第2章钢结构材料分析.ppt

钢结构施工与验收 土木建筑工程学院 第2章钢结构材料 2 1建筑用钢的种类我国的建筑用钢主要为碳素结构钢和低合金高强度结构钢两种 优质碳素结构钢在冷拔碳素钢丝和连接用紧固件中也有应用 另外 厚度方向性能钢板 耐候钢 铸钢等在某些情况下也有应用 1 碳素结构钢 碳素结构钢 GB T700 按屈服点共有Q195 Q215 Q235 Q255和Q275四个牌号 按化学成分和冲击韧性分为A B C D共4个质量等级 按脱氧程度分为特殊镇静钢 TZ 镇静钢 Z 半镇静钢 b 和沸腾钢 F 牌号 由代表屈服点的字母Q 屈服点数值 质量等级和脱氧程度四个部分按顺序组成 Z TZ可省略 如Q235 A F 表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢 Q235 C表示屈服点为235MPa的C级镇静钢 随着牌号的增大 强度 硬度提高 塑性 韧性 可焊性降低 质量等级 由A到D 表示质量等级由低到高 2 低合金高强度结构钢按国家标准 低合金高强度结构钢 GB T1591生产的钢材共有Q345 Q390 Q420 Q460和Q500等5种牌号 强度的提高主要依靠添加少量几种合金元素 合金元素的总量低于5 故称为低合金高强度钢 划分为A B C D E共5个质量等级 牌号命名与碳素结构钢类似 因A B级为镇静钢 C D E级为特种镇静钢 故可不加脱氧符号 如Q390A Q420E 3 优质碳素结构钢比碳素结构钢杂质少 缺陷限制严格 综合性能好 钢结构中使用较少 仅用于冷拔高强钢丝或制作高强螺栓 自攻螺钉等 按 优质碳素结构钢 GB T699分普通含锰量的钢和较高含锰量的钢 牌号由三部分表示 含碳量 合金元素种类及含量 两位数字为平均含碳量的万分数 合金元素后未附数字表示平均含量 1 5 附数字 2 表示平均含量1 5 2 5 最后如附有 b 表示为半镇静钢 否则为镇静钢 如 45号钢 表示平均含碳量为0 45 的优质碳素钢 45Mn钢则表示同样含碳量 但锰的含量也较高 16Mn表示平均含碳量为0 16 平均含Mn量低于1 5 的镇静钢 4 其它建筑用钢要采用特殊钢材时 材质应符合国家相关标准 如 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时 应符合 厚度方向性能钢板 GB T5313的规定 处于外露环境对耐腐蚀有特殊要求或在腐蚀性气 固态介质作用下的承重结构采用耐候钢时 应满足 耐候结构钢 GB T4171的规定 当在钢结构中采用铸钢件时 应满足 一般工程用铸造碳钢件 GB T11352的规定等 2 2常用建筑钢材的品种 规格钢材分为型材 板材 管材及金属制品四大类 建筑钢结构中使用最多的是型材 板材和钢管 主要为热轧成型的钢板和型钢 以及冷加工成型的冷轧薄钢板和冷弯薄壁型钢等 1 钢板及钢带 以平板状态供货的称钢板 以卷状供货的称钢带 分为热轧和冷轧两种 按厚度热轧钢板分为厚板 厚度大于4mm 和薄板 厚度为0 35 4mm 两种 冷轧钢板只有薄板 厚度为0 2 4mm 一种 表示方法 符号 后加 宽度 厚度 如 200 20 钢板 10 厚 500 宽 2100 长 有时无 钢带 10 厚 500 宽 厚钢板常用做大型梁 柱等实腹式构件的翼缘和腹板 以及节点板等 薄钢板主要用来制造冷弯薄壁型钢 钢带 扁钢 可用做焊接组合梁 柱的翼缘板 各种连接板 加劲肋等 行业标准 高层建筑结构用钢板 YB4104 中钢板牌号由屈服点的字母Q 屈服点数值 高层建筑字母GJ及质量等级符号组成 对Z向板再加上后缀字母Z 四个牌号为Q235GJ Q235GJZ Q345GJ Q345GJZ 2 热轧普通型钢常用的有角钢 工字钢 槽钢等 角钢分为等边 也叫等肢 的和不等边 也叫不等肢 的两种 主要用来制作桁架等格构式结构的杆件和支撑等连接杆件 角钢型号的表示方法为在符号 后加 长边宽 短边宽 厚度 对不等边角钢 如 125 80 8 或加 边长 厚度 对等边角钢 如 125 8 目前我国生产的角钢最大边长为200mm 角钢的供应长度一般为4 19m 工字钢有普通工字钢 轻型工字钢 不宜单独用作受压构件 而宜用作腹板平面内受弯的构件 或由工字钢和其它型钢组成的组合构件或格构式构件 普通工字钢型号用 I 加截面高度厘米数表示 20号以上的按腹板厚度分a b或a b c等类别 例如I20a表示高度为200mm 腹板厚度为a类的工字钢 轻型工字钢壁薄 截面外展 不分厚度类别 符号表示如I32Q 槽钢有普通槽钢和轻型槽钢二种 适于作檩条等双向受弯的构件 也可用其组成组合或格构式构件 槽钢的型号与工字钢相似 例如 32a指截面高度320mm 腹板较薄的槽钢 目前国内生产的最大型号为 40c 供货长度为5 19 轻型如 25Q 3 H型钢及T型钢H型钢与普通工字钢相比 其翼缘板的内外表面平行 便于与其它构件连接 H型钢的基本类型可分为宽翼缘 HW 中翼缘 HM 及窄翼缘 HN 三类 还可剖分成T型钢供应 代号分别为TW TM TN H型钢和相应的T型钢的型号分别为代号后加 高度h 宽度b 腹板厚度t1 翼缘厚度t2 例如HW400 400 13 21和TW200 400 13 21等 宽翼缘和中翼缘H型钢可用于钢柱等受压构件 窄翼缘H型钢则适用于钢梁等受弯构件 H型钢与普通工字钢的区别 翼缘宽 故早期有宽翼缘工字钢一说 翼缘内表面无斜度 上下表面平行 便于与其它构件连接 从材料分布形式来看 工字钢材料主要集中在腹板附近 愈向两侧延伸 钢材愈少 而在轧制H型钢中 材料分布侧重在翼缘部分 所以 H型钢的截面特性要明显优越于传统的工 槽 角钢及它们的组合截面 焊接H型钢是钢板经切割 组合并焊接而成H型的型钢 分为焊接H型钢 HA 焊接H型钢钢桩 HGZ 轻型焊接H型钢 HAQ 其规格型号用高度 宽度表示 规格应符合行标 焊接H型钢 YB3301 4 冷弯薄壁型钢采用薄钢板经冷弯和辊压成型材及压型钢板 能充分利用强度 节约钢材 在国内外轻钢建筑结构中被广泛地应用 近年来 冷弯高频焊接圆管和方 矩形管的生产和应用在国内有了很大的进展 冷弯型钢的壁厚已达12 5mm 部分生产厂的可达22mm 国外为25 4mm 冷弯C型钢 Z型钢壁薄自重轻 截面性能优良 强度高 与传统槽钢相比 同等强度可节约材30 C型钢广泛用于钢结构建筑的檩条 墙梁 Z型钢特别适用于大坡度屋面的檩条 C型钢高度为80 100 120 140 160五种规格 长一般不超过12米 C型钢 Z型钢 5 钢管钢管有无缝钢管和焊接钢管两种 常用作桁架 网架 网壳等平面和空间格构式结构的杆件 在钢管混凝土柱中也有广泛的应用 型号可用代号 D 后加 外径d 壁厚t 表示 如D180 8等 国产热轧无缝钢管的最大外径可达630mm 供货长度为3 12m 焊接钢管的外径可以做的更大 一般由施工单位卷制 焊接钢管分为直缝焊 螺旋焊两种 用符号 后加 外径 厚度 如 102 5 2 3钢材的材质检验及验收1 一般要求钢结构工程采用的钢材 都应具有质量证明书 当对钢材的质量有疑义时 可按国家现行有关标准的规定进行抽样检验 钢材通用的检验项目 取样数量和试验方法参见表2 9 钢材应成批进行验收 每批由同一牌号 同一尺寸 同一交货状态组成 重量不得大于60t 有A级钢或B级钢允许同一牌号 同一质量等级 同一冶炼和浇筑方法 不同炉罐号组成目合批 但每批不得多于6个炉罐号 且每炉罐号含碳量之差不得大于0 02 含锰量之差不得大于0 15 符合下列情况的 钢结构工程用的钢材须同时具备材质质量保证书和试验报告 国外进口的钢材 钢材不同批次混淆 钢材质量保证书的项目少于设计要求 应提供缺少项目对应的试验报告单 设计有特殊要求的钢结构用钢材 表2 8钢材通用检验项目规定 2 钢材性能复验 1 化学成分分析常见项目 对钢厂生产能力有怀疑 钢材表面铭牌标记不清 钢号不明时一般都要取样做化学成分分析 按国家标准规定 复验属于成品分析 试样必须在钢材具有代表性的部位采取 化学分析用试样样屑 可以钻取 刨取或用其他工具机制取 采样时严禁接触油类 防止油类中的碳使复试结果发生偏差 为防止浮锈物和表面脱碳等影响试验结果 必须去除钢材表面锈蚀或氧化铁皮并有足够的深度 2 钢材性能试验钢材性能复试项目中主要是力学性能和工艺性能酌复试 由于钢材轧制方向等方面原因 钢材各个都位的性能不尽相同 按标准规定截取试样才能正确反映钢材的性能 1 试样切取位置a 板材试样 对钢板和宽度大于或等于400mm的扁钢 应在距离一边约1 4板宽位置切取 见图2 4 b 型材试样 球扁钢 T型钢 角钢 槽钢 工字钢切取部位见图2 4 图2 4各种型材试样切取位置 c 管材试样 对于外径小于30mm的钢管 应取整个管段作试样 当外径大于30mm时 应剖管取纵向或横向试样 对大口径钢管 其壁厚小于8mm时 应取条状试样 当壁厚大于8mm时 也可加工成圆形比例试样 见图2 5 图2 5管材试样试样切取位置 2 试样切取方法a 拉伸试样 板材试样主轴线与最终轧制方向垂直 型钢试样主轴线与最终轧制方向平行 b 冲击试样 纵向冲击试样主轴绒与最终轧制方向平行 横向冲击试样主轴线与最终轧制方向垂直 3 试验方法a 钢材拉伸试验应符合国家标准 金属拉伸试样方法 GB228 87 的规定 b 钢材冲击试验应符合国家标准 金属夏比 V形缺口 冲击试验方法 GB T229 94 的规定 c 钢材弯曲试验应符合国家标准 金属弯曲试验方法 GB232 88 的规定 表2 10钢材化学成分分析和钢材性能试验取样数量 3 试