建筑钢材课件-PPT

第8章 建筑钢材

主要内容：

钢材是重要的工程材料．本幸主要讲述建筑工程中常用的两奥钢材，普通碳素结构钢和低合金高强度岵构钢．概迷钢的冶炼、加工及分类方法．重点掌握建筑钢材的力学性能、工艺性能及现行国家标准或规范对钢材的性舱及技术要求。阐迷钢的化学成分，所合合金元素等对钢材的性能、质量的影响。介绍钢蛄构及钢筋混凝土蛄构采用的主要钢材品种及特点，如何正确地选材，合理地用材，以及钢材的好蚀成固与防护方法．

第8章建筑钢材第8章建筑钢材

建筑钢材是重要的建筑材料。它主要指用于钢结构中各种型材(如角钢、槽钢、工字钢、圆钢等)、钢板、钢管和用于钢筋混凝土结构中的各种钢筋、钢丝等。由于钢材在工厂生产中有较严格的工艺控制，因此质量通常能够得到保证。建筑钢材具有一系列优良的性能．它有较高的强度，有良好的塑性和韧性，能承受冲击和振动荷载；可以焊接或铆接，易于加工和装配，所以被广泛地应用于建筑工程中。但钢材也存在易锈蚀及耐火性差的缺点

第8章建筑钢材

8.1钢材的分类

钢材的化学成分

生产钢不可避免元素：Si、Mn、P、S、N…专门加入的合金元素：Si、Mn、Ti、V、Ni、Nb及稀土元素铁：主要元素碳：0.02%～2.06%其他元素第8章建筑钢材8.1.1分类1.按化学成分分类低碳钢：含碳量<0.25%中碳钢：低碳钢：含碳量０.25%～0.6%高碳钢：含碳量>0.6%（1）碳素钢

（碳钢）

（2）合成钢——专门加入合金元素按合金元素含量分

低合金钢：合金元素总含量<5%中合金钢：合金元素总含量5%～10%高合金钢：合金元素总含量>10%第8章建筑钢材2．按杂质含量（品质）分类普通钢：含硫量

≤0.050%，含磷量≤0.045%优质钢：含硫量

≤0.035%，含磷量≤0.035%高级优质钢：含硫量

≤0.025%，含磷量≤0.025%，牌号后加“高”或“A”特级优质钢：含硫量

≤0.015%，含磷量≤0.015%，后加“E”

第8章建筑钢材3.按冶炼时脱氧程度分

沸腾钢：脱氧不充分，代号“F”镇静钢：脱氧充分，代号“2”半镇静钢：脱氧程度介于“F”与“2”之间，代号“b”特殊镇静钢：脱氧彻底，代号“TZ”

4．按用途分类结构钢：建筑结构、机械制造（低、中碳钢）工具钢：各种工具（高碳钢）特殊钢：不锈钢（具有各种特殊的物理化学性质）

第8章建筑钢材8.1.2钢材中的常存杂质

硫：来自矿石燃料，生成FeS，钢材加工时易裂缝，热脆性。磷：来自矿石燃料，生成Fe3P，脆性很大。

碳：炼钢氧化过程中存于缸中，害处大于一处，故归于有害元素。锰：炼钢时脱氧、硫残留钢中，具有很强的脱氧、硫能力，大大改善钢材加工性能。硅：脱氧剂，较锰强。两面性：硅很低时，强度增加；硅很高时，其他性能降低。氧：与碳、磷相似。

有害元素第8章建筑钢材8.2建筑材料的主要技术性能力学性质：强度、弹性、塑性、耐磨性…工艺性质（可加工性）：冷弯、可焊性

第8章建筑钢材8.2.1力学性能

1.抗拉性能——是建筑钢材最重要的力学性能。

拉伸过程分四个阶段：

OA：弹性阶段AB：屈服阶段BC：强化阶段CD：颈缩阶段第8章建筑钢材拉伸性能指标：主要有屈服点、抗拉强度和伸长率等。

（1）屈服强度（屈服点）上屈服强度：试样首次屈服前的最大应力；

下屈服强度：不计初始瞬时效应时的最小强度，即屈服点Fs——屈服阶段最小应力(首次回针所对应的力),N；Ao——钢材的截面积，mm2。

注意：有些钢材无明显屈服点（合金钢、高碳钢等硬钢），应采用产生残余变形为0.2%原标距长度时的应力作为屈服点（称条件屈服点）,记为σ0.2或者σP0.2。

第8章建筑钢材（2）抗拉强度：钢材所能承受的最大强度。Fb——为最大应力，N。相反，值越小，可靠性越低，安全性越低。因此，强屈比一般不低于1.2，抗震结构一般不低于1.25。可靠性参数值得注意：强屈比的概念值越大可靠性越高，安全性越高，但利用率降低，浪费增大。第8章建筑钢材（3）伸长率：塑性指标。意义：值越大，塑性增强，可避免结构过早破坏；加工性增强，安全性增强。值有两种：5——表示l0=5d0，d0——钢材直径；

10——l0=10d0。lo——试件原始标距长度，mm；l1——试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度，mm。

第8章建筑钢材（4）断面收缩率：塑性指标。

AO——试样拉断后颈缩处的截面积，mm2；A1——表示钢材的原始截面积，mm2。伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。第8章建筑钢材

2.冲击韧性——指钢材抵抗冲击荷载的能力。试验方法：标准试件的弯曲冲击韧性试验。指标：试件缺口处单位截面积上所消耗的功,计作ak,J/cm2。ak值愈大，钢材的冲击韧性愈好。3.耐疲劳性疲劳破坏：交变荷载反复作用，钢材在应力低于屈服强度时,突然发出脆性断裂的现象。

危害极大冲击韧性试验原理图第8章建筑钢材8.2.2工艺性能

冷弯性能：常温下钢材承受弯曲变形的能力。焊接性能：钢结构中90%以上为焊接结构,焊接性非常重要。第8章建筑钢材

（1）冷弯性能冷弯性能试验：试件被弯曲的角度（90°、180°）。

冷弯试验意义：能反映试件弯曲处的塑性变形，能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。冷弯试验也能对钢材的焊接质量进行严格的检验，能揭示焊件受弯表面是否存在未熔合，裂缝及夹杂物等缺陷。判定标准：若试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层，认为冷弯性能合格。第8章建筑钢材（2）焊接性能

焊接方式：搭接、对接焊接要求：①焊接处（焊缝及其附近过热区）不产生裂缝及硬脆倾向。②焊接处与母材一致，即拉伸试验，强度不低于原钢材强度。影响因素：碳、合金元素等杂质元素越多，可焊性越小。第8章建筑钢材8.3钢材的强化与加工

8.3.1冷加工——指钢材在常温下进行的加工。

常见的冷加工方式：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。

特点：钢材经冷加工产生塑性变形，从而提高其屈服强度，这一过程称为冷加工强化处理。第8章建筑钢材

8.3.2时效处理——将经过冷拉的钢筋于常温下存放15～20d，或

加热到100～200℃并保持一段时间,这个过程称为时效处理。自然时效作用:钢筋冷拉以后再经过时效处理，其屈服点进一步提高，塑性继续有所降低。

∵时效过程中应力的消减，∴弹性模量可基本恢复。人工时效第8章建筑钢材8.4钢材的锈蚀与防护

8.4.1钢材的锈蚀——钢材表面与其周围介质发生化学反应而遭到的破坏，称为钢材的锈蚀。化学锈蚀电化学锈蚀——钢材直接与周围介质发生化学反应产生锈蚀，多数是由氧化作用在钢材表面形成疏松氧化物。在干燥环境中反应缓慢，但温度和湿度较高，锈蚀则发展迅速。——钢材本身组成上的原因和杂质的存在，在表面介质的作用下，各成分电极电位的不同，形成微电池，铁元素失去了电子成为Fe2+进入介质溶液，与溶液中的OH-离子结合生成Fe（OH）2。锈蚀的结果：在钢材表面形成疏松的氧化物，使钢结构断面减小，降低钢材的性能，因而承载力降低。第8章建筑钢材

8.4.2钢材的防护

三个方面：从改变钢材本身的易腐蚀性、隔离环境中的侵蚀性介质或改变钢材表面的电化学过程。（1）采用耐候钢（耐大气腐蚀钢）（2）金属覆盖——电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面。（3）非金属覆盖——在钢材表面用金属材料做为保护膜,如喷涂涂料、搪瓷和塑料等。（4）混凝土用钢筋的防锈第8章建筑钢材

8.5土木工程常用钢材

2.5.1钢结构用钢2.5.2混凝土结构用钢第8章建筑钢材

8.5.1钢结构用钢

1.碳素结构钢（1）碳素结构钢的牌号

表示按顺序：屈服点字母（Q）、屈服点数值（单位MPa）、质量等级（有A、B、C、D4级，逐级提高）和脱氧方法（F：沸腾钢，b：半镇钢，Z：镇静钢，TZ：特殊镇钢。牌号表示时Z、TZ可省略）。例如：Q235—A·F表示屈服点为235MPa，A级沸腾钢。Q235—B表示屈服点为235MPa，B级镇静钢。第8章建筑钢材

（2）碳素结构钢的选用碳素结构钢依牌号增大，含碳量增加，其强度增大，但塑性和韧性降低。建筑工程中主要应用Q235号钢,可用于轧制各种型钢、钢板、钢管与钢筋。具有较高的强度，良好的塑性、韧性，可焊性及可加工等综合性能好,且冶炼方便，成本较低，因此广泛用于一般钢结构。其中C、D级可用在重要的焊接结构。Q195、Q215号钢材强度较低，但塑性、韧性较好，易于冷加工，可制作铆钉、钢筋等。Q225、Q275号钢材强度高，但塑性、韧性、可焊性差，可用于钢筋混凝土配筋及钢结构中的构件及螺栓等。受动荷载作用结构、焊接结构及低温下工作的结构，不能选用A、B质量等级钢及沸腾钢。第8章建筑钢材

2.低合金高强度结构钢（1）低合金高强度钢的牌号

共有5个牌号牌号由三部分表示：含碳量、合金元素的种类及含量。前两位数字表示平均含碳量的万分数；其后的元素符合表示按主次加入的合金元素；合金元素后面如未附数字，表示其平均含量在1.5%以下；如附有数字“2”,表示其平均含量在1.5%～2.5%之间最后如附有“b”，表示为半镇静钢，否则为镇静钢。例如：16Mn表示平均含碳量为0.16%，平均含碳量低于1.5%的镇静钢。第8章建筑钢材（2）低合金高强度钢的选用低合金高强度结构钢具有轻质高强，耐蚀性、耐低温性好，抗冲击性强，使用寿命长等良好的综合性能；具有良好的可焊性及冷加工性，易于加工与施工，因此，低合金高强度结构钢可以用作高层及大跨度建筑（如大跨度桥梁、大型厅馆、电视塔等）的主体结构材料。与普通碳素钢相比可节约钢材，具有显著的经济效益。当低合金钢中的铬含量达11.5%时，铬就在合金金属的表面形成一层惰性的氧化铬膜，成为不锈钢。不锈钢具有低的导热性，良好的耐蚀性能等优点；缺点是温度变化时膨胀性较大。不锈钢既可以作为承重构件，又可以作为建筑装饰材料。第8章建筑钢材

8.5.2混凝土结构用钢1.热轧钢筋（1）牌号热轧钢筋分为R235、HRB335、HRB400、HRB500四个牌号。

牌号意义：R代表热轧光圆钢筋、HRB代表热轧带肋钢筋，其中热轧光圆钢筋由碳素结构钢轧制而成，表面光圆；热轧带肋钢筋由低合金钢轧制而成，外表带肋。

牌号中的数字：表示热轧钢筋的屈服强度。第8章建筑钢材（2）热轧钢筋的选用光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，广泛用做普通钢筋混凝土。HRB325，HRB400带肋钢筋的强度较高，塑性及焊接性也较好，广泛用做大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋。HRB500带肋钢筋强度高，但塑性与焊接性较差，适宜作预应力钢筋。第8章建筑钢材

2.冷拉热轧钢筋

为了提高强度以节约钢筋，工程中常按施工规程对热轧钢筋进行冷拉。冷拉热轧钢筋分为：冷拉Ⅰ级、冷拉Ⅱ级、冷拉Ⅲ级、冷拉Ⅳ级第8章建筑钢材（3）冷拉热轧钢筋的选用冷拉I级钢筋适用作非预应力受拉钢筋。冷拉Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢筋强度较高，可用作预应力混凝土结构的预应力筋。由于冷拉钢筋的塑性、韧性较差，易发生脆断，因此，冷拉钢筋不宜用于负温度、受冲击或重复荷载作用的结构。第8章建筑钢材

3.冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋是用低碳钢热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在其表面冷轧成三面有肋的钢筋。冷轧带肋钢筋代号为CR，按抗拉强度分为三级：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170，其中数值表示钢筋应达到的最小抗拉强度值。冷轧带肋钢筋提高了钢筋的握裹力，可广泛用于中、小预应力混凝土结构构件和普通钢筋混凝土结构构件，也可用于焊接钢筋网。第8章建筑钢材

4.冷轧扭钢筋加工：冷轧扭钢筋由低碳钢热轧圆盘条经专用钢筋冷轧扭机调直、冷轧并冷扭一次成型，具有规定截面形状和节距的连续螺旋状钢筋。分类：按其截面形状不同分为I型(矩形截面)和Ⅱ型(菱形截面)两种类型。代号为LZN。应用：冷轧扭钢筋可适用于钢筋混凝土构件.特点：冷轧扭钢筋与混凝土的握裹力与其螺距大小有直接关系。螺距越小,握裹力越大,但加工难度也越大,因此,应选择适宜的螺距。冷轧扭钢筋在拉伸时无明显屈服台阶，为安全起见，其抗拉设计强度采用0.8σb。第8章建筑钢材

6.预应力混凝土用钢丝和钢绞线（1）预