建筑材料第6章

1、： 第第6章章建筑钢材建筑钢材： 学习目的与任务： 本章应掌握建筑钢材的力学性能（抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳性能和硬度）和工艺性能（冷弯性能、可焊性等），以及建筑结构用钢材的技术标准。定义定义：建筑钢材指在建筑工程结构中使用的各种钢材，如型材、板材、钢筋等。优点：优点： 强度高、塑性及韧性好、耐冲击、性能可靠，易于加工成板材、型材和线材、良好的焊接和铆接性能 。缺点缺点：易锈蚀、维护费用高，耐火性差， 生产能耗大。用途：用途：可用作主要的结构材料、也可以用作连接材料、围护材料和饰面材料等。 ： 6.1钢材的分类及其技术性质钢材的分类及其技术性质6.1.1钢材的分类钢材的分类 碳素钢碳素钢合金钢

2、合金钢按化学组成分按化学组成分 低碳钢（含C量0.60%） 低合金钢（合金元素总量10%）按质量分：按质量分：普通碳素钢，优质碳素钢，普通碳素钢，优质碳素钢， 高级优质钢。高级优质钢。按用途分：按用途分：结构钢，工具钢，结构钢，工具钢， 特殊钢。特殊钢。按冶炼时脱氧程度分按冶炼时脱氧程度分沸腾钢（F） 镇静钢（Z） 半镇静钢（b） 特殊镇静钢（TZ） 6.1.2钢材的技术性能钢材的技术性能1）低碳钢的抗拉性能低碳钢的抗拉性能弹性阶段弹性阶段OA段段特点：荷载较小，应力和应变成比例增加，弹性变形。指标：A点所对应的应力称为弹性极限，用 表示。 弹性模量 ， 反映钢材的刚度。 屈服阶段屈服阶段AB

3、段段特点：由A点当荷载增大时应力与应变不再成比例变化，应变增大的速度大于应力增大的速度，即开始产生塑性变形。B上屈服上限；B下屈服下限屈服点屈服点。指标：屈服强度 B下对应的应力。pE s强化阶段强化阶段BC段段特点：过B点后变形速度较快，随应力的提高而增加。指标：极限抗拉强度 最高点C对应的应力。屈强比n 反映钢材的可靠率和利用率。（7-1） 屈强比小时，钢材的可靠性大，结构安全。但屈强比过小，则钢材有效利用率太低可能造成浪费。所以应合理选用屈强比，在保证安全可靠的前提下，尽量提高钢材的利用率。bsbn（4）颈缩阶段）颈缩阶段CD段段特点：变形明显，应变迅速增加而应力反而下降，钢材被拉伸，并

4、在某一薄弱处断面开始缩小，产生“颈缩颈缩”现象至D点断裂。指标：伸长率 ，是衡量钢材塑性的重要指标。（7-2）100100%LLL图图拉断前后的试件拉断前后的试件伸长率大表明钢材的塑性好伸长率大表明钢材的塑性好2）中碳钢和高碳钢的抗拉性能中碳钢和高碳钢的抗拉性能特点：没有明显的屈服阶段，应力随应变的增加持续增加，直至断裂。屈服点：常用发生残余变形0.2%时的应力作为规定的屈服极限，用 表示。0.2 概念：冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。能较全面地反映钢材材质的优劣程度。试验：将钢材制成中面V形槽口的试件，置于试验机上，将试验机中的摆锤扬起后，使其自由下落以冲断试件，试件单位面积上所消耗

5、的功即为冲击韧性的指标 。 该指标值越大说明钢材的冲击韧性越好。ka影响冲击韧性的因素：影响冲击韧性的因素：钢中的S、P等有害杂质含量；成分偏析程度；轧制与焊接质量；钢的加工硬化与时效；环境温度等。其中环境温度对钢材性能的影响最为明显。钢材冲击韧性与温度的关系： 值与试验温度有关，某些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征。但当试验温度降至某一温度范围时， 突然大幅度下降，材料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性冷脆性。 剧烈改变的温度区间称为脆性转变温度脆性转变温度。kakaka疲劳破坏：交变荷载反复作用，钢材往往会在低于抗拉强度的情况下发生断裂的现象。疲劳强度

6、：在多次反复交变荷载的作用下未产生疲劳破坏的最大应力，它是表明钢材耐疲劳性的指标。疲劳极限：通常取交变应力循环次数N=107时，试件不发生破坏的最大应力 作为其疲劳极限。特点：钢材承受交变应力越大，则钢材至断裂时所经受的交变应力的循环次数越少，反之则多。当交变应力降至一定值时，钢材可经受无数次的应力循环变化而不发生疲劳破坏。n影响因素：钢材疲劳强度的高低与其内部组成状态、成分偏析、杂质含量及各种缺陷有关，钢材的表面光洁程度及受腐蚀善等都会影响它的耐疲劳性能。疲劳破坏原因： 钢材的疲劳破坏一般由拉应力引起的，首先在局部开始形成细小裂纹，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时

7、疲劳断裂。钢材内部的组织结构、成分偏析及其它缺陷，是决定其疲劳性能的主要因素。 钢材的截面变化、表面质量及内应力大小等造成应力集中的因素，都与其疲劳极限有关。如钢筋焊接接头和表面微小的腐蚀缺陷，都可使疲劳极限显著降低。 当疲劳条件与腐蚀环境同时出现时，可促使局部应力集中的出现，大大增加了疲劳破坏的危险。 钢材抵抗另一硬物体压入其内的能力叫硬度，即受压时抵抗局部塑性变形的能力。 有布氏法和洛氏法两种方法测定。 洛氏硬度测量原理图洛氏硬度测量原理图 布氏硬度测量原理图布氏硬度测量原理图 2.钢材的工艺性能 冷弯性能 可焊性 切削切工性能 锻造性能 热处理工艺性能 （1）钢材的冷弯性能钢材的冷弯性能

8、概念：冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力常温下承受弯曲变形的能力，是钢材的重要工艺性能，冷弯性能可以反映钢材内部组织是否存在不均匀内应力和杂质等缺陷。冷弯试验：冷弯性能是将钢材试件（圆形或板形）置于冷弯机上弯曲至规定角度（90或180）观察其弯曲部位是否有裂纹、起层或断裂现象，如无，则为合格。评价指标：用不同弯曲角度 和不同弯心半径d相对于钢材厚度a的比值（d/a）表示。 越大， d/a比值越小，则表示钢材的冷弯性能越好。： P钢材的冷弯试验ad外拱面冷弯检验的意义： 钢材的冷弯性能和其伸长率一样，也是表示钢材在静荷载条件下的塑性。但冷弯是钢材处于不利变形条件下的塑性，而伸长率是反映钢

9、材在均匀变形下的塑性。故冷弯试验是一种比较严格的检验。 它能揭示钢材内部组织的均匀性，以及存在内应力或夹杂物等缺陷的程度。在拉力试验中，这些缺陷常因塑性变形导致应力重分布而反映不出来。 在工程实践中，冷弯试验还被用作检验钢材焊接质量的一种手段，能揭示焊件在受弯表面存在的未熔合、微裂纹和夹杂物 。（2 2）可焊性）可焊性 定义：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；测量：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。影响因素： 化学成分（含碳量、S、P和气体杂质）； 冶炼质量（镇静钢） 冷加工等。 ： 钢材的可焊性试验焊接点断裂点断裂点合格不合格： 冷加工强化冷加工强化

10、将金属材料于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧，使之产生一定的塑性变形，其强度可明显提高，塑性和韧性有所降低，这个过程称为金属材料的冷加工强化。包括冷拉和冷拔。6.1.3钢的化学成分对钢材性能的影响钢的化学成分对钢材性能的影响： 6.2建筑用钢的技术要求建筑用钢的技术要求： 建筑钢材主要有三大类： 钢结构用钢； 钢筋混凝土结构用钢； 其它用途用钢。6.2.1 钢结构用钢 碳素结构钢 低合金结构钢等： 1. 1.碳素结构钢碳素结构钢（1）碳素结构）碳素结构钢的牌号钢的牌号 根据国标GB700-1988，碳素结构钢按照屈服强度分为Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五个牌号，每个牌号又根据硫、

11、磷等杂质含量分为A、B、C、D四个质量等级。 牌号的顺序：屈服强度字母Q、屈服强度数值、质量等级（A、B、C、D）、脱氧程度符号（F、b、Z、TZ）。 例如Q235AF，表示屈服强度为235MPa，A级沸腾钢。（2）钢牌号与性能的关系）钢牌号与性能的关系 钢牌号越大，钢的含碳量增加，强度与硬度增高，塑性和韧性降低，可焊性变差。 ： （3）选用原则）选用原则 应根据钢结构的工作条件、荷载类型、连接方式、环境温度与介质的腐蚀情况等综合因素选用。例如： 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。Q255和Q275强度较高，塑性和韧性较差，主要用于机械零件等： 2. 2. 桥梁用结构钢桥梁用结构钢 桥梁钢的牌号由代表屈服汉语拼音字母Q、屈服点数值、桥梁钢的汉语拼音字母q、质量等级符号4个部分组成。 如Q345qc。3. 3. 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢 低合金结构钢是在碳素钢的基础上加入小于总量5的