教学材料《建筑材料》-项目二

任务一钢结构用钢一、碳素结构钢(一)碳素结构钢的牌号根据现行国家标准«碳素结构钢»(GB/T７００—２００６)规定,碳素结构钢牌号由字母和数字组合而成,按顺序分为屈服点字母、屈服数值、质量等级及脱氧方法符号,共有四个牌号:Q１９５、Q２１５、Q２３５、Q２７５;按质量等级分为A、B、C、D四个等级;按脱氧程度分为沸腾钢(F)、镇静钢(Z)、特殊镇静钢(TZ)三类,Z和TZ在钢号中可省略.(二)主要技术标准碳素结构钢各牌号的力学性质的要求见表６-２.下一页返回任务一钢结构用钢碳素结构钢冷弯性能的要求见表６-３.碳素结构钢各牌号的化学成分(熔炼分析)见表６-４.从表６-２、表６-３、表６-４可以看出,碳素结构钢随钢号递增而含碳量提高,强度提高,塑性和冷弯性能降低.(三)选用碳素结构钢各钢号中Q１９５和Q２１５强度较低、塑性韧性较好,易于冷加工和焊接,常用作铆钉、螺钉、钢丝等;Q２３５强度较高,塑性韧性也较好,可焊性较好,为建筑工程中主要钢号;Q２７５强度高、塑性韧性较差,可焊性较差,且不易冷弯,多用于机械零件,极少数用混凝土配筋及钢结构或制作螺栓.上一页下一页返回任务一钢结构用钢同时,应根据工程结构的荷载情况、焊接情况及环境温度等因素来选择钢的质量等级和脱氧程度.如受振动荷载作用的重要焊接结构,处于计算温度低于－２０℃的环境下,宜选用质量等级为D的特种镇静钢.在选用钢材时,应考虑工程结构的荷载类型、焊接情况及环境温度等条件,尤其是使用沸腾钢时应注意在下列情况时,限制使用:(１)直接承受动荷载的焊接结构.(２)非焊接结构而计算温度小于或等于－２０℃.(３)受静荷载及间接动荷载作用,而计算温度小于或等于－３０℃时的焊接结构.上一页下一页返回任务一钢结构用钢(四)常用品种由于Q２３５的强度、塑性、韧性以及可加工性等综合性能好,且价格较低,故在工程中采用得最多.而Q２３５－D韧性好,抵抗冲击或振动荷载能力强,尤其是在负温条件下使用更为适宜.二、低合金结构钢工程上使用的钢材要求强度高,塑性好,且易于加工,碳素结构钢的性能不能完全满足工程的需要.在碳素结构钢基础上掺入少量(掺量小于５％)的合金元素(如锰、钒、钛、铌、镍等)即成为低合金结构钢.上一页下一页返回任务一钢结构用钢与碳素结构钢相比,低合金结构钢具有强度高,塑性、韧性好,耐腐蚀,耐低温,易于加工及施工等优点.因此,低合金结构钢在建筑工程中得到了广泛的应用.根据«低合金高强度结构钢»(GB/T１５９１—２００８)规定,低合金高强度结构钢按力学性能和化学成分分为Q３４５、Q３９０、Q４２０、Q４６０、Q５００、Q５５０、Q６２０、Q６９０八个钢号,按硫、磷含量分A、B、C、D、E五个质量等级,其中E级质量最好.低合金高强度结构钢共有８个牌号,其牌号的表示方法与碳素结构钢相同,即钢号按屈服点字母、屈服数值、质量等级及脱氧方法符号顺序排列.上一页下一页返回任务一钢结构用钢由于合金元素的强化作用,低合金结构钢不但具有较高的强度,且具有较好的塑性、韧性和可焊性,价格较低.尤其Q３４５钢的综合性能好,是钢结构工程中最常用的牌号.与碳素结构钢相比,采用低合金高强度结构钢可节约钢材,减轻结构自重,加大结构跨度,只是价格稍高些.上一页返回任务二钢筋混凝土结构用钢一、热轧钢筋按照«钢筋混凝土用钢第２部分:热轧肋钢筋»(GB１４９９.２—２００７)规定,具体如下:(一)热轧光圆钢筋热轧光圆钢筋用Q２３５热轧而成,强度较低、塑性与韧性好,易于加工焊接.主要用作非预应力钢筋、箍筋及焊接网片等.热轧光圆钢筋用HPB表示.热轧光圆钢筋按屈服点分为２３５、３００级,有盘条和直条两类.下一页返回任务二钢筋混凝土结构用钢但«混凝土结构设计规范(２０１５年版)»(GB５００１０—２０１０)中要求增加强度为５００MPa级的热轧带肋钢筋;推广４００MPa、５００MPa级高强热轧带肋钢筋作为纵向受力的主导钢筋;限制并准备逐步淘汰３３５MPa级热轧带肋钢筋的应用;用３００MPa级光圆钢筋取代２３５MPa级光圆钢筋.(二)热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋是用低合金高强度结构钢热轧而成,还包括热轧后带控制冷却并自回火处理的带肋钢筋.带肋钢筋强度高、塑性与韧性较好,有良好的冷弯及可焊性.上一页下一页返回任务二钢筋混凝土结构用钢主要用作预应力钢筋,也可用作非预应力钢筋.热轧带肋钢筋用HRB表示,如图６-１５所示.上述两类钢筋都有３３５、４００、５００三个等级,有盘条和直条两类.热轧钢筋的级别越高,强度越高,塑性韧性越差.在热轧钢筋中,HPB３００钢筋为光圆钢筋,强度较低,塑性好,易于加工成型,可焊性好;HRB３３５、HRB４００、RRB４００为月牙肋钢筋,强度较高,塑性、可焊性好,为钢筋混凝土结构的主要用筋;HRB５００级钢筋,强度高,塑性韧性有保证,但可焊性较差.HRB３３５、HRB４００级钢筋在钢筋混凝土中作受力筋及构造筋,HRB３３５、HRB４００、RRB４００级钢筋经冷拉后可作为预应力筋.上一页下一页返回任务二钢筋混凝土结构用钢二、热处理钢筋热处理钢筋以热轧中碳低合金钢筋经淬火和回火调质处理而成.按其螺纹外形分为有纵肋和无纵肋两种(均有横肋).其力学性能的要求为屈服强度不小于１３２５MPa、抗拉强度度不小于１４７０MPa、伸长率不小于６％,１０００h的应力松弛率不大于３.５％.这种钢筋不能冷拉和焊接,且对应力腐蚀及缺陷敏感性较强.热处理钢筋具有强度高、预应力值稳定、韧性好、粘结力高等特点,适用于预应力混凝土构件如吊车梁、预应力混凝土轨枕或其他各种预应力混凝土结构等.上一页下一页返回任务二钢筋混凝土结构用钢三、冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋是将热轧盘条经冷轧或冷拔减径后,在其表面冷轧成二面或三面带肋的钢筋.按抗拉强度分为CRB５５０、CRB６５０、CRB８００、CRB９７０、CRB１１７０五个牌号.其中,CRB５５０用于非预应力混凝土,其余用于预应力混凝土.其力学性能和工艺性能应符合国家标准«冷轧带肋钢筋»(GB１３７８８—２００８)的规定.冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能指标应符合表６-５的要求.CRB６５０、CRB８００、CRB９７０、CRB１１７０的力学性能和工艺性能应符合表６-６的要求.上一页下一页返回任务二钢筋混凝土结构用钢四、冷轧扭钢筋(又称麻花钢筋)冷轧扭钢筋具有强度高,握裹力好等特点.按抗拉强度划分为CTB５５０和CTB６５０两个级别.冷轧扭钢筋主要适用于工业与民用房屋及一般构筑物和先张法的中小型预应力混凝土构件;对抗震设防区的非抗侧力构件如现浇和预制楼板、次梁、楼梯、基础及其他构件均可采用冷轧扭钢筋制作.五、冷拉钢筋为提高钢材强度、节约钢材,可采用冷加工强化和时效方法对钢材进行加工.上一页下一页返回任务二钢筋混凝土结构用钢冷加工强化是指在常温下对钢材进行加工,使其产生塑性变形,屈服极限提高,而塑性韧性降低.常用的冷加工方法有冷拉、冷拔、冷轧等.冷拉是对钢材进行拉伸,使应力超过屈服点(图６-１６中N点),然后将荷载卸去,σ-ε曲线沿NO′,下降至O′点,钢材产生塑性变形().冷拔是常温下使钢筋通过比它直径小的钨合金拔丝孔进行强力拉拔,使其强度大幅度提高的一种方法.冷加工后的钢材,通常须经时效处理后再使用.即将经过冷加工的钢材,放置一段时间(或进行加热),使其强度、硬度进一步提高,塑性、韧性降低,弹性模量基本恢复(图６-１７).上一页下一页返回任务二钢筋混凝土结构用钢时效处理分为自然时效和人工时效两种方法.自然时效是将冷加工后的HPB３００、HRB３３５级钢筋在常温下放置１５~２０d即可;人工时效是将冷加工后的钢材加热至１００℃~２００℃保持２h左右即达时效效果.根据«混凝土结构工程施工质量验收规范»(GB５０２０４—２０１５)规定,冷拉钢筋的力学性能应符合表６-７的要求.冷拉HPB３００级钢筋适用于钢筋混凝土结构中的受拉钢筋,冷拉HRB３３５、HRB４００、HRB５００级钢筋可用作预应力混凝土结构的预应力筋.由于冷拉钢筋塑性、韧性降低,故不宜用于负温或承受冲击振动或重复荷载作用的结构.上一页下一页返回任务二钢筋混凝土结构用钢冷加工钢筋(冷拉、冷轧、冷拔)由于其产品的延性受损较大,应谨慎使用,随着我国钢铁工业生产技术水平和生产能力的提高,热轧钢筋的产量和性能足以满足市场的需要,因此在最新的«混凝土结构设计规范(２０１５年版)»(GB５００１０—２０１０)中未将冷加工钢筋产品列入正规的设计规范,推荐使用的钢筋种类是HRB４００、HRB３３５和预应力钢丝、钢绞线.六、预应力混凝土用钢丝及钢绞线预应力筋除了上面冷轧带肋钢筋中提到的四个牌号CRB６５０、CRB８００、CRB９７０和CRB１１７０及热处理钢筋外,根据«混凝土结构工程施工质量验收规范»(GB５０２０４—２０１５)规定,预应力筋还有钢丝、钢绞线等.上一页下一页返回任务二钢筋混凝土结构用钢预应力混凝土用钢丝用钢绞线是用优质碳素结构钢经冷加工、再回火、冷轧或绞捻等加工而成,又称优质碳素钢丝及钢绞线.钢丝有３mm、４mm、５mm三种规格;预应力混凝土用钢丝及钢绞线具有强度高,柔性好且使用时不需接头等优点,适用于曲线配筋的预应力混凝土结构以及大跨度、重荷载的屋架等.(一)钢丝预应力筋混凝土用钢丝为高强度钢丝,使用优质碳素结构钢经冷拔或再经回火等工艺处理制成.其强度高,柔性好,适用于大跨度屋架、吊车梁等大型构件及V形折板等,使用钢丝可节省钢材,施工方便,安全可靠,但成本较高.上一页下一页返回任务二钢筋混凝土结构用钢预应力钢丝按加工状态分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两类.消除应力钢丝按松弛性能又分为低松弛级钢丝和普通松弛级钢丝,其代号为:冷拉钢丝———WCD、低松弛级钢丝———WLR.钢丝按外形可分为光圆钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝三种,其代号为:光圆钢丝———P、螺旋肋钢丝———H、刻痕钢丝———I.经低温回火消除应力后钢丝的塑性比冷拉钢丝要高,刻痕钢丝是经压痕轧制而成,刻痕后与混凝土握裹力大,可减少混凝土产生裂缝.根据«预应力混凝土用钢丝»(GB/T５２２３—２０１４),上述钢丝应符合表６-８、表６-９、表６-１０中所要求的机械性能.上一页下一页返回任务二钢筋混凝土结构用钢冷拉钢丝是指盘条通过拔丝等减径工艺经冷加工而形成的产品,以盘卷供货的钢丝.预应力混凝土用冷拉钢丝的力学性能应符合表６-８规定.０.２％屈服力Fp０.２应不小于最大力的特征值Fm的７５％.消除应力钢丝是指按下述一次性连续处理方法之一生产的钢丝:(１)钢丝在塑性变形下(轴应变)进行的短时热处理,得到的应是低松弛钢丝;(２)钢丝通过矫直工序后在适当的温度下进行的短时热处理.得到的应是普通松弛钢丝.上一页下一页返回任务二钢筋混凝土结构用钢消除应力的光圆及螺旋肋钢丝的力学性能应符合表６-９的规定.０.２％屈服力Fp０.２应不小于最大力的特征值Fm的８８％.刻痕钢丝的表面沿着长度方向上具有规则间隔的压痕.消除应力的刻痕钢丝的力学性能应符合表６-１０的规定.(二)钢绞线钢绞线是用２、３或７根钢丝在绞线机上,经绞捻后,再经低温回火处理而成.钢绞线具有强度高、柔性好、与混凝土粘结力好、易锚固等特点.主要用于大跨度、重荷载的预应力混凝土结构.上一页下一页返回任务二钢筋混凝土结构