学习单元2.1建筑钢材

1、2.1钢筋性能与检测钢筋性能与检测本单元任务本单元任务 根据设计图纸要求选取正确等级根据设计图纸要求选取正确等级的钢筋，并检测钢筋的拉伸性能及的钢筋，并检测钢筋的拉伸性能及冷弯性能是否合格。冷弯性能是否合格。任务分析任务分析n钢筋属于哪种材料？怎样分类的？n钢筋有什么独特的性质？n怎么样检测钢筋的性质？n怎么样选取符合要求的钢筋？n建筑钢材建筑钢材是指用于钢结构的各种型是指用于钢结构的各种型钢（如圆钢、角钢、工字钢、管钢等）钢（如圆钢、角钢、工字钢、管钢等）和用于钢筋混凝土的钢筋、钢丝、钢绞和用于钢筋混凝土的钢筋、钢丝、钢绞线以及用于围护结构和装修用的各种钢线以及用于围护结构和装修用的各种钢板

2、和复合板等。板和复合板等。n建筑钢筋是建筑钢材中的一种，要想正建筑钢筋是建筑钢材中的一种，要想正确、经济、合理地选择和使用钢筋，必确、经济、合理地选择和使用钢筋，必须了解和掌握钢材的知识。须了解和掌握钢材的知识。圆钢圆钢角钢角钢槽钢槽钢工字钢工字钢管钢管钢扁钢扁钢板材板材钢筋钢筋钢丝钢丝钢绞线钢绞线n建筑钢材的特点建筑钢材的特点优点：抗拉强度高、塑性和韧性好优点：抗拉强度高、塑性和韧性好 能承受冲击和振动荷载能承受冲击和振动荷载 易于加工成板材、型材和线材易于加工成板材、型材和线材 良好的焊接和铆接性能良好的焊接和铆接性能缺点：易锈蚀、维护费用高缺点：易锈蚀、维护费用高 耐火性差耐火性差 生产

3、能耗大生产能耗大15n建筑钢材的应用建筑钢材的应用大跨度结构大跨度结构多层及高层结构多层及高层结构受动荷载作用的工业厂房受动荷载作用的工业厂房16钢结构桥梁钢结构桥梁17n工程为特级体育建筑，主体结构设计使用年限100年，耐火等级为一级,抗震设防烈度8度,地下工程防水等级1级。 钢结构总用钢量为4.2万吨 钢材的基本知识n钢的主要成分是铁和碳，它的含碳量在2.06%以下。n钢材的分类钢材的分类按化学成分分类 （1）碳素钢。碳素钢主要化学成分是铁，其次是碳，因此也成为铁-碳合金。含碳量为0.02 2.06%，此外还含有极少量的硅锰和微量的硫磷等元素。按含碳量多少又可分为：低碳钢（含碳量0.25

4、%）中碳钢（含碳量为0.25 0.60 %）高碳钢（含碳量0.60%） （2）合金钢。是指在冶炼过程中，有意加入一种或多种改善钢材性能的合金元素而得到的钢种。常加的合金元素有：硅锰钛钒铌铬等。按合金元素含量，合金钢又可以分为：低合金钢（合金元素含量5%）中合金钢（合金元素含量为510%）高合金钢（合金元素含量10%）n2. 按冶炼时脱氧程度分类n（）沸腾钢沸腾钢。炼钢时仅加入锰铁进行脱氧，则脱氧不完全。这种钢水浇入锭模时，会有大量的气体从钢水中外逸，引起钢水呈沸腾状，故称沸腾钢，代号为“。沸腾钢组织不够致密，成分不太均匀，硫、磷等杂质偏析较严重，故质量较差。但因其成本低、产量高，故被广泛用于一

5、般建筑工程。n（）镇静钢镇静钢。炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作脱氧剂，脱氧完全，且同时能起去硫作用。这种钢水铸锭时能平静地充满锭模并冷却凝固，故称镇静钢，代号为“”。镇静钢虽成本较高，但其组织致密，成分均匀，性能稳定，故质量好。适用于预应力混凝土等重要的结构工程。n（）半镇静钢半镇静钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较好的钢，其代号为“”。n（）特殊镇静钢特殊镇静钢。比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，故其质量最好，适用于特别重要的结构工程，代号为“TZ”。n3. 按有害杂质含量分类 接钢中有害杂质磷（）和硫（S）含量的多少，钢材可分为以下四类：（）普通钢。磷含量不大于0.045； 硫含

6、量不大于0.05%。（）优质钢。 磷含量不大于0.035%；硫含量不大于0.035%。（）高级优质钢。磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.015%。（）特级优质钢。磷含量不大于0.015%；硫含量不大于0.005%。钢的化学成分对性能的影响化学成分化学成分有益因素有益因素锰锰硅硅随着含碳量的增加，钢材强随着含碳量的增加，钢材强度硬度增加，塑性韧性降低。度硬度增加，塑性韧性降低。适当含量内，钢材强度硬度适当含量内，钢材强度硬度增加，塑性韧性增加，塑性韧性也不也不降低。降低。钢的化学成分对性能的影响化学成分化学成分有害因素有害因素硫硫磷磷氧、氮氧、氮冷脆性冷脆性热脆性热脆性钢材的技术性质钢材

7、的技术性质力学性能力学性能1. 1. 抗拉性能抗拉性能1.应力 2.应变3.弹性与弹性变形4.塑性与塑性变形AFAN0001LLLLLL0L1AFF低碳钢的受拉过程分为四个阶段0LLOAF弹性阶段弹性阶段OAOA屈服阶段屈服阶段ABAB强化阶段强化阶段BCBC颈缩阶段颈缩阶段CDCDABCD低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图 一条通过原点一条通过原点的直线，应力与应变成正比。的直线，应力与应变成正比。 弹性弹性弹性模量弹性模量E E值的大小反映了钢材抵抗值的大小反映了钢材抵抗弹性变形的能力。弹性变形的能力。 A点对应的应力。点对应的应力。tgEp0LLOAFA低碳钢受拉的应力应变图低

8、碳钢受拉的应力应变图p E1 E2l图形的特点图形的特点：l 试件的特点：试件的特点：l计算的指标：计算的指标：ABCD弹性极限弹性极限一、弹性阶段一、弹性阶段OA二、屈服阶段二、屈服阶段AB 一条波动的曲一条波动的曲线，应力增加很小，而应变增加线，应力增加很小，而应变增加很大。很大。 所能承受的拉所能承受的拉力增加很小，而塑性变形迅速力增加很小，而塑性变形迅速增加，似乎钢材不能承受外力增加，似乎钢材不能承受外力 屈服强度屈服强度（也叫屈服点也叫屈服点） 点对应的应力。点对应的应力。l图形的特点：图形的特点：l试件的特点：试件的特点：l计算的指标：计算的指标：:s下BAFss屈服。屈服。OAF

9、A低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图pACDBB上上B下下s三、强化阶段BC 一段上升的曲线。一段上升的曲线。抵抗塑性变形的能力又重新抵抗塑性变形的能力又重新提高提高抗拉强度抗拉强度 l图形的特点：图形的特点：l试件的特点：试件的特点：l计算的指标：计算的指标：0LLOAFA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图pACDBB上上B下下s:bAFbbbC点对应的应力。点对应的应力。强化。强化。 一段下降的曲线。一段下降的曲线。变形迅速发展，在有杂质或变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小缺陷处，断面急剧缩小 直到断裂。直到断裂。伸长率伸长率： l图形的特点：图形的特点：l试

10、件的特点：试件的特点：l计算的指标：计算的指标：AF0LLOApACDBB上上B下下sb%100001LLLL1L0颈缩颈缩四、颈缩阶段四、颈缩阶段CD低碳钢拉伸实验低碳钢拉伸实验抗拉性能的几个重要指标n屈服强度s 结构设计中钢材强度的取值依据。表明钢筋在正常工作时承受的应力不应大于s值n抗拉强度b钢材所能承受的最大应力。屈强比= s/ b，反应了钢材的利用率和安全可靠程度。反应了钢材的利用率和安全可靠程度。 屈强比越小，说明钢材受力时能超过屈服点工作的可靠性越大，因而安全性越高，但屈强比太小，就说明钢材强度没有被有效利用。建筑结构钢合理的屈强比为0.600.75。伸长率=（L1L0）/L0

11、是衡量钢材塑性的指标，伸长率越大说明钢材的塑性越好。钢筋使用过程中，为避免正常受力时在钢筋的缺陷处产生应力集中而发生脆断，要求其塑性良好，即具有一定的伸长率。冲击韧性指钢材抵抗冲击荷载的能力。冲击韧性指钢材抵抗冲击荷载的能力。 影响钢材冲击韧性的因素很多，钢的化学成分、影响钢材冲击韧性的因素很多，钢的化学成分、组织状态，以及冶炼、轧制质量都会影响冲击韧性。组织状态，以及冶炼、轧制质量都会影响冲击韧性。 冲击韧性冲击韧性n试验表明，冲击韧性随温度的降低而试验表明，冲击韧性随温度的降低而下降，其规律是开始下降缓和，当达到下降，其规律是开始下降缓和，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆一定温度范

12、围时，突然下降很多而呈脆性，这种脆性称为钢材的冷脆性。这时性，这种脆性称为钢材的冷脆性。这时的温度称为钢材的临界温度。的温度称为钢材的临界温度。n耐疲劳性耐疲劳性n 在反复荷载作用下的结构构件，钢材往往在在反复荷载作用下的结构构件，钢材往往在应力远小于抗拉强度时发生断裂，这种现象称应力远小于抗拉强度时发生断裂，这种现象称为钢材的疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲为钢材的疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示，它是指疲劳试验中，试件在交劳极限来表示，它是指疲劳试验中，试件在交变应力作用下，于规定的周期基数内不发生断变应力作用下，于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。裂所能承受的最大

13、应力。n 一般认为，钢材的疲劳破坏是由拉应力引起一般认为，钢材的疲劳破坏是由拉应力引起的，因此，钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，的，因此，钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。由于疲一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。由于疲劳裂纹是在应力集中处形成和发展的，故钢材劳裂纹是在应力集中处形成和发展的，故钢材的疲劳极限不仅与其内部组织有关，也和表面的疲劳极限不仅与其内部组织有关，也和表面质量有关。质量有关。n 硬度硬度n 钢材的硬度是指其表面局部体积内抵抗外钢材的硬度是指其表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力。物压入产生塑性变形的能力。常用的测定硬度常用的测定硬度的

14、方法有布氏法和洛氏法的方法有布氏法和洛氏法。n 布氏法的测定原理是利用直径为（）布氏法的测定原理是利用直径为（）的淬火钢球，以的淬火钢球，以P P（）的荷载将其压入试件表（）的荷载将其压入试件表面，经规定的持续时间后卸除荷载，即得到直面，经规定的持续时间后卸除荷载，即得到直径为（）的压痕，以压痕表面积（径为（）的压痕，以压痕表面积（）除荷载，所得的应力值即为试件的布氏）除荷载，所得的应力值即为试件的布氏硬度值，以数字表示，不带单位。硬度值，以数字表示，不带单位。 洛氏法洛氏法测定的原理与布氏法相似，但系根据压头压入测定的原理与布氏法相似，但系根据压头压入试件的深度来表示硬度值，洛氏法压痕很小，

15、试件的深度来表示硬度值，洛氏法压痕很小，常用于判定工件的热处理效果。常用于判定工件的热处理效果。冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是建筑钢材的重要工艺性能。形的能力，是建筑钢材的重要工艺性能。钢材的冷弯性能和伸长率都是塑性变形钢材的冷弯性能和伸长率都是塑性变形能力的反映。能力的反映。 工艺性能工艺性能-冷弯性能冷弯性能按规定的弯曲角度和弯心直径进行按规定的弯曲角度和弯心直径进行试验时，试件的弯曲处不产生裂缝、试验时，试件的弯曲处不产生裂缝、断裂或起层，即认为冷弯性能合格。断裂或起层，即认为冷弯性能合格。焊接是各种型钢、钢板、钢筋的重要连接方式。焊接是

16、各种型钢、钢板、钢筋的重要连接方式。焊接性好的钢材易于用一般焊接方法和焊接工焊接性好的钢材易于用一般焊接方法和焊接工艺施焊，焊接后不易形成裂纹、气孔、夹渣等艺施焊，焊接后不易形成裂纹、气孔、夹渣等缺陷，焊接接头牢固可靠，硬脆倾向小，焊缝缺陷，焊接接头牢固可靠，硬脆倾向小，焊缝及其附近的热影响区仍能保持与原有钢材相近及其附近的热影响区仍能保持与原有钢材相近的力学性能。的力学性能。工艺性能工艺性能-焊接性能焊接性能冷拉钢筋的焊接应在冷拉之前进行。冷拉钢筋的焊接应在冷拉之前进行。不同国家或国产与进口间的钢筋应不同国家或国产与进口间的钢筋应尽量避免焊接。尽量避免焊接。四、建筑工程常用钢材的品种与选用四

17、、建筑工程常用钢材的品种与选用 建筑工程中需要消耗大量的钢材，按建筑工程中需要消耗大量的钢材，按用于不同的工程结构类型可分为：钢结构用于不同的工程结构类型可分为：钢结构用钢，如各种型钢、钢板、钢管等；钢筋用钢，如各种型钢、钢板、钢管等；钢筋混凝土工程用钢，如各种钢筋和钢丝。混凝土工程用钢，如各种钢筋和钢丝。 普通碳素结构钢简称碳素结构钢，化学成分主普通碳素结构钢简称碳素结构钢，化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁要是铁，其次是碳，故也称铁- -碳合金。其含碳量碳合金。其含碳量为为0.02%0.02%2.06%2.06%，此外尚含有少量的硅、锰和微量，此外尚含有少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。

18、的硫、磷等元素。碳素结构钢碳素结构钢碳素结构钢碳素结构钢 碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧程度符号四部分服点数值、质量等级符号、脱氧程度符号四部分按顺序组成。碳素结构钢可分为按顺序组成。碳素结构钢可分为Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235和和Q275Q275四个牌号。其他各符号含义。四个牌号。其他各符号含义。如如Q235AFQ235AF，表示屈服强度不小于，表示屈服强度不小于235 MPa235 MPa，质量等级为质量等级为A A级的沸腾钢。级的沸腾钢。Q275BQ275B，表示屈服强，表示屈服强度为度为2

19、75MPa275MPa，质量等级为，质量等级为B B级的镇静钢。级的镇静钢。 l碳素结构钢的牌号表示方法碳素结构钢的牌号表示方法 碳素结构钢随牌号的增大，含碳量碳素结构钢随牌号的增大，含碳量增加，其强度和硬度提高，塑性和韧性增加，其强度和硬度提高，塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。降低，冷弯性能逐渐变差。 Q195Q195、Q215Q215号钢强度低，塑性和韧性较好，号钢强度低，塑性和韧性较好，易于冷加工，常用于轧制薄板和盘条，制造钢易于冷加工，常用于轧制薄板和盘条，制造钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等。钉、铆钉、螺栓及铁丝等。 Q215Q215号钢经冷加工后可代替号钢经冷加工后可代替Q235Q235

20、号钢使用号钢使用。 l碳素结构钢的选用碳素结构钢的选用Q235Q235号钢是建筑工程中应用最广泛的钢，号钢是建筑工程中应用最广泛的钢，属低碳钢，具有较高的强度，成本较低，属低碳钢，具有较高的强度，成本较低，大量被用作轧制各种型钢、钢板及钢筋。大量被用作轧制各种型钢、钢板及钢筋。Q275Q275号钢强度较高，但塑性、韧性较差，号钢强度较高，但塑性、韧性较差，焊接性也差，不易焊接和冷弯加工，可焊接性也差，不易焊接和冷弯加工，可用于轧制钢筋、做螺栓配件等，但更多用于轧制钢筋、做螺栓配件等，但更多用于制造机械零件和工具等。用于制造机械零件和工具等。 一般是在普通碳素钢的基础上，添加少量一般是在普通碳素

21、钢的基础上，添加少量的一种或几种合金元素而成。其目的是为了提的一种或几种合金元素而成。其目的是为了提高钢的屈服强度、抗拉强度、耐磨性、耐蚀性高钢的屈服强度、抗拉强度、耐磨性、耐蚀性及耐低温性能等。及耐低温性能等。 尤其在大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结尤其在大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构中更适用，而且与使用碳素钢相比，可节约构中更适用，而且与使用碳素钢相比，可节约钢材钢材20%-30%20%-30%，但成本并不很高。，但成本并不很高。 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢共有低合金高强度结构钢共有5 5个牌号。其牌号个牌号。其牌号的表示方法由屈服点字母的表示方法由屈服点字

22、母Q Q、屈服点数值、质量、屈服点数值、质量等级三个部分组成，屈服点数值共分等级三个部分组成，屈服点数值共分345MPa345MPa、390MPa390MPa、420MPa420MPa、 460MPa 460MPa 、500MPa500MPa、550550MPa MPa 620MPa620MPa、 690MPa690MPa八八种，质量等级按照硫、磷等种，质量等级按照硫、磷等杂质含量由多到少分为杂质含量由多到少分为A A、B B、C C、D D、E E五级。五级。如如Q345AQ345A表示屈服点为表示屈服点为345MPa345MPa的的A A级钢级钢。l低合金高强度结构钢的牌号表示方法低合金高

23、强度结构钢的牌号表示方法钢筋按外形分为光圆钢筋和带肋钢筋。钢筋按外形分为光圆钢筋和带肋钢筋。钢筋混凝土用钢筋、钢丝钢筋混凝土用钢筋、钢丝l钢筋混凝土用热轧钢筋钢筋混凝土用热轧钢筋热轧机热轧机热轧钢筋热轧钢筋(a)等高肋钢筋；等高肋钢筋；(b)月牙肋钢筋月牙肋钢筋 热轧钢筋的牌号表示方法与技术要求热轧钢筋的牌号表示方法与技术要求 热轧直条光圆钢筋的级别为热轧直条光圆钢筋的级别为级，强度级，强度等级代号为等级代号为HPB(Hot Rolled Plain Steel Bar) 235235；热轧带肋钢筋的牌号由；热轧带肋钢筋的牌号由HRBHRB和和屈服点最小值表示，热轧带肋钢筋有屈服点最小值表示，

24、热轧带肋钢筋有HRB335HRB335、HRB400HRB400、HRB500HRB500三个牌号。三个牌号。对比新标准对比新标准热轧钢筋的应用热轧钢筋的应用 热轧光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接性热轧光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接性能很好，便于各种冷加工，因而广泛用做普通钢能很好，便于各种冷加工，因而广泛用做普通钢筋混凝土构件的受力筋及各种钢筋混凝土结构的筋混凝土构件的受力筋及各种钢筋混凝土结构的构造筋。构造筋。 HRB335HRB335和和HRB400HRB400钢筋强度高，塑性和焊接性能钢筋强度高，塑性和焊接性能也较好，故广泛用做大、中型钢筋混凝土结构的也较好，故广泛用做大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋。受力钢筋。 HRB500HRB500钢筋强度高，但塑性和焊接性能较差，钢筋强度高，但塑性和焊接性能较差，可用做预