯试验时采用的弯曲角越大 弯心直径对试件厚度 或直径 的比值越小 表示对冷弯性能要求越高 课堂练习 2 钢材伸长率是衡量其塑性的指标 其数值越小表示钢材塑性越好 3 中碳钢的焊接性能优于低碳钢 4 钢材与电解质溶液相接触产生电流 形成电化学锈蚀 5 碳素结构钢性能Q235 A F优于Q235 C 是 否 是 否 是 否 是 否 是 否 6 Q235 D钢材的抗冲击性能 Q235 A b钢材 优于 差于 相同于 7 甲乙两钢筋直径相同 所作冷弯试验的弯曲角相同 甲的弯心直径较小 则两钢筋的冷弯性能