建筑钢材ppt课件

.,建筑钢材,.,上课内容,钢材概述钢筋的力学性能特征和化学成分对钢材性能的影响常用建筑钢材的种类和相应的国家标准代号钢筋试验钢筋拉伸试验钢筋的重量偏差试验钢筋的冷弯试验钢筋焊接接头试验,.,一.钢材1.1概述,钢材是现代工农业生产中使用最广泛材料之一。钢与铁钢是以铁为主要元素，含碳量一般在2.0%以下，并含有其他元素的材料。铁是含碳量大于2.0，并含有较多其他杂质的铁碳合金。较脆硬，塑性差，建筑上难以应用。工业纯铁是含碳量小于0.02的铁碳合金。,.,中国钢铁产量,自1996年，中国一直保持全球钢铁产量第一位。2013年中国钢产量首超世界一半，2014年中国钢材产量达11.26亿吨。,.,钢材生产过程,焦炭,铁矿石,石灰石,高炉熔融,生铁,精炼,氧化,钢,铸锭,钢锭,建筑钢材,钢材的冶炼过程,还原,.,铁的生产过程,铁矿石：主要是氧化铁，还有氧化硅、氧化锰和硫、磷等其他杂质。生铁的冶炼是将铁矿石内的氧化铁还原成铁的过程。生铁含有比例很高的碳（2.11%）以及硫磷等杂质，塑性差。,.,.,Fe2O3+3C2Fe+3CO,Fe3O4+4C3Fe+4CO,副产品：高炉煤气,副产品：高炉矿渣,生铁：含有碳外，还含有各种来自铁矿石和焦炭中的杂质，如硫、磷等。,.,钢的生产过程,钢的冶炼是以铁水或生铁为主要原料，在转炉、平炉或电炉中冶炼，与生铁的冶炼相反，是用氧化的方法来除去生铁铁中的碳及部分杂质。钢的冶炼方法：空气转炉炼钢和氧气转炉炼钢、平炉炼钢、电炉炼钢。冶炼方法对钢性质有影响。,.,转炉炼钢,.,.,.,平炉炼钢,.,电炉炼钢,.,几种炼钢方法的比较,.,钢材的脱氧,炼钢时炉内为氧化气氛，故钢水中含有一定的氧化铁。钢液中氧含量与钢的质量有关，如氧含量超过0.05，将严重影响钢的机械性能。需加入脱氧剂去除氧化铁，这称为“脱氧”。常用的脱氧剂为铝、锰铁和硅铁，其中铝的效果最好。根据脱氧程度不同，分为:沸腾钢（F）、半镇静钢（b）、镇静钢(Z)、特殊镇静钢(TZ)。,.,沸腾钢：脱氧不完全，钢中含氧量高，浇铸后钢液在冷却和凝固过程中氧化铁与碳发生化学反应，生产CO气体外逸，气泡从钢液中冒出呈“沸腾”状。钢中碳和有害杂质偏析较严重，钢的致密性差，冲击韧性和可焊性差，但钢锭收缩孔少，成品率高，成本低。镇静钢、特殊镇静钢：脱氧比较完全，在冷却和凝固时，没有气体析出，无“沸腾”现象。钢质量好，但钢锭的收缩孔大，成品率低，成本高。半镇静钢：脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸腾钢弱。,.,钢锭的浇铸,.,刚脱模的方锭方锭,.,钢的分类,按化学成分分类：碳素钢（按含碳量分）：低碳钢（含碳量小于0.25）；中碳钢（含碳量0.250.6）；高碳钢（含碳量大于0.6）。合金钢（按掺入合金元素总量分）：低合金钢（合金元素总含量小于5）；中合金钢（合金元素总含量510）；高合金钢（合金元素总含量大于10）。,.,按钢品质分类：普通钢（磷不大于0.045，硫不大于0.050）优质钢（磷不大于0.035，硫不大于0.035）高级优质钢（磷不大于0.030，硫不大于0.030）,.,按冶炼方式分类：转炉钢电炉钢平炉钢按冶炼时脱氧程度分类：沸腾钢半镇静钢镇静钢特殊镇静钢,.,1.2钢筋的力学性能特征和化学成分对钢材性能的影响,钢材的力学性能特征有明显屈服电的钢筋（低碳钢）无明显屈服点的钢筋（硬钢）化学成分对钢材性能的影响碳、锰、硅、硫、磷、氧,.,0,B,1.2.1钢材力学性能特征（1）低碳钢受拉的应力应变图,.,弹性阶段/=Ep-弹性极限,0,B,A点对应的应力为弹性极限。可计算弹性模量。碳素结构钢的弹性极限为180200MPa。,弹性阶段（OA）,.,0,B,出现塑性变形，有上、下屈服强度。下屈服极限为钢材的屈服极限，它表示钢材在工作状态允许达到的应力值。在设计中一般以下屈服极限为强度取值的标准。,屈服阶段（AB）,屈服阶段产生塑性变形B上屈服点B下屈服点s屈服强度,B,.,0,B,最高点C点的强度为钢材的抗拉强度。应变迅速增加，应力下降，在变形最大处发生“颈缩”。,强化阶段（BC）颈缩阶段（CD）,.,（2）硬钢受拉的应力应变图,=0.2%,预应力钢筋混凝土用的高强度钢筋和钢丝无明显屈服点抗拉强度一般很高，但变形很小取残余应变=0.2%时的应力f0.2作为名义屈服点。,.,碳决定钢性能的主要元素含碳量增加，钢的强度和硬度增大，但塑性和韧性降低，钢的可焊性和耐腐蚀性下降，钢的冷脆性和时效倾向增加；含碳量超过0.3时，钢的可焊性显著降低；建筑钢材的含碳量一般不大于0.8；含碳量超过1.0时，钢材强度下降。,1.2.2化学成分对钢性能的影响,.,锰钢中的有益元素有很好的脱氧能力，能还原钢中的氧化铁，改善钢质量；能够消减硫和氧引起的热脆性，使钢材的热加工性质改善可提高钢的强度和硬度。一般含量在12之间。硅钢中的有益元素脱氧能力比锰还强，能更有效地消除氧化铁对钢的不良影响；对钢有一定强化作用，当含量低于1时，可提高强度，而且对塑性和韧性的影响不明显。,.,硫钢中的有害杂质当钢材加热到10001200进行压力加工时，由于分布在晶体上的低熔点共晶体已融化，使钢材沿晶界脱开（开裂），变得极脆，这种现象叫热脆性；显著降低可焊性，并降低各种力学性能。磷钢中的有害杂质可提高钢材的强度、硬度；钢材的塑性和韧性显著降低，冷脆性明显增大，可焊性变差。氧降低钢的力学性能，特别是韧性；钢的可焊性降低。,.,1.3常用建筑钢材的种类和相应国家标准代号,钢筋混用钢第2部分：热轧带肋钢筋GB1499.2-2007HRB335、HRB400、HRB500,Hot-rolledRibbedBars,.,热轧带肋钢筋生产车间,.,热轧带肋钢筋生产线,.,钢筋混用钢第1部分：热轧光圆钢筋GB1499.1-2008HPB235,Hot-rolledPlainBars,.,低碳热轧圆钢生产车间,.,预应力混凝土用钢绞线GB/T5224-2003,.,碳素结构钢GB700-2006,碳素结构钢牌号表示方法,Q,钢材屈服点代号,”Q”,屈服点数值，钢材厚度或直径16mm,质量等级代号,AD,A最差,脱氧程度代号(F、Z、TZ),.,冷轧带肋钢筋GB13788-2008CRB500CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170,预应力混凝土钢筋,Cold-rolledRibbedBar,.,冷轧扭钢筋JG190-2006LZN,.,二、钢筋试验,母材试验拉伸试验重量偏差试验冷弯试验焊接接头拉伸试验冷弯试验（个别）,.,2.1钢筋拉伸试验,检测标准：GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法试验设备：万能材料试验机、游标卡尺,.,实验步骤定标距（5d），打刻标点（布满）。选夹头：平型夹头用于小直径圆钢或矩形钢；楔型夹头用于大直径圆钢或螺纹钢。,2.1钢筋拉伸试验,.,实验步骤选择试验机的度盘。实验前应对试样破坏时的荷载进行估算，选择度盘时应使试样破坏时的荷载（读数）在该刻度盘读数的20%80%范围。试验机零点调整。开动油泵，将活塞升高20mm，并关闭进油阀和回油阀，将力值调零。,2.1钢筋拉伸试验,.,实验步骤拉伸速度。屈服前，应力增加速度为10MPa/秒，屈服后应力增加速度不超过0.5L/分钟。读数。钢筋拉伸到了屈服阶段，试验机指针停止不动或来回摆动，读取屈服荷载时，取停止时指针的读数；或摆时取不计初始瞬时效应指针回摆到最低点的读数。极限荷载取钢筋拉伸后达到的最大读数。,2.1钢筋拉伸试验,.,2.1钢筋拉伸试验,试验结果计算屈服强度抗拉强度,FeL屈服应力（N）；Fm极限拉力（N）；S0钢筋横截面积（mm2）。,.,断后伸长率,断后伸长率：试件拉断后，标距的伸长与原始标距长度的百分率。它反映了钢材的塑性大小，在工程中意义重大。原标距与直径的比值越大，伸长率越小。一般测定5（标距为5倍直径）。,.,A伸长率L0原始标距Lu断后伸长距离d钢筋直径,伸长率的计算,.,2.1钢筋拉伸试验,结果修约依据GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法,.,2.1钢筋拉伸试验,结果修约依据YB/T081-1996冶金技术标准的数值修约与检测数值的判定原则,.,2.1钢筋拉伸试验,结果修约依据GB/T8170-2008数值修约规则与极限数值的表示和判定个位数后2.5，个位数为02.5个位数后7.5，个位数为5个位数后7.5，个位数进10,.,钢筋试验结果计算（举例）：,有一直径为12mm的带肋钢筋试验结果如下：屈服拉力（kN）：42.4极限拉力（kN）：62.0断后伸长（mm）：72.1钢筋面积（mm2）:113.1计算其屈服强度、抗拉强度、伸长率,.,钢筋试验结果计算（举例）：,屈服强度：,抗拉强度：,.,钢筋试验结果计算（举例）：,伸长率：,原始标距5倍直径（5d）,.,2.2钢筋的重量偏差试验,测量钢筋的重量偏差时：应从不同的钢筋上截取试样，试样数量不少于5根，每根试样长度不少于500mm。长度应逐根测量，应精确到1mm。测量试样总重量时，应精确到不大于总重量的1%。结果计算：,.,2.3钢筋的冷弯试验,冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。检测标准：GB/T232-2010金属材料弯曲试验试验设备：万能材料试验机取样要求：每一种规格不超过60吨为一批，切取试样两根，长度30cm左右。,.,2.3钢筋的冷弯试验,选择弯曲角度和弯芯直径：根据钢筋的牌号和规格选择弯曲角度180和弯芯直径。支辊间距L：L=（D+3a)a/2。D弯芯直径；a钢筋直径。冷弯结果判断：弯曲处不出现裂缝、断裂或起层，即认为冷弯性能合格。否则为不合格。,.,钢筋试验结果评判：,根据屈服强度、拉伸强度、伸长率、重量偏差和冷弯试验结果，对照钢筋力学性能、重量偏差、弯曲性能表，可评定出其强度等级。如有一项指标不合格，则加倍取样复检其不合格指标，若复检不合格，则不得交货。供方有权对复检不合格的钢筋重新分类或进行热处理，然后作为新的一批再提交验收。,.,2.4钢筋焊接接头试验,钢筋焊接接头常用标准：JGJ/T27-2001钢筋焊接接头试验方法标准JGJ18-2012钢筋焊接及验收规程,.,2.4钢筋焊接接头试验,常见的钢筋焊接方法：闪光对焊：将两钢筋安放成对接形式，利用电阻热使接触点金属融化，产生强烈飞溅，形成闪光，迅速施加顶锻力完成的一种压焊方法。,.,2.4钢筋焊接接头试验,常见的钢筋焊接方法：电弧焊：以焊条为一极，钢筋为另一极，利用焊接电流通过产生的电弧热进行焊接的一种焊接方法。,.,2.4钢筋焊接接头试验,常见的钢筋焊接方法：电渣压力焊：将两钢筋安放成竖向堆积形式，利用电流通过量钢筋断面间隙，在焊剂层下形成电弧过程和电渣过程，产生的电弧热和电阻热，融化钢筋，加压完成的一种压焊方法。,.,2.4钢筋焊接接头试验,试验项目、取样要求、数量：,.,2.4钢筋焊接接头试验,拉伸试验具体操作同钢筋拉伸，其试验结果修约到5MPa。抗拉强度（不需记录屈服强度、伸长率）是否断于焊缝之处断裂情况：延性断裂或脆性断裂（判断）延性断裂伴随明显塑性变形而形成延性断口的断裂。脆性断裂几乎不伴随塑性变形而形成脆性断口的断裂。,.,2.4钢筋焊接接头试验,拉伸试验质量评定合格(旧标准)3个试件的抗拉强度均不得小于该牌号钢筋规定的抗拉强度，RRB400钢筋试件的抗拉强度均不得小于570MPa。至少应有2个试件断于焊缝之外，并应呈延性断裂。,.,2.4钢筋焊接接头试验,拉伸试验质量评定合格(新标准)3个试件均断于钢筋母材，呈延性断裂，其抗拉强度大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值。2个试件断于钢筋母材，呈延性断裂，其抗拉强度大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值；另一个时间断于焊缝，呈脆性断裂，其抗拉强度大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值的1.0倍。,.,2.4钢筋焊接接头试验,拉伸试验质量评定复验（旧标准）1个试件的抗拉强度小于规定值。2个试件在焊缝或热影响区发生脆性断裂，其抗拉强度均小于钢筋规定抗拉强度的1.10倍。,.,2.4钢筋焊接接头试验,拉伸试验质量评定复验（新标准）2个试件断于钢筋母材，呈延性断裂，其抗拉强度大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值；另一试件断于焊缝或热影响区，呈脆性断裂，其抗拉强度小于钢筋母材抗拉强度标准值的1.0倍。1个试件断于钢筋母材，呈延性断裂，其抗拉强大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值；另2个试件断于焊缝或热影响区，呈脆性断裂。3个试件均断于焊缝，呈脆性断裂，其抗拉强度均大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值的1.0倍。,.,2.4钢筋焊接接头试验,拉伸试验质量评定不合格（旧标准）3个试件均在焊缝或热影响区发生脆性断裂2个试件抗拉强度小于钢筋规定的抗拉强度。,.,2.4钢筋焊接接头试验,拉伸试验质量评定不合格（新标准）3个试件断于焊缝，呈脆性断裂，有1个试件抗拉强度小于钢筋母材抗拉强度标准值的1.0倍。,.,2.4钢筋焊接接头试验,拉伸试验质量评定复验（旧标准）复验时，应在切取6个试件。若有1个试件的抗拉强度小于规定值，或有3个以上试件断于焊缝或热影响区，呈脆性断裂，其抗拉强度均小于钢筋抗拉强度的1.10