建筑材料建筑钢材.ppt

1、温 故 1、烧结普通砖的生产工艺过程？ 2、烧结普通砖的主要技术性能指标？ 3、烧结普通砖的产品标记： 烧结普通砖 N MU15 B GB/T 5101,（1）掌握钢材主要性质及其实用意义； （2）了解钢中元素对钢性的影响； （3）熟悉钢的分类； （4）掌握钢材的技术标准及选用。,本项目的要求：,项目四 建筑钢材,工程应用,钢结构厂房,工程应用,国家体育场“鸟巢”,工程应用,巴黎艾菲尔铁塔,钢 管,钢材在建筑工程中与其它结构材料相比所具有的特性： 1轻质高强 2韧性好、抗冲击能力强、抗拉强度高 3可焊接、铆接、螺栓连接、易于装配 4外表轻巧、华美、具有光泽 5易锈蚀 6耐火性差,项目四 建筑钢

2、材,钢铁区别： 生铁C2%的铁碳合金，杂质多，硬脆，不能焊接、锻造、扎制 钢 0.06%C2%的铁碳合金，杂质少，强度高，塑性好 纯铁C0.04%的铁碳合金（纯铁是钢的一种 ，可以冲压成极复杂的形状,或作为电磁材料 ）,项目四 建筑钢材,任务一 钢材分类和技术性能,8.1 钢材的分类,一钢的冶炼,铁 矿 石,铁 水,合金钢水,钢水,钢锭,钢坯,钢材,溶 剂,氧 化,根据炼钢设备的不同，炼钢方法有转炉、平炉和电炉三种方法：,三种主要炼钢方法的特点,优质碳素 合金钢,优质钢,二.钢的分类,按化学成分 分类 按质量 普通钢、优质钢、高级优质钢等 按用途 结构钢、工具钢、特殊钢等 定义脱氧不彻底(充分

3、)，钢水浇入锭模时,会有大量的CO气 沸腾钢 F 体从钢水中溢出,引起钢水呈沸腾状,故名沸腾钢. 特性组织不够致密，成分不太均匀，S、P等杂质偏析较严 重，冲击韧性和可焊性差。但成本低、产量高。 镇静钢Z 定义脱氧彻底(充分)，钢水浇入锭模时,平静的冷却凝固 特性钢质均匀密实，品质好，可用于冲击荷载的重要 结构但成本高。 半镇静钢 b 介于二者之间,碳素钢 低碳钢、中碳钢、高碳钢 合金钢 低合金钢、中合金钢、高合金钢,沸腾钢 F 半镇静钢 b 镇静钢Z 特殊镇静钢TZ,按脱氧程度,FeO+C,问题：钢材的脱氧程度对钢材质量的影响？,答：脱氧程度不高的钢材中还保留较多的FeO，在钢材铸锭时，碳与

4、FeO反应生成CO气泡，并有一部分残留在钢中，造成微裂缝和成分偏析，降低致密性、强度和可焊性，低温下的韧性变差，冷脆性和时效敏感性增大等。 脱氧程度排序： 特殊镇静钢镇静钢半镇静钢沸腾钢 钢材性能与质量排序： 特殊镇静钢镇静钢半镇静钢沸腾钢,角钢 槽钢 工字钢 圆钢 方钢 六角钢,按建筑钢材分,盘圆 光圆 带肋 螺纹 钢绞线,厚板 中板 薄板,普通钢管 无缝钢管,1型钢,2钢筋,3钢板,4钢管,钢丝绳,8.2 钢材的技术性能,钢材性能,软钢 -曲线,b,s,0,b,0.2,0,硬钢 -曲线,强度 塑性 冲击韧性 硬度,冷弯性能 焊接性能（可焊性） 冷加工 热处理,一.力学性能 (机械性能),二

5、.工艺性能,0.2条件屈服强度,一力学性能 （一）拉伸性能,E,弹 性 阶 段,屈服阶段,强化阶段,颈 缩 阶 段,1ope段弹性阶段 1）op 比例阶段 p比例极限 E弹性模量,2）pe 弹性阶段 e弹性极限,低碳钢拉伸图中，钢材在静载作用下，受拉的OP阶段，应力和应变的比值称为弹性阶段，具有这种变形特征的性质称为弹性 弹性模量：钢材在弹性阶段中应力和应变的比值称为弹性模量。 E越大，使其产生一定量变形的应力值也越大；在一定应力下，产生的弹性变形越小。反映了钢材的刚度。,3s下b段强化阶段 b极限抗拉强度,合理屈强比： Fsb=0.600.75,屈强比,反映钢材利用率和安全可靠程度的指标,2

6、es上s下段屈服阶段 s下屈服强度 S屈服点,（1）屈服强度：钢材在静载作用下，开始丧失对变形的抵抗能力，并开始产生大量变形时的应力。 拉伸图中对应的点为：S下 中高碳钢没有明显的屈服点，通常以残余变形为原标距长度0.2%的应力作为屈服强度。 当构件的实际应力达到屈服点时，将产生不可恢复的永久变形，这在结构中是不允许的，所以屈服强度是确定钢材容许应力的主要依据。,（2 ）抗拉强度：钢材在拉力作用下，能承 受的最大拉应力。 拉伸图中对应的点为：第三阶段的最高点。 屈强比：屈服强度和抗拉强度的比值。 屈强比越小，结构的可靠性越高，即防止 破坏的潜力越大，太小时，钢材的利用率太低。 屈强比的推荐值：

7、0.60.75之间。,（1）塑性变形：表示钢材在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。 （2）表示方法伸长率、断面收缩率,2）断面收缩率,1）伸长率,4bc段断裂阶段（颈缩阶段）,提问：钢材的伸长率与钢材中的含碳量有何关系？,答： 伸长率反映钢材的塑性，伸长率越大， 塑性越好。 钢材的塑性随着含碳量增加而变差， 因此，钢材的伸长率随着含碳量增加而减小。,(1)两种钢材的选用,请观察下图中、两种低碳钢的应力应变曲线的差异。讨论下述问题：,若对于变形要求严格的构件，、两种低碳钢选用何种更合适？,使用、两种钢材，哪一个安全性较高？,观察与讨论,(1)两种钢材的选用,从、两条曲线比较可知，低碳钢的弹性

8、模量E小于低碳钢，也就是说，低碳钢的抗变形能力不如低碳钢。对于变形要求严格的构件选用低碳钢更为合适。,(1)两种钢材的选用,、两种低碳钢的屈服强度s相近，但低碳钢的抗拉强度b高于。屈服强度与抗拉强度之比称为屈强比，即s/b。屈强比越小，反映钢材超过屈服点工作时可靠性越大，结构的安全性越高。当然，屈强比过小时，表示钢材强度的利用率偏低，也不合理。有时也使用强屈比（b/s）来评价钢材的可靠性。钢材的屈强比较低，故其安全性高于钢材。Q235钢材的屈强比为0.580.63，普通的合金钢的屈强比在0.670.75之间。,（二）冲击韧性 1定义：钢材抵抗冲击荷载的能力 2表示方法冲击韧性值,冲击试验： 测

9、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。,摆锤,试件,H0,H1,3影响因素 化学成分 冶炼质量 试件表面质量 冷加工及时效,温度 冷脆性 脆性转变温度,（三）疲劳强度 疲劳破坏：钢材在交变荷载的反复作用下，往往在应力远小于其屈服强度时就发生脆性断裂而破坏，这种现象称为钢材的疲劳破坏。 疲劳强度：钢材在交变荷载反复作用下， 106107次（周期基数）内不发生断裂所能承受的最大应力。 疲劳极限强度：钢材在无数次交变荷载作用下，而不至引起断裂的最大循环应力值。,历史回顾,广州海珠桥的钢材,2004年，提供建造海珠桥钢材的英国企业向广州市政部门发来传真，提醒有关部门注意，

10、这些钢材是从当时英国的一座旧钢桥上拆卸下来的，所以就其寿命计算，海珠桥使用的钢材预计已有百年历史，已经进入疲劳期，继续使用则需进行疲劳强度的测试，并根据测试结果进行加固等。,广州海珠桥已“年逾七旬”，但其使用的钢材预计已有百年历史。,（四）硬度 1定义 钢材表面抵抗硬物压入产生局部变形的能力，即对局部塑性变形的能力。,2测定方法 1）布氏法：以压痕面积来计算硬度,2）洛氏法：以压痕深度来计算硬度,二、钢材工艺性能,(一).冷弯性能 1.定义钢材在常温下承受弯曲变形的能力 2.指标弯曲角度()，弯心直径(d= na) 3.合格标志弯曲处无裂纹、断裂及起层现象 4.冷弯性能与伸长率一样，也是反映钢

11、材在静荷载作用下的塑性性能 伸长率反映钢材在均匀变形下的塑性性能 冷弯性能反映钢材在不均匀荷载作用下的塑性性能,钢材的冷弯试验,5.冷弯试验的作用 揭露钢材内在缺陷（内部组织不均匀，夹杂物，裂缝） 评定塑性好坏 评定焊接接头质量（未熔合，微裂纹，夹杂物）,(二).冷加工处理,1.冷加工强化 定义钢材在常温下进行冷拉、 冷拔和冷轧，使其产生塑性变形，提 高屈服强度的过程。 作用s明显提高，b不变；而塑 性、韧性及弹性模量明显降低。 2.(冷加工)时效处理(强化) 定义 将经过冷加工的钢筋，于常温下存放1520d(自然时效)；或加热到100 200并保持一定时间(人工时效)，此过程称为时效处理(强

12、化)。 作用s进一步提高,b略有提高；塑性、韧性进一步降低；弹性模量得以恢复,应用？,钢筋冷拉时效后的应力-应变曲线,由图可见，将钢筋冷拉至强化阶段的K点，然后卸荷，则产生塑性变形，若立即受拉，钢筋的应力-应变曲线将沿OKCD发展至破坏。,焊接质量,钢材是否适应通常的焊接方法与工艺的性能,(三).焊接性能(可焊性）,焊接及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬倾向， 焊接后焊缝处性质应尽可能与母材相同。,化学成分,焊接质量的检验方法取样试件试验 原位非破损检验两类,合格,不合格,钢材的可焊性试验,三、建 筑 钢 材 常 用 钢 种,一、 碳素结构钢,1、碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、

13、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成。,Q235-AF,Q215-B的含义？,2、碳素结构钢的技术要求,化学成分,力学性能,冷弯性能,冶炼方法,交货状态,表面质量,表8-1,表8-2,表8-3,氧气转炉法或电炉法,三、建 筑 钢 材 常 用 钢 种,3、碳素结构钢的性能和应用 具有较高的强度，良好的塑性、韧性及可焊性，综合性能好。能满足一般钢结构和钢筋混凝土用钢要求，成本低。,Q195，Q215长用于轧制薄板和盘条， 制造钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等,Q275用于轧制钢筋、做螺栓配件等,三、建 筑 钢 材 常 用 钢 种,翼缘宽，侧向刚度大，抗弯能力强。在承受相同截面负荷条件下，可使钢结构重量

14、减轻1530%。 翼缘宽且两表面互相平行，便于机械加工和安装，使钢结构的连接简单易行。,工字钢,H钢的特点：,1、热 轧 型 钢 认 识,槽钢,角钢,2. 冷弯薄壁型钢,采用26mm薄钢板冷弯或模压而成； 空心型钢。方形、矩形； 开口薄壁型钢。角钢、槽钢、Z型钢等。,矩形管,方形管,Z型钢,3. 棒 材,六角钢、八角钢； 扁钢； 圆钢、方钢；,圆钢,4. 钢管,无缝钢管； 焊缝钢管；,钢管,5. 板 材,钢板。一般采用碳素结构钢（重型结构和大跨度结构也有采用低合金高强度结构钢）冷轧或热轧而成 ； 花纹钢板； 压型钢板。经辊压或冷弯制成截面呈V型、U型、梯形或类似形状波纹的钢板； 彩色涂层钢板。

15、,压型钢板,花纹钢板,花纹钢板: 指表面轧有防滑凸纹的钢板，主要用于平台、过道及楼梯等的铺板。花纹有菱形、扁豆形和圆豆形。,轻质夹芯板材 岩棉夹芯板,聚苯夹芯板,8.4 钢筋混凝土结构用钢,混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。用钢筋增强混凝土，可大大扩展混凝土的应用范围，而混凝土又对钢筋起保护作用。 钢筋混凝土结构的钢筋，主要由碳素结构钢和优质碳素钢制成，包括热轧钢筋、冷轧扭钢筋和冷轧带肋钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线。,四、 钢筋混凝土结构用钢,1. 热轧钢筋,光圆钢筋,带肋钢筋,月牙肋：横肋的纵截面呈月牙形，且与纵肋不相交的钢筋。 等高肋钢筋：横肋的纵截面高度相等，且与纵肋相交的钢

16、筋。 纵肋：平行于钢筋轴线的均匀连续肋。 横肋：与纵肋不平行的其他肋。,解：由题知，A 82 s F/A = 72.2103/ 82 359.1 Mpa b F/A = 104.5103/ 82 519.74 Mpa = (l1l0)/l0100% (94.480)/80100% 18% 查表知该钢筋属热轧级钢筋（即HRB335） 屈强比s/b 359.1/519.74 0.69,例题：直径为16mm的热轧钢筋，取样作拉伸实验，达到屈服 点的荷载为72.2KN，极限时的荷载为104.5KN，试件标距长度 为80mm，拉断后的长度为94.4mm。 问：该钢筋属哪级？ 该钢筋的屈强比是多少？,2.

17、 冷轧带肋钢筋,热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在其表面冷轧成二面或三面有横肋的钢筋。 牌号：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170； 力学性能指标：b 、5 或10 、弯曲试验或反复弯曲试验次数、松弛率； 应用： CRB550为普通混凝土用钢筋，其它牌号为预应力混凝土用钢筋。,冷轧带肋钢筋（GB/T 13788-2000）,3. 预应力混凝土用钢丝和钢绞线,优质碳素结构钢盘条，经酸洗、拔丝模或轧辊冷加工或经消除应力等工艺制成的高强度钢丝； 按加工状态分类：冷拉钢丝（WCD）、低松弛钢丝（WLR）和普通松弛钢丝（WNR）； 按外形分类：光圆钢丝（P）、螺旋肋钢丝（

18、H）和刻痕钢丝（I）。 冷拉钢丝的力学性能指标： p0.2 、b 、gt 、弯曲次数、扭转次数、松弛率。 低松弛钢丝（WLR）和普通松弛钢丝（WNR）的力学性能指标： p0.2 、b 、gt 、弯曲次数、松弛性能。,1. 预应力混凝土用钢丝,预应力混凝土用钢丝（GB/T 7144-2000）,2. 预应力混凝土用钢绞线,一般由2根、3根或7根直径为2.5mm6.0mm的高强度钢丝经绞埝和消除内应力的热处理而制成； 产品性能指标：抗拉强度Rm 、最大力Fm 、Fp0.2、gt 、松弛性能。 应用：强度高、塑性好、易于锚固，多用于大跨度、重荷载的预应力混凝土结构。,预应力混凝土用钢绞线（GB/T

19、5224-2003）,1、分类： 1）按捻制结构分： 用两根钢丝捻制的钢绞线 12 用三根钢丝捻制的钢绞线 13 用七根钢丝捻制的钢绞线 17 2）按其应力松弛性能分为： 应力松弛级别代号 I级松弛 I 级松弛 ,4. 预应力混凝土用热处理钢筋,由热轧螺纹钢筋经淬火和回火等调质处理制成； 以盘条供应，开盘后自然伸直； 规格：6mm、8.2mm、10mm。 牌号：40Si2Mn、 48Si2Mn、 45Si2Cr； 代号：RB150； 力学性能指标： p0.2 、b 、10 、松弛率。 应用：预应力混凝土梁板和轨枕，不能焊接与点焊。,预应力混凝土用热处理钢筋（GB 4463-84）,【例题2】

20、碳素结构钢是如何划分牌号的？说明Q235AF和Q235号钢在性能上有何区别？ 解：碳素结构钢的牌号按顺序由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值（/mm2）、质量等级符号(A、B、C、D)、脱氧程度符号(F、B、Z、TZ)等四部分组成。 Q235AF和Q235D均为235碳素结构钢，是建筑中应用最多的碳素钢。二者性能差别主要表现在质量等级和脱氧程度上。按硫、磷含量多少来衡量，Q235D磷、硫含量均少于Q235AF, 质量较好，按脱氧程度衡量Q235D为震静钢，质量最好，Q235AF 为沸腾钢。Q235AF钢，仅适用于承受间接动荷载的静荷载的结构。而Q235D可适用于动荷载作用或处在低温环境下的工作条件。,【例题3】. 何谓钢的冷加工强化及时效处理？冷拉并时效处理后的钢筋性能有何变化？ 解：在常温下将钢材进行机械加工，使其产生塑性变形，以提高其屈服强度的过程称为冷加工强化。机械加工方法主要是对钢筋进行冷拉和冷拔。冷轧主要在钢厂进行。 时效处理是将经过冷加工的钢材，在常温下存放1520天，或者加热到100200，并保持2小时以内，这个过程称为时效处理。常温放置称为自然时效，加热